CN103430319B - 太阳能电池元件及太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减少了少数载流子的复合且开路电压高并且输出特性优异的太阳能电池元件及太阳能电池模块。太阳能电池元件的特征在于，具有p型半导体层位于最上方的多晶硅基板和配置于所述p型半导体层上的氧化铝层，该氧化铝层主要为非晶态物质。另外，太阳能电池模块的特征在于，具有一个以上的上述太阳能电池元件。

Description

太阳能电池元件及太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及太阳能电池元件及具有该太阳能电池元件的太阳能电池模块。
背景技术
在具有硅基板的太阳能电池元件中，为了减少少数载流子的复合而在硅基板的表面设置有钝化膜。作为该钝化膜，使用由氧化硅或氧化铝等构成的氧化膜、或由氮化硅膜等构成的氮化膜被作了研究(例如，参照日本特开2009-164544号公报)。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在以往的太阳能电池元件中，存在有助于发电效率的改善不充分的情况。因此，期望与以往相比减少少数载流子的复合而更加提高输出特性的太阳能电池元件及具有该太阳能电池元件的太阳能电池模块。
用于解决课题的手段
在此，本发明的一方式涉及的太阳能电池元件的特征在于，具有：p型半导体层位于最上方的多晶硅基板；配置于所述p型半导体层上的氧化铝层，该氧化铝层主要为非晶态物质。
进而，本发明的一方式涉及的太阳能电池模块的特征在于，具有上述太阳能电池元件。
发明效果
根据上述的太阳能电池元件及太阳能电池模块，能够提供一种开路电压高、输出特性优异的太阳能电池元件及太阳能电池模块。
附图说明
图1是从第一面侧观察的本发明的一方式涉及的太阳能电池元件的一例的俯视示意图。
图2是从第二面侧观察的本发明的一方式涉及的太阳能电池元件的一例的俯视示意图。
图3是表示本发明的一方式涉及的太阳能电池元件的一例的示意图，是在图1的A-A线剖切的剖视图。
图4是表示本发明的一方式涉及的太阳能电池元件的一例的示意图，是在图1的A-A线剖切的剖视图。
图5是表示本发明的一方式涉及的太阳能电池元件的一例的示意图，(a)、(b)分别是从第二面侧观察的本发明的一方式涉及的太阳能电池元件的一例的俯视图。
图6是说明本发明的一方式涉及的太阳能电池模块的一例的示意图，(a)是太阳能电池模块的局部截面放大图，(b)是从第一面侧观察太阳能电池模块的俯视图。
图7是示意性地说明本发明的一方式涉及的太阳能电池模块的一例的局部截面放大图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一方式涉及的太阳能电池元件及具有该太阳能电池元件的太阳能电池模块进行详细说明。需要说明的是，在附图中，对具有相同的结构及功能的部分标注相同符号，且省略重复的说明。另外，附图是示意性表示的图，各结构的尺寸及位置关系等不一定正确。
<太阳能电池元件的基本结构>
在图1～图3中表示本发明的一方式涉及的太阳能电池元件10的整体或其一部分。如图1～图3所示那样，太阳能电池元件10具有作为光入射的受光面(图3的上表面)的第一面10a和相当于该第一面10a的背面的作为非受光面(图3的下表面)的第二面10b。另外，太阳能电池元件10具有板状的多晶硅基板的半导体基板1。
如图3所示那样，半导体基板1具有作为一导电型的半导体层的第一半导体层(p型半导体层)2和设置于该第一半导体层2的第一面侧10a侧的作为反向导电型的半导体层的第二半导体层3。并且，在第一半导体层2上配置有主要为非晶态物质的氧化铝层的钝化层8。
如此，太阳能电池元件10具有：第一半导体层2位于最上方的多晶硅基板的半导体基板1；配置于第一半导体层2上的、主要包括非晶质的氧化铝的钝化层8。
<太阳能电池元件的具体例>
下面，对本发明的一方式涉及的太阳能电池元件的具体例进行说明。如图3所示那样，在太阳能电池元件10中，在第一面10a侧的半导体基板1(第一半导体层2及第二半导体层3)上配置有防反射层5及第一电极6，在第一半导体层2的第二面10b侧配置有第三半导体层4及钝化层8，进而在它们之上配置有第二电极7。
如上述那样，半导体基板1为多晶硅基板，具有第一半导体层2和设置于该第一半导体层2的第一面10a侧的、与第一半导体层2相反的导电型的第二半导体层3。
如上述那样，作为第一半导体层2能够使用呈p型的多晶硅基板。第一半导体层2的厚度例如能够设为250μm以下，进一步设为150μm以下。第一半导体层2的形状并不特别限定，但从制法的观点出发，可以设为俯视四边形状。在使第一半导体层2呈p型的情况下，作为掺杂元素，例如能够使用硼或镓。
第二半导体层3为在本实施方式中与第一半导体层2形成pn结的半导体层。第二半导体层3为与第一半导体层2相反的导电型即呈n型的层，设置于第一半导体层2的第一面10a侧。在第一半导体层2呈p型导电型的硅基板中，例如通过使磷等杂质向硅基板的第一面10a侧扩散而形成第二半导体层3。
如图3所示那样，在成为半导体基板1的受光面侧的第一主面1c侧设置有第一凹凸形状1a。该第一凹凸形状1a的凸部的高度为0.1～10μm，凸部的宽度为0.1～20μm左右。第一凹凸形状1a的形状不限于图3所示那样在截面中成为拐角的角锥形状，例如也可以为凹部为大致球面状的凹凸形状。
需要说明的是，上述的“凸部的高度”是指将通过凹部的底面的线设为基准线，与该基准线垂直的方向的、自该基准线至凸部的顶面的距离。另外，上述的“凸部的宽度”是指与所述基准线平行的方向的、邻接的凸部的顶面间的距离。
防反射层5为用于使光的吸收改善的层，形成于半导体基板1的第一面10a侧。更加具体而言，防反射层5配置于第二半导体层3的第一面10a侧。另外，防反射层5例如用氮化硅膜、氧化钛膜、氧化硅膜、氧化镁膜、氧化铟锡膜、氧化锡膜或氧化锌膜等形成。防反射层5的厚度能够根据材料适宜选择，只要采用对适当的入射光能够实现无反射条件的厚度即可。例如，能够将防反射层5的折射率设为1.8～2.3左右，将厚度设为 左右。另外，在防反射层5由氮化硅膜构成的情况下，也能够具有钝化效果。
钝化层8形成于半导体基板1的第二面10b侧。钝化层8由主要包含非晶质的氧化铝的层构成。根据上述结构，能够得到开路电压高、输出特性优异的太阳能电池元件。这可以推测为：不仅由于表面钝化效果，而且通过采用使用氢形成的非晶质的氧化铝层，氧化铝中所含有的很多氢容易向半导体基板中扩散，而悬空键被氢所终止，因此能够减少了表面复合。另外，非晶质的氧化铝层具有负的固定电荷，所以在p型半导体基板的界面，界面附近的能带向少数载流子减少的方向弯曲，所以能够进一步减少少数载流子的表面复合。
需要说明的是，在此，“氧化铝层8主要为非晶态物质”是指氧化铝层8的结晶度为不足50％。结晶度例如能够通过TEM(TransmissionElectronMicroscope：透射电子显微镜)观察而求出观察区域中的结晶质所占的比例。
钝化层8的厚度例如能够设为左右。
另外，氧化铝层8具有第一区域81和与该第一区域81相比离开半导体基板1的第二区域82。并且，第一区域81的结晶度可以比第二区域82的结晶度小。即，可以将第二区域82的结晶度形成得比第一区域81的结晶度大。如此，通过将结晶度更高的第二区域82设置于容易因大气中的水分等受到劣化的第一区域81的外侧，则能够保护第一区域81，从而能够维持作为钝化层8的性能。
另外，第一区域81与第二区域82相比结晶度低，所以显示使用以体积比计46％氢氟酸：水为1∶1000的氢氟酸溶液进行蚀刻时的蚀刻速度也变快的特征。需要说明的是，此时，显示氧化铝层8的蚀刻速度为3nm/分钟以上的特征。
另外，第二区域82具有通过结晶化而负的固定电荷变得比第一区域81小的特征。由此，为了得到输出特征优异的太阳能电池元件，能够将第二区域82的厚度设为氧化铝层8整体的厚度的一半以下。
进而，在氧化铝层8中，也可以为，随着离开半导体基板1而结晶度逐渐或阶段性地变大。在该情况下，能够缓和氧化铝层8内的应力的集中。
另外，在太阳能电池元件10中，可以在第一半导体层2和氧化铝层8之间存在有氧化硅层9。由此，通过终止半导体基板1的第二面10b侧表面的悬空键，能够减少少数载流子的表面复合。进而，与在硅基板上直接设置氧化铝层的情况相比，能够减少由于硅结合状态的影响而产生的氧化铝层的结合状态的无序。由此，能够在界面中形成缺陷少的高品质的氧化铝层8。因此，氧化铝层8的钝化效果提高，从而能够得到输出特性优异的太阳能电池元件。需要说明的是，作为氧化硅层9，例如能够采用在半导体基板1的表面极薄地形成的左右的厚度的氧化硅膜。
另外，可以将钝化膜8的方块电阻值ρs设为20～80Ω/□。由此，钝化膜8的负的固定电荷大，所以在界面，界面附近的能带向少数载流子减少的方向弯曲，其结果是，能够进一步减少表面复合，从而能够得到输出特性更加优异的太阳能电池元件。
需要说明的是，钝化膜8的方块电阻值ρs例如能够用四端钮接法测定。更加具体而言，例如钝化膜8的方块电阻值ρs能够设为用测量探针接触形成于半导体基板1的钝化膜8的中央和拐角部的合计5点进行测定而得到的值的平均值。
另外，如图4所示那样，作为另一实施方式，可以在半导体基板1中的相当于第一主面1c的背面的第二主面1d侧也设置第二凹凸形状1b。在该情况下，能够将半导体基板1的第二主面1d侧的第二凹凸形状1b的凸部间的平均距离d2形成得比第一主面1c侧的第一凹凸形状1a的凸部间的平均距离d1大。在此，凸部间的距离d1、d2是指分别平均了任意选择的例如3个部位以上的凸部间的距离的值。
如此，通过更大地形成半导体基板1的第二主面1d侧的第二凹凸形状1b的凸部间的平均距离d2，能够使透射过半导体基板1的光向半导体基板1反射的光量增加。另外，通过半导体基板1的第二主面1d侧的表面积比第一主面1c侧的表面积小，能够进一步减少少数载流子的表面复合。其结果是，能够得到输出特性更加优异的太阳能电池元件。
另外，在使用多晶硅基板作为半导体基板1的情况下，第二区域82的厚度具有容易变厚的倾向，但通过控制表面的污垢、气体吸附量、处理温度等，能够将第二区域82的厚度设为氧化铝层8整体的厚度的一半以下。这样的氧化铝层8能够得到充分的负的固定电荷而作为钝化层发挥作用，因此能够得到输出特性优异的多晶硅太阳能电池元件。
进而，如以下所示那样，本实施方式的氧化铝层8能够在多晶硅基板中具有优异的钝化效果。结晶质的氧化铝具有与生长界面垂直生长的倾向。因此，在采用多晶硅基板那样的具有不同晶界及结晶方位的晶粒的基板的情况下，氧化铝的生长界面容易受到基板表面的晶粒的晶界及结晶方位的影响，存在氧化铝的生长界面容易具有随机的方向的倾向。然而，本实施方式的氧化铝层8主要由非晶质构成，因此能够减少受到多晶硅基板的表面的晶粒的晶界及结晶方位的影响向随机的方向生长而开始生长的晶粒彼此干涉在干涉面产生缺陷的情况。其结果是，该氧化铝层8具有优异的钝化效果。
第三半导体层4形成于半导体基板1的第二面10b侧，呈与第一半导体层2相同的导电型即p型。并且，第三半导体层4所含有的掺杂剂的浓度比第一半导体层2所含有的掺杂剂的浓度高。即，在第三半导体层4中具有以比为了在第一半导体层2中呈一导电型而掺杂的掺杂元素的浓度高的浓度掺杂的掺杂元素。这样的第三半导体层4具有在半导体基板1的第二面10b的附近抑制由于少数载流子的复合而引起转换效率降低的作用，为在半导体基板1的第二面10b侧形成内部电场的半导体层。第三半导体层4例如能够通过使硼或铝等掺杂元素向半导体基板1的第二面10b侧扩散而形成。此时，能够将第三半导体层4所含有的掺杂元素的浓度设为1×1018～5×1021atoms/cm3左右。优选第三半导体层4形成于后述的第二电极7与半导体基板1的接触部分。
第一电极6为设置于半导体基板1的第一面10a侧的电极，如图1所示那样，具有第一输出取出电极6a和多个线状的第一集电电极6b。第一输出取出电极6a的至少一部分与第一集电电极6b交叉而电连接。另一方面，第一集电电极6b为线状，在短边方向例如具有50～200μm左右的宽度。第一输出取出电极6a例如在短边方向具有1.3～2.5mm左右的宽度。并且，第一集电电极6b的短边方向的宽度比第一输出取出电极6a的短边方向的宽度小。另外，第一集电电极6b相互隔开1.5～3mm左右的间隔设置多个。这样的第一电极6的厚度为10～40μm左右。第一电极6例如通过用网板印刷等将以银为主成分的导电性膏剂涂敷成期望的形状后烧成而形成。
第二电极7为设置于半导体基板1的第二面10b侧的电极，例如具有与第一电极相同的方式，即如图2所示那样具有第二输出取出电极7a和多个线状的第二集电电极7b。第二输出取出电极7a的至少一部分与第二集电电极7b交叉而电连接。另一方面，第二集电电极7b为线状，在其短边方向例如具有50～300μm左右的宽度。第二输出取出电极7a例如在其短边方向具有1.3～3mm左右的宽度。并且，第二集电电极7b的短边方向的宽度比第二输出取出电极7a的短边方向的宽度小。另外，第二集电电极7b相互隔开1.5～3mm左右的间隔设置多个。这样的第二电极7的厚度为10～40μm左右。这样的第二电极7例如通过用网板印刷等将以银为主成分的导电性膏剂涂敷成期望的形状后烧成而形成。通过将第二电极7的短边方向的宽度形成为与第一电极6相比较宽，能够减少第二电极7的串联电阻，从而能够提高太阳能电池元件的输出特性。
需要说明的是，在本实施方式涉及的太阳能电池元件10中，可以在第一面10a侧及第二面10b侧的任一侧设置上述层以外的层。例如，在太阳能电池元件10中，可以在第二面10b侧的氧化铝层8上另外设置由晶态物质构成的氧化铝层。即，可以在氧化铝层8和第二电极7之间设置由晶态物质构成的氧化铝层。
<太阳能电池元件的制造方法>
下面，对太阳能电池元件10的制造方法的一例进行详细说明。
首先，对具有第一半导体层(p型半导体层)2的半导体基板1的基板准备工序进行说明。半导体基板1例如用现有的铸造法等形成。需要说明的是，在以下，对用呈p型的多晶硅基板作为半导体基板1的例子进行说明。
首先，例如用铸造法制作多晶硅的铸锭。接着，将该铸锭切片成例如250μm以下的厚度。之后，为了清洁半导体基板1的截断面的机械损坏层及污染层，可以用极微量的NaOH、KOH、氢氟酸或者硝酸氢氟酸等溶液对半导体基板1的表面进行蚀刻。
接着，在半导体基板1的第一主面1c上形成第一凹凸形状1a，在第二主面1d上形成第二凹凸形状1b。作为各凹凸形状的形成方法，能够采用使用了NaOH等碱性溶液或硝酸氢氟酸等酸性溶液的湿式蚀刻方法或使用了RIE(ReactiveIonEtching：反应离子刻蚀)等干式蚀刻方法形成凹凸形状。需要说明的是，此时通过在用湿式蚀刻方法在半导体基板1的至少第二主面侧1d侧形成第二凹凸形状1b后，用干式蚀刻方法在第一主面1c侧形成第一凹凸形状1a，如图4所示那样，能够将半导体基板1的第二主面1d侧的第二凹凸形状1b的凸部间的距离d2形成为比第一主面1c侧的第一凹凸形状1a的凸部间的距离d1大。
接着，对具有用上述工序形成的第一凹凸形状1a的半导体基板1的第一主面1c进行形成第二半导体层3的工序。具体而言，在具有第一凹凸形状1a的半导体基板1的第一面10a侧的表层内形成n型的第二半导体层3。
该第二半导体层3用将形成膏剂状态的P2O5涂敷于半导体基板1的表面且使其热扩散的涂敷热扩散法、或将形成气体状态的三氯氧磷(POCl3)作为扩散源的气相热扩散法等形成。该第二半导体层3以具有0.2～2μm左右的深度、40～200Ω/□左右的方块电阻值的方式形成。例如，在气相热扩散法中，在具有由POCl3等构成的扩散气体的气氛中且在600℃～800℃左右的温度中对半导体基板1进行5～30分钟左右热处理而将磷酸盐玻璃形成于半导体基板1的表面。之后，通过在氩或氮等惰性气体气氛中且在800℃～900℃左右的高温中对半导体基板1进行1O～40分钟左右热处理，磷从磷酸盐玻璃向半导体基板1扩散，从而在半导体基板1的第一面侧形成第二半导体层3。
接着，在上述第二半导体层3的形成工序中，在第二面10b侧也形成了第二半导体层3的情况下，仅将形成于第二面10b侧的第二半导体层3蚀刻除去。由此，使第二面10b侧露出p型导电型区域。例如，仅将半导体基板1的第二面10b侧浸渍于硝酸氢氟酸溶液而除去形成于第二面10b侧的第二半导体层3。之后，蚀刻除去在形成第二半导体层3时附着于半导体基板1的表面(第一面10a侧)的磷酸盐玻璃。
如此，通过使第一面10a侧残存磷酸盐玻璃而除去形成于第二面10b侧的第二半导体层3，由于磷酸盐玻璃而能够减少第一面10a侧的第二半导体层3被除去，或受到损坏。
另外，在上述第二半导体层3的形成工序中，也可以预先在第二面10b侧形成扩散掩膜，用气相热扩散法等形成第二半导体层3，接着除去扩散掩膜。用这样的工艺，也能够形成同样的结构，在该情况下，在上述的第二面10b侧不形成第二半导体层3，因此不需要除去第二面10b侧的第二半导体层3的工序。
需要说明的是，第二半导体层3的形成方法并不限定于上述方法，例如可以用薄膜技术形成n型的氢化非晶硅膜或包括微晶硅膜的结晶硅膜等。进而，也可以在第一半导体层2和第二半导体层3之间形成i型硅区域。
通过上述，能够准备在第一面10a侧配置作为n型半导体层的第二半导体层3、并且在表面形成了凹凸形状的、包括作为p型半导体层的第一半导体层2的半导体基板1。
接着，在半导体基板1的第一面10a侧，即第二半导体层3上形成防反射层5。防反射层5例如用PECVD(plasmaenhancedchemicalvapordeposition：等离子体化学气相生长)法、蒸镀法或溅射法等形成。例如，若为用PECVD法形成由氮化硅膜构成的防反射层5的情况，则通过用氮(N2)稀释硅烷(SiH4)和氨(NH3)的混合气体，并且用辉光放电分解使其等离子化而堆积，由此形成防反射层5。此时能够将成膜室内设为500℃左右。
接着，在半导体基板1的第二面10b侧形成由氧化铝构成的钝化膜(氧化铝层)8。钝化膜8例如用ALD(AtomicLayerDeposition：原子层生长)法形成。
ALD法例如为反复包括以下所示的工序1～工序4的工序的方法。
工序1：在成膜室内载置上述的半导体基板1，将基板温度加热至100～300℃。接着，将三甲基铝等铝原料和氩气、氮气等运载气体一同向半导体基板1上供给0.5秒钟，使半导体基板1的第二面10b侧吸附铝原料。
工序2：接着，通过用氮气净化成膜室内1.0秒钟而除去空间中的铝原料，并且除去吸附于第二面10b侧的铝原料中的、在原子层级吸附的成分以外的部分。
工序3：接着，将臭氧气等氧化剂向成膜室内供给4.0秒钟，除去作为铝原料的三甲基铝的作为烷基的CH3，并且使铝的悬空键氧化，在第二面10b侧形成氧化铝的原子层。
工序4：接着，通过用氮气净化成膜室内1.5秒钟而除去空间中的氧化剂，并且除去第二面10b侧的原子层级的氧化铝以外、例如非有助于反应的氧化剂等。
而且，通过反复包括上述工序1～工序4的工序，能够形成具有规定厚度的、主要由非晶态物质构成的氧化铝层8。另外，通过使在上述工序3中所用的氧化剂含有氢，则氧化铝层8容易含有氢，从而能够使氢钝化效果增大。需要说明的是，也可以在半导体基板1的侧面也形成由氧化铝层构成的钝化层8。
另外，通过在上述工序1～工序4中提高半导体基板1的温度，能够使氧化铝层8成为具有第一区域81和与该第一区域81相比离开半导体基板1的第二区域82的层，且将第一区域81的结晶度形成为比第二区域82的结晶度小。例如通过在第一区域81中将半导体基板1的温度设为100～200℃、且在在第二区域82中将半导体基板1的温度设为300℃附近而成膜，能够形成具有期望的结晶度的氧化铝层8。
另外，在进一步将包括上述工序1～工序4的成膜工序设为一个周期时，通过在每个周期中使半导体基板1的温度逐渐或阶段性地提高，则能够形成随着离开半导体基板1而结晶度逐渐或阶段性地变大的氧化铝层8。
接着，将第一电极6(第一输出取出电极6a、第一集电电极6b)和第二电极7(第一层7a、第二层7b)如以下那样形成。
首先，对第一电极6进行说明。第一电极6例如使用含有由银(Ag)等构成的金属粉末和有机载色剂及玻璃粉末的导电性膏剂而制作。通过将该导电性膏剂涂敷于半导体基板1的第一面10a侧后，在最高温度600～800℃烧成数十秒～数十分钟左右而形成第一电极6。作为导电性膏剂的涂敷法，能够使用网板印刷法等。可以在该涂敷后，在规定的温度下使溶剂蒸发干燥。需要说明的是，第一电极6具有第一输出取出电极6a和第一集电电极6b，但通过用网板印刷，能够将第一输出取出电极6a和第一集电电极6b在一个工序中形成。
接着，对第三半导体层4进行说明。首先，将含有玻璃粉末的铝膏剂在钝化膜8上直接涂敷于规定区域。之后，用进行最高温度为600～800℃的高温的热处理的烧透法使涂敷的膏剂成分突破钝化层8，而在半导体基板1的第二面10b侧形成第三半导体层4，在其上形成铝层(未图示)。作为该铝层的形成区域，例如在第二面10b中的形成第二电极7的区域内以200μm～1mm的间隔形成点状。需要说明的是，形成于第三半导体层4上的铝层可以在形成第二电极7之前除去，也能够直接作为第二电极7使用。
接着，对第二电极7进行说明。第二电极7例如使用含有由银(Ag)等构成的金属粉末和有机载色剂及玻璃粉末的导电性膏剂而制作。通过将该导电性膏剂涂敷于半导体基板1的第二面10b后，在最高温度500～700℃烧成数十秒～数十分钟左右而形成第二电极7。作为涂敷法，能够使用网板印刷法等。可以在该涂敷后，与第一电极6的形成的情况同样在规定的温度下使溶剂蒸发干燥。需要说明的是，与第一电极6的形成的情况同样，第二电极7即使具有第二输出取出电极7a和第二集电电极7b，其形成也能够通过用网板印刷将第二输出取出电极7a和第二集电电极7b在一个工序中形成。
需要说明的是，在上述中例示了用印刷·烧成法形成第一电极6及第二电极7的方式，但这些电极也能够用蒸镀法、溅射法等的薄膜形成方法或镀覆形成方法形成。
另外，在形成上述钝化层8的工序后的各工序中，能够将各工序的最高温度的热处理设为800℃以下。由此，使主要为非晶态物质的氧化铝层8的结晶度减少，从而能够在维持起因于上述氧化铝层8的非晶质性的特性的同时，使氢钝化效果增大。例如，在形成钝化层8的工序后的各工序中，只要将基于300～500℃的热处理的热史设为5～30分即可。尤其，如本实施方式那样在将多晶硅作为半导体基板使用的情况下，能够根据上述条件减少氧化铝层8的氧化铝的结晶化。
如以上那样，能够制作太阳能电池元件10。
<变形例>
本发明并不限定于上述方式，能够施加许多修正及变更。
例如，也可以在形成钝化层8之前形成第三半导体层4。在该情况下，只要在钝化层8的形成工序之前，将硼或铝向第二面10b的规定区域扩散即可。通过用将三溴化硼(BBr3)作为扩散源的热扩散法在温度800～1100℃左右加热半导体基板1使而硼扩散。另外，第三半导体层4例如可以采用用薄膜技术形成了p型的氢化非晶硅膜或包括微晶硅膜的结晶硅膜等的薄膜。进而，也可以在半导体基板1和第三半导体层4之间形成i型硅区域。
另外，形成防反射层5及钝化层8的顺序也可以与上述说明的顺序相反。
另外，可以在形成防反射层5及钝化层8之前清洗半导体基板1。作为清洗工序，例如能够用基于氢氟酸处理、RCA清洗(为美国RCA开发的清洗法，使用高温·高浓度的硫酸·过氧化氢水溶液、稀释氢氟酸(室温)、氨水·过氧化氢水溶液、或盐酸·过氧化氢水溶液等的清洗方法)及该清洗后的氢氟酸处理、或SPM(SulfuricAcid/HydrogenPeroxide/WaterMixture：硫酸-过氧化氢硫酸混合物)清洗及该清洗后的氢氟酸处理等清洗方法。
另外，可以在形成防反射层5及钝化层8之前形成氧化硅层9。该氧化硅层9可以通过用硝酸氧化法在氢氟酸处理等中除去形成于半导体基板1的自然氧化膜后用硝酸溶液或硝酸蒸汽处理半导体基板1，在半导体基板1的第二面10b侧形成作为具有左右的厚度的层。如此，通过在第二面10b侧形成较薄的氧化硅层9，能够进一步提高钝化效果。更加具体而言，通过将半导体基板1浸渍于浓度60质量％以上的加热的硝酸溶液内，或保持于将浓度60质量％以上的硝酸加热至沸腾而产生的硝酸蒸汽内，能够在半导体基板1的表面形成氧化硅膜9。需要说明的是，此时所用的硝酸溶液的温度例如能够设为100℃以上的温度且比沸点稍微低一点的温度。另外，关于该处理时间，只要以形成规定的厚度的氧化硅层9的方式适宜选择即可。硝酸氧化法与热氧化法相比处理温度非常低，且能够以湿式处理，所以通过在进行了清洗工序后接连实行硝酸氧化法，能够在减少了表面的污染的状态下形成钝化层8。因此，即使在使用了多晶硅基板1的情况下，也能够形成主要为非晶质的氧化铝层。
另外，第二电极7的形状不限于上述的格子状，如图5(a)所示那样，也可以除去第二集电电极7b的至少一部分，以分别分离的第二集电电极7b与第二输出取出电极7连接的方式形成。另外，如图5(b)所示那样，第二电极7也可以形成点状。在该情况下，可以用导电性薄片等将形成为点状的第二电极7连接。另外，作为此时的点状的第二电极7与导电性薄片的连接方法，能够使用导电性粘接剂或焊膏。另外，也可以将第二电极7形成于半导体基板1的大致整个面，在该情况下，利用第二电极7，能够使透过半导体基板1及钝化层8的光中的、再次向半导体基板1反射的光的量多。需要说明的是，此时，第二电极7能够使用银等反射率高的金属。
另外，在形成钝化层8的工序后的任意的工序中，通过用包含氢的气体进行退火处理，能够进一步使半导体基板1的背面(第二主面1d)的少数载流子的复合速度降低。
另外，在使用具有n型导电型的多晶硅基板作为半导体基板1而制作太阳能电池元件的情况下，第二半导体层3具有p型，因此通过在半导体基板1的第一面10a侧形成主要由非晶质的氧化铝层8构成的钝化层，能够期待上述的本实施方式的效果。
<太阳能电池模块>
参照图6(a)及图6(b)对本实施方式涉及的太阳能电池模块20进行详细说明。太阳能电池模块20具有一个以上上述的本实施方式的太阳能电池元件10。具体而言，在太阳能电池模块20中，多个上述太阳能电池元件10电连接。
在单独的太阳能电池元件10的电气输出小的情况下等，通过将多个太阳能电池元件10串联及并联连接而构成太阳能电池模块20。通过将多个该太阳能电池模块20组合，能够取出实用的电气输出。
如图6(a)所示那样，太阳能电池模块20例如主要具有玻璃等透明部件22、由透明的EVA等构成的表面填充剂24、多个太阳能电池元件10、连接该多个太阳能电池元件10的布线部件21、由EVA等构成的背面填充剂25、由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚偏氟乙烯树脂(PVF)等材料构成且为单层或层叠结构的背面保护件23。
邻接的太阳能电池元件10彼此通过用布线部件21连接一个太阳能电池元件10的第一电极6和另一个太阳能电池元件10的第二电极7而相互电串联连接。
作为布线部件21，例如能够使用用焊锡材料被覆厚度为0.1～0.2mm左右、宽度为2mm左右的铜箔的整个面的部件。
另外，在串联连接的多个太阳能电池元件10中，最初的太阳能电池元件10和最后的太阳能电池元件10的电极的一端分别通过输出取出布线26连接于作为输出取出部的端子箱27。另外，在图6(a)中省略了图示，但如图6(b)所示那样，太阳能电池模块20可以具有由铝等构成的框体28。
另外，在太阳能电池模块20中，如图7所示那样，通过在太阳能电池元件10的第二面10b侧进一步设置高反射率的反射薄片29，则能够实现高功能的背面反射结构。
本实施方式涉及的太阳能电池模块20具有太阳能电池元件10，其中，该太阳能电池元件10具有上述的钝化层，因此太阳能电池模块20输出特性优异。
以上，对本发明涉及的几个实施方式进行了例示，但本发明并不限定于上述的实施方式，只要不脱离本发明的要旨，可以为任意的方式。
实施例
在以下，对实施例进行说明。需要说明的是，太阳能电池元件的结构主要参照图3进行说明。
如以下那样制作实施例1～3的太阳能电池元件。首先，如以下那样准备了具有p型的第一半导体层2的半导体基板1。在用铸造法制作了掺杂了硼的多晶硅的铸锭后，用线状锯装置切片成规定形状的薄板。如此，准备了厚度大约为220μm、在俯视下呈一边长度为156mm的正方形且具有1.0Ω·cm的比电阻值的半导体基板1。
接着，用RIE法在半导体基板1的第一主面1c上将第一凹凸形状1a形成为凸部的高度大约为0.5μm、凸部的宽度大约为1μm、凸部间距离d1大约为1μm的凹凸形状。
接着，在半导体基板1的第一主面1c上形成了第二半导体层3。第二半导体层3用将形成气体状态的POCl3作为扩散源的气相热扩散法以具有厚度1μm左右、80Ω/□左右的方块电阻值的方式形成。
接着，用PECVD法在第二半导体层3上形成防反射层5。即，通过在成膜室内用N2稀释SiH4和NH3的混合气体，并且用辉光放电分解使其等离子化而堆积，由此形成防反射层5。此时能够将成膜室内的温度设为500℃左右。
接着，主要用ALD法在半导体基板1的第二主面1d侧形成了氧化铝层的钝化层8。
实施例1：在成膜室内载置上述半导体基板1，且将半导体基板1的表面温度加热至大约180℃。接着，将三甲基铝气体和由氮气构成的运载气体一同向半导体基板1上供给0.5秒钟，使半导体基板1的第二主面1d侧吸附铝原料(工序1)。接着，通过用氮气净化成膜室内1.0秒钟而除去空间中的铝原料，并且除去吸附于第二面10b侧的铝原料中的、在原子层级吸附的成分以外的部分(工序2)。接着，将臭氧气构成的氧化剂和由氮气构成的运载气体一同向成膜室内供给4.0秒钟，除去作为铝原料的三甲基铝的作为烷基的CH3，并且使铝的悬空键氧化，在第二主面1d侧形成了氧化铝的原子层(工序3)。接着，通过用氮气净化成膜室内1.5秒钟而除去空间中的氧化剂，并且除去第二主面1d侧的原子层级的氧化铝以外例如非有助于反应的氧化剂等(工序4)。并且，通过反复上述工序1～工序4，能够形成厚度30nm的、主要由非晶质构成的氧化铝层8。在此，用TEM观察确认了在氧化铝层8不存在结晶质。
实施例2：在与实施例1相同条件下形成了厚度20nm的、由非晶质构成的氧化铝层的第一区域81后，将基板温度设为280℃，在与上述实施例1相同条件下形成了厚度10nm的、由结晶质的氧化铝层的第二区域82。通过TEM观察，确认了在第二区域82存在80％的结晶质。
实施例3：在形成钝化层8之前，用硝酸氧化法形成氧化硅层9。该硝酸氧化法在进行氢氟酸处理而将形成于半导体基板1的自然氧化膜除去之后，将半导体基板1浸渍于浓度为68质量％的、加热至120℃的硝酸溶液内，而在半导体基板1的表面形成了厚度5nm的氧化硅层9。之后，用与实施例1相同方法形成了厚度30nm的钝化层8。另外，通过TEM观察，确认了在氧化铝层8中不存在结晶质。
比较例1：在与在实施例2中制作第二区域82时相同条件下形成了厚度30nm的结晶质的钝化层8。通过TEM观察，确认了在钝化层中存在80％的结晶质。
接着，如以下那样形成第一电极6(第一输出取出电极6a、第一集电电极6b)和第二电极7(第一层7a、第二层7b)。首先，形成了第一电极6。第一电极6例如通过使用含有由银(Ag)构成的金属粉末和有机载色剂及玻璃粉末的导电性膏剂，用网板印刷法涂敷于半导体基板1的第一面10a后在最高温度750℃烧成数十秒～数十分钟左右而形成。
第三半导体层4如以下那样形成。将含有玻璃粉末的铝膏剂在钝化膜8上直接涂敷于规定区域，用进行最高温度为750℃的高温的热处理的烧透法使涂敷的膏剂成分突破钝化层8，在半导体基板1的第二面10b侧形成第三半导体层4。接着，在其上形成了铝层。该铝层的形成区域例如在第二面10b中的形成第二电极7的区域内形成点状。
如以下那样形成第二电极7。第二电极7例如使用含有由银(Ag)构成的金属粉末和有机载色剂及玻璃粉末的导电性膏剂而制作。通过将该导电性膏剂涂敷于半导体基板1的第二面10b后在最高温度750℃烧成数十秒～数十分钟左右而形成第二电极7。作为涂敷法，使用了网板印刷法。
如以上那样，制作了实施例1～3及比较例1的太阳能电池元件10。
分别测定了这些太阳能电池元件的短路电流Isc、开路电压Voc、填充因子FF、光电转换效率。需要说明的是，这些特性的测定按照JISC8913，在AM(AirMass)1.5及100mW/cm2的光照射条件下进行了测定。
将该结果表示于表1
表1
如表1所示那样，确认了实施例1～3的太阳能电池元件均能够提供与比较例1相比短路电流Isc、开路电压Voc及光电转换效率的任一个均较高且输出特性优异的太阳能电池元件。另外，就实施例1、2的太阳能电池元件而言，确认了关于填充因子FF也较高的状况。另外，确认了实施例3的太阳能电池元件的转换效率为最高的状况。
另外，实施按照JISC8917的高温高湿试验，调查了该试验前后的光电转换效率的劣化的比例，确认了实施例2与实施例1、3相比劣化的比例最小，可靠性最高。
进而，在上述实施例1～3中，通过用基于硝酸氢氟酸的湿式蚀刻方法在半导体基板1的第二主面1d侧形成了第二凹凸形状1b后，用RIE法在半导体基板1的第一主面1c侧形成第一凹凸形状1a，从而制作第二主面1d侧的第二凹凸形状1b的凸部间的距离d2(约10μm)形成为比第一主面1c侧的第一凹凸形状1a的凸部间的距离d1(约1μm)大的太阳能电池元件，测定了上述太阳能电池的各特性，确认了与在第二主面1d侧未形成第二凹凸形状1b的太阳能电池元件相比成为较高的光电转换效率的状况。
符号说明
1-半导体基板(硅基板)
1a-第一凹凸形状
1b-第二凹凸形状
1c-第一主面
1d-第二主面
2-第一半导体层(p型半导体层)
3-第二半导体层(反向导电型半导体层)
4-第三半导体层
5-防反射层
6-第一电极
6a-第一输出取出电极
6b-第一集电电极
7-第二电极
7a-第一层
7b-第二层
8-钝化层(氧化铝层)
81-第一区域
82-第二区域
9-氧化硅层
10-太阳能电池元件
10a-第一面
10b-第二面
20-太阳能电池模块

Claims (6)

1.一种太阳能电池元件，具有：
p型半导体层位于最上方的多晶硅基板；
配置于所述p型半导体层上的氧化铝层，
该氧化铝层主要为非晶态物质，
该氧化铝层中的结晶质所占的比例即结晶度为不足50％，
该氧化铝层具有第一区域和与该第一区域相比离开所述硅基板的第二区域，
所述第一区域的结晶度比所述第二区域的结晶度小。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池元件，其中，
在所述氧化铝层中，随着离开所述硅基板而所述结晶度逐渐地或阶段性地变大。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池元件，其中，
在所述p型半导体层和所述氧化铝层之间存在有氧化硅层。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池元件，其中，
所述氧化铝层的方块电阻值ρs为20～80Ω/□。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池元件，其中，
所述硅基板具有第一主面和第二主面，所述第一主面具有第一凹凸形状，所述第二主面相当于该第一主面的背面，且所述第二主面配置有所述氧化铝层并且具有第二凹凸形状，
该第二主面的所述第二凹凸形状的凸部间的平均距离比所述第一主面的所述第一凹凸形状的凸部间的平均距离大。
6.一种太阳能电池模块，
具有权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池元件。
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