太陽電池及びその製造方法
【課題】本発明は、太陽光の吸収率が高く且つ光電変換効率が高い太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池は、順に配列し且つ互いに接触する第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含む。第一電極とＰ型シリコン層とＮ型シリコン層と第二電極とが一つの直線上に設置されて全体構造を有する一つの電池ユニットを形成し、該電池ユニットは、前記直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、前記第一表面は、太陽電池の太陽光を直接的に吸収する光入射面であり、前記反射素子は、前記第二表面に設置される。
【解決手段】本発明の太陽電池は、順に配列し且つ互いに接触する第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含む。第一電極とＰ型シリコン層とＮ型シリコン層と第二電極とが一つの直線上に設置されて全体構造を有する一つの電池ユニットを形成し、該電池ユニットは、前記直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、前記第一表面は、太陽電池の太陽光を直接的に吸収する光入射面であり、前記反射素子は、前記第二表面に設置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するものであって、光合成原理を応用した電池である。太陽電池は光起電力効果を利用して、太陽光エネルギーを直接電力に変換する電力機器であり光電池とも呼ばれる。一般的な一次電池や二次電池のように電力を蓄えるのではなく、該光起電力効果により、受けた光エネルギーを即時に電力に変換して出力する。現在、主流のシリコン太陽電池（非特許文献１を参照）の他、様々な化合物半導体などを素材にしたものが実用化されている。
【０００３】
図１を参照すると、従来のシリコン太陽電池１０は、順に積層された背面電極１２と、Ｐ型シリコン層１４と、Ｎ型シリコン層１６と、前面電極１８と、を含む。Ｐ型シリコン層１４は、互いに対向する第一表面１４２及び第二表面１４４を含み、第二表面１４４は平面構造を有する。背面電極１２は、Ｐ型シリコン層１４の第一表面１４２とオーミック接触して該第一表面１４２に設置される。Ｎ型シリコン層１６は、Ｐ型シリコン層１４の第二表面１４４と接触して該第二表面１４４に設置される。Ｎ型シリコン層１６の表面は平面構造を有する。前面電極１８は、Ｎ型シリコン層１６のＰ型シリコン層１４と接触する表面とは反対側の表面に設置される。シリコン太陽電池１０において、Ｐ型シリコン層１４とＮ型シリコン層１６はｐｎ接合を形成する。
【０００４】
シリコン太陽電池１０が作動する際、太陽光が前面電極１８の外表面からシリコン太陽電池１０に入射して、前面電極１８及びＮ型シリコン層１６を透過した後、ｐｎ接合に達する。次いで、ｐｎ接合に太陽光があたるとそれが刺激となって、複数の電子と正孔が発生する。複数の電子と正孔は、電場の作用によって分離し且つそれぞれ背面電極１２と前面電極１８とへ移動する。シリコン太陽電池１０の背面電極１２及び前面電極１８の間で負荷を受けると、背面電極１２及び前面電極１８の間に外部回路の負荷を通じて電流が流れる。
【０００５】
このように、従来のシリコン太陽電池１０では、作動する際、光子が前面電極１８及びＮ型シリコン層１６を透過した後ｐｎ接合に達するので、シリコン太陽電池１０に入射した一部の光子は前面電極１８及びＮ型シリコン層１６に吸収される。従って、ｐｎ接合領域の光子に対する吸収率が低くなるので、シリコン太陽電池１０の光電変換効率が低い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】張明杰等、“太陽電池及び多晶シリコンの製造”、「材料及び冶金の学報」、２００７年、第１６巻、第３３頁〜第３８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明は太陽光の吸収率が高く且つ光電変換効率が高い太陽電池及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の太陽電池は、順に配列し且つ互いに接触される第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含む。第一電極、Ｐ型シリコン層、Ｎ型シリコン層及び第二電極が一つの直線上に設置されて全体構造を有する一つの電池ユニットを形成し、該電池ユニットは、前記直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、前記第一表面は、太陽電池の太陽光を直接的に吸収する光入射面であり、前記反射素子は、前記第二表面に設置される。
【０００９】
本発明の太陽電池は、互いに直列される複数の電池ユニットを含む。各々の電池ユニットは、順に配列し且つ互いに接触される第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含み、第一電極、Ｐ型シリコン層、Ｎ型シリコン層及び第二電極が一つの直線上に設置されて全体構造を有する前記電池ユニットを形成し、該電池ユニットは、前記直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、各々の電池ユニットの第一表面は合わさって、太陽電池の太陽光を直接的に吸収する光入射面になり、前記反射素子は、各々の電池ユニットの前記第二表面に設置される。
【００１０】
本発明の太陽電池の製造方法は、複数の電池預形成体ユニットを提供し、各々の電池預形成体ユニットが、順に配列し且つ互いに接触して設置された第一電極基材と、Ｐ型シリコン層基材と、Ｎ型シリコン層基材と、第二電極基材と、を含む第一ステップと、複数の電池預形成体ユニットを第一方向に沿って順に配列し且つ互いに接着させる第二ステップと、前記第一方向と平行に、複数の電池預形成体ユニットをいくつかに切断し、複数の電池預形成体を形成する第三ステップと、各々の電池預形成体の一つの切断面に反射素子を形成する第四ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
従来の技術と比べて、本発明の太陽電池のｐｎ接合が光入射面によって直接的に露出されるので、光子が何れの素子にも透過されないで、直接的にｐｎ接合に達することができる。従って、前記ｐｎ接合が光子に対する吸収率を高め、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。また、反射層が、電池ユニットの第二表面に達する光子を有効的に反射することができ、反射された光子がｐｎ接合に吸収される。従って、太陽電池の光電変換効率を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のシリコン太陽電池の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図３】図２に示す太陽電池の分解構造を示す立体図である。
【図４】本発明の実施例２の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図５】本発明の実施例３の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図６】本発明の実施例４の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図７】本発明の実施例５の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図８】本発明の実施例６の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図９】図４に示す太陽電池の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
（実施例１）
図２及び図３を参照すると、本実施例は太陽電池２０を提供する。該太陽電池２０は、順に配列し且つ互いに接触して設置された第一電極２２と、Ｐ型シリコン層２４と、Ｎ型シリコン層２６と、第二電極２８と、を含む。第一電極２２とＰ型シリコン層２４とＮ型シリコン層２６と第二電極２８とが一つの直線上に設置されて一つの電池ユニット２５を形成する。電池ユニット２５は、前記一つの直線に平行する第一表面２５１及び該第一表面２５１に対向する第二表面２５２を含む。第一表面２５１は、太陽電池２０の太陽光を直接的に吸収する光入射面である。Ｐ型シリコン層２４とＮ型シリコン層２６は接触してｐｎ接合を形成する。また、太陽電池２０は、更に反射素子２１を含み、該反射素子２１は電池ユニット２５の第二表面２５２に設置され且つ第一電極２２と第二電極２８とに電気的に絶縁されている。
【００１５】
Ｐ型シリコン層２４は層状構造体である。該Ｐ型シリコン層２４は、単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり且つ対向する第一側面２４２及び第二側面２４４を含む。Ｐ型シリコン層２４の第一側面２４２には第一電極２２が設置され、第二側面２４４にはＮ型シリコン層２６が設置される。ここで、Ｐ型シリコン層２４の第一側面２４２から第二側面２４４に向かう方向を第一方向と定義し、該第一方向の第一側面２４２と第二側面２４４との間の距離をＰ型シリコン層２４の厚さとする。Ｐ型シリコン層２４の厚さは２００μｍ〜３００μｍである。Ｐ型シリコン層２４は、更に第一側面２４２及び第二側面２４４にそれぞれ接続された一つの第三表面を含む。該第三表面と第一側面２４２又は第二側面２４４とが交差して形成された角は０度より大きく、１８０度より小さいが、好ましくは９０度である。本実施例において、第三表面は、第一側面２４２及び第二側面２４４にそれぞれ直角に交差する。この際、Ｐ型シリコン層２４の厚さは２００μｍである。
【００１６】
Ｎ型シリコン層２６も層状構造体である。該Ｎ型シリコン層２６は、シリコン層に過量の例えば燐又はヒ素などを注入させて形成されたｎ型ドープシリコン層であり且つ対向する第一側面２６２及び第二側面２６４を含む。Ｎ型シリコン層２６の第一側面２６２はＰ型シリコン層２４の第二側面２４４に接触し且つ第二側面２４４を全て覆う。つまり、第二側面２４４にＮ型シリコン層２６が設置される。また、Ｎ型シリコン層２６の第二側面２６４には第二電極２８が設置される。前記第一方向における第一側面２６２及び第二側面２６４の間の距離をＮ型シリコン層２６の厚さとし、該厚さは１０ｎｍ〜１μｍである。また、Ｎ型シリコン層２６は、更に第一側面２６２及び第二側面２６４にそれぞれ接続された一つの第四表面を含む。該第四表面と第一側面２６２又は第二側面２６４とが交差して形成された角は０度より大きく、１８０度より小さいが、好ましくは９０度である。本実施例において、第四表面は、第一側面２６２及び第二側面２６４にそれぞれ直角に交差する。この際、Ｐ型シリコン層２４の厚さは５０ｎｍである。
【００１７】
Ｐ型シリコン層２４の第二側面２４４及びＮ型シリコン層２６の第一側面２６２が接触する付近にはｐｎ接合が形成される。また、Ｐ型シリコン層２４の第三表面及びＮ型シリコン層２６の第四表面は同じ水平面に位置して互いに接触する。Ｐ型シリコン層２４の第三表面及びＮ型シリコン層２６の第四表面は、共同で、太陽光を直接的に吸収する光入射面を形成する。即ち、Ｐ型シリコン層２４の第三表面及びＮ型シリコン層２６の第四表面は、共に電池ユニット２５の第一表面２５１の一部であり、第一表面２５１の太陽光を直接的に吸収する有効部である。これにより、Ｐ型シリコン層２４及びＮ型シリコン層２６が接触する付近にｐｎ接合が形成され、該ｐｎ接合が光入射面によって直接的に露出されるので、光子は何れの素子にも透過されないで、直接的にｐｎ接合に達することができる。太陽光を直接的に受けとる光入射面が第二側面２６４と交差して形成された角は０度より大きく、１８０度より小さいが、好ましくは９０度である。
【００１８】
ｐｎ接合において、Ｎ型シリコン層２６に生じた過量の電子は、Ｐ型シリコン層２４及びＮ型シリコン層２６の接触面に隣接して分布し、Ｎ型シリコン層２６からＰ型シリコン層２４への内電場を形成する。太陽光は、太陽電池２０の光入射面によって直接的にｐｎ接合に到達した後、ｐｎ接合に太陽光があたると、それが刺激となって、複数の電子と正孔が発生する。複数の電子と正孔は、内電場の作用下で分離して、電子は第二電極２８へ移動し、正孔は第一電極２２へ移動して、それぞれ第二電極２８及び第一電極２２に収集されて電流を形成する。これにより、太陽電池２０の中の太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００１９】
第一電極２２はＰ型シリコン層２４の第一側面２４２に設置される。本発明において、該第一電極２２は、太陽電池２０の光入射面で入射した光子が、ｐｎ接合に達する途中に位置しないので、Ｐ型シリコン層２４における第一側面２４２の全ての面を覆って設置することができる。或いは、ネットワーク状又はグリッド状によって第一側面２４２の一部の面を覆って設置することもできる。第一電極２２は、金属材料、導電ポリマー、ＩＴＯ又はカーボンナノチューブからなる。金属材料は、アルミニウム、マグネシウム、銀などのいずれか一種又は数種からなる。第一電極２２の厚さは５０ｎｍ〜３００μｍである。本実施例において、第一電極２２はアルミニウムからなる第一側面２４２の全ての面を覆う薄膜であり、その厚さは２００ｎｍである。
【００２０】
第二電極２８は、Ｎ型シリコン層２６の第二側面２６４に設置される。本発明において、該第二電極２８は、太陽電池２０の光入射面で入射された光子が、ｐｎ接合に達する途中に位置しないので、Ｎ型シリコン層２６における第二側面２６４の全ての面を覆って設置することができる。或いは、ネットワーク状又はグリッド状によって第二側面２６４の一部の面を覆って設置することもできる。また、第二電極２８は、金属材料、導電ポリマー、ＩＴＯ又はカーボンナノチューブからなる。金属材料は、アルミニウム、マグネシウム、銀などのいずれか一種又は数種からなる。第二電極２８の厚さは５０ｎｍ〜３００μｍである。本実施例において、第二電極２８はアルミニウムからなる第二側面２６４の全ての面を覆う薄膜であり、その厚さは２００ｎｍである。
【００２１】
太陽電池２０の内部に入射された光が、第一電極２２及び第二電極２８を透過することで、太陽電池２０の光電変換効率が低下することを防ぐために、第一電極２２及び第二電極２８は全て光が透過できない材料からなることが好ましい。
【００２２】
第一電極２２及び第二電極２８は、それぞれＰ型シリコン層２４の第一側面２４２及びＮ型シリコン層２６の第二側面２６４の面を全て覆って設置すると、ｐｎ接合によって発生した電子と正孔の、第一電極２２又は第二電極２８への移動距離を減少させ、電子と正孔の電池の内部でのエネルギーロスを減少させることができる。これにより、太陽電池２０の光電変換効率を更に高めることができる。
【００２３】
反射素子２１は反射層である。図２及び図３に示すように、前記反射層は電池ユニット２５の第二表面２５２に接触して設置されるが、第一電極２２と第二電極２８とには接触せず電気的に絶縁される。また、反射層は金属材料からなる層状構造体であり、その材料は、アルミニウム、銀、金、銅などのいずれか一種又は数種からなる合金である。反射層の厚さは１０ｎｍ〜１００μｍである。本実施例において、反射層はアルミニウムからなり、その厚さは５０ｎｍである。
【００２４】
反射層は、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって、電池ユニット２５の第二表面２５２に形成されるが、この際、第一電極２２及び第二電極２８には形成されない。また、マスク方法又はエッチング方法によって第一電極２２及び第二電極２８を、反射層によって被覆せずに露出させても良い。
【００２５】
反射層は、電池ユニット２５の第二表面２５２に達する光子を有効的に反射することができ、反射された光子はｐｎ接合に吸収される。これにより、太陽電池２０の光電変換効率を高めることができる。
【００２６】
更に、太陽電池２０における太陽光を直接的に吸収する光入射面での反射を減少させるために、太陽電池２０は更に減反射層２９を光入射面に設置することができる。該減反射層２９は、太陽光を太陽電池２０内部に入射させ、同時に光子の反射を減少させて光子に対する吸収を減少させる。減反射層２９は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、その厚さは０（０点を含まず）〜１５０ｎｍである。本実施例において、減反射層２９は窒化ケイ素からなり、その厚さは９００Åである。
【００２７】
電池ユニット２５の第一表面２５１から第二表面２５２に向かう方向を第二方向と定義し、該第二方向における第一表面２５１及び第二表面２５２の間の距離を太陽電池２０の厚さとする。太陽電池２０の厚さは特に制限されず、その厚さは光入射面によって入射された光のＰ型シリコン層２４及びＮ型シリコン層２６の透過率によって設定される。好ましくは、太陽電池２０の厚さは、第二方向に太陽電池２０での光透過率が０である場合の厚さである。この場合、太陽電池２０は、これに入射された光を有効的に利用することができる。本実施例において、太陽電池２０の厚さは、５０μｍ〜３００μｍである。
【００２８】
（実施例２）
図４を参照すると、本実施例は太陽電池２００を提供する。該太陽電池２００は、順に配列し且つ互いに接触して設置された複数の実施例１の太陽電池２０からなる。また、該複数の実施例１の太陽電池２０は互いに直列される。具体的には、太陽電池２００において、各々の太陽電池２０の第二電極２８は、該第二電極２８に隣接する太陽電池２０の第一電極２２に導電接着剤によって接着されるか、又は化学結合によって結合される。第一電極２２及び第二電極２８は同じ又は異なる材料からなる。第一電極２２及び第二電極２８が同じ材料からなる場合、第一電極２２及び第二電極２８は化学結合によって結合されて一体になる。又、他の実施例として、プレス機を利用して太陽電池２００における複数の実施例１の太陽電池２０を互いに結合させても良い。太陽電池２００における太陽電池２０の数量に対しては特に制限されない。本実施例において、太陽電池２００における太陽電池２０の数量は１００個である。
【００２９】
太陽電池２００の光入射面で、電極の占用面積を低減させるために、第一方向に隣接された二つの太陽電池２０の連接された第一電極２２及び第二電極２８の全体の厚さは１００ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。本実施例において、第一電極２２及び第二電極２８の全体の厚さは３００ｎｍである。本実施例の太陽電池２００は、減反射層２９が各々の太陽電池２０の光入射面を全て被覆している。また、太陽電池２００の作動電圧は、一つの太陽電池２０の作動電圧の整数倍である。
【００３０】
（実施例３）
図５を参照すると、本実施例は太陽電池３０を提供する。太陽電池３０は、順に配列し且つ互いに接触して設置された第一電極３２と、Ｐ型シリコン層３４と、Ｎ型シリコン層３６と、第二電極３８と、を含む。第一電極３２とＰ型シリコン層３４とＮ型シリコン層３６と第二電極３８とが一つの直線上に設置されて一つの電池ユニット（図示せず）を形成する。該電池ユニットは、前記一つの直線に平行する第一表面３５１及び該第一表面３５１に対向する第二表面３５２を含む。第一表面３５１は、太陽電池３０の太陽光を直接的に吸収する光入射面である。また、太陽電池３０は、更に反射素子３１及び減反射層３９を含む。
【００３１】
太陽電池３０は、実施例１の太陽電池２０と比べて次の異なる点がある。反射素子３１は、反射層３１１及び透明絶縁層３１３を含み、該透明絶縁層３１３は、電池ユニットの第二表面３５２を全て被覆して設置される。反射層３１１は、透明絶縁層３１３を全て被覆して積層される。反射層３１１は、透明絶縁層３１３を通じて、第一電極３２及び第二電極３８に電気的に絶縁される。
【００３２】
透明絶縁層３１３は、ダイヤモンド類、シリコン、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素などの化学安定性に優れた材料の一種又は数種からなる。透明絶縁層３１３の厚さは１０ｎｍ〜５０ｎｍである。透明絶縁層３１３は、物理気相成長法（ＰＶＤ）又は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって直接的に成長するか、又は堆積されて形成される。透明絶縁層３１３が形成された後、その上に、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって反射層３１１を形成する。また、反射層３１１は、板状ガラス又はセラミック基板の上に、反射材料を真空蒸着するか、又はマグネトロンスパッタリングして形成されたものであっても良い。
【００３３】
（実施例４）
図６を参照すると、本実施例は太陽電池３００を提供する。太陽電池３００は、順に配列し且つ互いに接触して設置された複数の実施例３の太陽電池３０からなる。太陽電池３００において、複数の実施例３の太陽電池３０は互いに直列する。太陽電池３００は、実施例２の太陽電池２００と比べて次の異なる点がある。反射層３１１は、電池ユニット３５の第二表面３５２に間隔をおいて設置される。反射層３１１は全体構造を有し、各々の太陽電池３０に共用されている。反射素子３１は、更に透明絶縁層３１３を含む。透明絶縁層３１３は、各々の電池ユニット３５の第二表面３５２を全て被覆する。反射層３１１は、該透明絶縁層３１３を全て被覆して積層される。他の実施例として、第二表面３５２と反射層３１１の間に透明絶縁層３１３を設置せず、反射層３１１が第二表面３５２に間隔をおいて設置される。この場合、反射層３１１と第二表面３５２の間の距離は、１ｍｍ〜５ｃｍである。
【００３４】
（実施例５）
図７を参照すると、本実施例は太陽電池４０を提供する。太陽電池４０は、順に配列し且つ互いに接触して設置された第一電極４２と、Ｐ型シリコン層４４と、Ｎ型シリコン層４６と、第二電極４８と、を含む。第一電極４２とＰ型シリコン層４４とＮ型シリコン層４６と第二電極４８とは一つの直線上に設置されて一つの電池ユニット４５（図示せず）を形成する。電池ユニット４５は、前記一つの直線に平行する第一表面４５１及び該第一表面４５１に対向する第二表面４５２を含む。第一表面４５１は、太陽電池４０の太陽光を直接的に受けとる光入射面である。また、太陽電池４０は、更に反射素子４１を含む。
【００３５】
太陽電池４０は、実施例１の太陽電池２０と比べて次の異なる点がある。反射素子４１は、電池ユニット４５の第二表面４５２に形成された複数の微構造からなる。該微構造は、第二表面４５２に設置された凹槽又は凸起である。微構造の形状は、錐体、直方体、立方体、楕円体、円球体及び半球体のいずれか一種又は数種である。微構造は、第二表面４５２に均一に分布する。また、反射素子４１は、更に反射材料を含んで微構造の表面に設置されることができる。反射材料は、アルミニウム、金、銅及び銀の一種又はそれらの合金である。反射素子４１は光子に対して全反射することができる。
【００３６】
（実施例６）
図８を参照すると、本実施例は太陽電池４００を提供する。太陽電池４００は、順に配列し且つ互いに接触して設置された複数の実施例５の太陽電池４０からなる。太陽電池４００において、複数の実施例５の太陽電池４０は互いに直列される。
【００３７】
太陽電池４００は、実施例２の太陽電池２００と比べて次の異なる点がある。反射素子４１は、電池ユニット４５の第二表面４５２に形成された複数の微構造からなる。該微構造は、第二表面４５２に設置された凹槽又は凸起である。微構造の形状は、錐体、直方体、立方体、楕円体、円球体及び半球体のいずれか一種又は数種である。微構造は、第二表面４５２に均一に分布される。また、反射素子４１は、更に反射材料を含んで微構造の表面に設置されることができる。反射材料は、アルミニウム、金、銅及び銀の一種又はそれらの合金である。反射素子４１は光子に対して全反射することができる。
【００３８】
図９は、本発明の太陽電池２００、３００、４００などの製造方法を示す。該製造方法は、各々の電池預形成体ユニット２１０が順に配し且つ互いに接触して設置された第一電極基材２２０と、Ｐ型シリコン層基材２４０と、Ｎ型シリコン層基材２６０と、第二電極基材２８０と、を含む複数の電池預形成体ユニット２１０を提供するステップ（Ｓ１０）と、複数の電池預形成体ユニット２１０を第一方向に沿って順に配列し且つ互いに接着させるステップ（Ｓ１１）と、第一方向に平行な方向に沿って、複数の電池預形成体ユニット２１０をいくつかに切断して、複数の電池預形成体１００を形成するステップ（Ｓ１２）と、各々の電池預形成体１００の一つの切断面に反射素子を形成するステップ（Ｓ１３）と、を含む。
【００３９】
ステップ（Ｓ１０）において、Ｐ型シリコン層基材２４０は、互いに対向する第一側面２４１及び第二側面２４３を含む。Ｎ型シリコン層基材２６０は、互いに対向する第一側面２６１及び第二側面２６３を含む。Ｐ型シリコン層基材２４０の第一側面２４１には第一電極基材２２０が設置され、Ｐ型シリコン層基材２４０の第二側面２４３には、Ｎ型シリコン層基材２６０の第一側面２６１と接触してｐｎ接合が形成される。また、Ｎ型シリコン層基材２６０の第二側面２６３には第二電極基材２８０が設置され、第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０は、それぞれＰ型シリコン層基材２４０及びＮ型シリコン層基材２６０に導電接着剤によって接着されるか、又は直接的に真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって形成される。
【００４０】
ステップ（Ｓ１１）において、複数の電池預形成体ユニット２１０は、互いに導電接着剤によって接着される。第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０が同じ材料からなる場合、第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０は化学結合で結合されて一体になる。また、他の実施例として、プレス機を利用して、複数の電池預形成体ユニット２１０を互いに結合しても良い。プレス機の圧力に対しては特に制限されず、隣接された第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０の間が化学結合で結合されれば良い。
【００４１】
ステップ（Ｓ１２）において、複数の電池預形成体ユニット２１０を切断する方法及び切断方向に対する制限はない。第一側面２４１、第二側面２４３、第一側面２６１及び第二側面２６３に対して交差する方向に切断して、これらを通過して切断すれば良い。このようにいくつかに切断することによって、複数の電池預形成体１００が形成される。また、各々の電池預形成体１００は、第一方向に平行し且つ互いに対向する第一切断面２３０及び第二切断面２７０を含む。切断方向は、第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０に垂直であることが好ましい。
【００４２】
ステップ（Ｓ１３）において、各々の電池預形成体１００の第一切断面２３０に反射素子を形成する。一つの例として、該反射素子は反射層であり、各々の電池預形成体１００の第一切断面２３０に形成されるが、全ての第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０には接触されず電気的に絶縁される。反射層は、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって第一切断面２３０に形成された後、第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０は、マスク方法又はエッチング方法によって、反射層に被覆されずに露出する。もう一つの例として、反射素子は反射層及び透明絶縁層を含み、該透明絶縁層は、第一切断面２３０を全て被覆して形成される。反射層は、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって透明絶縁層の全ての表面に形成される。また一つの例として、反射素子は、第一切断面２３０に形成された複数の微構造であり、該反射素子は、更に反射材料を含んで、微構造の表面に設置されることができる。
【００４３】
更に、ステップ（Ｓ１３）の後、各々の電池預形成体１００の第二切断面２７０に減反射層を形成する。該減反射層は、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって第二切断面２７０の全ての表面に形成される。減反射層は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、減反射層の厚さは０（０点を含まず）〜１５０ｎｍであるが９００Åであることが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
２０、３０、４０、２００、３００、４００ 太陽電池
２１、３１、４１ 反射素子
３１１ 反射層
３１３ 透明絶縁層
２２、３２、４２ 第一電極
１４、２４、３４、４４ Ｐ型シリコン層
２４１、２４２、３４２、４４２、２６１、２６２、３６２、４６２ 第一側面
２４３、２４４、３４４、４４４、２６３、２６４、３６４、４６４ 第二側面
１６、２６、３６、４６ Ｎ型シリコン層
１４２、２５１、３５１、４５１ 第一表面
１４４、２５２、３５２、４５２ 第二表面
２８、３８、４８ 第二電極
２９、３９、４９ 減反射層
２５ 電池ユニット
２１０ 電池預形成体ユニット
２２０ 第一電極基材
２３０ 第一切断面
２４０ Ｐ型シリコン層基材
２６０ Ｎ型シリコン層基材
２７０ 第二切断面
２８０ 第二電極基材
１００ 電池預形成体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するものであって、光合成原理を応用した電池である。太陽電池は光起電力効果を利用して、太陽光エネルギーを直接電力に変換する電力機器であり光電池とも呼ばれる。一般的な一次電池や二次電池のように電力を蓄えるのではなく、該光起電力効果により、受けた光エネルギーを即時に電力に変換して出力する。現在、主流のシリコン太陽電池（非特許文献１を参照）の他、様々な化合物半導体などを素材にしたものが実用化されている。
【０００３】
図１を参照すると、従来のシリコン太陽電池１０は、順に積層された背面電極１２と、Ｐ型シリコン層１４と、Ｎ型シリコン層１６と、前面電極１８と、を含む。Ｐ型シリコン層１４は、互いに対向する第一表面１４２及び第二表面１４４を含み、第二表面１４４は平面構造を有する。背面電極１２は、Ｐ型シリコン層１４の第一表面１４２とオーミック接触して該第一表面１４２に設置される。Ｎ型シリコン層１６は、Ｐ型シリコン層１４の第二表面１４４と接触して該第二表面１４４に設置される。Ｎ型シリコン層１６の表面は平面構造を有する。前面電極１８は、Ｎ型シリコン層１６のＰ型シリコン層１４と接触する表面とは反対側の表面に設置される。シリコン太陽電池１０において、Ｐ型シリコン層１４とＮ型シリコン層１６はｐｎ接合を形成する。
【０００４】
シリコン太陽電池１０が作動する際、太陽光が前面電極１８の外表面からシリコン太陽電池１０に入射して、前面電極１８及びＮ型シリコン層１６を透過した後、ｐｎ接合に達する。次いで、ｐｎ接合に太陽光があたるとそれが刺激となって、複数の電子と正孔が発生する。複数の電子と正孔は、電場の作用によって分離し且つそれぞれ背面電極１２と前面電極１８とへ移動する。シリコン太陽電池１０の背面電極１２及び前面電極１８の間で負荷を受けると、背面電極１２及び前面電極１８の間に外部回路の負荷を通じて電流が流れる。
【０００５】
このように、従来のシリコン太陽電池１０では、作動する際、光子が前面電極１８及びＮ型シリコン層１６を透過した後ｐｎ接合に達するので、シリコン太陽電池１０に入射した一部の光子は前面電極１８及びＮ型シリコン層１６に吸収される。従って、ｐｎ接合領域の光子に対する吸収率が低くなるので、シリコン太陽電池１０の光電変換効率が低い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】張明杰等、“太陽電池及び多晶シリコンの製造”、「材料及び冶金の学報」、２００７年、第１６巻、第３３頁〜第３８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明は太陽光の吸収率が高く且つ光電変換効率が高い太陽電池及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の太陽電池は、順に配列し且つ互いに接触される第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含む。第一電極、Ｐ型シリコン層、Ｎ型シリコン層及び第二電極が一つの直線上に設置されて全体構造を有する一つの電池ユニットを形成し、該電池ユニットは、前記直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、前記第一表面は、太陽電池の太陽光を直接的に吸収する光入射面であり、前記反射素子は、前記第二表面に設置される。
【０００９】
本発明の太陽電池は、互いに直列される複数の電池ユニットを含む。各々の電池ユニットは、順に配列し且つ互いに接触される第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含み、第一電極、Ｐ型シリコン層、Ｎ型シリコン層及び第二電極が一つの直線上に設置されて全体構造を有する前記電池ユニットを形成し、該電池ユニットは、前記直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、各々の電池ユニットの第一表面は合わさって、太陽電池の太陽光を直接的に吸収する光入射面になり、前記反射素子は、各々の電池ユニットの前記第二表面に設置される。
【００１０】
本発明の太陽電池の製造方法は、複数の電池預形成体ユニットを提供し、各々の電池預形成体ユニットが、順に配列し且つ互いに接触して設置された第一電極基材と、Ｐ型シリコン層基材と、Ｎ型シリコン層基材と、第二電極基材と、を含む第一ステップと、複数の電池預形成体ユニットを第一方向に沿って順に配列し且つ互いに接着させる第二ステップと、前記第一方向と平行に、複数の電池預形成体ユニットをいくつかに切断し、複数の電池預形成体を形成する第三ステップと、各々の電池預形成体の一つの切断面に反射素子を形成する第四ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
従来の技術と比べて、本発明の太陽電池のｐｎ接合が光入射面によって直接的に露出されるので、光子が何れの素子にも透過されないで、直接的にｐｎ接合に達することができる。従って、前記ｐｎ接合が光子に対する吸収率を高め、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。また、反射層が、電池ユニットの第二表面に達する光子を有効的に反射することができ、反射された光子がｐｎ接合に吸収される。従って、太陽電池の光電変換効率を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のシリコン太陽電池の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図３】図２に示す太陽電池の分解構造を示す立体図である。
【図４】本発明の実施例２の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図５】本発明の実施例３の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図６】本発明の実施例４の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図７】本発明の実施例５の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図８】本発明の実施例６の太陽電池の構造を示す平面図である。
【図９】図４に示す太陽電池の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
（実施例１）
図２及び図３を参照すると、本実施例は太陽電池２０を提供する。該太陽電池２０は、順に配列し且つ互いに接触して設置された第一電極２２と、Ｐ型シリコン層２４と、Ｎ型シリコン層２６と、第二電極２８と、を含む。第一電極２２とＰ型シリコン層２４とＮ型シリコン層２６と第二電極２８とが一つの直線上に設置されて一つの電池ユニット２５を形成する。電池ユニット２５は、前記一つの直線に平行する第一表面２５１及び該第一表面２５１に対向する第二表面２５２を含む。第一表面２５１は、太陽電池２０の太陽光を直接的に吸収する光入射面である。Ｐ型シリコン層２４とＮ型シリコン層２６は接触してｐｎ接合を形成する。また、太陽電池２０は、更に反射素子２１を含み、該反射素子２１は電池ユニット２５の第二表面２５２に設置され且つ第一電極２２と第二電極２８とに電気的に絶縁されている。
【００１５】
Ｐ型シリコン層２４は層状構造体である。該Ｐ型シリコン層２４は、単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり且つ対向する第一側面２４２及び第二側面２４４を含む。Ｐ型シリコン層２４の第一側面２４２には第一電極２２が設置され、第二側面２４４にはＮ型シリコン層２６が設置される。ここで、Ｐ型シリコン層２４の第一側面２４２から第二側面２４４に向かう方向を第一方向と定義し、該第一方向の第一側面２４２と第二側面２４４との間の距離をＰ型シリコン層２４の厚さとする。Ｐ型シリコン層２４の厚さは２００μｍ〜３００μｍである。Ｐ型シリコン層２４は、更に第一側面２４２及び第二側面２４４にそれぞれ接続された一つの第三表面を含む。該第三表面と第一側面２４２又は第二側面２４４とが交差して形成された角は０度より大きく、１８０度より小さいが、好ましくは９０度である。本実施例において、第三表面は、第一側面２４２及び第二側面２４４にそれぞれ直角に交差する。この際、Ｐ型シリコン層２４の厚さは２００μｍである。
【００１６】
Ｎ型シリコン層２６も層状構造体である。該Ｎ型シリコン層２６は、シリコン層に過量の例えば燐又はヒ素などを注入させて形成されたｎ型ドープシリコン層であり且つ対向する第一側面２６２及び第二側面２６４を含む。Ｎ型シリコン層２６の第一側面２６２はＰ型シリコン層２４の第二側面２４４に接触し且つ第二側面２４４を全て覆う。つまり、第二側面２４４にＮ型シリコン層２６が設置される。また、Ｎ型シリコン層２６の第二側面２６４には第二電極２８が設置される。前記第一方向における第一側面２６２及び第二側面２６４の間の距離をＮ型シリコン層２６の厚さとし、該厚さは１０ｎｍ〜１μｍである。また、Ｎ型シリコン層２６は、更に第一側面２６２及び第二側面２６４にそれぞれ接続された一つの第四表面を含む。該第四表面と第一側面２６２又は第二側面２６４とが交差して形成された角は０度より大きく、１８０度より小さいが、好ましくは９０度である。本実施例において、第四表面は、第一側面２６２及び第二側面２６４にそれぞれ直角に交差する。この際、Ｐ型シリコン層２４の厚さは５０ｎｍである。
【００１７】
Ｐ型シリコン層２４の第二側面２４４及びＮ型シリコン層２６の第一側面２６２が接触する付近にはｐｎ接合が形成される。また、Ｐ型シリコン層２４の第三表面及びＮ型シリコン層２６の第四表面は同じ水平面に位置して互いに接触する。Ｐ型シリコン層２４の第三表面及びＮ型シリコン層２６の第四表面は、共同で、太陽光を直接的に吸収する光入射面を形成する。即ち、Ｐ型シリコン層２４の第三表面及びＮ型シリコン層２６の第四表面は、共に電池ユニット２５の第一表面２５１の一部であり、第一表面２５１の太陽光を直接的に吸収する有効部である。これにより、Ｐ型シリコン層２４及びＮ型シリコン層２６が接触する付近にｐｎ接合が形成され、該ｐｎ接合が光入射面によって直接的に露出されるので、光子は何れの素子にも透過されないで、直接的にｐｎ接合に達することができる。太陽光を直接的に受けとる光入射面が第二側面２６４と交差して形成された角は０度より大きく、１８０度より小さいが、好ましくは９０度である。
【００１８】
ｐｎ接合において、Ｎ型シリコン層２６に生じた過量の電子は、Ｐ型シリコン層２４及びＮ型シリコン層２６の接触面に隣接して分布し、Ｎ型シリコン層２６からＰ型シリコン層２４への内電場を形成する。太陽光は、太陽電池２０の光入射面によって直接的にｐｎ接合に到達した後、ｐｎ接合に太陽光があたると、それが刺激となって、複数の電子と正孔が発生する。複数の電子と正孔は、内電場の作用下で分離して、電子は第二電極２８へ移動し、正孔は第一電極２２へ移動して、それぞれ第二電極２８及び第一電極２２に収集されて電流を形成する。これにより、太陽電池２０の中の太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００１９】
第一電極２２はＰ型シリコン層２４の第一側面２４２に設置される。本発明において、該第一電極２２は、太陽電池２０の光入射面で入射した光子が、ｐｎ接合に達する途中に位置しないので、Ｐ型シリコン層２４における第一側面２４２の全ての面を覆って設置することができる。或いは、ネットワーク状又はグリッド状によって第一側面２４２の一部の面を覆って設置することもできる。第一電極２２は、金属材料、導電ポリマー、ＩＴＯ又はカーボンナノチューブからなる。金属材料は、アルミニウム、マグネシウム、銀などのいずれか一種又は数種からなる。第一電極２２の厚さは５０ｎｍ〜３００μｍである。本実施例において、第一電極２２はアルミニウムからなる第一側面２４２の全ての面を覆う薄膜であり、その厚さは２００ｎｍである。
【００２０】
第二電極２８は、Ｎ型シリコン層２６の第二側面２６４に設置される。本発明において、該第二電極２８は、太陽電池２０の光入射面で入射された光子が、ｐｎ接合に達する途中に位置しないので、Ｎ型シリコン層２６における第二側面２６４の全ての面を覆って設置することができる。或いは、ネットワーク状又はグリッド状によって第二側面２６４の一部の面を覆って設置することもできる。また、第二電極２８は、金属材料、導電ポリマー、ＩＴＯ又はカーボンナノチューブからなる。金属材料は、アルミニウム、マグネシウム、銀などのいずれか一種又は数種からなる。第二電極２８の厚さは５０ｎｍ〜３００μｍである。本実施例において、第二電極２８はアルミニウムからなる第二側面２６４の全ての面を覆う薄膜であり、その厚さは２００ｎｍである。
【００２１】
太陽電池２０の内部に入射された光が、第一電極２２及び第二電極２８を透過することで、太陽電池２０の光電変換効率が低下することを防ぐために、第一電極２２及び第二電極２８は全て光が透過できない材料からなることが好ましい。
【００２２】
第一電極２２及び第二電極２８は、それぞれＰ型シリコン層２４の第一側面２４２及びＮ型シリコン層２６の第二側面２６４の面を全て覆って設置すると、ｐｎ接合によって発生した電子と正孔の、第一電極２２又は第二電極２８への移動距離を減少させ、電子と正孔の電池の内部でのエネルギーロスを減少させることができる。これにより、太陽電池２０の光電変換効率を更に高めることができる。
【００２３】
反射素子２１は反射層である。図２及び図３に示すように、前記反射層は電池ユニット２５の第二表面２５２に接触して設置されるが、第一電極２２と第二電極２８とには接触せず電気的に絶縁される。また、反射層は金属材料からなる層状構造体であり、その材料は、アルミニウム、銀、金、銅などのいずれか一種又は数種からなる合金である。反射層の厚さは１０ｎｍ〜１００μｍである。本実施例において、反射層はアルミニウムからなり、その厚さは５０ｎｍである。
【００２４】
反射層は、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって、電池ユニット２５の第二表面２５２に形成されるが、この際、第一電極２２及び第二電極２８には形成されない。また、マスク方法又はエッチング方法によって第一電極２２及び第二電極２８を、反射層によって被覆せずに露出させても良い。
【００２５】
反射層は、電池ユニット２５の第二表面２５２に達する光子を有効的に反射することができ、反射された光子はｐｎ接合に吸収される。これにより、太陽電池２０の光電変換効率を高めることができる。
【００２６】
更に、太陽電池２０における太陽光を直接的に吸収する光入射面での反射を減少させるために、太陽電池２０は更に減反射層２９を光入射面に設置することができる。該減反射層２９は、太陽光を太陽電池２０内部に入射させ、同時に光子の反射を減少させて光子に対する吸収を減少させる。減反射層２９は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、その厚さは０（０点を含まず）〜１５０ｎｍである。本実施例において、減反射層２９は窒化ケイ素からなり、その厚さは９００Åである。
【００２７】
電池ユニット２５の第一表面２５１から第二表面２５２に向かう方向を第二方向と定義し、該第二方向における第一表面２５１及び第二表面２５２の間の距離を太陽電池２０の厚さとする。太陽電池２０の厚さは特に制限されず、その厚さは光入射面によって入射された光のＰ型シリコン層２４及びＮ型シリコン層２６の透過率によって設定される。好ましくは、太陽電池２０の厚さは、第二方向に太陽電池２０での光透過率が０である場合の厚さである。この場合、太陽電池２０は、これに入射された光を有効的に利用することができる。本実施例において、太陽電池２０の厚さは、５０μｍ〜３００μｍである。
【００２８】
（実施例２）
図４を参照すると、本実施例は太陽電池２００を提供する。該太陽電池２００は、順に配列し且つ互いに接触して設置された複数の実施例１の太陽電池２０からなる。また、該複数の実施例１の太陽電池２０は互いに直列される。具体的には、太陽電池２００において、各々の太陽電池２０の第二電極２８は、該第二電極２８に隣接する太陽電池２０の第一電極２２に導電接着剤によって接着されるか、又は化学結合によって結合される。第一電極２２及び第二電極２８は同じ又は異なる材料からなる。第一電極２２及び第二電極２８が同じ材料からなる場合、第一電極２２及び第二電極２８は化学結合によって結合されて一体になる。又、他の実施例として、プレス機を利用して太陽電池２００における複数の実施例１の太陽電池２０を互いに結合させても良い。太陽電池２００における太陽電池２０の数量に対しては特に制限されない。本実施例において、太陽電池２００における太陽電池２０の数量は１００個である。
【００２９】
太陽電池２００の光入射面で、電極の占用面積を低減させるために、第一方向に隣接された二つの太陽電池２０の連接された第一電極２２及び第二電極２８の全体の厚さは１００ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。本実施例において、第一電極２２及び第二電極２８の全体の厚さは３００ｎｍである。本実施例の太陽電池２００は、減反射層２９が各々の太陽電池２０の光入射面を全て被覆している。また、太陽電池２００の作動電圧は、一つの太陽電池２０の作動電圧の整数倍である。
【００３０】
（実施例３）
図５を参照すると、本実施例は太陽電池３０を提供する。太陽電池３０は、順に配列し且つ互いに接触して設置された第一電極３２と、Ｐ型シリコン層３４と、Ｎ型シリコン層３６と、第二電極３８と、を含む。第一電極３２とＰ型シリコン層３４とＮ型シリコン層３６と第二電極３８とが一つの直線上に設置されて一つの電池ユニット（図示せず）を形成する。該電池ユニットは、前記一つの直線に平行する第一表面３５１及び該第一表面３５１に対向する第二表面３５２を含む。第一表面３５１は、太陽電池３０の太陽光を直接的に吸収する光入射面である。また、太陽電池３０は、更に反射素子３１及び減反射層３９を含む。
【００３１】
太陽電池３０は、実施例１の太陽電池２０と比べて次の異なる点がある。反射素子３１は、反射層３１１及び透明絶縁層３１３を含み、該透明絶縁層３１３は、電池ユニットの第二表面３５２を全て被覆して設置される。反射層３１１は、透明絶縁層３１３を全て被覆して積層される。反射層３１１は、透明絶縁層３１３を通じて、第一電極３２及び第二電極３８に電気的に絶縁される。
【００３２】
透明絶縁層３１３は、ダイヤモンド類、シリコン、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素などの化学安定性に優れた材料の一種又は数種からなる。透明絶縁層３１３の厚さは１０ｎｍ〜５０ｎｍである。透明絶縁層３１３は、物理気相成長法（ＰＶＤ）又は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって直接的に成長するか、又は堆積されて形成される。透明絶縁層３１３が形成された後、その上に、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって反射層３１１を形成する。また、反射層３１１は、板状ガラス又はセラミック基板の上に、反射材料を真空蒸着するか、又はマグネトロンスパッタリングして形成されたものであっても良い。
【００３３】
（実施例４）
図６を参照すると、本実施例は太陽電池３００を提供する。太陽電池３００は、順に配列し且つ互いに接触して設置された複数の実施例３の太陽電池３０からなる。太陽電池３００において、複数の実施例３の太陽電池３０は互いに直列する。太陽電池３００は、実施例２の太陽電池２００と比べて次の異なる点がある。反射層３１１は、電池ユニット３５の第二表面３５２に間隔をおいて設置される。反射層３１１は全体構造を有し、各々の太陽電池３０に共用されている。反射素子３１は、更に透明絶縁層３１３を含む。透明絶縁層３１３は、各々の電池ユニット３５の第二表面３５２を全て被覆する。反射層３１１は、該透明絶縁層３１３を全て被覆して積層される。他の実施例として、第二表面３５２と反射層３１１の間に透明絶縁層３１３を設置せず、反射層３１１が第二表面３５２に間隔をおいて設置される。この場合、反射層３１１と第二表面３５２の間の距離は、１ｍｍ〜５ｃｍである。
【００３４】
（実施例５）
図７を参照すると、本実施例は太陽電池４０を提供する。太陽電池４０は、順に配列し且つ互いに接触して設置された第一電極４２と、Ｐ型シリコン層４４と、Ｎ型シリコン層４６と、第二電極４８と、を含む。第一電極４２とＰ型シリコン層４４とＮ型シリコン層４６と第二電極４８とは一つの直線上に設置されて一つの電池ユニット４５（図示せず）を形成する。電池ユニット４５は、前記一つの直線に平行する第一表面４５１及び該第一表面４５１に対向する第二表面４５２を含む。第一表面４５１は、太陽電池４０の太陽光を直接的に受けとる光入射面である。また、太陽電池４０は、更に反射素子４１を含む。
【００３５】
太陽電池４０は、実施例１の太陽電池２０と比べて次の異なる点がある。反射素子４１は、電池ユニット４５の第二表面４５２に形成された複数の微構造からなる。該微構造は、第二表面４５２に設置された凹槽又は凸起である。微構造の形状は、錐体、直方体、立方体、楕円体、円球体及び半球体のいずれか一種又は数種である。微構造は、第二表面４５２に均一に分布する。また、反射素子４１は、更に反射材料を含んで微構造の表面に設置されることができる。反射材料は、アルミニウム、金、銅及び銀の一種又はそれらの合金である。反射素子４１は光子に対して全反射することができる。
【００３６】
（実施例６）
図８を参照すると、本実施例は太陽電池４００を提供する。太陽電池４００は、順に配列し且つ互いに接触して設置された複数の実施例５の太陽電池４０からなる。太陽電池４００において、複数の実施例５の太陽電池４０は互いに直列される。
【００３７】
太陽電池４００は、実施例２の太陽電池２００と比べて次の異なる点がある。反射素子４１は、電池ユニット４５の第二表面４５２に形成された複数の微構造からなる。該微構造は、第二表面４５２に設置された凹槽又は凸起である。微構造の形状は、錐体、直方体、立方体、楕円体、円球体及び半球体のいずれか一種又は数種である。微構造は、第二表面４５２に均一に分布される。また、反射素子４１は、更に反射材料を含んで微構造の表面に設置されることができる。反射材料は、アルミニウム、金、銅及び銀の一種又はそれらの合金である。反射素子４１は光子に対して全反射することができる。
【００３８】
図９は、本発明の太陽電池２００、３００、４００などの製造方法を示す。該製造方法は、各々の電池預形成体ユニット２１０が順に配し且つ互いに接触して設置された第一電極基材２２０と、Ｐ型シリコン層基材２４０と、Ｎ型シリコン層基材２６０と、第二電極基材２８０と、を含む複数の電池預形成体ユニット２１０を提供するステップ（Ｓ１０）と、複数の電池預形成体ユニット２１０を第一方向に沿って順に配列し且つ互いに接着させるステップ（Ｓ１１）と、第一方向に平行な方向に沿って、複数の電池預形成体ユニット２１０をいくつかに切断して、複数の電池預形成体１００を形成するステップ（Ｓ１２）と、各々の電池預形成体１００の一つの切断面に反射素子を形成するステップ（Ｓ１３）と、を含む。
【００３９】
ステップ（Ｓ１０）において、Ｐ型シリコン層基材２４０は、互いに対向する第一側面２４１及び第二側面２４３を含む。Ｎ型シリコン層基材２６０は、互いに対向する第一側面２６１及び第二側面２６３を含む。Ｐ型シリコン層基材２４０の第一側面２４１には第一電極基材２２０が設置され、Ｐ型シリコン層基材２４０の第二側面２４３には、Ｎ型シリコン層基材２６０の第一側面２６１と接触してｐｎ接合が形成される。また、Ｎ型シリコン層基材２６０の第二側面２６３には第二電極基材２８０が設置され、第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０は、それぞれＰ型シリコン層基材２４０及びＮ型シリコン層基材２６０に導電接着剤によって接着されるか、又は直接的に真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって形成される。
【００４０】
ステップ（Ｓ１１）において、複数の電池預形成体ユニット２１０は、互いに導電接着剤によって接着される。第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０が同じ材料からなる場合、第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０は化学結合で結合されて一体になる。また、他の実施例として、プレス機を利用して、複数の電池預形成体ユニット２１０を互いに結合しても良い。プレス機の圧力に対しては特に制限されず、隣接された第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０の間が化学結合で結合されれば良い。
【００４１】
ステップ（Ｓ１２）において、複数の電池預形成体ユニット２１０を切断する方法及び切断方向に対する制限はない。第一側面２４１、第二側面２４３、第一側面２６１及び第二側面２６３に対して交差する方向に切断して、これらを通過して切断すれば良い。このようにいくつかに切断することによって、複数の電池預形成体１００が形成される。また、各々の電池預形成体１００は、第一方向に平行し且つ互いに対向する第一切断面２３０及び第二切断面２７０を含む。切断方向は、第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０に垂直であることが好ましい。
【００４２】
ステップ（Ｓ１３）において、各々の電池預形成体１００の第一切断面２３０に反射素子を形成する。一つの例として、該反射素子は反射層であり、各々の電池預形成体１００の第一切断面２３０に形成されるが、全ての第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０には接触されず電気的に絶縁される。反射層は、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって第一切断面２３０に形成された後、第一電極基材２２０及び第二電極基材２８０は、マスク方法又はエッチング方法によって、反射層に被覆されずに露出する。もう一つの例として、反射素子は反射層及び透明絶縁層を含み、該透明絶縁層は、第一切断面２３０を全て被覆して形成される。反射層は、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって透明絶縁層の全ての表面に形成される。また一つの例として、反射素子は、第一切断面２３０に形成された複数の微構造であり、該反射素子は、更に反射材料を含んで、微構造の表面に設置されることができる。
【００４３】
更に、ステップ（Ｓ１３）の後、各々の電池預形成体１００の第二切断面２７０に減反射層を形成する。該減反射層は、真空蒸着方法又はマグネトロンスパッタリング方法によって第二切断面２７０の全ての表面に形成される。減反射層は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、減反射層の厚さは０（０点を含まず）〜１５０ｎｍであるが９００Åであることが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
２０、３０、４０、２００、３００、４００ 太陽電池
２１、３１、４１ 反射素子
３１１ 反射層
３１３ 透明絶縁層
２２、３２、４２ 第一電極
１４、２４、３４、４４ Ｐ型シリコン層
２４１、２４２、３４２、４４２、２６１、２６２、３６２、４６２ 第一側面
２４３、２４４、３４４、４４４、２６３、２６４、３６４、４６４ 第二側面
１６、２６、３６、４６ Ｎ型シリコン層
１４２、２５１、３５１、４５１ 第一表面
１４４、２５２、３５２、４５２ 第二表面
２８、３８、４８ 第二電極
２９、３９、４９ 減反射層
２５ 電池ユニット
２１０ 電池預形成体ユニット
２２０ 第一電極基材
２３０ 第一切断面
２４０ Ｐ型シリコン層基材
２６０ Ｎ型シリコン層基材
２７０ 第二切断面
２８０ 第二電極基材
１００ 電池預形成体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順に配列し且つ互いに接触する第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含む太陽電池であって、
前記第一電極と、前記Ｐ型シリコン層と、前記Ｎ型シリコン層と、前記第二電極と、を一つの直線に設置して全体構造を有する一つの電池ユニットを形成し、
該電池ユニットは、前記一つの直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、前記第一表面は、太陽光を直接的に吸収する吸収する光入射面であり、前記反射素子は、前記第二表面に設置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
互いに直列される複数の電池ユニットを含む太陽電池であって、
各々の電池ユニットは、順に配列し且つ互いに接触される第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含み、前記第一電極とＰ型シリコン層とＮ型シリコン層と第二電極とを一つの直線上設置して全体構造を有する前記電池ユニットを形成し、
該電池ユニットは、前記一つの直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、各々の電池ユニットの前記第一表面は合わさって、太陽電池の太陽光を直接的に吸収する光入射面になり、前記反射素子は、各々の電池ユニットの前記第二表面に設置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
複数の電池預形成体ユニットを提供し、各々の電池預形成体ユニットは、順に配列し且つ接触されて設置された第一電極基材と、Ｐ型シリコン層基材と、Ｎ型シリコン層基材と、第二電極基材と、を含む第一ステップと、
前記複数の電池預形成体ユニットを第一方向に沿って順に配列し且つ互いに接着させる第二ステップと、
前記第一方向に平行な方向に沿って、前記複数の電池預形成体ユニットをいくつかに切断し、複数の電池預形成体を形成する第三ステップと、
各々の電池預形成体の一つの切断面に反射素子を形成する第四ステップと、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１】
順に配列し且つ互いに接触する第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含む太陽電池であって、
前記第一電極と、前記Ｐ型シリコン層と、前記Ｎ型シリコン層と、前記第二電極と、を一つの直線に設置して全体構造を有する一つの電池ユニットを形成し、
該電池ユニットは、前記一つの直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、前記第一表面は、太陽光を直接的に吸収する吸収する光入射面であり、前記反射素子は、前記第二表面に設置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
互いに直列される複数の電池ユニットを含む太陽電池であって、
各々の電池ユニットは、順に配列し且つ互いに接触される第一電極と、Ｐ型シリコン層と、Ｎ型シリコン層と、第二電極と、反射素子と、を含み、前記第一電極とＰ型シリコン層とＮ型シリコン層と第二電極とを一つの直線上設置して全体構造を有する前記電池ユニットを形成し、
該電池ユニットは、前記一つの直線に平行し、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み、各々の電池ユニットの前記第一表面は合わさって、太陽電池の太陽光を直接的に吸収する光入射面になり、前記反射素子は、各々の電池ユニットの前記第二表面に設置されることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
複数の電池預形成体ユニットを提供し、各々の電池預形成体ユニットは、順に配列し且つ接触されて設置された第一電極基材と、Ｐ型シリコン層基材と、Ｎ型シリコン層基材と、第二電極基材と、を含む第一ステップと、
前記複数の電池預形成体ユニットを第一方向に沿って順に配列し且つ互いに接着させる第二ステップと、
前記第一方向に平行な方向に沿って、前記複数の電池預形成体ユニットをいくつかに切断し、複数の電池預形成体を形成する第三ステップと、
各々の電池預形成体の一つの切断面に反射素子を形成する第四ステップと、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１５４３４（Ｐ２０１３−１１５４３４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５６１９７（Ｐ２０１２−２５６１９７）
【出願日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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