太陽能電池單元及其製造方法
2023-06-04 05:25:21
專利名稱：太陽能電池單元及其製造方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池單元及其製造方法。
背景技術：
太陽能電池單元是將光能轉換成電力的半導體元件，存在p-n結型、pin型、肖特基型等，尤其廣泛使用P-n結型。另外，如果將太陽能電池基於其基板材料而分類，則大致分為矽晶體類太陽能電池、無定形(非晶質)矽類太陽能電池、化合物半導體類太陽能電池的3個種類。矽晶體類太陽能電池進一步被分類成單晶類太陽能電池和多晶類太陽能電池。由於太陽能電池用矽晶體基板能夠比較容易地製造，因而矽晶體類太陽能電池最普及。太陽能電池作為清潔能源而近幾年需求在提高，與此相伴的是，太陽能電池單元的需求也在提高。另外，出於能量效率的觀點，期望太陽能電池單元的從光能向電力的轉換效率儘可能地高。為了提高從光能向電力的轉換效率，例如，在專利文獻1中，公開了如下構造的太陽能電池及其製造方法如圖1所示，在擴散層設置高濃度擴散區域，為了可靠地進行受光面柵電極向高濃度擴散區域的印刷，加寬高濃度擴散區域的寬度，即使在受光面柵電極的對準產生偏移的情況下，受光面柵電極也不會碰觸低濃度擴散區域。專利文獻1 日本特開2010-118473號公報然而，在上述專利文獻1所記載的發明中，在受光面柵電極的對準的偏移變大的情況下，有必要僅通過擴大高濃度擴散區域來應對，在太陽能電池單元中將高濃度擴散區域過度擴大的情況下，有發生短路電流(Jsc)的下降而不能謀求轉換效率的提高的擔心。 另外如圖2所示，在受光面柵電極的對準在俯視時沿旋轉方向偏移的情況下，有受光面柵電極從高濃度擴散區域脫落而碰觸低濃度擴散區域的擔心。
發明內容
鑑於上述情況，本發明的目的在於，提供如下的太陽能電池單元及其製造方法在製造時，不使高濃度擴散區域超過必要地擴大，即使在受光面柵電極的對準沿旋轉方向偏移的情況下，也能夠精度良好地將受光面柵電極對位於高濃度擴散區域上。為了達成上述的目的，依據本發明，提供一種太陽能電池單元，包括φ型半導體基板；在所述半導體基板的受光面側形成的η型擴散層；以及在所述η型擴散層局部地形成的1個或多個受光面柵電極，其中，在所述η型擴散層，形成有多個高濃度擴散區域和位於這些高濃度擴散區域之間的低濃度擴散區域，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬，所述受光面柵電極形成於所述高濃度擴散區域，鄰接的所述高濃度擴散區域的中心間距離為1. 5 3. 0mm。另外，依據本發明，提供一種太陽能電池單元，包括n型半導體基板；在所述半導體基板的受光面側形成的P型擴散層；以及在所述P型擴散層局部地形成的ι個或多個受光面柵電極，其中，在所述P型擴散層，形成有多個高濃度擴散區域和位於這些高濃度擴散區域之間的低濃度擴散區域，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬，所述受光面柵電極形成於所述高濃度擴散區域，鄰接的所述高濃度擴散區域的中心間距離為1. 5 3. 0mm。所述高濃度擴散區域的俯視時的中心部的寬度A也可以構成為比兩端部的寬度B 更窄，所述中心部的寬度A和所述兩端部的寬度B的長度的差也可以為0. 5mm以內。所述高濃度擴散區域的表面電阻也可以為25 55 Ω / □，所述低濃度擴散區域的表面電阻也可以為60 150Ω/口。另外，所述半導體基板也可以是單晶矽或多晶矽，其比電阻(電阻率)也可以為0. 3 50 Ω · cm。另外，依據出於另一觀點的本發明，提供一種太陽能電池單元的製造方法，該方法具備以在半導體基板上的絕緣膜塗敷的抗蝕膜作為掩模將所述絕緣膜蝕刻成既定的圖案的工序；以形成為既定的圖案的所述絕緣膜作為掩模使所述半導體基板的露出部分成為高濃度擴散區域的工序；除去形成為既定的圖案的所述絕緣膜使所述半導體基板的剩餘的部分成為低濃度擴散區域的工序；以及在所述高濃度擴散區域上通過絲網印刷來形成由導電膏構成的電極的工序，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較覓ο另外，依據本發明，提供一種太陽能電池單元的製造方法，該方法具備在半導體基板的受光面整面形成低濃度擴散區域的工序；通過在應該設為高濃度擴散區域的部分保留磷酸鹽玻璃並進行追加的熱處理來形成高濃度擴散區域的工序；以及在所述高濃度擴散區域上通過絲網印刷來形成由導電膏構成的電極的工序，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。另外，依據本發明，提供一種太陽能電池單元的製造方法，該方法具備在半導體基板的受光面整面形成高濃度擴散區域的工序；在應該設為高濃度擴散區域的部分作為掩模而形成抗蝕膜並通過對露出的部分進行蝕刻從而形成低濃度擴散區域的工序；以及在所述高濃度擴散區域上通過絲網印刷來形成由導電膏構成的電極的工序，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。另外，依據本發明，提供一種太陽能電池單元的製造方法，該方法具備在半導體基板形成絕緣膜的工序；以形成於絕緣膜上的抗蝕膜作為掩模將絕緣膜蝕刻成既定的圖案的工序；除去抗蝕膜使半導體基板的露出部分成為高濃度擴散區域同時作為擴散源的擴散元素貫通絕緣膜而形成低濃度擴散區域的工序；以及在所述高濃度擴散區域上通過絲網印刷來形成由導電膏構成的電極的工序，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。所述高濃度擴散區域的表面電阻也可以為25 55 Ω / □，所述低濃度擴散區域的表面電阻也可以為60 150Ω/口。另外，所述半導體基板也可以是單晶矽或多晶矽，其比電阻也可以為0. 3 50 Ω · cm。也可以通過絲網印刷來形成用於形成所述高濃度擴散區域和/或所述低濃度擴散區域的掩模即抗蝕膜。形成用於形成所述高濃度擴散區域的抗蝕膜的情況和形成所述電極的情況的對準方法也可以是相同的方法。在這種情況下，形成用於形成所述高濃度擴散區域的抗蝕膜的情況和形成所述電極的情況的對準方法也可以是使用形成半導體基板的對角的各2邊來進行的方法，形成用於形成所述高濃度擴散區域的抗蝕膜的情況和形成所述電極的情況的對準方法也可以是通過檢測半導體基板的中心位置來進行的方法。另外，作為用於所述抗蝕膜的形成的抗蝕劑，也可以使用能夠通過絲網印刷法來印刷、具有耐HF(氫氟酸)性、能夠利用鹼性水溶液來剝離的抗蝕劑。依據本發明，提供這樣的太陽能電池單元及其製造方法在製造時，不使高濃度擴散區域超過必要地擴大，即使在受光面柵電極的對準沿旋轉方向偏移的情況下，也能夠精度良好地將受光面柵電極對位於高濃度擴散區域上。
圖1是示出現有的太陽能電池單元中的高濃度擴散區域和受光面柵電極的說明圖。圖2是示出現有的太陽能電池單元中的受光面柵電極的對準不良時的說明圖。圖3是本發明實施涉及的太陽能電池單元的製造工序的說明圖。圖4是形成為既定圖案的高濃度擴散區域俯視時的概略說明圖。圖5是將高濃度擴散區域呈格子狀形成於基板上的情況的俯視時的說明圖。圖6是比較現有類型的太陽能電池單元的性能和本發明涉及的太陽能電池單元的性能的圖表。附圖標記說明1半導體基板；2氧化膜；3抗蝕膜；4間隙部；5高濃度擴散區域；6低濃度擴散區域；7受光面柵電極；8防反射膜；9背面電極；10AL-BSF ；20太陽能電池單元；L中心間距離；M寬度。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。圖3(a) ⑴是使用由單晶矽基板構成的半導體基板1來製造太陽能電池單元20的工序的說明圖。此外，在本說明書和附圖中，通過對具有實質上相同的功能構成的構成要素標記相同的符號而省略重複說明。首先，如圖3(a)所示，準備ρ型(硼摻雜)的半導體基板1，該半導體基板1由通過例如CZ法製作的晶面方位(100)、12. 5cm見方、厚度為30 500 μ m、比電阻為0. 5 50 Ω · cm (摻雜物濃度4 X IO15 5 X IO16CnT3程度)的單晶矽基板構成。接著，使矽基板浸漬於高濃度(10Wt%)的氫氧化鈉水溶液，除掉損傷層。此外，在此，為了除去半導體基板1的損傷層而使用氫氧化鈉水溶液，但也可以使用氫氧化鉀等強鹼水溶液。另外，即使是氟硝酸(7 7硝酸)等的酸水溶液，也能夠達成同樣的目的。太陽能電池通常優選在表面形成凹凸形狀。其理由是因為，為了使可見光區域的反射率降低，有必要在受光面進行儘可能2次以上的反射。於是，通過將進行過損傷蝕刻的基板浸泡於例如將異丙醇添加至3wt%的氫氧化鈉而成的水溶液，對該基板進行溼蝕刻，從而形成隨機紋理構造。這些一個一個凸起的大小為1 20 μ m程度。作為其他有代表性的表面凹凸構造，可列舉出V槽、U槽。能夠利用研削機來形成這些構造。另外，為了製作隨機的凹凸構造，作為代替方法能夠使用酸蝕刻或反應離子蝕刻等。接著，如圖3 (b)所示，在含有氧的氣氛中，通過980°C的加熱處理，在半導體基板1 的表面形成氧化膜2。此外，也可以形成氮化膜代替氧化膜。
接著，如圖3 (c)所示，將抗蝕膜3以既定的圖案以例如10 30 μ m的厚度塗敷在氧化膜2上。在這種情況下，對抗蝕膜3進行圖案形成，從而關於形成在抗蝕膜3的間隙部 4，鄰接的間隙部4彼此的中心間距離L成為1.5 3. 0mm，各間隙部4的寬度M成為中心間距離L的20% 60%的大小。抗蝕膜3的圖案形成通過例如絲網印刷來進行。另外，作為抗蝕膜3而塗敷的抗蝕劑，可使用能夠通過絲網印刷法來印刷、具有耐HF(氫氟酸)性、能夠利用鹼性水溶液來剝離的抗蝕劑。接著，如圖3(d)所示，以抗蝕膜3作為掩模，進行使用例如10% HF水溶液的溼式蝕刻，將氧化膜2蝕刻成既定的圖案。在這種情況下，將氧化膜2蝕刻成與在抗蝕膜3形成的間隙部4同樣的圖案。接著，如圖3 (e)所示，除去抗蝕膜3。在這種情況下，由鹼性水溶液剝離抗蝕膜3。接著，在擴散爐中，在含有氯氧化磷(POCl3)氣體的氣氛中加熱至870°C，由此，如圖3(f)所示，以蝕刻成既定的圖案的氧化膜2作為掩模，將磷(P)擴散至半導體基板1的露出部分。這樣，多個高濃度擴散區域5呈島狀形成於半導體基板1的表面。在這種情況下，高濃度擴散區域5的表面電阻成為25 55 Ω/口(歐姆/方塊ohm/square)。另外， 互相鄰接的高濃度擴散區域5彼此的中心間距離L成為1. 5 3. 0mm。圖4是形成為既定圖案的高濃度擴散區域5的俯視時的概略說明圖。在此，在圖 4中為了說明，還圖示有以下所說明的受光面柵電極7。如圖4所示，高濃度擴散區域5的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。即，高濃度擴散區域5具有所謂蝴蝶領結形狀，中心部的寬度A構成為比兩端部的寬度B更窄。在此，中心部的寬度A和兩端部的寬度B的長度的差為0.5mm以內。使中心部的寬度A和兩端部的寬度B的長度的差為0.5mm以內，是因為通常太陽能電池矽基板的規格的主流為外形尺寸士0. 5mm,即使對於偏差為公差最大限度的基板，只要是本實施方式涉及的太陽能電池單元的構造，就能夠形成選擇擴散構造。接著，如圖3(g)所示，進行使用例如10% HF水溶液的溼式蝕刻，除去氧化膜2。接著，在擴散爐中，在含有氯氧化磷(POCl3)氣體的氣氛中加熱至830°C，由此，如圖3(h)所示，將磷(P)擴散至半導體基板1的表面整體。這樣，在半導體基板1的表面，在多個高濃度擴散區域5彼此之間形成有低濃度擴散區域6。在這種情況下，低濃度擴散區域 6的表面電阻成為60 150 Ω / 口。接著，利用等離子體蝕刻器來進行半導體基板周邊部的PN結分離，接著，利用氫氟酸水溶液來除掉形成於基板表面的磷酸鹽玻璃，然後，使用等離子體CVD裝置，在發射極層上堆積例如氮化膜作為表面保護膜(鈍化膜)兼防反射膜8。作為其他防反射膜8，存在氧化膜、二氧化鈦膜、氧化鋅膜、氧化錫膜等，能夠代替。另外，形成方法除了上述以外還存在遙控(remote)等離子體CVD法、塗敷法、真空蒸鍍法等，但出於經濟的觀點，如上所述通過等離子體CVD法形成氮化膜為最佳。而且，如果在上述防反射膜8上形成總反射率成為最小那樣的條件、例如二氟化鎂膜這種折射率為1至2之間的膜，則反射率進一步降低，生成電流密度變高。接著，如圖3(i)所示，使用絲網印刷機來將背面電極9印刷在基板背面側並使背面電極9乾燥。例如，通過利用絲網印刷來將含有^Vg的導電膏塗附於基板背面側而形成背面電極9。隨後，將由鋁等構成的膏塗敷於基板背面側的除背面電極9以外的部分並使該膏乾燥。而且，在各高濃度擴散區域5上形成受光面柵電極7。例如，通過利用絲網印刷來將含有Ag的導電膏塗敷於各高濃度擴散區域5上而形成受光面柵電極7。隨後，進行燒成， 使受光面柵電極7和背面電極9燒結，使AL-BSF 10形成於除背面電極9以外的部分，太陽能電池單元20得以製造。在通過以上說明的工序而製造的太陽能電池單元20中，將高濃度擴散區域5的形狀構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。即，高濃度擴散區域5具有所謂蝴蝶領結形狀，中心部的寬度A構成為比兩端部的寬度B更窄。由此，即使在現有技術中成為問題的受光面柵電極7的對準(對位)沿旋轉方向偏移的情況下，受光面柵電極7的對位也變得容易，能夠將受光面柵電極7精度良好地對位於高濃度擴散區域5上。以上，說明了本發明的實施方式的一個示例，但本發明不限定於圖示的方式。能夠了解顯然，只要是所屬技術領域的技術人員，就能夠在權利要求的範圍所記載的思想的範疇內想到各種變更例或修正例，對此，當然也屬於本發明的技術範圍。例如，在上述實施方式中，如圖4所示，列舉說明了將高濃度擴散區域5呈島狀平行地排列的構造，但本發明不限於此，也能夠使高濃度擴散區域5在基板上沿旋轉90度的方向形成(呈所謂格子狀形成)。圖5是將高濃度擴散區域5呈格子狀形成於基板上的情況的俯視時的說明圖。如圖5所示，通過將高濃度擴散區域5呈格子狀形成，從而在對準偏移為基板外形尺寸的公差以上的情況下，由於縱方向的高濃度擴散區域5和受光面柵電極 7接觸，因而也能夠維持太陽能電池單元20的性能。實施例作為本發明的實施例，分別測定圖2所示的現有技術涉及的太陽能電池單元和圖 4所示的本發明涉及的太陽能電池單元的性能。圖6是比較現有類型的太陽能電池單元的性能和本發明涉及的太陽能電池單元的性能的圖表。如圖6所示，可知，本發明涉及的太陽能電池單元，不論其位置如何，都是穩定且高性能的。產業上的可利用性本發明能夠適用於太陽能電池單元及其製造方法。
權利要求
1.一種太陽能電池單元，包括 P型半導體基板；在所述半導體基板的受光面側形成的η型擴散層；以及在所述η型擴散層局部地形成的1個或多個受光面柵電極，其中， 在所述η型擴散層，形成有多個高濃度擴散區域和位於這些高濃度擴散區域之間的低濃度擴散區域，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬， 所述受光面柵電極形成於所述高濃度擴散區域， 鄰接的所述高濃度擴散區域的中心間距離為1. 5 3. 0mm。
2.一種太陽能電池單元，包括 η型半導體基板；在所述半導體基板的受光面側形成的P型擴散層；以及在所述P型擴散層局部地形成的1個或多個受光面柵電極，其中， 在所述P型擴散層，形成有多個高濃度擴散區域和位於這些高濃度擴散區域之間的低濃度擴散區域，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬， 所述受光面柵電極形成於所述高濃度擴散區域， 鄰接的所述高濃度擴散區域的中心間距離為1. 5 3. 0mm。
3.如權利要求1或2所述的太陽能電池單元，其中，所述高濃度擴散區域的俯視時的中心部的寬度A構成為比兩端部的寬度B更窄，所述中心部的寬度A和所述兩端部的寬度B的長度的差為0. 5mm以內。
4.如權利要求1或2所述的太陽能電池單元，其中， 所述高濃度擴散區域的表面電阻為25 55 Ω / 口。
5.如權利要求1或2所述的太陽能電池單元，其中， 所述低濃度擴散區域的表面電阻為60 150 Ω / 口。
6.如權利要求1或2所述的太陽能電池單元，其中，所述半導體基板是單晶矽或多晶矽，其比電阻為0. 3 50Ω · cm。
7.一種太陽能電池單元的製造方法，具備以在半導體基板上的絕緣膜塗敷的抗蝕膜作為掩模將所述絕緣膜蝕刻成既定的圖案的工序；以形成為既定的圖案的所述絕緣膜作為掩模使所述半導體基板的露出部分成為高濃度擴散區域的工序；除去形成為既定的圖案的所述絕緣膜使所述半導體基板的剩餘的部分成為低濃度擴散區域的工序；以及在所述高濃度擴散區域之上通過絲網印刷來形成由導電膏構成的電極的工序， 所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。
8.一種太陽能電池單元的製造方法，具備在半導體基板的受光面整面形成低濃度擴散區域的工序；通過在應該設為高濃度擴散區域的部分保留磷酸鹽玻璃並進行追加的熱處理來形成高濃度擴散區域的工序；以及在所述高濃度擴散區域之上通過絲網印刷來形成由導電膏構成的電極的工序， 所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。
9.一種太陽能電池單元的製造方法，具備在半導體基板的受光面整面形成高濃度擴散區域的工序；在應該設為高濃度擴散區域的部分作為掩模而形成抗蝕膜，通過對露出的部分進行蝕刻從而形成低濃度擴散區域的工序；以及在所述高濃度擴散區域之上通過絲網印刷來形成由導電膏構成的電極的工序， 所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。
10.一種太陽能電池單元的製造方法，具備 在半導體基板形成絕緣膜的工序；以形成於絕緣膜上的抗蝕膜作為掩模將絕緣膜蝕刻成既定的圖案的工序； 除去抗蝕膜並使半導體基板的露出部分成為高濃度擴散區域同時作為擴散源的擴散元素貫通絕緣膜而形成低濃度擴散區域的工序；以及在所述高濃度擴散區域之上通過絲網印刷來形成由導電膏構成的電極的工序， 所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬。
11.如權利要求7 10中的任一項所述的太陽能電池單元的製造方法，其中， 所述高濃度擴散區域的表面電阻為25 55 Ω / 口。
12.如權利要求7 10中的任一項所述的太陽能電池單元的製造方法，其中， 所述低濃度擴散區域的表面電阻為60 150 Ω / 口。
13.如權利要求7 10中的任一項所述的太陽能電池單元的製造方法，其中， 所述半導體基板是單晶矽或多晶矽，其比電阻為0. 3 50Ω · cm。
14.如權利要求7、9、10的任一項所述的太陽能電池單元的製造方法，其中，通過絲網印刷來形成作為用於形成所述高濃度擴散區域和/或所述低濃度擴散區域的掩模的抗蝕膜。
15.如權利要求14所述的太陽能電池單元的製造方法，其中，形成用於形成所述高濃度擴散區域的抗蝕膜的情況和形成所述電極的情況的對準方法是相同的方法。
16.如權利要求14所述的太陽能電池單元的製造方法，其中，形成用於形成所述高濃度擴散區域的抗蝕膜的情況和形成所述電極的情況的對準方法是使用形成半導體基板的對角的各2邊來進行的方法。
17.如權利要求14所述的太陽能電池單元的製造方法，其中，形成用於形成所述高濃度擴散區域的抗蝕膜的情況和形成所述電極的情況的對準方法是通過檢測半導體基板的中心位置而進行的方法。
18.如權利要求7、9、10的任一項所述的太陽能電池單元的製造方法，其中，作為用於所述抗蝕膜的形成的抗蝕劑，使用能夠通過絲網印刷法而印刷、具有耐 HF(氫氟酸)性、能夠利用鹼性水溶液來剝離的抗蝕劑。
全文摘要
本發明提供這樣的太陽能電池單元及其製造方法在製造時，不使高濃度擴散區域超過必要地擴大，即使在受光面柵電極的對準沿旋轉方向偏移的情況下，也能夠精度良好地將受光面柵電極對位於高濃度擴散區域上。本發明提供一種太陽能電池單元，包括p型半導體基板；在所述半導體基板的受光面側形成的n型擴散層；以及在所述n型擴散層局部地形成的1個或多個受光面柵電極，其中，在所述n型擴散層，形成有多個高濃度擴散區域和位於這些高濃度擴散區域之間的低濃度擴散區域，所述高濃度擴散區域的寬度構成為在俯視時兩端部與中心部相比較寬，所述受光面柵電極形成於所述高濃度擴散區域，鄰接的所述高濃度擴散區域的中心間距離為1.5～3.0mm。
文檔編號H01L31/0352GK102569445SQ201110461588
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者合田晉二, 杉渕康一, 鹿野康行 申請人:日本琵維吉諮詢株式會社