CN110121788B - 高光电转换效率太阳能电池的制造方法及高光电转换效率太阳能电池 - Google Patents

高光电转换效率太阳能电池的制造方法及高光电转换效率太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明为一种太阳能电池的制造方法，其是使用单结晶硅基板制造单结晶硅太阳能电池的太阳能电池的制造方法，并且包含将单结晶硅基板在800℃以上1200℃以下热处理的高温热处理步骤，该高温热处理步骤具有：将单结晶硅基板装填至热处理装置的搬运步骤；将单结晶硅基板加热的加热步骤；将单结晶硅基板保持在800℃以上1200℃以下的既定温度的保温步骤；及将单结晶硅基板冷却的冷却步骤，在高温热处理步骤之中，将通过搬运步骤及加热步骤使单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内。由此可提供一种太阳能电池的制造方法，可制造出光电转换效率高、基板面内特性均匀的太阳能电池。

Description

高光电转换效率太阳能电池的制造方法及高光电转换效率太 阳能电池
技术领域
本发明关于一种高光电转换效率太阳能电池的制造方法及高光电转换效率太阳能电池。
背景技术
图2表示以往太阳能电池其中一个形态的两面受光型太阳能电池的模式图。另外，图3表示以往太阳能电池另一个形态的单面受光型太阳能电池的模式图。在图2及图3所示的太阳能电池100、200中，在基板101、201分别形成了射极层102、202。射极层102、202可根据基板的导电类型，通过磷或硼的热扩散而形成。另外，背面电场(BSF)层103、203，如果是n型基板，则是通过磷扩散所形成，如果是p型基板，则是通过硼扩散、或硅与铝的合金化形成。此外，在射极层102、202上分别形成钝化层104、204，在背面电场层103上也形成钝化层104。另外，在太阳能电池100设置了与射极层102接触的电极105、以及在与具有射极层102的主表面相反的主表面且与BSF层103接触的电极106。另一方面，在太阳能电池200设置了与射极层202接触的电极205、以及在与具有射极层202的主表面相反的主表面(形成背面电场层203的主表面)且与BSF层203接触的电极206。
磷的热扩散，是通过使用氯氧化磷等的气相扩散源或磷酸基底的涂布型扩散源以及在800℃至950℃的热处理来进行。另外，硼的热扩散，是通过使用溴化硼等的气相扩散源或硼酸基底的涂布型扩散源以及在950℃至1200℃的热处理来进行。
另外，虽然在图中并未表示，在仅于基板的单面进行上述扩散的情况等，会有在妨碍扩散的一面形成膜厚50nm至400nm左右的热氧化膜的情形。此情况下，是在氧或水蒸气环境下进行800℃至1100℃的热处理。
另外，基板101、201一般而言使用通过柴可拉斯基(CZ)法所得到的单结晶硅(CZ-Si)。
然而，对CZ-Si实施如上述般的热处理时，少数载流子寿命降低，太阳能电池特性降低的状况常常发生，而逐渐成为问题。造成此特性降低的缺陷，一般被称为漩涡纹，在基板的中心附近呈同心圆状分布，由此看来与结晶成长时的硅固液界面形状、氧或碳等的杂质浓度，甚至空孔等的结晶缺陷密度有关，认为在后续的太阳能电池制造步骤中的热处理步骤中主要是因为氧析出所产生。因此，一般是通过对以往使用的基板的初期氧浓度设置上限来避免缺陷的产生。
另一方面，例如在专利文献1揭示了一种方法，为了抑制氧析出，将硅基板在1150℃以上的氧气气体环境下热处理，然后以20℃/秒钟至5℃/秒钟使基板急速冷却至950℃。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第6,336,968B1号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
但是，因为对基板的初期氧浓度设置上限，结晶硅锭的利用率会降低，或者使用通过MCZ法(磁场柴可拉斯基法)得到的结晶硅等，会有基板的成本变高的问题。
另外，如专利文献1中所述般的热处理，会有难以适用于太阳能电池的制造步骤的问题。尤其太阳能电池为了提高生产性，一般是将多枚基板批处理，因此从热容量的关系上看来，会有无法急速冷却的技术问题。
本发明鉴于上述问题点而完成，目的为提供一种太阳能电池的制造方法，在太阳能电池制造步骤中的高温热处理时，通过抑制基板的少数载流子寿命的降低，可安定地制造光电转换效率高且基板面内特性均匀的太阳能电池。另外，本发明目的为提供一种光电转换效率高且基板面内特性均匀的太阳能电池。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明提供一种太阳能电池的制造方法，其是使用单结晶硅基板制造单结晶硅太阳能电池的太阳能电池的制造方法，其特征在于包含：将前述单结晶硅基板在800℃以上1200℃以下热处理的高温热处理步骤，该高温热处理步骤具有：将前述单结晶硅基板装填至热处理装置的搬运步骤；及将前述单结晶硅基板加热的加热步骤；及将前述单结晶硅基板保持在800℃以上1200℃以下的既定温度的保温步骤；及将前述单结晶硅基板冷却的冷却步骤，在前述高温热处理步骤之中，将通过前述搬运步骤及前述加热步骤而使前述单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内。
像这样，只要将通过搬运步骤及加热步骤而使单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定在5分钟以内，则可使形成氧析出的前驱物等的400℃以上650℃以下的温度带的热历程在最低限度，可消灭各种缺陷，在后续各种条件下的保温步骤及冷却步骤之中，缺陷的成长会受到抑制。由此可将单结晶硅基板的少数载流子寿命维持得高，可安定地制造出光电转换效率高且基板面内特性均匀的太阳能电池。
此时，由前述单结晶硅基板制造出前述太阳能电池的期间，宜将最初的前述高温热处理步骤之中前述单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内。
像这样，在最初的高温热处理步骤之中，通过将单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内，可制造出光电转换效率较高且基板面内较均匀的太阳能电池。
另外，宜在含有惰性气体的气体环境下进行前述高温热处理步骤。
像这样，通过在含有惰性气体的气体环境下进行高温热处理步骤，可确实且容易地在单结晶硅基板进行杂质扩散。
另外，前述惰性气体宜为氮或氩。
像这样，通过惰性气体为氮或氩，可更确实且更容易地在单结晶硅基板进行杂质扩散。
另外，宜在含有氧或水的气体环境下进行前述高温热处理步骤。
像这样，通过在含有氧或水的气体环境下进行高温热处理步骤，可确实且容易地形成例如作为扩散保护膜使用的氧化硅膜。
另外，在前述搬运步骤之中，宜将前述单结晶硅基板在10分钟以内配置于前述热处理装置的加热区。
像这样，通过将单结晶硅基板在10分钟以内配置于加热区，可更确实地将单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定在5分钟以内。
另外，宜将前述单结晶硅基板定为CZ单结晶硅基板。
CZ单结晶硅基板，如前述般，少数载流子寿命容易降低，因此本发明的效果特别大。另外，CZ单结晶硅基板廉价，因此可制造出廉价的太阳能电池。
另外，可将前述太阳能电池的制造所使用的单结晶硅基板定为初期晶格间氧浓度为12ppma(JEIDA)以上的基板。
像这样，即使是初期晶格间氧浓度为12ppma(JEIDA)以上的单结晶硅基板，通过适用本发明，也能够较有效地抑制氧析出，因此本发明的效果特别大。
另外，在前述太阳能电池的制造后，宜将前述单结晶硅基板所含的氧的析出量定在2ppma(JEIDA)以下。
像这样，只要将氧的析出量定在2ppma(JEIDA)以下，即可更确实地抑制单结晶硅基板的少数载流子寿命的降低。
另外，本发明提供一种太阳能电池，其是通过上述太阳能电池的制造方法所制造出的太阳能电池，其特征在于：前述单结晶硅太阳能电池中，前述单结晶硅基板在电致发光或光致发光时没有漩涡纹。
只要是这种太阳能电池，即可成为光电转换效率高，且基板面内特性均匀的太阳能电池。
另外，为了达成上述目的，本发明提供一种太阳能电池，其是具备单结晶硅基板的单结晶硅太阳能电池，其特征在于：前述单结晶硅基板所含的氧的析出量为2ppma(JEIDA)以下，且前述单结晶硅太阳能电池中，前述单结晶硅基板在电致发光或光致发光时没有漩涡纹。
像这样，只要是氧的析出量在2ppma(JEIDA)以下，没有漩涡纹的太阳能电池，则可成为光电转换效率高且基板面内特性均匀的太阳能电池。
此时，前述单结晶硅基板所含的残存晶格间氧浓度宜为10ppma(JEIDA)以上。
像这样，只要太阳能电池的单结晶硅基板中的残存晶格间氧浓度在10ppma(JEIDA)以上，则可成为氧析出少、光电转换效率较高且基板面内较均匀的太阳能电池。
另外，前述单结晶硅基板宜为CZ单结晶硅基板。
像这样，只要单结晶硅基板为CZ单结晶硅基板，则少数载流子寿命容易降低，因此可成为本发明的效果特别大的太阳能电池。另外，CZ单结晶硅基板为廉价，因此可制成廉价的太阳能电池。
另外，本发明提供一种太阳能电池模块，其特征在于：将上述太阳能电池电连接而成。
像这样，将本发明的太阳能电池电连接，可制成太阳能电池模块。
另外，本发明提供一种太阳能电池发电系统，其特征在于：将多个上述太阳能电池模块电连接而成。
像这样，将多个本发明的太阳能电池电连接而成的太阳能电池模块电连接，可制成太阳能电池发电系统。
发明的效果
依据本发明的太阳能电池的制造方法，即使是晶格间氧浓度或其他轻元素杂质浓度高的单结晶硅基板，也能够保持载流子寿命长，可安定地制造出光电转换效率高的太阳能电池。另外，只要是本发明的太阳能电池，即可成为光电转换效率高，且基板面内特性均匀的太阳能电池。
附图说明
图1表示本发明所关联的高温热处理步骤的一例的温度曲线的模式图。
图2表示可适用本发明的一般两面受光型太阳能电池的构造的剖面模式图。
图3表示可适用本发明的一般单面受光型太阳能电池的构造的剖面模式图。
图4表示本发明所关联的太阳能电池模块的一例的剖面模式图。
图5表示本发明所关联的太阳能电池发电系统的一例的模式图。
图6表示实施例1的太阳能电池的EL影像的图((a))及表示比较例1的太阳能电池的EL影像的图((b))。
图7表示实施例1的太阳能电池的PL影像的图((a))及表示比较例1的太阳能电池的PL影像的图((b))。
具体实施方式
如以上所述般，近年来，在太阳能电池之中，基板中心附近出现呈同心圆状分布的低特性区域会成为问题。本发明人等发现，对单结晶硅基板实施800℃以上1200℃以下的热处理时，升温时的条件会大幅影响上述问题原因的缺陷的形成，针对改善这种区域特性的对策钻研检讨，而完成了本发明。
以下参考图式对本发明详细说明，然而本发明不受其限定。
首先针对本发明的太阳能电池的制造方法作说明。本发明的太阳能电池的制造方法，是使用单结晶硅基板制造单结晶硅太阳能电池的太阳能电池的制造方法，并且包含将单结晶硅基板在800℃以上1200℃以下热处理的高温热处理步骤，该高温热处理步骤具有：将单结晶硅基板装填至热处理装置的搬运步骤；及将单结晶硅基板加热的加热步骤；及将单结晶硅基板保持在800℃以上1200℃以下的既定温度的保温步骤；及将单结晶硅基板冷却的冷却步骤，在高温热处理步骤之中，将通过搬运步骤及加热步骤而使单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内。
像这样，只要将通过搬运步骤及加热步骤而使单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内，则可使形成氧析出的前驱物等的400℃以上650℃以下的温度带的热历程在最低限度，可消灭各种缺陷，在后续各种条件下的保温步骤及冷却步骤之中，缺陷的成长会受到抑制。由此可将单结晶硅基板的少数载流子寿命维持得高，可安定地制造出光电转换效率高且基板面内特性均匀的太阳能电池。
以下参考图1、图2及图3，并依照制造步骤，对本发明的太阳能电池的制造方法作说明。
本发明所使用的单结晶硅基板(图2的101、图3的201)，可为通过一般的CZ法所制作出的CZ单结晶硅基板。通常上述单结晶硅基板，可采用在单结晶硅中掺杂如B或Ga般的III族元素的p型硅、或掺杂如磷或锑般的V族元素的n型硅。基板的电阻率并无特别限制，使用一般的0.1～10Ω·cm左右的基板即可。另外，CZ硅含有通常为10～20ppma(JEIDA)的初期晶格间氧浓度，而任一浓度的CZ硅都能够无问题地使用于本发明。
此外，已知初期晶格间氧浓度愈高，氧析出愈容易形成，另一方面，若碳或氮等的杂质浓度高，则这些杂质会成为析出核，即使在12ppma左右也会形成。但是在本发明中，直接避免析出核的成长，因此即使是如上述般的杂质浓度高的基板，也没有特别的问题而能够使用。
另外，在基板表面可形成用来抑制入射光的反射的纹理。纹理可通过将基板浸渍在加热的氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、四甲基氢氧化铵等的碱溶液(浓度1～10％、温度60～100℃)中10分钟至30分钟左右而轻易地制作。上述碱金属等会有附着在纹理形成后的基板表面的情形，因此接下来宜在盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸等，或该等的混合液的酸性水溶液中洗净。
太阳能电池的制造过程中，主要的高温热处理步骤为磷扩散与硼扩散，依照情况包括热氧化，还有偶尔添加高浓度磷或硼的高浓度硅的磊晶层形成等。
另外，由于提高生产性的必要，一般是使用横型或纵型的石英管电炉，大多的情形是以1个批次来处理大量枚数的基板。此方式是将100～200枚左右的基板装填在保持基板的石英制的子(小)舟，进一步将4～8个装填了基板的小舟相同地载置于石英制的大舟，将其送入保持在既定温度的炉加热区。
图1表示高温热处理步骤的温度曲线的概念图。在本发明中，将在搬运步骤至加热步骤之中基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间temb.定为5分钟以下，较佳为3分钟以下，然后进行高温热处理，持续加热至T1。由此，可消灭结晶成长时所形成的氧析出核等的缺陷，在此之后，可避免形成氧析出核等的结晶缺陷。
为了满足上述基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内的条件，在搬运步骤之中，宜将基板在10分钟以内，较佳为5分钟以内配置于热处理装置的加热区，情况会依照投入的基板枚数或炉的特性而定。只要在10分钟以内进行配置，则容易使temb.在5分钟以内，可抑制基板内的氧析出前驱物的形成。
另外，在基板到达加热区的过程中，炉的温度会因为基板或舟的热容量等而降低。搬运结束后，将基板温度加热至设定温度(T1)的步骤为加热步骤。此处，为了将基板温度迅速提高，尽可能缩短temb.，亦可因应必要提高加热器的输出。另外还可预估温度降低量而将炉内温度设定得比T1稍高，在接近加热步骤结束时使温度成为T1来进行控制。
在使用n型基板的情况，为了形成射极层(102、202)，通常进行硼扩散，此时的T1一般而言适合为950℃至1200℃。硼扩散源使用一般的溴化硼即可。一般的溴化硼扩散，是将基板加热至设定温度，然后将基板温度保持固定在设定温度(保温步骤的开始)。温度稳定之后，以氮或氩等的惰性气体使溴化硼起泡，进一步以另一个系统的惰性气体作为载体气体，使其混合，并导入炉内。此时，为了促进硼玻璃层在基板的形成，亦可混合少量的氧。
既定时间经过后停止起泡，接下来，为了在含有惰性气体的气体环境下使硼由附着于基板的硼玻璃扩散至基板内部，可进一步进行热处理10分钟至60分钟左右。
像这样，可在含有惰性气体的气体环境下进行上述高温热处理步骤。通过在含有惰性气体的气体环境下进行高温热处理步骤，可确实且容易地对基板进行杂质扩散。
另外，上述惰性气体宜为氮或氩。通过惰性气体为氮或氩，可更确实且更容易地对基板进行杂质扩散。
保温步骤中的温度条件并未受到特别限定。例如可如图1的(a)的实线所示般，保持固定在Tl而对基板进行处理，或如图1的(b)的虚线所示般，在某个时间点之后，进一步在高温度T2进行处理。
硼扩散结束后，进行冷却步骤，使基板降至既定温度。冷却速度并无限制，然而若由上述温度带快速冷却至室温，则会有热冲擎造成基板破裂的情形，因此希望在使基板由700℃冷却至500℃之后搬出炉外(搬出步骤)。
以上以使用溴化硼的硼扩散为例作了说明，然而其他还可将硼化合物与黏结剂的混合物预先涂布于基板作为扩散源，然后进行同样的热处理。或者，由以氢化硼、氢化硅及氧等作为原料并利用化学气相堆积法所产生的硼玻璃通过热处理使硼扩散，也同样地可得到良好的结果。另外，在通过离子植入进行掺杂的情况，在掺杂物的活性化热处理之中，适用与上述利用热扩散的实施态样同样的温度条件，可得到与热扩散的情况同等的结果。
另一方面，在使用p型基板的情况，接合形成一般可采用磷扩散，扩散源主要可使用氯氧化磷。磷扩散也大概可与硼扩散同样地实施。但是，磷与硼相比，扩散系数较大，因此T1一般是定在800℃以上950℃以下左右。另外，扩散源除了氯氧化磷之外，还可使用磷酸或Phosmer等的磷化合物等。或者，由以氢化磷、氢化硅及氧等作为原料并利用化学气相堆积法所产生的磷玻璃通过热处理使磷扩散，也同样地可得到良好的结果。
在制作两面受光型太阳能电池的情况，必须进行上述硼扩散与磷扩散两者。此情况下，可先进行任一者，或可使上述扩散源涂膜或化学气相堆积所产生的的硼玻璃及磷玻璃分别形成于基板的受光面与其相反面的背面，并且同时进行热处理。
在欲防止掺杂物自动搀杂在既定基板面的相反面的情况等，亦可在基板的单面通过热氧化预先形成氧化硅膜作为扩散保护膜。此情况下，宜将T1定在800℃以上1050℃以下，在氧气气体环境或含水的气体环境(例如水蒸气环境)下进行高温热处理步骤。此情况下，在使用石英管炉等的情况，在搬运步骤之中，也宜将基板在10分钟以内，较佳为5分钟以内配置在炉的加热区。
另外，从基板到制造太阳能电池之间，宜将最初的高温热处理步骤之中基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定在5分钟以内。本发明的太阳能电池的制造方法，可适用于太阳能电池的制造过程中全部的高温热处理步骤，尤其是适用于最初进行的高温热处理步骤，可得到较高的效果。
接下来进行钝化膜(104、204)的形成。可将氮化硅膜或是氧化钛或氧化锡等折射率为1.9至2.2左右的膜作为钝化膜在基板表面成膜约100nm左右。例如通过化学气相法所形成的氮化硅膜，单层使用即可得到钝化与抗反射两者的效果，因此被广泛使用于一般的太阳能电池。另一方面，在钝化膜(104、204)使用热氧化硅膜或氧化铝等的情况，该等亦可积层于上述氮化硅膜。
接下来，在上述基板的受光面及背面形成电极(图2的105、106及图3的205、206)。电极(105、106、205、206)，可通过将银粉末、玻璃料与有机黏结剂混合而成的银糊等的导电性糊剂印刷在受光面与背面，并在500～900℃左右的温度烧成1～20秒钟而形成。通过此热处理，钝化膜(104、204)被导电性糊剂侵蚀，此导电性糊剂烧结体的电极(105、106、205、206)会将钝化膜等烧穿(Fire-through)而与硅通电。此外，受光面及背面电极的烧成，可分别对各面进行。
以上的方式制作出的太阳能电池中，热处理诱发缺陷的有无，可通过测定太阳能电池基板的载流子寿命分布来调查。载流子寿命分布可通过光导电衰减法来测定，为了得到明了的结果，其测定装置宜具有8mm以下的分辨率。
另外，此情况下的测定试样，必须是使太阳能电池回到基板状态之后再度表面钝化。因此，首先以酸溶液除去形成于太阳能电池的电极与钝化膜，进一步以硝酸氟或氢氧化钠水溶液等的碱溶液来蚀刻扩散层。然后在基板的两面形成表面钝化。此时的表面钝化，只要可在300℃以下形成且可得到充分的钝化效果，则任何种类皆可。适合使用例如CVD法所产生的氮化硅膜或氧化铝膜。另外，将基板在0.1mol％左右的苯醌并苯二酚甲醇溶液中浸渍30分钟左右，也能够得到良好的结果。
用来评估太阳能电池基板的载流子寿命分布的较简便方法，对于太阳能电池，可利用电致发光(EL)法或光致发光(PL)法。
这些手段是利用了对硅注入电荷载流子时所发生的红外线发光(luminescence)效率，如热诱发缺陷般，会因为硅的能带间的能差而降低的现象。
EL的情况下，对太阳能电池施加顺向偏压，注入太阳能电池的短路电流程度的电流，侦测波长900nm至1100nm的光线。
在PL的情况，是以光线来进行电荷载流子的注入。激发光源必须对于基板具有充足的穿透深度，因此宜使用波长700nm至900nm的光线。侦测器可使用与EL同样的侦测器，然而为了避免激发光线的映入，宜使用在激发光波长带不具有感亮度的侦测器。
如上述般，缺陷的评估使用载流子寿命的其中一个理由，是太阳能电池制造步骤中一般进行的热处理所形成的氧析出非常微量，会有极难直接观察的情形。然而，初期晶格间氧浓度会因为析出而减少，因此析出量能够以热处理前后的氧浓度差ΔOi来评估。亦即可使用以下的关系求得。
(初期晶格间氧浓度)-(残留晶格间氧浓度)＝氧浓度差
ΔOi＝氧的析出量(1)
在本发明的太阳能电池的制造方法中，太阳能电池的制造所使用的基板可定为初期晶格间氧浓度为12ppma(JEIDA)以上的基板。像这样，即使是初期晶格间氧浓度为12ppma(JEIDA)以上的基板，通过适用本发明，也能够较有效地抑制氧析出，因此本发明的效果特别大。
另外，通过上述评估法测得的在太阳能电池制造后基板所含的氧的析出量宜定在2ppma(JEIDA)以下。像这样，将氧的析出量设定在2ppma(JEIDA)以下，即可更确实地抑制基板的少数载流子寿命的降低。
另外，通过本发明可提供一种太阳能电池，是依照上述太阳能电池的制造方法所制造出的太阳能电池，单结晶硅太阳能电池中，单结晶硅基板在电致发光或光致发光时没有漩涡纹。只要是这种太阳能电池，即可成为光电转换效率高，且在基板面内特性均匀的太阳能电池。
以下针对本发明的太阳能电池进一步说明。本发明的太阳能电池为具备单结晶硅基板的单结晶硅太阳能电池，并且单结晶硅基板所含的氧的析出量在2ppma(JEIDA)以下，单结晶硅太阳能电池中，单结晶硅基板在电致发光或光致发光时没有漩涡纹。
像这样，只要是氧的析出量为2ppma(JEIDA)以下，且没有漩涡纹的太阳能电池，即可成为光电转换效率高，且在基板面内特性均匀的太阳能电池。
另外，单结晶硅基板所含的残存晶格间氧浓度宜为10ppma(JEIDA)以上。像这样，只要太阳能电池的单结晶硅基板中的残存晶格间氧浓度在10ppma(JEIDA)以上，即可成为氧析出少、光电转换效率较高，且基板面内较均匀的太阳能电池。
另外，单结晶硅基板宜为CZ单结晶硅基板。像这样，如果单结晶硅基板为CZ单结晶硅基板，则少数载流子寿命容易降低，因此可成为本发明的效果特别大的太阳能电池。另外，CZ单结晶硅基板为廉价，因此可制作出廉价的太阳能电池。
另外，将上述太阳能电池电连接，可制成太阳能电池模块。多个太阳能电池可在电路上串联。图4表示本发明的太阳能电池模块400的一例的剖面图。邻接的太阳能电池401彼此通过耳片402电连结。连接的太阳能电池401可通过填充剂403、保护玻璃404及背板405密封。保护玻璃404是广泛使用钠钙玻璃。另外，在填充剂403中使用了乙烯醋酸乙烯酯或聚烯烃或聚硅氧等。背板405一般是采用使用聚对苯二甲酸乙二酯的机能性薄膜。
图5表示连结本发明的太阳能电池模块的太阳能电池发电系统的基本构成的一例的模式图。多个太阳能电池模块400通过配线502连结，经由变流器503对外部负荷电路504供给发电电力。在同图中并未表示，该系统可进一步具备将所发出的电力蓄电的二次电池。
实施例
以下揭示实施例及比较例更具体地说明本发明，然而本发明并不受该等所限定。
(实施例1)
首先准备电阻率1Ω·cm、初期晶格间氧浓度20ppma的磷掺杂n型CZ硅基板100枚，并在表面形成纹理。
将这些基板移至石英舟，进一步以2000mm/分钟搬运至温度保持在1100℃的石英炉的加热区，1分20秒后结束搬运。然后，调整加热器的输出，在搬运结束后约2分钟，将炉内温度保持在1000℃。然后，持续以氩气使溴化硼起泡10分钟，供给至炉内，而在基板表面形成硼玻璃，在这之后，持续使硼扩散30分钟。以设置热电偶的监测基板测量此期间的基板温度变化的结果，400℃至650℃的滞留时间(temb.)为1分40秒。
接下来，以硝酸氟来蚀刻硼扩散面的相反面，洗净之后，使硼扩散面相对，装填至石英舟，进一步以2000mm/分钟搬运至温度保持在950℃的石英炉的加热区，1分20秒后结束搬运。然后，调整加热器的输出，搬运结束后约2分钟，将炉内温度保持在900℃。然后，持续使氯氧化磷起泡5分钟，供给至炉内，而在基板表面形成磷玻璃，在这之后，持续使磷扩散30分钟。以设置热电偶的监测基板测量此期间的基板温度变化的结果，temb.为55秒钟。
以氢氟酸水溶液由从石英炉取出的基板除去硼玻璃与磷玻璃，并以盐酸水与过氧化氢的混合液洗净。然后，使用等离子CVD，在受光面形成厚度20nm的氧化铝膜，在这之后，在基板两面以100nm的厚度形成氮化硅。接下来，通过丝网印刷将银糊印刷在基板的受光面与背面，使其在150℃下干燥30秒钟左右，然后在840℃下烧成3秒钟，形成电极。如以上所述般，制作出太阳能电池。
使用Xe灯光源的模拟太阳光测定此太阳能电池的特性。将测定结果揭示于表1。表1所示的数值为100枚基板的平均值。此外，在表1中一并揭示了后述比较例1的测定结果。
[表1]
Figure BDA0002055368880000141
(比较例1)
准备与实施例1同样的基板100枚，并在表面形成纹理。将这些基板移至石英舟，进一步以2000mm/分钟搬运至温度保持在600℃的石英炉的加热区，1分20秒后结束搬运。炉内温度稳定在600℃之后，就这样直接将温度保持一定5分钟，接下来，使炉内温度上升至1000℃。炉内温度稳定在1000℃之后，持续使溴化硼起泡10分钟，供给至炉内，而在基板表面形成硼玻璃，在这之后，持续使硼扩散30分钟。以设置热电偶的监测基板测量此期间的基板温度变化的结果，temb.为9分30秒。
将其后续的步骤中使磷扩散时的temb.定为6分，除此之外与实施例1同样地进行，制作出太阳能电池。使用Xe灯光源的模拟太阳光测定此太阳能电池的特性。将测定结果揭示于表1。表1所示的数值为100枚基板的平均值。
如表1所示般，实施例1的太阳能电池的特性，与比较例1的太阳能电池的特性相比，较为优异。
另外，由实施例1与比较例1分别取出一枚表现出平均值的试样(太阳能电池)，通过EL摄影装置(Ites公司制PVX100)，对这些太阳能电池注入顺向电流9A，以曝光时间8秒钟、ISO感光度800、F值4取得电池的EL影像。
图6(a)为实施例1的太阳能电池的EL影像，图6(b)为比较例1的太阳能电池的EL影像。在图6(a)中，太阳能电池的面内均匀发光，然而在图6(b)中，产生漩涡纹，可观察到太阳能电池特性低的区域呈同心圆状的暗对比的部分。
接下来，通过PL摄影装置(Ites公司制POPLI)，对于图6(a)及(b)所示的太阳能电池全面照射波长800nm的光线，以曝光时间30秒钟、ISO感光度1600、F值1.8取得电池的PL影像。
图7(a)为图6(a)的太阳能电池(实施例1)的PL影像，图7(b)为图6(b)的太阳能电池(比较例1)的PL影像。可知PL法也与EL法相同地，在实施例1的太阳能电池的情况，太阳能电池的面内均匀发光，然而比较例1的太阳能电池的情况，发现有漩涡纹。
(实施例2)
准备电阻率1Ω·cm、晶格间氧浓度20ppma的硼掺杂p型CZ硅基板100枚，并在表面形成纹理。
将这些基板移至石英舟，进一步以2000mm/分钟搬运至温度保持在900℃的石英炉的加热区，1分20秒后结束搬运。然后，调整加热器的输出，搬运结束后约1分钟将炉内温度保持在900℃。然后，持续以氩气使氯氧化磷起泡10分钟，供给至炉内，而在基板表面形成磷玻璃，在这之后，持续使磷扩散30分钟。以设置热电偶的监测基板测量此期间的基板温度变化的结果，temb.为约30秒钟。
以氢氟酸水溶液由从石英炉取出的基板除去磷玻璃，并以盐酸水与过氧化氢的混合液洗净。然后，使用等离子CVD，在受光面形成厚度100nm氮化硅膜。接下来通过丝网印刷，将银糊印刷在基板的受光面，进一步将铝糊印刷在背面，使其在150℃下干燥30秒钟左右之后，在840℃下烧成3秒钟，形成电极。如以上所述般，制作出太阳能电池。
使用Xe灯光源的模拟太阳光测定此太阳能电池的特性。将测定结果揭示于表2。表2所示的数值为100枚基板的平均值。此外，在表2中一并揭示了后述比较例2的测定结果。
[表2]
Figure BDA0002055368880000151
(比较例2)
准备与实施例2同样的基板100枚，并在表面形成纹理。将这些基板移至石英舟，进一步以300mm/分钟搬运至温度保持在900℃的石英炉的加热区，8分50秒后结束搬运。然后，调整加热器的输出，搬运结束后将炉内温度保持在900℃约1分钟。然后，持续以氩气使氯氧化磷起泡10分钟，供给至炉内，而在基板表面形成磷玻璃，在这之后，持续使磷扩散30分钟。以设置热电偶的监测基板测量此期间的基板温度变化的结果，temb.为约6分20秒。
与实施例2同样地进行其后续的步骤，而制作出太阳能电池。使用Xe灯光源的模拟太阳光测定此太阳能电池的特性。将测定结果揭示于表2。表2所示的数值为100枚基板的平均值。
如表2所示般，实施例2的太阳能电池的特性，与比较例2的太阳能电池的特性相比，较为优异。
(实施例3)
准备与实施例1同样的基板100枚，并在表面形成纹理。接下来，将这些基板以2000mm/分钟搬运至在氧气气体环境下保持在1000℃的石英炉的加热区，1分20秒后结束搬运。然后，调整加热器的输出，搬运结束后约2分钟，将炉内温度保持在1000℃180分钟，在基板表面形成厚度约100nm的氧化硅膜。以设置热电偶的监测基板测量此期间的基板温度变化的结果，temb.为1分40秒。
然后，以氢氟酸水溶液除去基板单面的氧化膜，与实施例1同样地，使硼扩散至此氧化膜除去面。与实施例1同样地进行其后续的步骤，而制作出太阳能电池。
使用Xe灯光源的模拟太阳光测定此太阳能电池的特性。将测定结果揭示于表3。表3所示的数值为100枚基板的平均值。此外，在表3中一并揭示了后述比较例3的测定结果。
[表3]
Figure BDA0002055368880000161
(比较例3)
准备与实施例1同样的基板100枚，并在表面形成纹理。接下来，将这些基板以2000mm/分钟搬运至在氧气气体环境下保持在600℃的石英炉的加热区，1分20秒后结束搬运。炉内温度稳定在600℃之后，就这样直接将温度保持一定5分钟，接下来使炉内温度上升至1000℃。炉内温度稳定在1000℃之后，就这样直接将温度保持180分钟，在基板表面形成厚度约100nm的氧化硅膜。以设置热电偶的监测基板测量此期间的基板温度变化的结果，temb.为9分20秒。
然后，以氢氟酸水溶液除去基板单面的氧化膜，与比较例1同样地使硼扩散至氧化膜除去面。其后续的步骤也与比较例1同样地进行，制作出太阳能电池。使用Xe灯光源的模拟太阳光测定此太阳能电池的特性。将测定结果揭示于表3。表3所示的数值为100枚基板的平均值。
如表3所示般，与比较例3的太阳能电池的特性相比，实施例3的太阳能电池的特性较为优异。
另外，对于上述实施例1～3与比较例1～3的太阳能电池各10枚测定晶格间氧浓度。表4揭示了基板的预先测得的初期晶格间氧浓度与太阳能电池制作后的残存晶格间氧浓度的差ΔOi的10个试样平均(小数点第2位四舍五入)。可知在比较例1～3之中，初期晶格间氧浓度的减少显著(ΔOi大)，对应于图6(b)及图7(b)之中观察到漩涡纹，有较多的氧析出形成。
[表4]
ΔO<sub>i</sub>[ppma]
实施例1 0.9
实施例2 0.2
实施例3 1.3
比较例1 7.4
比较例2 5.5
比较例3 8.2
此外，本发明并不受上述实施形态限定。上述实施形态为例示，具有与本发明的申请专利范围所记载的技术思想实质上相同的构成，发挥同样作用效果的物品，无论任何皆包含于本发明的技术范围。

Claims (11)

1.一种太阳能电池的制造方法，其是使用单结晶硅基板制造单结晶硅太阳能电池的太阳能电池的制造方法，其特征在于包含：
使用石英炉将前述单结晶硅基板在800℃以上1200℃以下热处理的高温热处理步骤，
将前述太阳能电池的制造所使用的单结晶硅基板定为初期晶格间氧浓度为12ppma(JEIDA)以上者，
该高温热处理步骤具有：
将前述单结晶硅基板装填至热处理装置的搬运步骤；及
将前述单结晶硅基板加热的加热步骤；及
将前述单结晶硅基板保持在800℃以上1200℃以下的既定温度的保温步骤；及
将前述单结晶硅基板冷却的冷却步骤，
在前述高温热处理步骤之中，将通过前述搬运步骤及前述加热步骤而使前述单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内，
以批次处理进行前述高温热处理步骤，
将前述太阳能电池的制造后前述单结晶硅基板所含的氧的析出量定为2ppma(JEIDA)以下。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中由前述单结晶硅基板制造出前述太阳能电池的期间，在最初的前述高温热处理步骤中，将前述单结晶硅基板的温度成为400℃以上650℃以下的时间定为5分钟以内。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中在含有惰性气体的气体环境下进行前述高温热处理步骤。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池的制造方法，其中前述惰性气体为氮或氩。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中在含有氧或水的气体环境下进行前述高温热处理步骤。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中在前述搬运步骤之中，将前述单结晶硅基板在10分钟以内配置于前述热处理装置的加热区。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中将前述单结晶硅基板定为CZ单结晶硅基板。
8.一种太阳能电池，其是通过根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池的制造方法所制造的太阳能电池，其特征在于：
前述单结晶硅太阳能电池中，前述单结晶硅基板在电致发光或光致发光时没有漩涡纹。
9.一种太阳能电池，其是具备CZ单结晶硅基板的单结晶硅太阳能电池，其特征在于：
前述CZ单结晶硅基板所含的氧的析出量为2ppma(JEIDA)以下，
前述CZ单结晶硅基板所含的残存晶格间氧浓度为10ppma(JEIDA)以上，
前述单结晶硅太阳能电池中，前述CZ单结晶硅基板在电致发光或使用波长700nm至900nm的光线作为激发光源的光致发光时没有漩涡纹。
10.一种太阳能电池模块，其特征在于：将根据权利要求8或9所述的太阳能电池电连接而成。
11.一种太阳能电池发电系统，其特征在于：将多个根据权利要求10所述的太阳能电池模块电连接而成。
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