CN102334192A - 太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在太阳能电池(100)的制造方法中，在i型非晶质半导体层(11i)和p型非晶质半导体层(11p)的图像化工序之后，i型非晶质半导体层(12i)的形成工序之前，具备n型结晶硅基板(10n)的背面中露出区域(R2)的清洗工序。

Description

太阳能电池的制造方法
技术区域
本发明涉及背面接合型的太阳能电池的制造方法。
背景技术
太阳能电池，由于能够将绿色且取之不尽地供给的太阳光直接转换为电力，因此作为新能源被寄予期待。
在现有技术中提案有：基板的背面上具备多个p侧电极和多个n侧电极，即所谓的背面接合型的太阳能电池(例如：参照专利文献1)。
专利文献1中所记载的太阳能电池由以下方法制造。首先，清洗基板的背面。然后在基板的背面设置规定图案的第一掩膜，依次形成i型半导体层、p型半导体层和p侧电极。然后除去第一掩膜，以从基板的背面上至p侧电极上的方式依次形成i型半导体层和n型半导体层。然后在n型半导体层上设置第二掩膜，形成n侧电极。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-101151号公报(第[0039]段，图2)
发明内容
此处，为了抑制在基板背面的载流子的复合，优选在依次形成i型半导体层和n型半导体层之前，在基板的背面之中设置有第一掩膜的区域实施清洗处理。
但是，当在p侧电极形成后进行例如湿式蚀刻处理这样的清洗处理时，因被离子化的p侧电极的构成物质而导致基板的背面被污染。另外，如果在p侧电极形成前进行清洗处理，在p侧电极形成时，导致基板的背面被p侧电极的构成物质污染。因此，在专利文献1所记载的方法中，充分抑制基板背面的载流子的复合是困难的。
本发明是鉴于上述状况而完成的，本发明的目的在于提供能够抑制载流子的复合的太阳能电池的制造方法。
本发明的特征的太阳能电池的制造方法的要旨是，具备：在半导体基板的一个主面的第一区域上，形成具有第一导电型的第一半导体层的工序A；清洗上述一个主面的第二区域的工序B；和从上述一个主面的上述第二区域上至上述第一半导体层上，形成具有第二导电型的第二半导体层的工序C。
根据本发明的特征的太阳能电池的制造方法，能够在清洗一个主面之中的第二区域上之后，在第二区域上形成第二半导体层。由此在半导体基板的一个主面与第二半导体层的界面能够抑制载流子的复合。
在本发明的特征的太阳能电池的制造方法中，上述工序A含有：在上述一个主面的大致整个面，形成具有上述第一导电型的第三半导体层的工序；用抗蚀剂膜覆盖在上述第三半导体层之中形成在上述第一区域上的部分的工序；除去在上述第三半导体层之中从上述抗蚀剂膜露出的部分的工序；和除去上述抗蚀剂膜的工序。
在本发明的特征的太阳能电池的制造方法中，可以在上述工序A和上述工序B之间，还具备在上述第一半导体层上形成复合层的工序，在上述工序C中，从上述第二区域上至上述复合层上，形成上述第二半导体层。
在本发明的特征的太阳能电池的制造方法中，上述半导体基板可以具有第一导电型。
在本发明的特征的太阳能电池的制造方法中，上述复合层是具有第一导电型的半导体层，上述半导体层含有的第一导电型的杂质的量，比上述第一半导体层含有的第一导电型的杂质的量多。
在本发明的特征的太阳能电池的制造方法中，上述复合层可以是将异种元素混入上述第一半导体层而形成的层。
在本发明的特征的太阳能电池的制造方法中，上述复合层，可以是微晶半导体层，上述第一半导体层和上述第二半导体层是非晶质半导体层。
在本发明的特征的太阳能电池的制造方法中，上述复合层的厚度可以为1～10nm。
根据本发明，能够提供能抑制载流子的复合的太阳能电池的制造方法。
附图说明
[图1]图1是涉及本发明第一实施方式的太阳能电池100的背面侧的平面图。
[图2]图2是图1的A-A线的扩大截面图。
[图3]图3是用于说明本发明的第一实施方式的太阳能电池10的制造方法的附图。
[图4]图4是用于说明本发明的第一实施方式的太阳能电池10的制造方法的附图。
[图5]图5是用于说明本发明的第一实施方式的太阳能电池10的制造方法的附图。
[图6]图6是用于说明本发明的第一实施方式的太阳能电池10的制造方法的附图。
[图7]图7是用于说明本发明的第二实施方式的太阳能电池100的扩大截面图。
[图8]图8是用于说明本发明的第二实施方式的太阳能电池10的制造方法的附图。
[图9]图9是用于说明本发明的第二实施方式的太阳能电池10的制造方法的附图。
[图10]图10是用于说明本发明的第二实施方式的太阳能电池10的制造方法的附图。
[图11]图11是用于说明本发明的第二实施方式的太阳能电池10的制造方法的附图。
具体实施方式
在下面使用附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，对相同或类似的部分，附加相同或类似的符号。附图是示意图，应当留意各尺寸的比例等与现实情况不同。因此，对于具体的尺寸等，应当参考以下说明进行判断。另外在附图相互之间当然也包含相互间的尺寸关系、比例不同的部分。
[第一实施方式]
(太阳能电池的结构)
对于本发明的第一实施方式的太阳能电池的结构，参照图1和图2进行说明。图1是本发明第一实施方式的太阳能电池100的背面侧的平面图。图2是图1的A-A线的扩大截面图。
如图1和图2所示，太阳能电池100具备：n型结晶硅基板10n、i型非晶质半导体层11i、p型非晶质半导体层11p、i型非晶质半导体层12i、n型非晶质半导体层12n、p侧电极20p和n侧电极20n。
n型结晶硅基板10n，由薄板状的单结晶硅或多结晶硅构成。n型结晶硅基板10n具有：接受太阳光的受光面，和在受光面的相反侧设置的背面。n型结晶硅基板10n，由于在受光面受光而生成光生载流子。光生载流子是光被n型结晶硅基板10n吸收而生成的空穴和电子。并且，虽然未图示但应留意：在n型结晶硅基板10n的受光面中没有形成遮蔽光的入射的结构体(例如电极等)，能够在受光面的整个面受光。
i型非晶质半导体层11i，沿第一方向形成在n型结晶硅基板10n的背面上。i型非晶质半导体层11i以不必积极地导入杂质的方式形成。i型非晶质半导体11i的厚度为不在实质上对发电起作用的程度、例如数
Figure BDA0000086046280000041
左右。
p型非晶质半导体层11p沿第一方向形成在i型非晶质半导体层11i上。p型非晶质半导体层11p具有p型的导电型。p型非晶质半导体层11p的厚度例如为10nm左右。
并且，虽然不形成i型非晶质半导体层11i也可以，但是根据在n型结晶硅基板10n上依次形成i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p的结构(所谓的“HIT结构”)，由于能够改善pn结特性而作为优选。
i型非晶质半导体层12i，以从n型结晶硅基板10n的背面上至p型非晶质半导体层11p上的方式形成。在第一实施方式中，i型非晶质半导体层12i以覆盖n型结晶硅基板10n的背面的大致整个面的方式形成。i型非晶质半导体层12i以不必积极地导入杂质的方式形成。i型非晶质半导体层12i的厚度例如为数
Figure BDA0000086046280000042
左右。
n型非晶质半导体层12n形成在i型非晶质半导体层12i上。在第一实施方式中，n型非晶质半导体层12n以覆盖i型非晶质半导体层12i的方式形成。n型非晶质半导体层12n具有与p型非晶质半导体层11p不同的n型的导电型。n型非晶质半导体层12n的厚度例如为10nm左右。
并且，根据在n型结晶硅基板10n上形成n型非晶质半导体层12n的结构(所谓的“BSF结构”)，能够抑制在n型结晶硅基板10n的背面与非晶质半导体层的界面中的少数载流子的复合。
并且，根据在n型结晶硅基板10n的背面与n型非晶质半导体层12n之间插入(存在)薄的i型非晶质半导体层12i的结构，能够改善n型结晶硅基板10n的背面与n型非晶质半导体层12n之间的特性。
此处，i型非晶质半导体层11i、i型非晶质半导体层12i、p型非晶质半导体层11p和n型非晶质半导体层12n，分别能够由含有硅的非晶质半导体构成。作为这样的非晶质半导体，虽然能够例举：非晶质硅、非晶质碳化硅、或非晶质硅锗(シリコンゲルマニウム)等，但不仅限于此，也可以使用其它的非晶质半导体。另外，i型非晶质半导体层11i、i型非晶质半导体层12i、p型非晶质半导体层11p和n型非晶质半导体层12n，可以各自由1种非晶质半导体构成，另外也可以由2种以上非晶质半导体组合而成。
p侧电极20p是收集载流子的集电极。p侧电极20p隔着i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n，形成在p型非晶质半导体层11p上。因此，p侧电极20p沿着第一方向形成为线状。
n侧电极20n是收集载流子的集电极。n侧电极20n隔着i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n，形成在n型结晶硅基板10n的背面上。因此，n侧电极20n在一个p侧电极20p与其它的p侧电极20p之间，沿着第一方向形成为线状。
并且，p侧电极20p和n侧电极20n，可以是单层结构，也可以是多层的叠层结构。另外，在叠层结构的情况下，在n型非晶质半导体层12n侧可以设置透明导电层。作为透明导电层，例如能够使用氧化铟、氧化锡或氧化锌等的透明导电性氧化物。
另外，p侧电极20p和n侧电极20n，也可以分别以覆盖p型非晶质半导体层11p或n型非晶质半导体层12n的大致整个面的方式形成。由此，即使在p型非晶质半导体层11p或n型非晶质半导体层12n的片电阻(シ一ト抵抗)没有那么小的情况下，也能够通过p侧电极20p和n侧电极20n收集足够的载流子。
(太阳能电池的制造方法)
下面，对于太阳能电池100的制造方法，参照太阳能电池100的截面图进行说明。
首先，如图3所示，使用CVD(化学汽相淀积)法，在n型结晶硅基板10n的背面的整个面，依次形成i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p。
然后，如图4所示，在p型非晶质半导体层11p上，以规定的图案涂敷抗蚀剂膜30。规定的图案对应于形成有p侧电极20p的区域，例如，以图1的点划线为基准而设定。接着，通过实施湿式蚀刻处理，除去i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p之中从抗蚀剂膜30露出的露出区域R1。由此，i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p被图案化。
然后，如图5所示，除去抗蚀剂膜30后，通过实施湿式蚀刻处理和氢等离子体处理，清洗n型结晶硅基板10n的背面之中露出的露出区域R2。并且，在此情况下，优选使在p型非晶质半导体层11p的表面实施湿式蚀刻处理和氢等离子体处理的程度减小。
然后，如图6所示，使用CVD法，从n型结晶硅基板10n的背面上至p型非晶质半导体层11p上，依次形成i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n。
然后，使用CVD法、溅射法、蒸镀法、电镀法或印刷法等，在n型非晶质半导体层12n上以规定图案形成p侧电极20p和n侧电极20n。
(作用和效果)
在第一实施方式的太阳能电池100的制造方法中，在i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p的图案化工序之后，在i型非晶质半导体层12i的形成工序前，具备n型结晶硅基板10n的背面之中露出区域R2的清洗工序。
因此，能够抑制在n型结晶硅基板10n的背面和i型非晶质半导体层12i的界面的载流子的复合。
另外，在第一实施方式的太阳能电池100的制造方法中，在露出区域R2的清洗工序之后，依次形成i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n。因此，没有必要通过掩膜等对i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n进行图案化。因此，能够改善太阳能电池100的生产性。
[第二实施方式]
以下，对于第二实施方式的太阳能电池100，参照附图进行说明。以下，主要针对与第一实施方式的不同点进行说明。具体而言，在第二实施方式的太阳能电池100中，具有在p型非晶质半导体层11p与i型非晶质半导体层12i之间插入(存在)的复合层R。
(太阳能电池的结构)
对本发明的第二实施方式的太阳能电池的结构，参照图7说明。图7是第二实施方式的太阳能电池100的截面图。
如图7所示，太阳能电池100，具有p型非晶质半导体层11p上形成的复合层R。
复合层R用于抑制与通过n型结晶硅基板10n、i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p而形成的电场反向的电场通过p型非晶质半导体层11p、i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n而形成的情况。因此，在本实施方式中，通过插入复合层R，实现有p侧电极20p与p型非晶质半导体层11p之间的低阻(低抵抗)化。
并且，为了抑制电阻成分的增大，复合层R的厚度，优选在0.1～20nm之间，进一步优选在1～10nm之间。
具有以上这种特性的复合层R，由(1)在能带中存在的多个能隙内存在能级的半导体材料、或(2)与p型非晶质半导体层11p欧姆性接触的金属材料形成。
(1)在能带中多个能隙内存在能级的半导体材料
在使用这种半导体材料的情况下，通过利用在能带中经过(隔着)多个能隙内能级的载流子的复合，能够经过(隔着)p型非晶质半导体层11p取出在n型结晶硅基板10n生成的载流子。因此，即使在p型非晶质半导体层11p的表面形成复合层R，两层的接触也近似于低阻、即欧姆性接触。
另外，如上所述，由于在复合层R的表面形成的i型非晶质半导体层12i的厚度极其薄，作为针对载流子的屏障作用极其小。
如上所述，通过实现在p侧电极20p与p型非晶质半导体层11p之间的低阻化，能够很好地从p侧电极20p取出载流子。
此处，作为构成复合层R的半导体材料，能够使用(i)含有多量的杂质的半导体材料、或(ii)含有多个晶格缺陷(缺口)的半导体材料。并且，能够使用：含有比p型非晶质半导体层11p多量的p型杂质的p型半导体材料、并且，作为上述(i)的材料，含有比p型非晶质半导体层11p多量的p型杂质的p性材料、含有比n型非晶质半导体层12n多量的n型杂质的n型半导体材料等。另外，作为上述(ii)的材料，能够使用：例如，在非晶质硅中混入碳或锗等的异种元素使晶格缺陷增大而得到的半导体材料(非晶质碳化硅、非晶质锗硅)、p型或n型的微晶硅等。
并且，在复合层R的导电型为p型的情况下，因为能够使用与非晶质半导体层12p相同的原料来形成复合层R，所以能够抑制制造费用的增加。
(2)与p型非晶质半导体层11p欧姆性接触的金属材料
在使用这种金属材料的情况下，即使在p型非晶质半导体层11p的表面形成复合层R，两层的接触也近似于低阻、即欧姆性接触。因此，通过实现在p侧电极20p与p型非晶质半导体层11p之间的低阻化，能够从p侧电极20p很好地取出载流子。
并且，作为这种金属材料，能够使用钛(Ti)、钨(W)等。
(太阳能电池的制造方法)
下面，对于第二实施方式的太阳能电池100的制造方法，参照太阳能电池100的截面图进行说明。
首先，如图8所示，使用CVD法，在n型结晶硅基板10n的背面的整个面，依次形成i型非晶质半导体层11i、p型非晶质半导体层11p后，形成复合层R。在通过半导体材料形成复合层R的情况下，使用CVD法等，在通过金属材料形成复合层R的情况下，能够使用溅射法、蒸镀法。
然后，如图9所示，在复合层R上，以规定的图案涂敷抗蚀剂膜30。规定的图案对应于形成有p侧电极20p的区域，例如以图1的点划线为基准而设定。
然后，如图10所示，通过实施湿式蚀刻，除去在i型非晶质半导体层11i、p型半导体层11p和复合层R之中的从抗蚀剂膜30露出的露出区域R1。由此，i型非晶质半导体层11i、p型半导体层11p和复合层R被图形化。接着，除去抗蚀剂膜30后，通过实施湿式蚀刻处理和氢等离子体处理，清洗n型结晶硅基板10n的背面之中露出的露出区域R2。这时，在复合层R的表面也可以实施湿式蚀刻处理和氢等离子体处理。
然后，如图11所示，使用CVD法，从n型结晶硅基板10n的背面上至复合层R上，依次形成i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n。
然后，使用CVD法、溅射法、蒸镀法、电镀法或印刷法等，在n型非晶质半导体层12n上以规定图案形成p侧电极20p和n侧电极20n。
(作用和效果)
在第二实施方式的太阳能电池100的制造方法中，具有在p型非晶质半导体层11p上形成复合层R的工序。i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n以从n型结晶硅基板10n的背面上至复合层R上方式形成。
这样，太阳能电池100具有在p型非晶质半导体层11p与n型非晶质半导体层12n之间插入(存在)的复合层R。p型非晶质半导体层11p与复合层R低阻接触。
因此，与通过n型结晶硅基板10n、i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p而形成的电场反向的电场，通过p型非晶质半导体层11p、i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n而形成的情况被抑制。因此，由于能够实现p侧电极20p与p型非晶质半导体层11p之间的低阻化，所以能够从p侧电极20p很好地取出载流子。其结果是，由于能够降低载流子的收集损失，所以能够改善太阳能电池100的特性。
另外，在第二实施方式的太阳能电池100的制造方法中，由于p型非晶质半导体层11p的表面被复合层R覆盖，对p型非晶质半导体层11p的表面不实施清洗处理。
因此，能够抑制清洗处理对p型非晶质半导体层11p的表面的影响。其结果是能够改善太阳能电池的特性。
(其它实施方式)
本发明根据上述实施方式进行了记载，但作为该公开内容的一部分的论述和附图不应当理解为对本发明的限定。根据该公开内容，本行业的技术人员能够明了各种各样的替代实施方式、实施例和运用技术。
例如，在本实施方式中，作为太阳能电池100的基板，使用n型结晶硅基板10n，但不仅限于此。例如，太阳能电池100的基板也可以具有p型的导电型。另外，太阳能电池100的基板，可以由含有多结晶Si、微晶Si等的结晶系半导体材料，GaAs、InP等的化合物半导体材料的一般的半导体材料构成。
另外，在上述实施方式中，在n型结晶硅基板10n的背面上形成p型非晶质半导体层11p，之后再形成n型非晶质半导体层12n，但不仅限于此。例如，p型非晶质半导体层11p和n型非晶质半导体层12n的形成顺序可以颠倒。即，也可以在n型结晶硅基板10n的背面上形成n型非晶质半导体层12n，之后再形成p型非晶质半导体层11p。
另外，虽然在上述实施方式中没有特别说明，但在使用p型基板的情况下，优选以与上述实施方式相反的方式形成p型非晶质半导体层11p和n型非晶质半导体层12n。即，形成为n型非晶质半导体层12n覆盖i型非晶质半导体层11i的结构。这种情况下，一般来说，由于n型非晶硅比p型非晶硅电阻大，能够进一步抑制在p侧电极20p与n侧电极20n之间发生漏泄的情况。
另外，上述实施方式中，i型非晶质半导体层11i和i型非晶质半导体层12i，以不必积极地导入杂质的方式形成，但也可以含有微量的掺杂剂。
另外，虽然在上述实施方式中没有特别地进行说明，但在n型结晶硅基板10n的背面上，也可以不形成i型非晶质半导体层13i。在这种情况下，能够进一步降低n型结晶硅基板10n的背面侧的电阻。
另外，上述实施方式中，复合层R具有一层结构，但不仅限于此。复合层R也可以还具有能够保持与p型非晶质半导体层11p的欧姆接触性的其它的层。
另外，在上述实施方式中p型非晶质半导体层11p具有一层构造，但不仅限于此。p型非晶质半导体层11p也可以进一步具有能够保持与复合层R的欧姆接触性的其它的层。
此外，日本国专利申请第2009-44435号(2009年2月26日申请)的全部内容，作为参照组合在本申请的说明书中。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的太阳能电池的制造方法由于能够提供能抑制载流子的复合的太阳能电池，因而在太阳能电池的制造领域是有用的。
符号说明
10   太阳能电池
10n  n型结晶硅基板
11i  i型非晶质半导体层
11p  p型非晶质半导体层
R    复合层
12i  i型非晶质半导体层
12n  n型非晶质半导体层
20n  n侧电极
20p  p侧电极
30   抗蚀剂膜
100  太阳能电池

Claims (8)

1.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，具备：
在半导体基板的一个主面的第一区域上，形成具有第一导电型的第一半导体层的工序A；
清洗所述一个主面的第二区域的工序B；和
从所述一个主面的所述第二区域上至所述第一半导体层上，形成具有第二导电型的第二半导体层的工序C。
2.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于：
所述工序A含有：在所述一个主面的大致整个面，形成具有所述第一导电型的第三半导体层的工序；
用抗蚀剂膜覆盖在所述第三半导体层之中形成在所述第一区域上的部分的工序；
除去在所述第三半导体层之中从所述抗蚀剂膜露出的部分的工序；和
除去所述抗蚀剂膜的工序。
3.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于：
在所述工序A和所述工序B之间，还具备在所述第一半导体层上形成复合层的工序，
在所述工序C中，从所述第二区域上至所述复合层上，形成所述第二半导体层。
4.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于：
所述半导体基板具有第一导电型。
5.如权利要求3所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于：
所述复合层是具有第一导电型的半导体层，
所述半导体层含有的第一导电型的杂质的量，比所述第一半导体层含有的第一导电型的杂质的量多。
6.如权利要求3所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于：
所述复合层是将异种元素混入所述第一半导体层而形成的层。
7.如权利要求3所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于：
所述复合层是微晶半导体层，
所述第一半导体层和所述第二半导体层是非晶质半导体层。
8.如权利要求3所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于：
所述复合层的厚度为1～10nm。
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