CN109673170A - 太阳能电池元件及太阳能电池元件的制造方法 - Google Patents

太阳能电池元件及太阳能电池元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

太阳能电池元件具备半导体基板、钝化层和电极。半导体基板具有第一面及位于该第一面的背侧的第二面。钝化层位于半导体基板的第二面上。电极位于钝化层上，且以与半导体基板电连接的状态存在。电极具有线状电极部，该线状电极部在从第二面侧对半导体基板进行俯视透视时沿着半导体基板的周缘部存在且以在厚度方向上将钝化层贯通的状态存在。

Description

太阳能电池元件及太阳能电池元件的制造方法
技术领域
本公开涉及太阳能电池元件及太阳能电池元件的制造方法。
背景技术
作为光电变换效率高的晶体硅系的太阳能电池元件，已知PERC(PassivatedEmitter and Rear Cell)结构的太阳能电池元件。上述那样的太阳能电池元件在硅基板上具备钝化层、保护该钝化层的保护层和位于该保护层上的电极(例如，参照日本特开2012-253356号公报的记载)。
发明内容
公开太阳能电池元件及太阳能电池元件。
太阳能电池元件的一方式具备半导体基板、钝化层和电极。所述半导体基板具有第一面及位于该第一面的背侧的第二面。所述钝化层位于所述半导体基板的所述第二面上。所述电极位于所述钝化层上，且以与所述半导体基板电连接的状态存在。所述电极具有：线状电极部，从所述第二面侧俯视透视了所述半导体基板时沿着所述半导体基板的周缘部存在，且以在厚度方向上将所述钝化层贯通的状态存在。
太阳能电池元件的制造方法的一方式具有形成钝化层的步骤和形成电极的步骤。形成所述钝化层的步骤包括在具有第一面及位于该第一面的背侧的第二面的半导体基板中的所述第二面上形成所述钝化层的步骤。形成所述电极的步骤包括将所述电极形成为位于所述钝化层上并以与所述半导体基板电连接的状态存在的步骤。所述电极包括在从所述半导体基板的所述第二面侧俯视时沿着所述半导体基板的周缘部存在且以在厚度方向上将所述钝化层贯通的状态存在的线状电极部。
附图说明
图1是表示第一实施方式～第五实施方式所涉及的太阳能电池元件的一例的第一面侧的外观的俯视图。
图2是表示第一实施方式所涉及的太阳能电池元件的一例的第二面侧的外观的俯视图。
图3是表示图2的III部的一例的外观的放大俯视图。
图4是表示沿着图1及图2的IV-IV线将太阳能电池元件切断时的端面的端面图。
图5是表示图4的V部的一例的端面的放大端面图。
图6(a)～图6(f)是分别例示第一实施方式所涉及的太阳能电池元件的图4的端面所对应的部分的制造中途的状态的端面图。
图7是表示第二实施方式所涉及的太阳能电池元件的一例的第二面侧的外观的俯视图。
图8是表示图7的VIII部的一例的外观的放大俯视图。
图9是表示沿着图7的IX-IX线将太阳能电池元件切断时的端面的端面图。
图10是表示图9的X部的一例的端面的放大端面图。
图11是表示第三实施方式所涉及的太阳能电池元件的一例的第二面侧的外观的俯视图。
图12是表示图11的XII部的一例的外观的放大俯视图。
图13是表示第三实施方式所涉及的太阳能电池元件之中的图9的X部所对应的部分的一例的端面的放大端面图。
图14是表示第四实施方式所涉及的太阳能电池元件的一例的第二面侧的外观的俯视图。
图15是表示第五实施方式所涉及的太阳能电池元件的一例的第二面侧的外观的俯视图。
图16是表示参考例所涉及的太阳能电池元件之中的图9的X部所对应的部分的一例的端面的放大端面图。
具体实施方式
作为发电效率高的晶体硅系的太阳能电池元件，例如有具有PERC结构的太阳能电池元件。该太阳能电池元件例如在硅基板上具备钝化层、保护该钝化层的保护层和位于该保护层上的电极。该电极例如可通过对用于形成电极的材料(也称为电极形成用材料)进行加热而形成在保护层上。
然而，例如，在加热电极形成用材料来形成电极之际，保护层之中，未被电极形成用材料覆盖的周缘部相比被电极形成用材料覆盖的其他部分，温度更容易上升。因此，在沿着半导体基板的周缘部的保护层的周缘部，例如，加热时的膨胀量及冷却时的收缩量大，温度变化引起的变形增大。因此，例如在保护层的周缘部，在钝化层与保护层之间及保护层与电极之间的至少一方容易产生剥离。而且，例如，若保护层或者电极从硅基板的周缘部朝着中央部侧剥离，则太阳能电池元件的电特性有可能会降低。再有，例如，在钝化层或者保护层上，与电极直接形成在硅基板上的结构相比较，电极的紧贴力降低。因此，在实际使用环境下，由于加热及冷却造成的电极的膨胀及收缩，从硅基板的周缘部朝着中央部侧容易产生电极的剥离。
因而，本申请发明人创造出提供电特性不易降低的太阳能电池元件及太阳能电池元件的制造方法的技术。关于此，以下基于附图来说明各实施方式。
在附图中对具有同样的结构及功能的部分赋予相同的符号，在下述说明中省略重复说明。附图是示意性的。对图1～图16赋予右手系的XYZ坐标系。在该XYZ坐标系中，例如，后述的太阳能电池元件10的受光面、即第一面10a上的表面第一电极6a的长边方向被设为+Y方向，该表面第一电极6a的短边方向被设为+X方向，第一面10a的法线方向被设为+Z方向。
<1.第一实施方式>
<1-1.太阳能电池元件的基本结构>
如图1～图5所示，太阳能电池元件10具有位于表面(正面)侧的第一面10a及位于该第一面10a的相反侧的第二面10b。再有，太阳能电池元件10具备半导体基板1、钝化层4、保护层11、防反射层5、表面电极6和背面电极8。
半导体基板1和太阳能电池元件10同样地具有位于表面(正面)侧的第一面1a及位于该第一面1a的相反侧的第二面1b。
钝化层4位于半导体基板1的至少第二面1b上。保护层11位于该钝化层4上。表面电极6位于半导体基板1的第一面1a侧。表面电极6包含表面第一电极6a、表面第二电极6b及表面第三电极6c。背面电极8位于半导体基板1的第二面1b侧。背面电极8包含背面第一电极8a、背面第二电极8b、背面第三电极8c及背面第四电极8d。
而且，例如，在从第二面10b侧对太阳能电池元件10进行俯视透视时，背面第一电极(也称为第一金属部)8a是沿着半导体基板1的周缘部存在的线状的电极部(也称为线状电极部)。在此，在从第二面10b侧对太阳能电池元件10进行俯视透视时，半导体基板1的周缘是形成半导体基板1的外周的缘部的部分。进而，该背面第一电极8a例如在沿厚度方向将钝化层4贯通的状态下存在。在本说明书中，从第二面10b侧对太阳能电池元件10进行俯视透视和从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视作为同义来使用。因此，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，背面第一电极8a沿着钝化层4的周缘部存在，该钝化层4沿着半导体基板1的周缘部。例如，如果半导体基板1在俯视时呈多边形状，那么背面第一电极8a只要相对于半导体基板1的各边部具有1个以上的电极区域即可。在图2～图5的例子中，背面第一电极8a沿着半导体基板1的周缘部而以环状存在。从别的观点来看，背面第一电极8a例如在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，被位于比该背面第一电极8a更靠外侧的位置处的钝化层4和位于比该背面第一电极8a更靠内侧的位置处的钝化层4夹持。再有，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，背面第一电极8a包围保护层11中的全部区域或者除了外周部的区域。
线状或者点状的多个背面第二电极(也称为第二金属部)8b例如在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，位于半导体基板1的第二面1b上的区域之中被背面第一电极8a包围的区域(也称为第一区域)A1内。背面第一电极8a及背面第二电极8b双方均与导体基板1的第二面1b相接。
背面第三电极8c例如以与背面第一电极8a及背面第二电极8b分别电连接的状态位于保护层11上。从别的观点来看，保护层11例如是位于钝化层4与第三电极8c之间的部分。
在此，例如在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，保护层11的周缘部也可以位于比背面电极8的周缘部更靠外侧的位置处。从别的观点来看，例如在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，保护层11也可以位于半导体基板1的第二面1b上的区域之中比背面第一电极8a更靠外侧的区域(也称为第二区域A2)。
<1-2.太阳能电池元件的具体结构>
接下来，对太阳能电池元件10的具体结构进行说明。半导体基板1具有第一半导体区域2及第二半导体区域3。第一半导体区域2和第二半导体区域3形成pn结。半导体基板1例如使用具有第一导电型的单晶体或者多晶体的硅基板。例如，在第一导电型为p型的情况下，作为硅基板所含有的规定的掺杂元素，采用硼或者镓等。半导体基板1的厚度例如被设为250μm以下，也可以被设为更薄的150μm以下。半导体基板1的形状虽然并未特别地限定，但例如在俯视的状态下如果是四边形状，那么容易制作半导体基板1。在第一实施方式中，半导体基板1主要包括第一半导体区域2。
第二半导体区域3例如位于半导体基板1的第一面1a侧。第二半导体区域3例如是具有与第一导电型不同的第二导电型的半导体区域。例如，在第一导电型为p型的情况下，作为第二导电型可采用n型。例如，在第二导电型为n型的情况下，通过使磷等掺杂元素扩散到半导体基板1的第一面1a侧的表层部，从而能够形成第二半导体区域3。此时，例如，半导体基板1中的第二导电型的第二半导体区域3以外的区域可成为第一导电型的第一半导体区域2。
如图4所示，半导体基板1的第一面1a例如也可以具有凹凸部7。凹凸部7中的凸部的高度例如被设为0.1μm～10μm左右。凹凸部7的凸部的宽度例如被设为1μm～20μm左右。凹凸部7的凹部的面形状例如能够采用球面状或者倒金字塔形状等面形状。
钝化层4例如至少与半导体基板1的第二面1b接触。换言之，钝化层4例如位于第一半导体区域2的第二面1b侧。作为钝化层4的材料，例如采用从氧化铝、氧化锆、氧化铪、氧化硅、氮化硅及氮氧化硅等中选择的1种以上的材料。钝化层4例如能发挥钝化效果，包括基于内置电场的电场钝化效果和基于将界面的悬空键作为终端的钝化效果(也称为化学钝化)。基于内置电场的电场钝化效果例如可通过以下方式来产生，即，因钝化层4的存在，在半导体基板1的第二面1b与钝化层4的界面附近形成电场。
在此，例如钝化层4的固定电荷密度越大，越能实现更大的电场钝化效果。例如，如果第一半导体区域2为p型的硅，那么只要钝化层4具有负的固定电荷，就能够实现更大的电场钝化效果。关于化学钝化，例如界面态密度变得越小，越能够实现更大的钝化效果。在此，如果钝化层4存在，那么基于上述钝化效果，半导体基板1的第二面1b中的少数载流子的再耦合就会减少。由此，例如，太阳能电池元件10的开路电压及短路电流升高。其结果，太阳能电池元件10的输出特性得到提高。钝化层4的厚度的平均值例如被设为3nm～200nm左右。钝化层4例如也可以还位于半导体基板1的第一面1a侧。
在半导体基板1的第二面1b，例如，钝化层4不存在的多个区域是非钝化部。非钝化部起到用于获得位于钝化层4上的背面第一电极8a及背面第二电极8b与半导体基板1之间的电接触的接触部的作用。换言之，例如，背面电极8的一部分存在于非钝化部上。在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，背面第二电极8b的直径(或者宽度)例如被设为10μm～150μm左右。再有，排列了多个背面第二电极8b的间距例如被设为0.05mm～2.0mm左右。还有，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，背面第一电极8a的宽度例如被设为30μm～200μm左右。在此，背面第一电极8a例如也可以由排列成环状的多个线状电极部分构成。该情况下，各线状电极的长度例如被设为10mm～40mm左右。
保护层11例如位于钝化层4上。该保护层11例如能够保护钝化层4。保护层11的厚度例如被设为50nm～10μm左右。保护层11的材料例如作为与钝化层4不同的材料可采用氧化硅、氮化硅及氮氧化硅等之中的1种以上的材料。保护层11的材料例如也可以采用与钝化层4相同的材料。
防反射层5例如具有使太阳能电池元件10中的光的反射减少的作用。防反射层5例如位于半导体基板1的第一面1a侧。防反射层5的材料例如可采用氮化硅或者氧化硅等。防反射层5的厚度例如可根据半导体基板1及防反射层5的材料而适当设定。由此，在太阳能电池元件10中，例如能实现特定波长区域的光难以反射的条件。上述的“特定波长区域的光”例如是指太阳能电池元件10能进行光电变换的波长范围的光。在此，例如“特定波长区域的光”如果是指太阳能光的照射强度表示峰值的波长(也称为峰值波长)及包括该峰值波长前后的波长的波长区域的光，那么太阳能电池元件10的光电变换效率得以提高。在半导体基板1为晶体硅基板的情况下，防反射层5的折射率例如被设为1.8～2.3左右。防反射层5的厚度的平均例如被设为20nm～120nm左右。防反射层5例如也可以位于半导体基板1的侧面1c侧。侧面1c例如是在半导体基板1中连接第一面1a与第二面1b的面。
第三半导体区域9例如位于半导体基板1之中的第二面1b侧。第三半导体区域9的导电型例如可采用和第一半导体区域2相同的导电型。例如，如果第一半导体区域2的第一导电型为p型，那么作为第二半导体区域9的导电型可采用p型。在此，例如，第三半导体区域9含有的掺杂剂的浓度比第一半导体区域2含有的掺杂剂的浓度高。第三半导体区域9例如在半导体基板1的第二面1b侧形成内部电场。由此，例如，在半导体基板1的第二面1b的表面附近，不易产生少数载流子的再耦合引起的光电变换效率的降低。第三半导体区域9例如能够通过使硼或者铝等掺杂元素向半导体基板1的第二面1b侧的表层部扩散而形成。在此，第一半导体区域2含有的掺杂元素的浓度例如被设为5×1015atoms/cm3～1×1017atoms/cm3左右。第三半导体区域9含有的掺杂元素的浓度例如被设为1×1018atoms/cm3～5×1021atoms/cm3左右。第三半导体区域9例如存在于背面第二电极8b与半导体基板1的接触部分。再有，第三半导体区域9例如也可以存在于背面第一电极8a和半导体基板1的接触部分。
表面电极6例如位于半导体基板1的第一面1a侧。如图1所示，表面电极6例如包含：多个作为表面汇流条电极的表面第一电极6a；和多个线状的作为表面指状电极的表面第二电极6b。表面第一电极6a中的至少一部分和多个表面第二电极6b交叉。由此，表面第一电极6a与多个表面第二电极6b电连接。表面第二电极6b的短边方向上的宽度例如被设为50μm～200μm左右。表面第一电极6a的短边方向上的宽度例如被设为1.3mm～2.5mm左右。换言之，表面第二电极6b的短边方向的宽度小于表面第一电极6a的短边方向的宽度。多个表面第二电极6b之中的相邻的表面第二电极6b彼此的间隔例如被设为1mm～3mm左右。表面电极6的厚度例如被设为10μm～40μm左右。具有与表面第二电极6b同样的形状的作为表面辅助电极的表面第三电极6c例如沿着半导体基板1的周缘部存在，也可以将表面第二电极6b彼此电连接。还有，例如表面电极6的材料主要采用银或者铜等。
如图2～图4所示，背面电极8例如包含上述的背面第一电极8a、背面第二电极8b及背面第三电极8c以及多个作为背面汇流条电极的背面第四电极8d。背面第四电极8d在短边方向上的宽度例如被设为1.3mm～3mm左右。背面第三电极8c的厚度例如被设为10μm～40μm左右。背面第四电极8d的材料例如主要采用银或者铜等。背面第一电极8a、背面第二电极8b及背面第三电极8c的材料例如主要采用铝。
如图3～图5所示，例如在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，在保护层11的周缘部的附近，背面第一电极8a沿着钝化层4的周缘部位于比钝化层4的周缘部更靠内侧的位置处。在图3～图5的例子中，背面第一电极8a在将钝化层4贯通的状态下由环状的1根线状电极部构成。
如图5所示，在此，例如位于第一区域A1的钝化层4及保护层11被背面第一电极8a从侧方包围，从第二面10b侧被背面第三电极8c覆盖。因此，例如在表面电极6及背面电极8的形成工序中的加热时保护层11的温度变得不易上升，能减少与温度变化相应的保护层11的膨胀及收缩造成的影响。由此，保护层11的膨胀及收缩引起的应力减少，不易从钝化层4剥离。再有，例如，背面电极8也在沿着半导体基板1的周缘部的背面第一电极8a中紧贴于半导体基板1，从而背面电极8不易从半导体基板1剥离。其结是，例如在实际使用环境下，太阳能电池元件10中的电特性不易降低。还有，位于第一区域A1的钝化层4及保护层11的侧面被背面第一电极8a包围。由此，例如，能够减少水分从太阳能电池元件1的周缘部朝着钝化层4及保护层11的浸入。因此，例如，能够减少第一区域A1中的钝化层4的恶化。其结果，在实际使用环境下，太阳能电池元件10中的电特性不易降低。因此，能提高太阳能电池元件10的实际使用环境下的长期可靠性。
<1-3.太阳能电池元件的制造方法>
接下来，参照图6(a)～图6(f)来说明太阳能电池元件10的制造方法的一例。
首先，如图6(a)所示，准备具有p型的第一半导体区域2的半导体基板1。半导体基板1例如通过现有的铸造法等来形成。以下，作为半导体基板1，对使用了具有p型导电型的多晶硅基板的例子进行说明，但半导体基板1既可以具有n型导电型，也可以是单晶硅基板等其他半导体基板。在此，最初例如通过铸造法来制作多晶硅的铸块(ingot)。接着，将该铸块例如切片为250μm以下的厚度，由此得到半导体基板1。然后，例如为了将半导体基板1的切断面的机械性破坏层及污染层洗净，也可以利用NaOH、KOH、氟酸或者硝氟酸等溶液对将半导体基板1的侧面1c包括在内的表面进行极微量蚀刻。
接下来，如图6(b)所示，在半导体基板1的第一面1a形成凹凸部7。作为凹凸部7的形成方法，例如，能够采用使用了NaOH等碱溶液或者硝氟酸等酸溶液的湿式蚀刻法或者使用了反应性离子蚀刻(RIE：Reactive Ion Etching)等的干式蚀刻法。在使用湿式蚀刻法的情况下，例如也可以根据需要去除在半导体基板1的第二面1b侧形成的凹凸部。
接下来，如图6(c)所示，在具有上述工序中所形成的凹凸部7的半导体基板1的第一面1a侧的表层部，形成第二半导体区域3。
第二半导体区域3例如通过将呈膏状态的五氧化二磷(P2O5)涂敷于半导体基板1的表面并使磷热扩散的涂敷热扩散法、或者将呈气体状态的三氯氧化磷(POCl3)作为磷的扩散源的气相热扩散法等来形成。第二半导体区域3例如形成为具有0.2μm～2μm左右的深度和40Ω/□～200Ω/□左右的片电阻。例如，在气相热扩散法中，在包括POCl3等扩散气体的气氛中，在600℃～800℃左右的温度下以15分钟～30分钟左右的时间对半导体基板1实施热处理，由此在半导体基板1的表面形成磷玻璃。然后，在氩或者氮等惰性气体的气氛中，在800℃～900℃左右的高温下，以10分钟～40分钟左右的时间，对半导体基板1实施热处理，由此使磷从磷玻璃扩散到半导体基板1的表层部，在半导体基板1的第一面1a侧的表层部形成第二半导体区域3。
在此，例如在上述第二半导体区域3的形成工序中在第二面1b侧也形成了第二半导体区域3的情况下，对形成在第二面1b侧的第二半导体区域3进行蚀刻并去除。由此，在半导体基板1中的第二面1b使p型的第一半导体区域2露出。在此，例如，通过将半导体基板1的第二面1b侧浸渍于硝氟酸溶液中，从而能够将在半导体基板1的第二面1b侧形成的第二半导体区域3去除。然后，通过蚀刻，去除形成第二半导体区域3时附着于半导体基板1的第一面1a侧的磷玻璃。在此，例如，也可以通过蚀刻去除形成在侧面1c侧的第二半导体区域3。这样，如果在使磷玻璃残存于半导体基板1的第一面1a侧的状态下去除形成在半导体基板1的第二面1b侧的第二半导体区域3，那么半导体基板1的第一面1a侧的第二半导体区域3不易被去除，不易受到损坏。
在此，例如，在第二半导体区域3的形成工序中，也可以预先在半导体基板1的第二面1b侧形成扩散掩模，通过气相热扩散法等在半导体基板1的第一面1a侧形成第二半导体区域3之后，将扩散掩模去除。即便通过上述那样的工艺，也能够形成图6(c)所示的结构。该情况下，在半导体基板1的第二面1b侧不形成第二半导体区域3，因此不需要去除半导体基板1的第二面1b侧的第二半导体区域3的工序。
第二半导体区域3的形成方法也可不限于上述方法，例如，也可以使用薄膜技术，形成n型的氢化非晶硅膜或者包括微晶体硅膜的晶质硅膜等。
如上，能够准备n型的第二半导体区域3位于半导体基板1的第一面1a侧且包括表面形成了凹凸部7的p型第一半导体区域2的半导体基板1。
接下来，如图6(d)所示，在半导体基板1的至少第二面1b侧形成钝化层4。作为钝化层4的形成方法，例如，使用原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)法或者等离子体化学气相沉积(PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法等。在此，例如如图6(d)所示，也可以不只是在半导体基板1中的第二面1b侧形成钝化层4，在第一面1a侧及侧面1c侧也可以形成钝化层4。
在此，例如在采用ALD法的情况下，首先，将已形成第二半导体区域3的半导体基板1搭载于成膜装置的腔室内。接下来，在100℃～250℃的温度范围内加热了该半导体基板1的状态下，多次反复进行铝原料的供给、基于铝原料的排气的去除、氧化剂的供给及基于氧化剂的排气的去除这4个工序。由此，能够形成主要包括氧化铝的具有期望厚度的钝化层4。作为铝原料，例如可使用三甲基铝(TMA)或者三乙基铝(TEA)等。作为氧化剂，例如可使用水或者臭氧等。
接下来，如图6(d)所示，在半导体基板1的至少第一面1a侧形成防反射层5。作为防反射层5的形成方法，例如可采用PECVD法、ALD法、蒸镀法或者溅射法等。在此，例如在采用PECVD法的情况下，首先，将已形成钝化层4的半导体基板1搭载于成膜装置的腔室内。接下来，被氮气稀释过的硅烷气体与氨气的混合气体通过腔室内的辉光放电分解而被等离子体化，以氮化硅的形式被沉积在半导体基板1的第一面1a侧的钝化层4上。由此，形成包括氮化硅的防反射层5。氮化硅沉积时的腔室内的温度例如被设为500℃左右。例如，如果通过ALD法以外的PECVD法、蒸镀法或者溅射法等形成防反射层5，那么能够在短时间内形成期望厚度的防反射层5。由此，可提高太阳能电池元件10的生产率。
接下来，如图6(e)所示，在形成于半导体基板1的第二面1b侧的钝化层4上，通过真空工艺或者涂敷法等，形成主要包括氮化硅或者氧化硅等的保护层11。真空工艺例如包含PECVD法或者溅射法等。涂敷法例如包含丝网印刷法或者喷雾法等。由此，能够形成兼具产生钝化层4所具有的钝化效果的功能和作为氮化硅或者氧化硅等所具有的保护层的功能的层叠结构。
再者，也可以使用涂敷法将保护层11形成为期望的图案。在此，通过在半导体基板1的第二面1b侧之中除了形成背面第一电极8a及背面第二电极8b的区域之外的区域涂敷绝缘性膏，从而不需要进行后述的接触孔12的形成工序。该情况下，在背面电极8的形成工序中，背面第一电极8a及背面第二电极8b的形成区域的钝化层4被烧成贯通。
还有，例如如果保护层11形成在距半导体基板1的端部具有预定的距离的区域，那么保护层11被背面第一电极8a从侧方包围的结构的太阳能电池元件10的制作变得容易。
例如，接触孔12位于保护层11，该接触孔12用于获得背面电极8之中的背面第一电极8a及背面第二电极8b相对于半导体基板1的电连接。接触孔12是用于在钝化层4形成非钝化部的空腔。接触孔12例如通过激光束的照射或者形成图案化的蚀刻掩模后的蚀刻等方法来形成。例如，在通过激光束的照射来形成接触孔12的情况下，根据激光束的照射位置来调整相互相邻的接触孔12彼此的平均间隔。例如，在使用图案化的蚀刻掩模来形成接触孔12的情况下，相互相邻的接触孔12彼此的平均间隔及平均平面面积可通过变更蚀刻掩模的开口部的形状而成为期望的值。通过以上的方法，能够简单地形成接触孔12。
接下来，如图6(f)所示，形成表面电极6及背面电极8。
表面电极6例如使用含有作为主成分而包括银的金属粉末、有机载体及玻璃料的金属膏(也称为第一金属膏)来制作。在此，首先，将第一金属膏涂敷于半导体基板1的第一面1a侧。也可以在该涂敷后，在预定的温度下使第一金属膏的溶剂蒸发而干燥。然后，将所涂敷的第一金属膏以最高温度600℃～800℃加热数十秒～数十分钟左右的时间。由此，第一金属膏被烧成而形成表面电极6。第一金属膏的涂敷例如能够通过丝网印刷法等来实现。例如，如果使用丝网印刷法，那么能够通过一个工序来形成例如具有表面第一电极6a、表面第二电极6b及表面第三电极6c的表面电极6。
背面第四电极8d例如使用含有作为主成分而包括银的金属粉末、有机载体及玻璃料的金属膏(也称为第二金属膏)来制作。在此，首先，将第二金属膏涂敷于半导体基板1的第二面1b侧的钝化层4上。第二金属膏的涂敷例如能够通过丝网印刷法等来实现。然后，将所涂敷的第二金属膏以最高温度600℃～800℃加热数十秒～数十分钟左右的时间。由此，第二金属膏被烧成而形成背面第四电极8d。
背面第一电极8a、背面第二电极8b及背面第三电极8c使用含有作为主成分而包括铝的金属粉末、有机载体及玻璃料的金属膏(也称为第三金属膏)来制作。在此，首先，将第三金属膏涂敷于半导体基板1的第二面1b侧。此时，例如也可以将第三金属膏涂敷成重叠于如上述那样制作出的背面第四电极8d的一部分并接触。再有，此时，例如也可以在半导体基板1的第二面1b侧之中除了形成有背面第四电极8d的部分之外的几乎整面涂敷第三金属膏。然后，例如，通过第三金属膏的涂敷，在钝化层4上的保护层11的接触孔12内的部分也涂敷第三金属膏。第三金属膏的涂敷例如能够通过丝网印刷法等来实现。在该第三金属膏的涂敷后，例如也可以在预定的温度下使第三金属膏的溶剂蒸发并干燥。然后，将涂敷了第三金属膏的半导体基板1以最高温度600℃～800℃加热数十秒～数十分钟左右的时间。由此，第三金属膏被烧成，同时形成背面第一电极8a、背面第二电极8b及背面第三电极8c。此时，例如伴随着背面第二电极8b的形成，也形成第三半导体区域9。再有，例如伴随着背面第一电极8a的形成，也可以形成第三半导体区域9。在此，例如，也可以将背面第四电极8d与背面第一电极8a、背面第二电极8b及背面第三电极8c同时形成。
通过以上的工序，能够制作太阳能电池元件10。
本公开并未不限于第一实施方式，例如，如以下所示的其他实施方式，能够实施各种变更、改善等。
<2.其他实施方式>
<2-1.第二实施方式>
在上述第一实施方式所涉及的太阳能电池元件10中，例如背面电极8也可以还位于第二区域A2。
如图7～图10所示，第二实施方式和第一实施方式不同之处在于，例如保护层11及背面第三电极8c双方以还向第二区域A2延伸的状态存在，第二区域A2的钝化层4被保护层11覆盖。关于第二实施方式的其他结构，由于与第一实施方式相同，因此省略说明。
在第二实施方式中，例如，保护层11一直存在到钝化层4的周缘部上为止。换言之，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，保护层11位于背面第一电极8a与半导体基板1的周缘部之间。因此，例如，通过保护层11能够更可靠地保护钝化层4。在此，例如，位于钝化层4的周缘部附近的保护层11之中，既可以一部分被背面第三电极8c覆盖，也可以全部被背面第三电极8c覆盖，还可以全部都不被背面第三电极8c覆盖。换言之，例如也可以是保护层11的至少一部分被背面电极8覆盖。再者，从别的观点来看，保护层11例如只要具有位于钝化层4与第三电极8c之间的部分即可。在图8～图10的例子中，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，背面第三电极8c位于背面第一电极8a与半导体基板1的周缘部之间。还有，在此，例如，背面第一电极8a从太阳能电池元件10的外周侧包围位于第一区域1A的钝化层4及保护层11。因此，例如，即便假设因背面电极8的形成时等的温度变化而使得保护层11的周缘部或者背面第三电极8c的周缘部剥离，由于背面第一电极8a的存在，保护层11及背面第三电极8c的剥离电不易朝着太阳能电池元件10的中央发展。其结果，例如，保护层11不易从钝化层4剥离。还有，例如背面电极8在背面第一电极8a中也紧贴于半导体基板1，背面电极8不易从半导体基板1剥离。
再者，在第二实施方式中，背面第一电极8a也位于钝化层4及保护层11的侧面侧。例如，位于第一区域A1的钝化层4及保护层11的侧面被背面第一电极8a包围。由此，能够减少水分从太阳能电池元件1的周缘部侧朝着位于第一区域A1的钝化层4的浸入。其结果，例如，第一区域A1中的钝化层4的恶化得以减少，在实际使用环境下，太阳能电池元件10中的电特性不易降低。因此，能提高实际使用环境下的太阳能电池元件10的长期可靠性。
<2-2.第三实施方式>
上述各实施方式所涉及的太阳能电池元件10中，例如，背面第一电极8a也可以包括多个线状电极部分8a1、8a2。该情况下，各线状电极部分8a1、8a2的长度例如被设为10mm～40mm左右。在此，例如，在从半导体基板1的第二面1b侧对太阳能电池元件10进行俯视透视时，多个线状电极部分8a1、8a2也可以沿着相对于从半导体基板1的周缘部朝向内侧的直线方向交叉的方向被交替地排列。而且，相邻的线状电极部分8a1、8a2例如也可以排列成这些相邻的线状电极部分8a1、8a2的一部分彼此交替地重叠。此时，例如，多个线状电极部分8a1、8a2作为整体而排列成环状。
如图11～图13所示，第三实施方式和第二实施方式的不同之处在于，例如，背面第一电极8a由作为多个线状电极部分的第一线状电极部分8a1及第二线状电极部分8a2构成。关于第三实施方式的其他结构，由于与第二实施方式相同，因此省略说明。
例如，第三实施方式的背面第一电极8a包括：位于半导体基板1的周缘部侧的1个以上的第一线状电极部分8a1；和位于比该1个以上的第一线状电极部分8a1更靠半导体基板1的中央部侧的1个以上的第二线状电极部分8a2。再有，如图12所示，例如假定在以箭头P表示的方向上从侧面1c侧对半导体基板1进行了透视。此时，例如，相邻的第一线状电极部分8a1和第二线状电极部分8a2具有第一线状电极部分8al的一部分与第二线状电极部分8a2的一部分相互重合的区域14。该区域14的长度例如如果被设为2mm～15mm，那么能够减少从太阳能电池元件10的周缘部侧朝向中央部侧的背面第三电极8c的剥离。还有，如果第一线状电极部分8a1和第二线状电极部分8a2的间隔例如被设为100μm～500μm，那么能够减少从太阳能电池元件10的周缘部侧朝向中央部侧的背面第三电极8c的剥离。
在此，例如在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，各线状电极部分也可以相对于位于这些第一线状电极部分8a1及第二线状电极部分8a2的附近的半导体基板1的一边倾斜。再者，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，第一线状电极部分8a1及第二线状电极部分8a2分别也可以以圆弧状存在。
在第三实施方式所涉及的太阳能电池元件10中，也能达到和第二实施方式所涉及的太阳能电池元件10同样的作用效果。另外，在第三实施方式所涉及的太阳能电池元件10中，例如能够增加半导体基板1的第二面1b和背面第一电极8a的接触面积。由此，例如能够提高半导体基板1与背面电极8的紧贴性。其结果，在实际使用环境下，太阳能电池元件10中的电特性更加不易降低。
<2-3.第四实施方式>
上述各实施方式所涉及的太阳能电池元件10中，例如，保护层11中的一部分接触孔12也可以被设为一直延伸到保护层11的周缘部而存在的切口状的间隙区域12D。在此，间隙区域12D例如存在成在长边方向上一直延伸到保护层11的周缘部。
如图14所示，第四实施方式例如在以下方面区别于第一实施方式，即：多个接触孔12之中在接触孔12的长边方向上位于保护层11的周缘部附近的一部分接触孔12被设为间隙区域12D。在此，例如，也可以是多个接触孔12之中在接触孔12的长边方向上位于保护层11的周缘部附近的一部分接触孔12或者全部接触孔12被设为切口状的间隙区域12D。
在此，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，越远离保护层11的中央部，保护层11越容易因与温度变化相应的膨胀及收缩造成的影响而产生变形。在此，例如，假定通过绝缘性膏的涂敷及加热形成保护层11的情况。如果绝缘性膏例如包括作为保护层11的原料的硅氧烷树脂、有机溶剂和多个填料，那么在加热绝缘性膏时，产生硅氧烷树脂的缩聚，可在保护层11产生从保护层11的周缘部朝着中央部收缩的应力。
相对于此，在第四实施方式中，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，切口状的间隙区域12D位于保护层11的周缘部。因此，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，在切口状的间隙区域12D所存在的部分，从保护层11中的中央部到周缘部为止的距离较短。由此，例如能够减少保护层11中因温度变化引起的膨胀和收缩的影响或者根据缩聚引起的收缩而产生的应力。其结果，例如保护层11变得不易从钝化层4剥离。因此，在实际使用环境下，太阳能电池元件10中的电特性更加不易降低。
<2-4.第五实施方式>
上述第四实施方式所涉及的太阳能电池元件10中，例如，如图15所示，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，切口状的间隙区域12D的宽度也可以随着接近保护层11的外缘(或者半导体基板1的周缘部)而扩展。如果采用上述这样的结构，那么例如在保护层11之中的切口状的间隙区域12D所存在的部分，容易缓和在保护层11的外缘部产生的应力。由此，例如，保护层11变得不易从钝化层4剥离。因此，在实际使用环境下，太阳能电池元件10中的电特性更加不易降低。
<3.其他>
本公开并不限于上述的各实施方式，例如能够实施以下所示的各种变更、改善等。
再有，例如，背面第二电极8b所处的保护层11的接触孔12的形状既可以是孔状(或者点状)，也可以是槽状(或者线状)。在此，例如，背面第二电极8b所处的接触孔12电可以具有10μm～150μm的直径(或者宽度)，且具有0.05mm～2.0mm左右的背面第二电极8b彼此的间距。还有，接触孔12及背面第二电极8b分别也可以例如以格子状或者锯齿状存在。
再者，例如，对于表面电极7及背面电极8来说，也可以在用于形成各电极的金属膏的涂敷后，将这些金属膏同时烧成来形成。由此，例如太阳能电池元件10的生产率得到提高，并且能够减少与半导体基板1等相关的热履历，使太阳能电池元件10的输出特性提高。
另外，例如，钝化层4也可以形成于防反射层5上。由此，例如，在形成了含有具有正的固定电荷的氮化硅的防反射层5的情况下，通过钝化效果能够使半导体基板1之中的第一面1a附近的区域内的电子与空穴的再耦合减少。
此外，例如，在从第二面1b侧对半导体基板1进行俯视透视时，背面第二电极8b也可以位于与背面第一电极8a、第一线状电极部分8a1或者第二线状电极部分8a2相比更靠近半导体基板1的周缘部附近的位置处。
再有，例如，背面第一电极8a也可以由相对于背面第二电极8b、背面第三电极8c及背面第四电极8d的任一者由不同的金属构成。
还有，例如，也可以是在钝化层4上没有保护层11，而是背面电极8位于钝化层4上。该情况下，例如，只要在钝化层4上形成背面电极8即可。即便采用这样的结构，例如背面电极8也会在沿着半导体基板1的周缘部的背面第一电极8a中紧贴于半导体基板1，不易从半导体基板1剥离。由此，在实际使用环境下，太阳能电池元件10中的电特性不易降低。再者，例如，位于第一区域A1的钝化层4的侧面被背面第一电极8a包围，能够减少水分从太阳能电池元件1的周缘部朝着钝化层4的浸入。因此，例如，能够减少第一区域A1中的钝化层4的恶化。由此，在实际使用环境下，太阳能电池元件10中的电特性不易降低。因此，能提高太阳能电池元件10中的实际使用环境下的长期可靠性。
实施例
接下来，对实施例进行说明。
如下那样地制作出代表性结构的太阳能电池元件各20个。
首先，如图6(a)所示，通过铸造法制作出具有p型导电型的多品硅的铸块。接着，将该铸块切片成150μm左右的厚度，得到半导体基板1。
接下来，如图6(b)所示，通过针对半导体基板1的第一面1a的使用了硝氟酸的湿式蚀刻，去除半导体基板1的切断面的机械性破坏层及污染层，形成了凹凸部7。
接下来，如图6(c)所示，在具有凹凸部7的半导体基板1的第一面1a形成了n型第二半导体区域3。在此，将呈膏状态的五氧化二磷(P2O5)涂敷于半导体基板1的第一面1a上，通过加热使磷从所涂敷的膏向半导体基板1的表层部热扩散，由此形成了第二半导体区域3。然后，通过蚀刻，去除附着在半导体基板1的第一面1a侧的磷玻璃。
接下来，如图6(d)所示，在半导体基板1的至少第二面1b侧形成了钝化层4。钝化层4通过ALD法不只是形成在半导体基板1的第二面1b侧，还形成在第一面1a侧及侧面1c侧。在此，首先，将已形成第二半导体区域3的半导体基板1搭载到成膜装置的腔室内。接下来，在将半导体基板1加热成半导体基板1的表面温度为150℃左右的状态下，多次反复进行铝原料的供给、基于铝原料的排气的去除、氧化剂的供给及基于氧化剂的排气的去除这4个工序。由此，形成了厚度约为30nm的氧化铝的钝化层4。
接下来，如图6(d)所示，在半导体基板1的至少第一面1a侧形成了防反射层5。在此，通过PECVD法，用氮气(N2)稀释硅烷(SiH4)气体与氨气(NH3)的混合气体，通过腔室内的辉光放电分解使之等离子体化，以氮化硅的形式沉积在钝化层4上。由此，形成了厚度约为65nm的防反射层5。
接下来，如图6(e)所示，在已形成于半导体基板1的第二面1b侧的钝化层4上，通过丝网印刷法形成了厚度为2μm的氧化硅的保护层11。
在保护层11设置了用于在背面电极8与半导体基板1之间取得电连接的接触孔12。用于形成背面第二电极8b的接触孔12通过激光束的照射而形成为具有50μm的宽度和1mm的长度的形式。再有，用于形成背面第一电极8a的接触孔12通过激光束的照射而形成为具有200μm的宽度的形式。
接下来，如图6(f)所示，如下那样地形成表面电极6及背面电极8。
表面电极6使用含有作为主成分而包括银的金属粉末、有机载体及玻璃料的金属膏(第一金属膏)来制作。在此，首先，将第一金属膏涂敷于半导体基板1的第一面1a侧。
背面第四电极8d使用含有作为主成分而包括银的金属粉末、有机载体及玻璃料的金属膏(第二金属膏)来制作。在此，首先，将第二金属膏涂敷于半导体基板1的第二面1b侧的钝化层4上。
背面第一电极8a、背面第二电极8b及背面第三电极8c使用含有作为主成分而包括铝的金属粉末、有机载体及玻璃料的金属膏(第三金属膏)来制作。在此，在半导体基板1的第二面1b侧涂敷第三金属膏，使得与为了形成背面第四电极8d而涂敷的第二金属膏的一部分重叠并接触。此时，在半导体基板1的第二面1b侧，在未涂敷用于形成背面第四电极8d的第二金属膏的部分的几乎整面涂敷了第三金属膏。由此，在位于保护层11的接触孔12内的钝化层4上也涂敷了第三金属膏。而且，将已涂敷第一金属膏、第二金属膏及第三金属膏的半导体基板1以最高温度为720℃维持1分钟左右的条件进行了加热。此时，第一金属膏、第二金属膏及第三金属膏被烧成而形成了表面电极6及背面电极8。
如上这样，制作出实施例1的样品。在此，关于实施例2的样品，如图10所示，在从半导体基板1的第二面1b上的中央部朝着外缘部的方向上，将向第二区域A2延伸的保护层11的长度设为400μm，将向第二区域A2延伸的背面第三电极8c的长度设为200μm。再有，实施例2中，用于形成背面第一电极8a的接触孔12通过激光束的照射而形成为具有200μm的宽度的形式。还有，关于实施例3的样品，用于形成第一线状电极部分8a1及第二线状电极部分8a2的接触孔12通过激光束的照射而形成为具有200μm的宽度的形式。再者，如图11所示，将第一线状电极部分8a1及第二线状电极部分8a2的总根数设为半导体基板1的第二面1b的每一条边各5根。由此，将第一线状电极部分8a1及第二线状电极部分8a2的总根数作为整体而设为20根。另外，如图12所示，将第一线状电极部分8a1的一部分和第二线状电极部分8a2的一部分重合的区域14的长度设为15mm。进而，将第一线状电极部分8a1和第二线状电极部分8a2的间隔设为300μm。
此外，制作出20个具有图16所示的结构的参考例的样品。在此，除了背面第一电极8a用的接触孔12及未形成背面第一电极8a之外，以与第二实施方式相同的工序制作出参考例的样品。
关于各样品，太阳能电池元件10的第二面10b之中沿着背面第二电极8b及背面第四电极8d的长边方向，从未形成背面第三电极8c的周缘部到形成有背面第三电极8c的中央部为止，粘贴粘合带来进行剥离试验。粘合带使用具有20mm的宽度和3.27N/cm的粘合力的胶带。
剥离试验的结果，在实施例1～实施例3的任一样品中，在第二面10b之中相比于背面第一电极8a、第一线状电极部分8a1或者第二线状电极部分8a2更靠中央部侧的位置处，都没有观察到背面第三电极8c的剥离。再有，也没有观察到保护层11与钝化层4之间的剥离。另一方面，在参考例的样品之中，有15％的样品在第二面1b中的到中央部为止的范围观察到背面第三电极8c的剥离，有65％的样品在第二面1b中的到中央部为止的范围观察到保护层11与钝化层4之间的剥离。
此外，关于实施例1、实施例2、实施例3及参考例所涉及的样品的每一个，制作了太阳能电池元件。关于第二区域A2的宽度，对于实施例1、实施例2、实施例3及参考例的任一样品来说，都被设为0.8mm。关于背面第一电极8a的宽度，在实施例1的样品中设为200μm，在实施例2的样品中设为200μm，在参考例的样品中设为0μm，在实施例3的样品中第一线状电极部分8a1及第二线状电极部分8a2各自的宽度被设为200μm。
在此，将制作出的实施例1、实施例2及实施例3的样品所涉及的太阳能电池元件和参考例的样品所涉及的太阳能电池元件作为对象，测定了最大输出(Pmax)、短路电流(Isc)、开路电压(Voc)及填充因子(FF)。在此，以遵循日本工业标准(JIS)C8913的条件测定了最大输出、短路电流、开路电压及填充因子。具体地说，使用恒定光太阳模拟器，在针对受光面的光的照射强度为100mW/cm2且AM(空气质量)为1.5的条件下进行了测定。
在此，不论有无背面第一电极8a，在包括最大输出、短路电流、开路电压及填充因子的太阳能电池元件的输出特性上几乎没有看出变化。
符号说明
1 半导体基板
1a 第一面
1b 第二面
1c 侧面
2 第一半导体区域
3 第二半导体区域
4 钝化层
5 防反射层
6 表面电极
6a 表面第一电极
6b 表面第二电极
6c 表面第三电极
7 凹凸部
8 背面电极
8a 背面第一电极
8a1 第一线状电极部分
8a2 第二线状电极部分
8b 背面第二电极
8c 背面第三电极
8d 背面第四电极
9 第三半导体区域
10 太阳能电池元件
10a 第一面
10b 第二面
11 保护层
12 接触孔
12D 间隙区域
A1 第一区域
A2 第二区域

Claims (9)

1.一种太阳能电池元件，具备：
半导体基板，具有第一面及位于该第一面的背侧的第二面；
钝化层，位于该半导体基板的所述第二面上；和
电极，位于该钝化层上，且以与所述半导体基板电连接的状态存在，
所述电极具有：线状电极部，在从所述第二面侧对所述半导体基板进行俯视透视时，该线状电极部沿着所述半导体基板的周缘部存在，且以在厚度方向上将所述钝化层贯通的状态存在。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池元件，其中，
所述线状电极部与所述半导体基板相接。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池元件，其中，
所述线状电极部包括多个线状电极部分，
所述半导体基板具有以连接所述第一面和所述第二面的状态存在的侧面，
在从所述侧面侧对所述半导体基板进行俯视透视时，所述多个线状电极部分之中的相互相邻的线状电极部分以一部分相互重叠的状态存在。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池元件，其中，
在从所述第二面侧对所述半导体基板进行俯视透视时，所述电极还位于所述线状电极部与所述半导体基板的周缘部之间。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池元件，其中，
所述太阳能电池元件还具备位于所述钝化层上的保护层，
所述保护层具有位于所述钝化层与所述电极之间的部分。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池元件，其中，
所述电极还位于所述钝化层及所述保护层的侧面侧。
7.根据权利要求5或6所述的太阳能电池元件，其中，
在从所述第二面侧对所述半导体基板进行俯视透视时，切口状的间隙区域位于所述保护层的周缘部。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池元件，其中，
所述保护层的所述间隙区域随着接近所述保护层的外缘而扩展。
9.一种太阳能电池元件的制造方法，包括：
在具有第一面及位于该第一面的背侧的第二面的半导体基板中的所述第二面上形成钝化层；以及
形成电极，使得该电极位于所述钝化层上并且以与所述半导体基板电连接的状态存在，其中，所述电极包括线状电极部，在从所述第二面侧对所述半导体基板进行俯视透视时，该线状电极部沿着所述半导体基板的周缘部存在，且以在厚度方向上将所述钝化层贯通的状态存在。
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