CN103460402A - 太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块 - Google Patents

太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

具备：第1导电型的半导体基板，形成有贯通孔；第2导电型的杂质扩散层，设置于所述半导体基板的一面侧；受光面电极，在所述半导体基板的一面侧与所述杂质扩散层电连接地设置；引出电极，经由所述贯通孔被引出到所述半导体基板的另一面侧而与所述受光面电极电连接地设置；以及背面电极，在所述半导体基板的另一面侧与所述半导体基板电连接，并且与所述引出电极电分离，其中，所述引出电极是在所述贯通孔的内部填充由单体金属形成的金属构件而构成的，经由导电性材料而与所述受光面电极电连接。

Description

太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块，特别是涉及一种经由通孔(贯通孔)将受光面电极引出至背面侧来配置的构造的太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块。
背景技术
以往，晶体系硅(Si)太阳能电池的构造一般是使用如下构件的构造：在形成有pn结的光电变换部上成膜的反射防止膜；形成于光电变换部的受光面侧的梳型的表面电极；以及形成于光电变换部的整个背面的背面电极。照射光在受光面侧被表面电极遮挡，因此，由表面电极覆盖的区域无助于发电。即，产生所谓的屏蔽损耗(shadow loss)。这种屏蔽损耗的比例将近10%。
通过减小电极面积能够减小屏蔽损耗。但是，由于电极的截面积减小而电极的电阻增加，因此表面电极的电阻损耗增加。电阻损耗的增加导致填充因子(FF)的降低，因此，仅通过简单地减小电极面积，无法提高变换效率。如果减小电极面积，则需要采取与此相应地使电极变厚、使电极材质本身的电阻率降低等的降低电阻损耗的对策。
作为解决这样矛盾的要求的一个方法，研究了经由通孔(贯通孔)将表面电极(或扩散层)配置于背面的构造的太阳能电池，被称为MWT(Metal Wrap Through：金属穿孔卷绕)电池(在扩散层的情况下为EWT(Emitter Wrap Through：发射极穿孔卷绕)电池)(例如参照专利文献1、专利文献2)。
在上述以往构造的太阳能电池中，存在如果减小表面电极的电极面积则电阻损耗增加这样的问题，但是在这种构造的太阳能电池中，能够采用通过将汇流电极(在EWT电池中是所有表面电极)配置于电极面积的限制宽松的背面来减小屏蔽损耗、并且增加电极面积来降低串联电阻这样的方法。在这种利用通孔的太阳能电池中，在受光面侧收集的电流通过通孔。因此，通孔的数量和通孔内的电阻对太阳能电池的特性带来影响。
例如考虑在受光面的面积为面积S的太阳能电池中形成有一个通孔的情况和形成有四个通孔的情况。当将光电流密度设为J、将通孔的电阻设为R时，在形成有一个通孔的情况下的通孔的电阻损耗Ploss1用下述数式(1)表示。另一方面，形成有四个通孔的情况下的通孔的电阻损耗Ploss4用下述数式(2)表示。而且，从数式(1)和数式(2)可知，通孔的数量越多，则越能够减小电阻损耗。
[数1]
Plossl=J2S2R   ...(1)
[数2]
Ploss 4 = ( J × 1 4 S ) 2 × R × 4 = 1 4 J 2 S 2 R · · · ( 2 )
另外，通孔的电阻依赖于通孔的直径。在受光面侧收集的电流在MWT电池的情况下流过被填充在通孔中的金属，在EWT电池的情况下流过通孔的侧面的扩散层。而且，半径为r、高度为d的圆柱的体积V用下述数式(3)表示。另外，半径为r、高度为d的圆柱的侧面积A用下述数式(4)表示。因而，通孔的直径越大，则能够使通孔的电阻越小。即，可以说，在MWT电池、EWT电池的高光电变换效率化方面，优选的是通孔的直径大、且通孔的数量多。
[数3]
V=πr2d   ...(3)
[数4]
A=2πr   ...(4)
接着说明MWT电池的制造工艺。此外，EWT电池和MWT电池只有电极的位置不同，在工艺上没有大的差异。在此假定使用p型硅基板(以下称为基板)，但是，如果将扩散材料变更为适当的材料，则即使应用n型硅基板也能够制作同样的电池。
首先，利用激光在p型的Si基板(以下有时称为基板)上形成通孔。接着，在基板的表面形成被称为纹理的微小凹凸。通过纹理，太阳能电池的表面反射率降低，能够得到高的变换效率。
接着，通过在三氯氧磷(POCl3)气体环境中对基板进行加热，在基板的表面形成n型杂质扩散层来形成半导体pn结。接着，通过等离子体CVD(plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition：PECVD，等离子体增强化学气相沉积)法在基板的受光面侧例如形成氮化硅(SiN)膜(PECVD-SiN膜)作为反射防止膜。
在此，在n型杂质扩散层的形成中进行使用三氯氧磷(POCl3)的气相扩散，将通过PECVD形成的氮化硅(SiN)膜(PECVD-SiN膜)用作反射防止膜，但是也可以使用SOD(Spin on Dopant：旋涂掺杂剂)形成n型杂质扩散层。另外，如果所使用的基板是单晶Si基板，则还存在将硅热氧化膜(SiO2)用作反射防止膜的选择项。另外，如果将掺杂了磷(P)的二氧化钛(TiO2)用作为SOD(Spin on Dopant)，则还能够进行在形成n型杂质扩散层的同时形成反射防止膜这样的工艺。
之后，对包括通孔内的基板的表面和背面进行电极的印刷和烧制，经过利用激光的隔离，完成MWT电池。
这样根据扩散层和反射防止膜的形成方法考虑几种工艺，但是通孔的扩散层、反射防止膜的有无对电极形成带来大影响，因此需要注意。一般在太阳能电池的表面电极的形成中，采用通过将导电性糊剂进行印刷和烧制来破坏导电性糊剂反射防止膜以与其下的扩散层接触的所谓的烧制贯通(fire-through)这样的方法。
例如在通孔中仅存在扩散层的情况下，如果在通孔的填充中使用烧制贯通用的糊剂，则在烧制时糊剂破坏通孔内部的扩散层而形成泄漏通道(leak path)，因此引起无法得到良好的特性这样的问题。因此，在非专利文献1中记载了在背面n型电极和表面n型电极中需要改变所使用的糊剂。另外，在专利文献3中采取如下对策：在形成作为异质结的pn结之后形成通孔，而在通孔内填充导电性材料之前在通孔的侧面形成绝缘膜。
专利文献
专利文献1：日本特开平04-223378号公报
专利文献2：日本特开平02-051282号公报
专利文献3：日本特开2008-294080号公报
专利文献4：日本特开2009-88406号公报
非专利文献
非专利文献1：A.van der Heide,D.Gribenski,J.Szlufcik,Photovoltech,“INDUSTRIAL FABRICATION OF MULTICRYSTALLINE MWT CELL WITH INTERCONNECTIONFLEXIBILITY OF 16.5% EFFICIENCY”24th European PhotovoltaicSolar Energy Conference,21-25 September 2009,Hamburg,Germany,p942-p945
发明内容
在依据以上的工艺考虑前述的“形成通孔的直径大、且大量的通孔”这样的方针时可知，该方针缺乏实用性。这是因为，通孔的形成是使用了激光的单片处理，通孔的数量越多则生产率越下降。因而，虽然可以说与形成大量的小的通孔的情况相比在形成数量少但大的通孔的情况下更为实用，但是此处也还产生问题。
在MWT电池的情况下，通过将导电性糊剂填充在通孔中来将表面电极配置于背面侧，但是必须将所填充的糊剂保持在通孔内来按该状态固化或者烧制。然而，在导电性糊剂的粘度过高的情况下，从背面印刷的导电性糊剂和从表面印刷的导电性糊剂在通孔内难以接触。另外，在导电性糊剂的粘度过低的情况下，无法在通孔内保持导电性糊剂，因此通孔的电阻增加。并且，在导电性糊剂的粘度低的情况下，弄脏印刷台的可能性变高，对生产率也带来不良影响。
为了解决这种问题，在专利文献4中，在通孔中填充导电性糊剂时，通过配置于基板的背面的支承体来覆盖通孔的背面并进行印刷、乾燥，从而使糊剂保持于通孔内。根据专利文献4的方法，在通孔内能够保持导电性糊剂，能够减小通孔中的电阻损耗。然而，导电性糊剂的电阻率与同种金属的电阻率相比大1个数量级以上，因此，存在如下问题：即使在整个通孔中填充了导电性糊剂，也无法充分地降低电阻，光电变换效率降低。
此外，在EWT电池的情况下在通孔内的导电中利用扩散层，因此不会产生这种问题。但是，当比较扩散层的电阻率与导电性糊剂的电阻率时，后者压倒性地小，因此认为MWT电池能够得到更高的变换效率，在当前，MWT电池的研究更为积极地进行。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种光电变换效率优良、且生产率高的太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块。
为了解决上述问题并达到目的，本发明所涉及的太阳能电池的特征在于，具备：第1导电型的半导体基板，形成有贯通孔；第2导电型的杂质扩散层，设置于所述半导体基板的一面侧；受光面电极，在所述半导体基板的一面侧与所述杂质扩散层电连接地设置；引出电极，经由所述贯通孔被引出到所述半导体基板的另一面侧而与所述受光面电极电连接地设置；以及背面电极，在所述半导体基板的另一面侧与所述半导体基板电连接，并且与所述引出电极电分离，其中，所述引出电极是在所述贯通孔的内部填充由单体金属形成的金属构件而构成的，经由导电性材料而与所述受光面电极电连接。
根据本发明，起到能够得到光电变换效率优良、且生产率高的太阳能电池的效果。
附图说明
图1-1是从受光面观察本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池的俯视图。
图1-2是从与受光面相反侧的面(背面)观察本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的俯视图。
图1-3是图1-1的线段A-A上的主要部分剖视图。
图2-1是表示构成本发明的实施方式1所涉及的引出电极的金属插头的外观的立体图。
图2-2是表示构成本发明的实施方式1所涉及的引出电极的其它金属插头的外观的立体图。
图3-1是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图3-2是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图3-3是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图3-4是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图3-5是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图3-6是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图3-7是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的制造方法的流程图。
图5是具备应力释放部的金属插头的俯视图。
图6是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的相互连接方法的一例的剖视图。
图7是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元的相互连接方法的其它例的剖视图。
图8-1是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图8-2是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图8-3是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图8-4是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图8-5是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图8-6是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图8-7是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图8-8是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。
图9是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的流程图。
图10-1是从背面观察以往的MWT电池的俯视图。
图10-2是图10-1的线段B-B上的主要部分剖视图，是不存在突起部的区域的主要部分剖视图。
图11-1是从背面观察本发明的实施方式3所涉及的太阳能电池单元的俯视图。
图11-2是图11-1的线段C-C上的主要部分剖视图，是不存在突起部的区域的主要部分剖视图。
图12是示意性地表示以往的一般的太阳能电池单元的结构的立体图。
图13是表示本发明的实施方式4所涉及的金属插头的形态的剖视图。
图14是表示本发明的实施方式4所涉及的金属插头与硅基板10的配置关系的主要部分剖视图。
附图标记说明
1：太阳能电池单元；10：硅基板；11：硅基板(基板)；12：n型杂质扩散层(扩散层)；13：p+层(BSF层)；14：反射防止膜；21：受光面电极；21a：银糊剂；22：引出电极；23：p电极；24：背面p电极；24a：铝糊剂；25：连接用背面p电极；31：焊锡糊剂；32：薄片；33：焊锡；41：凸型构件；42：凹型构件；51：pn分离槽；100：太阳能电池单元；101：硅基板；102：n型杂质扩散层；103：反射防止膜；104：受光面电极；105：汇流电极；106：栅格电极；107：背面电极；108：BSF层；122：背面n电极；221：平坦部；221a：连接区域；222a：突起部的上表面；222：突起部；223：应力释放部；224：绝缘膜；411：平坦部；412：突起部；421：叶片部；422：突起部。
具体实施方式
下面，基于附图来详细说明本发明所涉及的太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块的实施方式。此外，本发明并不限定于下面的说明，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够适当变更。另外，在下面示出的附图中，为了便于理解，有时各构件的比例尺与实际不同。在各附图间也同样。另外，即使是俯视图，有时为了便于观察附图而也附加阴影。
实施方式1.
图1-1是从受光面观察本发明的实施方式1所涉及的太阳能电池单元1的俯视图。图1-2是从与受光面相反侧的面(背面)观察太阳能电池单元的俯视图。图1-3是图1-1的线段A-A上的主要部分剖视图。实施方式1所涉及的太阳能电池单元1是具有经由通孔(贯通孔)将表面电极引出到背面来配置的构造的MWT电池。
太阳能电池单元1在设置有多个通孔(贯通孔)H的硅基板10的受光面上具有反射防止膜14和受光面电极21。硅基板10具有：p型硅基板11；设置于硅基板10的受光面侧的表面而扩散有n型杂质的n型杂质扩散层12；以及设置于硅基板10的背面侧的表面而包含高浓度杂质的p+层(Back Surface Field：BSF层，背场层)13。n型杂质扩散层12是其一部分延伸至通孔H的内面以及硅基板10的背面上的通孔周围的区域而形成。
受光面电极21是在硅基板10的受光面侧与n型杂质扩散层12电连接的表面n电极，是所谓的栅格电极。由于受光面电极21是使用烧制贯通来形成的，因此，反射防止膜14在硅基板10的受光面侧的受光面电极21的下部几乎不存在，而存在于受光面电极21的下部以外的区域。在图1-3中，为了表示与硅基板10的位置关系而作为参考进行图示。
在硅基板10的通孔H中埋设有作为背面n电极的引出电极22。引出电极22与受光面电极21电连接，经由通孔H引出到硅基板10的背面侧。此外，在图1-1中，透过反射防止膜14来示出引出电极22。
图2-1是表示作为构成引出电极22的金属构件的金属插头（plug）的外观的立体图。即，引出电极22是在通孔H的内部填充由单体金属形成的金属插头而构成的。金属插头是在平坦部221的一面上设置圆柱状的多个突起部222而构成的。突起部222以和在硅基板10的面内与图1-1的线段A-A正交的方向上邻接的通孔H彼此的间隔相同的规定的间隔设置于平坦部221的一面上。而且，突起部222被填充在通孔H中，平坦部221的一面侧与硅基板10的背面(n型杂质扩散层12)抵接地被配置。
在此，单体金属是指不含有非导电性的杂质的金属，还包括合金。另外，由于突起部的上表面222a与受光面电极21电连接，因此作为金属插头优选的是焊锡、或与受光面电极21的电极材料糊剂的接合性良好的材料。而且，为了使引出电极22的电阻率相比于引出电极由包含银(Ag)、玻璃等的电极材料糊剂形成的情况降低，作为单体金属优选的是电阻率低的材料。作为这种材料，例如列举以铜(Cu)为主体的铜系材料、以银(Ag)为主体的银系材料、以镍(Ni)为主体的镍系材料等。其中，铜系材料廉价，优选作为金属插头的材料。
金属插头的表面除了设置于平坦部221的另一面的一部分的连接区域221a以及突起部的上表面222a以外的整个面被绝缘膜(未图示)覆盖。即，突起部的上表面222a和连接区域221a未被绝缘膜覆盖。连接区域221a是用于进行太阳能电池单元等外部构件与引出电极22的相互电连接的区域。在连接区域221a上，经由焊锡或导电性粘接剂而连接导电性的薄片（tab）等。此外，关于连接区域221a的位置，根据与外部构件的相互电连接的方法来灵活应对，不限定设置场所。另外，绝缘膜只要至少覆盖平坦部221的与硅基板10的背面侧的抵接面即可。
在图2-1所示的金属插头中，在平坦部221的一面上形成有多个突起部222，在金属插头的长边方向上的平坦部221的端部侧的另一面中央部设置有连接区域221a。这是金属插头的一个形态，金属插头例如也可以被设为如图2-2所示那样在平坦部221的一面上形成有一个突起部222的形态。图2-2是表示构成引出电极22的其它金属插头的外观的立体图。在如图2-2所示那样的金属插头的情况下，关于被填充在各通孔H中的各金属插头的连接区域221a彼此，导电性的薄片经由焊锡或导电性粘接剂而相互电连接。
在硅基板10的背面上具备与硅基板10中的具有p型的导电型的BSF层13电连接的背面p电极24以及设置于背面p电极24的表面上的规定区域的连接用背面p电极25。背面p电极24是将以铝为主体的电极材料糊剂进行印刷和烧制来形成的铝电极。连接用背面p电极25是将以银为主体的电极材料糊剂进行印刷和烧制来形成的银电极。由背面p电极24和连接用背面p电极25构成p电极23。另外，背面p电极24与引出电极22通过pn分离槽51电分离，该pn分离槽51从延伸至硅基板10的背面的n型杂质扩散层12的表面到达至硅基板11的内部。
此外，在图1-1中为了便于理解而示出设置有五根受光面电极21的例子，但是实际上会设置更多根数的受光面电极21。另外，在图1-1中对各受光面电极21设置有两个引出电极22，但是，关于受光面电极21的根数与引出电极22的数量之间的对应，根据受光面电极21的根数等来灵活应对，不限定设置数量。即，例如也可以设为相对10根受光面电极21设置一个引出电极22等的形态。
接着，参照图3-1～图3-7、图4说明实施方式1所涉及的太阳能电池单元1的制造方法。图3-1～图3-7是表示实施方式1所涉及的太阳能电池单元1的制造方法的主要部分剖视图。图4是表示实施方式1所涉及的太阳能电池单元1的制造方法的流程图。此外，在此假定使用p型硅基板，但是，如果将扩散材料变更为适当的材料，则即使应用n型硅基板也能够制作同样的太阳能电池单元。
首先，在p型硅基板11(以下有时称为基板11)的规定的位置处形成圆筒状的通孔H(图3-1、步骤S10)。此外，通孔H的形成方法并不特别限定，例如能够使用激光来形成。另外，通孔H的形状也并不特别限定。在使用激光形成通孔H的情况下，与形成大量的直径小的通孔H的情况相比，在形成虽然数量少但直径大的通孔H的情况下，从生产率的观点来看更为有利。
接着，在基板11的表面形成被称为纹理的微小凹凸，而且去除通孔H的周边部的损伤层(步骤S20)。通过纹理，太阳能电池的表面反射率降低，能够得到高的光电变换效率。一般在晶体系硅太阳能电池的纹理的形成中使用湿蚀刻。在通过湿蚀刻形成纹理时，基板切片时的损伤被去除，并且在形成通孔H时通过激光导入的通孔H的周边部的损伤层也被去除。在通过干蚀刻形成纹理的情况下，也在形成纹理之前有利用碱的切片损伤的去除工序，在该工序中，通孔的周边部的损伤层被去除。
接着，通过在三氯氧磷(POCl3)气体环境中对基板11进行加热，在基板11的表面形成扩散有磷(P)的n型杂质扩散层12(以下有时称为扩散层12)来形成半导体pn结。然后，在刚形成扩散层12之后的表面形成在扩散处理过程中堆积在表面的玻璃质(磷硅玻璃、PSG：Phospho-Silicate Glass)层。因此，将基板11浸渍在氟酸水溶液等中来对PSG层进行蚀刻去除(图3-2、步骤S30)。此外，也可以使用SOD来形成扩散层12。
接着，在基板11的受光面侧例如通过等离子体CVD(PECVD)法形成氮化硅(SiN)膜(PECVD-SiN膜)作为反射防止膜14(图3-3、步骤S40)。此外，如果基板11是单晶Si基板，则还存在将硅热氧化膜(SiO2)用作反射防止膜14的选择项。另外，如果将掺杂了磷(P)的二氧化钛(TiO2)用作为SOD，则还能够进行在形成扩散层12的同时形成反射防止膜14的工艺。
接着，将p电极23进行印刷。例如通过丝网印刷在基板11的背面侧以背面p电极24的形状涂布作为电极材料糊剂的铝糊剂24a，进一步以连接用背面p电极25的形状涂布作为电极材料糊剂的银糊剂，作为p电极23，并进行干燥(图3-4、步骤S50)。此外，在图中仅示出铝糊剂24a。
接着，以使突起部222容纳于通孔H的方式从基板11的背面侧插入并设置成为引出电极22的金属插头(图3-5、步骤S60)。接着，例如通过丝网印刷在基板11的受光面侧以作为表面n电极的受光面电极21的形状涂布作为电极材料糊剂的银糊剂21a，并进行干燥(图3-6、步骤S70)。银糊剂21a以与通孔H内的金属插头接触的方式填埋通孔H的上部地被涂布。
在此，通孔H被金属插头堵塞，因此在印刷时银糊剂21a不会从通孔H漏出而弄脏印刷台。另外，设置于金属插头的平坦部221相当于以往通过印刷来形成的背面n电极，因此能够省略到目前为止必需的背面n电极的印刷工序。
接着，例如在600℃～900℃左右的温度下将基板11的表面和背面的电极糊剂同时进行烧制，由此在基板11的表面侧，在反射防止膜14通过银糊剂21a中所包含的玻璃材料而熔融的期间银材料与硅接触而再凝固。由此，能够得到受光面电极21，能够确保受光面电极21与基板11的硅的导通。另外，在通孔H内，银糊剂21a中所包含的银材料与金属插头接触而再凝固。由此，受光面电极21与引出电极22电连接和机械连接(步骤S80)。
这样通过导电性糊剂而得到受光面电极21与金属插头的电连接，因此，在金属插头的突起部222的上表面被粗面化的情况下导电性糊剂向突起部222的连接更良好。在使用了在平坦部221上形成有多个突起部222的金属插头的情况下，认为由于在烧制时基板11与金属插头的热膨胀系数之差而对平坦部221(邻接的突起部222间)施加热应力，金属插头弯曲。因此，通过如图5所示那样在平坦部221(邻接的突起部222间)设置应力释放部223、即用于缓和作用于平坦部221(邻接的突起部222间)的应力的应力缓和构造，能够解除金属插头的弯曲。图5是具备应力释放部223的金属插头的俯视图。
另外，铝糊剂24a也与基板11的硅反应而能够得到背面p电极24，并且在背面p电极24的正下方形成BSF层13。由此，能够得到具有p型硅基板11、n型杂质扩散层12以及BSF层13的硅基板10。另外，银糊剂21a的银材料与铝接触并再凝固而能够得到连接用背面p电极25(图3-7)。此外，在图中仅示出了受光面电极21、引出电极22以及背面p电极24。
接着，进行利用激光的隔离(图3-7、步骤S90)。即，利用激光形成pn分离槽51，将背面p电极24与引出电极22电分离，其中，该pn分离槽51从延伸至硅基板10的背面的扩散层12的表面到达至硅基板11的内部。经过以上的工序，完成实施方式1所涉及的太阳能电池单元1。
之后，多个太阳能电池单元1串联(或并联)地相互电连接而制作太阳能电池模块。图6是示意性地表示太阳能电池单元1的相互连接方法的一例的剖视图。在图6中示出在硅基板10的面内与图1-1的线段A-A正交的方向上的截面。在如图6所示那样引出电极22中除了突起部的上表面222a和连接区域221a以外的整个面被绝缘膜224覆盖、并通过焊锡糊剂31和导电性的薄片32等新的构件来进行太阳能电池单元1彼此的相互连接的情况下，金属插头的连接区域221a位于平坦部221的另一面(未设置突起部222的一侧的面)的情况下操作性更良好。另外，背面p电极24能够形成在硅基板10的背面上的除通孔H以外的几乎整个面上。在该情况下，与硅基板10的背面相接的电极仅为背面p电极24，能够将BSF层的面积确保得大。因此，还具有如下优点：不容易导致起因于硅基板10中产生的载体的再结合的开路电压的降低，能够得到高的开路电压。在该形态中不需要pn分离槽。
图7是示意性地表示太阳能电池单元1的相互连接方法的其它例的剖视图。在图7中示出在硅基板10的面内与图1-1的线段A-A正交的方向上的截面。在如图7所示那样将金属插头的平坦部221延长至太阳能电池单元1的外侧来进行相互连接的情况下，在连接区域221a位于平坦部221的一面(设置有突起部222的一侧的面)的情况下可加工性更良好。另外，背面p电极24能够形成在硅基板10的背面上的除通孔H以外的几乎整个面上。在该情况下，与硅基板10的背面相接的电极仅为背面p电极24，能够将BSF层的面积确保得大。因此，还具有如下优点：不容易导致起因于硅基板10中产生的载体的再结合的开路电压的降低，能够得到高的开路电压。在该形态中不需要pn分离槽。
此外，关于金属插头中的连接区域221a的配置位置，只要根据相互连接的方法来适当地灵活应对即可。另外，还能够代替焊锡糊剂31而使用导电性粘接剂。另外，在图6和图7中关注于引出电极22的连接方法来示出，省略图示太阳能电池单元1的一部分构件。
在上述实施方式1中，将由单体金属形成的金属插头配置在通孔H中，经由该金属插头引出受光面电极21来设置在基板11的背面。一般，导电性糊剂由金属粒子、有机成分、玻璃粉等构成，因此其电阻率与单体金属相比大1个数量级以上。因此，通过由单体金属构成以往填充导电性糊剂来形成的通孔H内的电极，能够降低通孔H中的电阻损耗，能够实现光电变换效率高的太阳能电池单元。
另外，在实施方式1中，将金属插头配置于通孔H，因此在形成受光面电极21时不需要在整个通孔H中填充导电性糊剂。由此，导电性糊剂的印刷变得容易。并且，在金属插头配置于通孔H的状态下进行导电性糊剂的印刷，因此在印刷时不会弄脏印刷台，能够提高生产率。
因而，根据实施方式1，能够得到引出电极22的电阻低、光电变换效率优良、且生产率高的太阳能电池单元。
此外，在上述说明中，仅通过在受光面电极21的形成中使用的导电性糊剂的粘接力来保持金属插头，有可能产生根据突起部222的直径不能完全支承金属插头的自重的问题。在该情况下，在除应力释放部223以外的平坦部221的一部分涂布粘接剂并将金属插头固定于硅基板10来应对。
实施方式2.
在实施方式1中，通过导电性糊剂得到受光面电极21与金属插头的电连接，但是使用焊锡糊剂的印刷和回流也能够得到它们的电连接。下面，参照图8-1～图8-8、图9说明实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法。图8-1～图8-8是表示实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的主要部分剖视图。图9是表示实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法的流程图。此外，在图8-1～图8-8中，对与图3-1～图3-7相同的构件附加相同的符号。
在实施方式2所涉及的太阳能电池单元的制造方法中，到图8-1～图8-4和步骤S10～步骤S50所示的铝糊剂24a的涂布为止的工艺与图3-1～图3-4和图4所示的工艺相同。但是，在硅基板10的背面的除通孔H以外的几乎整个面上涂布成为背面p电极24的铝糊剂24a。此外，在此省略连接用背面p电极25的形成的说明。
在涂布铝糊剂24a之后，例如通过丝网印刷在基板11的受光面侧以作为表面n电极的受光面电极21的形状涂布作为电极材料糊剂的银糊剂21a，并进行干燥(图8-5、步骤S110)。此时，银糊剂21a除了基板11的受光面侧的通孔H周围的区域而被涂布。
接着，将基板11的表面和背面的电极糊剂同时进行烧制(图8-6、步骤S120)。由此，在基板11的表面侧，在反射防止膜14通过银糊剂21a中所包含的玻璃材料而熔融的期间银材料与硅接触而再凝固。由此，能够得到受光面电极21，能够确保受光面电极21与基板11的硅的导通。在该阶段，受光面电极21在通孔H的位置处被分割。
另外，铝糊剂24a也与基板11的硅反应而能够得到背面p电极24，并且在背面p电极24的正下方形成BSF层13。由此，能够得到具有p型硅基板11、n型杂质扩散层12以及BSF层13的硅基板10。此外，背面p电极24形成在硅基板10的背面上的除通孔H周围的区域以外的几乎整个面上。
接着，进行利用激光的隔离(图8-6、步骤S130)。即，利用激光形成pn分离槽51，将背面p电极24与之后形成的引出电极22电分离，其中，该pn分离槽51从延伸至硅基板10的背面的扩散层12的表面到达至硅基板11的内部。
接着，以使突起部222容纳于通孔H的方式从基板11的背面侧插入并设置成为引出电极22的金属插头(图8-7、步骤S140)。接着，在基板11的表面的通孔H及其周边(未形成受光面电极21的区域)印刷焊锡糊剂(步骤S150)，进行回流，由此通过焊锡33将受光面电极21电连接和机械连接到金属插头(图8-8、步骤S160)。经过以上的工序，完成实施方式2所涉及的太阳能电池单元。
在上述实施方式2中，也通过由单体金属构成通孔H内的电极，与实施方式1的情况同样地能够得到引出电极22的电阻低、光电变换效率优良的太阳能电池单元。
另外，在形成受光面电极21时不需要在通孔H中填充导电性糊剂。由此，导电性糊剂的印刷变得容易。并且，在印刷时不会由于导电性糊剂而弄脏印刷台，能够提高生产率。
实施方式3.
图10-1是从背面观察以往的MWT电池的俯视图。图10-2是图10-1的线段B-B上的主要部分剖视图，是不存在通孔H的区域的主要部分剖视图。图11-1是从背面观察实施方式3所涉及的太阳能电池单元的俯视图。图11-2是图11-1的线段C-C上的主要部分剖视图，是不存在通孔H的区域的主要部分剖视图。在实施方式3所涉及的太阳能电池单元中，作为引出电极22的金属插头的平坦部221被绝缘膜224覆盖。此外，在图11-1中，透过引出电极22的平坦部221和绝缘膜224而观察。
在以往的MWT电池中，如图10-1和图10-2所示，为了避免产生电极间的短路，在形成背面n电极122的区域不能形成背面p电极24。
另一方面，在如图11-1和图11-2所示那样的实施方式3所涉及的太阳能电池单元中，作为与以往的MWT电池的背面n电极122相当的引出电极22的金属插头的平坦部221被绝缘膜224覆盖。因此，即使如图11-1和图11-2所示那样在背面p电极24上配置金属插头的平坦部221也无障碍，不会产生电极间的短路。在该情况下，隔离仅对硅基板10的背面侧的通孔H的周边部进行即可。即，如图11-1所示，pn分离槽51仅形成于硅基板10的背面侧的通孔H的周边部。
另外，在如图10-1和图10-2所示那样的以往的MWT电池的电极构造中，背面n电极和背面p电极这双方与硅基板10的背面相接，因此在未形成背面p电极24的区域的正下方未形成BSF层，BSF层未形成在硅基板10的整个背面。因此，硅基板10中产生的载体在到达各自的电极之前再结合的概率高，存在开路电压大体上比如图12所示那样的一般的太阳能电池单元低这样的问题。
图12示意性地表示以往的一般的太阳能电池单元的结构的立体图。图12所示的太阳能电池单元100具有光电变换部，该光电变换部由p型硅基板101以及设置于p型硅基板101的受光面侧的表面而扩散有n型杂质的n型杂质扩散层102来形成pn结。另外，太阳能电池单元100在n型杂质扩散层102上具有反射防止膜103和梳形的受光面电极104。受光面电极104由汇流电极105和栅格电极106构成。另外，在p型硅基板101的整个背面具有背面电极107，在被背面电极107覆盖的p型硅基板101的背面侧的表面设置有BSF层108。
另一方面，在实施方式3所涉及的太阳能电池单元中，与硅基板10的背面相接的仅为背面p电极24，能够将BSF层的面积确保得大。因此，还具有如下优点：不容易导致起因于硅基板10中产生的载体的再结合的开路电压的降低，能够得到高的开路电压。
另外，在图1-1～图1-3所示的实施方式1所涉及的太阳能电池单元中，与图10-1和图10-2的情况同样地在引出电极22的周围以线状存在未形成背面p电极24的区域。而且，在硅基板10的背面的未形成背面p电极24的区域的正下方未形成BSF层13，担心该区域中的再结合的影响。因此，关于抑制起因于载体的再结合的开路电压的降低的效果，实施方式3所涉及的太阳能电池单元的效果比实施方式1所涉及的太阳能电池单元的效果高。
在上述实施方式3中，也通过由单体金属构成通孔H内的电极，与实施方式1的情况同样地能够得到引出电极22的电阻低、光电变换效率优良的太阳能电池单元。
另外，在实施方式3所涉及的太阳能电池单元中，能够将BSF层的面积确保得大，能够得到高的开路电压。
实施方式4.
在实施方式1～实施方式3中由一个导体形成金属插头，但是也可以由两个构件构成金属插头。图13是表示实施方式4所涉及的金属插头的形态的剖视图。图13所示的金属插头由一对凸型构件41和凹型构件42构成。凸型构件41具有与实施方式1～实施方式3的金属插头相同的结构，具有平坦部411和突起部412。凸型构件41中，至少平坦部441的与硅基板10的背面侧的抵接面被绝缘膜覆盖。凹型构件42具有叶片部421和圆筒形的突起部422。突起部422的外径被设为与通孔H的直径大致相等。突起部422的内径被设为与突起部412的外径大致相等。
然后，如图14所示那样通过凹型构件42的叶片部421和凸型构件41的平坦部411夹住硅基板10来固定金属插头和硅基板10，能够使金属插头难以脱离硅基板10。图14是表示实施方式4所涉及的金属插头与硅基板10的配置关系的主要部分剖视图。此外，在图14中关注于金属插头的连接方法来示出，省略图示太阳能电池单元1的一部分构件。
在使用这种金属插头的情况下，在实施方式2中的图8-7的工艺中从受光面侧将凹型构件42插入到通孔H。然后，在基板11的表面的通孔H及其周边(未形成受光面电极21的区域)印刷焊锡糊剂，进行回流，由此通过焊锡将受光面电极21电连接和机械连接到凹型构件42。
接着，从受光面侧将凸型构件41插入到通孔H，将凸型构件41与凹型构件42进行电连接和机械连接。此外，也可以在平坦部411的一部分上涂布粘接剂，将金属插头固定于基板11。
在上述实施方式4中，也通过由单体金属构成通孔H内的电极，与实施方式1的情况同样地能够得到引出电极22的电阻低、光电变换效率优良的太阳能电池单元。
另外，在形成受光面电极21时不需要在通孔H中填充导电性糊剂。由此，导电性糊剂的印刷变得容易。并且，在印刷时不会由于导电性糊剂而弄脏印刷台，能够提高生产率。
产业上的可利用性
如上，本发明所涉及的太阳能电池用于实现光电变换效率优良、且生产率高的MWT型的太阳能电池。

Claims (23)

1.一种太阳能电池，其特征在于，具备：
第1导电型的半导体基板，形成有贯通孔；
第2导电型的杂质扩散层，设置于所述半导体基板的一面侧；
受光面电极，在所述半导体基板的一面侧与所述杂质扩散层电连接地设置；
引出电极，经由所述贯通孔被引出到所述半导体基板的另一面侧而与所述受光面电极电连接地设置；以及
背面电极，在所述半导体基板的另一面侧与所述半导体基板电连接，并且与所述引出电极电分离，
其中，所述引出电极是在所述贯通孔的内部填充由单体金属形成的金属构件而构成的，经由导电性材料而与所述受光面电极电连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，
所述金属构件是在平坦部的一面上设置至少一个突起部而构成的，
所述突起部被填充在所述贯通孔中，所述平坦部的一面侧与所述半导体基板的另一面侧抵接地配置。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，
所述金属构件在所述平坦部的一面上隔着规定的间隔形成有多个所述突起部，具有用于缓和作用于所述突起部间的应力的应力缓和构造。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池，其特征在于，
所述金属构件中，至少所述平坦部的与所述半导体基板的另一面侧的抵接面被绝缘膜覆盖。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，
所述金属构件的除了所述突起部的上表面以及所述平坦部的另一面的一部分以外的整个面被绝缘膜覆盖。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，
所述背面电极形成在所述半导体基板的另一面侧的整个面上。
7.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，
所述背面电极形成在除了所述贯通孔的周边部以外的所述半导体基板的另一面侧的整个面，
在所述周缘部具备将所述引出电极与背面电极电分离的分离槽。
8.根据权利要求2～7中的任一项所述的太阳能电池，其特征在于，
所述金属构件中，所述突起部的上表面被粗面化。
9.根据权利要求2～7中的任一项所述的太阳能电池，其特征在于，
所述金属构件由一对凸型构件和凹型构件构成，通过所述凸型构件和所述凹型构件夹住所述半导体基板来固定所述金属构件和所述半导体基板。
10.根据权利要求2～7中的任一项所述的太阳能电池，其特征在于，
所述平坦部的一面侧通过粘接剂固定于所述半导体基板的另一面侧。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的太阳能电池，其特征在于，
所述单体金属是以铜为主体的铜系金属。
12.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括：
贯通孔形成工序，在第1导电型的半导体基板形成贯通孔；
杂质扩散层形成工序，在所述半导体基板的一面侧形成第2导电型的杂质扩散层；
受光面电极形成工序，在所述半导体基板的一面侧形成与所述杂质扩散层电连接的受光面电极；
引出电极形成工序，形成经由所述贯通孔被引出到所述半导体基板的另一面侧的引出电极；
连接工序，经由导电性材料将所述受光面电极与所述引出电极进行电连接；以及
背面电极形成工序，在所述半导体基板的另一面侧形成与所述半导体基板电连接的背面电极，
其中，在所述引出电极形成工序中，将由单体金属形成的金属构件填充到所述贯通孔中。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述金属构件是在平坦部的一面上设置至少一个突起部而构成的，
所述突起部被填充在所述贯通孔中，所述平坦部的一面侧与所述半导体基板的另一面侧抵接地配置。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述金属构件在所述平坦部的一面上隔着规定的间隔形成有多个所述突起部，具有用于缓和作用于所述突起部间的应力的应力缓和构造。
15.根据权利要求13或14所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述金属构件中，至少所述平坦部的与所述半导体基板的另一面侧的抵接面被绝缘膜覆盖。
16.根据权利要求15所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述金属构件的除了所述突起部的上表面以及所述平坦部的另一面的一部分以外的整个面被绝缘膜覆盖。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
将所述背面电极形成在所述半导体基板的另一面侧的整个面。
18.根据权利要求15所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
将所述背面电极形成在除了所述贯通孔的周边部以外的所述半导体基板的另一面侧的整个面，
在所述周缘部形成将所述引出电极与背面电极电分离的分离槽。
19.根据权利要求13～18中的任一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述金属构件中，所述突起部的上表面被粗面化。
20.根据权利要求13～18中的任一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述金属构件由一对凸型构件和凹型构件构成，通过所述凸型构件和所述凹型构件夹住所述半导体基板来固定所述金属构件和所述半导体基板。
21.根据权利要求13～18中的任一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
通过粘接剂将所述平坦部的一面侧固定于所述半导体基板的另一面侧。
22.根据权利要求12～21中的任一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述单体金属是以铜为主体的铜系金属。
23.一种太阳能电池模块，其特征在于，
该太阳能电池模块是将具有权利要求1～11中的任一项所述的构造的至少两个以上太阳能电池单元串联电连接或并联电连接而成的。
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