CN109314152A - 太阳能电池及其制造方法以及太阳能电池模块 - Google Patents

太阳能电池及其制造方法以及太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

太阳能电池单元(10)具备半导体基板(11)、配置于半导体基板(11)的一侧主面上的第1导电型层(12)和第2导电型层(13)，其中，在第1导电型层(12)上配置有第1电极(17)，在第2导电层(13)上配置有第2电极(18)，第1电极(17)与第2电极(18)电分离，在第1电极(17)与第2电极(18)之间配置有岛状的导电层(16)。

Description

太阳能电池及其制造方法以及太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及太阳能电池及其制造方法以及具备该太阳能电池的太阳能电池模块。
背景技术
使用半导体基板的太阳能电池因光电转换效率高，已经作为太阳光发电系统被广泛实用化。而且，为了高效地导出电流，实用化的很多太阳能电池是在接收太阳光的受光面侧和与受光面侧相反的背面侧分别形成有电极的双面电极型的太阳能电池。更具体而言，双面电极型的太阳能电池在半导体基板的两面分别具备电极，从受光面获取太阳光，在内部产生电子空穴对，通过两面的电极导出电流。
但是，在这样的双面电极型的太阳能电池中，为了高效地导出电流而在受光面侧也形成有电极，所以受光面侧的电极遮挡太阳光，存在使光电转换效率下降的问题。因此，提出了在半导体基板的背面侧形成p型半导体层和n型半导体层，在这些半导体层上形成电极的背面电极型的太阳能电池。在这样的背面电极型的太阳能电池中，不需要在受光面侧形成电极，因此能够提高太阳光的受光率，可实现更高的光电转换效率。
然而，在背面电极型的太阳能电池中，需要在半导体基板的背面侧形成p型半导体层和n型半导体层，进一步在p型半导体层和n型半导体层上分别形成电极。由此，背面电极型的太阳能电池的制作方法复杂，有时在太阳能电池的制作中途导致太阳能电池的性能下降，需要充分研究太阳能电池的结构和制作方法。
例如，在专利文献1中，作为背面电极型的太阳能电池的制作方法，提出了将多个导电区域进行电连接，利用镀覆法形成收集电极，最终在多个导电区域之间设置分离槽，将收集电极进行电分离的方法。另外，在专利文献1中，通过将制作分离槽时露出的部分用绝缘层被覆，能够抑制分离槽周边的裂纹等的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010－108994号公报
发明内容
然而，发现如果使用专利文献1所记载那样具备分离槽的太阳能电池制作太阳能电池模块，则在分离槽周边载流子的寿命下降。认为这是因制作太阳能电池模块时使用的封装材料在分离槽周边直接或者介由绝缘层而与半导体导电层接触，由此封装材料中的杂质扩散到半导体导电层，在半导体导电层间产生漏电流的结果导致的。
本发明解决了上述问题，提供一种抑制了背面电极型的太阳能电池中载流子的寿命下降且改善了开路电压和填充因子的太阳能电池及其制造方法以及具备该太阳能电池的太阳能电池模块。
本发明的太阳能电池的特征在于，包括半导体基板以及配置于上述半导体基板的一侧主面上的第1导电型层(conductivity-type layer)和第2导电型层，其中，在上述第1导电型层上配置有第1电极，在上述第2导电型层上配置有第2电极，上述第1电极与上述第2电极电分离，在上述第1电极与上述第2电极之间配置有岛状的导电层。
本发明的太阳能电池模块的特征在于，是包括多个上述本发明的太阳能电池的太阳能电池模块，其包括覆盖上述太阳能电池的封装层、配线部、受光面保护层和背面保护层。
本发明的太阳能电池的制造方法的特征在于，包括下述工序：导电型层形成工序，在半导体基板的一侧主面上形成第1导电型层和第2导电型层；以及，电极形成工序，在上述第1导电型层上形成第1电极，在上述第2导电型层上形成第2电极；并且，在上述电极形成工序中，在上述第1电极与上述第2电极之间形成岛状的导电层。
根据本发明，能够提供开路电压和填充因子得到改善的太阳能电池和太阳能电池模块。
附图说明
图1是表示太阳能电池单元的一个例子的俯视示意图。
图2是图1的I－I线的主要部分的截面示意图。
图3是表示配置于电极间的岛状导电层的形状图案的例子的主要部分的俯视示意图。
图4是表示太阳能电池模块的一个例子的主要部分的截面示意图。
图5是表示太阳能电池的制造工艺的一个例子的主要部分的截面示意图。
具体实施方式
(太阳能电池)
首先，对本发明的太阳能电池的实施方式进行说明。本实施方式的太阳能电池具备半导体基板、配置于上述半导体基板的一侧主面上的第1导电型层和第2导电型层。另外，在上述第1导电型层上配置有第1电极，在上述第2导电型层上配置有第2电极，将上述第1电极与上述第2电极电分离，在上述第1电极与上述第2电极之间配置有岛状的导电层。
本实施方式的太阳能电池因在上述第1电极与上述第2电极之间配置有岛状的导电层，所以即便使用本实施方式的太阳能电池制作太阳能电池模块，也能够抑制载流子寿命的下降，与现有的背面电极型的太阳能电池相比，能够改善开路电压和填充因子。即，即便使用本实施方式的太阳能电池制作太阳能电池模块，也能够保持半导体导电层间的电绝缘性，并且上述岛状导电层成为遮挡层，能够从成为载流子寿命下降的原因的各种物质保护半导体导电层。更具体而言，能够避免太阳能电池模块的封装材料直接与半导体导电层接触，能够抑制封装材料中的杂质扩散到半导体导电层，能够防止在半导体导电层间产生漏电流。另外，由于上述岛状导电层成为遮挡层，所以在太阳能电池模块的制作工序中，能够防止水蒸气、金属材料等杂质接触到半导体导电层，能够抑制这些杂质扩散到半导体导电层。
另外，通过设置上述岛状导电层，太阳能电池模块的封装材料与太阳能电池单元的密合性得到提高，太阳能电池模块的可靠性得到提高。此外，通过设置上述岛状导电层，在太阳能电池单元的制作工序中，能够减少产生静电破坏，能够提高太阳能电池的生产效率。
接下来，基于附图对本实施方式的太阳能电池单元进行说明。图1是表示本实施方式的太阳能电池单元的一个例子的俯视示意图，图2是图1的I－I线的主要部分的截面示意图。在图1和图2中，例示了异质结型的太阳能电池，但本实施方式的太阳能电池单元并不限于异质结型的太阳能电池，也可以为同质结型的太阳能电池。
在图1和图2中，本实施方式的太阳能电池单元10具备半导体基板11、配置于半导体基板11的一侧主面(背面)上的第1导电型层12和第2导电型层13。另外，在第1导电型层12与半导体基板11之间配置有接合层14，在第2导电型层13与半导体基板11之间配置有接合层15。
另外，在第1导电型层12上配置有第1电极17，在第2导电型层13上配置有第2电极18，第1电极17与第2电极18电分离。另外，第1电极17由与第1导电型层12相接的第1下层电极17a和配置于第1下层电极17a上的第1上层电极17b构成，第2电极18由与第2导电型层13相接的第2下层电极18a和配置于第2下层电极18a上的第2上层电极18b构成。
另外，在第1电极17与第2电极18之间配置有岛状的导电层16。岛状的导电层16的配置位置只要为第1电极17与第2电极18之间即可，可以在第1导电型层12上，可以在第2导电型层13上，也可以在跨第1导电型层12与第2导电型层13的位置。
另外，太阳能电池单元10在半导体基板11的另一侧主面(受光面)上具备接合层19和反射防止层20。太阳能电池单元10为从上述受光面接收太阳光21的结构。由于太阳能电池单元10是在受光面侧没有形成电极的背面电极型，所以在受光面侧没有遮挡太阳光的物，光电转换效率提高。
接着，例示异质结型硅系太阳能电池，对本实施方式的太阳能电池单元的各构成部件进行说明。在以下的说明中，关于数值范围，记载为“A～B”时，表示“A以上且B以下”。
＜半导体基板＞
作为半导体基板11，可以使用导电型单晶硅基板或者导电型多晶硅基板，若使用导电型单晶硅基板，则能够实现高的光电转换效率，若使用导电型多晶硅基板，则能够更低廉地制造太阳能电池。
使用导电型单晶硅基板作为半导体基板11时，作为导电型单晶硅基板，可以使用n型单晶硅基板或者p型单晶硅基板，从晶体硅基板内的载流子寿命的长度考虑，优选使用n型单晶硅基板。这是由于在p型单晶硅基板中，有时因光照射而会影响作为p型掺杂剂的B(硼)，发生成为再结合中心的LID(Light Induced Degradation)，而n型单晶硅基板中更能够抑制LID。
使用导电型单晶硅基板作为半导体基板11时，导电型单晶硅基板的厚度优选为50～250μm，更优选为60～200μm，进一步优选为70～180μm。通过使用该范围的厚度的基板，能够进一步减少材料成本。从陷光的观点考虑，优选导电型单晶硅基板在光的入射面侧具有被称为织构的凹凸结构。
＜导电型层＞
第1导电型层12可以由导电型硅系层形成，第2导电型层13可以由与第1导电型层12不同的导电型的导电型硅系层形成。作为上述导电型硅系层，可以使用p型硅系层或者n型硅系层。作为p型硅系层的掺杂剂杂质，优选使用B(硼)，作为n型硅系层的掺杂杂质，优选使用P(磷)。
上述导电型硅系层可以由非晶硅层或者含有非晶硅和晶体硅的微晶硅层形成。
上述导电型硅系层的形成方法没有特别限定，优选利用CVD法形成。此时，作为材料气体，使用SiH4气体，作为掺杂气体，优选使用经氢稀释的B2H6、PH3。另外，为了提高光的透过性，可以添加微量的氧、碳之类的杂质，此时，只要将CO2、CH4之类的气体在CVD成膜时导入即可。
在背面电极型太阳能电池中，从入射面侧射入光，在背面回收生成的载流子。因此，第1导电型层12和第2导电型层13形成在同一面内。作为将第1导电型层12和第2导电型层13形成在同一面内的方法，可以采用利用掩模的CVD法或者蚀刻法。
＜接合层＞
接合层14和接合层15可以由本征硅系层形成。接合层14和接合层15作为钝化层发挥功能，能够抑制载流子的再结合。
＜电极＞
第1电极17的第1下层电极17a和第1上层电极17b以及第2电极18的第2下层电极18a和第2上层电极18b可以分别由金属材料或者透明导电性材料形成。其中，为了使制造工艺简单化，优选第1下层电极17a和第2下层电极18a由相同的材料形成，同样地优选第1上层电极17b和第2上层电极18b由相同的材料形成。
作为上述金属材料，例如，可以使用Cu、Ag、Al和它们的合金。另外，作为上述透明导电性材料，可以使用透明导电性金属氧化物，例如，氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化钛和它们的复合氧化物等。这些中，优选以氧化铟为主成分的铟系复合氧化物。从高的导电率和透明性的观点考虑，特别优选使用铟氧化物。此外，为了确保可靠性和更高的导电率，进一步优选在铟氧化物中添加掺杂剂。作为上述掺杂剂，例如，可举出Sn、W、Zn、Ti、Ce、Zr、Mo、Al、Ga、Ge、As、Si、S等。
在本实施方式中，第1电极17和第2电极18分别形成为双层结构的电极，但可以形成为单层结构的电极，也可以形成为3层以上的多层结构的电极。将第1电极17和第2电极18分别形成为单层结构的电极时，为了使制造工艺简单化，优选第1电极17和第2电极18由相同的材料形成。
上述电极的形成方法没有特别限定，使用上述金属材料形成电极时，例如，可以使用丝网印刷法、镀覆法、导线粘接法、喷墨法、喷雾法、真空蒸镀法、溅射法等。特别优选使用Ag膏的丝网印刷法、使用铜镀层的镀覆法。
另外，使用上述透明导电性材料形成电极时，可以使用溅射法等物理气相沉积法、利用有机金属化合物与氧或者水的反应的化学气相沉积法等。
＜岛状的导电层＞
本实施方式中的“岛状”这一用语是如同其在薄膜形成技术领域的通常的意义，指在薄膜晶体的生长初期阶段观察到的三维的岛状生长(Volmer－Weber型)；在凹凸结构上利用斜角蒸镀法形成的岛状结构；或者利用蚀刻法除去层状的薄膜时薄膜层的一部分残留的岛状结构。即，岛状的导电层表示导电层间断存在的状态。
岛状的导电层16的形状没有特别限定。但是，从抑制漏电流的观点出发，要求在第1电极17与第2电极18分离的区域为空间上不连续的形状。岛状的导电层16的薄层电阻值根据第1电极17与第2电极18分离的区域宽度而所需的值不同，为了保证第1电极17与第2电极18之间的绝缘性，优选为1.6kΩ/□以上。导电层16的薄层电阻值可以通过调整导电层16的厚度而控制。
图3A～图3D表示配置于第1电极17和第2电极18之间的岛状的导电层16的形状图案的例子。如图3A所示，岛状的导电层16的形状可以为圆形，如图3B和图3C所示，可以为在与电极平行的方向或与电极垂直的方向延伸的形状。另外，只要导电层16不是将第1电极17和第2电极18连接起来的结构，即，只要相对于第1电极17和第2电极18独立或者与一电极接触且与另一电极分离，则不特别需要为岛状的形状。另外，如图3D所示，可以存在各种形状的岛状的导电层16，可以在电极上形成一部分的导电层。此外，岛状的导电层16可以在第1电极17与第2电极18的分离区域不均匀地分布。
另外，在第1电极17与第2电极18的分离方向上的导电层16的最大宽度优选为50nm～250nm。这是由于如果导电层16的上述最大宽度过大，则导电层16会连接第1电极17与第2电极18之间，在导电层16的薄层电阻值低的情况下，第1电极17与第2电极18之间的绝缘性下降。
另外，对第1电极17与第2电极18的分离区域的、岛状的导电层16的被覆面积率没有特别限定，从抑制漏电流和抑制载流子的寿命下降的观点考虑，优选为30～70％。
岛状的导电层16可以由与上述的电极的形成材料相同的导电性材料形成，也可以由与电极的形成材料不同的导电性材料形成。岛状的导电层16的形成材料以块状(bulk)电阻率优选为1×10-3Ωcm以下。
作为岛状的导电层16的形成材料使用金属材料时，例如，可以使用Cu、Ag、Al和它们的合金。另外，作为岛状的导电层16的形成材料使用透明导电性材料时，优选作为主成分含有铟氧化物，作为掺杂剂的材料含有Sn、W、Zn、Ti、Ce、Zr、Mo、Al、Ga、和Ge中的至少一种以上。为了使制造工艺简单化，优选使用透明导电性材料作为岛状的导电层16的形成材料。
岛状的导电层16可以为单层结构，也可以为多层结构。岛状的导电层16为多层结构时，具体而言，例如，可以为金属层/金属层、透明导电层/金属层、透明导电层/透明导电层等多层结构。
此外，在岛状的导电层16上，可以将绝缘层和第1导电型半导体层或者第2导电型半导体层以覆盖岛状导电层上侧和岛状导电层的方式成膜。作为上述绝缘层，例如，可举出本征硅层、氧化硅层、氮化硅层等，只要为电绝缘层就不特别限于这些。
接下来，对岛状导电层的形成形态及其形成方法进行说明。
[形成形态1(岛状导电层由金属材料形成的情况)]
作为由金属材料形成岛状导电层的方法，也可以使用溶胶-凝胶法、镀覆法等，从控制岛状导电层的厚度的观点考虑，优选利用溅射法、真空蒸镀法等气相法形成。使用气相法形成岛状导电层时，优选使基板温度为室温左右的低温，更优选冷却至室温以下。这是由于能够抑制从蒸镀源飞来的金属材料在电池单元表面因迁移而扩散，并且也不会对太阳能电池施予热历程。从同样的理由出发，即便是使用气相法的情况下，与溅射法相比，更优选真空蒸镀法。
另外，在太阳能电池的背面侧的表面具有凹凸的情况下，通过使用真空蒸镀装置，利用斜角蒸镀法，能够再现性好地形成岛状导电层。这是由于在斜角蒸镀法中，凹凸结构的凸部成为阴影，蒸镀材料不易直接附着于凹部。
此外，通过在第1电极与第2电极分离的区域进行掩模成膜，能够形成再现性更高的具备规则性的岛状导电层。但是，因掩模定位的难度，上述斜角蒸镀法是最简便且再现性好的方法。
本实施方式中，优选利用电极部作为凸部，通过斜角蒸镀法制作金属薄膜的方法。此时，在电极部上形成通过蒸镀制作的金属薄膜。
形成岛状导电层的金属材料以块状电阻率优选为1×10-3Ωcm以下。由此，岛状导电层由上述金属材料形成时，因其导电率高，能够防止带静电，能够防止在电池单元制作中途产生静电破坏，能够提高太阳能电池的生产效率。
[形成形态2(岛状导电层由透明导电性材料形成的情况)]
作为用透明导电性材料形成岛状导电层的方法，可以为上述的斜角蒸镀法，但从工艺的简便性的观点考虑，更优选利用蚀刻法形成。
利用蚀刻法形成岛状导电层时，首先使用透明导电性材料并利用气相法在第1导电型层和第2导电型层上形成透明导电层。其后，在第1导电型层与第2导电型层的边界区域上，利用蚀刻法除去透明导电层的一部分。此时，以透明导电层的一部分残留在第1导电型层与第2导电型层的边界区域上的方式，调整蚀刻液的浓度和蚀刻时间。
可以将利用上述蚀刻法进行分离的透明导电层直接用作第1电极和第2电极，但优选在透明导电层上分别形成由金属材料形成的金属电极作为第1上层电极和第2上层电极。
作为上述金属电极的制作方法，与上述的电极的制作方法相同，可以使用丝网印刷法、镀覆法、导线粘接法、喷墨法、喷雾法、真空蒸镀法、溅射法等，但优选采用使用Ag膏的丝网印刷法、使用铜镀层的镀覆法。
上述内容中示出了在对透明导电层进行蚀刻后形成金属电极的例子，但也可以在形成金属电极后对透明导电层进行蚀刻。此时，优选选定不会蚀刻金属电极的蚀刻液或浓度。
形成岛状导电层的透明导电性材料以块状电阻率优选为1×10-3Ωcm以下。由此，岛状导电层由上述透明导电性材料形成时，因其导电率高，能够防止带静电，能够防止在电池单元制作中途产生的静电破坏，能够提高太阳能电池的生产效率。
[形成形态3(岛状导电层由多层结构形成的情况)]
在形成形态1和2中，对岛状导电层由单层结构形成的情况进行了说明，但岛状导电层也可以由多层结构形成。例如，可以为金属层/金属层、透明导电层/金属层、透明导电层/透明导电层等多层结构。
作为形成多层结构的岛状导电层的方法，可以与形成形态2同样地使用蚀刻法。此时，岛状导电层由透明导电层和金属层的层叠体形成的情况下，可以分别对金属层和透明导电层进行蚀刻，但从工艺的简便性的观点，优选选定同时蚀刻层叠体整体的蚀刻液，通过调整浓度、时间而形成岛状导电层。
接着，对岛状导电层的确认方法进行说明。例如可以通过扫描式电子显微镜进行观察而确认导电层形成为岛状。以观察倍率为1000～100000倍左右，在该太阳能电池单元的背面侧，观察包含第1电极和第2电极的分离区域的区域，从而能够确认导电层的形成状态。
另外，导电层的膜厚为1～20nm这样的非常薄的情况下，例如可以用透射式电子显微镜进行观察。此时，以观察倍率为10万～100万倍左右，观察包含第1电极和第2电极的分离区域的截面，从而能够确认导电层的形成状态。
此外，可以使用与上述方法同样的方法来确认在第1电极和第2电极的分离区域上的岛状导电层的被覆率和岛状导电层的大小。
岛状导电层的薄层电阻值例如可以通过在第1电极和与其相邻的第2电极之间配置探针来评价。可以通过在各电极配置一根探针的二探针法进行测定，但由于包括电极与探针的接触电阻，所以更优选在各电极配置二根探针的四探针法。
＜其它的构成部件＞
形成于受光面上的接合层19可以由本征硅系层形成。另外，反射防止层20优选使用折射率为1.5～2.3左右的透光性膜。作为反射防止层20的形成材料，优选SiO、SiN、SiON。反射防止层20的形成方法没有特别限定，优选通过能精密控制膜厚的CVD法来成膜。如果为基于CVD法的成膜，则能够通过控制材料气体或成膜条件来控制膜质。
(太阳能电池模块)
接下来，对本发明的太阳能电池模块的实施方式进行说明。本实施方式的太阳能电池模块具备多个上述实施方式的太阳能电池，并且，具备覆盖上述太阳能电池的封装层、配线部、受光面保护层和背面保护层。即，本实施方式的太阳能电池模块是具备多个太阳能电池单电池单元的集合电池，该太阳能电池单电池单元具备半导体基板以及配置于上述半导体基板的一侧主面上的第1导电型层和第2导电型层。通过成为上述集合电池，能够增大太阳光的受光面积，提高太阳光的受光率。
图4是表示本实施方式的太阳能电池模块的一个例子的主要部分的截面示意图。图4中，本实施方式的太阳能电池模块30具备多个上述实施方式的太阳能电池单元10。利用配线部31将太阳能电池单元10的各电极(未图示)进行串联电连接。另外，太阳能电池单元10和配线部31被封装层32覆盖，在太阳能电池10的受光面侧配置有受光面保护层34，在其背面侧配置有背面保护层33。太阳光35从受光面保护层34射入。
作为形成封装层32的封装材料，例如，优选使用高密度聚乙烯(HDPE)、高压法低密度聚乙烯(LDPE)、直链状低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯/α－烯烃共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯/乙酸乙烯酯/三烯丙基异氰脲酸酯(EVAT)、聚丁酸乙烯酯(PVB)、有机硅树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂等透光性的树脂。从抑制湿气的浸入的观点考虑，更优选高密度聚乙烯(HDPE)、高压法低密度聚乙烯(LDPE)、直链状低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯/α－烯烃共聚物。
由于封装层32覆盖太阳能电池单元10，所以上述封装材料与太阳能电池单元10的表面接触，但如上所述，在太阳能电池单元10中，在第1电极与第2电极之间配置有岛状导电层，因此能够避免上述封装材料直接与半导体导电层接触。因此，能够抑制封装材料中的杂质扩散到半导体导电层，能够防止在半导体导电层间产生漏电流。另外，由于上述岛状导电层成为遮挡层，所以在太阳能电池模块的制作工序中能够防止水蒸气、金属材料等杂质接触半导体导电层，能够抑制这些杂质扩散到半导体导电层。另外，通过设置上述岛状导电层，太阳能电池模块的封装材料与太阳能电池单元的密合性得到提高，太阳能电池模块的可靠性提高。此外，通过设置上述岛状导电层，从而能够减少在太阳能电池单元的制作工序中发生静电破坏，能够提高太阳能电池的生产效率。
构成配线部31的配线材料没有特别限制，优选使用用焊料被覆铜箔表面的焊料被覆铜箔或用银被覆在与电极进行连接的面形成有凹凸结构的铜箔的表面的银被覆铜箔等。通过用焊料或银被覆铜箔的表面，能够防止铜箔表面的腐蚀，并且提高与电极的电连接性，此外，还可以期待由于被配线部31反射的光而提高电流的效果。
受光面保护层34由透光性部件形成，例如，可以由玻璃、透明树脂等形成。背面保护层33由聚烯烃系树脂、聚酯系树脂、丙烯酸系树脂、氟树脂、乙烯·乙酸乙烯酯树脂等热塑性树脂形成，也可以在这些树脂中添加颜料、染料等色料。
(太阳能电池的制造方法)
接下来，对本发明的太阳能电池的制造方法的实施方式进行说明。本实施方式的太阳能电池的制造方法的特征在于，具备：导电型层形成工序，其在半导体基板的一侧主面上形成第1导电型层和第2导电型层；以及，电极形成工序，其在上述第1导电型层上形成第1电极，在上述第2导电型层上形成第2电极；并且，在上述电极形成工序中，在上述第1电极与上述第2电极之间形成岛状的导电层。
在本实施方式的太阳能电池的制造方法中，在上述电极形成工序中基本能够同时进行电极的形成和岛状的导电层的形成，因此可直接利用现有的太阳能电池的制造工艺。即，即使不追加新的工序，也能在第1电极与第2电极之间形成岛状的导电层。
接着，基于附图对本实施方式的太阳能电池的制造方法的一个例子进行说明。图5是表示本实施方式的太阳能电池的制造工艺的一个例子的主要部分的截面示意图。图5中，对于与图2所示的部件对应的部件，标注与图2相同的符号。
首先，如图5A所示，在n型单晶硅基板11的受光面侧的主面的整面上形成本征硅系层19，并且在n型单晶硅基板11的背面侧的主面的整面上形成本征硅系层14。通过形成本征硅系层14，可期待表面钝化效果。另外，虽然在图5A中省略了图示，但从基于陷光效果的光获取效率的提高的观点，n型单晶硅基板11的两个主面具备织构。接着，以实质上覆盖本征硅系层14的方式层叠p型硅系层12。
优选利用等离子体CVD法形成本征硅系层19、本征硅系层14和p型硅系层12。将上述硅系层利用等离子体CVD法成膜时，通过成膜条件能够较容易地控制膜质，因此容易调整耐腐蚀性和折射率。
作为利用等离子体CVD法形成上述硅系层的条件，优选采用基板温度：100～300℃、压力：20～2600Pa、高频功率密度：0.004～0.8W/cm2。另外，作为可用于上述硅系层形成的原料气体，优选使用SiH4、Si2H6等含硅气体或者硅系气体与H2的混合气体。另外，作为掺杂气体，可使用B2H6。
接下来，如图5B所示，在本征硅系层19上形成反射防止层20。反射防止层20优选由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者它们的层叠物形成。反射防止层20也优选用等离子体CVD法形成。
接着，在p型硅系层12上形成光致抗蚀剂22。光致抗蚀剂22可以使用正性和负性中的任一种，从获取材料的容易性和图案化精度的高度考虑，优选使用正性的光致抗蚀剂。以下，在本实施方式中，对使用正性的光致抗蚀剂的情况进行说明。
接下来，如图5C所示，使用p型硅系层12的图案形成用的光掩模(未图示)进行曝光，以p型硅系层12露出一部分的方式除去光致抗蚀剂22的一部分。
接下来，如图5D所示，将光致抗蚀剂22作为掩模，对p型硅系层12和本征硅系层14的一部分进行蚀刻。作为用于蚀刻的蚀刻液，优选使用含氢氟酸的酸系的溶液。上述蚀刻液可适当地选择使用适合各层的蚀刻液。
接下来，如图5E所示，剥离光致抗蚀剂。通过以上的工序，得到形成有p型硅系层12的p型硅系层形成区域和蚀刻p型硅系层而露出n型单晶硅基板11的p型硅系层非形成区域。
接下来，如图5F所示，以实质上覆盖上述p型硅系层形成区域和上述p型硅系层非形成区域的方式形成本征硅系层15，并且以实质上覆盖本征硅系层15的方式形成n型硅系层13。本征硅系层15和n型硅系层13优选利用等离子体CVD法形成。在此，优选在本征硅系层15和n型硅系层13的形成工序之间进行基板的清洗，更优选利用氢氟酸水溶液进行清洗。
接下来，如图5G所示，通过蚀刻除去p型硅系层12上的n型硅系层13和本征硅系层15，使p型硅系层12的表面露出。接着，如图5G所示，以覆盖p型硅系层12和n型硅系层13上的整面的方式形成透明导电层23。透明导电层23的形成方法没有特别限定，例如，可以使用溅射法等物理气相沉积法或化学气相沉积法等。
接下来，如图5H所示，通过使用掩模的蚀刻除去一部分的透明导电层23，在p型硅系层12上形成第1下层电极17a，在n型硅系层13上形成第2下层电极18a，并且在第1下层电极17a与第2下层电极18a之间形成岛状的导电层16。如此可以调整蚀刻液的浓度和蚀刻时间使第1下层电极17a和第2下层电极18a分离而形成且在它们间形成岛状的导电层16。
最后，如图5I所示，在第1下层电极17a上形成第1上层电极17b，在第2下层电极18a上形成第2上层电极18b。第1上层电极17b和第2上层电极18b的形成方法也没有特别限定，例如，可以通过印刷法等涂布导电性膏而形成。
通过以上的工序，完成本实施方式的背面电极型的太阳能电池单元。如图5I所示，本实施方式的太阳能电池单元在第1电极17与第2电极18之间配置有岛状的导电层16。由此，即便使用上述实施方式的太阳能电池制作太阳能电池模块，也能够抑制载流子的寿命下降，与现有的背面电极型的太阳能电池相比，能够改善开路电压和填充因子。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行详细说明。但是，下述实施例不限制本发明。
(实施例1)
＜太阳能电池单元的制作＞
首先，如下所述，除了没有形成反射防止层以外，通过图5所示的工序制作图2所示的背面电极型太阳能电池单元。
首先，准备入射面取向为(100)的n型单晶硅基板11，在丙酮中清洗该基板后，在2质量％的氢氟酸水溶液中浸渍5分钟，除去表面的氧化硅膜后，利用超纯水清洗2次。将该基板浸渍在保持于75℃的5质量％KOH/15质量％异丙醇的混合水溶液中15分钟，对基板的表面进行蚀刻，由此在基板的表面形成织构。其后，在2质量％的氢氟酸水溶液中浸渍5分钟，利用超纯水清洗2次，在常温下干燥。在该阶段，利用Pacific Nanotechnology公司制的原子力显微镜(AFM)，进行n型单晶硅基板的表面观察，结果确认了在基板的表面的蚀刻进行的最多，形成了(111)面露出的金字塔型的织构。上述基板的表面的算术平均粗糙度为2100nm，上述基板的厚度为160μm。上述基板的厚度是通过测定基板的表面和背面的凸部间的距离而求出的。
接下来，将蚀刻后的基板导入CVD装置，在n型单晶硅基板11的受光面(第二主面)侧将作为本征硅系层19的本征非晶硅以10nm的膜厚成膜。本征非晶硅的成膜条件是基板温度：180℃，压力：130Pa，SiH4/H2流量比：2/10，输入功率密度：0.03W/cm2。本实施例中的薄膜的膜厚是从用光谱椭偏仪(商品名：M2000，J.A.Woollam公司制)测定以相同条件成膜于硅基板上的薄膜的膜厚而求出的成膜速度算出的值。
同样地利用CVD法在n型单晶硅基板11的背面(第一主面)侧，将本征非晶硅以5nm的膜厚成膜作为本征硅系层14。接下来，在本征硅系层14上，将p型非晶硅以10nm的膜厚成膜作为p型硅系层12。本征非晶硅的成膜条件为与受光面侧的该条件相同。另外，p型非晶硅的成膜条件是基板温度：190℃，压力：130Pa，SiH4/H2/B2H6流量比：1/10/3，输入功率密度：0.04W/cm2。上述的B2H6气体流量是利用H2将B2H6浓度稀释至5000ppm的稀释气体的流量。
以实质上覆盖如此形成的p型硅系层12的方式形成光致抗蚀剂22，使用光掩模利用紫外光对光致抗蚀剂22的一部分进行曝光，利用KOH水溶液进行显影，除去光致抗蚀剂22的一部分使p型硅系层12露出。
接下来，将残余的光致抗蚀剂22作为掩模，利用HF和HNO3的混合酸对p型硅系层12和本征硅系层14进行蚀刻，使n型单晶硅基板11的第一主面露出后，使用乙醇、丙酮和异丙醇的混合有机溶剂剥离除去光致抗蚀剂22。
接下来，用HF水溶液清洗因蚀刻而受污染的基板，导入于CVD装置，在第一主面的整面将本征非晶硅以5nm的膜厚成膜作为本征硅系层15。本征非晶硅的成膜条件是基板温度：180℃，压力：130Pa，SiH4/H2流量比：2/10，输入功率密度：0.03W/cm2。
接着，在本征硅系层15上将n型非晶硅以10nm的膜厚成膜作为n型硅系层13。n型非晶硅的成膜条件是基板温度：180℃，压力：60Pa，SiH4/PH3流量比：1/2，输入功率密度：0.02W/cm2。上述的PH3气体流量是利用H2将PH3浓度稀释至5000ppm的稀释气体的流量。
接下来，利用KOH水溶液通过蚀刻除去p型硅系层12上的n型硅系层13和本征硅系层15，使p型硅系层12的表面露出。接下来，利用溅射法在形成有p型硅系层12和n型硅系层13的第一主面的几乎整面上，将氧化铟锡(ITO，折射率：1.9)以80nm的膜厚成膜，形成透明导电层23。ITO的成膜条件是使用在氧化铟中添加了10质量％的锡的材料作为靶，使基板温度为室温，在压力0.2Pa的氩气氛中，施加0.5W/cm2的功率密度而制成透明导电膜。
接下来，通过使用盐酸的蚀刻而除去透明导电层23的一部分，分离成第1下层电极17a和第2下层电极18a。此时，以在第1下层电极17a与第2下层电极18a之间形成岛状的导电层16的方式，调整盐酸的浓度和浸渍时间。本实施例中，盐酸的浓度为20质量％，在盐酸中的浸渍时间为3分钟。
最后，通过丝网印刷在第1下层电极17a和第2下层电极18a上涂布Ag膏，形成第1上层电极17b和第2上层电极18b。
利用扫描式电子显微镜以倍率80000倍观察如上制作的太阳能电池，确认了在第1电极17与第2电极18之间形成有岛状的导电层16。
接下来，使用如上所述制作的太阳能电池单元，如下所述制作太阳能电池模块。
准备9个太阳能电池单元，在各太阳能电池单元的第1电极和第2电极上分别介由导电性粘接剂配置配线材，在温度180℃下，施加15秒2MPa的压力，将各电极间进行连接，制作9个太阳能电池单元串联连接的太阳能电池串。作为上述导电性粘接剂，使用在以环氧树脂为主成分的树脂中含有10质量％的平均粒径约10μm的Ni粉的膜状树脂。另外，作为配线材，使用以被覆铜箔的表面的方式形成了焊料的焊料镀覆铜箔。
接着，使用6个上述太阳能电池串，如下所述制作太阳能电池模块。
首先，在太阳能电池串的受光面侧配置封装层，在该封装层上配置受光面保护层。使用白板玻璃作为受光面保护层，使用EVA作为构成封装层的封装材料。接着，与上述同样地在太阳能电池串的背面侧配置封装层，在该封装层上配置背面保护层。
从太阳能电池串侧起算，上述背面保护层依次由黑色树脂层、反射层、基材层构成。作为构成上述黑色树脂层的黑色树脂，使用添加了黑色颜料的聚烯烃系树脂。另外，使用Al箔作为上述反射层，使用PET膜作为上述基材层。
上述黑色树脂层吸收小于750nm的可见光线λB且使波长为750nm以上的近红外线λA透过。另外，用作反射层的Al箔反射近红外线λA。
接下来，对依次层叠有受光面保护层、封装层、太阳能电池串、封装层、背面保护层的层叠体在大气压下以温度150℃加热，其后减压至100Pa后，在大气压下加压的工序进行5分钟，由此使上述层叠体一体化。接着，在150℃保持60分钟，使封装材料的EVA交联。如此制作如图4所示的太阳能电池模块。
(比较例1)
在太阳能电池单元的制作工序中，将利用盐酸对透明导电层23进行蚀刻的时间变更为15分钟，除此之外，与实施例1同样地进行，制作太阳能电池单元。利用扫描式电子显微镜以倍率80000倍观察制作的太阳能电池，结果确认了在第1电极17与第2电极18之间没有形成岛状的导电层。接下来，与实施例1同样地使用上述太阳能电池单元制作太阳能电池模块。
作为如上制作的实施例1和比较例1的太阳能电池模块的光电转换特性，测定开路电压(Voc)、短路电流(Isc)和填充因子(FF)。将其结果示于表1。在表1中，以将比较例1的结果设为1.00时的相对比率表示实施例1的结果。
[表1]
Voc Isc FF
实施例1 1.04 1.01 1.02
比较例1 1.00 1.00 1.00
由表1可知，与在第1电极和第2电极之间没有形成岛状导电层的比较例1相比，在第1电极和第2电极之间形成有岛状导电层的实施例1中，看到Voc、Isc和FF的全部特性得到了改善，特别是Voc大幅得到改善。认为其主要原因是由于在实施例1中，在第1电极和第2电极之间以岛状存在的导电层作为制作太阳能电池模块时的缓冲材料发挥作用，封装材料不直接与半导体层接触，从而抑制了半导体层中的载流子的寿命下降。
根据以上的实施例1和比较例1的结果可知，通过在第1电极和第2电极之间形成岛状导电层，能够抑制半导体层中的载流子的寿命下降，并且能够防止电极间的漏电流，能够改善开路电压和填充因子。
符号说明
10 太阳能电池单元
11 半导体基板
12 第1导电型层
13 第2导电型层
14、15、19 接合层
16 岛状的导电层
17 第1电极
17a 第1下层电极
17b 第1上层电极
18 第2电极
18a 第2下层电极
18b 第2上层电极
20 反射防止层
21 太阳光
22 光致抗蚀剂
23 透明导电层
30 太阳能电池模块
31 配线部
32 封装层
33 背面保护层
34 受光面保护层
35 太阳光

Claims (7)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括半导体基板以及配置于所述半导体基板的一侧主面上的第1导电型层和第2导电型层，
在所述第1导电型层上配置有第1电极，在所述第2导电型层上配置有第2电极，
所述第1电极与所述第2电极电分离，
在所述第1电极与所述第2电极之间配置有岛状的导电层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述导电层由透明导电性材料形成。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述透明导电性材料含有铟氧化物作为主成分，含有选自Sn、W、Zn、Ti、Ce、Zr、Mo、Al、Ga和Ge中的至少一种以上作为掺杂剂。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述导电层的薄层电阻值为1.6kΩ/□以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池，其中，在所述第1电极与所述第2电极的分离方向上的所述导电层的最大宽度为50nm～250nm。
6.一种太阳能电池模块，其特征在于，是含有多个权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池的太阳能电池模块，
包括覆盖所述太阳能电池的封装层、配线部、受光面保护层和背面保护层。
7.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，是制造权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池的方法，包括下述工序：
导电型层形成工序，在半导体基板的一侧主面上形成第1导电型层和第2导电型层，以及
电极形成工序，在所述第1导电型层上形成第1电极，在所述第2导电型层上形成第2电极，
并且，在所述电极形成工序中，在所述第1电极与所述第2电极之间形成岛状的导电层。
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