CN102422434A - 太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池(100)，具备插入p型非晶质半导体层(11p)与n型非晶质半导体层(12n)之间的复合层R。
Description
技术领域
本发明涉及一种背面接合型太阳能电池。
背景技术
太阳能电池由于能够将清洁、无穷尽地供给的太阳光直接转化为电，从而作为新能源的源头被给予很多期望。
目前，提案有在n型半导体衬底的背面上配备多个p侧电极和多个n侧电极的、所谓背面接合型的太阳能电池(例如，参照专利文献1)。
具体地说，在专利文献1中记载的太阳能电池具备：覆盖n型半导体衬底的背面的i型半导体层、在i型半导体层上沿着规定的方向形成的多个p型半导体层、覆盖i型半导体层和多个p型半导体层的n型半导体层。各p侧电极经由n型半导体层形成于各p型半导体层上。各n侧电极形成于两个p侧电极之间。
根据这种构成，由于在形成n型半导体层的工序中，不需要用掩膜覆盖住p型半导体层，从而能够实现太阳能电池的制造工序的简化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2005-101151号公报(0039段，图2)
发明内容
但是，在专利文献1中记载的构成中，通过在p型半导体层上形成的n型半导体层和p型半导体层，形成与由n型半导体衬底和p型半导体层所形成的电场呈相反方向的电场。因此，难以提升太阳能电池特性。
本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种能够提高太阳能电池特性的背面接合型的太阳能电池。
本发明的特征的太阳能电池的要点在于，具备：半导体衬底；形成于半导体衬底的一主面上的第一区域上、且具有第一导电类型的第一半导体层；和形成于半导体衬底的一主面上的第二区域上、且具有第二导电类型的第二半导体层，其中第二半导体层从第二区域上跨越到第一半导体层上而形成，在第一区域上，具有插入第一半导体层和第二半导体层之间的复合层。
根据本发明的特征的太阳能电池，能抑制在由衬底和第一半导体层形成的接合的背面侧上形成第一半导体层和第二的逆接合。从而，能够使载流子收集损失降低，所以能够提升太阳能电池的特性。
在本发明的特征的太阳能电池中，具备：在第一区域上形成于第一半导体层上的第一电极；和在第二区域上形成于第二半导体层上的第二电极，第一电极也可以经由复合层与第一半导体层连接。
在本发明的特征的太阳能电池中，复合层由与第二半导体层相同的半导体构成，复合层中含有的掺杂剂的量可以多于第二半导体层中含有的掺杂剂的量。
在本发明的特征的太阳能电池中，复合层由与第一半导体层相同的半导体构成，复合层中含有的掺杂剂的量可以多于第一半导体层中含有的掺杂剂的量。
在本发明的特征的太阳能电池中，复合层也可以由微晶硅构成。
在本发明的特征的太阳能电池中，复合层也可以由金属构成。
在本发明的特征的太阳能电池中，第二导电类型也可以为p型。
在本发明的特征的太阳能电池中，也可以包含插入复合层和第二半导体层之间、且具有第二导电类型的第三半导体层。
根据本发明，能够提供一种能提升太阳能电池特性的背面接合型的太阳能电池。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的太阳能电池100的背面侧的平面图。
图2是在图1的A-A线的放大剖面图。
图3是用于说明本发明的第一实施方式的太阳能电池10的制造方法的图。
图4是用于说明本发明的第一实施方式的太阳能电池10的制造方法的图。
图5是用于说明本发明的第一实施方式的太阳能电池10的制造方法的图。
图6是用于说明本发明的第一实施方式的太阳能电池10的制造方法的图。
图7是本发明的第二实施方式的太阳能电池100的放大剖面图。
具体实施方式
使用附图对本发明的实施方式进行说明。在下面的附图的记载中，在相同或者类似的部分，附加相同或者类似的符号。附图为示意性的图，应留意各尺寸的比率等与现实的内容不同。因此，具体的尺寸等应参考下面的说明来进行判断。在附图相互之间，也包含相互的尺寸关系或比例不同的部分也是不言而喻的。
[第一实施方式]
(太阳能电池的构成)
针对本发明的第一实施方式的太阳能电池的构成，参照图1和图2进行说明。图1为第一实施方式的太阳能电池100的背面侧的平面图。图2为在图1的A-A线的放大剖面图。
如图1和图2所示，太阳能电池100具备：n型结晶硅衬底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、n侧电极20n和复合层R。
n型结晶硅衬底10n由薄板状的单晶硅或者多晶硅构成。n型结晶硅衬底10n具有接收太阳光的受光面和设于受光面的相反侧的背面。n型结晶硅衬底10n通过在受光面的受光而生成光生成载流子(carrier)。所谓光生载流子是指光被n型结晶硅衬底10n吸收所生成的空穴和电子。另外，虽然未图示，但应该留意到在n型结晶硅衬底10n的受光面上，并未形成遮挡光的射入的结构体(例如，电极等)，而能实现在受光面整个面上的受光。
i型非晶质半导体层11i在n型结晶硅衬底10n的背面上沿着第一方向而形成。i型非晶质半导体层11i不积极导入杂质地形成。i型非晶质半导体层11i的厚度为实质上无助于发电的程度，例如为数
左右。
p型非晶质半导体层11p在i型非晶质半导体层11i上沿着第一方向而形成。p型非晶质半导体层11p具有p型的导电类型。p型非晶质半导体层11p的厚度为例如10nm左右。
另外，也可以不形成i型非晶质半导体层11i，但根据在n型结晶硅衬底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的构造(所谓“HIT”(注册商标，三洋电机株式会社)构造)，能够提升pn接合特性。
i型非晶质半导体层12i从n型结晶硅衬底10n的背面上跨越到p型非晶质半导体层11p上而形成。在第一实施方式中，i型非晶质半导体层12i形成为覆盖n型结晶硅衬底10n的背面的几乎整个面。i型非晶质半导体层12i不积极导入杂质地形成。i型非晶质半导体层12i的厚度为例如数
左右。
n型非晶质半导体层12n形成于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形成为覆盖i型非晶质半导体层12i。n型非晶质半导体层12n的厚度为例如10nm左右。
另外，根据在n型结晶硅衬底10n上形成有n型非晶质半导体层12n的构造(所谓“BSF构造”)，能够抑制n型结晶硅衬底10n的背面和非晶质半导体层的界面上的少数载流子的复合。
另外，根据在n型结晶硅衬底10n的背面和n型非晶质半导体层12n之间夹插有薄的i型非晶质半导体层12i的构造，能够提升n型结晶硅衬底10n的背面和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，能分别由含有硅的非晶质半导体构成。作为这种非晶质半导体，可以举出非晶质硅、非晶质碳化硅、或者非晶质硅锗等，但不限于此，使用其他的非晶质半导体也可以。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，也可以分别由一种非晶质半导体构成，另外，也可以由两种以上的非晶质半导体组合而成。
p侧电极20p为收集载流子的收集电极。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在p型非晶质半导体层11p上形成。因此，p侧电极20p沿着第一方向形成为线状。
作为p侧电极20p，能够使用Ag、Al等金属或导电性糊料(paste)等。
n侧电极20n为收集载流子的收集电极。n侧电极20n形成于n型非晶质半导体层12n上。因此，n侧电极20n在一个p侧电极20p和另一个p侧电极20p之间，沿着第一方向形成为线状。
而且，p侧电极20p和n侧电极20n可以为单层构造，也可以为多层的层叠构造。此外，为层叠构造时，也可以在n型非晶质半导体层12n侧设置透明导电层。作为透明导电层，能够使用例如氧化铟或氧化锡或者氧化锌等透明导电性氧化物。
此外，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或者n型非晶质半导体层12n的大致整个面的方式形成。由此，即便在p型非晶质半导体层11p或者n型非晶质半导体层12n的片电阻不是那么小的情况下，也能够由p侧电极20p和n侧电极20n充分地收集载流子。
复合层R设置于由n型结晶硅衬底10n、i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p形成的n(i)p接合的背面侧，为了抑制由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形成p(i)n接合。因此，在本实施方式中，通过夹插复合层R，来实现在p侧电极20p和p型非晶质半导体层11p之间的低电阻化。
具有如上所述的特性的复合层R：(1)由能带中存在许多间隙(gap)内能级的半导体材料形成、(2)由与p型非晶质半导体层11p欧姆接触的金属材料形成。
(1)在能带中存在许多间隙内能级的半导体材料
在使用这种半导体材料时，通过利用经由能带中存在的许多间隙内能级的载流子的复合，能够经由p型非晶质半导体层11p取出在n型结晶硅衬底10n上生成的载流子。因此，即便在p型非晶质半导体层11p的表面上形成复合层R，两层的接触也近似低电阻即欧姆接触。
此外，如上所述，由于形成于复合层R的表面的i型非晶质半导体层12i的厚度极薄，所以作为对载流子的阻挡层的作用极小。
如上所述，能实现p侧电极20p和p型非晶质半导体层11p之间的低电阻化，由此能够很好地从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)比p型非晶质半导体层11p含有更多量的p型杂质的p型半导体材料、(ii)含有许多晶格缺陷的半导体材料、或者(iii)比n型非晶质半导体层12n含有更多n型杂质的n型半导体材料。而且，作为含有许多晶格缺陷的半导体材料，例如为向非晶质硅中混入碳或锗等异类元素使晶格缺陷增大的半导体材料(非晶质碳化硅、非晶质硅锗)或p型或者n型的微晶硅等。
而且，在复合层R的导电类型为n型的情况下，由于能够使用与非晶质半导体层12n相同的原料气体形成复合层R，所以能够抑制制造成本的增加。
(2)与p型非晶质半导体层11p进行欧姆接触的金属材料
在使用这种金属材料时，即便在p型非晶质半导体层11p的表面形成复合层R，两层的接触也近似低电阻、即欧姆接触。因此，能实现p侧电极20p和p型非晶质半导体层11p之间的低电阻化，由此能够从p侧电极20p很好地取出载流子。
而且，作为这种金属材料，能够使用钛(Ti)或钨(W)等。
此外，为了抑制电阻成分的增大，优选复合层R的厚度为0.1～20nm，更优选为1～10nm。
(太阳能电池的制造方法)
下面，参照太阳能电池100的剖面图，对太阳能电池100的制造方法进行说明。
首先，如图3所示，使用CVD法，在n型结晶硅衬底10n的整个背面上依次形成i型非晶质半导体层11i、p型非晶质半导体层11p之后，形成复合层R。在利用半导体材料形成复合层R的情况下，能使用CVD法等，在利用金属材料形成复合层R的情况下，能使用溅射法或蒸镀法。
接着，如图4所示，在复合层R上，按照规定的图案涂敷抗蚀剂30。规定的图案对应形成p侧电极20p的区域，例如以图1的单点划线为基准来设定。
接着，如图5所示，通过实施蚀刻法处理，对i型非晶质半导体层11i、p型非晶质半导体层11p和复合层R进行构图。此时，在使用被非晶质半导体层的蚀刻材料所蚀刻的材料作为复合层R的材料的情况下，能够与i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p同时对复合层R进行蚀刻加工，因此从生产性的提升的观点看，优选此方法。接着，去除抗蚀剂膜30之后，通过实施蚀刻法处理和氢等离子体处理，对n型结晶硅衬底10n的背面中露出的区域进行构图。而且，由此对复合层R的表面也可以实施蚀刻处理和氢等离子体处理。
接着，如图6所示，使用CVD法从n型结晶硅衬底10n的背面上跨越到复合层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。
接着，使用CVD法、溅射法、蒸镀法、电镀法或者印刷法等，在n型非晶质半导体层12n上，按照规定的图案形成p侧电极20p和n侧电极20n。
(作用和效果)
第一实施方式的太阳能电池100具有插入p型非晶质半导体层11p和n型非晶质半导体层12n之间的复合层R。p型非晶质半导体层11p和复合层R以低电阻接触。
因此，能够抑制与由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形成的电场反方向的电场，由n型结晶硅衬底10n、i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p形成。从而，能实现p侧电极20p和p型非晶质半导体层11p之间的低电阻化，因此能够从p侧电极20p很好地取出载流子。其结果是，能够使载流子收集损耗降低，因此能够提升太阳能电池100的特性。
第一实施方式的复合层R能够利用能带中存在许多间隙内能级的半导体材料而形成。此时，通过利用能带中介有许多间隙内能级的载流子的复合，能够经由p型非晶质半导体层11p取出在n型结晶硅衬底10n上生成的载流子。作为这种半导体材料，能够使用比p型非晶质半导体层11p含有更多量的p型杂质的p型半导体材料，或比n型非晶质半导体层12n含有更多量的n型杂质的n型半导体材料，或者微晶硅等。尤其是在复合层R的导电类型与非晶质半导体层12n相同的情况下，由于能够使用与非晶质半导体层12n相同的原料气体形成复合层R，所以能够抑制制造成本的增加。
第一实施方式的复合层R能够利用与p型非晶质半导体层11p进行欧姆接触的金属材料而形成。作为这种金属材料，能够使用钛(Ti)或钨(W)等。
此外，在第一实施方式的太阳能电池100的制造方法中，在将i型非晶质半导体层11i、p型非晶质半导体层11p和复合层R进行构图之后，从n型结晶硅衬底10n的背面上跨越到复合层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。
这样，由于在p型非晶质半导体层11p上形成复合层R，所以无需用掩膜等对i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n进行构图。因此，能够提升太阳能电池100的生产性。
[第二实施方式]
下面，参照附图，对第二实施方式的太阳能电池100进行说明。下面，主要对与上述第一实施方式不同的点进行说明。
(太阳能电池的构成)
图7为第二实施方式的太阳能电池100的放大剖面图。如图7所示，太阳能电池100具有半导体层S。
半导体层S夹插于复合层R和i型非晶质半导体层12i之间。半导体层S具有与n型非晶质半导体层12n相同的导电类型。因此，在由n型结晶硅衬底10n、i型非晶质半导体层11i和p型非晶质半导体层11p形成的n(i)p接合的背面侧，由半导体层S、i型非晶质半导体层12i和n型非晶质半导体层12n形成n(i)n接合。
这样，即便在n(i)p接合的背面侧上形成n(i)n接合，由于i型非晶质半导体层12i的厚度极薄，所以作为对载流子的阻挡层的作用极小。从而，载流子经由n型非晶质半导体层12n从p侧电极20p取出。
而且，在复合层R的导电类型与非晶质半导体层12n相同的情况下，由于能够使用相同的原料气体形成复合层R、半导体层S和非晶质半导体层12n，所以能够抑制制造成本的增加。
其他实施方式
本发明虽然通过上述的实施方式进行了记载，但是不应该理解为成为该公开的一部分的论述和附图限制本发明的内容。从该公开内容，本领域技术人员会明白各种各样的代替实施方式、实施例和运用技术。
例如，在上述的实施方式中，作为太阳能电池100的衬底，使用了n型结晶硅衬底10n，但并非限定于此。例如，太阳能电池100的衬底可以具有p型的导电类型。此外，太阳能电池100的衬底也可以由多晶Si、微晶Si等的结晶类半导体材料或由包含GaAs、InP等的化合物半导体材料的一般的半导体材料构成。
此外，在上述实施方式中，在n型结晶硅衬底10n的背面上形成p型非晶质半导体层11p，之后形成n型非晶质半导体层12n，但并非限定于此。例如，p型非晶质半导体层11p和n型非晶质半导体层12n的形成顺序也可以颠倒。即，在n型结晶硅衬底10n的背面上形成n型非晶质半导体层12n，之后形成p型非晶质半导体层11p。
此外，在上述实施方式中没有特别涉及，但在使用p型衬底的情况下，优选p型非晶质半导体层11p和n型非晶质半导体层12n与上述实施方式相反地形成。即，p型非晶质半导体层11p形成为覆盖i型非晶质半导体层12i。在此情况下，通常由于p型非晶质半导体比n型非晶质半导体电阻大，因此更加能够抑制p侧电极20p和n侧电极20n之间发生漏电。
此外，在上述实施方式中，虽然i型非晶质半导体层11i和i型非晶质半导体层12i设定为不积极导入杂质地形成，但是也可以含有微量的掺杂剂。
此外，在上述实施方式中没有特别涉及，但在n型结晶硅衬底10n的背面上，也可以不形成i型非晶质半导体层13i。此时，能够进一步减少n型结晶硅衬底10n的背面侧的电阻。
此外，在上述实施方式中，p型非晶质半导体层11p和n型非晶质半导体层12n设定为由非晶质半导体构成，但也可以由非晶质半导体碳化物或微晶硅构成。
此外，在上述实施方式中，复合层R设定为具有一层结构，但并非限定于此。复合层R也可以还具有能保持与p型非晶质半导体层11p的欧姆接触性的其他层。
此外，在上述实施方式中，p型非晶质半导体层11p设定为具有一层结构，但并非限定于此。p型非晶质半导体层11p也可以还具有能保持与复合层R的欧姆接触性的其他层。
而且，日本国专利申请第2009-44431号(2009年2月26日申请)的全部内容，通过参照而编入本申请说明书中。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的太阳能电池由于能够提供能提升太阳能电池特性的背面耦合型的太阳能电池，因而在太阳能电池的制造领域有实效。
符号说明
10：太阳能电池
10n：n型结晶硅衬底
11i：i型非晶质半导体层
11p：p型非晶质半导体层
111p：衬底侧区域
112p：复合层侧区域
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
R：复合层
S：半导体层
100：太阳能电池
Claims (8)
1.一种太阳能电池，其特征在于，具备：
半导体衬底；
形成于所述半导体衬底的一主面上的第一区域上，且具有第一导电类型的第一半导体层；和
形成于所述半导体衬底的所述一主面上的第二区域上，且具有第二导电类型的第二半导体层，
所述第二半导体层从所述第二区域上跨越到所述第一半导体层上而形成，
所述太阳能电池在所述第一区域上，具有插入所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的复合层。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，具备：
在所述第一区域上，形成于所述第一半导体层上的第一电极；和
在所述第二区域上，形成于所述第二半导体层上的第二电极，
所述第一电极经由所述复合层与所述第一半导体层连接。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述复合层由与所述第二半导体层相同的半导体构成，
所述复合层中含有的掺杂剂量多于所述第二半导体层中含有的掺杂剂量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：
所述复合层由与所述第一半导体层相同的半导体构成，
所述复合层中含有的掺杂剂量多于所述第一半导体层中含有的掺杂剂量。
5.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述复合层由微晶硅构成。
6.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述复合层由金属构成。
7.如权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第二导电类型为p型。
8.如权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：
含有第三半导体层，其插入所述复合层与所述第二半导体层之间，具有所述第二导电类型。
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