ブックタイトル新太陽エネルギー利用ハンドブック

概要

新太陽エネルギー利用ハンドブック

法，真空蒸着とホトリソグラフィー法によって形成された微細Ti-Pd-Ag電極，2層反射防止膜などにより光学的および電気的損失を低く抑えることに成功し高い変換効率を実現している．理論計算上の理想セル，PERLセルおよび平均的な商業用単結晶セルの3種類の太陽電池の特性の比較を表2・1・1に示す．商業用の太陽電池の変換効率はまだ改善できる余地が大きい．基本構造の商業用単結晶セルは，一例として以下の工程で製作される．CZ(Czochralski)P型単結晶シリコン基板(シリコンウエハ)をアルカリ溶液でエッチングしてサイズ数μm程度のピラミッド構造を全面に形成する．POCl3拡散によりシート抵抗50?60Ω/□のN型拡散層(PN接合)を全面に形成し，PSG膜を除去した上でPE-CVD法により表面にSiNx反射防止膜を形成する．裏面のほぼ全面にアルミペーストを印刷しベルト炉で焼成しAl?Si合金層による裏面電界層(BSF)を形成する．銀ペースト電極を表面と裏面に所定の電極パターンに印刷し，アルミペーストと同時にベルト炉で焼成する．最後にセル端部のPN接合をレーザーで分離する．商業用単結晶セルの高効率化は，最近数年で下記の高効率化技術が順次採用され，現在は156mm角セルで20％を超えるセル変換効率が得られるようになった．1．受光面拡散層のリン濃度を薄く浅く形成する一方で電極下は濃く深く形成して表面再結合ロスを減らすとともに電極の接触抵抗を下げる(選択エミッタ技術)2．銀ペースト電極をシード層と導電層の2層に分けて印刷することで，グリッドを細線化・多線化しシャドウ損失と直列抵抗を低減する(ダブル印刷電極技術)3．裏面に誘電体パッシベーション膜を形成し，裏面の再結合を低減するとともに反射率を上げて裏面吸収損失を低減する(裏面パッシベーションおよび裏面反射技術)最近，生産されるようになった商業用PERLセルまたはPERC(Passivated emitter and rear contact)セルは1?3の技術改良に基づいている．PERLセルとPERCセルの構造的な違いは，裏面パッシベーション膜の開口部を通して前者が裏面電極とバルク基板の間にL-BSF(Locally diffused back surface field)層を備えるのに対して，後者はL-BSF層がなく裏面電極がバルク基板に直に接触する構造である．最高効率を追求する商業用単結晶セルには，アモルファスシリコンと結晶シリコンのヘテロ接合を利用するHIT(Heterojunction with intrinsic thin layer)セル(図2・1・2)およびPN接合と電極を裏面に形成するIBC(Interdigitated Back Contact)セルがある(図2・1・3)，(3)(4)．HITセルとIBCセルは高ライフタイムのN型単結晶シリコンウエハを使用している．商業用PERLセルは基本構造セルの製造工程に上記の改善技術を順次付加して生産性を落とすことなく達成されており，HITセルおよびIBCセルと比較してセル効率は平均値で20％と低いが，基本構造セルと同等レベルのW単価が可能になっている．HITセルはヘテロ構造の優れたパッシベーション効果により750mVという高い開放電圧(Voc)を得ることに成功している．一方，表面TCO膜およびフモルァスシリコン層の光吸収ロス等により短絡電流密度(Jsc)は他の高効率セルより低い．HITセルは実用セルサイズ(100cm 2 )で変換効率24.7％の最高値が報告されている(5)．現在，生産セルの平均効率は21?22％と推測される．IBCセルは受光面に電極がないためJscが高く，実用セルサイズで変換効率24.2％の最高値が報告されている(6)．現在生産セルの平均効率は23％前後と推測される．IBCセルは裏面にP型拡散層(PN接合)とN型拡散層(BSF)を互い違いパターンに形成するためセル構造が複雑で工程が長くなる．最高効率を追求するHITセルおよびIBCセルはともに割高な125mm角図２・１・２HITセル（Panasonic Corporation）図２・１・３IBCセル（SunPower Corporation）? 30 ?