CN110785856A - 高效太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高光电转换效率的太阳能电池的制造方法。本发明为一种太阳能电池的制造方法,其包括:在硅半导体基板上形成pn结的工序、在硅半导体基板的至少一个主表面上制膜氧化铝膜的工序,所述太阳能电池的制造方法的特征在于,在制膜氧化铝膜的工序之前,包括在每1立方米的水蒸气量为20g以上、温度为60℃以上100℃以下的气氛下,对硅半导体基板进行加热处理的工序。由此,可提供一种能够提高光电转换效率的太阳能电池的制造方法。

Description

高效太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及一种高效太阳能电池的制造方法。
背景技术
图2中示出使用了单晶N型硅基板的高光电转换效率的太阳能电池的概貌,图3中示出截面结构的示意图。如图2、3所示,高光电转换效率太阳能电池具有多个被称为指形电极202、301的一百μm~数十μm宽的电极作为受光面200的集电极。相邻的指形电极的间隔通常为1~3mm左右。此外,如图2所示,具有2~4根母线电极(bus bar electrode)201作为用于连接太阳能电池单元的集电极。作为这些电极的形成方法,可列举出沉积法、溅射法等,但从成本方面出发,以下方法得到了广泛利用:使用丝网板等,印刷在有机粘结剂中混有Ag等金属微粒的金属膏,以数百度进行热处理,从而与基板粘合。如图3所示,除电极以外的部分被氮化硅膜等防反射膜302覆盖。在单晶N型硅基板305的表面(受光面)上形成有导电型与基板的相反的P型层303。在背面侧也形成有指形电极306,除电极以外的部分被氮化硅等的膜307覆盖。在背面的最表层上形成有导电型与基板相同的高浓度N型层308。
此外,作为光电转换效率更高的太阳能电池结构,有背面电极型太阳能电池。图4中示出该背面电极型太阳能电池的背面的概貌。如图4所示,发射极层402及基极层401交替地排列,沿各自的层上设有指形电极403、404。发射极层宽度为数mm~数百μm,基极层宽度为数百μm~数十μm。此外,电极宽度通常为数百~数十μm左右。图5中示出背面电极型太阳能电池的一部分的截面结构的示意图。在基板502的背面的最表层附近形成有发射极层504及基极层503。各层厚最多为1μm左右。在各层上设有指形电极505、506,非电极区域的表面被氮化硅膜或氧化硅膜等507覆盖。为了减少反射损失,在受光面侧设有防反射膜501。由于背面电极型太阳能电池的受光面上不存在电极,入射光不被遮挡而进入基板内,因此与如图3所示的在受光面上布设有电极的结构相比,光电转换效率变高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-175660号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
作为基板表面(受光面及作为非受光面的背面)的保护膜,代表性的有如上所述的氧化硅或氮化硅,但近年来,渐渐开始使用氧化铝。例如专利文献1中记载了一种作为保护膜的氧化铝。这些保护膜通过与硅基板表面化学结合,抑制电子与空穴在表面的复合,进而承担提高光电转换效率的作用。因此,这些膜的制膜前的基板表面状态对光电转换效率的提高而言是重要的。
本发明是鉴于如上所述的问题而完成的,其目的在于提供一种能够提高光电转换效率的太阳能电池的制造方法。
解决技术问题的技术手段
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,其包括:在硅半导体基板上形成pn结的工序、在所述硅半导体基板的至少一个主表面上制膜氧化铝膜的工序,所述太阳能电池的制造方法的特征在于,在所述制膜氧化铝膜的工序之前,包括在每1立方米的水蒸气量为20g以上、温度为60℃以上100℃以下的气氛下,对所述硅半导体基板进行加热处理的工序。
如上所述,通过以略微提高硅半导体基板周围的湿度的状态加热硅半导体基板,然后制膜氧化铝膜,载流子在硅半导体基板表面上的复合受到抑制,光电转换效率得以提高。认为这是由于水分子吸附在硅半导体基板的表面上,通过在其之上制膜氧化铝,表面保护效果得以提高。
此时,优选对所述硅半导体基板进行加热处理的工序中的所述气氛含有空气。
若在加热处理的气氛中使用空气,则容易供气、排气,能够安全、廉价地进行加热处理。
此外,优选:本发明的太阳能电池的制造方法在所述制膜氧化铝膜的工序之前,具有清洗所述硅半导体基板的工序,对所述硅半导体基板进行加热处理的工序与清洗所述硅半导体基板的工序之后的干燥工序同时进行。
由于通常在制膜氧化铝膜前实施清洗工序,因此能够在该清洗工序后的干燥工序中实施上述加热处理,由此能够提高光电转换效率而不增加工序数。
发明效果
若为本发明的太阳能电池的制造方法,则能够以简易的方法,提高氧化铝膜的表面钝化效果,提高太阳能电池的光电转换效率。此外,将加热处理工序兼用作干燥工序时,能够不增加工序数,并使干燥用气体循环,因此能够削减气体的使用量以及加热量,很经济。
附图说明
图1为本发明的太阳能电池的制造方法中进行氧化铝制膜前的预处理的加热装置的示意图。
图2为通常的双面电极型太阳能电池的概貌图。
图3为通常的双面电极型太阳能电池的截面示意图。
图4为通常的背面电极型太阳能电池的背面概貌图。
图5为通常的背面电极型太阳能电池的截面示意图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明,但本发明并不受其限定。为了提供本发明整体的理解、及在特定的具体例中如何进行实施,在以下的详细说明中对许多特定的细节进行说明。但是,可以理解在没有这些特定细节的情况下也能够实施本发明。以下,为了不使本发明不清楚,不详细记载公知的方法、步骤及技术。针对本发明的特定的具体例,虽然一边参照特定的附图一边进行说明,但本发明不受其限定。包含并被记载于此的附图是示意性的,并不限定本发明的范围。此外,在附图中,出于图示目的而夸大了几个元件的大小,因此与比例尺所示不同。
此处,对两种本发明的太阳能电池的制造方法的实施方式进行说明。作为第一实施方式,对制造在太阳能电池的两个主表面上形成有电极的双面电极型太阳能电池的情况进行说明;作为第二实施方式,对制造在太阳能电池的一个主表面上形成有电极的背面电极型太阳能电池的情况进行说明。然而,本发明的太阳能电池的制造方法不仅限于这些方式。
(第一实施方式)
以使用N型的硅半导体基板的情况为例进行具体说明。首先,在高纯度硅中掺杂磷或砷〃锑这样的5价元素,准备电阻率为0.1~5Ω〃cm的原切割(ascut)单晶{100}N型硅基板作为硅半导体基板。可通过CZ法(乔赫拉斯基法)、FZ法(浮动区域法)中的任意一种方法制作单晶硅基板。硅半导体基板并非必须为单晶硅,也可以为多晶硅。
接着,使用浓度为5~60%的氢氧化钠或氢氧化钾等高浓度碱,或者使用氢氟酸与硝酸的混合酸等进行蚀刻,能够去除在切片及磨削时形成的硅半导体基板表面的机械损伤。根据后续工序的纹理(texture)形成条件,该工序并非为必须,也可省略。
接着,能够在硅半导体基板的表面上形成被称作纹理的微小凹凸。纹理具有微小的金字塔形结构,利用蚀刻速度因结晶的面取向而不同从而形成纹理。纹理通过在进行了加热的氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠等碱溶液(浓度1~10%,温度60~90℃)中浸渍10分钟~30分钟左右而形成。可在上述溶液中溶解规定量的2-丙醇,促进反应。
形成纹理后,在盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸等、或这些酸的混合液的酸性水溶液中进行清洗。也能够混合过氧化氢来提高清洁度。
接着,进行在硅半导体基板上形成pn结的工序。在P型层的形成中可使用气相扩散法或涂布扩散法,也可使用任意一种方法。作为气相扩散法的例子,可使用以下方法:将两片硅半导体基板作为一组并以叠合的状态放置在热处理炉中,导入BBr3与氧气的混合气体,以950~1050℃进行热处理。作为载流子气体,氮气或氩气较为适宜。此外,作为涂布扩散法的例子,可使用以下方法:将含有硼源的涂布剂涂布在第一主表面(制成太阳能电池时成为受光面的面)的整个面上,以950~1050℃进行热处理。作为涂布剂,例如可利用含有1~4%硼酸作为硼源、含有0.1~4%聚乙烯醇作为增稠剂的水溶液。
接着,在第二主表面(与P型层形成面相反的面,制成太阳能电池时成为非受光面的面)上形成N型层。在N型层的形成中可使用气相扩散法、涂布扩散法,也可使用任意一种方法。作为气相扩散法的例子,可以为以下方法:将两片硅半导体基板作为一组并以叠合的状态放置在热处理炉中,在三氯氧磷与氮气及氧气的混合气体气氛下,以830~950℃对基板进行热处理。涂布扩散法为在旋涂或印刷含磷材料后进行热处理的方法,可使用任意一种方法。
在扩散热处理结束后,可用氢氟酸等去除表面的玻璃,用纯水等清洗基板。
接着,在本发明的太阳能电池的制造方法中,作为氧化铝膜形成的预处理,在制膜氧化铝膜的工序之前,进行在每1立方米的水蒸气量为20g以上、温度为60℃以上100℃以下的气氛下,对硅半导体基板进行加热处理的工序。每1立方米的水蒸气量的上限为相当于由温度决定的饱和蒸气压的水蒸气量。加热处理时间没有特别限定,可以为1分钟以上60分钟以下左右,优选为3分钟以上20分钟以下左右。
此外,作为气氛,可使用惰性气体。作为惰性气体,除了氮气、氩气等惰性气体以外,也可以使用容易进行排气处理的氧气、空气等中的任意一种。特别优选对硅半导体基板进行加热处理的工序中的气氛含有空气。若在加热处理的气氛中使用空气,则容易供气、排气,能够安全、廉价地进行加热处理。
作为满足上述的本发明中规定的每1立方米的水蒸气量及加热温度的最容易的加热方法,有将基板放置在加热板等开放的加热机器上的方法。例如,由于每1立方米的25℃、相对湿度为50%的空气的水蒸气量约为11.5g,因此仅对该加热机器供给水,便能够将每1立方米的水蒸气量控制在上述范围内。
通过设定为如本发明这样的水蒸气量及温度范围,硅半导体基板表面的硅与水的反应虽弱但会进行,可通过后续的氧化铝制膜有效地进行硅悬挂键(dangling bond)的终止。由此,获得高品质的表面保护效果,抑制表面上的复合,并提高太阳能电池的光电转换效率。
若每1立方米的水蒸气量小于20g,则水的分压过低,不进行与硅的反应,得不到提高转换效率的效果。此外,若温度小于60℃,则得不到本发明的效果。若温度超过100℃,则吸附的水分子进行解吸,或当惰性气体中包含氧气时,基板表面进行氧化,故而不优选。因此,需要将温度设为100℃以下。
此外,对硅半导体基板进行加热处理的工序可以与清洗硅半导体基板的工序之后的干燥工序同时进行。此处所指的清洗工序为,结束扩散热处理后的、去除硅半导体基板表面的玻璃之后的纯水清洗。
图1中示出能够用于同时进行干燥工序与加热处理工序的情况的加热装置的一个例子的示意图。在加热装置1中,获取自气体供给部2的气体在加热部3中被加热,并供给至干燥部4。在干燥部4中收纳有保持硅半导体基板W的载体5,由于上述清洗工序中附着在硅半导体基板W与载体5上的水被带入干燥部4中,因此能够仅通过对硅半导体基板W进行加热干燥,增加干燥部内气氛的水蒸气量。供给于干燥部4的气体的一部分从排气口排出至排气部6,剩下的气体进行循环。通过减小气体的排出量,增大循环量,能够将每1立方米的水蒸气量调节在20g以上的范围内。另外,根据干燥部4的大小或水的带入量,也可将排出量设为0。此外,干燥室内的相对湿度优选为90%以下。若湿度为90%以下,则能够维持干燥能力,因此能够抑制干燥时间的增加。
在上述预处理之后,进行在硅半导体基板的至少一个主表面上制膜氧化铝膜的工序。在硅半导体基板的主表面上形成的氧化铝的厚度可以为1nm~20nm左右。氧化铝膜对P型层的光电转换效率改善效果特别大,但也可在双面形成氧化铝膜。即,制膜氧化铝膜的面可以为第一主表面(制成太阳能电池时成为受光面的面)和/或第二主表面(制成太阳能电池时成为非受光面的面)。氧化铝膜的形成中可使用CVD(化学气相沉积)法或ALD(原子层沉积)法。作为反应气体,可使用三甲基铝等作为铝源,使用水、一氧化二氮、氧气、臭氧等作为氧化源。
接着,可在第一主表面上形成防反射膜。作为防反射膜,可利用氮化硅膜或氧化硅膜。在为氮化硅膜时,使用等离子体CVD装置,以使与氧化铝的合计成为约100nm的方式进行制膜。作为反应气体,多混合使用单硅烷(SiH4)及氨气(NH3),也可使用氮气来代替NH3,此外,为了工艺压力的调节、反应气体的稀释,有时也在反应气体中混合氢气。在为氧化硅膜时,可以使用CVD法,但通过热氧化法得到的膜可获得更高的特性。
此外,与受光面相同,也期望使用氮化硅膜或氧化硅膜而在第二主表面上形成保护膜。
接着,例如通过丝网印刷法将含有Ag粉末的膏形成为背面电极。将印刷图案设为梳齿状,同时形成指形电极与母线电极的方法最为简便。指形宽度适宜为40~200μm左右,母线宽度适宜为0.5~2mm左右。
在受光面电极形成中,也使用丝网印刷法,印刷混合Ag粉末与玻璃料及有机物粘结剂而成的Ag膏。与背面相同,将印刷图案设为梳齿状,同时形成指形与母线的方法最为简便。指形宽度适宜为40~100μm左右,母线宽度适宜为0.5~2mm左右。
在以上的表背面电极印刷后,通过热处理(烧成)使Ag粉末贯穿氮化硅膜(烧穿,fire through),导通电极与硅。背面电极及受光面电极的烧成可一次进行,也可分开进行。烧成可通过以700~850℃的温度处理数秒~数分钟来进行。
以上,以使用N型基板的情况为例对本发明进行了说明,但在使用P型基板的情况下,同样能够使用本发明的太阳能电池的制造方法。
(第二实施方式)
接着,对在背面电极型太阳能电池的制造中使用本发明的太阳能电池的制造方法的情况进行说明。此处,以使用N型的硅半导体基板的情况为例进行具体说明。首先,准备N型硅基板,使用高浓度的碱或者氢氟酸与硝酸的混合酸等,对表面的切片损伤进行蚀刻。单晶硅基板可通过CZ法、FZ法中的任意一种方法制作。基板并非必须为单晶硅,也可以为多晶硅。
接着,可通过上述方法在基板表面形成纹理。
形成纹理后,可在盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸等、或这些酸的混合液的酸性水溶液中进行清洗。此外,也可混合过氧化氢来提高清洁度。
接着,在该硅半导体基板的第二主表面(制成太阳能电池时成为非受光面的面)上形成发射极层。能够将发射极层设为导电型(此时为P型)与基板相反且厚度为0.05~1μm左右。发射极层可通过使用了BBr3等的气相扩散而形成。此外,也可通过将含有硼源的涂布剂涂布在第二主表面上并进行热处理的方法来形成。
形成发射极层后,可在两个主表面上形成用于作为后续工序的基极层形成的掩模。作为掩模,可使用氧化硅膜或氮化硅膜等。若使用CVD法,则也可通过对导入的气体种类进行适当选择而形成任意一种膜。在为氧化硅膜时,也可对基板进行热氧化而形成。通过在氧气气氛中以950~1100℃对基板进行30分钟~4小时的热处理,可形成100nm左右的硅热氧化膜。膜厚可通过对温度、时间、气体等进行适当选择而任意变更,但为了兼顾掩模功能及后续工序的部分开口的容易性,优选为30~300nm。也可以在同一批次内,在上述用于发射极形成的热处理之后实施该热处理。
接着,部分去除(开口)成为基极区域的部分的掩模。具体而言,以开口宽度为50~250μm、间隔为0.6~2.0mm左右的方式,呈平行线状地进行开口。虽然可使用光刻法或蚀刻膏进行开口,但使用激光的开口简便,故而优选。作为激光源,可使用YAG类、YVO4类、GdVO4类等二次谐波,但只要波长为500~700nm左右,则可使用任意激光源。激光条件可适当确定,例如可设定成输出功率为4~20W、频率为10000~100000Hz、能量密度为1~5J/cm2、具备扫描头、扫描速度为100~5000mm/秒等。
对掩模进行开口后,将基板浸渍在加热至50~90℃的KOH、NaOH等碱水溶液中,去除(蚀刻)开口部的不需要的发射极层。
在基极层形成中,可使用使用了三氯氧磷的气相扩散法。除气相扩散法以外,也可通过在旋涂或印刷含磷材料之后进行热处理的方法而形成。
形成基极层后,可使用氢氟酸等去除形成在掩模及表面上的玻璃,使用纯水进行清洗。
然后,作为形成氧化铝膜的预处理,使用上述方法,在每1立方米的水蒸气量为20g以上、温度为60~100℃的气氛下对基板进行加热处理。如上所述,该加热处理也可作为上述去除玻璃、清洗工序后的干燥工序。
上述预处理后,在第一主表面和/或第二主表面上制膜氧化铝。制膜中可使用CVD(化学气相沉积)法或ALD(原子层沉积)法。
接着,可在第一主表面(制成太阳能电池时成为受光面的面)上形成防反射膜。作为防反射膜,可利用氮化硅膜或氧化硅膜。
此外,可在第二主表面(制成太阳能电池时成为非受光面的面)上形成表面保护膜。作为表面保护膜,可利用氮化硅膜或氧化硅膜。
接着,例如通过丝网印刷法形成基极。例如,准备具有开口宽度为30~200μm、间隔为0.6~2.0mm的平行线图案的制版(platemaking),沿着基极层印刷混合Ag粉末与玻璃料及有机物粘结剂而成的Ag膏。同样地,印刷Ag膏作为发射极。基极用Ag膏与发射极用Ag膏可相同,也可使用不同的Ag膏。在上述电极印刷后,通过热处理使Ag粉末贯穿氮化硅膜,导通电极与硅。另外,也可分开进行基极层用电极及发射极层用电极的烧成。烧成通常通过以700~850℃的温度处理数秒~数分钟来进行。
以上,以N型基板的情况为例进行了说明,但是在使用P型的硅半导体基板的情况下,只要在发射极层形成中使磷、砷、锑等扩散,在基极层形成中使硼、Al等扩散即可,此时,也能够利用本发明的方法。
实施例
以下,示出本发明的实施例及比较例对本发明进行更具体的说明,但本发明不受这些实施例限定。
在以下的实施例中,使用本发明的太阳能电池的制造方法,进行背面电极型太阳能电池的制作。
(实施例1)
对于厚度为200μm、电阻率为1Ω〃cm的磷掺杂{100}N型原切割硅基板,使用热浓氢氧化钾水溶液去除损伤层后,浸渍在72℃的氢氧化钾/2-丙醇水溶液中,形成纹理,接着在加热至75℃的盐酸/过氧化氢混合溶液中进行清洗。
接着,将两片基板作为一组并以叠合的状态放置在热处理炉中,导入BBr3、氧气及氩气的混合气体,以1000℃进行10分钟的热处理。通过四探针法进行测定,其结果,方块电阻为50Ω。在氧气气氛中以1000℃对其进行3小时的热氧化,形成掩模。
使用激光对背面的掩模进行开口。激光源使用Nd:YVO4的二次谐波。开口图案制成间隔为1.2mm的平行线状。输出功率设为18W,扫描速度设为600mm/秒。将其浸渍在80℃的KOH中,去除开口部的发射极层。
接着,在三氯氧磷气氛下,在受光面彼此叠合的状态下,以870℃进行40分钟热处理,在开口部形成磷扩散层(基极层)。
然后,通过将其浸渍在浓度为12%的氢氟酸中而去除表面玻璃,用纯水进行冲洗,使其干燥。
在密闭的容器中放入加热板,在加热板上放置装有纯水的皿(Schale)及基板,然后用氮气对密闭容器内进行置换,在80℃下进行加热。密闭容器的内部容积为25升(0.025m3),蒸发的纯水的量为0.5g,因此容器内的水蒸气量为每1立方米20g。
接着,通过等离子体CVD法,在基板的双面上制膜氧化铝。膜厚均约为10nm。
在以上处理后,使用等离子体CVD装置,在双面上形成氮化硅膜。表面与背面的膜厚均为90nm。
接着,分别在基极层上及发射极层上印刷Ag膏,进行干燥。在780℃的空气气氛下对其进行烧成。
(实施例2)
除了在形成氧化铝膜前的预处理中,将在密闭容器内蒸发的纯水量设为1.0g以外,以与实施例1相同的方式制作背面电极型太阳能电池。容器内的水蒸气量为每1立方米40g。
(实施例3)
除了在形成氧化铝膜前的预处理中,将在密闭容器内蒸发的纯水量设为2.0g以外,以与实施例1相同的方式制作背面电极型太阳能电池。容器内的水蒸气量为每1立方米80g。
(实施例4)
除了在形成氧化铝膜前的预处理中,将在密闭容器内蒸发的纯水量设为6.5g以外,以与实施例1相同的方式制作背面电极型太阳能电池。容器内的水蒸气量为每1立方米260g。
(比较例1)
以与实施例1相同的方式实施去除表面玻璃、冲洗、干燥后,不特别进行预处理,并以与实施例1相同的方式进行氧化铝制膜工序之后的工序。另外,使用以下方法进行去除玻璃后的干燥:将通过过滤器并加热至80℃的室内空气喷射到基板上(比较例2~3、实施例1~4及实施例5~8也相同)。由于室内温度控制在约25℃,相对湿度控制在约50%,因此推测干燥时的每1立方米的水蒸气量约为11.5g。
(实施例5)
除了在形成氧化铝膜前的预处理中,将加热板的加热温度设为60℃以外,以与实施例1相同的方式制作背面电极型太阳能电池。
(实施例6)
除了在形成氧化铝膜前的预处理中,将加热板的加热温度设为100℃以外,以与实施例1相同的方式制作背面电极型太阳能电池。
(比较例2)
除了在形成氧化铝膜前的预处理中,将加热板的加热温度设为57℃以外,以与实施例1相同的方式制作背面电极型太阳能电池。
(比较例3)
除了在形成氧化铝膜前的预处理中,将每1立方米的水蒸气量设为17g以外,以与实施例1相同的方式制作背面电极型太阳能电池。
(实施例7)
以与实施例1相同的方式实施去除表面玻璃、冲洗、干燥后,不使用氮气对密闭容器内进行置换(即,在空气中),以80℃进行加热。将容器内的水蒸气量设为每1立方米20g。以与实施例1相同的方式进行氧化铝制膜工序之后的工序。
(实施例8)
以与实施例1相同的方式实施去除表面玻璃、冲洗后,不对基板进行干燥,将其放置在洁净烘箱中,以80℃加热15分钟。由于烘箱容积较大,因此不进行排气而使其干燥。由于相对于烘箱容积675升,附着在基板及基板载体上的17g水分被完全干燥,因此推测烘箱内的水分量为每1立方米37g。以与实施例1相同的方式进行氧化铝制膜工序之后的工序。
(评价方法)
对于以上述方式得到的太阳能电池的样本,使用Yamashita Denso Corporation制造的太阳模拟器(solar simulator),在AM1.5光谱、照射强度为100mW/cm2、25℃的条件下测定电流电压特性,求出光电转换效率。将得到的结果示于下述表1。
[表1]
与比较例相比,实施例1~4的开路电压均较高,转换效率较高。认为这是在氧化铝制膜前,在基板周围的水蒸气量为20g/m3以上的条件下对基板进行加热处理所带来的效果。
与比较例相比,实施例5、6的开路电压均较高,转换效率较高。若氧化铝制膜前的基板加热温度为60~100℃,则能够提高转换效率。
与比较例相比,实施例7的开路电压较高,转换效率较高。即使氧化铝制膜前的加热基板时的惰性气体为空气,也能够提高转换效率。
与比较例相比,实施例8的开路电压较高,转换效率较高。氧化铝制膜前的基板加热处理能够兼用作干燥工序。
另外,本发明不受上述实施方式限定。上述实施方式为例示,具有与本发明的权利要求书中记载的技术构思实质相同的构成、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)

1.一种太阳能电池的制造方法,其包括:在硅半导体基板上形成pn结的工序、在所述硅半导体基板的至少一个主表面上制膜氧化铝膜的工序,所述太阳能电池的制造方法的特征在于,
在所述制膜氧化铝膜的工序之前,包括在每1立方米的水蒸气量为20g以上、温度为60℃以上100℃以下的气氛下,对所述硅半导体基板进行加热处理的工序。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,对所述硅半导体基板进行加热处理的工序中的所述气氛包含空气。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池的制造方法,其特征在于,
在所述制膜氧化铝膜的工序之前,具有清洗所述硅半导体基板的工序,
对所述硅半导体基板进行加热处理的工序与清洗所述硅半导体基板的工序之后的干燥工序同时进行。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6677678B2 (ja) * 2017-06-23 2020-04-08 信越化学工業株式会社 高効率太陽電池の製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6411316A (en) * 1987-07-03 1989-01-13 Sanyo Electric Co Formation of soi structure
CN1958456A (zh) * 2006-10-27 2007-05-09 北京化工大学 一种高水热稳定性球形氧化铝及其制备方法
CN103191753A (zh) * 2012-01-06 2013-07-10 中国石油化工股份有限公司 一种加氢处理催化剂的制备方法
JP2015144214A (ja) * 2014-01-31 2015-08-06 本田技研工業株式会社 太陽電池の製造方法
JP2016167524A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 東ソー・ファインケム株式会社 パッシベーション膜の製造方法、パッシベーション膜、それを用いた太陽電池素子

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003101045A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Daido Steel Co Ltd ホウ素添加シリコン半導体デバイスの製造方法
JPWO2012002440A1 (ja) * 2010-06-29 2013-08-29 京セラ株式会社 半導体基板の表面処理方法、半導体基板、および太陽電池の製造方法
KR101163337B1 (ko) * 2010-12-08 2012-07-05 현대중공업 주식회사 태양전지의 반도체층 형성방법
EP2482328A2 (en) * 2011-01-31 2012-08-01 Imec Fabrication method for local back contact photovoltaic cells
EP2490268A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-22 Imec Method for fabricating photovoltaic cells
US20130157409A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 Kaushik Vaidya Selective atomic layer deposition of passivation layers for silicon-based photovoltaic devices
JP2014072293A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Sharp Corp 裏面電極型太陽電池、及び裏面電極型太陽電池の製造方法
KR101631450B1 (ko) 2013-03-05 2016-06-17 엘지전자 주식회사 태양 전지
US20160155868A1 (en) * 2013-07-25 2016-06-02 Namics Corporation Crystalline silicon solar cell and method for producing same
JP6254748B1 (ja) * 2016-11-14 2017-12-27 信越化学工業株式会社 高光電変換効率太陽電池の製造方法及び高光電変換効率太陽電池
JP6677678B2 (ja) * 2017-06-23 2020-04-08 信越化学工業株式会社 高効率太陽電池の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6411316A (en) * 1987-07-03 1989-01-13 Sanyo Electric Co Formation of soi structure
CN1958456A (zh) * 2006-10-27 2007-05-09 北京化工大学 一种高水热稳定性球形氧化铝及其制备方法
CN103191753A (zh) * 2012-01-06 2013-07-10 中国石油化工股份有限公司 一种加氢处理催化剂的制备方法
JP2015144214A (ja) * 2014-01-31 2015-08-06 本田技研工業株式会社 太陽電池の製造方法
JP2016167524A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 東ソー・ファインケム株式会社 パッシベーション膜の製造方法、パッシベーション膜、それを用いた太陽電池素子

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