专利名称：太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池。本申请基于2008年4月25日申请的特愿2008-115981号主张优先权，在此引用 其内容。
背景技术：
近年来，从有效利用能源的观点出发，太阳能电池正越来越被广泛普遍利用。作为这种太阳能电池，已知有利用单晶硅的硅太阳能电池、利用多晶硅层的多晶 硅太阳能电池、利用非晶硅的非晶硅太阳能电池等硅系太阳能电池。硅系太阳能电池例如由光电转换体构成，该光电转换体层压有在玻璃基板的受 光面侧作为表面电极形成的由透明导电氧化物(TCO，transparent conducting oxide)等 构成的透明电极；在表面电极上形成的由硅构成的半导体层(光电转换层)；以及作为背面 电极形成的Ag薄膜。半导体层具有被称为pin结的层结构，该层结构是通过P型和η型硅膜将接收光 时产生电子和空穴的硅膜(i型)夹住的层结构。而且，入射到玻璃基板的太阳光首先通过表面电极被提供给半导体层。此时，当太阳光中包含的光子这种能量粒子照射i型时，因光伏效应而产生电子 和空穴，电子向着η型移动，空穴向着ρ型移动。通过表面电极和背面电极分别取出这些电子和空穴，从而能够将光能转换为电 能。另一方面，透过半导体层的光由背面电极的表面反射并再次被提供给半导体层， 从而在半导体层中再次产生电子和空穴，将光能转换为电能。但是，在上述太阳能电池中，透过半导体层并入射到背面电极的光之中的大部分 光在半导体层与背面电极的界面反射，尽管很少，但还是有一部分光侵入背面电极。其结果是存在如下问题，即因侵入背面电极的光导致在半导体层与背面电极的界 面产生吸收损耗，太阳能电池的发电效率降低。另外，在半导体层上层压背面电极时，背面电极的构成材料(例如Ag)可能会向半 导体层扩散。因此，为了提高反射率，或者为了防止背面电极的构成材料向半导体层扩散等，有 时会在背面电极与半导体层之间形成镓掺杂氧化锌(GZ0，Ga K — ZnO)等透明电极。在这种情况下，透过半导体层的太阳光被分为在半导体层与透明电极的界面全反 射并再次被提供给半导体层的光，以及，透过透明电极并在透明电极与背面电极的界面反 射而再次被提供给半导体层的光。据此，由于在射入太阳能电池的光的路径中，能够在入射到背面电极的前段使太 阳光反射，因此被认为能够在半导体层与背面电极的界面降低吸收损耗从而提高太阳能电 池的发电效率。
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但是，透明电极的折射率(例如，GZO的折射率为η = 2. 05以上)与半导体膜的 折射率(例如，Si膜的折射率为η = 3. 8 4.0左右)之差较小，在半导体层与透明电极 的界面上发生全反射的比例较低。具体而言，相对于透明电极以小入射角入射的太阳光在半导体层与透明电极的界 面上不满足全反射条件而仅发生折射。因此，折射的太阳光透过透明电极并入射到背面电 极。也就是，存在透明电极的反射率较低的问题。例如，如专利文献1公开所示，已知有如下结构，即在背面电极与由GZO等构成的 透明电极之间，插入由折射率比透明电极低的SiO2构成且厚度为5纳米(nm)以上25nm以 下的折射率调整层。专利文献1 日本特开2007-266095号公报但是，在上述现有技术中，由于折射率调整层的膜厚比较薄，在制造时难以将折射 率调整层的膜厚调整为考虑了从半导体层到背面电极之间的光学距离等的膜厚。此外，通过折射率调整层能够防止背面电极的构成材料向半导体层扩散，但是基 于上述折射率调整层的膜厚，无法获得诸如反射率提高那样的光学效果。另外，在光电转换层与背面电极层之间，除了由GZO等构成的透明电极以外，还插 入有折射率调整层，从而导致出现太阳能电池的制造工序增加、制造效率下降这样的问题。
发明内容
因此，为了解决上述课题，本发明的目的在于提供一种能够提高低折射导电层与 光电转换层的界面上的反射率，并且能够抑制制造工序增加的太阳能电池。为了解决上述课题，本发明的太阳能电池包括基板，具有光透射性；光电转换 体，设置在所述基板上，包括具有光透射性的表面电极、光电转换层以及具有光反射性的背 面电极；以及低折射导电层，与所述光电转换层相邻，配置在所述光电转换层上与所述基板 相反的面上，由具有光透射性的导电材料构成，折射率为2. 0以下。根据这种结构，由于低折射导电层的折射率为2. 0以下，因此与设置普通的透明 电极(折射率为η = 2. 05以上)时相比，能够扩大光电转换层的折射率与低折射导电层的 折射率之差。据此，能够提高在光电转换层与低折射导电层的界面上发生全反射的比例。因此，相对于低折射导电层入射角小的光也会满足全反射条件，能够提高光电转 换层与低折射导电层的界面上的反射率。所以，能够提高光的反射率，因此能够提高发电效率。另外，优选地，在本发明的太阳能电池中，所述低折射导电层设置在所述光电转换 层与所述背面电极之间，在所述光电转换层与所述背面电极之间仅设置有所述低折射导电层。根据这种结构，在射入太阳能电池的光的路径中，透过光电转换层的光在背面电 极的前段被反射，从而能够抑制透过低折射导电层并入射到背面电极的光的入射量。因此， 能够降低背面电极中的光的吸收损耗。在这种结构中，通过在光电转换层与背面电极之间仅设置一层低折射导电层，从
4而与在光电转换层与背面电极之间除透明电极以外还设置有折射率调整层的现有结构相 比，能够抑制制造工序的增加，并能够维持制造效率。另外，由于以与光电转换层相邻的方式设置低折射导电层，因此能够防止背面电 极的构成材料向光电转换层扩散。另外，优选地，在本发明的太阳能电池中，所述低折射导电层具有在SiO2中混入有 掺杂物的结构。根据这种结构，由于采用SiO2作为低折射导电层的材料，因此能够使低折射导电 层的折射率下降到1.5左右。而且，通过在SiO2中混入掺杂物，从而能够使SiO2自身具有导电性。据此，无需为了确保经由低折射导电层而与光电转换层相邻的层(例如，背面电 极)与光电转换层之间的导通，而较薄地形成低折射导电层，或者为了获得两层之间的接 触，而在低折射导电层形成接触孔等。因此，能够维持低折射导电层与光电转换层的界面上的反射率的提高，并在考虑 了光学距离等的状态下，容易地形成低折射导电层。根据本发明，由于低折射导电层的折射率设定为2. 0以下，因此与设置普通的透 明电极(折射率为η = 2. 05以上)时相比，能够扩大光电转换层的折射率与低折射导电层 的折射率之差。 据此，能够提高在光电转换层与低折射导电层的界面上发生全反射的比例。因此，相对于低折射导电层以小入射角入射的光也会满足全反射条件，能够提高 光电转换层与低折射导电层的界面上的反射率。所以，能够提高光的反射率，因此能够提高发电效率。
图1是示出本发明的实施方式中的非晶硅型太阳能电池的剖视图；图2是示出仿真试验条件1的测量结果，并示出相对于波长(nm)的反射率(％ ) 的图；图3是示出仿真试验条件2的测定结果，并示出相对于波长(nm)的反射率(％ ) 的图；图4是示出仿真试验条件3的测定结果，并示出相对于波长(nm)的反射率(％ ) 的图。符号说明
10...太阳能电池
11...基板
12...光电转换体
13.. 表面电极
14.. 半导体层(光电转换层)
15...背面电极
16.. 低折射导电层
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式所述的太阳能电池进行说明。(太阳能电池)图1是示出非晶硅型太阳能电池的剖视图。如图1所示，太阳能电池10是所谓的单一型太阳能电池，具有形成在透明的绝缘 性基板11的一个面lla(以下称为背面Ila)上的光电转换体12。基板11例如由玻璃或透明树脂等太阳光的透射性优异、且具有耐久性的绝缘材 料形成，一个边的长度例如为3500mm左右。在该太阳能电池10中，太阳光入射到光电转换体12所面对的基板面的相反侧，也 就是基板11的另一个面llb(以下称为表面lib)。光电转换体12以在表面电极13与背面电极15之间夹持半导体层(光电转换 层)14的方式构成，在除了基板11的背面Ila的外周以外的全部区域形成。表面电极13由具有光透射性的金属氧化物，例如GZ0、铟锡氧化物(ΙΤ0，Indium Tin Oxide)等所谓的透明导电氧化物(TCO, transparent conducting oxide)构成，形成 在基板11的背面Ila上。在表面电极13上形成有半导体层14。该半导体层14例如具有在ρ型非晶硅膜(未图示)与η型非晶硅膜(未图示) 之间夹有i型非晶硅膜(未图示)的Pin结结构。在该pin结结构中，从表面电极1 3侧开始依次层压有ρ型非晶硅膜、i型非晶硅 膜、η型非晶硅膜。太阳光射入该半导体层14，太阳光中包含的能量粒子射入i型非晶硅膜时，因光 伏效应而产生电子和空穴。这样一来，电子向着η型非晶硅膜移动，空穴向着P型非晶硅膜移动。通过表面电极13和背面电极15分别取出这些电子和空穴，从而能够将光能转换 为电能(光电转换)。背面电极15相对于半导体层14层压在与表面电极13相反的一侧。背面电极15由Ag、Cu等导电性金属膜构成，例如适于使用低温烧成型纳米金属墨 料(Ag)来形成。背面电极15还具有作为反射层的功能，该反射层用于使透过半导体层14的太阳 光反射并再次被提供给半导体层14。另外，虽未图示，但优选地，上述光电转换体12具有在各层的表面和背面上形成 有微小凹凸的纹理结构。这种情况下，由于能够取得延长射入各层的太阳光的光路的棱镜效应以及光约束 效应，因此能够提高太阳能电池10的光能转换效率。这里，在半导体层14与背面电极15之间设置有低折射导电层16。换言之，低折射导电层16与光电转换层12相邻，配置在光电转换层12上与基板 11相反的面上。该低折射导电层16形成在半导体层14的η型非晶硅膜上的整个面上。在半导体膜14与背面电极15之间仅形成有低折射导电层16。
作为低折射导电层16所采用的材料，优选使用低电阻且具有防止背面电极15的 构成材料向半导体层14扩散的扩散阻挡特性，以及用于保持背面电极15与半导体层14的 导通的导电性的材料。另外，为了提高在半导体层14与低折射导电层16的界面上发生全反射的比例，低 折射导电层16的折射率η优选设定为2. 0以下。具体而言，优选地，将折射率η设定为1. 4以上1. 9以下，且将膜厚d(参照图1) 设定为40nm以上80nm以下。进而，更优选地，将折射率η设定为1. 44以上1. 50以下，且将膜厚d设定为50nm 以上75nm以下。如此，通过使低折射导电层16的折射率η形成为2. 0以下，能够扩大半导体层14 的折射率(η = 3. 8 4. 0)与低折射导电层16的折射率之差。因此，能够提高在半导体层14与低折射导电层16的界面上发生全反射的比例。所以，相对于低折射导电层16入射角小的光也会满足全反射条件，能够使入射到 低折射导电层16的太阳光在半导体层14与低折射导电层16的界面上效率良好地反射。另外，通过使低折射导电层16的膜厚d形成为40nm以上，从而在制造时，能够易 于将低折射导电层16的膜厚调整为考虑了从半导体层14到背面电极15之间的光学距离 等的膜厚。另外，能够防止从背面电极15向半导体层14的扩散，实现低折射导电层16带来 的反射率的提高。另一方面，通过使低折射导电层的膜厚形成为SOnm以下，能够维持低折射导电层 16中的太阳光的透射率。因此，能够防止在低折射导电层16中太阳光被吸收。作为这种本实施方式的低折射导电层16的构成材料，适于使用SiO2,通过在SiO2 中混入掺杂物，能够获得导电性。由于低折射导电层16形成在半导体层14的η型非晶硅膜上，因此作为混入到低 折射导电层16的SiO2中的掺杂物，优选η型掺杂物，据此能够防止向半导体层14扩散。作为η型掺杂物，例如可以举出磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、锂(Li)、镁(Mg)寸。此外，由于在形成低折射导电层16或背面电极15时未以高温进行烧成的情况下， 掺杂物向半导体层1 4扩散的可能性较小，因此也可以混入ρ型掺杂物来代替η型掺杂物。作为ρ型掺杂物，例如可以举出硼(B)、镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、铊(Tl)、铍(Be)寸。如此，通过使用SiO2作为低折射导电层16的构成材料，能够具有防止扩散的扩散 阻挡特性和导电性，并能够将低折射导电层16的折射率η设定为1. 46左右。此外，作为上述低折射导电层1 6的成膜方法，可以举出在直到半导体层14被形 成的基板11上进行溅射法、化学气相沉积法(CVD，Chemical Vapor D印osition)、蒸镀法寸。另外，除此以外，还可以应用涂布浆状材料后进行烧成的方法。通过溅射法进行成膜时，优选使用预先混入有掺杂物的靶。
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另外，使用CVD法时，优选边向室内导入掺杂物的材料气体边进行成膜。另外，使用浆状材料时，可以在涂布低折射导电层16的构成材料与上述背面电极 15的构成材料之后，一并对两者进行烧成。另外，作为满足上述低折射导电层16的条件的材料，除了 SiO2以外，还可以举出 在SiO、MgF2 (η = 1. 37)、Al2O3 (η = 1. 65)等中混入上述掺杂物的材料。(仿真试验)在此，发明人设定多种形成半导体层与背面电极之间的层的条件，进行对通过这 些条件而形成的太阳能电池的反射率进行测定的仿真试验，并对各仿真结果进行了比较。本试验的太阳能电池为在半导体层与背面电极之间设置有由ZnO构成的透明电 极的结构，或者代替透明电极而设置有在SiO2中混入η型掺杂物的低折射导电层的结构。此外，反射率表示相对于透射过半导体层的光，在半导体层与透明电极或低折射 导电层的界面反射的光和在透明电极或低折射导电层与背面电极的界面反射的光的比例。本试验的试验条件如下所示。此外，条件1的太阳能电池表示现有的太阳能电池的结构，条件3的太阳能电池表 示本实施方式的太阳能电池的结构。与此相对，条件2的太阳能电池表示对条件3的太阳能电池改变膜厚后的结构。条件1 层结构(基板/表面电极/半导体层/透明电极(ZnO)/背面电极)透明电极的折射率η = 2. 05透明电极的膜厚d = 80. Onm条件2 层结构(基板/表面电极/半导体层/低折射导电层(在SiO2中混入η 型掺杂物)/背面电极)低折射导电层的折射率η = 1.46低折射导电层的膜厚d = 8. Onm条件3 层结构(基板/表面电极/半导体层/低折射导电层(在SiO2中混入η 型掺杂物)/背面电极)低折射导电层的折射率η = 1.46低折射导电层的膜厚d = 54. 5nm图2(a) 图4(b)是示出相对于波长(nm)的反射率(％ )的图。图2 (a)、图3 (a) 以及图4(a)示出入射角为0°时的反射率，图2(b)、图3(b)以及图4(b)示出入射角为45° 时的反射率。图2 (a)、(b)示出条件1时的反射率，图3 (a)、(b)示出条件2时的反射率，图4 (a)、 (b)示出条件3时的反射率。首先，条件1的仿真结果如图2(a)所示，在低波长区域(例如，波长300 500nm) 中反射率低至95%以下，随着向高波长区域接近(例如，波长600nm以上)，反射率增高。在低波长区域中反射率降低的理由，被认为是由于在透明电极与半导体层的界面 反射的光和在背面电极与透明电极的界面反射的光之间的相位差，使得两者互相干扰而抵 消，没有被提供给半导体层。另外，反射率不为100%的理由，被认为是由于透过透明电极并入射到背面电极的 光之中的大部分光在透明电极与背面电极的界面反射，尽管很少，但还是有一部分光侵入背面电极，存在被背面电极吸收的吸收损耗。另一方面，入射角为45°时的反射率如图2(b)所示，在波长500nm附近急剧减少。其理由如上所述，被认为是以在透明电极与半导体层的界面反射的光和在透明电 极与背面电极的界面反射的光之间的相位差所导致的干扰、或者背面电极中的吸收损耗等 为原因。下面，条件2的仿真结果如图3(a)所示，在低波长区域中，从低波长区域直到高波 长区域，能够获得大致一定的反射率，但是与条件1相比反射率低。另一方面，入射角为45°时的反射率如图3(b)所示，从低波长区域直到高波长区 域，反射率整体降低，还具有波动。这被认为是由于除了背面电极中的吸收损耗以外，在膜厚比较薄时，易于产生如 上所述的在透明电极与半导体层的界面反射的光和在透明电极与背面电极的界面反射的 光之间的相位差所导致的干扰。也就是，膜厚为8nm左右时，难以如上所述地将低折射导电层的膜厚调整为考虑 了从半导体层到背面电极之间的光学距离等的膜厚，无法获得诸如反射率提高那样的光学 效果。下面，条件3的仿真结果如图4(a)所示，入射角为0°时，从低波长区域直到高波 长区域，能够获得整体均勻的反射率，具体而言，反射率约为99%左右。另一方面，入射角为45°时的反射率如图4(b)所示，从低波长区域直到高波长区 域，整体能够获得大致100%的反射率。此外，关于将低折射导电层设定为与条件1的膜厚(SOnm)相同时(未图示)的仿 真结果，与条件1相比，反射率提高并获得良好的结果。如此，本实施方式的太阳能电池10具有如下结构，即在半导体层14与背面电极15 之间，设置有折射率η为2.0以下的低折射导电层16。根据这种结构，通过在半导体层14与背面电极15之间设置低折射导电层16，能够 防止背面电极15的构成材料向半导体层14扩散。特别是通过将低折射导电层16的折射率设定为2. 0以下，与设置普通的透明电极 (折射率为η = 2. 05以上)时相比，能够扩大半导体层14的折射率与低折射导电层16的
折射率之差。据此，能够提高在半导体层14与低折射导电层16的界面上发生全反射的比例。因此，相对于低折射导电层16入射角小的光也会满足全反射条件，据此能够提高 半导体层14与低折射导电层16的界面上的反射率。另外，在射入太阳能电池的光的路径中，通过使透过半导体层14的光在背面电极 15的前段被反射，能够抑制透过低折射导电层16并入射到背面电极15的光的入射量。因此，能够降低背面电极15中的光的吸收损耗。所以，能够提高太阳能电池10的反射率，因此能够提高发电效率。另外，通过在半导体层14与背面电极15之间仅设置一层低折射导电层16，从而与 如现有技术那样在半导体层14与背面电极15之间除了透明电极以外还设置折射率调整层 时相比，能够抑制制造工序的增加，并能够维持制造效率。进而，如本实施方式的低折射导电层16那样，通过在SiO2中混入掺杂物，能够使
9SiO2自身具有导电性。据此，无需为了确保背面电极15与半导体层14的导通而较薄地形成低折射导电 层，或者为了获得半导体层14与背面电极15的接触而在低折射导电层上形成接触孔等。因此，在维持低折射导电层16与半导体层14的界面上的反射率的提高的基础上， 能够在考虑了光学距离等的状态下，容易地形成低折射导电层16。此外，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范 围内，包括对上述实施方式施加各种变更后的内容。即，上述实施方式中举出的结构等为一例，可以适当变更。例如，在上述实施方式中，对于非晶硅型太阳能电池进行了说明，但也可以采用微 晶硅型太阳能电池或晶硅(单晶硅、多晶硅)型太阳能电池。另外，在上述实施方式中，对单一型太阳能电池进行了说明，但也可以采用在一对 电极间夹持有非晶硅和微晶硅的叠层(夕)型太阳能电池。在叠层型太阳能电池中，第一半导体层(例如，非晶硅)吸收短波长光，第二半导 体层(例如，微晶硅)吸收长波长光，从而能够实现发电效率的提高。另外，通过在各半导体层之间设置中间电极，使得通过第一半导体层到达第二半 导体层的光的一部分由中间电极反射并再次入射到第一半导体层，因此光电转换体的灵敏 度特性提高，有助于发电效率的提高。这种情况下，可以采用在背面电极与半导体层之间设置有低折射导电层的结构。另外，代替在非晶硅与微晶硅之间设置的中间电极，还可以采用设置有本发明的 低折射导电层的结构。如以上详述所示，本发明对于能够提高低折射导电层与光电转换层的界面上的反 射率，并且能够抑制制造工序的增加的太阳能电池是有用的。
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权利要求
一种太阳能电池，其特征在于，包括基板，具有光透射性；光电转换体，设置在所述基板上，包括具有光透射性的表面电极、光电转换层和具有光反射性的背面电极；以及低折射导电层，与所述光电转换层相邻，配置在所述光电转换层上与所述基板相反的面上，由具有光透射性的导电材料构成，折射率为2.0以下。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述低折射导电层设置在所述光电转换层与所述背面电极之间， 在所述光电转换层与所述背面电极之间仅设置有所述低折射导电层。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于， 所述低折射导电层具有在SiO2中混入有掺杂物的结构。
全文摘要
该太阳能电池(10)包括基板(11)，具有光透射性；光电转换体(12)，设置在所述基板(11)上，包括具有光透射性的表面电极(13)、光电转换层(14)和具有光反射性的背面电极(15)；以及低折射导电层(16)，与所述光电转换层(14)相邻，配置在所述光电转换层(14)上与所述基板(11)相反的面上，和与所述基板(11)所面对的所述光电转换层(14)的面相反的面相邻，由具有光透射性的导电材料构成，折射率为2.0以下。
文档编号H01L31/04GK101971356SQ200980108730
公开日2011年2月9日 申请日期2009年4月24日 优先权日2008年4月25日
发明者井出由夫, 小松孝, 水野雄介, 浅利伸, 清水美穗, 渡井美和, 齐藤一也 申请人:株式会社爱发科