太陽能電池的制作方法
【專利摘要】為了實(shí)現(xiàn)作為表面結(jié)構(gòu)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元，具有基板(1)、與基板(1)連接的直徑(D1)的納米柱(11)以及與基板(1)連接的直徑(D2)的納米柱(12)，其特征在于(D1)＜(D2)。由直徑不同的兩種納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)(21)兼具備由直徑(D1)的納米柱(11)構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率的極小點(diǎn)和由直徑(D2)的納米柱(12)構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率的極小點(diǎn)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)太陽光的較寬的波長域的防止反射。
【專利說明】太陽能電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)，使用比太陽光的波長微細(xì)的凹凸結(jié)構(gòu)、所謂的亞波長結(jié)構(gòu)的嘗試比較活躍(例如，專利文獻(xiàn)I?3，非專利文獻(xiàn)I)。其動(dòng)機(jī)在于通過亞波長結(jié)構(gòu)能得到比薄膜的防反射膜更高的防止反射效果這一點(diǎn)。作為太陽能電池單元的表面防止反射結(jié)構(gòu)，當(dāng)前最普遍使用的是通過基于堿溶液或酸溶液的濕式蝕刻而形成的紋理結(jié)構(gòu)。通過將該結(jié)構(gòu)置換成亞波長結(jié)構(gòu)，期待能實(shí)現(xiàn)更低的反射率，能實(shí)現(xiàn)太陽能電池單元的輸出電流增大。例如，在非專利文獻(xiàn)I中，公開了如下情況:通過將亞波長結(jié)構(gòu)中的尤其是后述的納米柱陣列結(jié)構(gòu)作為太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)使用，能夠?qū)崿F(xiàn)基于防止反射效果的輸出電流增大。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-328096號公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-219495號公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-128543號公報(bào)
[0008]非專利文獻(xiàn)
[0009]非專利文獻(xiàn)I:IEDM Tech.Dig.，pp.704-707(2010).
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]在下一代太陽能電池中，希望進(jìn)一步提聞光電轉(zhuǎn)換效率，因此
【發(fā)明者】等從提聞防止反射效果的觀點(diǎn)出發(fā)，關(guān)注使用了亞波長結(jié)構(gòu)中的尤其是納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元，并進(jìn)行了研究。如圖9所示，納米柱陣列結(jié)構(gòu)是指在基板I上周期性地排列直徑比太陽光3的波長微細(xì)的納米柱4而成的結(jié)構(gòu)。以下，作為納米柱4的形狀，以圓柱為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明也可以適用于棱柱等其他形狀的情況。而且，如圖9所示，太陽光3假定為沿著納米柱4的高度方向行進(jìn)，并從空氣向納米柱陣列結(jié)構(gòu)入射，但是本發(fā)明也可以適用于納米柱4的高度方向與太陽光3的行進(jìn)方向不一致的情況。
[0012]對基于納米柱陣列結(jié)構(gòu)的防止反射效果的特征進(jìn)行說明。圖10(a)示出Si鏡面的反射率光譜，圖10(b)示出Si紋理結(jié)構(gòu)的反射率光譜的一例，圖10(c)示出Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜的一例。反射率光譜是基于二維的FDTD法(Finite Differential TimeDomain method)的計(jì)算結(jié)果。將圖10(a)與圖10(b)進(jìn)行比較可知,通過將表面形狀從鏡面向紋理結(jié)構(gòu)變更，反射率的絕對值減少，但反射率光譜的形狀不變化。另一方面，觀察圖10(c)可知，在將表面形成為納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況下，不僅反射率的絕對值變化，而且反射率光譜的形狀也變化。具體而言，根據(jù)圖10(a)和圖10(b)，在表面形狀為鏡面或紋理結(jié)構(gòu)時(shí)的反射率光譜中，可觀察到這樣單調(diào)的形態(tài):在波長360nm附近存在反射率的極大點(diǎn)，但是在除此以外的波長域中，波長越長而反射率越低。另一方面，根據(jù)圖10(c)，在表面形狀為納米柱陣列結(jié)構(gòu)時(shí)的反射率光譜中，反射率的極大點(diǎn)及極小點(diǎn)存在多個(gè)，具有反射率相對于波長非單調(diào)地變化這樣的特征。在納米柱陣列結(jié)構(gòu)中，發(fā)生光的衍射，衍射條件會(huì)給反射率的值造成影響。認(rèn)為是由于滿足衍射條件的光的波長取得離散的值，因而反射率光譜表現(xiàn)出具有多個(gè)極大點(diǎn)和極小點(diǎn)的非單調(diào)的形態(tài)。
[0013]使納米柱陣列結(jié)構(gòu)帶有特征的尺寸參數(shù)是納米柱的直徑、高度及納米柱間間隔這三個(gè)。在專利文獻(xiàn)I中公開了納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜依賴于上述的尺寸參數(shù)而變化的情況。這是因?yàn)樯鲜龅难苌錀l件依賴于納米柱陣列結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)而變化。為了將納米柱陣列結(jié)構(gòu)作為太陽能電池單元的表面防止反射結(jié)構(gòu)使用，需要通過上述的尺寸參數(shù)的調(diào)整來減少太陽光的波長域的反射率。作為納米柱陣列結(jié)構(gòu)向太陽能電池單元的應(yīng)用例，在專利文獻(xiàn)2中公開了在太陽能電池單元表面的透明電極上設(shè)置亞波長的凹凸形狀的方法，在專利文獻(xiàn)3中公開了在紋理結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步設(shè)置亞波長結(jié)構(gòu)的方法。然而，如上所述，納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率僅在離散的波長中變得極小，而在這些極小點(diǎn)之間的波長中，無法避免反射率的值的增大。僅通過上述的尺寸參數(shù)的調(diào)整，難以實(shí)現(xiàn)能夠防止像太陽光那樣遍及較寬的波長域的光的反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)。另一方面，在專利文獻(xiàn)I中公開了這樣的方法:利用納米柱陣列結(jié)構(gòu)的衍射條件依賴于上述的尺寸參數(shù)的情況，利用改變了尺寸參數(shù)的納米柱陣列結(jié)構(gòu)，在較寬的波長域?qū)崿F(xiàn)高衍射效率的衍射光柵。然而，尺寸參數(shù)中的納米柱的直徑、高度、納米柱間間隔分別對防止反射起到怎樣的作用尚不明確，因此，以往并未確立能在較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法。
[0014]本發(fā)明是鑒于上述情況而做成的，其目的在于實(shí)現(xiàn)作為表面結(jié)構(gòu)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元。本發(fā)明的前述以及其他的目的和新特征通過本說明書的記述及附圖而明確可知。
[0015]用于解決課題的手段
[0016]簡單說明本申請所公開的發(fā)明中的代表性的結(jié)構(gòu)的話，如下所述。即，一種太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池具有基板、與所述基板連接的第一納米柱、與所述基板連接的第二納米柱，所述第二納米柱的直徑比所述第一納米柱的直徑大。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，通過具備直徑不同的納米柱，能夠?qū)崿F(xiàn)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的第一俯視圖。
[0021]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的第二俯視圖。
[0022]圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的第三俯視圖。
[0023]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0024]圖6是本發(fā)明的實(shí)施例2的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0025]圖7是本發(fā)明的實(shí)施例3的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)層的剖視圖。[0026]圖8是本發(fā)明的實(shí)施例3的另一太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)層的剖視圖。
[0027]圖9是表面具有納米柱陣列結(jié)構(gòu)的以往的太陽能電池單元的鳥瞰圖。
[0028]圖10表示反射光譜，(a)是Si鏡面的情況，(b)是Si紋理結(jié)構(gòu)的情況的一例，(c)是Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況的一例。
[0029]圖11表示反射光譜，(a)是直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況，(b)是直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況，(c)是直徑120nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況，(d)是直徑120nm、高度200nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況，(e)是直徑120nm、高度600nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況。
[0030]圖12是本發(fā)明的實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)中的、Dl = 40nm、D2 =120nm、H = 200nm> G = 40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜。
[0031]圖13中，(a)是本發(fā)明的實(shí)施例2的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)中的、Dl = 40nm、D2 = 120nm、Hl = 200nm、H2 = 800nm、G = 40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜，(b)是直徑120nm、高度600nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)中的沿著納米柱的高度方向的光強(qiáng)度分布。
[0032]圖14是本發(fā)明的實(shí)施例3的太陽能電池單元的雜質(zhì)層的橫向電阻的增加率R/R0，實(shí)線對應(yīng)于本實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)的情況，虛線對應(yīng)于本實(shí)施例3的比較實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的情況。
[0033]圖15是本發(fā)明的實(shí)施例3的太陽能電池單元的在雜質(zhì)層產(chǎn)生的光載體數(shù)的增加率Ν/Ν0，實(shí)線對應(yīng)于本實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)的情況，虛線對應(yīng)于本實(shí)施例3的比較實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的情況。
【具體實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施例1
[0035]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的剖視圖。通常，太陽能電池單元由pn結(jié)、鈍化膜、電極等構(gòu)成，但是圖1中未明示它們，僅示出基板I和表面結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的特征在于具有形成在基板I上、由直徑不同的兩種納米柱11、12構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)21這一點(diǎn)。圖1示出由直徑Dl的納米柱11和直徑D2的納米柱12構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)21。需要說明的是，在本實(shí)施例中，納米柱的直徑的關(guān)系設(shè)為Dl < D2。而且，關(guān)于柱高度H，直徑Dl的納米柱11、直徑D2的納米柱12均設(shè)為同一值。而且，如圖1所示，柱間的間隔G設(shè)為面內(nèi)的各處具有恒定的值的結(jié)構(gòu)。如后所述，作為通過本實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行較寬的波長域的防止反射的理由，使用直徑不同的多個(gè)納米柱是本質(zhì)，納米柱間的間隔G的值在面內(nèi)采用多個(gè)值不是必須的。但是，如后述的圖3及圖4所示，根據(jù)納米柱的排列圖案的不同，也存在無法使納米柱間的間隔G的值在面內(nèi)的各處為恒定的情況。因此，作為本實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)，包括納米柱間的間隔G的值在面內(nèi)采用多個(gè)值的結(jié)構(gòu)。圖1所示的結(jié)構(gòu)通過使用公知的光刻技術(shù)形成直徑不同的抗蝕圖案之后、以抗蝕圖案為掩模進(jìn)行公知的干式蝕刻而能夠制作。需要說明的是，圖1中的虛線Al與虛線BI之間的區(qū)域表示納米柱陣列結(jié)構(gòu)的單位結(jié)構(gòu)。
[0036]圖2是本實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的第一俯視圖?；錓未示出。圖2表示直徑Dl的納米柱11與直徑D2的納米柱12呈方格花紋狀排列的結(jié)構(gòu)，但排列圖案也可以是三角格子等其他的種類。優(yōu)選周期性的配置。
[0037]以上，說明了具有由直徑不同的兩種納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)21的太陽能電池單元，但本實(shí)施例1也可以應(yīng)用于具有由直徑不同的三種以上的納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元。以下，作為具有由直徑不同的三種納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元，列舉納米柱陣列結(jié)構(gòu)的排列圖案不同的兩個(gè)例子。
[0038]圖3是本實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的第二俯視圖。圖3所示的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的特征在于具有由直徑D3的納米柱13、直徑D4的納米柱14、直徑D5的納米柱15這樣直徑不同的三種納米柱構(gòu)成的第一納米柱陣列結(jié)構(gòu)22這一點(diǎn)。需要說明的是，各納米柱的直徑的關(guān)系設(shè)為D3 < D4 < D5。如上所述，在圖3所示的排列圖案中，納米柱間間隔G的值在面內(nèi)不恒定，例如，直徑D3的納米柱13與直徑D4的納米柱14的納米柱間間隔G34小于直徑D4的納米柱14與直徑D5的納米柱15的納米柱間間隔G45。
[0039]圖4是本實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的第三俯視圖。圖4所示的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的特征在于具有由直徑D6的納米柱16、直徑D7的納米柱17、直徑D8的納米柱18這樣直徑不同的三種納米柱構(gòu)成的第二納米柱陣列結(jié)構(gòu)23這一點(diǎn)。需要說明的是，各納米柱的直徑的關(guān)系設(shè)為D6 < D7 < D8。在圖4所示的排列圖案中，納米柱間間隔G的值在面內(nèi)也不恒定，例如，直徑D6的納米柱16與直徑D7的納米柱17的納米柱間間隔G67大于直徑D6的納米柱16與直徑D8的納米柱18的納米柱間間隔G68。
[0040]根據(jù)本實(shí)施例1，能夠?qū)崿F(xiàn)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元。以下，說明其理由。首先，表示在使納米柱陣列結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)變化時(shí)，納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜出現(xiàn)的變化。圖11 (a)是直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜的計(jì)算結(jié)果。反射率在波長460nm處取得極小值。在該納米柱陣列結(jié)構(gòu)中，僅使納米柱間間隔變化的直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜的計(jì)算結(jié)果如圖11(b)所示。反射率的極小點(diǎn)為波長420nm，與上述的直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況相比，向短波長側(cè)移動(dòng)了 40nm。另一方面,從直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)僅使直徑發(fā)生了變化的直徑120nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜如圖11 (c)所示，成為在波長560nm具有反射率的極小點(diǎn)的光譜。根據(jù)圖11(a)與圖11(b)的比較，使納米柱間間隔變化了 SOnm時(shí)的反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)量為40nm，相對于此，將圖11(a)與圖11(c)進(jìn)行比較，使直徑變化了 80nm時(shí)的反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)量為lOOnm。即，使直徑變化的情況比使納米柱間間隔變化的情況的反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)顯著。
[0041]而且,從直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)使直徑和納米柱間間隔均發(fā)生了變化的直徑120nm、高度200nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜的計(jì)算結(jié)果如圖11(d)所示，反射率的極小點(diǎn)存在于波長620nm。根據(jù)圖11(c)與圖11(d)的比較,使納米柱間間隔變化了 80nm時(shí)的反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)量為60nm，相對于此，將圖11(b)與圖11(d)進(jìn)行比較的話，使直徑變化了 80nm時(shí)的反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)量為200nm。由此，再次確認(rèn)了根據(jù)上述的圖11 (a)、圖11(b)及圖11(c)的比較得到的使直徑變化的情況比使納米柱間間隔變化的情況的反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)顯著這樣的傾向。而且，根據(jù)圖11(a)與圖11(c)的比較及圖11(b)與圖11(d)的比較可知，當(dāng)使直徑增加時(shí)，反射率的極小點(diǎn)具有向長波長側(cè)移動(dòng)這樣的傾向。另一方面，在圖11(a)與圖11(b)的比較中，當(dāng)使納米柱間間隔增加時(shí)，反射率的極小點(diǎn)向短波長側(cè)移動(dòng)，相對于此，在圖11(c)與圖11(d)的比較中，當(dāng)使納米柱間間隔增加時(shí)，反射率的極小點(diǎn)向長波長側(cè)移動(dòng)。由此，可以說納米柱間間隔的變化與反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)不是互為單調(diào)增加或單調(diào)減少的關(guān)系。
[0042]最后，從直徑120nm、高度200nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)僅使高度變化了的直徑120nm、高度600nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜如圖11(e)所示。將圖11(d)與圖11(e)進(jìn)行比較可知，具有通過使高度增加而反射率的極小點(diǎn)的個(gè)數(shù)增加這樣的特征。而且，在波長300nm至SOOnm進(jìn)行了簡單平均的反射率的值在圖11(d)和圖11(e)的任一情況下均為13%，因此可知，即使高度變化，反射率的平均值也不變化。
[0043]根據(jù)圖11 (a)至圖11 (e)所示的反射率光譜匯總納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜中的尺寸參數(shù)的作用，如以下所述。直徑的變化帶來反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)。具體而言，伴隨著直徑的增加，反射率的極小點(diǎn)向長波長側(cè)移動(dòng)。另外，高度的變化帶來反射率的極小點(diǎn)的個(gè)數(shù)的變動(dòng)。具體而言，伴隨著高度的增大，反射率的極小點(diǎn)的個(gè)數(shù)增多。但是，高度的變化未帶來反射率的平均值的變化。最后，納米柱間間隔的變化不會(huì)影響反射率的極小點(diǎn)的個(gè)數(shù)，而且?guī)矸瓷渎实臉O小點(diǎn)的移動(dòng)，但其移動(dòng)的大小比直徑的變化產(chǎn)生的移動(dòng)小。此外，就納米柱間間隔的變化產(chǎn)生的反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)而言，無論是向長波長側(cè)的移動(dòng)還是向短波長側(cè)的移動(dòng)均不能單調(diào)地確定。
[0044]根據(jù)上述的直徑、高度、納米柱間間隔各自的作用，可預(yù)想到，為了實(shí)現(xiàn)能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)，使用直徑不同的多個(gè)納米柱的方法是有效的。即，可預(yù)想到，由于直徑不同的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率的極小點(diǎn)也不同，因此通過將它們組合，能夠?qū)崿F(xiàn)在較寬的波長域存在有反射率的極小點(diǎn)的納米柱陣列結(jié)構(gòu)。以下，對該預(yù)想進(jìn)行驗(yàn)證。
[0045]圖 12 是圖1 所不的結(jié)構(gòu)中的、Dl = 40nm、D2 = 120nm、H = 200nm、G = 40nm 的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜的計(jì)算結(jié)果。反射率具有波長440nm和波長620nm這兩個(gè)極小點(diǎn)。前者的波長與圖11(a)及圖11(b)中的反射率的極小點(diǎn)大體一致，因此可知是直徑40nm的納米柱引起的反射率的極小點(diǎn)。另一方面，后者的波長與圖11(c)及圖11(d)中的反射率的極小點(diǎn)大體一致，因此可知是直徑120nm的納米柱引起的反射率的極小點(diǎn)。由此證實(shí)了通過將直徑不同的多個(gè)納米柱組合，能實(shí)現(xiàn)兼具備各個(gè)直徑引起的反射率的極小點(diǎn)的、能夠在較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)這樣的預(yù)想。將本實(shí)施例1的效果用在太陽光的光子數(shù)光譜中進(jìn)行了加權(quán)平均的反射率的值表示時(shí)，直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的平均反射率為16.0%，直徑120nm、高度200nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的平均反射率為13.3%，相對于此，圖1所示的結(jié)構(gòu)中的、Dl = 40nm、D2 = 120nm、H = 200nm> G = 40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的平均反射率為 11.5%,圖 3 所不的結(jié)構(gòu)中的、D3 = 40nm、D4 = 60nm、D5 = 120nm、H = 200nm、G =40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的通過二維的FDTD法計(jì)算出的平均反射率為9.2%，與以往的納米柱相比，可知能夠提高防止反射效果。
[0046]另外，納米柱等的亞波長結(jié)構(gòu)還具有光限制作用，因此能夠使確保太陽能電池單元的光吸收和減少光吸收層的厚度這兩者同時(shí)成立。光吸收層的厚度的減少不僅能減少材料成本，而且能縮短太陽能電池單元內(nèi)部的載體移動(dòng)距離，由此能夠抑制再結(jié)合，能夠增大太陽能電池單元的輸出電壓。
[0047]以上是通過本實(shí)施例1能夠?qū)崿F(xiàn)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元的理由。在本實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)中，記載了特別優(yōu)選的尺寸參數(shù)的數(shù)值范圍。在由直徑不同的兩種納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選組合直徑20?50nm(小于50nm)的納米柱與直徑50?150nm的納米柱。在由直徑不同的三種納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選組合直徑20?50nm(小于50nm)的納米柱、直徑50?90nm(小于90nm)的納米柱、直徑90?150nm的納米柱。高度為了實(shí)現(xiàn)防止反射而優(yōu)選為IOOnm以上，而且，從制作可能性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為IOOOnm以下。納米柱間間隔雖然如上所述對反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)造成的影響比直徑小，但并非可以是完全任意的值。為了抑制反射率的極小點(diǎn)的移動(dòng)，納米柱間間隔的大小優(yōu)選為直徑的1/5?5倍的范圍內(nèi)。而且，在形成納米柱時(shí)，通常，納米柱的形狀產(chǎn)生錐形。在納米柱間間隔小時(shí)，由于相鄰的納米柱的錐形相接而可能無法得到所希望的高度的納米柱。在設(shè)定納米柱間間隔的大小時(shí)，需要將這一點(diǎn)也考慮在內(nèi)。
[0048]在本實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成納米柱的材料是太陽能電池單元的光吸收層所使用的半導(dǎo)體材料，或者鈍化膜或緩沖層所使用的半導(dǎo)體材料或絕緣體材料，或者透明導(dǎo)電膜材料，或者上述的材料的層疊物。太陽能電池單元的光吸收層所使用的半導(dǎo)體材料為S1、CdTe> CuEnGaSe> InP、GaAs、Ge等,它們可采取單結(jié)晶、多結(jié)晶、微結(jié)晶、非結(jié)晶等各種結(jié)構(gòu)。上述半導(dǎo)體層既可以是基板I其本身，也可以通過CVD法、濺射法、外延法、蒸鍍法等成膜法形成。鈍化膜或緩沖層所使用的半導(dǎo)體材料或絕緣體材料是Si02、SiN(氮化硅)、非結(jié)晶S1、CdS等。上述半導(dǎo)體材料或絕緣體材料的形成既可以通過上述的太陽能電池單元的光吸收層所使用的半導(dǎo)體材料的氧化、氮化等進(jìn)行，或者也可以通過CVD法、濺射法、外延法、蒸鍍法等成膜法形成。透明導(dǎo)電膜材料是包含In、Zn、Sn、Ga等元素的氧化物及它們的復(fù)合氧化物，也可以向其中加入氟等添加物。上述透明導(dǎo)電膜材料的形成通過濺射法、CVD法、涂敷法、印刷法等進(jìn)行。而且，除了上述工序之外，也可以適當(dāng)追加用于改善各個(gè)膜的結(jié)晶性、膜質(zhì)或用于提高與相鄰膜的界面的質(zhì)量的熱處理、等離子處理等。
[0049]作為本實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的制造方法，使用了光刻法和干式蝕刻法，但也可以使用對于基板I的平坦表面或形成在基板I的平坦表面上的膜實(shí)施電子線描繪等光刻和蝕刻、納米刻印、以納米粒子為掩模的蝕刻等加工的公知的方法，或者在基板I的平坦表面上通過VLS(Vapor-Liquid-Solid)法等來使納米柱成長的公知的方法。在基于光刻和蝕刻的制造方法中，尤其是納米柱的“高度/直徑”即高寬比為2以上的情況下，優(yōu)選在基板I上首先形成硬掩模，然后，涂敷抗蝕劑而進(jìn)行光刻。尤其是在基板I為Si的情況下，優(yōu)選從接近基板I的一側(cè)依次使用SiO2、非結(jié)晶Si這樣的雙層結(jié)構(gòu)作為硬掩模。這種情況下，優(yōu)選通過使用了以HBr為主成分的氣體的干式蝕刻對非結(jié)晶Si和Si基板進(jìn)行加工，通過使用了以CHF3為主成分的氣體的干式蝕刻對SiO2進(jìn)行加工。在基于VLS法的制造方法中，根據(jù)需要，優(yōu)選形成具有納米柱的成長所需的催化劑效果的物質(zhì)。
[0050]通過上述的方法制造出具有圖2?圖4所示的結(jié)構(gòu)的納米柱的太陽能電池，結(jié)果獲得良好的特性。[0051]以上，根據(jù)本實(shí)施例，能夠提供一種通過具備直徑不同的納米柱而能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的太陽能電池。
[0052]實(shí)施例2
[0053]關(guān)于第二實(shí)施例，使用圖5、圖6、圖13進(jìn)行說明。需要說明的是，在實(shí)施例1中記載而在本實(shí)施例中未記載的事項(xiàng)只要沒有特殊的情況，就也可以適用于本實(shí)施例。
[0054]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的剖視圖。說明與實(shí)施例1的區(qū)別時(shí)，實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的特征在于由直徑不同的多個(gè)納米柱構(gòu)成，相對于此，本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)的特征在于由直徑和高度均不同的多個(gè)納米柱構(gòu)成。圖5示出由直徑DDl且高度HHl的納米柱31和直徑DD2且高度HH2的納米柱32這兩種納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)41。需要說明的是，在本實(shí)施例中，納米柱的直徑的關(guān)系為DDl <DD2，且高度的關(guān)系為HHl < HH2。而且，圖5中為納米柱間間隔GG在面內(nèi)的各處具有恒定的值的結(jié)構(gòu)，但與實(shí)施例I的情況同樣地，作為本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)，也包括納米柱間間隔GG的值在面內(nèi)為多個(gè)值的結(jié)構(gòu)。
[0055]圖6是本實(shí)施例2的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖。在圖6中，示出直徑DDl且高度HHl的納米柱31與直徑DD2且高度HH2的納米柱32呈方格花紋狀排列的結(jié)構(gòu)，但也可以是由三角格子等其他的排列圖案構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
[0056]根據(jù)本實(shí)施例2，與實(shí)施例1同樣地，能夠?qū)崿F(xiàn)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元，且能夠?qū)崿F(xiàn)比實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)低的反射率。首先，對前者的效果進(jìn)行說明。圖13(a)是圖5所示的結(jié)構(gòu)中的、DDl = 40nm、DD2 =120nm、HHl = 200nm> HH2 = 600nm> GG = 40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的反射率光譜的計(jì)算結(jié)果。該Si納米柱陣列結(jié)構(gòu) 由直徑40nm、高度200nm、納米柱間間隔40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)和直徑120nm、高度600nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)構(gòu)成。前者的反射率光譜如圖11(a)所示，后者的反射率光譜如圖11(e)所示。可知，圖13(a)所示的反射率光譜兼具備在圖11(a)及圖11(e)所示的反射率光譜中觀察到的反射率的極小點(diǎn)。由此表示，通過本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)，與實(shí)施例1同樣地能夠?qū)崿F(xiàn)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元。但是，通過本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)，與實(shí)施例I同樣地，為了實(shí)現(xiàn)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元，存在以下的條件。圖13(b)是波長460nm的光以圖9所示的方向向直徑120nm、高度600nm、納米柱間間隔120nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)入射時(shí)的納米柱間間隔的區(qū)域的光強(qiáng)度分布。通常，當(dāng)光向納米柱陣列結(jié)構(gòu)入射時(shí)，在納米柱間間隔的區(qū)域產(chǎn)生駐波。納米柱的高度方向?yàn)閦方向時(shí)，駐波以z = Zl, 12, Z3…的方式空間性地分散產(chǎn)生。其中，納米柱的上表面為z = O、納米柱的高度為H、納米柱與基板I的交界面為z = H時(shí)，O < Zl< Z2 < Z3 <~< H。在圖 13(b)中，Zl = 60nm, Z2 = 270nm, Z3 = 480nm。在此，在 z =Zl，Z2，…產(chǎn)生的駐波分別稱為第一駐波，第二駐波，…。在O < H < Zl時(shí)，不存在駐波，在Zl < H < Z2時(shí)，僅存在第一駐波，在Z2 < H < Z3時(shí)，存在第一駐波和第二駐波。為了進(jìn)行基于納米柱陣列結(jié)構(gòu)的防止反射，至少需要存在第一駐波。在本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)中，如圖5所示，在直徑DD2且高度HH2的納米柱32的納米柱間間隔區(qū)域中形成有直徑DDl且高度HHl的納米柱31。此時(shí)，直徑DD2且高度HH2的納米柱32上的直徑DDl且高度HHl的納米柱31的上表面為z = O、直徑DD2且高度HH2的納米柱32與基板I的交界面為z =HH1+HH2、駐波的產(chǎn)生位置為z = Z1，Z2，Z3…時(shí)，為了滿足上述的至少存在第一駐波這樣的條件，需要Zl < HH2。因此，根據(jù)本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)，與實(shí)施例1同樣地匯總用于實(shí)現(xiàn)具有能夠在太陽光的較寬的波長域防止反射的納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元的條件時(shí)，構(gòu)成本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)的多個(gè)納米柱之間的高度之差需要大至在該納米柱間間隔區(qū)域至少能夠存在第一駐波的程度這樣的條件。
[0057]接下來，說明本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)的效果中的能夠?qū)崿F(xiàn)比實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)低的反射率這一點(diǎn)。如上所述，在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的情況下，圖1中的、Dl = 40nm、D2 = 120nm、H =200nm、G = 40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的平均反射率為11.5%。相對于此，在本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)的情況下，圖 5 中的、DDl = 40nm、DD2 = 120nm、HHl = 200nm、HH2 = 600nm、GG =40nm的Si納米柱陣列結(jié)構(gòu)的平均反射率為7.1%。即，即使兩種直徑的值相同，本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)也比實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的平均反射率低。其理由在于納米柱陣列的單位結(jié)構(gòu)包含的納米柱的個(gè)數(shù)之差。納米柱陣列的單位結(jié)構(gòu)在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的情況下，是指圖1中的虛線Al與虛線BI之間的區(qū)域，在本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)的情況下，是指圖5中的虛線A2與虛線B2之間的區(qū)域。關(guān)注上述的單位結(jié)構(gòu)包含的納米柱的個(gè)數(shù)，直徑較大的納米柱在實(shí)施例1、本實(shí)施例2的任一結(jié)構(gòu)中均為I根，但直徑較小的納米柱在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)中僅為I根，而在本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)中為3根。如上所述，在納米柱陣列結(jié)構(gòu)中，在納米柱間間隔產(chǎn)生駐波，因此在納米柱的側(cè)部發(fā)生顯著的光吸收。因此,使納米柱的根數(shù)增加會(huì)帶來吸收的光量的增加即向外部反射的光量的減少，由此能提高防止反射效果。
[0058]綜上，本實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)在由直徑不同的多個(gè)納米柱構(gòu)成這一點(diǎn)上與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)沒有差別，但是單位結(jié)構(gòu)包含的納米柱的根數(shù)比實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)增加，由此能夠?qū)崿F(xiàn)更低的反射率。
[0059]作為本實(shí)施例 2的結(jié)構(gòu)的制造方法，與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的制造方法同樣地，有對于基板I的平坦表面實(shí)施電子線描繪等的光刻和蝕刻、納米刻印、以納米粒子為掩模的蝕刻等加工的方法，以及在基板I的平坦表面上通過VLS(Vapor-Liquid-Solid)法等使納米柱成長的方法。在本實(shí)施例2中，為了形成高度不同的多個(gè)納米柱而需要采取例如實(shí)施多次光刻和蝕刻等的方法。
[0060]通過上述的方法制造出具備圖5所示的結(jié)構(gòu)的納米柱的太陽能電池，結(jié)果能獲得良好的特性。
[0061]以上，根據(jù)本實(shí)施例，能夠得到與實(shí)施例相同的效果。而且，通過在直徑較大的納米柱上的周邊以與較小的納米柱的直徑相同的寬度配置高度與較小的納米柱的高度相同的環(huán)，能夠使納米柱陣列結(jié)構(gòu)的單位結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比實(shí)施例1的情況低的反射率。
[0062]實(shí)施例3
[0063]關(guān)于第三實(shí)施例，使用圖7、圖8、圖15及圖16進(jìn)行說明。需要說明的是，在實(shí)施例I或2中記載而在本實(shí)施例中未記載的事項(xiàng)只要沒有特殊的情況，就也可以適用于本實(shí)施例。
[0064]圖7是本發(fā)明的實(shí)施例3的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)層的剖視圖。圖7所示的結(jié)構(gòu)是對于實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)形成了雜質(zhì)層2的結(jié)構(gòu)，其特征在于，η形半導(dǎo)體基板I與P形雜質(zhì)層2的pn結(jié)的交界面在整個(gè)面內(nèi)平坦。在本實(shí)施例中，基板為η形，雜質(zhì)層為P形，但也可以使基板為P形，使雜質(zhì)層為η形。需要說明的是，在Pin結(jié)的情況下，pin結(jié)的交界面平坦。而且，為了得到后述的本實(shí)施例3的效果，特征在于使納米柱的高度為500nm以下。而且，圖7中示出太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)為實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)的情況，但是為了得到本實(shí)施例3的效果，太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)也可以是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)。這種情況下的特征在于，實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)中的、高度不同的多個(gè)納米柱中的至少I個(gè)納米柱的基板I與雜質(zhì)層2的pn結(jié)的交界面平坦，且至少I個(gè)納米柱的高度為500nm以下。
[0065]根據(jù)本實(shí)施例3，在表面具有納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元中，能使雜質(zhì)層2的橫向電阻與表面為平坦面的太陽能電池單元的情況相同，且使在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)在表面為平坦面的太陽能電池單元的情況的I?1.33倍的范圍內(nèi)。以下，對這些效果進(jìn)行說明。
[0066]雜質(zhì)層2擔(dān)任著構(gòu)成太陽能電池單元的pn結(jié)或pin結(jié)的作為雜質(zhì)層的作用。通常，在太陽能電池單元內(nèi)部，通過光吸收而產(chǎn)生電子空穴對，然后，電子與空穴分離，向互不相同的電極移動(dòng)，由此產(chǎn)生電力。在上述的過程中，在電子與空穴向互不相同的電極移動(dòng)時(shí)，在雜質(zhì)層2為η型半導(dǎo)體時(shí)，電子在雜質(zhì)層2中橫向地移動(dòng),在雜質(zhì)層2為P型半導(dǎo)體時(shí)，空穴在雜質(zhì)層2中橫向地移動(dòng)。此時(shí)的伴隨著電子或空穴的橫向移動(dòng)的電阻稱為雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻。雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻成為太陽能電池單元的串聯(lián)電阻的一部分。為了防止太陽能電池的特性下降，需要減少串聯(lián)電阻，為此，雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻越低越優(yōu)選。雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻通過使雜質(zhì)層2的膜厚增加而能夠減少。然而，雜質(zhì)層2的膜厚的增加會(huì)導(dǎo)致在雜質(zhì)層2中產(chǎn)生而再結(jié)合的光載體的個(gè)數(shù)的增加，導(dǎo)致太陽能電池單元的特性下降。因此，雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻與在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)處于互為折衷的關(guān)系，其中，需要以實(shí)現(xiàn)太陽能電池的特性的最佳化的方式設(shè)定雜質(zhì)層2的膜厚。
[0067]在表面具有納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元中的雜質(zhì)層2的形狀如以下兩種。一種是圖7所示的本實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)，另一種是圖8所示的結(jié)構(gòu)。以下，將圖8所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)稱為本實(shí)施例3的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)。另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)是相對于實(shí)施例1的太陽能電池單元的表面結(jié)構(gòu)通過使P形雜質(zhì)各向同性擴(kuò)散而形成了 P形雜質(zhì)層2的結(jié)構(gòu),其特征在于，η形基板I與P形雜質(zhì)層2的pn結(jié)的交界面沿著納米柱陣列結(jié)構(gòu)的表面形狀形成。在圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)和圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中，不存在納米柱的區(qū)域的雜質(zhì)層2的膜厚相等。以下，在圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中，將不存在納米柱的區(qū)域的雜質(zhì)層2的膜厚記為LD。圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)與圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于納米柱內(nèi)部的雜質(zhì)層2的形狀。在圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中，雜質(zhì)層2包含納米柱整體，而且，在納米柱下部的區(qū)域以深度LD形成。另一方面，在圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中，雜質(zhì)層2沿著納米柱陣列結(jié)構(gòu)的表面形狀以深度LD形成，在納米柱內(nèi)部存在有雜質(zhì)層2以外的區(qū)域。需要說明的是，圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)能夠與雜質(zhì)層2的膜厚LD的值無關(guān)地實(shí)現(xiàn)，但圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)僅在LD < D/2且LD < H時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0068]關(guān)于圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)和圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中的、雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻和在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)與表面為平坦面的太陽能電池單元結(jié)構(gòu)的情況相比如何變化進(jìn)行說明。在此，在表面為平坦面的太陽能電池單元中，在整個(gè)面內(nèi)形成深度LD的雜質(zhì)層2。如上所述，在圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中，基板I與雜質(zhì)層2的pn結(jié)的交界面在整個(gè)面內(nèi)平坦，因此電子或空穴在雜質(zhì)層2中橫向地移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)距離、即雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻與表面為平坦面的太陽能電池單元的情況相同。另一方面，雜質(zhì)層2的膜厚在不存在納米柱的區(qū)域中為LD，在存在納米柱存在的區(qū)域中為H+LD。其中，在存在納米柱的區(qū)域中，與表面為平坦面的太陽能電池單元相比，雜質(zhì)層2的膜厚增加，因此，在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)增加。另一方面，在圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中，雜質(zhì)層2沿著納米柱陣列結(jié)構(gòu)的表面形狀以深度LD存在。其結(jié)果是，電子或空穴在雜質(zhì)層2中橫向地移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)距離比表面為平坦面的太陽能電池單元的情況長。因此，雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻比表面為平坦面的太陽能電池單元的情況升高。另一方面，雜質(zhì)層2的距納米柱陣列結(jié)構(gòu)表面的厚度在面內(nèi)的各處均為LD。因此，在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)比圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的情況少。但是，當(dāng)假定圖9所示那樣的太陽光的入射方向時(shí)，在納米柱的側(cè)壁部形成的雜質(zhì)層2相當(dāng)于納米柱的高度H的膜厚。如上所述，在圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中，由于LD < H，因此在納米柱的側(cè)壁部形成的雜質(zhì)層2的膜厚相當(dāng)于H意味著納米柱的側(cè)壁部是比面內(nèi)的其他的區(qū)域厚的雜質(zhì)層。因此，在圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)中，在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)與表面為平坦面的太陽能電池單元的情況不同，成為更大的值。
[0069]對以上說明的情況進(jìn)行定量化。具有納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元中的雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻和在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)分別為R、N，表面為平坦面的太陽能電池單元中的雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻和在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)分別為R0、N0。假定二維模型而計(jì)算了 R/R0和Ν/Ν0的結(jié)果分別如圖14和圖15所示。在任一圖中均是，實(shí)線相當(dāng)于圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的情況，虛線相當(dāng)于圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的情況。如上所述，在圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的情況下，與圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的情況相比，R/R0小，Ν/Ν0大。R/R0和Ν/Ν0均依賴于納米柱陣列結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)。具體而言，Η/D即納米柱的高寬比越大時(shí)R/R0越大，H越大時(shí)Ν/Ν0越大。在此，D為納米柱的直徑，在圖7所示的太陽能電池單元或圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)那樣具有由直徑不同的多個(gè)納米柱構(gòu)成的納米柱陣列的太陽能電池單元中，可以是Dl也可以是D2。
[0070]根據(jù)圖14，圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)與納米柱的高寬比無關(guān)為R/R0 =1，如上所述，與表面為平坦面的太陽能電池單元的情況相比，雜質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻未增加。而且，如上所述，圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的特征在于，納米柱的高度H為500nm以下，因此，根據(jù)圖15，I < Ν/Ν0 < 1.33。即，能使在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)為表面為平坦面的太陽能電池單元的情況的I?1.33倍的范圍內(nèi)。如此，在表面具有納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元中，通過使用圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)，與表面為平坦面的太陽能電池單元的情況相比，能夠?qū)㈦s質(zhì)層2的橫向移動(dòng)電阻和在雜質(zhì)層2產(chǎn)生的光載體數(shù)所引起的太陽能電池特性下降抑制成最小限度。在圖8所示的另一太陽能電池單元中，根據(jù)圖15，光載體數(shù)也比以往多。但是，根據(jù)圖14，橫向移動(dòng)電阻依賴于Η/D。因此通過設(shè)為減小該值的結(jié)構(gòu)，在圖8所示的另一太陽能電池單元中也能實(shí)現(xiàn)特性的提高。
[0071]另外，在太陽能電池單元中，通常在雜質(zhì)層2的表面形成鈍化膜。鈍化膜的主要作用是懸掛鍵的終端，但除此之外，近年來，正活躍地研究通過鈍化膜包含的固定電荷對雜質(zhì)層2中的少數(shù)載體施加庫侖力來抑制界面再結(jié)合這樣的所謂的場效應(yīng)鈍化。在表面具有納米柱陣列結(jié)構(gòu)的太陽能電池單元中，以使場效應(yīng)鈍化涉及的距離與納米柱的直徑相等或?yàn)榧{米柱的直徑以上的方式設(shè)定固定電荷量，由此與表面為平坦面的太陽能電池單元的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更有效的場效應(yīng)鈍化。
[0072]作為雜質(zhì)層2的形成方法，存在離子注入、氣相擴(kuò)散法、固相擴(kuò)散法等雜質(zhì)擴(kuò)散法、CVD法、濺射法、外延法、蒸鍍法等成膜法。根據(jù)前者的方法，雜質(zhì)層2的材料與基板I的材料相同，根據(jù)后者的方法，雜質(zhì)層2的材料與基板I的材料可以相同，也可以不同。在形成圖7所示的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選首先形成雜質(zhì)層2，然后，利用在實(shí)施例I中說明的加工法形成納米柱陣列結(jié)構(gòu)。需要說明的是，在形成圖8所示的另一太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選首先形成納米柱陣列結(jié)構(gòu)，然后，通過雜質(zhì)擴(kuò)散法形成雜質(zhì)層2。
[0073]以上，基于實(shí)施方式，具體地說明了本
【發(fā)明者】做成的發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施例，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變更。例如，上述的實(shí)施例是為了便于理解地說明本發(fā)明而詳細(xì)說明的例子，并不限定于非要具備說明的全部的結(jié)構(gòu)。而且，一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分也可以置換成其他的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，而且，也可以在一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中加入其他的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。而且，關(guān)于各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分，可以進(jìn)行其他的結(jié)構(gòu)的追加.刪除.置換。
[0074]符號說明
[0075]I...基板，2...雜質(zhì)層,3...太陽光,4...納米柱，11...直徑Dl的納米柱，12...直徑D2的納米柱，13…直徑D3的納米柱，14…直徑D4的納米柱，15…直徑D5的納米柱，16…直徑D6的納米柱，17...直徑D7的納米柱，18…直徑D8的納米柱，21…由直徑不同的兩種納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)，22...由直徑不同的三種納米柱構(gòu)成的第一納米柱陣列結(jié)構(gòu)，23...由直徑不同的三種納米柱構(gòu)成的第二納米柱陣列結(jié)構(gòu)，31...直徑DDl且高度 HHl的納米柱，32…直徑DD2且高度HH2的納米柱，41...由直徑和高度均不同的兩種納米柱構(gòu)成的納米柱陣列結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池具有: 基板； 與所述基板連接的第一柱；以及 與所述基板連接的第二柱， 所述第二柱的直徑比所述第一柱的直徑大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第一柱的直徑為20nm以上且小于50nm, 所述第二柱的直徑為50nm以上且150nm以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第一柱的高度和所述第二柱的高度均為IOOnm以上且1000nm以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第一柱與所述第二柱之間的間隔為所述第一柱的直徑的1/5倍以上且為所述第二柱的直徑的5倍以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于， 該太陽能電池還具有與所述基板連 接的第三柱， 所述第三柱的直徑超過所述第二柱的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第一柱的直徑為20nm以上且小于50nm, 所述第二柱的直徑為50nm以上且小于90nm, 所述第三柱的直徑為90nm以上且150nm以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第一柱與所述第二柱之間的間隔、所述第一柱與所述第三柱之間的間隔以及所述第二柱與所述第三柱之間的間隔均為所述第一柱的直徑的1/5倍以上且為所述第三柱的直徑的5倍以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于， 該太陽能電池還具有: 經(jīng)由所述第二柱與所述基板連接的第四柱；以及 經(jīng)由所述第二柱與所述基板連接的、與所述第四柱不同的第五柱， 所述第二柱的直徑超過所述第四柱的直徑， 所述第二柱的直徑超過所述第五柱的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第四柱的直徑為20nm以上且小于50nm， 所述第五柱的直徑為20nm以上且小于50nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第四柱與所述第五柱之間的間隔為所述第四柱的直徑的1/5倍以上且為所述第二柱的直徑的5倍以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能電池，其特征在于， 在所述第二柱的側(cè)部形成的駐波中的至少一個(gè)駐波存在于所述第一柱的上端與所述第二柱的上端之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池，其特征在于， 所述基板是具有第一導(dǎo)電型的基板， 所述太陽能電池還具有與所述第一導(dǎo)電型不同的第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)層，該雜質(zhì)層形成于所述基板的一部分、所述第一柱和所述第二柱， 通過所述基板和所述雜質(zhì)層形成的Pn結(jié)或pin結(jié)的交界面平坦。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第一柱的高度為500nm以下， 所述第二柱的高度為500nm以下。
14.一種太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池具有: pn結(jié)或pin結(jié)；以及 具有第一直徑的第一柱和具有與第一直徑不同的第二直徑的第二柱，包含所述第一柱和所述第二柱的陣列的單位結(jié)構(gòu)周期性地排列。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池，其特征在于， 所述陣列的單位結(jié)構(gòu)還包含直徑與所述第一柱及所述第二柱的直徑不同的第三柱。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第一柱及所述第二柱被內(nèi)部包含的固定電荷量設(shè)定為規(guī)定值的場效應(yīng)鈍化膜覆至JHL ο
【文檔編號】H01L31/0236GK103548149SQ201180070975
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月25日
【發(fā)明者】渡邊敬司, 土屋龍?zhí)? 服部孝司, 松村三江子 申請人:株式會(huì)社日立制作所