JP2010538492A

JP2010538492A - 結晶シリコンｐ−ｎホモ接合と表面安定化のためのアモルファスシリコンヘテロ接合とを有する太陽電池

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Publication number: JP2010538492A
Application number: JP2010523988A
Authority: JP
Inventors: エル．メイヤー，ダニエル; ロハトギ，アジート
Original assignee: サニーバ，インコーポレイテッド
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2010-12-09
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Abstract

薄型のシリコン太陽電池について記載される。具体的には、太陽電池は、おおよそ５０〜５００マイクロメートルの厚さを有する結晶シリコンウエハから作成することができる。太陽電池は、ｐ−ｎホモ接合を有する第１の領域と、ヘテロ接合表面安定化を形成する第２の領域と、ヘテロ接合表面安定化を形成する第３の領域とを含む。アモルファスシリコンの安定化特性の喪失を低減させるために、摂氏おおよそ４００度未満の温度において、シリコンウエハの両側にアモルファスシリコン層が堆積される。摂氏おおよそ１６５度において、両側に透明な導電性酸化物最終層が形成される。透明な導電性酸化物には、金属接触が施される。低温であること、そして太陽電池の外層を作成するために使用される極薄の材料層は、薄いウエハを、そのウエハを変形させる可能性がある過剰な応力から保護する。

Description

本発明は、概して、シリコン太陽電池に関するものである。より具体的には、本発明は、表面における正孔と電子との再結合を低減させるウエハ構造と、薄いシリコンウエハに導入される応力を小さくしてそれらの構造的完全性を高めるためのプロセスとに関する。

太陽電池は、光エネルギを電気エネルギに変換する装置である。これらの装置は、多くは光起電性（ＰＶ）電池とも称される。太陽電池は、種々様々な半導体から製造される。一般的な半導体材料の１つが、結晶シリコンである。

太陽電池は、３つの主な要素である（１）半導体と、（２）半導体接合と、（３）導電性接触とを有する。シリコンなどの半導体は、ｎ型またはｐ型にドープすることができる。ｎ型シリコンとｐ型シリコンとをくっつける場合は、太陽電池内においてそれらが合わさる領域が半導体接合である。半導体は、光を吸収する。光からのエネルギは、シリコン層内の原子の価電子に伝わることができ、これは、その価電子が束縛状態を脱して正孔を後に残すことを可能にする。これらの光生成電子と正孔とは、ｐ−ｎ接合にともなう電場によって分離される。導電性接触は、電流が太陽電池から外部回路へ流れることを可能にする。

図１は、先行技術太陽電池の基本要素を示している。太陽電池は、シリコンウエハ上に作成される。太陽電池５は、ｐ型シリコンベース１０と、ｎ型シリコンエミッタ２０と、底部導電性接触４０と、上部導電性接触５０とを含む。ｎ型シリコン２０は、上部導電性接触５０に結合される。ｐ型シリコン１０は、底部導電性接触４０に結合される。上部導電性接触５０および底部導電性接触４０は、負荷７５に結合される。

銀を含む上部導電性接触５０は、電流が太陽電池５に流れ込むことを可能にする。しかしながら、銀が光を通さないゆえに、上部導電性接触５０は、電池５の表面の全部は覆わない。したがって、上部導電性接触５０は、光が太陽電池５に入ることを可能にする格子パターンを有する。電子は、底部導電性接触４０を通じて正孔と合体する前に、上部導電性接触５０から負荷７５を通って流れる。

底部導電性接触４０は、アルミニウム−シリコン共晶を含むのが普通である。この底部導電性接触４０は、導通を最大限にするために、ｐ型シリコン１０の底面の全部を覆うのが通常である。アルミニウムは、アルミニウム−シリコン共晶温度である摂氏５７７度を大きく上回る摂氏おおよそ７５０度の高温でシリコンとの合金を形成する。この合金反応は、高濃度にドープされたｐ型領域をベースの底部に形成し、そこに強い電場を発生させる。この電場は、ｐ−ｎ接合にともなう電場が電子を正孔から分離するのを助けるので、上部接触には電子が集められ、底部接触には正孔が集められる。

＜発明の概要＞
表面における再結合による電子および正孔の喪失を低減させるため、そしてｐ−ｎホモ接合の内部電場を強化するために、ｐ−ｎホモ接合とヘテロ接合表面安定化とを含む太陽電池構造が提供される。薄い結晶シリコンウエハ上にこの太陽電池を製造するのに適合可能である作成プロセスが提供される。一実施形態では、ｐ−ｎホモ接合とヘテロ接合表面安定化とを有する複数の太陽電池が直列につながれ、透明な封入材料および反射性材料に結合される。

以上は要約であり、したがって、必然的に、詳細の簡略化、一般化、および省略を含む。その結果、当業者に明らかなように、要約は、例示を目的としたものに過ぎず、限定的であることを決して意図していない。特許請求の範囲によってのみ定められる本開示のその他の態様、発明的特徴、および利点は、以下に述べられる非限定的な詳細な説明から明らかになる。

先行技術太陽電池の断面図である。太陽電池作成プロセスの１つの実施形態についてのフローチャートである。作成プロセスの各段階におけるシリコンウエハの１つの実施形態についての断面図である。作成プロセスの各段階におけるシリコンウエハの１つの実施形態についての断面図である。作成プロセスの各段階におけるシリコンウエハの１つの実施形態についての断面図である。作成プロセスの各段階におけるシリコンウエハの１つの実施形態についての断面図である。作成プロセスの各段階におけるシリコンウエハの１つの実施形態についての断面図である。作成プロセスの各段階におけるシリコンウエハの１つの実施形態についての断面図である。シリコンウエハに対する拡散層を薄い二酸化シリコン層とともにウエハ表面全体に形成するための炉の一実施形態である。複数の太陽電池を有する太陽電池モジュールである。

＜詳細な説明＞
以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が設定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細を設定しなくても実施することができる。また、本発明を不明瞭にするのを避けるために、周知の方法、手順、構成要素、および回路の詳細な説明は省かれている。

太陽エネルギは、クリーンで安定しているゆえに、理想的な資源である。しかしながら、さらに多くの太陽エネルギの活用にともなうこれまでの障害の１つに、太陽光収集システムのコストがある。シリコン太陽電池を製造するコストのおおよそ７５％は、シリコンウエハ自体のコストにある。このため、理論上は、インゴットから薄く切り取ることができるウエハの枚数が多いほど、より多くのコスト削減を実現することができる。しかしながら、通常は、ウエハが薄いほど収率が下がる。さらに、薄いウエハは、製造プロセス中に非一様な高温に曝される場合やシリコンウエハ上のとりわけアルミニウム−シリコン共晶層などのその他の層から応力を受ける場合に変形しやすい。

図２は、本発明の１つの実施形態にしたがって薄いシリコンウエハから太陽電池を製造するための作成プロセスのフローチャートを示している。例えば、プロセスは、今日の基準では薄いほうである１００マイクロメートルから１５０マイクロメートルに及ぶ厚さのシリコンウエハから電池を作成するために使用することができる。発明の範囲は、しかしながら、薄い太陽電池に限定されず、例えばフォトダイオードまたは光検出器などのその他の装置に適用することもできる。操作１００では、おおよそ５０〜５００マイクロメートルの厚さを有する結晶シリコンウエハ上に、ｐ−ｎホモ接合が形成される。ウエハは、単結晶または多結晶であってよい。ウエハ表面は、ざらつきがあってもよい。例えば、結晶方位（１１１）の面を有する小四角錘の配列を作成するために、異方性エッチングを使用して、結晶方位（１００）の表面を有する結晶シリコンウエハにざらつきを付与するこ
とができる。このようなざらついた表面は、反射率を低減させるのに、そして太陽電池の内部に光を閉じ込めるのに役立つ。

本発明の１つの実施形態として、ｐ型ドープを有するシリコンウエハの片側にｎ型拡散層が形成される。該拡散層は、拡散炉の中で形成することができる。図４は、複数のシリコンウエハ４１０をドープするための拡散炉４００の一実施形態を示している。拡散炉は、ウエハボート４０５と、複数のシリコンウエハ４１０と、複数のドーパント源４２０とを含む。ドーパント源４２０は、両表面に施されるリン、アンチモン、またはヒ素などのｎ型ドーパントの源を有する。

複数のシリコンウエハ４１０および複数のドーパント源４２０は、第１のドーパント源４２０と第２のドーパント源４２０との間に２枚のシリコンウエハ４１０が配置されるようなパターンで、ウエハボート４０５に載置することができる。例えば、図４は、ウエハボート４０５の左端のスロットに載置されるドーパント源４２０を示している。このドーパント源４２０の隣りは第１のシリコンウエハ４１０であり、その次は第２のシリコンウエハ４１０であり、その次は第２のドーパント源４２０である。もしこのパターンが、ウエハボート４０５がドーパント源４２０とシリコンウエハ４１０とで満杯になるまで続けられた場合は、２枚のシリコンウエハ４１０からなる各セットは、各側に１つづつのドーパント源４２０によって挟まれるはずである。図４のウエハは、中心間をおおよそ３２分の３インチ（約０．２４センチ）隔てられてよい。シリコンウエハ４１０とドーパント源４２０の位置決めおよび間隔は、各シリコンウエハ４１０のそれぞれの表面層がドーパント源４２０からの不純物でドープされることを可能にする。

複数のシリコンウエハ４１０および複数のドーパント源４２０がウエハボート上に位置決めされると、炉は、ドーパント分子を各ドーパント源４２０から隣りのシリコンウエハ４１０の表面へ拡散させるために、摂氏おおよそ７００〜１０００度の温度に設定されてよい。なお、薄いシリコンウエハを摂氏７００度を超える高温に加熱することは、応力によってシリコンウエハ内に湾曲が誘起されるリスクゆえに、概して不都合である。しかしながら、この場合は、ウエハの一部分または表面のみが熱に曝されるのではなく、ウエハ全体が加熱される。ウエハにおける温度勾配が最小にされるので、拡散中における変形のリスクも最小限に抑えられ、したがって、プロセスのこの段階で、より高温に加熱することが許される。

この拡散プロセスは、ｎ型ドープを有するシリコンウエハにも使用することができる。本発明の別の一実施形態として、複数のｎ型シリコンウエハの片側にｐ型拡散層を形成することができる。この実施形態では、シリコンウエハ４１０は、ｎ型にドープされる。ドーパント源４２０は、ホウ素、ガリウム、インジウム、またはアルミニウムなどのｐ型ドーパントを塗布される。ｎ型シリコンウエハは、次いで、拡散炉４００の中で拡散を施される。

同じ熱サイクルの中で、ただし拡散プロセスの完了後に、操作１１０において、炉は、各シリコンウエハの両側に酸化物層を成長させるために、おおよそ３０００立方センチメートル毎分の流量で酸素を注入されてよい。摂氏おおよそ９００度の温度でおおよそ１０〜３０分の後に、ウエハの両側に、厚さ５〜２０ナノメートルの熱酸化物が形成される。酸化物層を形成する際は、潜在的に汚染されたあらゆる表面部分を含むシリコンウエハの一部が消費される。厚さおおよそ１０ナノメートルの酸化物層は、その形成中に、その当初の表面からおおよそ４．５ナノメートルのシリコンを消費する。これは、酸化物層の真下のシリコンを純粋な品質に保証する。

次に、操作１２０において、酸化物層は、各シリコンウエハから除去される。従来の方
法とは対照的に、最終エッチングとして、ウエハの表面から有機汚染および金属汚染を除去するための湿式化学洗浄プロセスは不要である。代表的な湿式化学洗浄プロセスの例として、水酸化アンモニウムまたは塩酸をともなう過酸化水素溶液（ＲＣＡ洗浄）や、硫酸をともなう過酸化水素溶液が挙げられる。このような溶液は、室温を超える温度で使用されるのが普通であり、通常は、摂氏約８０度である。酸化物層は、あらゆる潜在的汚染を既に消費しつくしているので、酸化物層の除去は、汚染されていないシリコン表面を露出させる。クリーンな表面は、高品質のヘテロ接合の形成に非常に重要である。

本発明の１つの実施形態として、熱酸化物層は、希釈フッ化水素酸（ＨＦ）溶液を使用してウエハの両表面から剥離される。ＨＦ溶液は、容積配合比２４：１の水と４９％ＨＦとを含んでよい。この溶液による熱酸化物のエッチング速度は、おおよそ８ナノメートル毎分である。このため、２０ナノメートルの酸化物層をエッチングするための時間は、おおよそ２〜３分である。

表面のエッチングは、表面が親水性の状態から疎水性の状態に変化すると完了する。言い換えると、もしシリコン表面上にまだ熱酸化物がある場合は、その表面は水で覆われている。シリコン表面から酸化物層が剥離されると、水は表面上で丸まる。この時点で、ウエハ表面におけるダングリングシリコンボンドは水素によって終端され、シリコンにアモルファスシリコンを堆積させる用意が整う。水素終端表面の条件を保つために、エッチング後に水によるすすぎは使用されない。水によるすすぎが必要でないのは、ウエハ表面の疎水性状態のおかげでその表面からエッチング溶液がきれいにはけるからである。

酸化物層が除去され、ダングリングボンドが終端されると、操作１３０において、ウエハの両側に非ドープアモルファスシリコン層が堆積される。本発明の１つの実施形態として、ホットワイヤ化学気相堆積（ＨＷＣＶＤ）プロセスによって、非ドープのすなわち真性のアモルファスシリコンを堆積させることができる。このプロセスでは、ワイヤが基板の上方で摂氏約２０００度の温度に加熱され、堆積室内に、おおよそ１０ミリトールの圧力が維持されてよい。ワイヤは、タンタルまたはタングステンからなってよい。

ホットワイヤは、シラン分子を分解する。分子の断片は、シリコンウエハの比較的冷たい表面に接触すると、凝結して表面上に留まり、気相から固相へ移行する。理想としては、シリコンウエハは、アモルファスシリコン材料を形成するための移動性をシリコン原子に付与するために、摂氏おおよそ５０〜２００度に加熱される。しかしながら、アモルファスシリコンが結晶化によって安定化特性を失わないようにするには、温度を摂氏おおよそ４００度未満に維持することが重要である。

本発明の別の一実施形態としては、非ドープアモルファスシリコン層は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用して堆積される。このプロセスもやはり、供給ガスとしてシランを使用する。シランガスは、高周波プラズマの作用によって分解される。プラズマを励起させるために、おおよそ１３〜７０メガヘルツの周波数範囲が印加されてよい。

本発明のさらに別の一実施形態として、非ドープアモルファスシリコン層は、膨張熱プラズマ（ＥＴＰ）技術によって堆積される。

非ドープアモルファスシリコン層は、シリコンの前面および背面の両方に施される。アモルファスシリコンと結晶シリコンとの間の階段界面は、結晶シリコンの表面における正孔と電子との再結合を低減させるのに役立つ。前面および背面の非ドープアモルファスシリコン層は、順次または同時に施すことができる。各非ドープアモルファスシリコン層は、おおよそ２〜１０ナノメートルの厚さを有する。シリコンウエハの前面の非ドープアモ
ルファスシリコン層の厚さは、背面の非ドープアモルファスシリコン層の厚さにおおよそ等しくてよい。あるいは、光生成キャリアの寿命が非常に短いアモルファスシリコン層内における光の過剰な吸収を避けるために、シリコンウエハの前面の非ドープアモルファスシリコン層の厚さは、背面の非ドープアモルファスシリコン層の厚さ未満であってよい。背面の非ドープアモルファスシリコン層は、その中に吸収される光が非常に少ないので、より分厚くして表面安定化を向上させることができる。

真性アモルファスシリコン層の堆積に続き、操作１４０において、ウエハの前側に第１のドープアモルファスシリコン層が追加される。もしシリコンウエハの基板がｐ型である場合は、ウエハの前側すなわちエミッタ側に、ドープｎ型アモルファスシリコン層が堆積される。その他、もしシリコンウエハの基板がｎ型である場合は、ウエハの前側に、ドープｐ型アモルファスシリコン層が堆積される。堆積は、ＨＷＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、またはＥＴＰによってなされてよい。

ＨＷＣＶＤプロセスでは、おおよそ６０ミリトールの圧力で、シランと水素中５％のホスフィンとが１：１．２の比で供給される。さらに、ウエハは、摂氏おおよそ１００〜３００度の範囲の温度に維持される。ドープアモルファスシリコン層の厚さは、おおよそ４〜２０ナノメートルであってよい。非ドープアモルファスシリコンの堆積に使用される堆積室の汚染を避けるためには、第１のドープアモルファスシリコン層を別の室内で形成することが好ましい。

操作１５０において、ウエハの背面側に、第２のドープアモルファスシリコン層が追加される。このドープアモルファスシリコン層は、第１のドープアモルファスシリコン層と反対のドープ型を有する。したがって、もし第１のドープアモルファスシリコン層がｐ型にドープされる場合は、第２のドープアモルファスシリコン層はｎ型にドープされ、逆もまた同様である。第２のドープアモルファスシリコン層の堆積は、ＨＷＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、またはＥＴＰによってなされてよい。

ＨＷＣＶＤでは、ウエハを摂氏おおよそ１５０〜３５０度の温度に維持した状態で、おおよそ７０ミリトールの圧力で、シランと水素中２．５％のジボランとが１：５の比で供給される。この操作で成長されるドープアモルファスシリコン層の厚さは、おおよそ４〜２０ナノメートルであってよい。

操作１６０において、ウエハの両側に、おおよそ７５ナノメートルの厚さを有する透明な導電性酸化物が形成される。透明な導電性酸化物層は、シリコンウエハの前側および背面側の全体を覆う。透明な導電性酸化物層は、実質的に透明であり、おおよそ２．０の屈折率を有する。この屈折率は、空気の屈折率（１．０）とシリコンの屈折率（おおよそ４）との間の適切な中間値を提供するために、透明な導電性酸化物層のために選択される。透明な導電性酸化物は、太陽電池のための有効な反射防止膜として機能する。

透明な導電性酸化物は、インジウムスズ酸化物を含んでよい。摂氏２５０度未満の温度に維持されたウエハ上にインジウムスズ酸化物層を形成するために、酸素の存在下で、９０％のインジウムと１０％のスズとの合金が蒸着されてよい。例えば、ウエハ温度は、摂氏１５０〜２５０度であってよい。このような堆積は、真空条件下で、酸素の分圧によって実施される。

本発明の別の一実施形態として、透明な導電性酸化物は、アルミニウムをともなう亜鉛酸化物を含んでよい。亜鉛酸化物やインジウムスズ酸化物などの透明な導電性酸化物層は、蒸着以外に、スパッタリングによって施すことができる。透明な導電性酸化物層は、順次または同時に施すことができる。

最後に、操作１７０において、透明な導電性酸化物層に接触が施される。接触は、銀を含む格子線である。格子線は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、またはシャドーマスクを通した蒸着によって施すことができる。印刷された材料を分解するために、または透明な導電性酸化物層に対する銀線の付着を促進するために、摂氏４５０度未満の熱処理を施すこともできる。

銀の格子線は、結晶シリコン表面と直接接触することはない。透明な導電性酸化物層に接触が施されると、金属が結晶シリコン表面と直接接触する従来のホモ接合電池上における再結合多発領域が回避される。

図３Ａ〜３Ｆは、作成プロセスの各段階におけるシリコンウエハの１つの実施形態についての断面図を示している。図３Ａは、ドープ基板２００と、拡散層２１０と、第１の熱酸化物層２２０と、第２の熱酸化物層２２５とを含む。シリコンウエハは、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンであってよい。図３Ａは、上述された操作１００，１１０を受けた後のシリコンウエハを示している。

ドープ基板２００は、拡散層２１０に結合される。ドープ基板２００は、ｐ型またはｎ型であってよい。もし基板２００がｐ型である場合は、拡散層２１０はｎ型である。その他、もし基板２００がｎ型である場合は、拡散層はｐ型である。ドープ基板２００と拡散層２１０との間の界面は、ホモ接合である。ホモ接合のｎ側の正の固定電荷と、ホモ接合のｐ側の負の固定電荷とが、電場を形成する。電場は、光生成電子をｎ側に、光生成正孔をｐ側に向かわせる。ホモ接合は、光生成キャリアの大半を分離する働きをし、そうして、それらを接触に集めることを可能にする。

拡散層２１０に、１枚の熱酸化物層２２０が成長され、ドープ基板２００に、第２の熱酸化物層２２５が成長される。熱酸化物層２２０，２２５は、高価な湿式化学洗浄によるコスト高でなおかつ時間を要するシリコン表面調整を排除するために形成される。上で説明されたように、熱酸化プロセスは、汚染されたあらゆる表面部分を含むシリコンウエハの部分を消費する。

このため、操作１２０における熱酸化物層２２０，２２５の除去に際して、図３Ｂに示されるようなドープ基板２００および拡散層２１０の露出表面には、汚染物質がほとんどない。また、酸化物層２２０，２２５を剥離させるために使用される希釈ＨＦ溶液は、ウエハの表面におけるダングリングボンドを一時的に終端させるための水素原子を供給することによって、そうでなければ形成されるであろう再結合中心を排除し、表面の安定化を助ける。再結合中心が不都合であるのは、それらが光の吸収によって生成される電荷キャリアを破壊し、したがって、太陽電池の効率を低下させるからである。この一時的な安定化は、大量の原子水素を含有する非ドープアモルファスシリコン層が堆積されると永続的になる。

図３Ｃは、操作１３０においてウエハの両側に非ドープアモルファスシリコン層を堆積された後のシリコンウエハを示している。ウエハは、ドープ基板２２０と、拡散層２１０と、第１の非ドープアモルファスシリコン層２３０と、第２の非ドープアモルファスシリコン層２３５とを含む。第１のアモルファスシリコン層２３０および第２の非ドープアモルファスシリコン層２３５は、結晶シリコンウエハの表面の安定化を助ける。

図３Ｄは、操作１４０においてウエハの前側に第１のドープアモルファス層を堆積された後のシリコンウエハを示している。第１のドープアモルファスシリコン層２４０は、第１の非ドープアモルファスシリコン層２３０に結合される。第１の非ドープアモルファス
シリコン層２３０は、拡散層２１０に結合される。拡散層は、ドープ基板２００に結合される。ドープ基板２００は、非ドープアモルファスシリコン２３５に結合される。

同様に、図３Ｅは、操作１５０においてウエハの第２の側に第２のドープアモルファスシリコン層２４５を堆積された後のシリコンウエハを示している。より具体的には、図３Ｄの構成要素に加えて、図３Ｅは、第２の非ドープアモルファスシリコン層２３５に結合された第２のドープアモルファスシリコン層２４５を含む。第１のドープアモルファスシリコン層２４０および第２のドープアモルファスシリコン層２４５は、非ドープアモルファスシリコン層２３０，２３５による結晶シリコンウエハの上面および底面の安定化を補う。第１のドープアモルファスシリコン層２４０と拡散層２１０とが同じ型を有し、第２のドープアモルファスシリコン層２４５とドープ基板２００とが同じ型を有する。第１のドープアモルファスシリコン層２４０および拡散層２１０は、第２のドープアモルファスシリコン層２４５およびドープ基板２００と反対の型を有する。本発明の１つの実施形態として、第１のドープアモルファスシリコン層２４０および拡散層２１０がｐ型である一方で、第２のドープアモルファスシリコン層２４５およびドープ基板２００はｎ型である。本発明の別の一実施形態として、第１のドープアモルファスシリコン層２４０および拡散層２１０がｎ型である一方で、第２のドープアモルファスシリコン層２４５およびドープ基板２００はｐ型である。

アモルファスシリコン層２４０，２３０は、これらの層間に電荷が流れることを可能にするために結晶シリコン層２１０に結合され、これは、有効なヘテロ接合を形成する。さらに、このヘテロ接合は、結晶シリコンのホモ接合内の電場と同じ方向の電場を有する。これらの電場の方向が同じであるのは、ドープアモルファスシリコン層２４０と拡散層２１０とが同じ電荷タイプを有するからである。

アモルファスシリコン層２４５，２３５が結晶シリコン層２００に結合されるゆえに、その界面にもヘテロ接合がある。このヘテロ接合は、やはり結晶シリコンのホモ接合内の電場と同じ方向の電場を有する。これらの電場の方向が同じであるのは、ドープアモルファスシリコン層２４５と基板２００とが同じタイプを有するからである。このため、有効なヘテロ接合は、ホモ接合の作用を補足および強化する働きをする。

２つのヘテロ接合によって形成される電場は、ホモ接合の電場を補足または強化する働きをする。強化された電場は、電子がより自由に太陽電池を通り、その太陽電池に結合された外部負荷流れ込むことを可能にする。

図３Ｆは、操作１６０，１７０を受けた後のシリコンウエハを示している。第１のドープアモルファスシリコン層２４０に第１の透明な導電性酸化物層２５０が結合され、第２のドープアモルファスシリコン層２４５に第２の透明な導電性酸化物層２５５が結合される。透明な導電性酸化物層２５０は、複数の接触２６０に結合され、透明な導電性酸化物層２５５は、複数の接触２６５に結合される。太陽電池３００は、シリコンウエハと、アモルファスシリコン層と、透明な導電性酸化物層と、接触とを含む。金属は、透明な導電性酸化物には接触するが結晶シリコン表面には直接接触しないので、従来の太陽電池における、金属／シリコン界面にともなう高い表面再結合による喪失は解消される。透明な導電性酸化物層２５０は、太陽電池３００のための反射防止膜として機能する。透明な導電性酸化物層２５０は、太陽電池３００の前面の全部を覆ってよい。さらに、透明な導電性酸化物層２５０，２５５は、電流を接触２６０，２６５に到達させるための側方伝導経路を提供するために、十分に低いシート抵抗を有する。透明な導電性酸化物層２５０，２５５のシート抵抗は、３０〜１００オーム／スクエアの範囲であってよい。

シリコンウエハから製作された太陽電池は、次いで、太陽電池モジュールに組み込むこ
とができる。図５に示された太陽電池モジュールは、複数の太陽電池３００と、第１の封入材料５１０と、ガラスシート５１５と、第２の封入材料５２０と、バッキングシート５３０と、プラス端子５４０と、マイナス端子５５０とを含む。

太陽電池モジュールの太陽電池は、電圧を上げるために直列につながれる。具体的には、太陽電池は、第１の太陽電池３００のマイナス接触子が第２の太陽電池３００のプラス接触子に結合されるように、互いにはんだ付けされる。第２の太陽電池３００のマイナス接触子は、第３の太陽電池３００のプラス接触子につながれる。パターンは、モジュールの全ての太陽電池３００がはんだ付けされるまで続く。太陽電池を直列につなぐことによって、各太陽電池３００によって生成される電圧が次の電圧と合わさる。本発明の１つの実施形態として、３６の太陽電池が直列につながれて１つのモジュールを形成する。本発明の別の一実施形態として、７２の太陽電池が直列につながれて１つのモジュールを形成する。太陽電池モジュールのプラス端子は、第１の太陽電池３００のプラス接触子に結合される。太陽電池モジュールのマイナス端子は、直列につながれた複数の太陽電池３００の最後の太陽電池のマイナス接触子に結合される。

複数の太陽電池３００の一方の側に、封入材料５１０が結合される。複数の太陽電池３００の第２の側には、封入材料５２０が結合される。光が太陽電池３００へ通過することを可能にするため、そして太陽電池３００を潜在的に危険な要素および物体から保護するために、封入材料５１０，５２０は、ガラスと同様の屈折率を有するエチレン酢酸ビニルなどの透明な材料を含んでよい。

モジュールの製作中、第１の封入材料５１０および第２の封入材料５２０は、押し合わされ加熱される。エチレン酢酸ビニルは、溶解して複数の太陽電池３００の周囲を流れる。次いで、太陽電池３００をさらに保護するために、第１の封入材料５１０にガラスシート５１５が結合される。封入材料５１０とガラスシート５１５とは、実質的に同じ屈折率を有するので、これらの２枚の層は、１枚の層の光学特性を有する。

第２の封入材料５２０に、バッキングシート５３０が結合される。このバッキングシート５３０は、ポリフッ化ビニルなどの反射性材料を含んでよい。ガラスシート５１５および封入材料５１０を通り抜け、太陽電池３００によって吸収されなかったあらゆる光は、封入材料５２０から出ていく。光は、次いで、バッキングシート５３０で反射され、太陽電池３００を二度目に通り抜けてよく、これは、光を吸収する二度目の機会を太陽電池３００に与える。

上述の明細では、本発明は、その具体的な代表的実施形態に関連して説明されてきた。しかしながら、添付の特許請求の範囲に示された、より広範囲の発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正がなされえることは明らかである。したがって、明細および図面は、限定的な意味ではなく例示的であると見なされる。

Claims

ｎ領域に結合されるｐ領域を含む結晶シリコンと、
前記ｐ領域の表面を安定化させるために前記結晶シリコンの前記ｐ領域に結合される第１の真性アモルファスシリコン層と、
前記ｎ領域の表面を安定化させるために前記結晶シリコンの前記ｎ領域に結合される第２の真性アモルファスシリコン層と、
前記結晶シリコンの電場を強化するために前記第１の真性アモルファスシリコン層に結合されるｐ型アモルファスシリコン層と、
前記結晶シリコンの電場を強化するために前記第２の真性アモルファスシリコン層に結合されるｎ型アモルファスシリコン層と、
を備える装置。
請求項１に記載の装置であって、さらに、
電荷を伝導するためおよび反射防止膜を提供するために前記ｐ型アモルファスシリコン層に結合される第１の透明な導電性酸化物層と、
電荷を伝導するために前記ｎ型アモルファスシリコン層に結合される第２の透明な導電性酸化物層と、
を備える装置。
請求項２に記載の装置であって、
前記第１の透明な導電性酸化物層および前記第２の透明な導電性酸化物層は、インジウムスズ酸化物を含む、装置。
請求項２に記載の装置であって、
前記第１の透明な導電性酸化物層および前記第２の透明な導電性酸化物層は、亜鉛酸化物を含む、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記結晶シリコンは、おおよそ５０〜５００マイクロメートルの厚さを有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の真性アモルファスシリコン層は、おおよそ２〜１０ナノメートルの厚さを有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の真性アモルファスシリコン層は、前記第２の真性アモルファスシリコン層におおよそ等しい厚さを有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の真性アモルファスシリコン層は、前記第２の真性アモルファスシリコン層未満の厚さを有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記結晶シリコンは、単結晶シリコンである、装置。
請求項９に記載の装置であって、
前記単結晶シリコン表面は、結晶方位（１００）を有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記結晶シリコンは、多結晶シリコンである、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記ｐ型アモルファスシリコン層は、おおよそ４〜２０ナノメートルの厚さを有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記アモルファスｎ型シリコン層は、おおよそ４〜２０ナノメートルの厚さを有する、装置。
請求項２に記載の装置であって、さらに、
電荷を伝導するために前記第１の透明な導電性酸化物層に結合される第１の複数の接触と、
電荷を伝導するために前記第２の透明な導電性酸化物層に結合される第２の複数の接触と、
を備える装置。
請求項２に記載の装置であって、
前記第１の透明な導電性酸化物層は、おおよそ７５ナノメートルの厚さを有する、装置。
請求項２に記載の装置であって、
前記第１の透明な導電性酸化物層は、おおよそ５０オーム／スクエアのシート抵抗を有する、装置。
請求項２に記載の装置であって、
前記第１の透明な導電性酸化物層は、おおよそ２．０の屈折率を有する、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記結晶シリコンは、シリコンウエハである、装置。
請求項１８に記載の装置であって、
前記シリコンウエハは、前記ｐ型領域を形成するｐ型であり、前記ｎ型領域は、前記シリコンウエハ内の拡散層である、装置。
請求項１９に記載の装置であって、
前記ｎ型領域は、おおよそ１０〜１０００オーム／スクエアのシート抵抗を有する、装置。
請求項１８に記載の装置であって、
前記シリコンウエハは、前記ｎ型領域を形成するｎ型であり、前記ｐ型領域は、前記シリコンウエハ内の拡散層である、装置。
請求項２１に記載の装置であって、
前記ｐ型領域は、おおよそ１０〜１０００オーム／スクエアのシート抵抗を有する、装置。
ホモ接合と、上面と、底面とを含む第１の領域と、
前記第１の領域の前記上面を安定化させるために前記第１の領域に結合される第２の領域であって、前記第１の領域と前記第２の領域との界面は、第１のヘテロ接合を含む、第
２の領域と、
前記第１の領域の前記底面を安定化させるために前記第１の領域に結合される第３の領域であって、前記第１の領域と前記第３の領域との界面は、第２のヘテロ接合を含む、第３の領域と、
を備える太陽電池。
請求項２３に記載の太陽電池であって、
前記ホモ接合は、第１の電場を含み、前記第１のヘテロ接合は、第２の電場を含み、前記第２のヘテロ接合は、第３の電場を含む、太陽電池。
請求項２３に記載の太陽電池であって、
前記第１の電場、前記第２の電場、および前記第３の電場は、同じ方向である、太陽電池。
請求項２３に記載の太陽電池であって、
前記第１の領域は、結晶シリコンを含む、太陽電池。
請求項２３に記載の太陽電池であって、
前記第２の領域は、第１の非ドープアモルファスシリコン層とｎ型アモルファスシリコン層とを含む、太陽電池。
請求項２３に記載の太陽電池であって、
前記第３の領域は、第２の非ドープアモルファスシリコン層とｐ型アモルファスシリコン層とを含む、太陽電池。
請求項２３に記載の太陽電池であって、
前記第１の領域は、おおよそ５０〜５００マイクロメートルの厚さを有する、太陽電池。
請求項２３に記載の太陽電池であって、
前記第１の領域は、シリコンウエハである、太陽電池。
請求項３０に記載の太陽電池であって、
前記シリコンウエハは、ｐ型層を形成するｐ型であり、ｎ型層は、前記シリコンウエハ内の拡散層であり、前記ホモ接合は、前記ｐ型層と前記ｎ型層との界面である、太陽電池。
請求項３１に記載の太陽電池であって、
前記ｎ型層は、おおよそ１０〜１０００オーム／スクエアのシート抵抗を有する、太陽電池。
請求項３０に記載の太陽電池であって、
前記シリコンウエハは、ｎ型層を形成するｎ型であり、ｐ型層は、前記シリコンウエハ内の拡散層であり、前記ホモ接合は、前記ｎ型層と前記ｐ型層との界面である、太陽電池。
請求項３３に記載の太陽電池であって、
前記ｐ型領域は、おおよそ１０〜１０００オーム／スクエアのシート抵抗を有する、太陽電池。