TWI660521B - 高光電變換效率太陽電池及高光電變換效率太陽電池之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種太陽電池之製造方法，具有：在具有第一導電型的半導體基板之兩主表面形成凹凸的步驟，在半導體基板之第一主表面，形成基底層之步驟，在基底層上形成擴散遮罩的步驟，將擴散遮罩圖案狀地除去的步驟，在除去第一主表面之擴散遮罩之處所，形成射極層的步驟，除去殘存的擴散遮罩的步驟，於第一主表面上形成介電體膜的步驟，於基底層上形成基底電極的步驟，以及在前述射極層上形成射極電極的步驟。藉此，提供削減工序數目同時呈現高的光電變換效率的太陽電池之製造方法。
Description
本發明係有關高光電變換效率太陽電池及高光電變換效率太陽電池之製造方法。
作為採用單結晶或多結晶半導體基板之具有比較高的光電變換效率之太陽電池構造之一，有將正負的電極全部設在非受光面(背面)之背面電極型太陽電池。圖10顯示背面電極型太陽電池1000之背面之概觀。在基板1010的背面，射極層1012及基底層1013交互地被配列，且沿著各個層上設置電極(集電電極)(射極電極1022、基底電極1023)。進而，設置把從該等電極得到之電流進而集電用之匯流條電極(發射用匯流條電極1032、基底用匯流條電極1033)。功能上，匯流條電極大多與集電電極正交。射極層1012的幅寬係數mm~數百μm，基底層1013的幅寬則是數百μm~數十μm。此外，集電電極(射極電極1022、基底電極1023)的幅寬一般上為數百~數十μm左右，該電極多被稱呼為指狀電極。
圖11顯示背面電極型太陽電池1000之剖面構 造之模式圖。在基板的背面的最表層附近形成射極層1012及基底層1013。射極層1012及基底層1013之各層厚最多為1μm左右。在各層上設置指狀電極1022、1023，非電極區域(電極並未被形成之區域)之表面係由氮化矽膜或氧化矽膜等之介電體膜(背面保護膜1044)所覆蓋。太陽電池1000之受光面側在減低反射損失之目的下，設置防反射膜1045。
具有前述構造之太陽電池的製造方法之一例在專利文獻1係屬公知。工程的概略流程顯示於圖9(b)。據此，對於除去切片損傷之N型基板，首先，僅於背面形成紋理遮罩，僅於單面(受光面)形成紋理。除去遮罩後，於背面形成擴散遮罩，開口為圖案狀。於開口部使硼等P型摻雜物擴散，以HF(氫氟酸)等除去遮罩及擴散時形成的玻璃。其次，再度形成擴散遮罩而開口，於開口部使磷等N型摻雜物擴散，除去遮罩及玻璃。經過這一連串的步驟，於背面形成基底層及射極層。其後，進行保護膜形成及開口、集電電極及匯流條(bus bar)電極的形成。
此外，作為其他製造方法之一例，揭示了專利文獻2。工程的概略流程顯示於圖9(c)。在專利文獻2，對於除去了切片損傷的N型基板，進行射極層及遮罩形成、遮罩開口、蝕刻、基底層及遮罩形成、受光面遮罩開口、紋理形成、保護膜形成、保護膜開口及集電電極及匯流條電極的形成。如此，專利文獻2的方法也至少必須要2次的遮罩形成及開口步驟。
[專利文獻1]日本特開2015-167260號公報
[專利文獻2]美國專利第7,339,110號說明書
[專利文獻3]日本特開2015-118979號公報
如前所述的習知方法有著工序數目太多的問題。遮罩形成步驟與開口步驟必定成對出現，會使製造成本增加。進而，把基板暴露於高溫之熱處理步驟很多，會成為使基板的少數載子壽命降低的主要原因。
此外，任一方法都有必要僅在基板的單面形成紋理，所以僅在單面有形成遮罩的必要。有必要於單面形成氮化矽膜等，或者是於雙面形成氧化矽膜之後，於背面全面形成抗蝕劑而進行HF浸漬僅在受光面除去氧化矽膜，有著不只是工序數目多，連使用的材料也很多的問題。進而，使遮罩厚度為必要最低限度的話，會有在面內均勻地形成遮罩變得困難的問題。
此外，任一方法都在使背面為平坦的狀態形成射極層及基底層，所以變成不易取得與電極之導電連接，基板與集電電極之接觸電阻會增大，結果會有變換效率變低的問題。
對於這樣的問題，在專利文獻3，揭示了工序數目比較少，而且也改善基底層的導電接觸之有效的方法。然而，於此方法，也存在著僅於受光面除去氧化矽膜(亦即僅單面形成遮罩)的步驟，會產生如前所述的問題。
本發明係有鑑於前述問題點而完成者，目的在於提供削減工序數目的同時也呈現高的光電變換效率的太陽電池之製造方法。此外，本發明之目的在於提供可減低接觸電阻提高光電變換效率的太陽電池。
為了達成前述目的，本發明提供一種太陽電池之製造方法，其特徵為具有：在具有第一導電型的半導體基板之兩主表面形成凹凸的步驟，在前述半導體基板之第一主表面，形成具有前述第一導電型，且具有比前述半導體基板更高的摻雜物濃度的基底層之步驟，在該基底層上形成擴散遮罩的步驟，將前述擴散遮罩圖案狀地除去，使除去之處所以外的擴散遮罩殘存的步驟，在除去前述第一主表面之前述擴散遮罩之處所，形成具有與前述第一導電型相反的導電型之第二導電型的射極層的步驟，除去前述殘存的擴散遮罩的步驟，於前述第一主表面上形成介電體膜的步驟， 於前述基底層上形成基底電極的步驟，以及在前述射極層上形成射極電極的步驟。
藉由本發明的方法，擴散遮罩形成以及開口步驟被削減為1次。進而，步驟的最初形成了細微的凹凸(例如紋理(texture))，所以沒有必要僅單面形成遮罩。此外，藉由本發明的方法製造的太陽電池，於基底層區域(基底層)被形成紋理等細微的凹凸，所以可以實現與基底層連接的電極(亦即基底電極)之低接觸電阻，變換效率提高。
此外，在圖案狀地除去前述擴散遮罩的步驟之後、且在形成前述射極層的步驟之前，將除去了前述擴散遮罩的處所之半導體基板表面予以蝕刻為佳。
如此，藉著蝕刻開口部(遮罩除去處所)之基底層後再形成射極層而提高變換效率。
此外，使前述射極層形成後之該射極層上的氧化矽膜厚度為95nm以下亦可。
在本發明之方法，射極層形成後不需要形成遮罩，所以在射極層形成後不形成氧化矽亦可。
此外，前述第一導電型為P型，前述第二導電型為N型，於形成前述基底層的步驟，在形成前述基底層之際，同時於前述第一主表面上形成玻璃層，於形成前述擴散遮罩的步驟，殘留前述玻璃層的狀態下在前述基底層上形成擴散遮罩為佳。
如此，殘留著作為基底層形成P型導電型層時 所同時形成的玻璃層的狀態下形成擴散遮罩的話，能夠把基板之少數載子壽命保持在高的狀態。
此外，前述第一導電型為P型，前述第二導電型為N型，前述介電體膜形成後，不除去該介電體膜而形成前述基底電極及前述射極電極亦可。
如此，在被形成紋理的部分形成P型的基底層，可以不把介電體膜開口而在基底(P型)層與集電電極間實現低的接觸電阻。
此外，前述第一導電型為N型，前述第二導電型為P型，使形成前述介電體膜的步驟，為以覆蓋前述基底層及前述射極層的方式形成氧化鋁膜，於該氧化鋁膜上形成氮化矽膜之步驟為佳。
於背面電極型太陽電池，通常，背面的大半部為射極層，射極層為P型的場合，作為P型的保護層以有效的氧化鋁膜覆蓋背面，可以是簡便的步驟同時呈現高光電變換效率。
此外，於形成前述基底層的步驟，將前述基底層形成於前述第一主表面之全面為佳。
若是這樣的太陽電池之製造方法，可以容易地製造基底層及射極層鄰接的太陽電池。
此外，使前述凹凸為紋理(texture)為佳。
這樣的太陽電池之製造方法，生產性良好。
進而，本發明為一種太陽電池，具備具有第一導電型的半導體基板，於該基板之第一主表面，具備具 有前述第一導電型，且具有比前述半導體基板更高的摻雜物濃度的基底層及與前述第一導電型相反的導電型之第二導電型的射極層，於前述基底層上及前述射極層上具備介電體膜，具備與前述基底層導電連接的基底電極，具備與前述射極層導電連接的射極電極，至少於前述射極電極與前述基底層之接觸介面，在前述半導體基板表面被形成凹凸，於前述第一主表面上圖案狀地具有表面為平坦之凹部，前述射極層被形成於該凹部內表面。
如此，藉著在與基底區域的電極之接觸部分被形成細微的凹凸(例如紋理)，可以不把介電體膜開口而在基底層與集電電極間實現低的接觸電阻。結果，可得到可減低接觸電阻提高光電變換效率的太陽電池。此外，如前所述，本發明之太陽電池，射極區域表面比周圍低窪，此外，其表面變得平坦。藉著使表面平坦，在表面之少數載體的再結合速度變小，對於光電變換效率的提高有所貢獻。又，這樣的構造，如前所述，可以藉著圖案狀地除去擴散遮罩，將遮罩除去處所之基底層予以蝕刻之後再形成射極層而製作。
此外，前述第一導電型為N型，前述第二導電型為P型，前述介電體膜為氧化鋁膜與氮化矽膜之層積構造，前述氧化鋁膜與前述第一主表面相接為佳。
於背面電極型太陽電池，通常，背面的大半部為射極層，射極層為P型的場合，作為P型的保護層以有 效的氧化鋁膜覆蓋背面，可以是簡便的步驟同時呈現高光電變換效率。
此外，前述基底層及前述射極層以鄰接為佳。
這樣的太陽電池，可以容易地製作。
此外，前述半導體基板的第二主表面被形成凹凸為佳。
若是這樣的太陽電池，可以使第二主表面的反射率更為降低。
此外，前述凹凸為紋理(texture)為較佳。
這樣的太陽電池，可以容易地製作。
進而，本發明提供一種太陽電池模組，其特徵為內藏前述本發明之太陽電池。
以此方式，本發明之太陽電池係可以內藏於太陽電池模組。
進而，本發明提供一種太陽光電發電系統，其特徵係具有前述本發明之太陽電池模組。
如此，內藏了本發明的太陽電池之太陽電池模組，可以使用於太陽光電發電系統。
藉由本發明之方法，即使大幅削減工序數目，也可製造具有高的光電變換效率的太陽電池。藉此，可以廉價地製造具有高的光電變換效率之背面電極型太陽 電池。此外，本發明之太陽電池，接觸電阻很低，變換效率優異。
110‧‧‧半導體基板
112‧‧‧射極層
113‧‧‧基底層
122‧‧‧射極電極
123‧‧‧基底電極
144‧‧‧介電體膜
145‧‧‧防反射膜
156‧‧‧擴散遮罩
157‧‧‧遮罩開口部
158‧‧‧圖案狀凹部
168、169‧‧‧凹凸
232,233‧‧‧匯流條電極
300‧‧‧太陽電池
405‧‧‧絕緣膜
圖1係顯示關於本發明之背面電極型太陽電池之製造方法之一例之剖面模式圖。
圖2係顯示關於本發明之背面電極型太陽電池之製造方法之一例之模式圖。
圖3係關於本發明之背面電極型太陽電池之概觀圖。
圖4係關於本發明之背面電極型太陽電池之剖面模式圖。
圖5係顯示關於本發明之太陽電池模組之一例之概觀圖。
圖6係顯示關於本發明之太陽電池模組之一例之背面內部模式圖。
圖7係顯示關於本發明之太陽電池模組之一例之剖面模式圖。
圖8係顯示關於本發明之太陽光電發電系統之一例之模式圖。
圖9係相關於本發明之太陽電池製造步驟的流程圖(a)，與從前的太陽電池製造步驟之流程圖(b，c)。
圖10係關於本發明之一般的背面電極型太陽電池之概觀圖。
圖11係關於本發明之一般的背面電極型太陽電池之剖面模式圖。
以下，更詳細說明本發明。
如前所述，市場上尋求著削減工序數目同時呈現高的光電變化效率的太陽電池之製造方法。
本案發明人等為了達成前述目的而進行了銳意的檢討。結果，發現了具有：在具有第一導電型的半導體基板之兩主表面形成凹凸的步驟，在前述半導體基板之第一主表面，形成具有前述第一導電型，且具有比前述半導體基板更高的摻雜物濃度的基底層之步驟，在該基底層上形成擴散遮罩的步驟，將前述擴散遮罩圖案狀地除去，使除去之處所以外的擴散遮罩殘存的步驟，在除去前述第一主表面之前述擴散遮罩之處所，形成具有與前述第一導電型相反的導電型之第二導電型的射極層的步驟，除去前述殘存的擴散遮罩的步驟，於前述第一主表面上形成介電體膜的步驟，於前述基底層上形成基底電極的步驟，以及在前述射極層上形成射極電極的步驟 之太陽電池之製造方法，可以解決前述課題，從而完成本發明。
進而，如前所述，市場上尋求可減低接觸電阻提高光電變換效率之太陽電池。
本案發明人等為了達成前述目的而進行了銳意的檢討。結果，發現了具備：具有第一導電型的半導體基板，於該基板之第一主表面，具備具有前述第一導電型，且具有比前述半導體基板更高的摻雜物濃度的基底層及與前述第一導電型相反的導電型之第二導電型的射極層，於前述基底層上及前述射極層上具備介電體膜，具備與前述基底層導電連接的基底電極，具備與前述射極層導電連接的射極電極之太陽電池，至少於前述基底電極與前述基底層之接觸介面，在前述半導體基板表面被形成凹凸，於前述第一主表面上圖案狀地具有表面為平坦之凹部，前述射極層被形成於該凹部內表面之太陽電池，可以解決前述課題，從而完成本發明。
在以下詳細的說明，為了提供本發明之全體理解、及在特定具體例怎樣實施，而說明許多特定的細部。然而，本發明應該被理解為無論該等特定的細部也可以實施。以下，對於公知之方法、程序、及技術並沒有詳細地顯示，因為不會使本發明因而不明瞭。本發明，針對特定之具體例，雖參照特定之圖式同時加以說明，但本發明並不以此為限。在此包含而記載之圖式僅係模式顯示， 本發明之範圍並不此以為限。此外，在圖式中，為了圖示目的會有幾個要素的大小被誇張化，因此不是按照比例尺所繪。
以下，針對本發明之太陽電池使用圖式進行說明，但本發明並不受限於此。圖3係關於本發明之背面電極型太陽電池之概觀圖。此外，圖4係關於本發明之背面電極型太陽電池之剖面模式圖。如圖4所示，本發明之太陽電池300，具備具有第一導電型的半導體基板110。此外，於半導體基板110之第一主表面，形成具有第一導電型，且具有比半導體基板110更高的摻雜物濃度的基底層113以及與第一導電型相反的導電型之第二導電型的射極層112。此外，於基底層113上及射極層112上具備介電體膜(背面保護膜)144。此外，具備與基底層113導電連接的基底電極123。此外，具備與射極層112導電連接的射極電極122。
此外，如圖3所示，本發明之太陽電池300，通常具備為了從與基底層113導電連接的基底電極123所得到的電流更為集電之用的基底用匯流條電極(基底電極用匯流條)233。此外，通常，具備為了從與射極層112導電連接的射極電極122所得到的電流更為集電之用的射極用匯流條電極(射極電極用匯流條)232。功能上，匯流條電極232、233大多與集電電極(射極電極122、基底電極123)正交。又，匯流條電極與集電電極之位置不限定於圖3所 示的位置，例如，後述之圖2(c)所示那樣，藉由設置絕緣膜405，使匯流條電極與集電電極為立體構造亦可。
此外，如後述之圖1(a)所示，於本發明之太陽電池之半導體基板110的第二主表面多被形成凹凸169(為了簡化，在圖4並未圖示)。此外，如圖4所示，於第二主表面上，多設有防反射膜145。若是這樣的太陽電池，可以使第二主表面的反射率更為降低。
除以前述構造，在本發明之太陽電池，如後述之圖1(h)所示，至少於基底電極123與基底層113之接觸界面，於半導體基板表面被形成凹凸168(為了簡化，於圖4並未圖示)。如此，藉著在與基底區域的電極之接觸部分被形成細微的凹凸，可以不把介電體膜開口而在基底層與集電電極間實現低的接觸電阻。結果，可得到可減低接觸電阻提高光電變換效率的太陽電池。
進而，在本發明之太陽電池，於第一主表面上圖案狀地具有表面為平坦之凹部(參照後述之圖1(e)之圖案狀凹部158)，前述射極層112被形成於該凹部內表面。如前所述，本發明之太陽電池，射極區域表面比周圍低窪，此外，其表面變得平坦。藉著使表面平坦，在表面之少數載體的再結合速度變小，對於光電變換效率的提高有所貢獻。又，這樣的構造，如同後述，可以藉著圖案狀地除去擴散遮罩，將遮罩除去處所之基底層予以蝕刻之後再形成射極層而製作。
凹凸的高度沒有特別限定，例如可以為1~ 50μm。若是1~50μm的範圍，防反射效果很大，而且也可以比較容易地形成。
此外，凹凸168、169為紋理(texture)是較佳的。若是這樣的太陽電池，可以容易地製作。
此外，第一導電型為N型，第二導電型為P型，介電體膜144為氧化鋁膜與氮化矽膜之層積構造，氧化鋁膜與第一主表面相接為佳。於背面電極型太陽電池，通常，背面的大半部為射極層，射極層為P型的場合，作為P型的保護層以有效的氧化鋁膜覆蓋背面，可以是簡便的步驟同時呈現高光電變換效率。
作為N型摻雜物，可以舉出P(磷)、Sb(銻)、As(砷)、Bi(鉍)等。作為P型摻雜物，可以舉出B(硼)、Ga(鎵)、Al(鋁)、In(銦)等。
具有第一導電型的半導體基板110的摻雜物濃度沒有特別限定，例如，可以為8×1014atoms/cm3以上1×1017atoms/cm3以下。半導體基板110的厚度沒有特別限定，例如可以為100~300μm厚。基底層113的摻雜物濃度比半導體基板110高越多越好，例如，可以為1.0×1018atoms/cm3以上2.0×1021atoms/cm3以下。射極層112的摻雜物濃度沒有特別限定，例如，可以為1.0×1018atoms/cm3以上7.0×1020atoms/cm3以下。
此外，基底層113及射極層112以鄰接為佳。這樣的太陽電池，可以容易地製作。
本發明之方法的步驟的概略流程顯示於圖9(a)。以下，以N型基板之場合為例，用圖1來說明具體的本發明之太陽電池製造方法。
首先，在高純度矽裡摻雜磷、砷、或銻之類的5價元素，準備比電阻0.1~5Ω‧cm之原切割(as-cut)單晶{100}N型矽基板。單晶矽基板，亦可藉由CZ法、FZ法之任一種方法來製作。基板未必是單晶矽，多晶矽亦可。
其次，如圖1(a)所示，於半導體基板110兩主表面進行被稱作紋理(texture)的微小凹凸168、169之形成。紋理是供降低太陽電池的反射率之有效的方法。紋理(texture)，係藉由在加熱的氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等鹼溶液(濃度1~10%、溫度60~100℃)中，浸漬10分鐘到30分鐘左右而製作出。在前述溶液中，亦可溶解指定量的2-丙醇，促進反應進行。
將以前述方式形成紋理之半導體基板110，在鹽酸、硫酸、硝酸、氟酸等，或者這些的混合液之酸性水溶液中進行洗淨。亦可混合過氧化氫使清淨度提高。
其次，在此半導體基板110的第一主表面，如圖1(b)所示，形成基底層113。在基底層113的形成可以使用用氧氯化磷之氣相擴散法。將基板以2枚一組在重疊的狀態下載置於熱處理爐內，藉由在830~950℃、氧氯化磷與氮及氧混合氣體氛圍下進行熱處理半導體基板110，成 為基底層113之磷擴散層(N+層)被形成於第一主表面上。氣相擴散法之外，藉由將含有磷之材料或旋轉塗布、或印刷之後進行熱處理之方法也可以形成。
又，於圖1(b)之步驟，將基底層113形成於第一主表面之全面為佳。若是這樣的太陽電池之製造方法，可以容易地製造基底層及射極層鄰接的太陽電池。
基底層113形成後，如圖1(c)所示，把進行下一步驟之射極層形成用之擴散遮罩(又稱為障壁膜，以下亦簡稱為「遮罩」)156形成在兩主表面上。作為擴散遮罩156係可以使用氧化矽膜或者氮化矽膜等。若採用CVD法，則藉由適宜選擇所導入的氣體種類，亦可形成任何膜。氧化矽膜之場合，也可以將半導體基板110熱氧化而形成。藉由將半導體基板110在例如氧氛圍中進行950~1100℃、30分鐘~4小時熱處理，形成100~250nm之矽熱氧化膜。此熱處理亦可在供前述基底層113形成用之熱處理之後於同一真空室內實施。
其次，如圖1(d)所示，把成為發射領域之部分之遮罩予以開口(遮罩開口部157)。具體而言，以開口幅為400~1150μm、0.6~2.0mm程度之週期平行線狀地開口。開口可以是用光蝕刻法或蝕刻糊之類的化學性方法，採用任何雷射或切塊機之類的物理性方法亦可。進而，亦可採用以蝕刻糊來開口大面積部分，以雷射開口細部之複合方法。
在開口遮罩之後，其次，如圖1(e)所示，將半 導體基板110浸漬於加熱至50~90℃的高濃度(比形成紋理時的濃度更高的濃度為佳，例如為10~30%、更佳為20~30%)之氫氧化鉀、氫氧化鈉等之鹼水溶液中1~30分鐘，去除(蝕刻)位置於開口部157之不要的射極層112亦可。亦即，在圖1(d)之步驟之後，且在後述之圖1(f)所示的形成射極層的步驟之前，將除去了擴散遮罩的處所(遮罩開口部157)之半導體基板表面予以蝕刻為佳。如此，藉著蝕刻開口部(遮罩除去處所)之基底層後再形成射極層而提高變換效率。又，圖1(e)的步驟之鹼水溶液的溫度也以比形成紋理時的溫度為高者較佳。藉著以高溫高濃度之鹼水溶液蝕刻半導體基板表面，蝕刻處所容易變得平坦。
前述擴散遮罩156，於本步驟(圖1(e))也作為鹼蝕刻的遮罩而發揮功能。蝕刻的話，如圖1(e)那樣於基板表面被形成凹部(圖案狀凹部158)。凹部的深度，由基底層的深度來決定，為0.5~10μm程度。藉著除去開口部的N型摻雜物，變得容易抑制射極層的摻雜物濃度。此外，於受光面側也被形成遮罩的緣故，受光面的紋理不會被蝕刻。
又，如圖1(e)所示，圖案狀凹部158的位置(高度)，在以背面側的凹凸168的凹部位置為基準時，可以是比該基準位置更低(深)的位置。此外，此圖案狀凹部158的平坦性，例如可以是PV值(移位的最大值與最小值之差)未滿1μm。
其次，如圖1(f)所示，於開口部形成射極層 112。射極層係與半導體基板110相反的導電型(此場合為P型)而厚度為0.05~1μm程度。射極層112係可以藉由使用BBr3等之氣相擴散而形成。在熱處理爐內載置半導體基板110，導入BBr3與氧之混合氣體，在950~1050℃下進行熱處理。作為運載氣體以氮或氬為佳。此外，以將含有硼源的塗布劑在第一主表面全面加以塗布、在950~1050℃下進行熱處理之方法也能形成。作為塗布劑，例如，可以使用含有作為硼源之硼酸1~4%、作為增黏劑之聚乙烯醇0.1~4%之水溶液。於受光面側被形成遮罩，所以熱處理時硼不會自動摻雜於受光面側。此外，在以下的步驟遮罩是不需要的，沒有必要把基板氧化到必要程度以上，或是進行多餘的製膜。亦即，供該射極層形成之用的熱處理結束時間點，射極層112上的氧化矽膜厚亦可為95nm以下。又，經前述蝕刻步驟(圖1(e))的場合，如圖1(f)那樣於凹部內表面被形成射極層112。
擴散層形成之後，將擴散遮罩156及被形成在表面的玻璃用氟酸等去除(參照圖1(f))。
其次，如圖1(g)所示，在半導體基板110之第一主表面上形成介電體膜144。此時，也可以同時、或者作為前或後之步驟，在第二主表面形成防反射膜145。
作為第二主表面之防反射膜145，可以利用氮化矽膜或氧化矽膜等。氮化矽膜之場合係使用電漿CVD裝置、進行約100nm製膜。作為反應氣體，多混合使用單矽烷(SiH4)及氨(NH3)，也可以替代NH3而使用氮，此外，為 了製程壓力的調整、反應氣體的稀釋，進而在基板使用多晶矽的場合為了要促進基板的塊狀鈍化效果，亦會在反應氣體混合氫氣。氧化矽膜之場合，也能以CVD法形成，但利用熱氧化法所得到之膜可以得到較高的特性。為了提高表面的保護效果，也可以先在基板表面形成氧化鋁膜之後，再形成氮化矽膜或氧化矽膜等。
在第一主表面，作為表面保護膜可以利用氮化矽膜或氧化矽膜等之介電體膜144。介電體膜144之膜厚最好是作成50~250nm。與第二主表面(受光面)側同樣地，可以在氮化矽膜之場合用CVD法、氧化矽膜之場合用熱氧化法或CVD法來形成。此外，如此例在基板為N型的場合，作為P型層之保護層預先於基板表面形成有效的氧化鋁膜之後，形成氮化矽膜、氧化矽膜等亦可。例如，於圖1之方法，亦可將圖1(g)的步驟，改為以覆蓋基底層113及射極層112的方式形成氧化鋁膜，於該氧化鋁膜上形成氮化矽膜之步驟。。在此場合，於背面電極型太陽電池，通常，背面的大半部為射極層，所以射極層為P型的場合，作為P型的保護層以有效的氧化鋁膜覆蓋背面，可以達成步驟簡便同時呈現高光電變換效率。又，在此場合，於基底(N型)層上也被形成氧化鋁膜，但表面的大半部為射極(P型)層，所以其所導致的特性降低是很輕微的。
其次，如圖1(h)所示，將於基底層113上以例如網版印刷法形成基底電極123。例如，先準備具有開口幅30~100μm、0.6~2.0mm間隔的平行線圖案之製版，將 混合了銀粉末與玻璃料、與有機物結合劑之銀膏沿著基底層113進行印刷。同樣地，於射極層112上印刷銀膏作為射極電極122。基底電極用銀膏與射極電極用銀膏可以是相同的，也可使用不同的。於射極電極之與基板的接觸部，接觸電阻下降，所以事先除去第一主表面上的保護膜亦可。於該保護膜除去步驟也可以使用雷射或蝕刻糊。又，在基底電極之與基板的接觸部被形成有紋理，所以該保護膜不一定要除去。
以上之電極印刷之後，進行熱處理(燒成)，促進電極的燒結以及基板與電極之導通。燒成，通常是藉由在溫度700~850℃處理1~5分鐘來進行的。又，基底層用電極及射極層用電極之燒成也可以分別地進行。
其次針對形成匯流條電極之步驟，參照圖2加以說明。圖2(a)係前述圖1(h)之步驟後之半導體基板110之俯視圖。分別在射極領域(射極層112)上形成射極電極122、在基底領域(基底層113)上形成基底電極123。在該半導體基板110將絕緣材料(使之硬化後會成為絕緣膜405)塗布為圖案狀。此時，以N匯流條(該場合與基底電極連接之基底用匯流條電極)不與射極電極導通之方式，再者，P匯流條(該場合與射極電極連接之射極用匯流條電極)不與基底電極導通之方式，於例如圖2(b)之類的圖案進行塗布即可。塗布可以採用網版印刷法等。作為絕緣材料，可以使用由含有從聚矽氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺-亞醯胺樹脂、氟樹脂、苯酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿 素樹脂、聚氨基甲酸酯、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂及聚乙烯醇樹脂選擇出一個以上之樹脂之材料所構成的。將以上之類的絕緣材料在採用例如網版印刷法等加以塗布之後，使之於100~400℃下硬化1~60分鐘左右。
最後，形成基底用匯流條電極223及發射器用匯流條電極232。如圖2(c)，N匯流條(基底用匯流條電極)233是與基底電極123連接、P匯流條(射極用匯流條電極)232是與射極電極122連接，而N匯流條233與射極電極122及P匯流條232與基底電極123係作成介著絕緣層之構成。作為匯流條材料，可以使用低溫硬化型之導電性糊。具體而言，可以使用由含有從Ag、Cu、Au、Al、Zn、In、Sn、Bi、Pb選擇出的1種以上的導電性物質，與再從環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、苯酚樹脂、聚矽氧樹脂選擇出的1種以上的樹脂之材料所構成之物。將以上之類的材料在採用例如網版印刷法或投放器等圖案狀地塗布之後，使之於100~400℃下硬化1~60分鐘左右。增加匯流條的話，可以縮短鄰接的匯流條間距離，可達成指狀電極之細線化，可以削減指狀電極的材料費。可以藉著隨匯流條數目增加而增加的材料費與指狀電極細線化導致的材料費減少之間的取捨來決定適當的匯流條數目，但以4~20為佳。
如前所述之圖1及圖9(a)所示之本發明的方法，與圖9(b)、(c)所示之從前的方法相比，可以削減步驟數目。以上，以基板為N型的場合為例進行了說明，但基 板為P型的場合也可以適用本發明之方法。亦即，作為基底層設P型層，作為射極層設N型層即可。於P型層形成，可以使用如前所述的硼之熱擴散。於熱擴散後在基板表面形成玻璃，但特別是在基底層為P型，以熱氧化進行次一步驟之遮罩形成的場合，以在熱氧化前不除去該玻璃者為佳。亦即，第一導電型為P型，第二導電型為N型的場合，於圖1(b)之步驟，形成基底層113時同時於第一主表面上形成玻璃層，於圖1(c)的步驟，殘留玻璃層的狀態下在基底層113上形成擴散遮罩為佳。在此場合，不進行除去玻璃層的步驟，所以不會增加工序數目。此外，殘留著作為基底層形成P型導電型層時所同時形成的玻璃層的狀態下形成擴散遮罩的話，能夠把基板之少數載子壽命保持再高的狀態。玻璃層應該具有吸氣效果。此外，基底層為P型的場合，在被形成紋理的部分被形成基底(P型)層，所以可以不除去保護膜而實現低接觸電阻。亦即，在本發明的方法，第一導電型為P型，第二導電型為N型的場合，介電體膜144形成後，不除去該介電體膜144而形成基底電極123及射極電極122亦可。
此外，如前所述，本發明的方法，可以不需要僅在單面形成遮罩的步驟，所以與專利文獻3的方法相比，能夠以更低的成本來製造太陽電池。此外，專利文獻3的太陽電池，射極層112對基底層113突出，但在本發明的方法，如圖1(h)所示，可以製造基底層113對射極層112突出的太陽電池。亦即，於具有圖1(h)所示的構造的太陽 電池，被形成基底層113的區域的半導體基板110的厚度，比被形成射極層112的區域的半導體基板110的厚度還要厚。如專利文獻3那樣把基底層形成於凹部的話，以網版印刷法形成基底電極時，變得無法使印刷製版密接於基板(基底區域)，電極材料會進入製版與基板間的間隙而有基底電極變粗的問題，但根據本發明的方法，是基底區域突出，所以可使製版與基板完全密接，不會發生基底電極變粗的問題。此外，具有這樣的圖1(h)所示的構造的太陽電池，與專利文獻3的太陽電池相比，能夠以更少的工序數目來製作，減少製造時受到污染的機會，可以把基板之少數載子壽命維持於較高，所以變換效率優異。具體而言，基板之少數載子壽命，在專利文獻3的場合為300~600μs，但藉由本發明的方法可改善為500~900μs。
利用前述方法被製造出之太陽電池，係可以用於太陽電池模組之製造。將內藏利用前述方法製造的太陽電池之太陽電池模組之一例之概觀顯示於圖5。利用前述方法被製作出之太陽電池500，係在太陽電池模組560內作成磁磚狀被全面鋪上之構造。
在太陽電池模組560內，鄰接的太陽電池500們數枚~數10枚電性地串聯地被連接，構成被稱作串(string)之串聯電路。串(string)之概觀顯示於圖6。圖6，係相當於並非通常人眼所能觸及的模組內部背面側之模式圖。此外，指狀電極或匯流條電極並未圖示出來。為了進行串聯連接，如圖6所示，鄰接之太陽電池500的P匯流條 (在接合在基板的P型層之指狀電極連接著的匯流條電極)與N匯流條(在接合在基板的N型層之指狀電極連接著的匯流條電極)彼此以導線561等連接著。
將太陽電池模組560之剖面模式圖顯示於圖7。如前所述，串(string)，係藉由將複數太陽電池500、導線561連接在匯流條電極732而被構成。該串(string)，通常用EVA(乙烯醋酸乙烯酯)等透光性充填劑772密封，非受光面側是由PET(聚對苯二甲酸乙二酯)等耐候性樹脂膜773覆蓋、受光面是由鈉鈣玻璃等之透光性且機械性強度強之受光面保護材料771所覆蓋。作為充填劑772，上述EVA之外，可以使用聚烯烴、聚矽氧等。
進而，也可以是使用該太陽電池模組來製造、構成太陽光電發電系統。圖8係圖示連結本發明之模組之太陽光電發電系統之基本構成。複數太陽電池模組16用配線15串聯地被連結，經由反相器17而對外部負載電路18供給發電電力。雖在圖8未圖示，該系統亦可進而具備儲蓄已發電之電力之2次電池。
以下，顯示實施例及比較例更具體地說明本發明，但本發明並不限於下列實施例。
採用本發明之方法進行太陽電池之製作。
首先，準備了厚度200μm、比電阻1Ω‧cm之、磷摻雜{100}N型原切割矽基板8枚。對此矽基板，在72℃之2%氫氧化鉀與2-丙醇水溶液中浸漬進行紋理形成而在基板雙面形成紋理。接著，在加熱到75℃的鹽酸/過氧化氫混合溶液中進行洗淨(參照圖1(a))。
其次，在氧氯化磷氛圍下，在870℃下使受光面彼此重疊之狀態下進行40分鐘熱處理，形成磷擴散層(基底層)(參照圖1(b))。以四探針法測定之結果，基底層之薄膜電阻為15Ω。
將此在1000℃、3小時氧氛圍中熱氧化後形成遮罩(參照圖1(c))。
將背面的遮罩以雷射開口(參照圖1(d))。雷射源係使用Nd：YVO4的第二諧波。開口圖案為週期1.2mm，寬幅約1mm的帶狀。
將此浸漬於80℃濃度24%的氫氧化鉀(KOH)水溶液去除開口部的基底層(參照圖1(e))。
其次，將基板以2枚一組在重疊之狀態下載置於熱處理爐，導入溴化硼(BBr3)與氧與氬之混合氣體於1000℃下進行10分鐘熱處理。藉此，形成射極層(參照圖1(f))。此後，藉由浸漬於濃度25%的氟酸以去除表面玻璃及遮罩。
以上的處理之後，使用電漿CVD裝置作為介電體膜把氧化鋁膜及氮化矽膜形成於雙面(參照圖1(g))。亦即，使介電體膜為氧化鋁膜與氮化矽膜之層積構造，氧 化鋁膜與第一主表面相接(以下，將此層積構造稱為「氧化鋁/氮化矽膜」)。氧化鋁膜及氮化矽膜的膜厚表背都分別為10nm、100nm。接著，僅射極電極接觸區域使用雷射來開口氧化鋁/氮化矽膜。
其次，使用網版印刷機，將銀膏印刷在基底層上並予以乾燥。射極層上，係沿著前述氧化鋁/氮化矽膜開口區域印刷而乾燥(參照圖1(h))。將此在780℃的空氣氛圍下予以燒成。藉此，作為集電電極(指狀電極)，於基底層上形成基底電極，於射極層上形成射極電極。
在該基板，使用網版印刷機、將絕緣材料圖案狀地印刷。作為絕緣材料，係使用信越化學工業(股)公司製之聚矽氧。以200℃的帶式爐使硬化5分鐘。
最後，將低溫硬化型的銀膏，以正交於已設的指狀電極的方式以網版印刷機直線狀地印刷6支，使之於300℃的帶式爐硬化30分鐘、作成匯流條。
於實施例1，直到雷射開口為止都進行與實施例1同樣的處理，不實施浸漬於80℃氫氧化鉀(KOH)水溶液的步驟，硼擴散步驟以下進行與實施例1同樣的處理，進行了太陽電池的製作。
於實施例1，直到雷射開口、80℃氫氧化鉀(KOH)水 溶液浸漬步驟為止，進行與實施例1同樣的處理之後，在溴化硼(BBr3)與氧與氬之混合氣體氛圍下，於1000℃把受光面彼此重疊的狀態下進行10分鐘熱處理，進而在氧氣氛圍下在1000℃進行氧化處理，於開口部形成了硼擴散層及氧化矽膜100nm。根據25%氟酸浸漬之表面玻璃除去步驟以後，與實施例1同樣地進行。
對於硼摻雜{100}P型矽基板適用了本發明的方法。於基板兩面形成紋理、洗淨之後，將基板在作成2枚一組以重疊之狀態載置於熱處理爐，導入溴化硼(BBr3)與氧與氬之混合氣體後於1000℃下進行10分鐘熱處理，接著在1000℃氧氣氛圍中熱氧化3小時形成了遮罩。
以雷射開口背面的遮罩後，浸漬於氫氧化鉀(KOH)水溶液除去開口部的硼擴散層。
其次，在氧氯化磷氛圍下，在870℃進行40分鐘熱處理，在開口部形成磷的擴散層。
氟酸浸漬除去表面的玻璃後，於雙面形成了氮化矽膜。
電極形成步驟與實施例1同樣地進行。
於實施例4，直到雙面形成氮化矽膜為止與實施例4同樣地進行處理之後，電極形成時不實施射極電極接觸區域 之氮化矽膜開口而進行電極形成。
為了比較用途，進行了在基底層表面不具有紋理的太陽電池的製作。
最初以70℃ 25%之氫氧化鉀(KOH)水溶液蝕刻基板的切片損傷，洗淨之後，使用CVD裝置作為紋理遮罩把氮化矽膜僅在單面成膜約50nm。
與實施例同樣進行了紋理形成後，以25%氟酸水溶液除去氮化矽膜，進行了洗淨。以目視確認了僅在單面被形成紋理。以下，由氧氯化磷之擴散步驟起，與實施例1同樣地進行。
針對上述作法得到之實施例1~5以及比較例之太陽電池之樣本，採用山下電裝(股)公司製太陽光模擬器於AM1.5頻譜、照射強度100mW/cm2、25℃之條件下，測定電流電壓特性且求出光電變換效率。所得到的結果的平均值顯示於表1。
如表1所示，與比較例相比，縮短了工序數目的實施例1變換效率很高。藉著於基底電極下存在著紋理，改善基底層與電極之接觸電阻，形狀因子變高。此外，藉著減少工序數目減少受到污染的機會，改善壽命也是一個因素。
實施例2與實施例1的變換效率約為同等。即使不實施開口後的蝕刻也可以顯示高的變換效率。
實施例1，與實施例3的變換效率為同等。即使射極層形成後之氧化膜厚較薄，變換效率也不降低。
與比較例相比，實施例4變換效率很高。根據本發明的方法，於P型基板也可以顯示出高的變換效率。
實施例5與實施例4的變換效率約為同等。P型基板的場合，藉由基底電極接觸部之紋理的存在，可以不開口背面保護膜而實現低接觸電阻、高變換效率。
又，本發明並不以前述實施型態為限定。前述實施形態僅為例示，與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想具有實質上相同的構成，可以發揮同樣的作用效果者，均被包含於本發明的技術範圍。
Claims (14)
- 一種太陽電池之製造方法，其特徵為具有：在具有第一導電型的半導體基板之兩主表面形成凹凸的步驟，在被形成前述凹凸的前述半導體基板之第一主表面，形成具有前述第一導電型，且具有比前述半導體基板更高的摻雜物濃度且具有凹凸的基底層之步驟，在該具有凹凸的基底層上形成擴散遮罩的步驟，藉由將前述擴散遮罩圖案狀地除去形成遮罩開口部，使除去之處所以外的擴散遮罩殘存的步驟，在除去前述第一主表面之前述擴散遮罩之處所，形成具有與前述第一導電型相反的導電型之第二導電型的射極層的步驟，除去前述殘存的擴散遮罩的步驟，於前述第一主表面上形成介電體膜的步驟，於前述基底層上形成基底電極的步驟，以及在前述射極層上形成射極電極的步驟；在圖案狀地除去前述擴散遮罩的步驟之後、且在形成前述射極層的步驟之前，將除去了前述擴散遮罩的處所之半導體基板表面予以蝕刻；藉由前述蝕刻，於前述第一主表面上形成表面為平坦的凹部，該凹部的平坦性以PV值表示為未滿1μm。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池之製造方法，其中使前述射極層形成後之該射極層上的氧化矽膜厚度為95nm以下。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池之製造方法，其中前述第一導電型為P型，前述第二導電型為N型，於形成前述基底層的步驟，在形成前述基底層之際，同時於前述第一主表面上形成玻璃層，於形成前述擴散遮罩的步驟，殘留前述玻璃層的狀態下在前述基底層上形成擴散遮罩。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池之製造方法，其中前述第一導電型為P型，前述第二導電型為N型，前述介電體膜形成後，不除去該介電體膜而形成前述基底電極及前述射極電極。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池之製造方法，其中前述第一導電型為N型，前述第二導電型為P型，使形成前述介電體膜的步驟，為以覆蓋前述基底層及前述射極層的方式形成氧化鋁膜，於該氧化鋁膜上形成氮化矽膜之步驟。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池之製造方法，其中於形成前述基底層的步驟，將前述基底層形成於前述第一主表面之全面。
- 如申請專利範圍第1至6項之任1項記載之太陽電池之製造方法，其中使前述凹凸為紋理(texture)。
- 一種太陽電池，其特徵為：具備具有第一導電型的半導體基板，於該基板之第一主表面，具備具有前述第一導電型，且具有比前述半導體基板更高的摻雜物濃度的基底層及與前述第一導電型相反的導電型之第二導電型的射極層，於前述基底層上及前述射極層上具備介電體膜，具備與前述基底層導電連接的基底電極，具備與前述射極層導電連接的射極電極；至少於前述基底電極與前述基底層之接觸介面，在前述半導體基板表面被形成凹凸，於前述第一主表面上圖案狀地具有表面為平坦之凹部，前述射極層被形成於該凹部內表面；前述凹部的平坦性以PV值表示為未滿1μm。
- 如申請專利範圍第8項之太陽電池，其中前述第一導電型為N型，前述第二導電型為P型，前述介電體膜為氧化鋁膜與氮化矽膜之層積構造，前述氧化鋁膜與前述第一主表面相接。
- 如申請專利範圍第8項之太陽電池，其中前述基底層及前述射極層鄰接。
- 如申請專利範圍第8項記載之太陽電池，其中前述半導體基板的第二主表面被形成凹凸。
- 如申請專利範圍第8項記載之太陽電池，其中前述凹凸為紋理(texture)。
- 一種太陽電池模組，其特徵係內藏如申請專利範圍第8至12項之任1項記載之太陽電池。
- 一種太陽光電發電系統，其特徵係具有如申請專利範圍第13項記載之太陽電池模組。
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