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JP2023033939A - Solar battery cell and solar battery - Google Patents

Solar battery cell and solar battery Download PDF

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JP2023033939A
JP2023033939A JP2021139928A JP2021139928A JP2023033939A JP 2023033939 A JP2023033939 A JP 2023033939A JP 2021139928 A JP2021139928 A JP 2021139928A JP 2021139928 A JP2021139928 A JP 2021139928A JP 2023033939 A JP2023033939 A JP 2023033939A
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Japan
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solar cell
silicon layer
layer
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topcon
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Application number
JP2021139928A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
誠彦 中野
Masahiko Nakano
隆弥 杉浦
Takaya Sugiura
智 松本
Satoshi Matsumoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keio University
Original Assignee
Keio University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keio University filed Critical Keio University
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

【課題】結晶シリコン太陽電池で得られる電力密度を向上させる。【解決手段】太陽電池セル100Aは、可視光を含む第1光を入射可能な表面30aと、可視光を含む第2光を入射可能で第1領域および第2領域を含む裏面30bとを有する第1導電型の単結晶シリコン層30と、表面30aと接する第2導電型のエミッタ層31と、エミッタ層31と接する金属電極33と、裏面30bの第1領域R1と接するトンネル絶縁層34aと、トンネル絶縁層34aと接する第1導電型の高濃度多結晶シリコン層35aと、高濃度多結晶シリコン層35aと接する金属電極37と、裏面30bの第2領域R2と接するパッシベーション層36と、を備える。【選択図】図3[Problem] To improve the power density obtained by a crystalline silicon solar cell. [Solution] A solar cell 100A includes a first conductivity type monocrystalline silicon layer 30 having a front surface 30a on which a first light including visible light can be incident, and a back surface 30b on which a second light including visible light can be incident and which includes a first region and a second region, an emitter layer 31 of a second conductivity type in contact with the front surface 30a, a metal electrode 33 in contact with the emitter layer 31, a tunnel insulating layer 34a in contact with a first region R1 of the back surface 30b, a high concentration polycrystalline silicon layer 35a of the first conductivity type in contact with the tunnel insulating layer 34a, a metal electrode 37 in contact with the high concentration polycrystalline silicon layer 35a, and a passivation layer 36 in contact with a second region R2 of the back surface 30b. [Selected Figure] FIG.

Description

本発明は、太陽電池セルおよび太陽電池に関し、例えば、単結晶シリコンを使用した太陽電池セルおよび太陽電池に適用して有効な技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solar cell and a solar cell, and for example, to a technique effectively applied to a solar cell and a solar cell using monocrystalline silicon.

非特許文献1には、「i-TOPCon(industrial Tunnel Oxide Passivated Contact)」と呼ばれる構造の太陽電池セルに関する技術が記載されている。 Non-Patent Document 1 describes a technology related to a solar cell having a structure called “i-TOPCon (industrial Tunnel Oxide Passivated Contact)”.

Chengfa Liu etal,“Industrial TOPCon solar cells on n-type quasi-mono Si wafers with efficiencies above 23%“,Solar Energy Materials & Solar Cells 215 (2020) 110690Chengfa Liu et al,“Industrial TOPCon solar cells on n-type quasi-mono Si wafers with efficiencies above 23%“, Solar Energy Materials & Solar Cells 215 (2020) 110690

再生可能なエネルギーは、エネルギー資源が枯渇することなく使用できるとともに、発電時に地球温暖化の原因となる二酸化炭素を排出しないことから、石油、石炭、天然ガスなどの化石燃料に替わるクリーンなエネルギーとして注目されている。 Renewable energy can be used without depletion of energy resources and does not emit carbon dioxide, which causes global warming, during power generation, so it can be used as a clean energy alternative to fossil fuels such as oil, coal, and natural gas. Attention has been paid.

再生可能なエネルギーの1つに太陽光があり、太陽電池を使用して太陽光を直接的に電力に変換する発電方式は、太陽光発電と呼ばれている。太陽電池とは、光エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する光電変換素子である。 One type of renewable energy is sunlight, and a power generation method in which solar cells are used to directly convert sunlight into electric power is called photovoltaic power generation. A solar cell is a photoelectric conversion element that absorbs light energy and converts it into electrical energy.

太陽電池には、有機太陽電池や多接合太陽電池など様々な種類があるが、結晶シリコン太陽電池が最も普及している。結晶シリコン太陽電池の最大の課題は、さらなる発電効率の向上(電力密度の向上)を図ることである。すなわち、最も普及している結晶シリコン太陽電池における発電効率の向上が望まれている。 There are various types of solar cells such as organic solar cells and multi-junction solar cells, but crystalline silicon solar cells are the most popular. The biggest challenge for crystalline silicon solar cells is to further improve power generation efficiency (improve power density). That is, it is desired to improve the power generation efficiency of crystalline silicon solar cells, which are the most widely used.

一実施の形態における太陽電池セルは、可視光を含む第1光を入射可能な第1面と、可視光を含む第2光を入射可能で第1領域および第2領域を含む第2面とを有する第1導電型の単結晶シリコン層と、第1面と接する第2導電型のエミッタ層と、エミッタ層と接する第1電極と、第2面の第1領域と接するトンネル絶縁層と、トンネル絶縁層と接する第1導電型のシリコン層と、シリコン層と接する第2電極と、第2面の第2領域と接するパッシベーション層と、を備える。 A solar cell in one embodiment has a first surface capable of receiving first light containing visible light, and a second surface capable of receiving second light containing visible light and including a first region and a second region. a second conductivity type emitter layer in contact with the first surface; a first electrode in contact with the emitter layer; a tunnel insulating layer in contact with the first region of the second surface; A first conductivity type silicon layer in contact with the tunnel insulating layer, a second electrode in contact with the silicon layer, and a passivation layer in contact with the second region of the second surface.

一実施の形態によれば、結晶シリコン太陽電池で得られる電力密度を向上できる。 According to one embodiment, the power density obtained with crystalline silicon solar cells can be increased.

代表的な太陽光発電システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of a typical photovoltaic power generation system. 「i-TOPCon」型太陽電池セルの構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of an “i-TOPCon” type solar cell; FIG. 実施の形態における太陽電池セルの構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of a solar cell in an embodiment; FIG. 裏面電極ピッチと短絡電流密度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between back electrode pitch and short-circuit current density. 裏面電極ピッチと開放電圧との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between back electrode pitch and open-circuit voltage; 裏面電極ピッチとフィルファクタとの関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between back electrode pitch and fill factor; 裏面電極ピッチと変換効率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between back electrode pitch and conversion efficiency. 電極ピッチと電力密度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between electrode pitch and power density. 検証結果をまとめた表である。It is the table|surface which put together the verification result. 太陽電池セルの製造工程の流れを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the flow of a manufacturing process for a photovoltaic cell.

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In principle, the same members are denoted by the same reference numerals throughout the drawings for describing the embodiments, and repeated description thereof will be omitted. In order to make the drawing easier to understand, even a plan view may be hatched.

<太陽光発電システム>
例えば、太陽光発電システムにおいては、複数の太陽電池モジュールを直列接続することにより、システム電圧を高めることが行われている。
<Solar power generation system>
For example, in a photovoltaic power generation system, a plurality of photovoltaic modules are connected in series to increase the system voltage.

図1は、代表的な太陽光発電システムの構成を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a typical photovoltaic power generation system.

図1に示すように、例えば、太陽電池モジュール10a~10gが直列接続されて、パワーコンディショナー20と接続されている。そして、太陽電池モジュール10a~10gのそれぞれのモジュールフレームは、電気的に接続されて接地電位(基準電位)とされている。すなわち、太陽電池モジュール10a~10gのそれぞれのモジュールフレームの電位(フレーム電位)は0Vとなっている。一方、太陽電池モジュール10a~10gは、直列接続されているため、それぞれの出力電圧が加算されてパワーコンディショナー20に出力される。したがって、図1に示すように、太陽電池モジュール10gでは、太陽電池セルの電位(セル電位)がモジュールフレームの電位であるグランド電位に対して高い正電位(数百V)となる。一方、太陽電池モジュール10aでは、太陽電池セルの電位がモジュールフレームの電位であるグランド電位に対して低い負電位(-数百V)となる。このように、太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールを直列接続する構成が採用される結果、出力側に近い太陽電池モジュール(図1の太陽電池モジュール10gにおいては、モジュールフレームのフレーム電位に対して、太陽電池セルのセル電位が高い正電位となる。一方、出力側から遠い太陽電池モジュール(図1の太陽電池モジュール10a)においては、モジュールフレームのフレーム電位に対して、太陽電池セルのセル電位が低い負電位となる。ここで、太陽電池モジュール10a~10gのそれぞれには、複数の太陽電池セルが含まれている。本明細書では、太陽電池モジュール10a~10gのそれぞれを太陽電池と呼ぶこともある。すなわち、太陽電池は、複数の太陽電池セルから構成されていることになる。 As shown in FIG. 1, for example, solar cell modules 10 a to 10 g are connected in series and connected to a power conditioner 20 . Each module frame of the solar cell modules 10a to 10g is electrically connected and set to a ground potential (reference potential). That is, the potential (frame potential) of each module frame of the solar cell modules 10a to 10g is 0V. On the other hand, since the solar cell modules 10a to 10g are connected in series, their respective output voltages are added and output to the power conditioner 20. FIG. Therefore, as shown in FIG. 1, in the solar cell module 10g, the potential of the solar cell (cell potential) is a positive potential (several hundred volts) higher than the ground potential, which is the potential of the module frame. On the other hand, in the solar cell module 10a, the potential of the solar cell becomes a negative potential (-several hundred volts) lower than the ground potential, which is the potential of the module frame. As described above, in the photovoltaic power generation system, a configuration in which a plurality of photovoltaic modules are connected in series is adopted. On the other hand, in the solar cell module far from the output side (solar cell module 10a in FIG. 1), the cell potential of the solar cell is higher than the frame potential of the module frame. The cell potential becomes a low negative potential.Here, each of the solar cell modules 10a to 10g includes a plurality of solar cells.In this specification, each of the solar cell modules 10a to 10g is referred to as a solar cell. In other words, a solar battery is composed of a plurality of solar cells.

<「i-TOPCon」型太陽電池セルの構成>
次に、太陽電池セルの構成例について説明する。
<Configuration of “i-TOPCon” type solar cell>
Next, a configuration example of a solar cell will be described.

太陽電池セルの構成例として、「i-TOPCon」型太陽電池セルと呼ばれる太陽電池セルがあるので、この太陽電池セルについて説明する。 As a configuration example of a solar cell, there is a solar cell called an “i-TOPCon” type solar cell, and this solar cell will be described.

図2は、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の構成を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the “i-TOPCon” type solar cell 100. As shown in FIG.

図2において、「i-TOPCon」型太陽電池セル100は、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物(ドナー)が導入された単結晶シリコン層30を有している。この単結晶シリコン層30は、太陽光が入射される表面(第1面)30aと、表面とは反対側の裏面(第2面)30bを有している。単結晶シリコン層30の表面30aには、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成されている結果、単結晶シリコン層30の表面30aは、凹凸面から構成されていることになる。これにより、単結晶シリコン層30の表面30a側から入射する太陽光の反射率を低減することができる。すなわち、単結晶シリコン層30の表面30aに形成されているテクスチャ構造は、表面30a側から入射する太陽光の表面30aでの反射を抑制する機能を有していることになる。 In FIG. 2, the “i-TOPCon” type solar cell 100 has a single crystal silicon layer 30 into which an n-type impurity (donor) such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced. The monocrystalline silicon layer 30 has a front surface (first surface) 30a on which sunlight is incident and a rear surface (second surface) 30b opposite to the front surface. The surface 30a of the single-crystal silicon layer 30 is formed with an uneven structure called a texture structure, and as a result, the surface 30a of the single-crystal silicon layer 30 is composed of an uneven surface. Thereby, the reflectance of sunlight incident from the surface 30a side of the single crystal silicon layer 30 can be reduced. That is, the textured structure formed on the surface 30a of the single-crystal silicon layer 30 has a function of suppressing reflection on the surface 30a of sunlight incident from the surface 30a side.

そして、「i-TOPCon」型太陽電池セル100は、単結晶シリコン層30の表面30aに接するエミッタ層31を有している。このエミッタ層31は、例えば、ボロン(B)などのp型不純物(アクセプタ)が導入されたp型シリコン層から構成されている。したがって、表面30aは、n型半導体層である単結晶シリコン層30とp型半導体層であるエミッタ層31とが接するpn接合面となる。このエミッタ層31に接するようにパッシベーション層32と金属電極33が形成されている。このパッシベーション層32は、例えば、窒化シリコン膜から構成されている。また、金属電極33は、例えば、アルミニウム膜と銀膜の積層膜から構成されている。 The “i-TOPCon” type solar cell 100 has an emitter layer 31 in contact with the surface 30a of the monocrystalline silicon layer 30. As shown in FIG. The emitter layer 31 is composed of a p-type silicon layer into which a p-type impurity (acceptor) such as boron (B) is introduced. Therefore, the surface 30a serves as a pn junction surface where the monocrystalline silicon layer 30, which is an n-type semiconductor layer, and the emitter layer 31, which is a p-type semiconductor layer, are in contact with each other. A passivation layer 32 and a metal electrode 33 are formed in contact with the emitter layer 31 . This passivation layer 32 is composed of, for example, a silicon nitride film. Also, the metal electrode 33 is composed of, for example, a laminated film of an aluminum film and a silver film.

一方、単結晶シリコン層30の裏面30bには、裏面30bと接するように、トンネル絶縁層34が形成されている。このトンネル絶縁層34は、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜あるいは酸化ハフニウム膜から構成されている。続いて、トンネル絶縁層34に接するように高濃度多結晶シリコン層35が形成されており、この高濃度多結晶シリコン層35と接するように、パッシベーション層36および金属電極37が形成されている。ここで、パッシベーション層36は、例えば、酸化シリコン膜から構成されている一方、金属電極37は、例えば、銀膜から構成されている。 On the other hand, a tunnel insulating layer 34 is formed on the back surface 30b of the single crystal silicon layer 30 so as to be in contact with the back surface 30b. This tunnel insulating layer 34 is composed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a hafnium oxide film. Subsequently, a high-concentration polycrystalline silicon layer 35 is formed in contact with the tunnel insulating layer 34 , and a passivation layer 36 and a metal electrode 37 are formed in contact with the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 . Here, the passivation layer 36 is made of, for example, a silicon oxide film, while the metal electrode 37 is made of, for example, a silver film.

以上のようにして、「i-TOPCon」型太陽電池セル100が構成されている。 The “i-TOPCon” type solar cell 100 is configured as described above.

<「i-TOPCon」型太陽電池セルの動作>
「i-TOPCon」型太陽電池セル100は、上記のように構成されており、以下では、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の動作について説明する。
<Operation of “i-TOPCon” type solar cell>
The “i-TOPCon” type solar cell 100 is configured as described above, and the operation of the “i-TOPCon” type solar cell 100 will be described below.

まず、図2において、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の上方から可視光や赤外光を含む太陽光40が照射されるとともに、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の下方から可視光や赤外光を含む太陽光40の反射光50が照射される。すると、パッシベーション層32およびエミッタ層31を介して、単結晶シリコン層30の内部に太陽光40が照射される。一方、パッシベーション層36、高濃度多結晶シリコン層35およびトンネル絶縁層34を介して、単結晶シリコン層30の内部に反射光50が照射される。すなわち、「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、表面30a側から太陽光40が単結晶シリコン層30の内部に照射されるとともに、裏面30b側から反射光50が単結晶シリコン層30の内部に照射される。このように、「i-TOPCon」型太陽電池セル100は、両面受光が可能な太陽電池セルを構成していることがわかる。 First, in FIG. 2, sunlight 40 including visible light and infrared light is irradiated from above the “i-TOPCon” type solar cell 100, and visible from below the “i-TOPCon” type solar cell 100. Reflected light 50 of sunlight 40 including light and infrared light is irradiated. Then, sunlight 40 is irradiated into the single crystal silicon layer 30 through the passivation layer 32 and the emitter layer 31 . On the other hand, the inside of single crystal silicon layer 30 is irradiated with reflected light 50 through passivation layer 36 , high-concentration polycrystalline silicon layer 35 and tunnel insulating layer 34 . That is, in the “i-TOPCon” type solar cell 100, the inside of the single crystal silicon layer 30 is irradiated with sunlight 40 from the front surface 30a side, and the reflected light 50 is reflected inside the single crystal silicon layer 30 from the back surface 30b side. is irradiated to Thus, it can be seen that the “i-TOPCon” type solar cell 100 constitutes a solar cell capable of receiving light from both sides.

このとき、太陽光40および反射光50のうち、シリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光は吸収される。具体的には、価電子帯に存在する電子が、太陽光から供給される光エネルギーを受け取って伝導帯に励起される。これにより、伝導帯に電子が蓄積されるとともに価電子帯に正孔が生成される。このようにして、「i-TOPCon」型太陽電池セル100に太陽光40および反射光50が照射されることにより、太陽光40および反射光50に含まれるシリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光が吸収されて伝導帯に電子が励起されるとともに、価電子帯に正孔が生成される。そして、生成された正孔は、p型半導体層であるエミッタ層31に蓄積される。一方、励起された電子は、n型の単結晶シリコン層30からトンネル絶縁層34をトンネルして高濃度多結晶シリコン層35に蓄積される。この結果、エミッタ層31と電気的に接続されている金属電極33と高濃度多結晶シリコン層35と電気的に接続されている金属電極37との間に起電力が生じる。そして、例えば、金属電極33と金属電極37との間に負荷を接続すると、金属電極37から負荷を通って金属電極33に電子が流れる。言い換えれば、金属電極33から負荷を通って金属電極37に電流が流れる。 At this time, of the sunlight 40 and the reflected light 50, light having optical energy greater than the bandgap of silicon is absorbed. Specifically, electrons present in the valence band receive light energy supplied from sunlight and are excited to the conduction band. This accumulates electrons in the conduction band and creates holes in the valence band. In this way, the “i-TOPCon” type solar cell 100 is irradiated with the sunlight 40 and the reflected light 50, so that light energy larger than the bandgap of silicon contained in the sunlight 40 and the reflected light 50 is generated. The light is absorbed, electrons are excited in the conduction band, and holes are generated in the valence band. The generated holes are accumulated in the emitter layer 31, which is a p-type semiconductor layer. On the other hand, the excited electrons tunnel from the n-type monocrystalline silicon layer 30 through the tunnel insulating layer 34 and are accumulated in the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 . As a result, an electromotive force is generated between metal electrode 33 electrically connected to emitter layer 31 and metal electrode 37 electrically connected to high-concentration polycrystalline silicon layer 35 . Then, for example, when a load is connected between the metal electrode 33 and the metal electrode 37, electrons flow from the metal electrode 37 to the metal electrode 33 through the load. In other words, current flows from metal electrode 33 through the load to metal electrode 37 .

このようにして、「i-TOPCon」型太陽電池セル100を動作させることにより、負荷を駆動することができる。 By operating the “i-TOPCon” type solar cell 100 in this manner, the load can be driven.

<「i-TOPCon」型太陽電池セルの利点>
次に、上述した「i-TOPCon」型太陽電池セル100の利点について説明する。
<Advantages of “i-TOPCon” solar cells>
Next, the advantages of the “i-TOPCon” type solar cell 100 described above will be described.

まず、第1利点は、両面受光が可能な点である。すなわち、「i-TOPCon」型太陽電池セル100は、「i-TOPCon」型太陽電池セル100に直接入射する太陽光40を利用するだけでなく、太陽光40が地表で反射した反射光50も利用していることから、発電効率の向上を図ることができる利点が得られる。 First, the first advantage is that it is possible to receive light from both sides. In other words, the “i-TOPCon” type solar cell 100 not only utilizes the sunlight 40 directly incident on the “i-TOPCon” type solar cell 100, but also uses the reflected light 50 of the sunlight 40 reflected on the ground surface. Since it is used, there is an advantage that power generation efficiency can be improved.

特に、地表からの太陽光の反射率は、「アルベド」と呼ばれ、地球上の広範囲の地域において、この「アルベド」が20%以上である。このことから、「i-TOPCon」型太陽電池セル100においては、太陽光からの反射光も有効利用していることから、地球上の広範囲の地域で発電効率の優れた太陽電池を提供することができる。 In particular, the reflectance of sunlight from the earth's surface is called "albedo", and this "albedo" is 20% or more in a wide area on the earth. Therefore, since the "i-TOPCon" type solar cell 100 effectively utilizes reflected light from sunlight, it is possible to provide a solar cell with excellent power generation efficiency in a wide range of regions on the earth. can be done.

さらに、反射光を有効利用するため、「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、「PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)構造」が採用されている。この「PERC構造」とは、太陽電池セルの裏面側にパッシベーション層(不活性化層)を形成することにより、キャリア(電子と正孔)の再結合で生じる発電ロスを低減する構造である。 Furthermore, in order to make effective use of reflected light, the “i-TOPCon” type solar cell 100 employs a “PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) structure”. This "PERC structure" is a structure that reduces power generation loss caused by recombination of carriers (electrons and holes) by forming a passivation layer (inactivation layer) on the back side of the solar cell.

続いて、第2利点は、トンネル絶縁層34を設けている点である。特に、このトンネル絶縁層34は、材料および厚さを適宜調整することにより、多数キャリアを通過させる一方、少数キャリアを非通過とするキャリア選択性を有する層として機能している。具体的に、図2に示す「i-TOPCon」型太陽電池セル100において、トンネル絶縁層34は、多数キャリアである電子を通過させる一方、少数キャリアである正孔を非通過とするキャリア選択性を有している。 A second advantage is that the tunnel insulating layer 34 is provided. In particular, the tunnel insulating layer 34 functions as a layer having carrier selectivity that allows passage of majority carriers while blocking passage of minority carriers by appropriately adjusting the material and thickness of the tunnel insulation layer 34 . Specifically, in the “i-TOPCon” type solar cell 100 shown in FIG. 2, the tunnel insulating layer 34 has carrier selectivity that allows electrons, which are majority carriers, to pass through while blocking holes, which are minority carriers, from passing through. have.

例えば、太陽光40および反射光50を照射することにより、単結晶シリコン層30において電子が励起されるとともに正孔が生成されるが、多数キャリアである電子は、トンネル絶縁層34をトンネルして高濃度多結晶シリコン層35に移動することができる。一方、少数キャリアである正孔は、トンネル絶縁層34をトンネルすることができないため、高濃度多結晶シリコン層35に移動することができない。この結果、「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、高濃度多結晶シリコン層35に少数キャリアである正孔が拡散することを抑制できる。このことは、高濃度多結晶シリコン層35での電子と正孔の再結合が抑制されることを意味し、これによって、「i-TOPCon」型太陽電池セル100によれば、電子と正孔の再結合で生じる発電ロスを低減することができる。このように、「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、トンネル絶縁層34を設けることにより、電子と正孔の再結合で生じる発電ロスを低減できる利点を得ることができる。 For example, when irradiated with sunlight 40 and reflected light 50, electrons are excited and holes are generated in the single crystal silicon layer 30. Electrons, which are majority carriers, tunnel through the tunnel insulating layer 34. It can move to the high-concentration polysilicon layer 35 . On the other hand, holes, which are minority carriers, cannot tunnel through tunnel insulating layer 34 and therefore cannot move to high-concentration polycrystalline silicon layer 35 . As a result, in the “i-TOPCon” type solar cell 100, diffusion of holes, which are minority carriers, into the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 can be suppressed. This means that the recombination of electrons and holes in the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 is suppressed. It is possible to reduce the power generation loss caused by the recombination of the Thus, in the “i-TOPCon” type solar cell 100, by providing the tunnel insulating layer 34, it is possible to obtain the advantage of being able to reduce power generation loss caused by recombination of electrons and holes.

<改善の検討>
本発明者は、発電効率を向上する観点から、上述した利点を有する「i-TOPCon」型太陽電池セル100について検討した結果、「i-TOPCon」型太陽電池セル100には、改善の余地が存在することを新規に見出したので、この点について説明する。
<Consideration of improvement>
From the viewpoint of improving power generation efficiency, the present inventors have studied the "i-TOPCon" type solar cell 100 having the above-described advantages, and found that the "i-TOPCon" type solar cell 100 has room for improvement. Since it was newly found to exist, this point will be explained.

例えば、図2に示すように、「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、単結晶シリコン層30の裏面30bの全面にトンネル絶縁層34が形成されているともに、このトンネル絶縁層34の裏面全面に高濃度多結晶シリコン層35が形成されている。 For example, as shown in FIG. 2, in the “i-TOPCon” type solar cell 100, a tunnel insulating layer 34 is formed on the entire back surface 30b of the monocrystalline silicon layer 30, and the back surface of the tunnel insulating layer 34 is formed. A high concentration polycrystalline silicon layer 35 is formed on the entire surface.

以下では、この構造を「裏面全面形成構造」と呼ぶことにする。「裏面全面形成構造」では、トンネル絶縁層34の裏面全面に高濃度多結晶シリコン層35が形成されていることから、高濃度多結晶シリコン層35を通って金属電極37に達する経路の抵抗を低減できる。このことは、太陽電池セルの開放電圧およびフィルファクタを向上できることを意味することから、「i-TOPCon」型太陽電池セル100は、開放電圧およびフィルファクタの向上を通じて太陽電池セルの性能向上を図る観点から優れているといえる。 Hereinafter, this structure will be referred to as a "back surface entire surface formation structure". Since the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 is formed on the entire back surface of the tunnel insulating layer 34 in the "back surface forming structure", the resistance of the path reaching the metal electrode 37 through the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 is reduced. can be reduced. Since this means that the open-circuit voltage and fill factor of the solar cell can be improved, the “i-TOPCon” type solar cell 100 improves the performance of the solar cell by improving the open-circuit voltage and fill factor. It can be said that it is excellent from the point of view.

ただし、本発明者は、太陽電池セルの性能向上を図る上で最も効果的な要素が短絡電流密度であるという認識のもと、短絡電流密度の向上に着目した結果、「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、短絡電流密度を向上する観点から改善の余地が存在することを新規に見出した。以下に、この点について説明する。 However, the present inventors have recognized that the short-circuit current density is the most effective factor in improving the performance of a solar cell, and as a result of focusing on the improvement of the short-circuit current density, the "i-TOPCon" type The inventors have newly found that the solar cell 100 has room for improvement from the viewpoint of improving the short-circuit current density. This point will be described below.

図2に示す「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、「裏面全面形成構造」が採用されていることから、反射光50は、パッシベーション層36を透過した後、高濃度多結晶シリコン層35およびトンネル絶縁層34を透過して単結晶シリコン層30の内部に到達する。このとき、高濃度多結晶シリコン層35では、反射光50の自由キャリア吸収(FCA:Free Carrier Absorption)によって、光吸収損失が大きくなる。 Since the “i-TOPCon” type solar cell 100 shown in FIG. and the tunnel insulating layer 34 to reach the interior of the single-crystal silicon layer 30 . At this time, in the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 , light absorption loss increases due to free carrier absorption (FCA) of the reflected light 50 .

自由キャリア吸収とは、伝導帯の下端近傍のエネルギー準位に存在する電子が、光を吸収することによってエネルギーを獲得した結果、伝導帯内のエネルギーの高いエネルギー準位に遷移することをいい、この過程で光が吸収される。したがって、反射光50に対して自由キャリア吸収が生じると、単結晶シリコン層30の内部に到達する反射光50が低減する結果、単結晶シリコン層30の内部での電子の価電子帯から伝導帯への励起に寄与する光エネルギーが減少することになる。このことは、発電効率が低下することを意味する。すなわち、自由キャリア吸収が多くなると、光吸収損失が増加することになる。 Free carrier absorption refers to the transition to a higher energy level within the conduction band as a result of electrons existing in the energy level near the lower end of the conduction band gaining energy by absorbing light. Light is absorbed in this process. Therefore, when free carrier absorption occurs in the reflected light 50, the amount of the reflected light 50 reaching the inside of the single crystal silicon layer 30 is reduced. The light energy contributing to the excitation of will be reduced. This means that power generation efficiency is lowered. That is, more free carrier absorption leads to increased optical absorption loss.

この点に関し、高濃度多結晶シリコン層35は、導電型不純物の不純物濃度が高い。このことは、伝導帯に多数の電子が存在することを意味する。したがって、高濃度多結晶シリコン層35では、伝導帯での自由キャリア吸収が大きくなるのである。したがって、「裏面全面形成構造」が採用されている「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、自由キャリア吸収が多くなる結果、単結晶シリコン層30の内部に到達する反射光50が低減する。言い換えれば、「裏面全面形成構造」が採用されている「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、反射光50による短絡電流密度が低下するのである。 In this regard, the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 has a high concentration of conductive impurities. This means that there are many electrons in the conduction band. Therefore, in the high-concentration polycrystalline silicon layer 35, free carrier absorption in the conduction band increases. Therefore, in the “i-TOPCon” type solar cell 100 adopting the “structure with the entire back surface formed”, free carrier absorption increases, and as a result, the amount of reflected light 50 reaching the inside of the single crystal silicon layer 30 is reduced. In other words, in the “i-TOPCon” type solar cell 100 adopting the “structure formed on the entire back surface”, the short-circuit current density due to the reflected light 50 decreases.

以上のことから、「i-TOPCon」型太陽電池セル100では、短絡電流密度を向上する観点から改善の余地が存在することがわかる。そこで、本実施の形態では、「i-TOPCon」型太陽電池セル100に存在する改善の余地を克服するための工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想を説明する。 From the above, it can be seen that the “i-TOPCon” type solar cell 100 has room for improvement from the viewpoint of improving the short-circuit current density. Therefore, in the present embodiment, measures are taken to overcome the room for improvement that exists in the “i-TOPCon” type solar cell 100. FIG. In the following, the technical idea of this embodiment with this ingenuity will be described.

<実施の形態における基本思想>
本実施の形態における基本思想は、太陽電池セルの発電効率を向上させるために最も重要な要因は、短絡電流密度であるという本発明者の洞察に基づいて、その他の要因である開放電圧の向上およびフィルファクタの向上を多少犠牲にしても、短絡電流密度の向上を図ることを優先した構造を採用する思想である。この基本思想は、太陽電池セルの発電効率を向上させるための複数の要因(短絡電流密度、開放電圧およびフィルファクタ)からの寄与は均等ではなく、最も寄与の大きな要因を見出して、その他の要因を多少犠牲にしても、この要因を向上させることにより最終的に太陽電池セルの発電効率を向上させるという斬新な思想であり、発電効率を向上するアプローチとして大きな技術的意義を有している。具体的には、太陽電池セルの発電効率を向上させることを目的とした構造に対して、敢えて開放電圧の向上およびフィルファクタの向上を多少犠牲にしながら、短絡電流密度の向上を図ることを優先した構造を採用することにより、総合的に見れば太陽電池セルの発電効率を向上できることを見出した点に非常に大きな技術的意義がある。
<Basic idea in the embodiment>
Based on the inventor's insight that the most important factor for improving the power generation efficiency of a solar cell is the short-circuit current density, the basic idea of the present embodiment is to improve the open-circuit voltage, which is another factor. And the idea is to adopt a structure that gives priority to improving the short-circuit current density, even if the improvement of the fill factor is somewhat sacrificed. The basic idea is that the contributions from multiple factors (short-circuit current density, open-circuit voltage and fill factor) to improve the power generation efficiency of a solar cell are not even, and that the factor with the largest contribution is found and the other factors It is a novel idea that the power generation efficiency of a photovoltaic cell is finally improved by improving this factor, even if it sacrifices a little, and it has great technical significance as an approach for improving the power generation efficiency. Specifically, compared to a structure that aims to improve the power generation efficiency of a solar cell, priority is given to improving the short-circuit current density while sacrificing somewhat the improvements in open-circuit voltage and fill factor. It is of great technical significance to find out that the power generation efficiency of the solar cell can be improved overall by adopting such a structure.

特に、太陽電池セルの発電効率を向上させる観点から、上述した「裏面全面形成構造」に対して短絡電流密度を向上させる改良を施すことよって、この改良による「発電効率の向上」が、開放電圧およびフィルファクタの犠牲による「発電効率の低下」を大幅に上回る結果、最終的に発電効率を向上できることを見出した本発明者の洞察は優れている。 In particular, from the viewpoint of improving the power generation efficiency of the photovoltaic cell, by improving the above-mentioned "structure with a full back surface" to improve the short-circuit current density, the "improvement in power generation efficiency" due to this improvement will increase the open-circuit voltage. The present inventor's insight that the power generation efficiency can be finally improved as a result of significantly exceeding the "decrease in power generation efficiency" due to the sacrifice of the fill factor and the fill factor is excellent.

以下では、この基本思想を具現化した太陽電池セルの構成について説明する。 The configuration of a solar cell embodying this basic concept will be described below.

なお、本明細書で使用している「電力密度」とは、「発電効率(変換効率)」と同義の意味で使用している。ただし、「発電効率(変換効率)」とは、通常、片面から標準太陽光を太陽電池セルに照射することを前提条件として使用されるため、片面からの太陽光の受光とともに対向面からの反射光も受光する両面受光タイプの太陽電池セルでは、「電力密度」という物理量で発電効率を評価することにしている。したがって、「電力密度」が大きいということは、発電効率が高いことを意味している。 The term "power density" used in this specification has the same meaning as the term "power generation efficiency (conversion efficiency)". However, "power generation efficiency (conversion efficiency)" is usually used as a precondition for irradiating a solar cell with standard sunlight from one side. In a double-sided photovoltaic cell that also receives light, power generation efficiency is evaluated using a physical quantity called "power density." Therefore, a high "power density" means high power generation efficiency.

<実施の形態における太陽電池セルの構成>
以下では、本実施の形態における基本思想を具現化した太陽電池セルの構成を説明する。
<Structure of Solar Battery Cell in Embodiment>
Below, the configuration of a solar battery cell embodying the basic concept of the present embodiment will be described.

図3は、太陽電池セル100Aの構成を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the solar cell 100A.

図3において、太陽電池セル100Aは、n型不純物(ドナー)が導入された単結晶シリコン層30を有している。この単結晶シリコン層30は、太陽光が入射される表面30a(第1面)と、表面30aとは反対側の裏面30b(第2面)を有している。 In FIG. 3, a solar cell 100A has a single crystal silicon layer 30 into which an n-type impurity (donor) is introduced. The monocrystalline silicon layer 30 has a front surface 30a (first surface) on which sunlight is incident and a back surface 30b (second surface) opposite to the front surface 30a.

本実施の形態では、基本的に、単結晶シリコン層30の「表面30a(第1面)」に太陽光40が入射する一方、単結晶シリコン層30の「裏面30b(第2面)」に太陽光40の反射光50が入射する太陽電池セル100Aの配置(第1配置)を前提としている。 In the present embodiment, basically, the sunlight 40 is incident on the “front surface 30 a (first surface)” of the single crystal silicon layer 30 , while the “back surface 30 b (second surface)” of the single crystal silicon layer 30 The arrangement (first arrangement) of the solar cells 100A on which the reflected light 50 of the sunlight 40 is incident is assumed.

ただし、これに限らず、単結晶シリコン層30の「表面30a(第1面)」に太陽光40の反射光50が入射する一方、単結晶シリコン層30の「裏面30b(第2面)」に太陽光40が入射する太陽電池セル100Aの配置(第2配置)を排除するものではない。例えば、太陽電池セル100Aの設置方法として、地面に対して傾斜を持たせて配置する設置方法だけでなく、垂直に設置する設置方法も可能である。この場合、例えば、朝に第1配置が実現されている場合、必然的に夕方には、太陽の方向が変わる結果、第2配置が実現されることになる。 However, the present invention is not limited to this, and while the reflected light 50 of the sunlight 40 is incident on the “front surface 30 a (first surface)” of the single crystal silicon layer 30 , the “back surface 30 b (second surface)” of the single crystal silicon layer 30 However, the arrangement (second arrangement) of the solar cells 100A in which the sunlight 40 is incident on is not excluded. For example, as an installation method of the solar battery cell 100A, not only an installation method in which the solar cell 100A is arranged with an inclination with respect to the ground, but also an installation method in which the solar cell 100A is installed vertically is possible. In this case, for example, if the first arrangement is realized in the morning, the second arrangement will inevitably be realized in the evening as a result of a change in the direction of the sun.

このことを考慮して、請求項では、「第1光を入射可能な第1面と第2光を入射可能第2面とを有する第1導電型の単結晶シリコン層」と規定している。これは、「第1光」が太陽光40であり、かつ、「第2光」が反射光50である場合や、「第1光」が反射光50であり、「第2光」が太陽光40である場合を包含する広い概念の記載を意図している。 In consideration of this, the claims define "a first conductivity type single crystal silicon layer having a first surface capable of receiving the first light and a second surface capable of receiving the second light". . This is the case where the “first light” is the sunlight 40 and the “second light” is the reflected light 50, or the “first light” is the reflected light 50 and the “second light” is the sunlight. It is intended to describe the broad concept encompassing the case of light 40 .

単結晶シリコン層30の表面30aには、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成されている結果、単結晶シリコン層30の表面30aは、凹凸面から構成されていることになる。これにより、単結晶シリコン層30の表面30a側から入射する太陽光40の反射率を低減することができる。すなわち、単結晶シリコン層30の表面30aに形成されているテクスチャ構造は、表面30a側から入射する太陽光40の表面30aでの反射を抑制する機能を有していることになる。 The surface 30a of the single-crystal silicon layer 30 is formed with an uneven structure called a texture structure, and as a result, the surface 30a of the single-crystal silicon layer 30 is composed of an uneven surface. Thereby, the reflectance of the sunlight 40 incident from the surface 30a side of the single crystal silicon layer 30 can be reduced. That is, the textured structure formed on the surface 30a of the single crystal silicon layer 30 has a function of suppressing the reflection of the sunlight 40 incident from the surface 30a side on the surface 30a.

そして、太陽電池セル100Aは、単結晶シリコン層30の表面30aに接するエミッタ層31を有している。このエミッタ層31は、例えば、ボロン(B)などのp型不純物(アクセプタ)が導入されたp型シリコン層から構成されている。したがって、表面30aは、n型半導体層である単結晶シリコン層30とp型半導体層であるエミッタ層31とが接するpn接合面となる。このエミッタ層31に接するようにパッシベーション層32と金属電極33が形成されている。このパッシベーション層32は、例えば、窒化シリコン膜から構成されている。また、金属電極33は、例えば、アルミニウム膜と銀膜の積層膜から構成されている。 Solar cell 100 A has emitter layer 31 in contact with surface 30 a of single crystal silicon layer 30 . The emitter layer 31 is composed of a p-type silicon layer into which a p-type impurity (acceptor) such as boron (B) is introduced. Therefore, the surface 30a serves as a pn junction surface where the monocrystalline silicon layer 30, which is an n-type semiconductor layer, and the emitter layer 31, which is a p-type semiconductor layer, are in contact with each other. A passivation layer 32 and a metal electrode 33 are formed in contact with the emitter layer 31 . This passivation layer 32 is composed of, for example, a silicon nitride film. Also, the metal electrode 33 is composed of, for example, a laminated film of an aluminum film and a silver film.

一方、単結晶シリコン層30の裏面30bは、第1領域R1と第2領域R2を有している。ここで、裏面30bの第1領域R1と接するように、トンネル絶縁層34aが形成されている。言い換えれば、裏面30bの第1領域R1と接する一方、裏面30bの第2領域R2とは接しないように、トンネル絶縁層34aが形成されている。このトンネル絶縁層34aは、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜あるいは酸化ハフニウム膜から構成されている。 On the other hand, the back surface 30b of the single crystal silicon layer 30 has a first region R1 and a second region R2. Here, a tunnel insulating layer 34a is formed so as to be in contact with the first region R1 of the back surface 30b. In other words, the tunnel insulating layer 34a is formed so as to be in contact with the first region R1 of the back surface 30b but not in contact with the second region R2 of the back surface 30b. The tunnel insulating layer 34a is composed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a hafnium oxide film.

このトンネル絶縁層34aは、多数キャリアを通過させる一方、少数キャリアを非通過とするキャリア選択性を有する膜である。今の場合、多数キャリアは電子であり、少数キャリアは正孔であることから、トンネル絶縁層34aは、電子を通過させる一方、正孔を非通過とするキャリア選択性を有する膜といえる。 The tunnel insulating layer 34a is a film having carrier selectivity that allows majority carriers to pass through but prevents minority carriers from passing through. In this case, the majority carriers are electrons and the minority carriers are holes. Therefore, the tunnel insulating layer 34a can be said to be a film having carrier selectivity that allows electrons to pass through but holes to pass through.

トンネル絶縁層34aのキャリア選択性は、トンネル絶縁層34aの厚さを調整することにより実現できる。例えば、トンネル絶縁層34aの厚さが厚すぎると、少数キャリアだけでなく多数キャリアも非通過としてしまうことなる。一方、トンネル絶縁層34aの厚さが薄すぎると、多数キャリアだけでなく少数キャリアも通過させてしまう。すなわち、トンネル絶縁層34aの厚さが厚すぎても薄すぎても、トンネル絶縁層34aに対して、キャリア選択性を発現させることはできない。このため、多数キャリアを通過させる一方、少数キャリアを非通過とするように、トンネル絶縁層34aの厚さを適宜調整することにより、トンネル絶縁層34aに対して、キャリア選択性を発現させる必要がある。 Carrier selectivity of the tunnel insulating layer 34a can be realized by adjusting the thickness of the tunnel insulating layer 34a. For example, if the thickness of the tunnel insulating layer 34a is too thick, not only minority carriers but also majority carriers will not pass. On the other hand, if the thickness of the tunnel insulating layer 34a is too thin, not only majority carriers but also minority carriers will pass through. That is, if the thickness of the tunnel insulating layer 34a is too thick or too thin, the tunnel insulating layer 34a cannot exhibit carrier selectivity. Therefore, it is necessary to develop carrier selectivity in the tunnel insulating layer 34a by appropriately adjusting the thickness of the tunnel insulating layer 34a so that the majority carriers pass through and the minority carriers do not pass through. be.

続いて、トンネル絶縁層34aに接するように高濃度多結晶シリコン層35aが形成されている。この高濃度多結晶シリコン層35aに導入されている導電型不純物(ドナー)の不純物濃度は、単結晶シリコン層30に導入されている導電型不純物(ドナー)の不純物濃度よりも高くなっている。そして、この高濃度多結晶シリコン層35aと接するように、例えば、銀膜からなる金属電極37が形成されている。 Subsequently, a high-concentration polycrystalline silicon layer 35a is formed in contact with tunnel insulating layer 34a. The impurity concentration of the conductive type impurity (donor) introduced into the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 a is higher than the impurity concentration of the conductive type impurity (donor) introduced into the single crystal silicon layer 30 . A metal electrode 37 made of, for example, a silver film is formed in contact with the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a.

これに対し、単結晶シリコン層30の裏面30bの第2領域R2と接するように、パッシベーション層36が形成されている。このパッシベーション層36は、例えば、窒化シリコン膜から構成されている。 On the other hand, a passivation layer 36 is formed so as to be in contact with the second region R2 on the rear surface 30b of the single crystal silicon layer 30. As shown in FIG. This passivation layer 36 is composed of, for example, a silicon nitride film.

なお、金属電極37(裏面電極)は、例えば、単位幅100μmで形成することができる。この場合、第1領域R1と第2領域R2との比である「R1:R2」は、「100μm:電極ピッチ(μm)-100μm」となる。 The metal electrode 37 (back electrode) can be formed with a unit width of 100 μm, for example. In this case, the ratio "R1:R2" between the first region R1 and the second region R2 is "100 μm: electrode pitch (μm)−100 μm".

以上のようにして、太陽電池セル100Aが構成されている。 The solar battery cell 100A is configured as described above.

<実施の形態における特徴>
本実施の形態における特徴点は、例えば、図3に示すように、トンネル絶縁層34aおよび高濃度多結晶シリコン層35aを金属電極37と平面的に重なる領域にだけ形成する思想である。言い換えれば、本実施の形態における特徴点は、単結晶シリコン層30の裏面30bの第2領域R2ではなく第1領域R1にだけ接するように、トンネル絶縁層34aを形成し、このトンネル絶縁層34aに接するように高濃度多結晶シリコン層35aを形成する点にある。このように、本実施の形態における特徴点は、トンネル絶縁層34aおよび高濃度多結晶シリコン層35aを形成する領域を制限する点にある。
<Features of the embodiment>
A characteristic point of the present embodiment is, for example, the concept of forming the tunnel insulating layer 34a and the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a only in a region planarly overlapping with the metal electrode 37, as shown in FIG. In other words, the feature of this embodiment is that the tunnel insulating layer 34a is formed so as to contact only the first region R1, not the second region R2, of the back surface 30b of the single crystal silicon layer 30, and the tunnel insulating layer 34a is in contact with the first region R1. , the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a is formed so as to be in contact with the . As described above, the characteristic point of the present embodiment is that the regions for forming the tunnel insulating layer 34a and the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a are limited.

例えば、トンネル絶縁層34aおよび高濃度多結晶シリコン層35aを金属電極37と平面的に重なる領域にだけ形成する構造を「裏面部分形成構造」と呼ぶことにすると、本実施の形態における特徴点は、「裏面全面形成構造」ではなく、「裏面部分形成構造」を採用する点にあるということができる。この特徴点によれば、パッシベーション層36を透過した反射光50は、トンネル絶縁層34aおよび高濃度多結晶シリコン層35aを介さずに単結晶シリコン層30の内部に到達することができる。 For example, if a structure in which the tunnel insulating layer 34a and the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a are formed only in a region planarly overlapping with the metal electrode 37 is called a "back surface partial formation structure", the features of this embodiment are , it can be said that the reason for this is the adoption of a "partial back surface formation structure" instead of a "back surface entire structure". According to this characteristic point, the reflected light 50 transmitted through the passivation layer 36 can reach the inside of the single crystal silicon layer 30 without passing through the tunnel insulating layer 34a and the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a.

この結果、本実施の形態によれば、高濃度多結晶シリコン層35aに起因する反射光50の自由キャリア吸収を抑制することができる。つまり、特徴点によれば、反射光50の通過経路に自由キャリア吸収の大きな高濃度多結晶シリコン層35aが存在しないことから、自由キャリア吸収に起因する反射光50の光吸収損失を低減できるのである。このことは、反射光50に対して、単結晶シリコン層30の内部での電子の価電子帯から伝導帯への励起に寄与する割合を大きくすることができることを意味する。言い換えれば、特徴点を採用することにより、太陽電池セル100Aの短絡電流密度を向上できることを意味し、これによって、太陽電池セル100Aの電力密度を向上できる。 As a result, according to the present embodiment, free carrier absorption of reflected light 50 caused by high-concentration polycrystalline silicon layer 35a can be suppressed. In other words, according to the feature point, since the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a having large free carrier absorption does not exist in the passage path of the reflected light 50, the light absorption loss of the reflected light 50 caused by the free carrier absorption can be reduced. be. This means that the proportion of the reflected light 50 that contributes to the excitation of electrons from the valence band to the conduction band inside the single crystal silicon layer 30 can be increased. In other words, adopting the feature point means that the short-circuit current density of the solar cell 100A can be improved, thereby improving the power density of the solar cell 100A.

上述したメカニズムによれば、「裏面部分形成構造」では、太陽電池セル100Aの短絡電流密度を向上できると考えられる。ただし、「裏面部分形成構造」では、トンネル絶縁層34aおよび高濃度多結晶シリコン層35aが裏面全面に形成されていない。このことから、「裏面部分形成構造」は、「裏面全面形成構造」に比べて、高濃度多結晶シリコン層35を通って金属電極37に達する経路の抵抗が高くなると考えられる。このことは、「裏面部分形成構造」では、「裏面全面形成構造」に比べて太陽電池セルの開放電圧およびフィルファクタが低下すると推察されることを意味する。 According to the mechanism described above, it is considered that the "back surface partial formation structure" can improve the short-circuit current density of the solar cell 100A. However, in the "rear surface partial formation structure", the tunnel insulating layer 34a and the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a are not formed over the entire rear surface. From this, it can be considered that the resistance of the path reaching the metal electrode 37 through the high-concentration polycrystalline silicon layer 35 is higher in the "rear surface partial formation structure" than in the "rear surface full formation structure". This means that it is presumed that the open-circuit voltage and fill factor of the solar cell are lower in the "partially formed back surface" structure than in the "entirely formed back surface" structure.

したがって、短絡電流密度の向上を図ることができる「裏面部分形成構造」は、開放電圧およびフィルファクタに優位性を有する「裏面全面形成構造」に比べて、電力密度を向上できるかということは自明ではない。言い換えれば、本実施の形態における太陽電池セル100A(図3参照)によれば、「i-TOPCon」型太陽電池セル100(図2参照)よりも電力密度を向上できるかは自明ではない。 Therefore, it is self-evident whether the "partially formed back surface" structure, which can improve the short-circuit current density, can improve the power density compared to the "entirely formed back surface" structure, which has advantages in open-circuit voltage and fill factor. isn't it. In other words, it is not obvious whether the solar cell 100A (see FIG. 3) of the present embodiment can improve the power density as compared with the “i-TOPCon” type solar cell 100 (see FIG. 2).

この点に関し、本発明者の洞察は、太陽電池セルの発電効率を向上させる観点から、短絡電流密度を向上させる改良による「発電効率の向上」が、開放電圧およびフィルファクタの犠牲による「発電効率の低下」を大幅に上回る結果、本実施の形態における太陽電池セル100Aによれば、「i-TOPCon」型太陽電池セル100に比べて、最終的に発電効率を向上できるというものである。 In this regard, the inventor's insight is that from the viewpoint of improving the power generation efficiency of a solar cell, "improved power generation efficiency" by improving the short-circuit current density is "power generation efficiency" by sacrificing the open-circuit voltage and fill factor. As a result, according to the solar cell 100A of the present embodiment, compared to the “i-TOPCon” type solar cell 100, the power generation efficiency can be finally improved.

以下に、この洞察が正しいことを裏付ける検証結果について説明する。 Below, we describe the results of the tests that support this insight.

<検証結果>
図4は、電極ピッチ(裏面)と短絡電流密度(Jsc)との関係を示すグラフである。
<Verification result>
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the electrode pitch (back surface) and the short circuit current density (Jsc).

図4において、グラフ(1)およびグラフ(2)は、表面側から入射した太陽光に基づく短絡電流密度を示すグラフであり、グラフ(1)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(2)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図4に示すグラフ(1)およびグラフ(2)から、表面側から入射した太陽光に基づく短絡電流密度は、太陽電池セル100Aと「i-TOPCon」型太陽電池セル100においてほぼ同様であることがわかる。 In FIG. 4, graphs (1) and (2) are graphs showing short-circuit current densities based on sunlight incident from the surface side, and graph (1) shows solar cell 100A in the present embodiment. On the other hand, graph (2) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100. FIG. From graphs (1) and (2) shown in FIG. 4, it can be seen that the short-circuit current density based on sunlight incident from the surface side is substantially the same for the solar cell 100A and the “i-TOPCon” type solar cell 100. I understand.

これに対し、グラフ(3)およびグラフ(4)は、裏面側から入射した反射光に基づく短絡電流密度を示すグラフであり、グラフ(3)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(4)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図4に示すグラフ(3)およびグラフ(4)から、裏面側から入射した反射光に基づく短絡電流密度は、太陽電池セル100Aの方が「i-TOPCon」型太陽電池セル100よりも大きいことがわかる。特に、本実施の形態における太陽電池セル100Aは、「i-TOPCon」型太陽電池セル100よりも、最大で3mA/cm以上の短絡電流密度が得られることがわかる。このように、上述した本実施の形態における特徴点によれば、裏面側から入射した反射光に基づく短絡電流密度を向上できることがわかる。すなわち、短絡電流密度を向上する観点からは、「裏面部分形成構造」の方が「裏面全面形成構造」よりも優れていることが裏付けられているといえる。 On the other hand, graphs (3) and (4) are graphs showing short-circuit current densities based on reflected light incident from the back side, and graph (3) shows solar cell 100A in the present embodiment. On the other hand, graph (4) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100. FIG. From the graphs (3) and (4) shown in FIG. 4, the short-circuit current density based on the reflected light incident from the back side is higher for the solar cell 100A than for the “i-TOPCon” type solar cell 100. I understand. In particular, it can be seen that the solar cell 100A in the present embodiment can obtain a short-circuit current density of 3 mA/cm 2 or more at the maximum as compared with the “i-TOPCon” type solar cell 100. FIG. Thus, according to the features of the present embodiment described above, it can be seen that the short-circuit current density based on the reflected light incident from the back side can be improved. That is, from the viewpoint of improving the short-circuit current density, it can be said that the "rear surface partial formation structure" is superior to the "rear surface entire formation structure".

図5は、電極ピッチ(裏面)と開放電圧(Voc)との関係を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the electrode pitch (back surface) and the open-circuit voltage (Voc).

図5において、グラフ(1)およびグラフ(2)は、表面側から入射した太陽光に基づく開放電圧を示すグラフであり、グラフ(1)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(2)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図5に示すグラフ(1)およびグラフ(2)から、表面側から入射した太陽光に基づく開放電圧は、太陽電池セル100Aの方が「i-TOPCon」型太陽電池セル100よりも大きくなることがわかる。 In FIG. 5, graphs (1) and (2) are graphs showing open-circuit voltages based on sunlight incident from the surface side, and graph (1) shows solar cell 100A in the present embodiment. On the other hand, graph (2) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100 . From graphs (1) and (2) shown in FIG. 5, it can be seen that the open-circuit voltage of the solar cell 100A based on sunlight incident from the surface side is higher than that of the “i-TOPCon” type solar cell 100. I understand.

これに対し、グラフ(3)およびグラフ(4)は、裏面側から入射した反射光に基づく開放電圧を示すグラフであり、グラフ(3)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(4)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図5に示すグラフ(3)およびグラフ(4)から、裏面側から入射した反射光に基づく開放電圧は、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の方が太陽電池セル100Aよりも大きいことがわかる。つまり、開放電圧を向上する観点からは、「裏面全面形成構造」の方が「裏面部分形成構造」よりも優れていることが裏付けられているといえる。 On the other hand, graphs (3) and (4) are graphs showing open-circuit voltages based on reflected light incident from the rear surface side, and graph (3) shows solar cell 100A in the present embodiment. On the other hand, graph (4) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100 . From the graphs (3) and (4) shown in FIG. 5, it can be seen that the open-circuit voltage based on the reflected light incident from the back side is higher in the “i-TOPCon” type solar cell 100 than in the solar cell 100A. Recognize. In other words, from the viewpoint of improving the open-circuit voltage, it can be said that the "structure with full back surface" is superior to the "structure with partial back surface".

図6は、電極ピッチ(裏面)とフィルファクタ(FF)との関係を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the electrode pitch (back surface) and the fill factor (FF).

図6において、グラフ(1)およびグラフ(2)は、表面側から入射した太陽光に基づくフィルファクタを示すグラフであり、グラフ(1)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(2)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図6に示すグラフ(1)およびグラフ(2)から、表面側から入射した太陽光に基づくフィルファクタは、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の方が太陽電池セル100Aよりも大きくなることがわかる。 In FIG. 6, graphs (1) and (2) are graphs showing fill factors based on sunlight incident from the surface side, and graph (1) shows solar cell 100A in the present embodiment. On the other hand, graph (2) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100 . From graphs (1) and (2) shown in FIG. 6, it can be seen that the fill factor based on the sunlight incident from the surface side is larger for the “i-TOPCon” type solar cell 100 than for the solar cell 100A. I understand.

これに対し、グラフ(3)およびグラフ(4)は、裏面側から入射した反射光に基づくフィルファクタを示すグラフであり、グラフ(3)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(4)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図6に示すグラフ(3)およびグラフ(4)から、裏面側から入射した反射光に基づくフィルファクタも、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の方が太陽電池セル100Aよりも大きいことがわかる。すなわち、フィルファクタを向上する観点からは、「裏面全面形成構造」の方が「裏面部分形成構造」よりも優れていることが裏付けられているといえる。 On the other hand, graphs (3) and (4) are graphs showing fill factors based on reflected light incident from the rear surface side, and graph (3) shows solar cell 100A in the present embodiment. On the other hand, graph (4) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100 . From graphs (3) and (4) shown in FIG. 6, it can be seen that the “i-TOPCon” type solar cell 100 also has a larger fill factor based on the reflected light incident from the back side than the solar cell 100A. Recognize. That is, from the viewpoint of improving the fill factor, it can be said that the "structure with full back surface" is superior to the "structure with partial back surface".

図7は、電極ピッチ(裏面)と変換効率(Eff)との関係を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between electrode pitch (rear surface) and conversion efficiency (Eff).

図7において、グラフ(1)およびグラフ(2)は、表面側から入射した太陽光に基づく変換効率を示すグラフであり、グラフ(1)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(2)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図7に示すグラフ(1)およびグラフ(2)から、表面側から入射した太陽光に基づく変換効率は、太陽電池セル100Aと「i-TOPCon」型太陽電池セル100においてほぼ同様であることがわかる。 In FIG. 7, graphs (1) and (2) are graphs showing conversion efficiency based on sunlight incident from the surface side, and graph (1) shows solar cell 100A in the present embodiment. On the other hand, graph (2) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100 . From graphs (1) and (2) shown in FIG. 7, it can be seen that the solar cell 100A and the “i-TOPCon” type solar cell 100 have substantially the same conversion efficiency based on sunlight incident from the surface side. Recognize.

これに対し、グラフ(3)およびグラフ(4)は、裏面側から入射した反射光に基づく変換効率を示すグラフであり、グラフ(3)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(4)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図7に示すグラフ(3)およびグラフ(4)から、裏面側から入射した反射光に基づく変換効率は、太陽電池セル100Aの方が「i-TOPCon」型太陽電池セル100よりも大きいことがわかる。特に、本実施の形態における太陽電池セル100Aは、「i-TOPCon」型太陽電池セル100よりも、1%以上の変換効率を向上できることがわかる。このように、上述した本実施の形態における特徴点によれば、裏面側から入射した反射光に基づく変換効率を向上できることがわかる。すなわち、変換効率を向上する観点からは、「裏面部分形成構造」の方が「裏面全面形成構造」よりも優れていることが裏付けられているといえる。 On the other hand, graphs (3) and (4) are graphs showing conversion efficiency based on reflected light incident from the rear surface side, and graph (3) shows solar cell 100A in the present embodiment. On the other hand, graph (4) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100 . From graphs (3) and (4) shown in FIG. 7, it can be seen that the solar cell 100A has a higher conversion efficiency based on the reflected light incident from the back side than the “i-TOPCon” type solar cell 100. Recognize. In particular, it can be seen that the solar cell 100A in the present embodiment can improve the conversion efficiency by 1% or more compared to the “i-TOPCon” type solar cell 100. FIG. As described above, according to the features of the present embodiment described above, it can be seen that the conversion efficiency based on the reflected light incident from the back side can be improved. In other words, it can be said that the "back partial formation structure" is superior to the "back surface entire formation structure" from the viewpoint of improving the conversion efficiency.

図8は、電極ピッチ(裏面)と電力密度との関係を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between electrode pitch (rear surface) and power density.

図8において、グラフ(1)は本実施の形態における太陽電池セル100Aを示している一方、グラフ(2)は「i-TOPCon」型太陽電池セル100を示している。図8に示すグラフ(1)およびグラフ(2)から、電力密度は、太陽電池セル100Aの方が「i-TOPCon」型太陽電池セル100よりも大きくなることがわかる。特に、本実施の形態における太陽電池セル100Aは、「i-TOPCon」型太陽電池セル100よりも、最大で0.8mW/cmの高性能化を実現できることがわかる。 In FIG. 8, graph (1) shows the solar cell 100A in this embodiment, while graph (2) shows the “i-TOPCon” type solar cell 100. In FIG. From graphs (1) and (2) shown in FIG. 8, it can be seen that the power density of the solar cell 100A is higher than that of the “i-TOPCon” type solar cell 100. FIG. In particular, it can be seen that the solar cell 100A in the present embodiment can achieve a maximum performance improvement of 0.8 mW/cm 2 compared to the “i-TOPCon” type solar cell 100. FIG.

このように、上述した本実施の形態における特徴点によれば、最終目標である電力密度の向上を図ることができることがわかる。すなわち、最終的な電力密度を向上する観点からは、「裏面部分形成構造」の方が「裏面全面形成構造」よりも優れていることが裏付けられているといえる。 As described above, according to the features of the present embodiment described above, it can be seen that the power density, which is the ultimate goal, can be improved. In other words, it can be said that the "rear surface partial formation structure" is superior to the "rear surface full formation structure" from the viewpoint of improving the final power density.

以上の検証結果に基づくと、太陽電池セルの電力密度を向上させる観点から、短絡電流密度を向上させる改良による「電力密度の向上」が、開放電圧およびフィルファクタの犠牲による「電力密度の低下」を大幅に上回る結果、本実施の形態における太陽電池セル100Aによれば、「i-TOPCon」型太陽電池セル100に比べて、最終的に電力密度を向上できるという本発明者の洞察が正しいことが裏付けられている。 Based on the above verification results, from the viewpoint of improving the power density of solar cells, "improving power density" by improving short-circuit current density is "decreasing power density" by sacrificing open-circuit voltage and fill factor. As a result, the inventor's insight that the solar cell 100A according to the present embodiment can ultimately improve the power density compared to the "i-TOPCon" type solar cell 100 is correct. is backed up.

図9は、上述した検証結果をまとめた表である。図9に示すように、本実施の形態における太陽電池セル100Aと「i-TOPCon」型太陽電池セル100のそれぞれには、メリットとデメリットが存在する。この点に関し、太陽電池セル100Aにおける短絡電流密度の向上が群を抜いて優れており、これによって、太陽電池セル100Aによれば、最終的な0.8mW/cmの電力密度の向上を図ることができる技術的意義は大きい。特に、この検証結果は、「TOPCon」型太陽電池セル系ロードマップの将来予測を上回る結果である。したがって、本実施の形態における技術的思想は、当業者にとっても予測困難な顕著な効果を得ることができる点で非常に優れた技術的思想であるといえる。 FIG. 9 is a table summarizing the verification results described above. As shown in FIG. 9, each of the solar cell 100A and the “i-TOPCon” type solar cell 100 in this embodiment has merits and demerits. In this regard, the improvement in short-circuit current density in the solar cell 100A is by far the best, and the solar cell 100A improves the final power density by 0.8 mW/cm 2 . The technical significance of being able to In particular, this verification result is a result that exceeds the future prediction of the "TOPCon" type solar cell system roadmap. Therefore, it can be said that the technical idea of the present embodiment is a very excellent technical idea in that it is possible to obtain remarkable effects that are difficult to predict even for those skilled in the art.

<太陽電池セルの製造方法>
本実施の形態における太陽電池セル100Aは、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について説明する。ここで説明する太陽電池セル100Aの製造方法は、一例であって、これに限定されるものではない。
<Method for manufacturing a solar cell>
Photovoltaic cell 100A in the present embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below. The method for manufacturing the photovoltaic cell 100A described here is an example, and the method is not limited to this.

図10は、太陽電池セル100Aの製造工程の流れを示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flow chart showing the flow of manufacturing steps for the solar cell 100A.

まず、図10において、n型の単結晶シリコン層30を有する半導体基板(半導体ウェハ)を準備する(S101)。この段階で、例えば、洗浄処理やダメージ層の除去処理や表面平坦化処理などが行われる。次に、単結晶シリコン層30の表面30aに対して、凹凸形状からなるテクスチャ構造を形成する(S102)。このテクスチャ構造は、例えば、ウェットエッチング処理で実施される。その後、単結晶シリコン層30の表面30aにボロン(B)を導入することにより、エミッタ層31を形成する(S103)。 First, in FIG. 10, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) having an n-type single crystal silicon layer 30 is prepared (S101). At this stage, for example, a cleaning process, a damage layer removal process, a surface flattening process, and the like are performed. Next, a textured structure having an uneven shape is formed on the surface 30a of the single crystal silicon layer 30 (S102). This textured structure is implemented, for example, in a wet etching process. After that, the emitter layer 31 is formed by introducing boron (B) into the surface 30a of the single crystal silicon layer 30 (S103).

次に、例えば、熱酸化法を使用することにより、単結晶シリコン層30の裏面30bに酸化シリコンからなるトンネル絶縁層34aを形成する(S104)。そして、例えば、CVD法(Chemical Vapor Deposition)を使用することにより、トンネル絶縁層34aと接する真性多結晶シリコン層を形成した後(S105)、この真性多結晶シリコン層にn型不純物であるリン(P)を拡散させる(S106)。これにより、トンネル絶縁層34aと接するn型半導体層からなる高濃度多結晶シリコン層35aを形成できる。 Next, for example, by using a thermal oxidation method, a tunnel insulating layer 34a made of silicon oxide is formed on the back surface 30b of the single crystal silicon layer 30 (S104). Then, for example, by using the CVD method (Chemical Vapor Deposition), after forming an intrinsic polycrystalline silicon layer in contact with the tunnel insulating layer 34a (S105), phosphorus (which is an n-type impurity) is added to the intrinsic polycrystalline silicon layer. P) is diffused (S106). Thereby, a high-concentration polycrystalline silicon layer 35a made of an n-type semiconductor layer in contact with the tunnel insulating layer 34a can be formed.

続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、高濃度多結晶シリコン層35aおよびトンネル絶縁層34aをパターニングする(S107)。これにより、単結晶シリコン層30の裏面30bのうちの第1領域R1にだけトンネル絶縁層34aおよび高濃度多結晶シリコン層35aを形成することができる。 Subsequently, the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a and the tunnel insulating layer 34a are patterned by using photolithography technology and etching technology (S107). Thus, the tunnel insulating layer 34a and the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a can be formed only in the first region R1 of the rear surface 30b of the monocrystalline silicon layer 30. As shown in FIG.

その後、例えば、CVD法を使用することにより、エミッタ層31と接するパッシベーション層32を形成する。同様に、例えば、CVD法を使用することにより、単結晶シリコン層30の裏面30bのうちの第2領域R2と接するパッシベーション層36を形成する(S108)。次に、エミッタ層31と接続する金属電極33を形成する。同様に、高濃度多結晶シリコン層35aと接続する金属電極37を形成する(S109)。以上のようにして、太陽電池セル100A(図3参照)を製造することができる。 After that, a passivation layer 32 is formed in contact with the emitter layer 31 by using the CVD method, for example. Similarly, for example, by using the CVD method, a passivation layer 36 is formed in contact with the second region R2 of the back surface 30b of the single crystal silicon layer 30 (S108). Next, a metal electrode 33 connecting with the emitter layer 31 is formed. Similarly, a metal electrode 37 is formed to connect with the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a (S109). As described above, the solar cell 100A (see FIG. 3) can be manufactured.

本実施の形態における太陽電池セル100Aの製造方法は、基本的に、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の製造方法に対して、「トンネル絶縁層34a」および「高濃度多結晶シリコン層35a」をパターニングするパターニング工程を追加することで実現できる。すなわち、太陽電池セル100Aの製造方法は、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の製造方法に対して追加する工程が少なく、「i-TOPCon」型太陽電池セル100の製造方法のノウハウを生かすことができる点で有用である。 The method for manufacturing the solar cell 100A in the present embodiment is basically different from the method for manufacturing the “i-TOPCon” type solar cell 100 by using the “tunnel insulating layer 34a” and the “high-concentration polycrystalline silicon layer 35a.” can be realized by adding a patterning step for patterning. That is, the method for manufacturing the solar cell 100A has few steps added to the method for manufacturing the “i-TOPCon” type solar cell 100, and utilizes the know-how of the method for manufacturing the “i-TOPCon” type solar cell 100. It is useful in that it can

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say.

なお、前記実施の形態では、「第1導電型」を「n型」とし、「第2導電型」を「p型」とする太陽電池セル100Aを例に挙げて説明したが、前記実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、「第1導電型」を「p型」とし、「第2導電型」を「n型」とする太陽電池セルにも適用することができる。 In the above embodiment, the solar cell 100A in which the “first conductivity type” is the “n type” and the “second conductivity type” is the “p type” has been described as an example. The technical idea in the form is not limited to this, and can be applied to a solar cell in which, for example, the "first conductivity type" is set to "p-type" and the "second conductivity type" is set to "n-type". .

すなわち、前記実施の形態では、図3に示す単結晶シリコン層30をn型単結晶シリコン層から構成しているが、この単結晶シリコン層30をp型単結晶シリコン層から構成してもよい。この場合、高濃度多結晶シリコン層35aもp型高濃度多結晶シリコン層から構成されることになる。この場合も、「裏面全面形成構造」を採用すると、高濃度多結晶シリコン層35aにおける反射光50の自由キャリア吸収によって光吸収損失が大きくなる。ただし、この場合の自由キャリア吸収は、価電子帯の上端に位置する正孔に対し、価電子帯の深い位置(電子的に見てエネルギー低い)にいる電子が、光エネルギーを吸収して、価電子帯の上端に位置する正孔(空席)に移動することによって生じる。 That is, in the above embodiment, the single crystal silicon layer 30 shown in FIG. 3 is composed of an n-type single crystal silicon layer, but this single crystal silicon layer 30 may be composed of a p-type single crystal silicon layer. . In this case, the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a is also composed of the p-type high-concentration polycrystalline silicon layer. In this case as well, if the "structure formed on the entire back surface" is adopted, the light absorption loss increases due to free carrier absorption of the reflected light 50 in the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a. However, in the free carrier absorption in this case, electrons located deep in the valence band (low energy from an electronic point of view) absorb light energy from holes located at the top of the valence band, It arises by moving to holes (vacancies) located at the top of the valence band.

この点に関し、「裏面全面形成構造」ではなく「裏面部分形成構造」を採用することにより、高濃度多結晶シリコン層35aに起因する反射光50の自由キャリア吸収を抑制することができる。つまり、この場合も、反射光50の通過経路に自由キャリア吸収の大きな高濃度多結晶シリコン層35aが存在しないことから、自由キャリア吸収に起因する反射光50の光吸収損失を低減できる。 In this respect, by adopting the "partial back surface formation structure" instead of the "back surface entire structure", free carrier absorption of the reflected light 50 caused by the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a can be suppressed. That is, in this case as well, since the high-concentration polycrystalline silicon layer 35a having large free carrier absorption does not exist in the passage path of the reflected light 50, the light absorption loss of the reflected light 50 due to free carrier absorption can be reduced.

10a 太陽電池モジュール
10b 太陽電池モジュール
10c 太陽電池モジュール
10d 太陽電池モジュール
10e 太陽電池モジュール
10f 太陽電池モジュール
10g 太陽電池モジュール
20 パワーコンディショナー
30 単結晶シリコン層
30a 表面
30b 裏面
31 エミッタ層
32 パッシベーション層
33 金属電極
34 トンネル絶縁層
34a トンネル絶縁層
35 高濃度多結晶シリコン層
35a 高濃度多結晶シリコン層
36 パッシベーション層
37 金属電極
40 太陽光
50 反射光
100 「i-TOPCon」型太陽電池セル
100A 太陽電池セル
10a solar cell module 10b solar cell module 10c solar cell module 10d solar cell module 10e solar cell module 10f solar cell module 10g solar cell module 20 power conditioner 30 monocrystalline silicon layer 30a front surface 30b rear surface 31 emitter layer 32 passivation layer 33 metal electrode 34 Tunnel insulating layer 34a Tunnel insulating layer 35 High-concentration polycrystalline silicon layer 35a High-concentration polycrystalline silicon layer 36 Passivation layer 37 Metal electrode 40 Sunlight 50 Reflected light 100 "i-TOPCon" solar cell 100A Solar cell

Claims (5)

可視光を含む第1光を入射可能な第1面と、可視光を含む第2光を入射可能で第1領域および第2領域を含む第2面とを有する第1導電型の単結晶シリコン層と、
前記第1面と接する第2導電型のエミッタ層と、
前記エミッタ層と接する第1電極と、
前記第2面の前記第1領域と接するトンネル絶縁層と、
前記トンネル絶縁層と接する前記第1導電型のシリコン層と、
前記シリコン層と接する第2電極と、
前記第2面の前記第2領域と接するパッシベーション層と、
を備える、太陽電池セル。
First conductivity type single crystal silicon having a first surface into which first light containing visible light can be incident and a second surface into which second light containing visible light can be incident and which includes a first region and a second region layer and
a second conductivity type emitter layer in contact with the first surface;
a first electrode in contact with the emitter layer;
a tunnel insulating layer in contact with the first region of the second surface;
the first conductivity type silicon layer in contact with the tunnel insulating layer;
a second electrode in contact with the silicon layer;
a passivation layer in contact with the second region of the second surface;
A solar cell.
請求項1に記載の太陽電池セルにおいて、
前記シリコン層に導入されている導電型不純物の不純物濃度は、前記単結晶シリコン層に導入されている導電型不純物の不純物濃度よりも高い、太陽電池セル。
In the solar cell according to claim 1,
The solar battery cell, wherein the impurity concentration of the conductive impurity introduced into the silicon layer is higher than the impurity concentration of the conductive impurity introduced into the single crystal silicon layer.
請求項1に記載の太陽電池セルにおいて、
前記トンネル絶縁層は、多数キャリアを通過させる一方、少数キャリアを非通過とするキャリア選択性を有する膜である、太陽電池セル。
In the solar cell according to claim 1,
The solar battery cell, wherein the tunnel insulating layer is a film having carrier selectivity that allows majority carriers to pass through and minority carriers to pass through.
請求項1に記載の太陽電池セルにおいて、
前記シリコン層は、多結晶シリコン層である、太陽電池セル。
In the solar cell according to claim 1,
The solar cell, wherein the silicon layer is a polycrystalline silicon layer.
請求項1~4のいずれか1項に記載の太陽電池セルを複数備える太陽電池。 A solar battery comprising a plurality of solar battery cells according to any one of claims 1 to 4.
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