CN110957391A - 太阳能电池单元以及太阳能电池单元的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造成本低且发电效率高的太阳能电池单元。太阳能电池单元的制造方法包括:在半导体基板(18)上形成金属层(27);在金属层(27)上形成包含树脂和规定波长的光吸收率高于树脂的无机粒子的抗蚀剂层(30);对抗蚀剂层(30)照射规定波长的激光(40),除去抗蚀剂层(30)形成金属层(27)露出的开口(32);以及对在开口(32)露出的金属层(27)进行湿蚀刻。

Description

太阳能电池单元以及太阳能电池单元的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池单元以及太阳能电池单元的制造方法。
背景技术
作为发电效率高的太阳能电池单元,具有在与光入射的受光面相反侧的背面形成n型半导体层以及p型半导体层双方的背面接合型的太阳能电池单元。在n型半导体层上设置n侧电极,在p型半导体层上设置p侧电极。在n侧电极和p侧电极之间设置用于电绝缘的分离槽。具有利用通过激光照射的烧蚀形成电极间的分离槽的方法(例如,参照专利文献1)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]:国际公开第2017/056378号
发明内容
[发明要解决的课题]
从提高集电效率的观点出发,优选减小电极间的分离槽的宽度。
本发明是鉴于这样的情况而提出的,其目的在于提供发电效率更高的太阳能电池单元。
[用于解决技术课题的技术方案]
本发明的一个方案的太阳能电池单元的制造方法,具备:在半导体基板上形成金属层;在金属层上形成包含树脂和规定波长的光吸收率高于树脂的无机粒子的抗蚀剂层;对抗蚀剂层照射规定波长的激光,除去抗蚀剂层,形成露出金属层的开口;以及对在开口露出的金属层进行湿蚀刻。
本发明的其他方案是太阳能电池单元。该太阳能电池单元具备:半导体基板;第一导电型半导体层,设置在半导体基板上的第一区域;绝缘层,设置在与第一导电型半导体层上的第一区域的边缘相邻的一部分区域;第二导电型半导体层,设置在与半导体基板上的第一区域相邻的第二区域以及绝缘层上;金属层,设置在第一导电型半导体层、绝缘层以及第二导电型半导体层之上;以及抗蚀剂层,设置在金属层上,含有树脂以及无机粒子。金属层以及抗蚀剂层在与绝缘层重叠的位置分别具有贯通金属层或抗蚀剂层的开口。抗蚀剂层的开口具有随着接近金属层而开口宽度变小的圆锥形状。
根据本发明,能够提高太阳能电池单元的发电效率。
附图说明
图1是表示实施方式的太阳能电池单元的背面结构的俯视图。
图2是表示图1的太阳能电池单元的结构的截面图。
图3是示意性示出太阳能电池单元的制造工序的图。
图4是示意性示出太阳能电池单元的制造工序的图。
图5是示意性示出太阳能电池单元的制造工序的图。
图6是示意性示出太阳能电池单元的制造工序的图。
图7是示意性示出太阳能电池单元的制造工序的图。
图8是示意性示出太阳能电池单元的制造工序的图。
图9是示意性示出太阳能电池单元的制造工序的图。
图10是示意性示出太阳能电池单元的制造工序的图。
图11的(a)-(c)是示意性示出通过激光的照射在抗蚀剂层形成开口的工序的图。
图12是表示改变抗蚀剂层所含有的无机粒子浓度时的由激光照射引起的开口的加工性的图。
图13是表示变形例的太阳能电池单元的结构的截面图。
具体实施方式
在具体说明实施方式之前,说明概要。本实施方式涉及背面接合型的太阳能电池单元。太阳能电池单元具备:半导体基板;第一导电型半导体层,设置在半导体基板上的第一区域;绝缘层,设置在与第一导电型半导体层上的第一区域的边缘相邻的一部分区域;第二导电型半导体层,设置在与半导体基板上的第一区域相邻的第二区域以及绝缘层上;以及金属层,设置在第一导电型半导体层、绝缘层以及第二导电型半导体层之上。金属层构成太阳能电池单元的n侧电极以及p型电极的至少一部分。在金属层上设置有用于确保n侧电极和p侧电极之间电绝缘的分离槽。在金属层上形成抗蚀剂层,对抗蚀剂层照射规定波长的激光而除去抗蚀剂层,形成露出金属层的开口,对在开口露出的金属层进行湿蚀刻,由此而形成该分离槽。根据本实施方式,通过使用包含树脂和规定波长的光吸收率高于树脂的无机粒子的抗蚀剂层,能够以低成本形成分离幅度小的分离槽。
下面,参照附图详细地说明用于实施发明的方式。在附图的说明中,对相同的要素标注相同的附图标记,适当省略重复的说明。
图1是表示实施方式的太阳能电池单元10的俯视图,示出太阳能电池单元10的背面13的结构。太阳能电池单元10具备设置在背面13的第一电极14及第二电极15。太阳能电池单元10是所谓的背面接合(背接触)型的太阳能电池单元,在受光面侧不设置电极,在与受光面相反侧的背面13上设置极性不同的第一电极14及第二电极15的两者。在第一电极14及第二电极15之间,设置有用于使两者电绝缘的分离槽16。
第一电极14包括在x方向延伸的第一母线电极14a和在与第一母线电极14a交叉的沿y方向延伸的多个第一指状电极14b,形成为梳齿状。第二电极15包括在x方向延伸的第二母线电极15a和在与第二母线电极15a交叉的沿y方向延伸的多个第二指状电极15b,形成为梳齿状。第一电极14以及第二电极15以各自的梳齿啮合而相互间插入的方式形成。第一电极14以及第二电极15分别仅由多个指状电极构成,也可以是不具有母线电极的无母线型。
图2是表示实施方式的太阳能电池单元10的结构的截面图,示出图1的A-A线截面。太阳能电池单元10具备基板18、受光面保护层20、第一非晶质层21、第一导电型半导体层22、绝缘层23、第二非晶质层24、第二导电型半导体层25、透明电极层26、金属层27、以及镀敷层28。
太阳能电池单元10具有受光面12以及背面13。受光面12是指在太阳能电池单元10中主要入射光(太阳光)的主面,具体而言,是指入射到太阳能电池单元10的光的大部分入射的面。背面13是指与受光面12相反侧的另一主面。
基板18由具有第一导电型的结晶性半导体构成。作为结晶性半导体基板的具体示例,例如举出单晶硅片、多晶硅片等的晶体硅(Si)晶片。在本实施方式中,示出基板18为具有第一导电型的n型的单晶硅晶片的情况,示出第一导电型为n型、第二导电型为p型的情况。基板18包含第一导电型的杂质,例如作为硅中掺杂的n型杂质包含磷(P)。基板18的厚度例如为200μm。
太阳能电池单元可以由作为半导体基板的晶体硅晶片以外的半导体基板构成。例如可以使用砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)等形成的化合物半导体晶片。另外,半导体基板可以具有第二导电型,半导体基板可以为p型。
基板18具有受光面12侧的第一主面18a和背面13侧的第二主面18b。基板18吸收入射到第一主面18a的光,生成电子以及空穴作为载流子。在第一主面18a,设置有用于提高入射的光的吸收效率的纹理结构(凹凸结构)18c。另一方面,可以在第二主面18b不设置与第一主面18a相同的纹理结构,第二主面18b的平坦性也可以比第一主面18a高。从减小电极间的分离宽度的槽来提高集电效率的观点出发,优选不对第二主面18b施以形成纹理结构的加工。也就是说,优选仅在第一主面18a设置纹理结构,不在第二主面18b设置纹理结构。
受光面保护层20设置在基板18的第一主面18a上。受光面保护层20作为第一主面18a的钝化层发挥功能。该钝化层可以包含实质上本征的非晶质半导体层、第一导电型的非晶质半导体层、第二导电型的非晶质半导体层以及绝缘层的至少一个。钝化层能够由包含氢的非晶质硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等构成。钝化层例如具有2nm~100nm左右的厚度。
受光面保护层20还可以具有作为防反射膜或保护膜的功能。防反射膜或保护膜能够由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等构成。防反射膜或保护膜的厚度例如根据防反射特性等适当设定,例如为50nm~1100nm左右。
在基板18的第二主面18b设置第一区域W1以及第二区域W2。第一区域W1对应于图1的设置有第一电极14的区域,第二区域W2对应于图1的设置有第二电极15的区域。因此,第一区域W1及第二区域W2分别形成梳齿状,以相互插入的方式形成。第一区域W1及第二区域W2在x方向交替排列。
第一区域W1是第一导电型侧,收集在基板18生成的载流子中第一导电型侧的载流子。由于基板18是第一导电型,第一区域W1可以说是收集多数载流子的区域。另一方面,第二区域W2是第二导电型侧,收集作为少数载流子的第二导电型侧的载流子。第一导电型为n型、第二导电型为p型时,第一区域W1收集电子,第二区域W2收集空穴。通常,相比于多数载流子,少数载流子收集效率低。因此,为了提高单元整体的发电效率,相比于多数载流子侧即第一区域W1的面积,增大少数载流子侧即第二区域W2的面积。例如,第一区域W1的x方向的宽度为500μm左右,第二区域W2的x方向的宽度为700μm~1000μm左右。
第一非晶质层21设置在基板18的第二主面18b上的第一区域W1。第一非晶质层21由i型或n型的非晶质半导体或者绝缘体构成。第一非晶质层21例如能够由包含i型或n型的氢的非晶质硅,或者包含氧及氮的至少一方的硅化合物或铝化合物构成。第一非晶质层21的厚度为1nm~200nm左右,优选为2nm~25nm左右。
在本说明书中,将实质上本征的半导体也称为“i型半导体”。另外,实质上本征的半导体包含不积极使用n型或p型的杂质形成的元素而成膜的半导体层,包含在通过化学汽相淀积法(CVD)等的形成时不供给掺杂剂气体而形成的半导体层。具体而言,在不供给乙硼烷(B2H6)或膦(PH3)等的掺杂剂气体的情况下,含有供给用氢气(H2)稀释的甲硅烷(SiH4)等而得到硅。
第一导电型半导体层22设置在第一区域W1的第一非晶质层21上。第一导电型半导体层22是包含与基板18相同的第一导电型杂质的半导体层,例如是包含磷(P)的硅层。第一导电型半导体层22优选比基板18的杂质浓度高。第一导电型半导体层22例如具有2nm~50nm左右的厚度。第一导电型半导体层22由非晶质或晶质的半导体构成。第一导电型半导体层22由非晶质半导体构成时,例如由包含氢的n型的非晶质硅构成。第一导电型半导体层22由晶质半导体构成时,例如包含n型的单晶硅、多晶硅以及微晶硅的至少一种。此外,第一导电型半导体层22也可以构成为包含非晶质部分和结晶质部分这两者。
绝缘层23由绝缘材料构成,例如氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)等构成。绝缘层23设置在第一导电型半导体层22之上。绝缘层23设置在相邻于第一区域W1的外缘(外周)的一部分区域(第三区域)W3,不设置在相当于第一区域W1的中央部的第四区域W4。设置有绝缘层23的第三区域W3的x方向的宽度例如为第一区域W1的x方向的宽度的1/3左右。未设置绝缘层23的第四区域W4的x方向的宽度也是第一区域W1的x方向的宽度的1/3左右。例如,第三区域W3以及第四区域W4在x方向上的宽度分别为150μm~200μm左右。
第二非晶质层24设置在基板18的第二主面18b上的第二区域W2以及绝缘层23上的第三区域W3。第二非晶质层24由i型或p型的非晶质半导体或绝缘体构成。第二非晶质层24例如能够由i型或p型的包含氢的非晶硅,或者包含氧及氮的至少一方的硅化合物或铝化合物构成。第二非晶质层24的厚度为1nm~200nm左右,优选为2nm~25nm左右。
第二导电型半导体层25设置在第二区域W2以及第三区域W3的第二非晶质层24上。第二导电型半导体层25是包含与第一导电型不同的第二导电型杂质的半导体层,例如是包含硼(B)的硅层。第二导电型半导体层25例如具有2nm~50nm左右的厚度。第二导电型半导体层25由非晶质或晶质的半导体构成,包含含有氢的p型的非晶质硅、或者p型的单晶硅、多晶硅以及微晶硅的至少一种。此外,第二导电型半导体层25可以构成为包含非晶质部分和结晶质部分这二者。
透明电极层26设置在第四区域W4的第一导电型半导体层22之上和第二区域W2以及第三区域W3的第二导电型半导体层25之上。透明电极层26例如由对氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锡(ITO)等掺杂锡(Sn)、锑(Sb)、氟(F)、铝(Al)等的透明导电性氧化物(TCO)形成。透明电极层26的厚度例如能够设为50nm~100nm左右。
金属层27设置在透明电极层26之上。金属层27是包含铜(Cu)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、钛(Ti)等的金属的导电性材料层。金属层27是用于形成镀敷层28的晶种层,例如具有50nm~1100nm左右的厚度。
在透明电极层26以及金属层27设置分离槽16。分离槽16位于设置有绝缘层23的第三区域W3。设置分离槽16的分离区域W5的宽度小于第三区域W3的宽度。分离区域W5的x方向的宽度例如为第三区域W3的x方向的宽度的1/2以下,优选为1/3以下。分离区域W5的x方向的宽度例如为20μm~60μm左右。
镀敷层28设置在金属层27之上。镀敷层28包含铜(Cu)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、钛(Ti)等的金属,例如构成为包含与金属层27共同的材料。镀敷层28不设置在分离槽16所在的分离区域W5。镀敷层28在与第三区域W3位置上相对应的抗蚀剂区域W6中,设置成不与金属层27接触。
抗蚀剂区域W6相当于设置有用于对镀敷层28图案化的抗蚀剂层的区域。抗蚀剂区域W6是比分离区域W5宽的区域,在抗蚀剂区域W6的内侧包含分离区域W5整体。抗蚀剂区域W6可以设定为与第三区域W3一致,也可以设定为仅在第三区域W3的内侧,还可以设定为与第三区域W3的边缘至少一部分重叠。抗蚀剂区域W6也可以与相邻于第三区域W3的第二区域W2以及第四区域W4重叠。
在本实施方式中,第一电极14以及第二电极15分别由透明电极层26、金属层27、镀敷层28构成。第一电极14通过第四区域W4的第一导电型半导体层22收集第一导电型侧的载流子。第二电极15通过第二区域W2的第二导电型半导体层25收集第二导电型侧的载流子。第一电极14以及第二电极15通过分离槽16电绝缘。
接下来,边参照图3~图10,说明太阳能电池单元10的制造方法。首先,准备图3所示的基板18。基板18的第一主面18a具有纹理结构18c,基板18的第二主面18b比第一主面18a的平坦性高。接着,在第一主面18a上形成受光面保护层20,在第二主面18b上的第一区域W1形成第一非晶质层21、第一导电型半导体层22以及绝缘层23。
接着,如图4所示,在第一区域W1的绝缘层23上以及第二区域W2的基板18的第二主面18b上形成第二非晶质层24以及第二导电型半导体层25。接着,如图5所示,除去位于第一区域W1的中央的第四区域W4的绝缘层23、第二非晶质层24以及第二导电型半导体层25。由此,在第四区域W4露出第一导电型半导体层22。接下来,如图6所示,在第四区域W4的第一导电型半导体层22之上、第二区域W2以及第三区域W3的第二导电型半导体层25之上形成透明电极层26以及金属层27。
接着,如图7所示,在位置上与第三区域W3对应的抗蚀剂区域W6的金属层27上形成抗蚀剂层30。抗蚀剂层30由树脂和无机粒子的混合体构成,无机粒子分散在树脂中。抗蚀剂层30例如通过丝网印刷等的印刷技术将糊状的混合体涂敷于抗蚀剂区域W6,通过加热或紫外线(UV)照射来使涂敷的混合体固化而形成。
抗蚀剂层30的厚度为1μm以上30μm以下,例如为10μm~20μm左右。抗蚀剂层30的厚度并不限定为均匀,可以根据位置而抗蚀剂层30的厚度不同。例如抗蚀剂层30的厚度可以在抗蚀剂区域W6的中央附近相对较大,抗蚀剂层30的厚度在抗蚀剂区域W6的外缘附近相对较小。其结果,抗蚀剂层30的上表面可以为舒缓的凸曲面形状。
接着,如图8所示,在金属层27之上形成镀敷层28。以抗蚀剂层30作为图案掩模形成镀敷层28,以未被抗蚀剂层30覆盖的金属层27为基点而生长。镀敷层28可以在厚度方向(z方向)以及横向(x方向以及y方向)上生长。因此,镀敷层28以部分地重叠在抗蚀剂层30上的方式形成,并以向抗蚀剂区域W6伸出的方式形成。镀敷层28以隔着抗蚀剂层30相邻的镀敷层28相互不连接的方式形成。也就是说,维持隔着抗蚀剂层30相邻的镀敷层28被分离的状态。
接着,如图9所示,从抗蚀剂层30之上照射激光40部分地除去抗蚀剂层30。激光40被照射到应形成上述分离区域W5的位置。激光40主要被抗蚀剂层30中所包含的无机粒子吸收。由此,包含在抗蚀剂层30中的无机粒子和树脂被加热,抗蚀剂层30被烧蚀。以激光照射的分离区域W5的抗蚀剂层30被完全除去而露出金属层27的方式照射激光40。由此,在分离区域W5形成露出金属层27的开口32。
激光40例如在正交于图9的纸面的y方向上移动的同时进行照射。由此,形成在y方向延伸的开口32。在y方向延伸的开口32对应于在图1的y方向延伸的指状电极14b、15b之间的分离槽16。另外,激光40为了在第一母线电极14a和第二指状电极15b之间,以及在第二母线电极15a和第一指状电极14b之间形成与分离槽16位置上对应的开口,在x方向上移动的同时进行照射。由此,形成在x方向延伸的开口。
作为激光40的光源,例如能够使用Nd:YAG等的固体激光器,或者添加稀土类元素(Nd、Er、Yb)的光纤维激光器等。激光40可以是脉冲激光,也可以是连续波激光。激光40的强度分布可以是高斯分布,也可以是均匀的顶帽型的强度分布。激光40的波长优选为500nm以上2000nm以下,例如较优选为800nm以上1500nm以下。通过选择这样的波长,能够抑制对金属层27的损伤并适当地除去抗蚀剂层30。这是因为通常在可见光至近红外的波长域中,波长越长,金属材料的光吸收率越小。
例如,若金属层27为铜(Cu),则Nd:YAG激光的第三谐波的波长(355nm)的光吸收率为75%左右,Nd:YAG激光的第二谐波的波长(532nm)的光吸收率为55%左右。另一方面,铜(Cu)的800nm附近的光吸收率为10%左右,对Nd:YAG激光的基波(1064nm)的光吸收率为8%左右。因此,通过使用800nm以上的近红外域的波长,能够更适当地减少对金属层27的损伤。另外,通过使用激光40的波长的光吸收率高于金属层27的无机粒子,能够使无机粒子有效地吸收激光40的能量,从而,能够使抗蚀剂层30有效地吸收激光40的能量。
接着,如图10所示,通过抗蚀剂层30的开口32,除去位于分离区域W5的金属层27以及透明电极层26。金属层27以及透明电极层26通过蚀刻液化学地除去。首先,对在抗蚀剂层30的开口32露出的金属层27湿蚀刻。由此,透明电极层26在开口32露出。接下来,对在开口32露出的透明电极层26湿蚀刻。由此,在开口32露出第二导电型半导体层25,形成分离槽16。在分离区域W5,还可以对第二导电型半导体层25以及第二非晶质层24进行湿蚀刻。
然后,通过除去抗蚀剂层30,完成图2所示的太阳能电池单元10。此外,不是必须除去抗蚀剂层30,可以在太阳能电池单元10中残留抗蚀剂层30。因此,太阳能电池单元10也可以具备在分离区域W5具有贯通抗蚀剂层30的开口32的抗蚀剂层30。
接下来,详细叙述抗蚀剂层30的材料。如上所述,抗蚀剂层30由作为基材的树脂和分散在树脂中的无机粒子的混合体构成。作为基材的树脂是被称为所谓镀敷抗蚀剂(メッキレジスト)的热固化性或UV固化性的树脂,例如是丙烯酸树脂或环氧树脂。该树脂对于开口32的形成中使用的激光40的波长的光吸收率低,对激光40的波长实质上可以为透明。另一方面,分散在树脂中的无机粒子是碳黑等的颜料,激光40的波长的光吸收率高。也就是说,无机粒子对激光40的波长的光吸收率高于作为基材的树脂对激光40的波长的光吸收率。根据本实施方式,通过使用树脂中包含适当浓度的无机粒子的抗蚀剂层30,通过少次数的激光照射就能够适当地烧蚀抗蚀剂层30。例如通过将碳黑的浓度设定为0.3重量%以上2重量%以下,以一次激光照射除去具有10μm~20μm左右的厚度的抗蚀剂层30,且能够防止对位于抗蚀剂层30之下的金属层27的损伤。
图11的(a)-(c)是详细示出通过激光40的照射在抗蚀剂层形成开口的工序的图。图11的(a)-(c)各个的抗蚀剂层所包含的无机粒子的浓度不同。
图11的(a)示出抗蚀剂层30a没有包含无机粒子的比较例。在抗蚀剂层30a没有包含无机粒子的情况下,照射的激光40透过抗蚀剂层30a,入射到抗蚀剂层30a之下的金属层27。激光40被金属层27吸收,在金属层27的表面产生烧蚀。用抗蚀剂层30a覆盖金属层27表面的烧蚀区域42a,因此通过烧蚀而汽化的金属材料封入界面中从而成为高压状态。其结果,对抗蚀剂层30a施加高压力,使其破裂,通过“剥离”除去抗蚀剂层30a的一部分,形成开口32a。此时,除去抗蚀剂层30a的范围可以大于激光40的照射直径D。另外,通过抗蚀剂层30a的破裂,残留的抗蚀剂层30a的端部以从金属层27翘起的方式剥离,在抗蚀剂层30a和金属层27之间可以产生间隙44。其结果,在后续的湿蚀刻工序中,除去金属层27及透明电极层26的开口宽度Wa为激光40的照射直径D的2倍以上,可以增大分离槽16的分离宽度。另外,通过在金属层27的表面发生烧蚀,可能在金属层27产生损伤46。因激光40的强度,可能不仅在金属层27,还对透明电极层26,或者进而对下面的半导体层造成损伤。
图11的(b)示出抗蚀剂层30b中包含高浓度的无机粒子的比较例。在抗蚀剂层30b中包含高浓度(例如2.5重量%以上)的碳黑的情况下,所照射的激光40的大部分在抗蚀剂层30b的表面附近被吸收,没有透过其以下。其结果,激光40的烧蚀区域42b停留在抗蚀剂层30的表面附近,形成相对浅的开口32b。此时开口32b的开口宽度Wb大致与激光40的照射直径D一致,相比于图11的(a)的比较例,能够减小分离槽16的分离宽度。但是,为了贯通抗蚀剂层30,需要多次激光照射,因此带来制造成本的增加。
图11的(c)示出抗蚀剂层30中包含低浓度的无机粒子的实施例。在抗蚀剂层30包含低浓度(例如0.5重量%左右)的碳黑的情况下,激光40被低浓度的碳黑吸收,逐渐减弱的同时透过。其结果,能够在跨越抗蚀剂层30的厚度方向的整体的区域42中吸收激光40、并使其烧蚀。另外,对金属层27照射衰减成为低强度的激光40,因此即使在金属层27和抗蚀剂层30的界面产生烧蚀也仅产生弱的烧蚀。其结果,产生比图11的(a)的比较例弱的剥离,通过一次激光照射,能够形成具有与激光40的照射直径D大致一致的开口宽度W的开口32。由于剥离效果弱,因此也能够防止残留的抗蚀剂层30的剥离。另外,由于抗蚀剂层30的开口32具有随着靠近金属层27而开口宽度W变小的圆锥形状,因此能够进一步减小在后续工序中形成的分离槽16的分离宽度。
图12是表示改变抗蚀剂层30中所包含的无机粒子浓度时的利用激光照射引起的开口32的加工性的图。作为开口32的加工性的指标,举出“抗蚀剂除去”“抗蚀剂剥离”这两个指标。“抗蚀剂除去”是将激光40的照射区域(分离区域W5)中残留抗蚀剂层30的情况作为“×”,将照射区域中能够无残留地全部除去抗蚀剂层30的情况作为“○”。“抗蚀剂剥离”是将在激光40的照射区域的周边部发现抗蚀剂层30的剥离的情况设为“×”,在没有发现剥离的情况下设为“○”。
在图12所示的实施例中,作为无机粒子使用碳黑,作为激光40使用具有顶帽分布的Nd:YAG的基波(波长1064nm)。激光40是纳秒脉冲激光器,对各照射区域仅照射1脉冲。激光40的照射强度为0.8J/cm2~1.4J/cm2。如图所示,可知当碳黑的浓度为0.25重量%以下时,“抗蚀剂剥离”为“×”。这被认为是因为产生了如图11的(a)所示的强剥离。另外,碳黑的浓度为0.3重量%以上2重量%以下的情况下,“抗蚀剂除去”以及“抗蚀剂剥离”为“○”,认为产生如图11的(c)所示的适当烧蚀。另一方面,可知碳黑的浓度为2.5重量%以上的情况下,“抗蚀剂除去”成为“×”。这被认为是如图11的(b)所示,通过一次激光照射中无法充分地除去抗蚀剂层30。
根据本实施方式,通过使用在激光40的吸收率低的树脂基材中分散激光40的吸收率高的无机粒子的抗蚀剂层30,通过少次数的激光照射而能够在抗蚀剂层30形成开口宽度W小的开口32。由此,能够减小在后续的湿蚀刻工序中形成在金属层27以及透明电极层26的分离槽16的分离宽度。通过减小分离槽16的宽度,能够增大金属层27及透明电极层26和半导体层22、25的接触面积,能够提高第一电极14及第二电极15的集电效率。由此,能够提高太阳能电池单元10的发电效率。
根据本实施方式,由于通过抗蚀剂层30所包含的无机粒子的光吸收产生烧蚀,即使在照射激光40的区域的抗蚀剂层30厚度存在偏差,也能够使抗蚀剂层30的每单位体积的能量吸收量均匀化。在通过丝网印刷对抗蚀剂层30图案化的情况下,考虑到因印刷的位置精度,抗蚀剂层30的印刷位置多少会偏移。另外,通过印刷而涂敷的抗蚀剂层30的上表面为凸曲面形状,厚度根据位置而不同,由于印刷位置偏差的影响而在激光照射位置的厚度产生偏差。即使存在这样的制造时的偏差,由于能够使照射激光40的区域的抗蚀剂层30均匀地吸收能量而烧蚀,因此能够降低形成的开口32的开口宽度W的偏差。由此,能够使分离槽16的分离宽度均匀,能够提高太阳能电池单元10的可靠性。
根据本实施方式,通过调整抗蚀剂层30所包含的无机粒子的浓度,能够通过一次激光照射在抗蚀剂层30的整个厚度方向上除去抗蚀剂层30。由此,能够减少开口32的图案化成本。特别地,通过组合丝网印刷和激光照射,相比于使用光刻技术对抗蚀剂层30图案化的情况,能够降低成本。
本实施方式的一个方案如下所述。一个方案的太阳能电池单元(10)的制造方法,具备:
在半导体基板(18)上形成金属层(27),
在金属层(27)上形成包含树脂和规定波长的光吸收率高于树脂的无机粒子的抗蚀剂层(30),
向抗蚀剂层(30)照射规定波长的激光(40),除去抗蚀剂层(30)而形成露出金属层(27)的开口(32),
对在开口(32)露出的金属层(27)进行湿蚀刻。
无机粒子的规定波长的光吸收率可以高于金属层(27)。
可以在照射规定波长的激光(40)前,将抗蚀剂层(30)作为图案掩模,在金属层(27)上形成镀敷层(28)。
抗蚀剂层(30)的开口(32)可以具有随着接近金属层(27)而开口宽度变小的圆锥形状。
抗蚀剂层(30)可以被丝网印刷在金属层上(27)。
抗蚀剂层(30)的厚度为可以为1μm以上30μm以下。抗蚀剂层(30)所包含的无机粒子的浓度可以为0.3重量%以上2重量%以下。
规定波长可以为500nm以上2000nm以下。
激光(40)可以具有顶帽型的强度分布。
还可以形成被设置在半导体基板(18)上的第一区域(W1)的第一导电型半导体层(22)、设置在与第一导电型半导体层(22)上的第一区域(W1)的边缘相邻的一部分区域(第三区域W3)的绝缘层(23)、设置在与半导体基板(18)上的第一区域(W1)相邻的第二区域(W2)以及绝缘层(23)上的第二导电型半导体层(25)。
金属层(27)可以形成在第一导电型半导体层(22)、绝缘层(23)以及第二导电型半导体层(25)之上。
抗蚀剂层(30)的开口(32)可以形成在与绝缘层(23)重叠的位置。
一个方案的太阳能电池单元(10),具备:
半导体基板(18),
第一导电型半导体层(22),设置在半导体基板(18)上的第一区域(W1),
绝缘层(23),设置在与第一导电型半导体层(22)上的第一区域(W1)的边缘相邻的一部分区域(第三区域W3),
第二导电型半导体层(25),设置在与半导体基板(18)上的第一区域(W1)相邻的第二区域(W2)以及绝缘层(23)上,
金属层(27),设置在第一导电型半导体层(22)、绝缘层(23)以及第二导电型半导体层(25)之上,以及
抗蚀剂层(30),在金属层(27)上设置,含有树脂以及无机粒子;
金属层(27)以及抗蚀剂层(30)分别具有在与绝缘层(23)重叠的位置贯通金属层(27)或抗蚀剂层(30)的开口(32),
抗蚀剂层(30)的开口(32)具有随着接近金属层(27)而开口宽度变小的圆锥形状。
图13是表示变形例的太阳能电池单元10的结构的截面图。在本变形例中,在抗蚀剂层30具有第一抗蚀剂层34以及第二抗蚀剂层36这一点上与上述实施方式不同。第二抗蚀剂层36设置在金属层27和第一抗蚀剂层34之间,包含浓度高于第一抗蚀剂层34的无机粒子。例如,第一抗蚀剂层34所包含的无机粒子的浓度为0.3重量%以上2重量%以下,第二抗蚀剂层36所包含的无机粒子的浓度为2.5重量%以上。第二抗蚀剂层36的厚度小于第一抗蚀剂层34的厚度。例如,第一抗蚀剂层34的厚度为5μm以上30μm以下,第二抗蚀剂层36的厚度为1μm以上3μm以下。
根据本变形例,通过在金属层27和第一抗蚀剂层34的界面设置无机粒子的浓度高的第二抗蚀剂层36,能够增大金属层27的表面附近的抗蚀剂层30的光吸收量。由此,促进金属层27的表面附近的抗蚀剂层30的烧蚀,能够更可靠地除去照射激光40的分离区域W5的抗蚀剂层30。另外,由于到达金属层27的激光40的强度变得更小,所以能够进一步减轻因激光40的照射对金属层27造成的损伤。例如在使用Nd:YAG激光的第二谐波(532nm)的情况下,适当地除去抗蚀剂层30,并且能够防止对金属层27的损伤。另外,能够增大可以适当形成开口32的激光40的照射条件的范围(工艺窗口)。例如,在使用波长532nm的皮秒脉冲激光器的情况下,使用0.45J/cm2~4.5J/cm2左右的激光40,能够通过一次激光照射形成周边部没有剥离的开口32。
抗蚀剂层(30)可以具有包含树脂以及无机粒子的第一抗蚀剂层,以及包含树脂以及浓度高于第一抗蚀剂层的无机粒子的第二抗蚀剂层。第二抗蚀剂层形成在金属层(27)和第一抗蚀剂层之间,第二抗蚀剂层的厚度可以小于第一抗蚀剂层的厚度。
以上,参照上述实施方式说明了本发明,但本发明并不限定于上述实施方式,适当组合或置换实施方式以及变形例的结构均包含在本发明中。
[附图标记说明]
10…太阳能电池单元、12…受光面、13…背面、18…基板、22…第一导电型半导体层、23…绝缘层、25…第二导电型半导体层、27…金属层、28…镀敷层、30…抗蚀剂层、32…开口、34…第一抗蚀剂层、36…第二抗蚀剂层、40…激光。

Claims (11)

1.一种太阳能电池单元的制造方法,具备:
在半导体基板上形成金属层;
在所述金属层上形成包含树脂和规定波长的光吸收率高于所述树脂的无机粒子的抗蚀剂层;
对所述抗蚀剂层照射所述规定波长的激光,除去所述抗蚀剂层,形成露出所述金属层的开口;以及
对在所述开口露出的所述金属层进行湿蚀刻。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池单元的制造方法,
所述无机粒子的所述规定波长的光吸收率高于所述金属层。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池单元的制造方法,还具备:
在照射所述规定波长的激光前,将所述抗蚀剂层作为图案掩模,而在所述金属层上形成镀敷层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池单元的制造方法,
所述抗蚀剂层的所述开口具有随着接近所述金属层而开口宽度变小的圆锥形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池单元的制造方法,
所述抗蚀剂层被丝网印刷在所述金属层上。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池单元的制造方法,
所述抗蚀剂层的厚度为1μm以上30μm以下,所述抗蚀剂层所包含有的所述无机粒子的浓度为0.3重量%以上2重量%以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池单元的制造方法,
所述抗蚀剂层具有包含所述树脂和所述无机粒子的第一抗蚀剂层,以及包含所述树脂和浓度高于所述第一抗蚀剂层的所述无机粒子的第二抗蚀剂层,所述第二抗蚀剂层形成在所述金属层和所述第一抗蚀剂层之间,所述第二抗蚀剂层的厚度小于所述第一抗蚀剂层的厚度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池单元的制造方法,
所述规定波长为500nm以上2000nm以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的太阳能电池单元的制造方法,
所述激光具有顶帽型的强度分布。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的太阳能电池单元的制造方法,还具备:
形成被设置在所述半导体基板上的第一区域的第一导电型半导体层、被设置在与所述第一导电型半导体层上的所述第一区域的边缘相邻的一部分区域的绝缘层、被设置在与所述半导体基板上的所述第一区域相邻的第二区域以及所述绝缘层上的第二导电型半导体层,
所述金属层形成在所述第一导电型半导体层、所述绝缘层以及所述第二导电型半导体层之上,
所述抗蚀剂层的所述开口形成在与所述绝缘层重叠的位置。
11.一种太阳能电池单元,具备:
半导体基板,
第一导电型半导体层,设置在所述半导体基板上的第一区域,
绝缘层,设置在与所述第一导电型半导体层上的所述第一区域的边缘相邻的一部分区域,
第二导电型半导体层,设置在与所述半导体基板上的所述第一区域相邻的第二区域以及所述绝缘层上,
金属层,设置在所述第一导电型半导体层、所述绝缘层以及所述第二导电型半导体层之上,以及
抗蚀剂层,设置在所述金属层上,含有树脂以及无机粒子;
所述金属层以及所述抗蚀剂层在与所述绝缘层重叠的位置分别具有贯通所述金属层或所述抗蚀剂层的开口,
所述抗蚀剂层的所述开口具有随着接近所述金属层而开口宽度变小的圆锥形状。
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