CN106796964B - 太阳能电池及太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种太阳能电池，其具有掺杂有镓且形成有pn结的硅基板，所述太阳能电池的特征在于，在所述硅基板的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面设置有热氧化硅膜，并且所述硅基板进一步掺杂有硼。由此，本发明提供一种太阳能电池及太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池具有作为基板表面钝化膜的热氧化硅膜，并且能够抑制光劣化，同时具有高转换效率。

Description

太阳能电池及太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及太阳能电池的制造方法。
背景技术
使用了以硼(B)为掺杂剂的硅基板而制成的太阳能电池，存在其转换效率随着光照射逐渐下降的问题，相对于此，已知使用了以镓(Ga)为掺杂剂的硅基板而制成的太阳能电池不会光劣化(例如参照专利文献1)。
另一方面，作为硅基板的表面钝化方法，从以前就已知热氧化硅膜具有优良的特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3679366号。
发明内容
发明要解决的课题
然而，掺杂有镓的硅基板(以下也称作“掺杂镓的基板”)具有以下性质：当进行热氧化时，由于镓在硅中与在氧化硅中的扩散系数(diffusion coefficient)以及溶解度的不同，基板表面的掺杂剂浓度会大幅下降。因此，如果将掺杂镓的基板使用于太阳能电池，由于基板表面的掺杂剂浓度的下降会导致转换效率下降，因此有难以对掺杂镓的基板应用热氧化的问题。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，提供一种太阳能电池、以及提供一种制造这种太阳能电池的方法，所述太阳能电池具有作为基板表面钝化膜的热氧化硅膜，并且可以抑制光劣化，同时具有高转换效率。
解决课题的技术方案
为了达成上述目的，本发明提供一种太阳能电池，其具有掺杂有镓且形成有pn结的硅基板，所述太阳能电池的特征在于，在所述硅基板的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面设置有热氧化硅膜，并且所述硅基板进一步掺杂有硼。
具有这种构成的太阳能电池的硅基板被掺杂镓，因此可以抑制光劣化。此外，此太阳能电池的硅基板进一步被掺杂硼，因此即使在硅基板的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面设置有热氧化硅膜，也能够防止基板表面的掺杂剂浓度大幅下降，并且能够防止初始转换效率下降。进一步地，通过构成为在硅基板表面设置有作为基板表面钝化膜的具有优良特性的热氧化硅膜，能够制成一种太阳能电池，所述太阳能电池可以提高转换效率，并且可靠性高且为高质量。
此时优选为，至少所述硅基板的所述第一主表面的整个面为p型。
对于设置有热氧化硅膜的硅基板的第一主表面的整个面为p型的太阳能电池，可以合适地应用本发明。
此时优选为，所述硅基板中的硼浓度为5×1014原子/cm3以上且1×1016原子/cm3以下。
如果硅基板中的硼浓度在如上所述的范围内，能够更有效地提高太阳能电池的初始特性，也可以高度保持光照射后的转换效率。
此外，本发明提供一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，其包括以下工序：准备掺杂有镓和硼的硅基板的工序、在所述硅基板内形成pn结的工序、以及在所述硅基板的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面形成热氧化硅膜的工序。
通过以这种方式使用被掺杂了镓的硅基板，能够抑制所制造的太阳能电池的光劣化。此外，所使用的硅基板进一步被掺杂硼，因此即使在硅基板的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面形成热氧化硅膜，也能够防止基板表面的掺杂剂浓度大幅下降，并且能够防止太阳能电池的初始转换效率下降。进一步地，通过在硅基板表面形成作为基板表面钝化膜的具有优良特性的热氧化硅膜，能够制造一种太阳能电池，所述太阳能电池可以提高转换效率，并且可靠性高且为高质量。
此时优选为，将所述准备的硅基板的硼浓度设为5×1014原子/cm3以上且1×1016原子/cm3以下。
如果使用具有这样的范围的硼浓度的硅基板，能够更有效地提高所制造的太阳能电池的初始特性，也能够高度保持光照射后的转换效率。
发明的效果
如上所述，本发明的太阳能电池，具有作为基板表面钝化膜的热氧化硅膜，并且能够抑制光劣化，同时具有高转换效率。此外，本发明的太阳能电池的制造方法，能够制造这种太阳能电池。
附图说明
图1是表示本发明的太阳能电池的实施方式的一个实例的剖面图。
图2是表示本发明的太阳能电池的制造方法的实施方式的一个实例的工序剖面图。
图3是表示本发明的太阳能电池的制造方法的实施方式的一个实例的工序剖面图。
图4是表示本发明的太阳能电池的实施方式的其他实例的剖面图。
图5是表示硅基板中的硼浓度与使用该硅基板而制成的太阳能电池的初始转换效率、劣化后转换效率以及劣化率的关系的图表。
具体实施方式
以下，作为实施方式的一个实例，参照附图详细地说明本发明，但本发明并不限于此实施方式。
如前所述，使用了以硼(B)为掺杂剂的硅基板而制成的太阳能电池，存在其转换效率随着光照射逐渐下降的问题，相对于此，已知使用了以镓(Ga)为掺杂剂的硅基板而制成的太阳能电池不会光劣化。另一方面，作为硅基板的表面钝化方法，从以前就已知热氧化硅膜具有优良的特性，但掺杂镓的基板具有当进行热氧化时基板表面的掺杂剂浓度会大幅下降的性质，由于基板表面的掺杂剂浓度的下降会导致转换效率下降，因此被认为难以对掺杂镓的基板应用热氧化。
因此，本发明人反复地努力探讨关于一种太阳能电池，其具有作为基板表面钝化膜的热氧化硅膜，并且能够抑制光劣化，同时具有高转换效率。其结果发现，采用一种掺杂有镓并且被掺杂硼的硅基板作为太阳能电池的光电转换层用基板，并在此基板表面设置热氧化硅膜，由此，具有作为基板表面钝化膜的热氧化硅膜，并且能够抑制光劣化，同时具有高转换效率，从而完成本发明。
以下，一边参照图1一边说明本发明的太阳能电池的实施方式的一个实例。
图1的太阳能电池10构成为：具备掺杂有镓和硼的硅基板(例如p型硅基板)11、设置在硅基板11的表面(第二主表面19)的发射极层15、以及设置在硅基板11的背面(第一主表面18)的热氧化硅膜12，并且由p型的硅基板11与形成于硅基板11的表面部分的发射极层15形成pn结。发射极层15例如是n型扩散层。另外，在硅基板11的双面(第一主表面18和第二主表面19)可以设置有热氧化硅膜12、12’。此外，以抗反射为目的，在热氧化硅膜12、12’上可以设置有氮化硅膜13、13’。此处，“第一主表面”是指硅基板的具有p型区域的主表面，“第二主表面”是指“第一主表面”的相反侧的主表面。此外，p型区域有时位于两主表面，但此时将任一表面定义为“第一主表面”，其相反侧的主表面定义为“第二主表面”。在任何情况下，本发明在具有p型区域的主表面具有热氧化硅膜。
图1的太阳能电池10，在硅基板11的表面(第二主表面19)侧能够具有经由开口部21来与发射极层15电连接的电极14，并且在硅基板11的背面(第一主表面18)侧可以具有经由开口部22来与硅基板11电连接的电极16。
太阳能电池10的硅基板11被掺杂镓，因此能够抑制光劣化。此外，硅基板11进一步被掺杂硼，因此即使在硅基板11的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面18设置有热氧化硅膜12，也能够防止基板表面的掺杂剂浓度大幅下降，并且能够防止初始转换效率下降。进一步地，通过构成为在硅基板11表面设置有作为基板表面钝化膜的具有优良特性的热氧化硅膜12，能够制成一种太阳能电池，所述太阳能电池的可靠性高且为高质量。
优选为，太阳能电池10的至少硅基板11的第一主表面18的整个面为p型。
对于设置有热氧化硅膜12的硅基板11的第一主表面18的整个面为p型的太阳能电池，可以合适地应用本发明。
优选为，硅基板11中的硼浓度为5×1014原子/cm3以上且1×1016原子/cm3以下。
如果硅基板中的硼浓度在如上所述的范围内，能够更有效地提高太阳能电池的初始特性，也能够高度保持光照射后的转换效率。尤其，如果硼浓度超过5×1014原子/cm3，由于硼掺杂剂的存在而导致发生因光照射而造成转换效率下降的情况(光劣化)。然而，能够对掺杂镓的基板赋予基于热氧化硅膜的钝化效果，因此当硼浓度在5×1014原子/cm3以上且1×1016原子/cm3以下的范围内时，改善初始效率的效果大于光劣化。因此，相较于硼掺杂量更少的情况(即掺杂硼不会导致光劣化的情况)，光劣化后的转换效率较高。
上述说明的本发明的太阳能电池，具有作为基板表面钝化膜的热氧化硅膜，并且能够抑制光劣化，同时具有高转换效率。
接着，一边参照图2和图3一边说明本发明的太阳能电池的制造方法的实施方式的一个实例。
首先，准备掺杂有镓和硼的硅基板(例如p型硅基板)11(参照图2(a))。通过例如以下方式能够获得掺杂有镓和硼的硅基板：利用柴氏拉晶法(CZ法)和悬浮区熔法(FZ法)并掺杂镓与硼，来培育单晶硅棒，并将其切片后，施加规定的加工。硅基板11优选为，制成太阳能电池时在至少受光面侧(即图1中的第二主表面19侧)施加绒面(texture)处理以减少反射率，所述绒面处理可形成被称作绒面的微细凹凸。
接着，在硅基板11的第二主表面19侧，通过形成发射极层15来形成pn结(参照图2(b))。通过例如利用磷扩散来形成n型扩散层，能够形成发射极层15。此时，形成有发射极层15的表面是指第一主表面18的相反侧的主表面。
接着，在氧气环境中，通过对硅基板11进行热氧化，在硅基板11的至少第一主表面18形成硅热氧化膜12(参照图2(c))。另外，也可以在硅基板11的双面(即第一主表面18和第二主表面19)形成热氧化硅膜12、12’。掺杂有镓的硅基板，当进行热氧化时，由于镓在单晶硅中与在氧化硅膜中的扩散系数以及溶解度的不同，因而具有基板表面的镓浓度会大幅下降的性质，因此根据所述热氧化，硅基板11的第一主表面18附近及第二主表面19附近的镓浓度会低于硅基板11内部的镓浓度。然而，硅基板11也掺杂有p型掺杂剂也就是硼，因此能够使硅基板11的第一主表面18附近及第二主表面19附近的p型掺杂剂的总浓度比仅掺杂有镓的情况高。
另外，在形成热氧化硅膜后，以抗反射为目的，在已形成于硅基板11的第一主表面18的热氧化硅膜12以及已形成于第二主表面19的热氧化硅膜12’上，分别可以形成氮化硅膜13、13’(参照图3(a))。
在形成氮化硅膜后，在硅基板11的第二主表面19上可以形成用以形成表面电极14的金属膜(参照图3(b))。优选为利用银来形成表面电极14。表面电极14的形成方法，可以使用公知的方法，例如可以通过以下方式进行：网版印刷包含银(Ag)的膏并干燥，然后进行烧成。此时，以不使热氧化硅膜12’和氮化硅膜13’开口的方式，在膜表面印刷银膏，并在烧成时使其穿透这些膜，由此，能够使表面电极14与发射极15电连接。
在形成表面电极后，去除已形成于硅基板11的第一主表面18的热氧化硅膜12及氮化硅膜13的一部分，然后在硅基板11的第一主表面18上形成用以形成背面电极16的金属膜。优选利用铝来形成背面电极16。背面电极16的形成方法，可以使用公知的方法，例如可以通过以下方式进行：对整面蒸镀铝。以这样的方式进行来形成背面电极16，能够获得图1的太阳能电池10。
通过以上述方式使用被掺杂镓的硅基板，能够抑制光劣化。此外，硅基板进一步被掺杂硼，因此即使在硅基板的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面形成热氧化硅膜，也能够防止基板表面的掺杂剂浓度大幅下降，并且能够防止初始转换效率下降。进一步地，通过在硅基板表面形成作为基板表面钝化膜的具有优良特性的热氧化硅膜，能够制造一种太阳能电池，所述太阳能电池的可靠性高且为高质量。
此外，优选为，将所使用的硅基板的硼浓度设为5×1014原子/cm3以上且1×1016原子/cm3以下。
如果使用具有这样的范围的硼浓度的硅基板，能够更有效地提高所制造的太阳能电池的初始特性，光劣化也较少，也能够高度保持光照射后的转换效率。
根据上述说明的本发明的太阳能电池的制造方法，即使形成有作为基板表面钝化膜的热氧化硅膜，也能够制造一种太阳能电池，所述太阳能电池可以抑制光劣化，同时具有高转换效率。
接着，一边参照图4一边说明本发明的太阳能电池的实施方式的其他实例。
发射极层15被设置于背面侧(第二主表面19)，除了这一点以外，图4的太阳能电池10’与图1的太阳能电池10相同。另外，发射极层15被形成于背面侧(第二主表面19)，除了这一点以外，能够利用与使用图2说明的制造方法相同的制造方法，来制造图4的太阳能电池10’。其中，图4的太阳能电池10’的表面电极14优选为由铝(Al)形成，背面电极16优选为由银形成。
图4的太阳能电池10’中，也与图1的太阳能电池10同样地具有作为基板表面钝化膜的热氧化硅膜，并且能够抑制光劣化，同时具有高转换效率。
[实施例]
以下，示出实施例来更具体地说明本发明，但本发明并不限定于此实施例。
(实施例)
通过图2和图3所示的制造工序来制作图1所示的本发明的太阳能电池10。
首先，准备多片厚度200μm、电阻率1Ω·cm、晶面方向{100}的掺杂镓和硼的p型原切割(as-cut)硅基板作为硅基板11(参照图2(a))。此处，利用CZ法改变硼掺杂量，来制作多个单晶硅棒，并从所制作的单晶硅棒切出硅基板，然后预先测量电阻率并筛选硅基板，以使任意硼掺杂量的硅基板的电阻率都成为1Ω·cm。另外，镓掺杂量是依据硼掺杂量，并以电阻率成为1Ω·cm的方式进行调整。
接着，如下所述地进行绒面处理。利用热浓氢氧化钾水溶液去除硅基板11的损伤层后，浸泡在氢氧化钾和2-丙醇的水溶液中，进行绒面的形成。
接着，在氧氯化磷环境下，通过以870℃对硅基板11进行热处理，来进行磷扩散。此时，在将多片硅基板11的背面彼此重叠的状态下进行热处理。扩散后利用氢氟酸进行磷玻璃层的去除，清洗后使其干燥。以这样的方式进行，在硅基板11的第二主表面19侧形成n型扩散层也就是发射极层15(参照图2(b))。
接着，如下所述地进行热氧化。在盐酸/过氧化氢混合溶液中清洗后，在氧气环境下，进行900℃、40分钟的热处理，在硅基板11的背面(第一主表面18)形成15nm的热氧化硅膜12(参照图2(c))。此时，在硅基板11的表面(第二主表面19)也形成有热氧化硅膜12’。
接着，如下所述地进行氮化硅膜的形成。使用等离子体化学气相沉积(plasmachemical vapor deposition)装置，在SiH4、NH3、H2的混合气体环境下，在硅基板11的背面侧(第一主表面18侧)和硅基板11的表面侧(第二主表面19侧)的热氧化硅膜12、12’上形成膜厚80nm的氮化硅膜13、13’(参照图3(a))。
接着，在将银膏进行网版印刷后使其干燥，由此进行用以形成表面电极14的银膜的形成。
接着，在780℃的空气环境下进行烧成，形成表面电极14。此时，表面电极14穿透氮化硅膜13’与热氧化硅膜12’，并与发射极层15接触(参照图3(b))。
接着，利用激光，以1mm间隔的线状的方式去除硅基板11的背面(第一主表面18)侧的氮化硅膜13和热氧化硅膜12。
接着，通过对硅基板11的背面(第一主表面18)整个面蒸镀铝，从而进行背面电极16的形成。由此，制造图1所示的太阳能电池10。
对于如上所述地制作的太阳能电池10，在25℃条件下进行辐射照度量100mW/cm2、光谱AM1.5G(global)的模拟太阳光照射时的电特性的测量。电特性，是对于初始特性(即初始转换效率)与劣化后特性(即连续照光2小时后在与初始转换效率相同条件下测量的劣化后转换效率)进行测量。此处，转换效率是(来自太阳能电池的输出/入射至太阳能电池的光能)×100。测量结果示出于图5中。图5中，劣化率设为(劣化后转换效率/初始转换效率)×100。
从图5可知，如果硅基板中的硼浓度超过5×1014原子/cm3，由于基板表面附近的p型掺杂剂浓度的增加、以及基于氧化膜的提高钝化的效果而导致初始转换效率提高，但也开始光劣化。然而，当硅基板中的硼浓度为5×1014～1×1016原子/cm3的范围时，改善初始效率的效果大于光劣化，因此可知，相较于硼量少(不会劣化)的情况，劣化后转换效率也变得较高，上述范围的硼浓度特别优选。
另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为示例，具有与本发明的权利要求书所述的技术思想实质相同的结构并发挥相同作用效果的技术方案，均包含在本发明的技术范围内。

Claims (3)

1.一种太阳能电池，其具有掺杂有镓且形成有pn结的硅基板，所述太阳能电池的特征在于，
在所述硅基板的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面设置有热氧化硅膜，
所述硅基板进一步掺杂有硼，
所述硅基板中的硼浓度为5×1014原子/cm3以上且1×1016原子/cm3以下。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，至少所述硅基板的所述第一主表面的整个面为p型。
3.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，其包括以下工序：
准备掺杂有镓和硼的硅基板的工序；
在所述硅基板内形成pn结的工序；以及，
在所述硅基板的主表面中的至少具有p型区域的第一主表面形成热氧化硅膜的工序，
将所述准备的硅基板的硼浓度设为5×1014原子/cm3以上且1×1016原子/cm3以下。
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