CN103824901A - 太阳能电池的制造方法及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制发电效率下降的太阳能电池及其制造方法。本发明的太阳能电池中与第2区域（20B）对应的部分通过注入氧离子而成为过氧化状态，从而成为不具有导电性的绝缘部（12B）。a-Si层（5、6）成为透明导电膜（12）中不发挥导电部（12A）的作用的部分也由绝缘部（12B）覆盖的状态。这样，不使用激光蚀刻和蚀刻药液等而进行透明导电膜（12）的图案形成，从而能够通过由透明导电膜（12）的导电部（12A）及绝缘部（12B）覆盖来抑制a-Si层（5、6）的劣化。综上，能够抑制发电效率下降。
Description
技术领域
本申请主张基于2012年11月15日申请的日本专利申请第2012-251285号以及2013年6月7日申请的日本专利申请第2013-120710号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种太阳能电池的制造方法及太阳能电池。
背景技术
作为太阳能电池已知有在基板上形成预定图案的透明导电膜的太阳能电池。例如，专利文献1所示的太阳能电池的制造方法中，在玻璃基板上成膜透明电极，该透明电极通过激光蚀刻被分离成长条状。并且，在成膜有透明电极的玻璃基板上成膜有非晶硅膜。
专利文献1：日本特开2005-235920号公报
然而，在通过专利文献1的制造方法而制造的太阳能电池中，通过激光蚀刻形成透明电极的图案，但在通过蚀刻去除透明电极的部分，非晶硅膜成为与玻璃基板直接接触的结构。非晶硅膜不耐水分，因此发生如下问题，当水分和水蒸气从与玻璃基板的间隙浸入时，非晶硅膜劣化且发电效率下降。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供一种能够抑制发电效率下降的太阳能电池及其制造方法。
本发明所涉及的太阳能电池的制造方法为制造具备包括a-Si层的基板、及在基板的a-Si层上形成的透明导电膜的太阳能电池的制造方法，所述方法具备：准备将透明导电膜形成于a-Si层侧的表面的基板的工序；将图案形成部件设置在透明导电膜上的工序，所述图案形成部件具有形成有覆盖透明导电膜的第1区域及使透明导电膜露出的第2区域的图案；通过向与第2区域对应的部分的透明导电膜注入氧、氧离子、氮、氮离子、氮氧化物、及氮氧化物离子中的至少任一个来形成绝缘部，将由第1区域覆盖的部分的透明导电膜作为导电部进行图案形成的工序；及从透明导电膜上去除图案形成部件的工序。
根据本发明所涉及的太阳能电池的制造方法，在与图案形成部件的第2区域对应的部分，透明导电膜成为露出的状态。由此，该部分通过注入氧和氧离子而成为过氧化状态，且成为不具有导电性的绝缘部。并且通过注入氮、氮离子、氮氧化物、或氮氧化物离子而在该部分形成具有绝缘性的氮化合物，因此成为不具有导电性的绝缘部。另一方面，与图案形成部件的第1区域对应的部分，透明导电膜成为由图案形成部件覆盖的状态。由此，该部分不注入氧、氧离子、氮、氮离子、氮氧化物、及氮氧化物离子而作为保持具有导电性的导电部用与图案形成部件的第1区域对应的图案进行图案形成。由此，对透明导电膜进行电性图案形成。另一方面，a-Si层成为透明导电膜中不发挥导电部的作用的部分也由绝缘部覆盖的状态。这样，不使用激光蚀刻和蚀刻药液等而进行透明导电膜的图案形成，从而通过由透明导电膜的导电部及绝缘部覆盖，能够抑制a-Si层的劣化且抑制发电效率下降。
本发明所涉及的太阳能电池的制造方法中，可在透明导电膜上形成抗蚀剂层且残留与第1区域对应的部分的抗蚀剂层，并且从透明导电膜上去除与第2区域对应的部分的抗蚀剂层，从而在透明导电膜上设置图案形成部件。根据以上方法，能够按每一个太阳能电池设置图案形成部件，因此能够高精度地形成导电部及绝缘部。
在本发明所涉及的太阳能电池的制造方法中，也可准备预先形成有第1区域及第2区域的图案形成部件，并且配置在透明导电膜上，从而在透明导电膜上设置图案形成部件。根据以上方法，能够多次循环使用图案形成部件，因此能够抑制成本。
本发明所涉及的太阳能电池具备：基板，包括a-Si层；及透明导电膜，在基板的a-Si层上形成，透明导电膜具有具备预定图案的导电部、和氧量、氮量、及氮氧化物量中的至少任一个多于该导电部的绝缘部。
根据本发明所涉及的太阳能电池，能够得到与上述太阳能电池的制造方法相同的效果。
发明效果：
根据本发明，能够抑制发电效率下降。
附图说明
图1是表示用于制造本发明的太阳能电池的制造装置的一实施方式的框图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的太阳能电池的结构的图。
图3是表示比较例所涉及的太阳能电池的结构的图。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的内容的流程图。
图5是用于说明图4所示的各工序的内容的示意图。
图6是用于说明图4所示的各工序的内容的示意图。
图中：10-太阳能电池，11-基板，12-透明导电膜，12A-导电部，12B-绝缘部，20-抗蚀剂层，20A-第1区域，20B-第2区域，100-制造装置，101-成膜部，102-图案形成部件准备工序执行部，103-氧注入部。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的太阳能电池的制造方法及太阳能电池的一实施方式进行详细说明。另外，附图说明中对相同要件附上相同符号而省略重复说明。
图1是表示用于制造本发明的太阳能电池10的制造装置100的一实施方式的框图。图2是表示本实施方式所涉及的太阳能电池10的结构的图。
（太阳能电池）
首先，参考图2对太阳能电池10进行说明。太阳能电池10通过太阳光L的入射来进行发电。本实施方式所涉及的太阳能电池10是异质结背接触型太阳能电池。太阳能电池10具备基板11及透明导电膜（TCO：Transparent Conductive Oxide）12。其中，透明导电膜12具有导电部12A及绝缘部12B。如图2所示，通过透明导电膜12的导电部12A的图案，将多个p型电极7及n型电极8以成为预定图案的方式设置在基板11上。
太阳能电池10的基板11具有作为晶系半导体基板的n型Si基板1。在n型Si基板1的受光面侧设置有i型a-Si（非晶硅）层2及防反射膜3。在与n型Si基板1的受光面相反的一面（背面）侧设置有i型a-Si层4、p型a-Si层5、n型a-Si层6、p型电极7、及n型电极8。
在该太阳能电池10中防反射膜3侧为受光面而入射太阳光L。太阳能电池10是将p型电极7及n型电极8仅配置在太阳能电池10的背面侧的异质结背接触型太阳能电池。由此，太阳能电池10能够实现光电转换效率的提高。
i型a-Si层4覆盖n型Si基板1的背面的局部区域而层叠形成，且作为抑制n型Si基板1的背面的基板表面的载流子复合的背面钝化层起作用。p型a-Si层5在i型a-Si层4上形成，且经由i型a-Si层4与n型Si基板1形成pn接合。n型a-Si层6在还未形成有p型a-Si层5的i型a-Si层4上形成，与n型Si基板1相比高浓度含有n型掺杂剂（例如P）。
p型电极7为用于向外部取出所发电的电力的取出电极，其在p型a-Si层5上形成。n型电极8为用于向外部取出所发电的电力的取出电极，其在n型a-Si层6上形成。透明导电膜12中p型电极7及n型电极8以外的部分成为绝缘部12B。
透明导电膜12在基板11的a-Si层上（在此为p型a-Si层5及n型a-Si层6上）以覆盖该a-Si层的方式形成。透明导电膜12具有以成为预定图案的方式形成的导电部12A、及氧量多于该导电部12A的绝缘部12B。透明导电膜12中对与导电部12A对应的位置以通过与导电部12A的形状/位置相同地图案形成的抗蚀剂层覆盖的状态注入氧，从而在未由该抗蚀剂层覆盖的部分形成绝缘部12B。通过向透明导电膜12注入氧来设为过氧化状态，并通过消除施主能级来形成绝缘部12B。另外，以上被称作“氧”的单词包含氧离子、氧自由基、及氧原子。
如图2所示，电极7、8的图案由导电部12A构成（图2中与透明导电膜12中未附有圆点图案的部分对应），且除导电部12A之外的该导电部12A的周边部分由绝缘部12B构成（图2中与透明导电膜12中附有圆点图案的部分对应）。作为透明导电膜12的材料，例如使用铟锡氧化物（ITO）、氧化锌、氧化铟、锑掺杂氧化锡、氟掺杂氧化锡、铝掺杂氧化锌、钾掺杂氧化锌、硅掺杂氧化锌、和氧化锌-氧化锡类、氧化铟-氧化锡类、氧化锌-氧化铟-氧化镁类等金属氧化物。也可以复合2种以上这些金属氧化物。并且，透明导电膜12的厚度并不限定于该数值，例如可设定为100nm左右。
（太阳能电池的制造装置）
如图1所示，用于制造太阳能电池10的制造装置100具备：成膜部101，用于在基板11上形成透明导电膜12；图案形成部件准备工序执行部102，用于通过光刻蚀工序在透明导电膜12上对导电部12A进行图案形成；及氧注入部103，在透明导电膜12上注入氧而形成绝缘部12B。
成膜部101包括对基板11形成透明导电膜12的成膜装置。对成膜部101中采用的成膜方法并没有特别限定，可采用各种成膜方法。例如，可采用对包括成膜材料的靶施加电压而在基板11上成膜透明导电膜12的DC溅射法、RF溅射法、AC溅射法等。或者，可采用利用等离子体使成膜材料离子化而使其附着于基板11上来进行透明导电膜12的成膜的离子镀法。或者，也可采用真空蒸镀法、印刷法、旋涂法、及其他涂层方法（涂布法）等。另外，也可以在制造装置100的外部使用预先形成有透明导电膜12的基板11，此时，可以在制造装置100中省略成膜部101。
图案形成部件准备工序执行部102为了执行准备图案形成部件的工序，包括在各工序中使用的装置的组合。图案形成部件在氧注入部103对透明导电膜12注入氧时设置在该透明导电膜12上。图案形成部件具有形成有覆盖透明导电膜12的第1区域、及使透明导电膜12露出的第2区域（贯穿孔）的图案。图案形成部件可包括通过光刻蚀工序被图案形成的光致抗蚀剂，也可包括掩模法（将预先形成有第1区域及第2区域的掩膜配置在透明导电膜12上的方法）中使用的掩膜。通过光刻蚀工序形成图案形成部件时，图案形成部件准备工序执行部102为了执行该光刻蚀工序，包括在各工序中使用的装置的组合。图案形成部件准备工序执行部102包括涂布光致抗蚀剂的装置、在光致抗蚀剂上曝光图案的装置、显影光致抗蚀剂的装置、及在注入氧离子后剥离光致抗蚀剂的装置等。采用掩模法时，图案形成部件准备工序执行部102包括制作图案形成部件的装置（或者，可使用在制造装置100的外部制作的装置）、在透明导电膜12上配置并回收图案形成部件的装置等。
氧注入部103包括对基板11上的透明导电膜12注入氧的装置。本实施方式中，氧注入部103包括注入氧离子的装置。氧注入部103中采用的方法并没有特别限定，可采用各种方法。例如，可适用在对离子束进行基于静电电场的偏转扫描及基于静电电场的平行化之后，对基板11进行离子注入的离子注入装置。或者，可适用利用高频放电对氧进行离子化并掺杂在基板11上的等离子体掺杂装置。或者，也可以采用线性离子源。或者，也可采用利用中和剂将氧离子作为已中和的氧自由基进行注入的方法。
（太阳能电池的制造方法）
接着，参考图4～图6，对太阳能电池10的制造方法进行说明。图4是表示本实施方式所涉及的太阳能电池10的制造方法的内容的流程图。图5及图6是用于说明图4所示的各工序的内容的示意图。如图4所示，首先，从准备基板11的工序开始进行处理（步骤S10）。如图5（a）所示，S10工序中，准备有设定为预定大小的基板11，并向成膜部101输送。接着，执行在基板11上形成透明导电膜12的工序（步骤S12）。如图5（b）所示，在基板11的其中一面11a（与图2所示的p型a-Si层5的表面及n型a-Si层6的表面对应）上成膜透明导电膜12。S12的处理通过成膜部101执行。随着S10及S12的结束，准备在表面上形成有透明导电膜12的基板11的工序结束。另外，也可以在制造装置100的外部准备在表面上预先形成有透明导电膜12的基板11。
接着，执行通过在透明导电膜12上涂布抗蚀剂材料来形成抗蚀剂层20的工序（步骤S14）。作为抗蚀剂材料，可适用例如酚醛型苯酚树脂和环氧树脂等。如图5（c）所示，S14中，在透明导电膜12的整个面上形成有抗蚀剂层20。抗蚀剂层20被划分为显影时残留于透明导电膜12上的第1区域20A和显影时被除去而成为贯穿孔的第2区域20B。第1区域20A具有与导电部12A对应的预定图案，通过在注入氧离子时覆盖透明导电膜12，将该被覆盖的部分作为导电部12A来进行图案形成。第2区域20B形成在与绝缘部12B对应的位置上，通过露出透明导电膜12，以使氧离子注入到该露出部分，从而形成绝缘部12B。
接着，执行在抗蚀剂层20上曝光图案并进行显影的工序（步骤S16）。首先，在抗蚀剂层20的上方配置未图示的光掩模。该光掩模上形成有导电部12A的图案。经由该光掩模对抗蚀剂层20照射光而曝光图案。之后，如图6（a）所示，通过进行显影，抗蚀剂层20中的与导电部12A对应的第1区域20A残留在透明导电膜12上，而与绝缘部12B对应的第2区域20B被除去。另外，S14～S16工序由图案形成部件准备工序执行部102执行。
接着，执行经由抗蚀剂层20对透明导电膜12注入氧离子的工序（步骤S18）。如图6（b）所示，在透明导电膜12中，在未被抗蚀剂层20覆盖的部分（与第2区域20B对应的部分）被照射氧离子F而注入氧离子。该部分所涉及的透明导电膜12过度氧化而成为绝缘部12B。另一方面，在透明导电膜12中，在被抗蚀剂层20覆盖的部分（与第1区域20A对应的部分）未被照射氧离子F因而未被注入氧离子，作为导电部12A进行图案形成。S18工序由氧注入部103执行。接着，执行去除抗蚀剂层20的工序（步骤S20）。如图6（c）所示，与残留有抗蚀剂层20的第1区域20A相应的部分也从透明导电膜12上去除。S20的处理由图案形成部件准备工序执行部102执行。由此，透明导电膜12的电性图案形成结束，图4所示的工序结束。另外，在步骤S18中，控制氧离子的注入深度，以使基板11的表面即a-Si层的表面不因氧离子的注入而劣化。
另外，采用掩模法来代替如上述的光刻蚀工序时，执行准备预先形成有第1区域20A及第2区域20B的图案形成部件的工序、及在透明导电膜12上配置图案形成部件的工序来代替S14及S16工序。并且，执行从透明导电膜12上回收图案形成部件的工序来代替S20工序。并且，注入氧（已中和的氧自由基）来代替如上所述注入氧离子的工序时，在透明导电膜12中，在未被抗蚀剂层20覆盖的部分（与第2区域20B对应的部分）被照射氧自由基而被注入氧（已中和的氧自由基）。
根据通过执行如图4所示的光刻蚀工序来在透明导电膜12上设置图案形成部件的方法，能够按每一个太阳能电池设置图案形成部件，因此能够高精度地形成导电部12A及绝缘部12B。另一方面，根据采用掩模法的方法，能够多次循环使用图案形成部件，因此能够抑制成本。尤其在太阳能电池10中，导电部12A的图案（例如与触控面板和有机EL等透明导电膜的图案相比）较简单，容易形成掩模，因此由采用掩盖法而产生的降低成本效果更加明显。
接着，对本发明所涉及的太阳能电池10及其制造方法的作用、效果进行说明。
首先，对比较例所涉及的太阳能电池50的结构进行说明。如图3所示，太阳能电池50中，在相当于电极7、8的位置图案形成有透明导电膜12。另一方面，对于其他部分，形成有空间15，基板11的表面即a-Si层5、6成为在空间15内未被透明导电膜12覆盖的状态。比较例所涉及的太阳能电池50中，这样的透明导电膜12的图案通过激光蚀刻和蚀刻药液形成。然而，a-Si层5、6不耐于水分，因此发生浸入有水分和水蒸气时a-Si层5、6劣化，发电效率下降的问题。在透明导电膜12上配置有玻璃基板等罩体的目的在于用该罩体保护太阳能电池50不受冲击等，而其目的不在于完全防止水和水蒸气的浸入，因此存在如下可能性，即从罩体与膜之间浸入水和水蒸气，水和水蒸气经由空间15而到达a-Si层5、6。
另一方面，根据本实施方式所涉及的太阳能电池10的制造方法，在与第2区域20B对应的部分中抗蚀剂层20被除去，因此透明导电膜12成为露出的状态。由此，该部分通过被注入氧离子而成为过氧化状态，成为不具有导电性的绝缘部12B。另一方面，第1区域20A中残留有抗蚀剂层20，因此透明导电膜12成为由抗蚀剂层20覆盖的状态。由此，该部分不被注入氧离子而作为保持具有导电性的导电部12A，用与抗蚀剂层20的第1区域20A对应的图案进行图案形成。因此，对透明导电膜12进行电性图案形成。例如，如图2所示，太阳能电池10的电极7、8包括在绝缘部12B中以成为预定图案的方式形成的导电部12A，因此能够发挥与图3的比较例所涉及的太阳能电池50的电极7、8相同的功能。另一方面，a-Si层5、6成为透明导电膜12中不发挥导电部12A的作用的部分也由绝缘部12B覆盖的状态。以上，没有使用激光蚀刻和蚀刻药液等而进行透明导电膜12的图案形成，从而能够通过由透明导电膜12的导电部12A及绝缘部12B覆盖来抑制a-Si层5、6的劣化。如上，能够抑制发电效率下降。
本发明并不限定于上述实施方式。例如，上述实施方式中示出的导电部12A的图案只是一个例子，也可以采用各种图案。并且，上述实施方式中示出的制造装置和制造方法也只是一个例子，只要能够形成具有导电部12A及绝缘部12B的透明导电膜12，就可以采用各种制造装置和制造方法。
上述实施方式中，通过在透明导电膜上注入氧离子而形成了绝缘部，但并不限定于此。即，可通过将氧、氧离子、氮、氮离子、氮氧化物及氮氧化物离子中的至少任一个注入到透明导电膜来形成绝缘部。例如，也可注入N2O+、N2O*、O3 +、O3 *、O2 +、O2 *、O+、O*、N+、N*、N2 +、N2 *等。绝缘部的氧量、氮量及氮氧化物量中的至少任一个变得多于导电部。氧被注入到透明导电膜时，被注入氧的部分成为过氧化状态，从而成为不具有导电性的绝缘部。并且，注入氮、氮离子、氮氧化物或氮氧化物离子时，在被注入这些的部分生成具有绝缘性的氮化合物，因此成为不具有导电性的绝缘部。另外，与被注入氮、氮离子、氮氧化物或氮氧化物离子时相比，被注入氧或氧离子时注入部分的光的折射率更接近于导电部，因此能够使导电部与绝缘部的边界难以目视观察。
并且，注入氮、氮离子、氮氧化物或氮氧化物离子来代替注入氧或氧离子时，如图1所示的氧注入部103成为氮注入部，图4所示的注入氧离子的工序（步骤S18）成为注入氮的工序。
Claims (4)
1.一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池具备包括a-Si层的基板及在所述基板的所述a-Si层上形成的透明导电膜，所述方法具备：
准备将所述透明导电膜形成于所述a-Si层侧的表面的所述基板的工序；
将图案形成部件设置在所述透明导电膜上的工序，所述图案形成部件具有形成有覆盖所述透明导电膜的第1区域及使所述透明导电膜露出的第2区域的图案；
通过向与所述第2区域对应的部分的所述透明导电膜注入氧、氧离子、氮、氮离子、氮氧化物、及氮氧化物离子中的至少任一个来形成绝缘部，将由所述第1区域覆盖的部分的所述透明导电膜作为导电部进行图案形成的工序；及
从所述透明导电膜上去除所述图案形成部件的工序。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中，
在所述透明导电膜上形成抗蚀剂层，
残留与所述第1区域对应的部分的所述抗蚀剂层，并且从所述透明导电膜上去除与所述第2区域对应的部分的所述抗蚀剂层，从而在所述透明导电膜上设置所述图案形成部件。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中，
准备预先形成有所述第1区域及所述第2区域的所述图案形成部件，并且配置在所述透明导电膜上，从而在所述透明导电膜上设置所述图案形成部件。
4.一种太阳能电池，具备：
基板，包括a-Si层；及
透明导电膜，在所述基板的所述a-Si层上形成，
所述透明导电膜具有：具备预定图案的导电部；和氧量、氮量、及氮氧化物量中的至少任一个比该导电部多的绝缘部。
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