CN102576745A - 太阳能电池的电极形成方法、太阳能电池的制造方法、太阳能电池 - Google Patents

太阳能电池的电极形成方法、太阳能电池的制造方法、太阳能电池 Download PDF

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Abstract

一种在半导体基板的电极形成面形成电极的太阳能电池的电极形成方法,包括:第1工序,在所述电极形成面的电极形成区域涂敷包含成为电极的导体的树脂;第2工序,使形成了使所述电极的图案大致反转得到的反转图案的图案转印部件与所述电极形成面相对,并且使所述图案转印部件对位到所述电极形成面中的所述电极的形成位置;第3工序,通过将所述图案转印部件按压到所述电极形成面而将所述电极的图案转印到包含所述导体的树脂;第4工序,使所述图案转印部件从包含所述导体的树脂分离;以及第5工序,将转印到包含所述导体的树脂的所述电极的图案进行烧成从而在半导体基板的电极形成面形成所述电极。

Description

太阳能电池的电极形成方法、太阳能电池的制造方法、太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池的电极形成方法、太阳能电池的制造方法、太阳能电池,特别是涉及形成线宽(line width)细且厚度厚的电极的太阳能电池的电极形成方法、太阳能电池的制造方法、太阳能电池。
背景技术
以往,作为太阳能电池的受光面侧电极的形成中的代表性的方法,存在使用了丝网印刷法的方法。在使用了该丝网印刷法的方法中,使用具有期望的图案的透过部的印刷掩模版(丝网版(screen plate)),将印刷膏(print paste)印刷到硅基板的规定的位置,并在焙烧炉中进行高温处理,从而形成受光面侧电极。
具体而言,首先在印刷版框(printing plate frame)上布置被称为丝网网眼(screen mesh)的编织成网状的不锈钢线,并向四周拉伸并拉紧来固定。接下来,在丝网网眼上制作版膜来堵住所需的画线(透过部的图案)以外的网眼而形成丝网版。然后,将制作出的丝网版设置到丝网印刷机。另外,对位到该丝网版来配置硅基板。
接下来,在丝网版上载置印刷膏并在透过部的图案上摊开。接下来,一边对丝网版的内侧的版膜进行加压一边使被称为涂刷器的橡胶状的板进行移动。由此,使印刷膏透过没有形成版膜的部分的丝网网眼(透过部的图案)而押出到在丝网版之下配置的硅基板上并紧贴从而形成期望的图案。之后,印刷膏经过干燥后被烧成(baking)。由此,形成期望的图案的受光面侧电极。这样,通过使用印刷版能够容易地形成电极的图案,所以当前这个方法被最广泛地使用。通过使用了这样的丝网印刷法的方法而形成的图案的尺寸的代表性的数值是线宽为100μm~200μm、厚度为10μm~20μm程度。
另一方面,相对于今后预见的硅太阳能电池的急速普及,担心硅原料不足。作为其对策,通过提高太阳能电池的发电效率,由此即使是与以往相同的量的原料也可以产生大的电力,降低太阳能电池的平均发电量的单价并增加生产数量。在硅太阳能电池中使用的基板的尺寸中有标准的规格,当前一般使用156mm×156mm,提高该每个基板的发电效率这关联到太阳能电池的发电效率的提高。
作为提高发电效率的方法之一,例如有如下方法:较大地确保基板上的对发电有贡献的实质性的受光面的面积,使从1个基板得到的电流的量增加。一般,在太阳能电池中,受光面积越大,所产生的电流量越增加。另一方面,在太阳能电池中,需要用于使所产生的电流集中地流动的电极。如果不使用特别的方法,则需要在受光面侧设置该电极。因此,该电极成为遮挡受光面的障碍物。因此,即使是使在基板中产生的电流流动的电极,也需要使遮挡受光面的部分形成为最小限度的面积,并使在受光面中对发电有贡献的区域的面积最大限度地大,使所得到的电流成为最大限度。
在通过以往的丝网印刷法来形成线宽细的栅电极的情况下,丝网网眼容易被印刷膏堵塞,如果想要防止该网眼堵塞则不得不减小印刷厚度。其结果,栅电极的剖面面积减少而使栅电极自身的电阻增加,所以无法将在基板中得到的大的电流关联到发电效率的增加,无法提高太阳能电池的输出特性。
另外,在以往的丝网印刷法中,需要使墨水膏(ink paste)透过丝网网眼,为了确保其流动性,在一次的印刷中使电极的纵横比(电极厚/电极宽)为0.3以上是极其困难的。因此,虽然近年来能够通过丝网印刷法来形成例如线宽为80μm的电极,但不得不使纵横比成为小于0.3的值例如0.25左右,无法同时实现电极的细线化和高纵横比。在电极的纵横比是0.3以下的情况下,由于电极的厚度降低而导致断线概率的上升、由于电极剖面面积减少而导致电极电阻的增加等,无法发挥作为电极的作用。
因此,为了形成厚度厚的电极图案而需要多次重叠印刷,需要改善丝网版的印刷膏脱落性并且使用能够进行多次重叠印刷的印刷膏。即,为了使用丝网印刷法同时实现栅电极的线宽的细线化和厚度的厚膜化,需要能够进行多次重叠印刷的墨水膏,并且需要抑制其流动性而且改善从丝网版的版脱落性。另外,在该方法中,印刷工艺变得复杂,导致使用材料增加、价格上升、以及所需时间增加,制造成本会大幅增加。另外,即使运用该方法,根据从设置于丝网版的画线部分押出墨水膏来形成图案的方法的特性,电极的剖面成为半圆锥体并且底部宽阔的形状,遮挡受光面的面积变大。这导致光电变换效率降低。
另外,为了形成具有满足期望特性的厚度且线宽细的栅电极,需要充分熟知丝网印刷机及其印刷条件、丝网版及其方法以及丝网印刷用印刷膏等的复杂且密切相关的特性,并构筑适合于它们的工艺条件。但是,实际情况是为了制造太阳能电池而购买由装置厂商、材料厂商在市面销售的产品来进行制造,并未伴随上述工艺条件,无法形成期望的形状的栅电极。即,在利用丝网印刷法进行的电极形成中有限制。
另一方面,作为形成规定的电极图案的方法,有利用了图案转印的方法。作为图案转印,以往公知IC、LSI的制造中的光刻法,但近年来,伴随制造工艺的简化、低成本化,尝试使凹版原版抵接到基板的方法。例如,在专利文献1中,记载了利用光硬化型纳米印记来简单并且经济性良好地进行高精度的图案转印的方法。
专利文献1:日本特开2007-165400号公报
专利文献2:日本特开2008-34686号公报
专利文献3:日本特开2008-141103号公报
发明内容
但是,在使用以往的光刻法的方法以及专利文献1中记载的方法中,进行图案形成的对象都是抗蚀剂材料。即,针对本来想要进行图案形成的金属材料,将图案形成后的抗蚀图案用于掩模,通过蚀刻等方法来进行图案形成,最后去除抗蚀剂,从而得到期望的形状的金属材料。这样必须使用复杂的工艺的理由在于,即使使凹版原版抵接到金属材料本身也无法进行图案的转印。因此,需要如上所述那样使用抗蚀剂材料向金属材料间接地转印图案的复杂的工艺。
另外,例如在专利文献2中记载了为了对薄膜太阳能电池中的透明电极的表面附加微米量级的凹凸而按压原版的方法。但是,该技术并非是转印线状的导体图案的技术,而是在已经存在的电极表面形成凹凸作为纹理构造的技术,无法通过这个方法来形成电极自身。
另外,在专利文献3中,记载了为了对有机物半导体层的表面附加微米量级的凹凸而按压原版的方法。但是,与专利文献2的情况同样地,无法通过这个方法来形成太阳能电池的电极。
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于得到一种能够高效、简便并且廉价地进行电极形成的太阳能电池的电极形成方法、太阳能电池的制造方法、太阳能电池。
为了解决上述课题并达到目的,本发明的太阳能电池的电极形成方法的特征在于,是在半导体基板的电极形成面形成电极的太阳能电池的电极形成方法,包括:第1工序,在所述电极形成面的电极形成区域涂敷包含成为电极的导体的树脂;第2工序,使形成了使所述电极的图案大致反转得到的反转图案的图案转印部件与所述电极形成面相对,并且使所述图案转印部件对位到所述电极形成面中的所述电极的形成位置;第3工序,通过将所述图案转印部件按压到所述电极形成面而将所述电极的图案转印到包含所述导体的树脂;第4工序,使所述图案转印部件从包含所述导体的树脂分离;以及第5工序,将转印到包含所述导体的树脂的所述电极的图案进行烧成从而在半导体基板的电极形成面形成所述电极。
根据本发明,具有如下效果:能够通过针对电极材料的一次的图案转印而直接得到期望的形状,通过简单的工艺,高成品率、廉价地得到细线并且厚膜的电极。
附图说明
图1-1是示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的概要结构的剖面图。
图1-2是示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的概要结构的俯视图。
图1-3是示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的概要结构的仰视图。
图2-1是用于说明本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造工序的剖面图。
图2-2是用于说明本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造工序的剖面图。
图2-3是用于说明本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造工序的剖面图。
图2-4是用于说明本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造工序的剖面图。
图2-5是用于说明本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造工序的剖面图。
图2-6是用于说明本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造工序的剖面图。
图2-7是用于说明本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造工序的剖面图。
图3-1是用于说明本发明的实施方式1的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
图3-2是用于说明本发明的实施方式1的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
图3-3是用于说明本发明的实施方式1的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
图3-4是用于说明本发明的实施方式1的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
图3-5是用于说明本发明的实施方式1的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
图4是示出电极的形成条件中的电极线宽与电极厚度的相关的特性图。
图5是说明本发明的实施方式1的太阳能电池的形成方法中的受光面侧电极的倾斜角的剖面图。
图6-1是用于说明本发明的实施方式2的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
图6-2是用于说明本发明的实施方式2的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
图6-3是用于说明本发明的实施方式2的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
图6-4是用于说明本发明的实施方式2的受光面侧电极的形成方法的剖面图。
附图标记说明
1:太阳能电池单元;11:半导体基板;11a:p型多晶硅基板;13:p型多晶硅层;15:n型杂质扩散层;17:反射防止膜;19:受光面侧电极;19a:热可塑性树脂;19b:光硬化性树脂;21:背面侧电极;21a:背面侧电极材料膏;23:表面镀银栅电极;25:表面镀银汇流电极;31:加热载置台;32:凹版原版;33:冷却载置台;θ:倾斜角。
具体实施方式
以下,根据附图,详细说明本发明的太阳能电池的电极形成方法、太阳能电池的制造方法、太阳能电池的实施方式。另外,本发明不限于以下的记述,能够在不脱落本发明的宗旨的范围内适当进行变更。另外,在以下所示的附图中,为易于理解,各部件的比例尺有时与实际不同。在各附图之间也是同样的。
实施方式1.
图1-1~图1-3是示出通过本实施方式的太阳能电池的制造方法来制作的太阳能电池单元1的概要结构的图,图1-1是太阳能电池单元1的剖面图,图1-2是从受光面侧观察的太阳能电池单元1的俯视图,图1-3是从与受光面相反的一侧观察的太阳能电池单元1的仰视图。图1-1是图1-2的A-A方向上的剖面图。
太阳能电池单元1如图1-1~图1-3所示那样,具备:具有pn结的半导体基板11,该半导体基板11是具有光电变换功能的太阳能电池基板;反射防止膜17,形成于半导体基板11的受光面侧的面(前表面),防止受光面中的入射光的反射;作为第1电极的受光面侧电极19,在半导体基板11的受光面侧的面(前表面)被反射防止膜17包围而形成;以及作为第2电极的背面侧电极21,形成于半导体基板11的与受光面相反一侧的面(背面)。
半导体基板11具有p型(第1导电类型)多晶硅层13和与该p型多晶硅层13的表面的导电类型相反的n型(第2导电类型)杂质扩散层15,通过它们构成了pn结。作为受光面侧电极19,包括太阳能电池单元的表面镀银栅电极23以及表面镀银汇流电极25。为了集中由半导体基板11发电的电而在受光面处局部地设置有表面镀银栅电极23。为了取出由表面镀银栅电极23集中的电,与表面镀银栅电极23大致正交地设置有表面镀银汇流电极25。另外,背面侧电极21形成于半导体基板11的背面的整个面。
在这样构成的太阳能电池单元1中,如果阳光从太阳能电池单元1的受光面侧照射到半导体基板11的pn结面(p型多晶硅层13与n型杂质扩散层15的接合面),则生成空穴和电子。由于pn结部的电场,所生成的电子朝向n型杂质扩散层15进行移动,空穴朝向p型多晶硅层13移动。由此,在n型杂质扩散层15中电子过剩,在p型多晶硅层13中空穴过剩,其结果,产生光电动势。该光电动势按照使pn结向正向偏置的朝向产生,与n型杂质扩散层15连接的受光面侧电极19成为负极,与p型多晶硅层13连接的背面侧电极21成为正极,电流向未图示的外部回路流动。
在如上所述构成的实施方式1的太阳能电池单元1中,成为表面镀银栅电极23的线宽是40μm、厚度是40μm左右(纵横比:1)的细线并且厚膜的细线电极,并且侧壁被大致垂直地设置,尽可能降低了遮挡受光面的面积。由此,在实施方式1的太阳能电池单元1中,将半导体基板11中的对发电有贡献的实质性的受光面的面积进行扩大从而较大地确保对发电有贡献的实质性的受光面的面积,使从太阳能电池单元1得到的电流的量增加,提高了输出特性。
另外,关于表面镀银栅电极23,由于不仅线宽细而且厚度也形成得厚,所以确保了较大的剖面面积。由此,防止由于表面镀银栅电极23的线宽变细而导致表面镀银栅电极23自身的电阻增加,能够将发电得到的电流关联到发电效率的增加,提高输出特性。
因此,在实施方式1的太阳能电池单元1中,具备细宽并且厚膜的表面镀银栅电极23作为受光面侧电极19,由此较大地确保受光面积,实现了光电变换效率优良的太阳能电池单元。
接下来,参照图2-1~图4,说明这样的太阳能电池单元1的制造方法的一个例子。图2-1~图2-7是用于说明实施方式1的太阳能电池单元1的制造工序的剖面图。
首先,作为半导体基板,准备例如面向民用太阳能电池最广泛使用的p型多晶硅基板(以下,称为p型多晶硅基板11a)(图2-1)。
p型多晶硅基板11a是用线锯对将所溶融的硅进行冷却固化而形成的铸锭(ingot)进行切片来制造的,所以在表面残留有切片时的损伤。因此,首先,兼带着该损伤层的去除,将p型多晶硅基板11a浸渍到酸或者加热后的碱溶液中、例如氢氧化钠水溶液而对表面进行蚀刻,从而去除在切出硅基板时产生并存在于p型多晶硅基板11a的表面附近的损伤区域。
另外,也可以与损伤的去除同时或者接着损伤的去除,在p型多晶硅基板11a的受光面侧的表面形成微小凹凸作为纹理构造(未图示)。通过在p型多晶硅基板11a的受光面侧设置这样的纹理构造,在太阳能电池单元1的表面侧产生光的多重反射,能够使半导体基板11的内部高效地吸收入射到太阳能电池单元1的光,能够有效地降低反射率来提高变换效率。
另外,本发明是涉及电极形成的发明,所以对于纹理构造的形成方法、形状没有特别限制。例如,也可以使用如下方法等中的任意方法:采用含有异丙醇的碱水溶液或主要利用氢氟酸、硝酸的混合液形成的酸蚀刻的方法;在p型多晶硅基板11a的表面形成部分地设置了开口的掩模材料而通过隔着该掩模材料的蚀刻在p型多晶硅基板11a的表面得到蜂窝构造、逆金字塔构造的方法;或者使用了反应性气体蚀刻(RIE:Reactive Ion Etching(活性离子蚀刻))的方法。
接下来,将该p型多晶硅基板11a投入到热氧化炉,在作为n型的杂质的磷(P)的环境下进行加热。通过该工序使磷(P)扩散到p型多晶硅基板11a的表面,形成n型杂质扩散层15而形成半导体pn结(图2-2)。在本实施方式中,通过在三氯氧化磷(POCl3)气体环境中以例如800℃~850℃的温度对p型多晶硅基板11a进行加热,形成n型杂质扩散层15。
此处,在刚刚形成n型杂质扩散层15之后的表面形成有以玻璃为主成分的磷玻璃层,所以使用氢氟酸溶液等来去除该磷玻璃层。
接下来,在形成了n型杂质扩散层15的p型多晶硅基板11a的受光面侧,为了改善光电变换效率,例如形成氮化硅膜(SiN膜)作为反射防止膜17(图2-3)。在反射防止膜17的形成中,例如使用等离子体CVD法,利用硅烷与氨的混合气体来形成氮化硅膜作为反射防止膜17。将反射防止膜17的膜厚以及折射率设定为最能抑制光反射的值。另外,也可以层叠折射率不同的2层以上的膜作为反射防止膜17。另外,在反射防止膜17的形成中,也可以使用溅射法等不同的成膜方法。另外,也可以形成硅氧化膜作为反射防止膜17。
接下来,去除通过磷(P)的扩散而在p型多晶硅基板11a的背面形成的n型杂质扩散层15。由此,得到利用作为第1导电类型层的p型多晶硅层13和在该p型多晶硅层13的受光面侧形成的作为第2导电类型层的n型杂质扩散层15构成了pn结的半导体基板11(图2-4)。
关于在p型多晶硅基板11a的背面形成的n型杂质扩散层15的去除,例如使用单面蚀刻装置来进行。或者,也可以使用将反射防止膜17用作掩模材料、并使p型多晶硅基板11a的整体浸渍到蚀刻液中的方法。关于蚀刻液,使用将氢氧化钠、氢氧化钾等碱水溶液加热到室温~95℃、优选为50℃~70℃的溶液。另外,也可以使用硝酸与氢氟酸的混合水溶液作为蚀刻液。
接下来,在反射防止膜17上形成受光面侧电极19(烧成前)、即表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25的图案(烧成前)(图2-5)。此处,在本实施方式中,如下那样通过转印来形成受光面侧电极19的图案。以下,参照图3-1~图3-5,说明使用了图案转印的受光面侧电极19的形成方法。图3-1~图3-5是用于说明通过图案的转印实现的实施方式1的受光面侧电极19的形成方法的剖面图。
首先,在半导体基板11的反射防止膜17上涂敷包括导体的热可塑性树脂19a,其中,该热可塑性树脂19a是受光面侧电极19的电极材料(图3-1)。向反射防止膜17上涂覆热可塑性树脂19a的涂敷方法没有特别限定,只要能够在反射防止膜17上以期望的形态涂覆热可塑性树脂19a,就能够使用各种方法。例如,也可以使用胶版印刷、丝网印刷等方法。另外,通过在反射防止膜17上仅在受光面侧电极19的形成区域中涂敷热可塑性树脂19a,能够减少使用材料。但是,在反射防止膜17上仅在受光面侧电极19的形成区域中选择性地涂敷热可塑性树脂19a的情况下,需要在与受光面侧电极19的形成位置相应的区域中涂覆热可塑性树脂19a。
能够使用例如银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、银-钯(Ag-Pd)、铟-锡(In-Sn)等金属材料作为热可塑性树脂19a中含有的导体。另外,能够使用例如聚乙烯类、聚丙烯类、聚苯乙烯类、聚碳酸酯类等许多的热可塑性树脂作为热可塑性树脂19a中使用的树脂。另外,在至少包括受光面侧电极19的形状、即长条状的细线且厚膜的表面镀银栅电极23的形状和与该图案大致正交的带状的表面镀银汇流电极25的形状的区域中涂覆热可塑性树脂19a。
接下来,将涂覆了热可塑性树脂19a的半导体基板11以涂覆了热可塑性树脂19a的面为上侧而载置到加热载置台31上。然后,凿该状态下通过加热载置台31对半导体基板11实施加热处理(图3-2)。热可塑性树脂19a通过该加热处理而软化。之后,在半导体基板11的温度上升到规定的温度(热可塑性树脂19a的软化温度以上的温度)而使热可塑性树脂19a软化之后,使作为图案转印部件的凹版原版32与半导体基板中的电极形成面(热可塑性树脂19a)相对并且使作为图案转印部件的凹版原版32对位到电极形成面(热可塑性树脂19a)中的受光面侧电极19的形成位置,进而使凹版原版32抵接到热可塑性树脂19a(图3-3)。此时,通过均匀地按压凹版原版32的面内方向的全部区域,从而利用该凹版原版32均匀地按压半导体基板11的受光面整体。
此处,在凹版原版32中,预先形成有受光面侧电极19的图案大致反转了的反转图案、即表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25的图案大致反转了的反转图案。另外,使凹版原版32抵接到热可塑性树脂19a的压力(按压力)由压力传感器等来测定,并保持为规定的压力。此处,使用含有银的树脂作为包含导体的热可塑性树脂19a的情况下的按压力优选为例如0.1Mpa~1Mpa的压力。其理由如下所述。即,在按压力小于0.1Mpa的情况下,图案模糊,或者线形状的直线性会损失。另一方面,在按压力大于1Mpa的情况下,有时图案的纵横比不一致或半导体基板破损。
接下来,将半导体基板11载置到冷却载置台33上进行冷却(图3-4)。然后,在半导体基板11的温度下降到规定的温度而使热可塑性树脂19a固化之后,从热可塑性树脂19a剥离凹版原版32。由此,受光面侧电极19的图案、即表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25的图案被转印到热可塑性树脂19a(图3-5)。即,表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25作为受光面侧电极19而形成在反射防止膜17上(烧成前)。
这样,预先准备形成有受光面侧电极19的图案大致反转了的反转图案、即让表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25的图案大致反转了的反转图案的凹版原版32,并将该凹版原版32中形成的反转图案转印到热可塑性树脂19a,由此,在向半导体基板11直接制造受光面侧电极19的制造工序中,以往那样的受光面侧电极材料膏的印刷工序被图案转印工序取代而变得不需要,也不需要与印刷工序相伴所需的受光面侧电极材料膏的干燥工序。另外,由于利用凹版原版32均匀地按压半导体基板11的受光面整体,所以抑制半导体基板11产生破裂、缺口,能够提高成品率。
之后,将涂覆了热可塑性树脂19a的作为接下来的处理对象的半导体基板11载置到加热载置台31上,反复进行上述处理。
在形成了受光面侧电极19(烧成前)之后,在半导体基板11的背面侧的整个面,丝网印刷作为背面侧电极21的电极材料的包含铝(Al)、玻璃等的背面侧电极材料膏21a,并在例如100℃~300℃下进行干燥(图2-6)。
然后,例如在700℃~1000℃下对半导体基板11进行烧成,从而形成受光面侧电极19以及背面侧电极21(图2-7)。另外,受光面侧电极19中的银贯通反射防止膜17,使n型杂质扩散层15和受光面侧电极19电连接。
通过实施以上那样的工序,能够制作图1-1~图1-3所示的实施方式1的太阳能电池单元1。另外,也可以在受光面侧和背面侧调换向半导体基板11配置作为电极材料的膏的顺序。
根据上述实施方式1的太阳能电池的形成方法,能够形成电极尺寸为微米量级~几十微米量级、尺寸精度为微米量级的电极。根据这样的实施方式1的太阳能电池的形成方法,例如能够形成线宽为10μm~90μm、电极厚为10μm~90μm、且纵横比(电极厚/电极宽)为0.35~1的表面镀银栅电极23。即,相比于通过使用了以往的丝网印刷法的方法来形成的电极尺寸的线宽为100μm~200μm、厚度为10μm~20μm程度,能够形成大幅实现了细线化以及厚膜化的表面镀银栅电极23。另外,电极厚以及纵横比(电极厚/电极宽)根据所设计的电极的线宽,其合适值不同。
另外,在使用含有银的树脂作为包含导体的热可塑性树脂19a的情况下,表面镀银栅电极23的电极宽优选为40μm~80μm。此处,表面镀银栅电极23的电极宽优选为40μm~80μm的理由如下那样。在本实施方式的太阳能电池的形成方法中,如上所述,能够形成线宽为10μm~90μm、电极厚为10μm~90μm、且纵横比(电极厚/电极宽)为0.35~1的电极。
但是,在使用含有银的树脂作为包含导体的热可塑性树脂19a的情况下,如果电极的剖面面积小于某个固定的值,则电极的电阻值增加对太阳能电池的特性造成影响的程度。因此,在实施方式1的太阳能电池的形成方法中,能够形成满足上述条件的形状的电极,但在使用包含银的树脂作为包含导体的热可塑性树脂19a的情况下,表面镀银栅电极23的电极宽优选为40μm~80μm。
另外,在实施方式1的太阳能电池的形成方法中,还能够实现超过1的纵横比(电极厚/电极宽),但作为电极构造是过剩规格。特别是在电极的线宽为50μm以下那样的极细线宽的情况下,所形成的电极的坍塌、电极与下层的附着强度降低的发生概率上升,无法发挥作为电极的作用。
另一方面,在实施方式1的太阳能电池的形成方法中,还能够实现小于0.35的纵横比(电极厚/电极宽)。但是,虽然根据所设计的线宽而所需的纵横比不同,但在纵横比(电极厚/电极宽)小于0.35的情况下,电极的剖面面积降低而使电极自身的电阻增加,所以无法将在基板中得到的大的电流关联到发电效率的增加,无法提高太阳能电池的输出特性。特别是在电极的纵横比(电极厚/电极宽)为0.3以下的情况下,由于电极的厚度降低而导致断线概率上升、由于电极剖面面积减少而导致电极电阻增加等,无法发挥作为电极的作用。
因此,根据功能的观点,电极的纵横比(电极厚/电极宽)优选为0.35~1的范围。如果电极的纵横比(电极厚/电极宽)在该范围内,则不会发生电极的断线,电极自身的电阻值也稳定为其材料本来具有的值,所形成的电极的坍塌、电极与下层的附着强度降低的发生概率也不会上升。
图4是示出电极的形成条件中的电极线宽与电极厚度的相关的特性图。首先,能够合适地发挥作为电极的功能的最大的纵横比是1。因此,在图4中,比表示纵横比为1的线α靠下部的区域(包括线α)成为优选的区域。另外,如上所述,电极必须保持某个固定的值以下的电阻值。因此,比表示纵横比为0.35的线β靠上部的区域(包括线β)成为优选的区域。另外,电极必须确保某个固定的面积以上的剖面面积,所以比将电极厚与电极宽的值进行相乘而得到的值为1000μm2的线γ靠上部的区域(包括线γ)是作为电极形状而推荐的区域。另外,在使用包含银的树脂作为包含导体的热可塑性树脂19a的情况下,根据上述理由,表面镀银栅电极23的电极宽优选为40μm~80μm。因此,图4中的区域δγ是作为电极形成条件最优选的区域。具体而言,能够举出例如线宽为40μm、厚度为40μm(纵横比:1)、线宽为80μm、厚度为30μm(纵横比:0.375)等的条件。
另一方面,在实施方式1的太阳能电池的形成方法中,如图5所示,沿着电极的长度方向的侧壁与半导体基板11(反射防止膜17)所成的角度(以下,称为倾斜角)θ是60度~90度。通过将倾斜角设为60度~90度,电极的剖面形状成为与不会底部宽阔、而侧壁直立的形状近似的形状,能够防止由于电极的剖面形状而导致遮挡受光面的面积变大且光电变换效率降低,提高了光电变换效率。图5是说明在实施方式1的太阳能电池的形成方法中形成的受光面侧电极19的倾斜角的剖面图。
在以往的丝网印刷法中,由于墨水膏的流动性、与丝网版的相互作用,电极剖面的端部成为底部宽阔的形状,在大部分情况下,其角度小于30度。当确认该情况下的电极的剖面时,尽管底部宽阔的部分在线宽中所占的比例最大为40%左右,但该部分在剖面面积中所占的比例还不到20%。
即,在以往的丝网印刷法中,在形成本来作为电极发挥作用的厚度厚的部位的同时,会形成仅成为受光面的遮蔽物的部位。在该状态下对电极进行了细线化的情况下,不得不使纵横比(电极厚/电极宽)比以往更小,导致电极厚度降低、电极电阻增加,难以充分发挥作为电极的功能。相对于此,在实施方式1的太阳能电池的形成方法中,通过将倾斜角设为60度~90度,从而不会产生这些问题。
另外,在实施方式1的太阳能电池的形成方法中,倾斜角的上限是90度。电极的理想的剖面形状是电极线宽与电极厚度的比率为1∶1即纵横比为1的正方形,但根据使用材料的特性,无法形成其以上的角度。假设能够以其以上的倾斜角来形成电极(在该情况下倾斜角会过大),则也会与纵横比(电极厚/电极宽)超过1的情况同样地,导致所形成的电极坍塌、电极与下层的附着强度降低,难以充分发挥作为电极的功能。
在以上那样的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法中,能够以70μm的线宽来形成具有与以往相等的剖面面积的细线电极。在使用了以往的丝网印刷的电极的形成方法中,在保持良好的纵横比的同时进行细线化的情况下,需要120μm左右的电极线宽。即,在实施方式1的太阳能电池单元的制造方法中,能够在受光面中较大地确保对发电有贡献的受光区域的面积。其结果,在利用实施方式1的太阳能电池单元的制造方法来形成的太阳能电池单元1中,相比于使用丝网印刷来形成电极的具有该构造的太阳能电池单元,受光面积扩大2.2%,由此每个单位面积的电流值提高0.7mA,每个太阳能电池单元的变换效率提高0.5%。
如上所述,在实施方式1的太阳能电池单元的制造方法中,向在半导体基板11的反射防止膜17上涂敷的热可塑性树脂19a按压凹版原版32而将受光面侧电极19的图案转印到热可塑性树脂19a,从而形成受光面侧电极19的图案。即,在半导体基板11的反射防止膜17上直接形成受光面侧电极19的图案。
通过采用这样的该方法,在向半导体基板11直接制造受光面侧电极19的制造工序中,以往那样的受光面侧电极材料膏的印刷工序被图案转印工序取代而变得不需要,也不需要与印刷工序相伴所需的受光面侧电极材料膏的干燥工序。另外,由于利用凹版原版32均匀地按压半导体基板11的受光面整体,所以没有如丝网印刷那样的一边进行加压的移动工序,抑制半导体基板11发生破裂、缺口,能够提高成品率。另外,通过采用这样的方法,即使在表面不平滑的基板上,也能够形成不模糊的垂直的电极图案。
另外,在实施方式1的太阳能电池单元的制造方法中,能够在纵横比为0.35~1、倾斜角为60度~90度的范围中形成电极,所以能够低成本并且高精度地制造与以往相比线宽更细并且厚度更厚的电极。即,所形成的受光面侧电极19的图案不会像使用了丝网印刷的情况那样使电极的剖面成为半圆锥体且底部宽阔的形状。由此,能够防止由于电极的剖面形状而导致遮挡受光面的面积变大且光电变换效率降低,提高了光电变换效率。
另外,由于能够在倾斜角为60度~90度的范围中形成电极,所以与以往相比能够以更细的线宽制作具有与以往相等的剖面面积的电极。即,能够缩小用于形成具有相同的剖面面积的电极所需的底面面积(受光面上的面积),能够相应地扩大在受光面中对发电有贡献的受光区域的面积。由此,在实施方式1的太阳能电池单元的制造方法中,能够较大地确保在受光面中对发电有贡献的受光区域的面积,能够提高每个太阳能电池单元的光电变换效率,制作光电变换效率优良的太阳能电池单元。
另外,在实施方式1的太阳能电池单元的制造方法中使用的凹版原版32虽然无法永久使用,但耐用次数远远超过丝网印刷中使用的丝网版,所以能够实现低成本化。另外,关于所制造的电极图案的尺寸精度,在凹版原版32的开始使用时和使用结束后几乎没有差别,所以不会由于凹版原版32的使用次数而使电极图案的尺寸精度有偏差,能够制作高精度的电极。
因此,根据实施方式1的太阳能电池单元的制造方法,不会像以往方法那样伴随着间接的图案形成,而能够通过针对电极材料的一次的图案转印从而直接得到期望的形状,所以不需要以往那样的复杂的工艺,能够通过简单的工艺,高成品率、廉价地制作细线并且厚膜的电极。
实施方式2.
在实施方式2中,说明在实施方式1中说明的太阳能电池单元的制造方法的变形例。另外,实施方式2的太阳能电池单元的制造方法的基本的工艺与实施方式1的情况相同,因此以下参照图6-1~图6-4来说明实施方式2的太阳能电池单元的制造方法中的受光面侧电极19的形成方法。图6-1~图6-4是用于示意性地说明利用图案转印的实施方式2的受光面侧电极19的形成方法的剖面图。
首先,如实施方式1中的图2-4所示,在半导体基板11上形成反射防止膜17。接下来,将包含导体的光硬化性树脂19b涂覆到半导体基板11的反射防止膜17上,其中,该光硬化性树脂19b是受光面侧电极19的电极材料(图6-1)。向反射防止膜17上涂覆光硬化性树脂19b的涂敷方法没有特别限定,只要能够在反射防止膜17上以期望的形态涂覆光硬化性树脂19b,就可以使用各种方法。例如,也可以使用胶版印刷、丝网印刷等方法。另外,在反射防止膜17上仅在受光面侧电极19的形成区域中涂敷光硬化性树脂19b,从而能够减少使用材料。但是,在反射防止膜17上仅在受光面侧电极19的形成区域中选择性地涂敷光硬化性树脂19b的情况下,需要在与受光面侧电极19的形成位置相应的区域中涂覆光硬化性树脂19b。
能够使用例如银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、银-钯(Ag-Pd)、铟-锡(In-Sn)等金属材料,作为光硬化性树脂19b中含有的导体。另外,能够使用例如环氧类、丙烯酸类、酰亚胺类、硅类等光硬化性树脂,作为光硬化性树脂19b中使用的树脂。另外,在至少包括受光面侧电极19的形状、即长条状的细线并且厚膜的表面镀银栅电极23的形状和与该图案大致正交的带状的表面镀银汇流电极25的形状的区域中涂敷光硬化性树脂19b。
接下来,以涂覆了光硬化性树脂19b的面为上侧,将涂覆了光硬化性树脂19b的半导体基板11载置在载置台41上(图6-2)。然后,使凹版原版32与半导体基板中的电极形成面(光硬化性树脂19b)相对并且使凹版原版32对位到电极形成面(光硬化性树脂19b)中的受光面侧电极19的形成位置,使凹版原版32抵接到光硬化性树脂19b(图6-3)。此时,通过均匀地按压凹版原版32的面内方向的整个区域,从而利用该凹版原版32来均匀地按压半导体基板11的受光面整体。而且,在该状态下,隔着该凹版原版32对光硬化性树脂19b照射紫外线(图6-3)。
此处,在凹版原版32中,预先形成了受光面侧电极19的图案大致反转了的反转图案、即表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25的图案大致反转了的反转图案。另外,凹版原版32由针对紫外线的透过率高的材料构成。另外,使凹版原版32抵接到光硬化性树脂19b的压力由压力传感器等来测定,且该压力被保持为规定的压力。此处,使用包含银的树脂来作为包含导体的光硬化性树脂19b的情况下的按压力优选为例如0.1Mpa~1Mpa的压力。其理由如下所述。即,在按压力小于0.1Mpa的情况下,图案模糊,或者线形状的直线性损失。另一方面,在按压力大于1Mpa的情况下,有时图案的纵横比不一致或者半导体基板会破损。
然后,在照射规定时间的紫外线而使光硬化性树脂19b固化之后,从光硬化性树脂19b剥离凹版原版32。由此,受光面侧电极19的图案、即表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25的图案被转印到光硬化性树脂19b(图6-4)。即,表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25作为受光面侧电极19而被形成在反射防止膜17上(烧成前)(图2-5)。
这样,预先准备形成有使受光面侧电极19的图案大致反转了的反转图案、即让表面镀银栅电极23和表面镀银汇流电极25的图案大致反转了的反转图案的凹版原版32,并将形成于该凹版原版32的反转图案转印到光硬化性树脂19b,从而在向半导体基板11直接制造受光面侧电极19的制造工序中,以往那样的受光面侧电极材料膏的印刷工序被图案转印工序取代从而变得不需要,也不需要与印刷工序相伴所需的受光面侧电极材料膏的干燥工序。另外,由于利用凹版原版32均匀地按压半导体基板11的受光面整体,所以抑制半导体基板11产生破裂、缺口,能够提高成品率。
之后,将涂覆了光硬化性树脂19b的作为接下来的处理对象的半导体基板11载置到载置台41上,反复进行上述处理。以后,通过实施实施方式1中的图2-6、图2-7所示的工序,能够制作太阳能电池单元1。
根据上述实施方式2的太阳能电池的形成方法,与实施方式1的情况同样地,能够形成电极尺寸为微米量级~几十微米量级、尺寸精度为微米量级的电极。根据这样的实施方式2的太阳能电池的形成方法,例如能够形成线宽为10μm~90μm、电极厚为10μm~90μm、并且纵横比(电极厚/电极宽)为0.35~1的表面镀银栅电极23。即,与通过使用了以往的丝网印刷法的方法来形成的电极尺寸即线宽为100μm~200μm、厚度为10μm~20μm程度相比,能够形成大幅地实现了细线化以及厚膜化的表面镀银栅电极23。另外,电极厚以及纵横比(电极厚/电极宽)根据所设计的电极的线宽,其合适值不同。
另外,在使用包含银的树脂作为包含导体的光硬化性树脂19b的情况下,表面镀银栅电极23的电极宽优选为40μm~80μm。此处,表面镀银栅电极23的电极宽优选为40μm~80μm的理由如下所述。在本实施方式的太阳能电池的形成方法中,如上所述,能够形成线宽为10μm~90μm、电极厚为10μm~90μm、并且纵横比(电极厚/电极宽)为0.35~1的电极。
但是,在使用包含银的树脂作为包含导体的光硬化性树脂19b的情况下,当电极的剖面面积低于某个固定的值时,电极的电阻值增加对太阳能电池的特性造成影响的程度。因此,在实施方式2的太阳能电池的形成方法中能够形成满足上述条件的形状的电极,但在使用含有银的树脂作为包含导体的光硬化性树脂19b的情况下,表面镀银栅电极23的电极宽优选为40μm~80μm。
另外,在实施方式2的太阳能电池的形成方法中,虽然还能够实现超过1的纵横比(电极厚/电极宽),但作为电极构造是过剩规格。特别是在电极的线宽为50μm以下那样的极细线宽的情况下,所形成的电极的坍塌、电极与下层的附着强度降低的发生概率上升,无法发挥作为电极的作用。
另一方面,在实施方式2的太阳能电池的形成方法中,还能够实现小于0.35的纵横比(电极厚/电极宽)。但是,根据所设计的线宽,所需的纵横比会不同,但在纵横比(电极厚/电极宽)小于0.35的情况下,电极的剖面面积降低而使电极自身的电阻增加,所以无法将在基板中得到的大的电流关联到发电效率的增加,无法提高太阳能电池的输出特性。特别是在电极的纵横比(电极厚/电极宽)为0.3以下的情况下,由于电极的厚度降低而导致断线概率上升、由于电极剖面面积减少而导致电极电阻增加等,无法发挥作为电极的作用。
因此,根据功能的观点,电极的纵横比(电极厚/电极宽)优选为0.35~1的范围。如果电极的纵横比(电极厚/电极宽)在该范围内,则不会发生电极的断线,电极自身的电阻值也稳定为其材料本来具有的值,所形成的电极的坍塌、电极与下层的附着强度降低的发生概率也不会上升。
另外,在实施方式2的太阳能电池的形成方法中,也如图5所示,倾斜角θ是60度~90度。通过将倾斜角设为60度~90度,电极的剖面形状成为与不会底部宽阔、而侧壁直立的形状近似的形状,能够防止由于电极的剖面形状而导致遮挡受光面的面积变大且光电变换效率降低,提高了光电变换效率。另外,在实施方式2的太阳能电池的形成方法中,倾斜角的上限也是90度。
如上所述,在实施方式2的太阳能电池单元的制造方法中,通过向在半导体基板11的反射防止膜17上涂敷的光硬化性树脂19b按压凹版原版32而将受光面侧电极19的图案转印到光硬化性树脂19b,,从而形成受光面侧电极19的图案。即,在半导体基板11的反射防止膜17上直接形成受光面侧电极19的图案。
通过采用这样的方法,与实施方式1的情况同样地,在向半导体基板11直接制造受光面侧电极19的制造工序中,以往那样的受光面侧电极材料膏的印刷工序被图案转印工序取代而变得不需要,也不需要与印刷工序相伴所需的受光面侧电极材料膏的干燥工序。另外,由于利用凹版原版32均匀地按压半导体基板11的受光面整体,所以无需丝网印刷那样的一边进行加压的移动工序,能够抑制半导体基板11产生破裂、缺口,提高成品率。另外,通过采用这样的方法,即使在表面不平滑的基板上,也能够形成不模糊的垂直的电极图案。
另外,在实施方式2的太阳能电池单元的制造方法中,与实施方式1的情况同样地,能够在纵横比为0.35~1、倾斜角为60度~90度的范围内形成电极,所以与以往相比,能够低成本并且高精度地制造线宽更细并且厚度更厚的电极。即,所形成的受光面侧电极19的图案不会像使用了丝网印刷的情况那样使电极的剖面成为半圆锥体且底部宽阔的形状。由此,能够防止由于电极的剖面形状而导致遮挡受光面的面积变大且光电变换效率降低,提高了光电变换效率。
另外,由于能够在倾斜角为60度~90度的范围内形成电极,所以与以往相比,能够以更细的线宽来制作具有与以往相等的剖面面积的电极。即,能够缩小用于形成具有相同的剖面面积的电极所需的底面面积(受光面上的面积),能够相应地扩大在受光面中对发电有贡献的受光区域的面积。由此,在实施方式2的太阳能电池单元的制造方法中,能够与实施方式1的情况同样地,较大地确保在受光面中对发电有贡献的受光区域的面积,能够提高每个太阳能电池单元的光电变换效率,能够制作光电变换效率优良的太阳能电池单元。
另外,在实施方式2的太阳能电池单元的制造方法中使用的凹版原版32虽然无法永久使用,但耐用次数远远超过丝网印刷中使用的丝网版,所以能够实现低成本化。另外,关于所制造的电极图案的尺寸精度,在凹版原版32的开始使用时和使用结束后几乎没有差别,所以不会由于凹版原版32的使用次数而使电极图案的尺寸精度产生偏差,能够制作高精度的电极。
因此,根据实施方式2的太阳能电池单元的制造方法,不会像以往方法那样伴随着间接的图案形成,而能够通过针对电极材料的一次的图案转印直接得到期望的形状,所以不需要以往那样的复杂的工艺,能够通过简单的工艺,高成品率、廉价地制作细线并且厚膜的电极。
另外,根据实施方式2的太阳能电池单元的制造方法,与实施方式1的情况相比,能够用更小的力使凹版原版32抵接,无需加热而能够形成图案,所以形成后的电极中的应力的影响小也可以,所以能够形成质量更好的电极。进而,在实施方式2的太阳能电池单元的制造方法中,凹版原版32使用透明的类型,所以具有与半导体基板11的对位也容易这样的优点。
另外,在上述实施方式中说明的方法中,说明了在任何情况下都独立地处理单独的半导体基板11的方法。但是,通过准备能够载置并搬运多个半导体基板11的载置台和与搬运的半导体基板11对应的多个凹版原版32,能够连续处理上述一系列的图案转印工序。例如,通过设置带状的载置台31、33、41和带状的多个凹版原版32,能够连续处理上述一系列的图案转印工序。作为这样的载置台,还能够使用例如往返梭状的载置台。另外,也可以针对搬运多个半导体基板11的载置台组合1个凹版原版32。
产业上的可利用性
如上所述,本发明的太阳能电池的电极形成方法适用于简便并且廉价地形成具有微细的图案的太阳能电池的电极的情况。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的电极形成方法,其特征在于,是在半导体基板的电极形成面形成电极的太阳能电池的电极形成方法,包括:
第1工序,在所述电极形成面的电极形成区域涂敷包含成为电极的导体的树脂;
第2工序,使形成了使所述电极的图案大致反转得到的反转图案的图案转印部件与所述电极形成面相对,并且使所述图案转印部件对位到所述电极形成面中的所述电极的形成位置;
第3工序,通过将所述图案转印部件按压到所述电极形成面而将所述电极的图案转印到包含所述导体的树脂;
第4工序,使所述图案转印部件从包含所述导体的树脂分离;以及
第5工序,将转印到包含所述导体的树脂的所述电极的图案进行烧成从而在半导体基板的电极形成面形成所述电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极形成方法,其特征在于,
包含所述导体的树脂仅被涂覆到所述电极形成面中的电极形成区域。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极形成方法,其特征在于,
在所述第1工序中,使用热可塑性树脂作为包含所述导体的树脂,
在所述第3工序中,在对包含所述导体的树脂进行加热而使其软化之后,将所述图案转印部件按压到所述电极形成面。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极形成方法,其特征在于,
在所述第1工序中,使用光硬化树脂作为包含所述导体的树脂,
在所述第2工序中,使用由具有光透过性的材料构成的所述所述图案转印部件,
在所述第3工序中,在将所述图案转印部件按压到所述电极形成面的状态下,通过所述图案转印部件而将光照射到包含所述导体的树脂。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极形成方法,其特征在于,
在所述第3工序中,均匀地按压所述电极形成面的全部区域。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极形成方法,其特征在于,
在所述第3工序中,以0.1Mpa~1Mpa的压力来按压所述图案转印部件。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极形成方法,其特征在于,
通过对多个所述半导体基板执行所述第1工序,形成多个在所述电极形成面的电极形成区域涂敷了包含成为所述电极的导体的树脂的所述半导体基板,
针对实施了所述第1工序的多个半导体基板,连续地处理所述第2工序至所述第4工序。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池的电极形成方法,其特征在于,
在所述电极中,电极宽是10μm~90μm,电极厚是10μm~90μm,纵横比即电极厚/电极宽是0.35~1,并且沿着所述电极的长度方向的侧壁与所述半导体基板所成的倾斜角度是60度~90度。
9.一种太阳能电池的制造方法,其特征在于,包括:
第1工序,在第1导电类型的半导体基板的一面侧,形成使第2导电类型的杂质元素扩散了的杂质扩散层;
第2工序,在所述杂质扩散层上形成反射防止膜;
第3工序,在所述反射防止膜上涂敷包含成为受光面侧电极的导体的树脂;
第4工序,使形成了使所述受光面侧电极的图案大致反转得到的反转图案的图案转印部件与所述半导体基板的一面侧相对,并且使所述图案转印部件对位到所述半导体基板的一面侧中的所述受光面侧电极的形成位置;
第5工序,通过将所述图案转印部件按压到所述半导体基板的一面侧而将所述受光面侧电极的图案转印到包含所述导体的树脂;
第6工序,使所述图案转印部件从包含所述导体的树脂分离;
第7工序,在所述半导体基板的另一面侧,利用电极材料来配置背面侧电极的图案;以及
第8工序,对所述受光面侧电极的图案以及背面侧电极的图案进行烧成来形成所述受光面电极和所述背面侧电极,其中,所述受光面电极贯通所述反射防止膜而与所述杂质扩散层电连接。
10.一种太阳能电池,其特征在于,具备:
半导体基板,具有PN结;
反射防止膜,形成于所述半导体基板的受光面侧;
受光面侧电极,形成于所述半导体基板的受光面侧;以及
背面侧电极,形成于所述半导体基板的与受光面相反侧的面,
其中,所述受光面侧电极具有细线电极,在该细线电极中,电极宽是10μm~90μm,电极厚是10μm~90μm,纵横比即电极厚/电极宽是0.35~1,并且沿着所述受光面侧电极的长度方向的侧壁与所述半导体基板所成的倾斜角度是60度~90度。
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