[发明专利]光伏发电元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电元件及其制造方法，特别涉及使用非晶质半导体与晶体半导体的异质结来构成的太阳能电池等光伏发电元件及其制造方法。

背景技术

以往，使用晶体系半导体基板的晶体系太阳能电池、特别是使用晶体硅基板的晶体硅太阳能电池的光电变换效率高，已经广泛被实用化。其中，在作为导电性薄膜而使用非晶质或者微晶半导体薄膜的异质结型太阳能电池中，开发了在其导电性薄膜与晶体基板之间具有本征的半导体薄膜的太阳能电池。关于该太阳能电池，处于晶体表面与导电性薄膜之间的本征半导体膜具有使表面的缺陷非活化并且防止由来自导电型薄膜的杂质扩散和载流子的复合所导致的损失的作用，所以能够得到高的开路电压。因此，光电变换效率高。

在这样的太阳能电池中，能够通过谋求基板厚度的薄型化而得到更高的开路电压。因此，能够同时实现由基板材料减少带来的低成本化与高效率化。但是，如果使基板厚度薄型化，则引起短路电流的下降。其原因之一在于，在薄的硅基板中，不易发生近红外光的吸收，未被吸收的光作为反射损失而射出到太阳能电池元件(以下有时简称为元件)的外部。

为了抑制这一情况，广泛公开了在基板的表面制作凹凸等散射构造或者采用折射率差来将光限制在元件的内部的技术。该光限制构造是通过使光散射并且使其在元件内部多次往返来实质上增大元件内部的光程长度，吸收更多的光，从而寻求短路电流的增加的方法。

另一个原因是在存在于元件内部的发电层以外的层中发生近红外光的吸收而不作为电流取出的损失。在异质结型太阳能电池中，在受光面和背面广泛采用了吸收红外光的透光性导电膜，由它导致的吸收损失显著。特别是如果由于基板厚度的薄型化而在作为发电层的硅中的吸收减少，则相对地在透光性导电膜中的吸收量增大，短路电流减少，导致特性的劣化。

因此，在由红外光的散射导致的光程长度增大的同时，抑制透光性导电膜中的吸收，这对于短路电流的增加很重要。作为用于促进红外光的散射的反射散射剂，例如存在如专利文献1所记载的在内部含有微粒的绝缘性膜。引起在红外区域的吸收的原因是由于在透光性导电膜中存在的自由载流子(自由电子)。因此，通过减小自由电子的浓度，能够抑制红外光的吸收。或者通过减小透光性导电膜的厚度，也能够抑制吸收。

但是，在现实中，如果制作对于延长光程长度而效果更大的光限制构造，则更多的光不仅被作为发电层的晶体系基板吸收，同时还被透光性导电膜吸收，对短路电流的增加造成大的限制。另外，如果使透光性导电膜中的自由电子的浓度下降或者使厚度下降，则电气特性急剧恶化，元件的效率大幅下降。

在专利文献2中，通过控制背面的透光性导电膜的载流子浓度，实现高效的改善。公开了如下技术：通过使背面的透光性导电膜的载流子浓度低于受光面侧的载流子浓度，并且将透光性导电膜中的锡(Sn)设为约1wt％，从而改善输出特性。

然而，在包括了1wt％的锡的状况下，针对1100nm的红外光，通过透光性导电膜吸收了相当于100μm厚的硅基板的吸收量的1/3～1/5的量，其损失大。通过使锡的含量进一步下降，红外光的吸收损失下降，电气特性劣化，特性急剧恶化。这样，难以同时确保光学特性与电气特性，成为特性改善的大的限制。

在专利文献3中，公开了使绝缘性微粒分散到薄膜系太阳能电池的发电层中而使入射光发生散射的技术。另外，还公开了将绝缘性微粒分散地配置于晶体硅太阳能电池各层的界面的技术。

但是，如果将该方法应用于晶体系太阳能电池，则发电层是晶体基板，在使绝缘性微粒分散于内部的情况下，晶体内部的缺陷增大，特性显著劣化。另外，即使配置于现有构造的晶体硅太阳能电池的某一层的界面，微粒自身具有绝缘性，也难以同时确保电气特性和光学特性。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2006-187910号公报

专利文献2：日本特开2004-221368号公报

专利文献3：日本特开2010-73799号公报

发明内容

然而，根据上述现有技术，同时实现红外光吸收的抑制与由有效的散射带来的光程长度的增大并且不使电气特性劣化地进行高效的改善是困难的。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，得到一种光伏发电元件及其制造方法，该光伏发电元件同时实现红外吸收的抑制和由有效的散射带来的光程长度的增大，并且不导致电气特性的劣化，在100μm以下的薄型半导体基板的情况下也具有高的变换效率。