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zoom RSS 多結晶シリコン太陽電池

<<   作成日時 : 2009/04/05 20:24   >>

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 多結晶シリコンを使った太陽電池には、ウェハを基板にするもの、シート状あるいはリボン状のシリコンを使うもの、それに絶縁性基板上に多結晶薄膜を成長させるものなど、単結晶のものよりバラエティがあります。

 単結晶シリコン太陽電池の基本的な構造についてはすでに紹介しましたが(http://sunatsubu.at.webry.info/200901/article_3.html参照)、多結晶ウェハを使うタイプの構造は基本的には単結晶の場合と同じです。シート状シリコンを基板とするものも基本的に同じ構造です。

 これに対して薄膜を使うものはやや構造が異なります。これはむしろこれから紹介する予定のアモルファスシリコン太陽電池に近い構造になりますので、そちらで説明することにします。

 単結晶シリコン太陽電池の構造の特徴として、表面構造、接合構造、電極の3つを取り上げましたが、これらは多結晶シリコンウェハを用いた太陽電池でもほぼ同じです。強いて言えば、表面凹凸構造の作り方に違いがあるくらいです。
画像
 単結晶シリコン太陽電池では入射光をできるだけ結晶内に取り込み、また一旦結晶内に入った光を外に逃がさないように、表面に凹凸構造を設けるのが普通です。単結晶シリコンの場合、この凹凸はエッチングによって作ります。エッチング液の種類によっては結晶の方向によってエッチングの進み方が違うものがあります。ある面の方向にエッチングが進みにくいと、表面に規則的な凹凸ができます。単結晶シリコンではKOHなどのアルカリ水溶液を用いて細かいピラミッド(四角錐)状の凹凸がある構造を作ることができます。

 ところが多結晶の場合、隣り合う結晶の方向がばらばらで単結晶のように全体の原子の並び方が一定していません。このため、単結晶と同じようにエッチングをしても規則的な凹凸構造は作れません。

 そこでいろいろな方法が検討されています。例えば特開2000-101111号にはいろいろな方法の例が紹介されています。この特許には従来技術として、機械的にシリコンに溝を掘る方法、レーザを用いて溝を掘る方法があり、またドライエッチングを用いる方法、あるいはウェットエッチングでエッチング液を工夫する方法等が紹介されています。

 大量に処理するにはやはりエッチングによるのがよいと思われますが、単結晶のように規則的な構造を作るのは難しく、逆に規則性のない凹凸を作ることになります。

 繰り返しになりますが、太陽電池を作る手順が上記特許に載っていますので、図を見ながらもう一度説明しておきます。

(a)p型多結晶シリコン基板1の表面に上記のような方法で凹凸構造2を設けます。この特許ではドライエッチングを使っています。その後、ウェットエッチングで凹凸を滑らかにする処理を行っていますが(b)、凹凸を作る方法は別の方法でも構いません。

(c)つぎにn型の不純物(ここではリン)を拡散し、n型の層3を作ります。

(d)裏面や側面のn型層は不要ですので、エッチングして除去します。裏面の凹凸も併せて取り除きます。そして表面には反射防止膜4を着けます。反射防止膜の材料は窒化シリコンとか酸化チタンなどの誘電体です。

(e)基板裏面にアルミニウムの粉を含むペーストを塗布し、焼成すると、p層5と裏面電極6ができます。

(f)基板表面に銀の粉を含むペーストを塗布します。光を基板に入射するため、表面電極は全面に着けないようにしなければなりません。適当な線状のパターンにペーストを塗布するために、スクリーン印刷の技法がよく使われます。これを焼成すると部分的な表面電極7ができます。ただし電極を着ける部分に電流を通さない反射防止膜があっては困るので先に取り除いておかなければなりません。

 以上が基本的な太陽電池作製手順です。この手順はシート(リボン)状の薄い基板の場合でもとくに変わりません。この方法で作られた太陽電池は現在、もっともよく使われていると思います。変換効率は15%程度程度です。

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内 容 ニックネーム/日時
太陽光電池用シリコンの低価格化に取り組んでいる技術者です。太陽電池用多結晶シリコンを冶金的手法により製造する方法ですが、たたら製鉄の原理と同様です。興味あれば、ご連絡ください。
platinum
2009/04/30 07:58

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