成果報告書詳細
管理番号20160000000123
タイトル平成22年度ー平成26年度成果報告書 「太陽エネルギー技術研究開発/太陽光発電システム次世代高性能技術の開発/極限シリコン結晶太陽電池の研究開発(微細レーザー加工技術による高効率化研究開発)」
公開日2016/5/24
報告書年度2010 - 2014
委託先名三菱電機株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約1.高効率セル製造プロセス技術
 p型単結晶シリコンセルでは、単結晶セル用逆ピラミッド型テクスチャ、拡散接合における選択エミッタ、SiO2/SiNパッシベーション構造、低ダメージレーザー開口と裏面赤外線反射電極、細線電極の要素技術開発と、それらの技術を採用したポイントコンタクトセルの開発を行った。これらの技術を150mm角のセルに適用することで、セル効率20.1%を確認した。また、n型単結晶シリコンセルについては、p型シリコンセルの要素技術を転用するとともに、常圧CVDによるBSG膜を用いたボロンエミッタ形成技術の適用、原子層堆積法によるアルミナパッシベーション膜適用によるパッシベーション性能の向上、印刷電極ファイアースルー時における焼成条件の最適化等の開発を行い、152mm角のセルにてセル効率22.0%を実証した。また、量産仕様である、疑似156mm角、4本バス線、印刷焼成電極、単層反射防止膜を用いたセルにおいても、セル効率21.3%を実現した。
2.微細レーザー加工技術
 高効率化技術として、微細レーザー加工技術を応用した逆ピラミッド構造等の低反射テクスチャの高速形成技術、およびセルの受光面・裏面のパッシベーション膜へのレーザー開口プロセスの構築を行った。これらの技術を上記のp型単結晶シリコンセルに適用し、レーザー加工技術の効果を実証した。また、n型単結晶シリコンセルにおいては裏面にボロン層を配置するバックエミッタ型セルに裏面パッシベーション膜のレーザー開口によるポイントコンタクト構造を開発し、通常の受光面にエミッタを配置して作成した比較セルより高いVoc(680mV)を確認した。
3.基板の評価
 異なる製造方法で製造されたシリコンウエハについて比較検討を行った。基板の比抵抗が同程度で、同心円状の低ライフタイム部をもつなど品質上の問題がなければ、市販のCZ法によるウエハでもMCZ法など特殊な製造方法によるウエハと同等の特性が得られることがわかった。また、スライス方法の検討としては樹脂コーティングされたソーワイヤ(Rワイヤ)によるスライス基板と従来の固定砥粒方式でスライスした基板とのセル特性比較を行った。当社プロセスはダメージ層除去での除去量が大きいため、両者での比較において有意な差は認められなかった。
英文要約Title: High Performance PV Generation System for the Future. R and D on Ultimate Wafer-based Si Solar Cells. (Improvement of Solar Conversion Efficiency by Development of Laser Microfabrication Process) (FY2010-FY2014) Final Report

1. Manufacturing process technology for high efficiency solar cell
We have developed the inverted pyramid texturing, selective doped emitter, SiO2/SiN passivation structure, low-damage laser opening and rear electrode for reflecting IR and fine line electrode for p-type mono-crystalline Si solar cell. Applying these techniques to the 150mm square Si cell, we have achieved a cell efficiency of 20.1%. For n-type Si cell, we have also achieved 22.0% by developing the boron emitter by using APCVD, Al2O3 passivation layer by ALD and firing condition besides applying the technique developed for p-type cell. In addition, we have obtained 21.3% cell efficiency for 156 mm square Si cell with 4 bus bar, which is the same structure as the mass-produced cell.
2. Laser micro-patterning technology
We have developed the technique for high-speed low-reflection texturing process for Si surface by applying a laser micro-patterning technology. We have also built a laser ablation process of rear and front passivation layers. We have applied these processes to p-type mono-crystalline Si cell and proved the impact of the laser micro-patterning technology. In addition, we have demonstrate a higher Voc (680mV) for a rear emitter n-type mono-crystalline Si cell than the conventional front emitter cell using rear side point contacts by a laser ablation process.
3. Wafer evaluation
We have made a comparative review of silicon wafers prepared by several manufacturing processes. We found that the CZ Si wafers are comparable to other Si wafer produced by special processes such as MCZ method unless the bulk quality is exceptionally low. We have also examined a slicing method. We have seen no critical difference between two slicing method: sliced by a resin-coated steel wire sawing and a fixed abrasive grain type wire saw, because we etch a large amount of the Si surface layer during the saw damage removal process.
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