DE102011115581A1 - Solarzelle und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

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Abstract

Eine Solarzelle umfasst ein Substrat eines ersten Leitungstyps; eine Emitter-Einheit, die einen zu dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp hat und einen p-n-Übergang mit dem Substrat bildet; eine auf der Emitter-Einheit angeordnete Antireflex-Schicht; eine Vielzahl von auf der Antireflex-Schicht angeordneten und mit der Emitter-Einheit verbundenen ersten Elektroden; und eine mit dem Substrat verbundene zweiten Elektrode, wobei die Emitter-Einheit einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, die zwischen einer äußersten ersten Elektrode aus der Vielzahl von ersten Elektroden und der Kante des Substrats angeordnet sind, und eine Dicke des ersten Bereichs beim Übergang von der Kante des Substrats zu der äußersten ersten Elektrode allmählich ansteigt und eine Dicke des zweiten Bereichs einheitlich ist.

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der am 11. Oktober 2010 bei dem koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2010-0098938 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Im Allgemeinen umfasst eine Solarzelle ein Substrat und eine Emitter-Schicht, die aus Halbleitern unterschiedlichen Leitungstyps wie zum Beispiel einem p-Typ Halbleiter und einem n-Typ Halbleiter gemacht sind, und jeweils mit dem Substrat und der Emitter-Schicht verbundene Elektroden. In diesem Fall ist ein p-n-Übergang an der Schnittstelle des Substrats und der Emitter-Schicht ausgebildet.
  • Wenn Licht auf die Solarzelle einfallend gemacht wird, wird eine Vielzahl von Elektron-Loch-Paaren im Halbleiter erzeugt. Die erzeugten Elektron-Loch-Paare werden durch einen Photovoltaik-Effekt in Elektronen und Löcher mit elektrischen Ladungen getrennt, die Elektronen und Löcher bewegen sich jeweils zu dem n-Typ Halbleiter und dem p-Typ Halbleiter (zum Beispiel zu der Emitter-Schicht und dem Substrat) und werden jeweils durch mit dem Substrat und der Emitter-Schicht verbundene Elektroden gesammelt, wobei die Elektroden durch einen elektrischen Leiter verbunden sind, um elektrischen Strom zu erhalten.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst eine Solarzelle: ein Substrat von einem ersten Leitungstyp; eine Emitter-Einheit, die einen zu dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp hat und einen p-n-Übergang mit dem Substrat bildet; eine auf der Emitter-Einheit angeordnete Antireflex-Schicht; eine Vielzahl von auf der Antireflex-Schicht angeordneten und mit der Emitter-Einheit verbundenen ersten Elektroden; und eine mit dem Substrat verbundene zweite Elektrode, wobei die Emitter-Einheit einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, die zwischen einer äußersten ersten Elektrode aus der Vielzahl von ersten Elektroden und der Kante des Substrates angeordnet sind, und eine Dicke des ersten Bereichs beim Übergang von der Kante des Substrats zu der äußersten ersten Elektrode allmählich ansteigt, und eine Dicke des zweiten Bereichs einheitlich ist.
  • Der zweite Bereich ist zwischen dem ersten Bereich und der äußersten ersten Elektrode angeordnet.
  • Die Dicke des zweiten Bereichs ist gleich einer Dicke der zwischen einander benachbarten ersten Elektroden angeordneten Emitter-Einheit.
  • Die Länge des zweiten Bereichs ist 1400 μm oder kleiner.
  • Die Emitter-Einheit umfasst ferner eine erste Emitter-Schicht und eine zweite Emitter-Schicht, die erste Emitter-Schicht hat darin dotierte Störstellen des zweiten Leitungstyps und ist zwischen einander benachbarten ersten Elektroden angeordnet, und die zweite Emitter-Schicht hat die mit einer höheren Konzentration als die der ersten Emitter-Schicht dotierten Störstellen des zweiten Leitungstyps und ist unter der Vielzahl von ersten Elektroden angeordnet.
  • Die zweite Emitter-Schicht umfasst den zweiten Bereich.
  • Eine Dicke der ersten Schicht und eine Dicke der zweiten Schicht sind einheitlich, und die Dicke der ersten Schicht ist kleiner als die Dicke der zweiten Schicht.
  • Die Länge des ersten Bereichs ist 1500 μm oder kleiner.
  • Eine Rückfeld-Einheit ist mit der zweiten Elektrode verbunden.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle: Ausbilden einer Emitter-Einheit vom zweiten Leitungstyp auf einem Substrat vom ersten Leitungstyp, bei denen die ersten und zweiten Leitungstypen entgegengesetzte Typen sind; Durchführen einer Kantenisolation, um einen Teil der auf einer seitlichen Oberfläche des Substrats gebildeten Emitter-Einheit zu entfernen; und Bilden einer elektrisch mit der Emitter-Einheit verbundenen vorderen Elektrode und einer elektrisch mit dem Substrat verbunden hinteren Elektrode, wobei das Durchführen der Kantenisolation umfasst: Ausbilden einer ersten Anti-Ätzmaske auf einem Teil einer vorderen Oberfläche des Substrats, um einen Teil der auf der vorderen Oberfläche des Substrats gebildeten Emitter-Einheit daran zu hindern, geätzt zu werden; Eintauchen des Substrats in eine Ätz-Lösung, um den Teil der auf der seitlichen Oberfläche des Substrats gebildeten Emitter-Einheit zu entfernen; und Entfernen der ersten Anti-Ätzmaske.
  • Das Bilden der Emitter-Einheit umfasst: Bilden einer zweiten Anti-Ätzmaske bei einem Bereich auf der Emitter-Einheit, wo die vordere Elektrode gebildet werden soll; und Rückätzen der Emitter-Einheit, um eine erste Emitter-Schicht mit darin dotierten Störstellen des zweiten Leitungstyps und eine zweite Emitter-Schicht mit den mit einer höheren Konzentration als die der ersten Emitter-Schicht dotierten Störstellen des zweiten Leitungstyps zu bilden.
  • Die zweite Anti-Ätzmaske zum Bilden der ersten und zweiten Emitter-Schichten und die erste Anti-Ätzmaske für die Kantenisolation werden gleichzeitig gebildet.
  • Das Bilden der ersten und zweiten Emitter-Schichten und die Kantenisolation werden gleichzeitig durch Nassätzen durchgeführt.
  • Die erste Anti-Ätzmaske wird ausgebildet, um in einem bestimmten Abstand von der Kante des Substrats beabstandet zu sein, und der bestimmte Abstand von der Kante des Substrats zu der Anti-Ätzmaske ist 1,5 mm oder kleiner.
  • Die erste Anti-Ätzmaske wird ausgebildet, um eine Vielzahl von Leitungen zu umfassen.
  • Eine Antireflex-Schicht wird auf der Emitter-Einheit gebildet.
  • Das Bilden der vorderen Elektrode und der hinteren Elektrode umfasst: Aufbringen einer vorderen Elektroden-Paste auf eine vordere Oberfläche der Emitter-Einheit; Aufbringen einer hinteren Elektroden-Paste auf eine hintere Oberfläche des Substrats; und thermisches Behandeln der vorderen Elektroden-Paste und der hinteren Elektroden-Paste, um jeweils die mit der Emitter-Einheit elektrisch verbundene vordere Elektrode und die mit dem Substrat elektrisch verbundene hintere Elektrode zu bilden.
  • Der Teil der Emitter-Einheit wird auf der vorderen Oberfläche des Substrates gebildet, um einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich zu umfassen, die zwischen der Kante des Substrats und einem Inneren davon angeordnet sind, und eine Dicke des ersten Bereichs steigt beim Übergang von der Kante des Substrats zu dem Inneren, und eine Dicke des zweiten Bereichs ist einheitlich.
  • Das Bilden der ersten Anti-Ätzmaske bildet die erste Anti-Ätzmaske derart, um den größten Teil der gesamten vorderen Oberfläche des Substrates zu umschließen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die begleitenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weitergehendes Verständnis der Erfindung zu schaffen, sind einbezogen und bilden einen Teil dieser Offenbarung, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erklären.
  • 1 ist eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 ist eine Schnittansicht der Solarzelle in einer Richtung parallel zu einer vorderen Elektroden-Sammeleinheit, die einen Teil der Kante der Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst.
  • 3 ist eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle in einer Richtung parallel zu einer vorderen Elektroden-Sammeleinheit, die einen Teil der Kante der Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst.
  • 5A bis 5F sind sequentielle Querschnittsansichten, die einen Vorgang von einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.
  • 6 zeigt Draufsichten einer Anti-Ätzmaske, die zur nassen Kantenisolation unter Verwendung einer Ätzlösung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung benutzt wird.
  • 7A und 7B sind sequentielle Querschnittsansichten, die einen Vorgang von einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.
  • 8 zeigen Draufsichten einer Anti-Ätzmaske, die zur nassen Kantenisolation unter Verwendung einer Ätzlösung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung benutzt wird.
  • 9 ist eine graphische Darstellung von Schichtwiderstand (oder Oberflächenwiderstand) gemäß Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und Vergleichsbeispielen.
  • 10 ist eine Tabelle, welche Umwandlungswirkungsgrade gemäß Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und Vergleichsbeispielen vergleichend zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, so dass sie leicht von Fachleuten auf diesem Gebiet, auf welches sich die Erfindung bezieht, durchgeführt werden können. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele beschränkt ausgelegt werden. Um die Erfindung zu erklären, werden von der Beschreibung nicht dargestellte Teile weggelassen werden, und ähnliche Bezugszeichen werden für die ähnlichen Teile in der Beschreibung verwendet.
  • In den Zeichnungen können die Formen und Abmessungen zum Zwecke der Klarheit übertrieben sein, und es versteht sich, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als ”auf” oder ”verbunden mit” einem anderen Element oder Schicht bezeichnet wird, dieses unmittelbar auf oder unmittelbar mit einem anderen Element oder Schicht verbunden sein kann oder dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn ein Element als ”unmittelbar auf” oder ”unmittelbar verbunden mit” einem anderen Element oder Schicht bezeichnet wird, keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden. Auch kann, wenn ein Teil als ”vollständig” auf einem anderen Bereich ausgebildet bezeichnet wird, dieser nicht auf einem Teil der Kanten sowie auf der gesamten Oberfläche (oder einer vorderen Oberfläche) gebildet sein.
  • Eine Solarzelle und ein Herstellungsverfahren davon gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
  • Eine Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben werden.
  • 1 ist eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht der Solarzelle in einer Richtung parallel zu einer vorderen Elektroden-Sammeleinheit und schließt einen Teil der Kante der Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein.
  • Mit Bezug auf 1 umfasst eine Solarzelle 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Substrat 110 eine auf einer einfallenden Oberfläche (nachfolgend als eine ”vordere Oberfläche” bezeichnet) des Substrates 110, auf welche Licht einfallend gemacht wird, angeordnete Emitter-Einheit 120, eine auf der Emitter-Einheit 120 angeordnete Antireflex-Schicht 130, eine auf einer hinteren Oberfläche des Substrats 110 gegenüber der vorderen Oberfläche des Substrats 110 angeordnete Rückfeld-Einheit 170, eine Vielzahl von ersten Elektroden (oder vorderen Elektroden) 141, die elektrisch mit der Emitter-Einheit 120 verbunden sind, eine Vielzahl von ersten Elektroden-Stromsammeleinheiten 142, die mit der Vielzahl von ersten Elektroden verbundenen sind und sich so erstrecken, dass sie die Vielzahl von ersten Elektroden 141 kreuzen, und eine auf einer hinteren Oberfläche der Rückfeld-Einheit 170 angeordnete und elektrisch mit dem Substrat 110 verbundene zweite Elektrode (oder eine hintere Elektrode) 150.
  • Im Folgenden werden die ersten Elektroden 141 als vordere Elektroden 141 bezeichnet, die ersten Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 als vordere Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 bezeichnet, und die zweite Elektrode 150 kann als eine hintere Elektrode bezeichnet werden.
  • Das Substrat 110 ist ein Halbleiter-Substrat von einem ersten Leitungstyp, zum Beispiel einem Silizium vom p-Leitungstyp. In diesem Fall kann das Silizium Einkristall-Silizium, polykristallines Silizium, oder amorphes Silizium sein. Wenn das Substrat 110 von dem p-Leitungstyp ist, enthält es Störstellen von einem dreiwertigen Element wie zum Beispiel Bor (B), Gallium (Ga), Indium (In) oder dergleichen. Allerdings kann das Substrat 110 alternativ ein Substrat vom n-Leitungstyp sein und kann auch aus jedem anderen Halbleitermaterial als Silizium hergestellt sein. Wenn das Substrat 110 einen n-Leitungstyp hat, kann das Substrat 10 Störstellen von einem fünfwertigen Element wie zum Beispiel Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) oder dergleichen enthalten.
  • Das Substrat 110 kann strukturiert sein, um eine strukturierte Oberfläche mit einer Vielzahl von Vertiefungen und/oder Vorsprüngen zu haben.
  • Die Emitter-Einheit 120 ist eine Störstelleneinheit mit einem zweiten Leitungstyp, zum Beispiel einem n-Leitungstyp, der das Gegenteil des Leitungstyps des Substrats 110 ist und mit dem Halbleiter-Substrat 110 einen p-n-Übergang bildet.
  • Elektron-Loch-Paare, die elektrische Ladungen haben und durch auf das Substrat 110 einfallendes Licht erzeugt werden, werden durch eine von dem p-n-Übergang verursachte eingebaute Potentialdifferenz in Elektronen und Löcher getrennt, wobei die Elektronen sich zu dem n-Typ Halbleiter und die Löcher sich zu dem p-Typ Halbleiter bewegen. Somit bewegen sich, wenn das Substrat 110 ein p-Typ Halbleiter ist und die Emitter-Einheit 120 ein n-Typ Halbleiter ist, die getrennten Löcher zu dem Substrat 110 und die getrennten Elektronen bewegen sich zu der Emitter-Einheit 120. In dem Substrat 110 werden die Löcher zu den Majoritätsträgern, und in der Emitter-Einheit 120 werden die Elektronen zu den Majoritätsträgern.
  • Die Emitter-Einheit 120 bildet den p-n-Übergang mit dem Substrat 110. Daher kann, im Gegensatz zu diesem Ausführungsbeispiel, wenn das Substrat 110 vom n-Leitungstyp ist, die Emitter-Einheit 120 vom p-Leitungstyp sein. In diesem Fall bewegen sich die abgetrennten Elektronen zu dem Substrat 110, und die abgetrennt Löcher bewegen sich zu der Emitter-Einheit 120.
  • Wenn die Emitter-Einheit 120 vom n-Leitungstyp ist, kann die Emitter-Einheit 120 durch Dotierung von Störstellen von einem fünfwertigen Element wie zum Beispiel Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) oder dergleichen auf dem Substrat 110 gebildet werden, und umgekehrt kann, wenn die Emitter-Einheit 120 vom p-Leitungstyp ist, die Emitter-Einheit 120 durch Dotierung von Störstellen von einem dreiwertigen Element wie zum Beispiel Bor (B), Gallium (Ga), Indium (In) oder dergleichen auf dem Substrat 110 gebildet werden.
  • In diesem Fall kann die Emitter-Einheit 120 durch Diffusion von Störstellen auf der gesamten Oberfläche einschließlich der vorderen Oberfläche, der hinteren Oberfläche und seitlichen Oberflächen des Substrats 110 gebildet werden. Wenn jedoch die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche der Solarzelle verbunden sind und dadurch den Wirkungsgrad der Solarzelle verringern, wird, nach Dotierung der Störstellen, ein Kantenisolationsvorgang durchgeführt, um den dotierten Bereich der seitlichen Oberflächen (oder Kanten) zu beseitigen, um die vorderen und hinteren Oberflächen elektrisch zu isolieren. Dementsprechend wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Anti-Ätzmaske auf der Emitter-Einheit 120 gebildet und dann wird der Kantenisolationsvorgang durch Nassätzen durchgeführt. In diesem Fall wird die Kantenisolation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung später mit Bezug auf die 5A bis 5F beschrieben werden.
  • Die Anti-Reflexschicht 130 aus einer Siliziumnitrid-Schicht (SiNx), einer Siliziumoxid-Schicht (SiO2), einer Siliziumoxinitrid-Schicht (SiOxNy) oder dergleichen wird auf der Emitter-Einheit 120 gebildet. Die Anti-Reflexschicht 130 verringert die Reflexion von auf die Solarzelle 1 einfallend gemachtem Licht und steigert die Empfindlichkeit eines bestimmten Wellenlängenbereichs (oder Bands) und erhöht somit den Wirkungsgrad der Solarzelle 1. Die Anti-Reflexschicht 130 kann optional, falls gewünscht, weggelassen werden.
  • Die Vielzahl der vorderen Elektroden 141 sind auf der Emitter-Einheit 120 angeordnet, elektrisch mit der Emitter-Einheit 120 verbunden und erstrecken sich getrennt in eine vorgegebene Richtung. Die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 sammeln elektrische Ladungen, zum Beispiel Elektronen, die sich zu der Emitter-Einheit 120 bewegt haben.
  • Die Vielzahl von vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 sind auf der gleichen Schicht der Emitter-Einheit 120 angeordnet, auf welcher die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 angeordnet sind, und erstrecken sich so, dass sie die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 kreuzen. Die Vielzahl von vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 sammeln elektrische Ladungen, die von der Vielzahl der vorderen Elektroden 141 gesammelt worden sind, und geben die gesammelten elektrischen Ladungen an ein externes Gerät aus.
  • Die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und die vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 sind aus mindestens einem leitfähigen Material hergestellt. In diesem Fall kann das leitfähige Material, zum Beispiel, mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Zink (Zn), Indium (In), Titan (Ti), Gold (Au) und jeder Kombination davon sein. Allerdings können die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und die Vielzahl von vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 auch aus einem anderen leitenden Metall hergestellt sein.
  • Die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 110 angeordnete hintere Elektrode 150 sammelt elektrische Ladungen, zum Beispiel Löcher, die sich zu dem Substrat 110 bewegen.
  • Die hintere Elektrode 150 kann aus mindestens einem leitenden Material hergestellt sein. Das leitende Material kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Zink (Zn), Indium (In), Titan (Ti), Gold (Au) und jeder Kombination davon sein. Allerdings kann die hintere Elektrode 150 auch aus jedem anderen leitfähigen Metall-Material hergestellt sein.
  • Die Solarzelle 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ferner eine Vielzahl von hinteren Elektroden-Stromsammeleinheiten, die sich in die gleiche Richtung wie die vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 erstrecken, umfassen. In diesem Fall kann die Vielzahl von hinteren Elektroden-Stromsammeleinheiten so angeordnet sein, dass sie gegenüber den vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 liegen (oder an ihnen ausgerichtet sind). Die Vielzahl von hinteren Elektroden-Stromsammeleinheiten sammeln elektrische Ladungen, zum Beispiel Löcher, die von der hinteren Elektrode 150 übertragen wurden, und geben die gesammelten Löcher an ein externes Gerät aus.
  • Die Vielzahl von hinteren Elektroden-Stromsammeleinheiten können aus mindestens einem leitfähigen Material gefertigt sein. Das leitende Material kann mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Zink (Zn), Indium (In), Titan (Ti), Gold (Au) und jeder Kombination davon sein. Allerdings kann die Vielzahl der hinteren Elektroden-Stromsammeleinheiten auch aus jedem anderen leitfähigen Metall-Material hergestellt sein.
  • Die Rückfeld-Einheit 170 ist zwischen der hinteren Elektrode 150 und dem Substrat 110 angeordnet. Die Rückfeld-Einheit 170 kann auch ein Bereich sein, in welchem Störstellen des gleichen Leitungstyps wie die des Substrats 110 mit höherer Konzentration als die des Substrats 110 dotiert sind, zum Beispiel ein p+ Bereich.
  • Eine Potentialbarriere wird aufgrund der Differenz in einer Störstellendichte zwischen dem Substrat 110 und der Rückfeld-Einheit 170 gebildet, und dementsprechend wird die Bewegung von Elektronen zu der hinteren Oberfläche des Substrats 110 behindert, wodurch Elektron-Loch-Rekombination verringert wird, welche die Auslöschung der Ladungen bei dem Bereich der hinteren Oberfläche des Substrats 110 verursacht.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst in der Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, unter Teilen der Emitter-Einheit 120, ein Teil der zwischen den äußersten vorderen Elektroden 141' aus der Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und der Kante des Substrats 110 angeordneten Emitter-Einheit 120 einen ersten Bereich S1, in welchem die Dicke der Emitter-Einheit 120 in Richtung der äußersten vorderen Elektrode 141' von der Kante des Substrats 110 steigt, und einen zweiten Bereich S2, in welchem die Dicke von dem ersten Bereich S1 zu den äußersten vorderen Elektrode 141 mit t1 einheitlich ist. Dementsprechend hat der Teil der Emitter-Einheit 120 in dem ersten Bereich S1 eine geneigte Fläche.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Teil der bei der Kante des Substrats 110 angeordneten Emitter-Einheit 120 dieselbe Funktion wie jener Teil der unter der vorderen Elektrode 141 angeordneten Emitter-Einheit 120 oder jener Teil der zwischen benachbarten vorderen Elektroden 141 angeordneten Emitter-Einheit 120 haben kann.
  • In diesem Fall kann die Dicke t1 des zweiten Bereichs S2 gleich der Dicke t1 der zwischen einander benachbarten vorderen Elektroden 141 angeordneten Emitter-Einheit 120 sein.
  • In diesem Fall liegt ein Grund, warum die Dicke des Teils der in Richtung der Kante des Substrats 110 in dem ersten Bereich S1 der Emitter-Einheit 120 angeordneten Emitter-Einheit 120 dünner ist, darin, dass eine Ätzlösung in den Teil der an der oberen Kante des Substrats 110 angeordneten Emitter-Einheit 120 aufgrund der hydrophilen Eigenschaften der Emitter-Einheit 120 eindringt, wenn Teile der an der seitlichen Oberfläche und der unteren Oberfläche des Substrats 110 angeordneten Emitter-Einheit 120 durch Nassätzen entfernt werden. Dies wird später im Detail unter Bezugnahme auf 5A bis 5F beschrieben werden.
  • So kann in der Solarzelle 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Schichtwiderstand Rs des Kantenbereichs der Emitter-Einheit 120, der ausgebildet ist, um benachbart zu einem unteren Teil des äußersten vorderen Elektrode 141' zu sein, verbessert werden.
  • Mit anderen Worten steigt der Schichtwiderstand der Emitter-Einheit 120, wenn die Dicke der Emitter-Einheit 120 steigt, und nimmt ab, wenn die Dicke der Emitter-Einheit 120 abnimmt.
  • In Anbetracht dessen, unter Bezugnahme auf die Veränderung in dem Schichtwiderstandswert über den Abstand von der Kante zu dem Inneren des Substrats 110, wenn der Abstand von der Kante des Substrats 110 zu dem Teil, bei welchem die äußerste vordere Elektrode 141' gebildet wird, D ist, hat die Emitter-Einheit 120 einen einheitlichen Schichtwiderstandswert (oder einen im Wesentlichen einheitlichen Schichtwiderstandswert) ab dem zweiten Bereich S2, der näher an dem Innerem ist, als dann, wenn man von der Kante des Substrats 110 beginnt. Und zwar kann die Emitter-Einheit 120 einen ausreichenden durchschnittlichen Schichtwiderstandswert in Richtung auf das Innere des Substrats 110, beginnend ab dem zweiten Bereich S2 der an der Kante des Substrats 110 angeordneten Emitter-Einheit 120, erhalten.
  • Dementsprechend kann, da ein ausreichender Strom sogar von der an der Kante des Substrats 110 angeordneten äußersten vorderen Elektrode 141' erhalten werden kann, der Wirkungsgrad der Solarzelle verbessert werden.
  • In diesem Beispiel ist der erste Bereich S1 der Emitter-Einheit 120 als ein Teil ausgebildet, der geätzt ist, um eine unterschiedliche Dicke zu haben, die in Richtung auf die äußerste vordere Elektrode 141 von der Kante des Substrats 110 während des Kantenisolations-Vorgangs steigt, und, obwohl der Kantenisolationsvorgang durch die Verwendung einer Anti-Ätzmaske 160 wie in 5B gezeigt durchgeführt wird, verbleibt der erste Bereich S1 der Emitter-Einheit 120, anstatt geätzt zu werden, wie in 5F dargestellt.
  • In diesem Fall wird der Kantenisolationsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die 5A bis 5F beschrieben werden.
  • In diesem Fall kann eine Länge DS1 des ersten Bereichs S1 1500 μm oder kleiner sein, und die Länge DS2 des zweiten Bereichs S2 kann 1400 μm oder kleiner sein.
  • In diesem Fall kann der zweite Bereich S2 eine zweite Emitter-Schicht (oder ein Teil) sein, in welchem Störstellen des zweiten Leitungstyps mit einer relativ hohen Konzentration dotiert sind. Dies wird später unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben werden.
  • In diesem Fall übersteigt der durch den Kantenisolationsvorgang geätzte Teil den Teil nicht (oder geht weit darüber hinaus), in welchem die vorderen Elektroden-Einheit 140 ausgebildet ist, so dass ein Shunt in der in der Nähe der Kante des Substrats 110 angeordneten Elektroden-Einheit 140 nicht erzeugt wird und somit der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 verbessert werden kann.
  • Eine Solarzelle 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben werden.
  • 3 ist eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle 2 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 4 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle in einer Richtung, die parallel zu einer vorderen Elektroden-Sammeleinheit 152 ist und einen Teil der Kante der Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung einschließt. Eine Beschreibung des gleichen Elements wie jenes von der in den 1 und 2 dargestellten Solarzelle 1 wird ausgelassen werden.
  • Mit Bezug auf 3 umfasst die Solarzelle 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Emitter-Einheit 220 mit einer anderen Struktur im Vergleich zu der Solarzelle 1 nach dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • Die Emitter-Einheit 220 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine erste Emitter-Schicht 221, die auf dem Substrat 110 zwischen einander benachbarten ersten Elektroden 141 angeordnet ist und mit einer niedrigen Konzentration dotierte Störstellen hat, und eine zweite Emitter-Schicht 222, die teilweise unter den ersten Elektroden 141 angeordnet ist und mit einer höheren Konzentration als die der ersten Emitter-Schicht 221 dotierte Störstellen hat. In diesem Ausführungsbeispiel sind die vorderen Elektroden 141 auf der zweiten Emitter-Schicht 222 gebildet.
  • Wie die oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebene Solarzelle 1 kann in der Solarzelle 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die an der Kante des Substrats 110 angeordnete Emitter-Einheit 220 den ersten Bereich S1 und den zweiten Bereich S2 umfassen.
  • In diesem Fall kann der zweite Bereich S2 der Emitter-Einheit 220 aus der zweiten Emitter-Schicht 222 gebildet sein.
  • Zur elektrischen Isolation der vorderen und hinteren Oberflächen der Solarzelle 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Kantenisolationsvorgang erforderlich, und ebenso, wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, wird, nachdem eine Anti-Ätzmaske auf der Emitter-Einheit 220 gebildet worden ist, der Kantenisolationsvorgang durch Nassätzen durchgeführt, um so Eigenschaften des Schichtwiderstands Rs der Solarzelle 2 zu verbessern.
  • Mit anderen Worten erreicht der Schichtwiderstandswert über den Abstand von der Kante des Substrats 110 einen durchschnittlichen Schichtwiderstandswert ab dem zweiten Bereich S2 zwischen dem Substrat 110 und der am nächsten an dem Substrat 110 liegenden vorderen Elektroden-Einheit 140.
  • In diesem Fall wird, da der durch den Kantenisolationsvorgang geätzte Teil den Teil der Emitter-Schicht, auf dem die vordere Elektrode gebildet wird, nicht übersteigt (oder sich darüber hinaus erstreckt), ein Shunt in der vorderen Elektrode am nächsten an der Kante des Substrats 110 nicht erzeugt. Auch wird, da die Störstellenkonzentration der ersten Emitter-Schicht 221 niedrig ist, der Wirkungsgrad des Sammelns von durch kurzwelliges Licht erzeugten Trägern erhöht, wodurch eine Kurzschluss-Stromdichte Jsc und eine offene Spannung Voc erhöht wird, und, da die Störstellenkonzentration der zweiten Emitter-Schicht 222 hoch ist, wird ein Kontaktwiderstand mit der vorderen Elektrode verringert, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle 2 verbessert wird.
  • Die Solarzellen 1 und 2 mit der vorstehenden Struktur arbeiten wie folgt.
  • Wenn Licht auf die Solarzellen 1 und 2 gestrahlt wird und auf das Halbleiter-Substrat 110 durch die Antireflex-Schicht 130 und, jeweils, die Emitter-Einheiten 120 und 220 einfallend gemacht wird, werden Elektron-Loch-Paare in dem Halbleiter-Substrat 110 durch Licht-Energie erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Reflexionsverlust von auf das Substrat 110 einfallend gemachtem Licht aufgrund der Antireflex-Schicht 130 verringert, wodurch die Menge von auf das Substrat 110 einfallendem Licht erhöht wird.
  • Die Elektronen und Löcher werden durch den p-n-Übergang des Substrats 110 und der Emitter-Einheiten 120 oder 220 getrennt, und die Elektronen und die Löcher bewegen sich zum Beispiel jeweils in Richtung der Emitter-Einheiten 120 oder 220 mit n-Leitungstyp und des Substrats 110 mit p– Leitungstyp. Die Elektronen, die sich zu den Emitter-Einheiten 120 oder 220 bewegt haben, werden von den vorderen Elektroden 141 gesammelt, um zu den vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 übertragen zu werden und von ihnen gesammelt zu werden, und die Löcher, die sich zu dem Substrat 110 bewegt haben, werden zu der benachbarten hinteren Elektrode 150 übertragen und dann von der hinteren Elektroden-Stromsammeleinheit gesammelt. Wenn die vordere Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 und die hintere Elektroden-Stromsammeleinheit durch einen Draht verbunden sind, fließt ein Strom, und dies wird als Leistung verwendet.
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf die 5A bis 5F und 6 beschrieben werden.
  • 5A bis 5F sind sequentielle Querschnittsansichten, die einen Vorgang von einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen. 6 zeigt Draufsichten einer gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung gebildeten Anti-Ätzmaske.
  • Zunächst werden, wie in 5A dargestellt, Störstellen von einem fünfwertigen Element auf das aus einem p-Typ-Einkristall oder polykristallinem Silizium hergestellte Substrat 110 diffundiert, um die Emitter-Einheit 120 auf der gesamten Oberfläche des Substrats 110 zu bilden. Die Emitter-Einheit 120 wird durch Wärmebehandlung eines Materials, wie zum Beispiel PoCl3, H3PO4 oder dergleichen erhalten, was Störstellen von einem fünfwertigen Element wie zum Beispiel Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) oder dergleichen auf dem Substrat 110 umfasst.
  • Im Gegensatz zu diesem Ausführungsbeispiel kann, wenn der Leitungstyp des Substrats 110 ein n-Typ ist, eine p-Typ Emitter-Einheit auf der gesamten Oberfläche des Substrats 110 durch thermisches Behandeln oder Aufschichten eines Materials, zum Beispiel B2H6, gebildet werden, was Störstellen von einem dreiwertigen Element umfasst.
  • 5B bis 5D zeigen ein Kantenisolations-Verfahren zum Isolieren der auf den vorderen und hinteren Oberflächen des Substrats 110 gebildeten Emitter-Einheiten durch Verwendung von Nassätzen nach Bildung der Anti-Ätzmaske 160 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110.
  • In dem Vorgang des Bildens der Emitter-Einheit 120 werden Störstellen sogar auch auf dem Kantenbereich (oder dem Seitenbereich) des Substrats 110 dotiert, so dass die vorderen und hinteren Oberflächen der Solarzelle 1 elektrisch verbunden sind und so den Wirkungsgrad der Solarzelle 1 verringern. Daher ist ein Seitenisolationsvorgang zur elektrischen Isolation der vorderen und hinteren Oberflächen der Solarzelle 1 durch Entfernen des an den Kanten des Substrats 110 dotierten Anteils erforderlich.
  • Zu der Seitenisolation der Solarzelle 1 kann Kantenisolation unter Verwendung von Nassätzen, Kantenisolation unter Verwendung eines Lasers und Kantenisolation unter Verwendung von Plasma und dergleichen verwendet werden.
  • Das Plasma-Seitenisolationsverfahren, bei welchem Substrate aufgeschichtet werden, um eine gestapelte Struktur, wie sich aufhäufende Münzen, zu haben, und ein darauf durchgeführtes Plasma-Verfahren haben ein Problem, bei dem Plasma zwischen die Substrate 110 eindringt und dabei die auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110 gebildete Emitter-Einheit 120 beschädigt und ein hohes Polymer durch Gas beim Gebrauch erzeugt wird und auf der geätzten Oberfläche abgeschieden wird, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 verringert wird.
  • Auch wird, wenn der Kantenisolationsvorgang unter Verwendung eines Lasers durchgeführt wird, eine Bearbeitungszeit verlängert, und die Oberfläche des Substrats 110 wird durch einen Hochtemperatur-Laser beschädigt, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 verringert wird. Auch wird, wenn ein Laserstrahl auf die vordere Oberfläche des Substrats 110 gestrahlt wird, ein Lichtempfangsbereich stark verringert, wodurch ein Kurzschlussstrom JSC verringert wird, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrads der Solarzelle 1 führt.
  • In dem Beispiel eines Kantenisolations-Vorgangs zum Isolieren der auf der hinteren Oberfläche und der seitlichen Oberfläche des Substrats 110 gebildeten Emitter-Einheit unter Verwendung einer Ätzlösung dringt die Ätzlösung in einen Teil nahe an der Kante der auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110 gebildeten Emitter-Einheit 120 während des Vorgangs aufgrund von Hydrophilie einer Oxidschicht (Phosphor-Silikat-Glas, PSG) einschließlich Phosphor, das erzeugt wird, wenn sich die Störstellen in das Innere des Substrats 110 verbreiten, die möglicherweise die Emitter-Einheit 120 beschädige, ein, und danach besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit der Erzeugung eines Shunts bei dem Bilden der vorderen Elektroden 141. Daher ist der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 verringert.
  • Um diese Probleme anzugehen oder zu lösen, wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als eines der Kantenisolations-Verfahren die Anti-Ätzmaske 160 gebildet, und dann wird die Emitter-Einheit 120 auf der seitlichen Oberfläche des Substrats 110 gebildet und die hintere Oberfläche des Substrats 110 wird unter Verwendung von Nassätzen entfernt.
  • Wie in 5B gezeigt wird, bevor die auf der seitlichen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildete Emitter-Einheit 120 unter Verwendung von Nassätzen entfernt wird, die Anti-Ätzmaske 160 gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein hydrophobes Material durch Siebdruckverfahren aufgebracht und dann bei 100°C bis 150°C getrocknet, um dadurch die Anti-Ätzmaske 160 zu bilden, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
  • Die Anti-Ätzmaske 160 dient dazu, die auf der Vorderseite des Substrats, ausschließlich eines Teils der Kante der vorderen Oberfläche des Substrats 110, gebildete Emitter-Einheit 120 daran zu hindern, geätzt zu werden.
  • In diesem Beispiel, wie bei (a) in 6 gezeigt, wird die Anti-Ätzmaske 160 in einem bestimmten Abstand D1 von der Kante des Substrats 110 gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand D1 zwischen der Kante des Substrats 110 und der Anti-Ätzmaske 160 1,5 mm oder kleiner. In einem anderen Beispiel kann die Anti-Ätzmaske 160 rechts bis zu der Kante des Substrats 110 gebildet werden, um ohne den Abstand von der Kante des Substrats 110 zu sein.
  • Alternativ kann eine Anti-Ätzmaske mit einer Vielzahl von Linien gebildet werden. Zum Beispiel kann, wie bei (b) in 6 gezeigt, eine Anti-Ätzmaske 260 einschließlich einer durch einen ersten Abstand D2 von der Kante des Substrats 110 beabstandeten ersten Masken-Linie 261 und einer durch einen zweiten Abstand D3 von der Kante des Substrats 110 beabstandeten zweiten Masken-Linie 262 gebildet werden. In 6 entspricht ein Umriss der Anti-Ätzmaske einer Form des Substrats 110.
  • In diesem Fall kann der zweite Abstand D3 zwischen der Kante des Substrats 110 und der zweiten Masken-Linie 262 1,5 mm oder kleiner sein.
  • Wenn die Anti-Ätzmaske 260 durch doppelte Linien gemäß diesem Ausführungsbeispiel gebildet wird, können die vorderen und hinteren Seiten des Substrats 110 zuverlässig unter Verwendung einer Ätzlösung in einem Nachführvorgang isoliert werden, während ein Verlust von einem Abschnitt der Emitter-Einheit 110 oder 220 verringert wird.
  • Dann wird, wie in 5C gezeigt, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildete Emitter-Einheit 120 in eine Ätzlösung eingetaucht (oder getränkt), um die auf der seitlichen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats 110 ausgebildete Emitter-Einheit 120 zu entfernen. In diesem Fall kann, da die Anti-Ätzmaske 160 gebildet wird, um einen Innen-Bereich der gesamten vorderen Oberfläche des Substrats einzuschließen, die Ätzlösung nicht in die an einer Innenseite der Anti-Ätzmaske 160 gebildete Emitter-Einheit 120 eindringen, wodurch Schäden an der auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110 gebildeten Emitter-Einheit 120 verringert werden.
  • In diesem Fall dringt die Ätzlösung aufgrund der Hydrophilie der Emitter-Einheit 120 in den Teil der an der Kante der vorderen Oberfläche des Substrats 110 angeordneten Emitter-Einheit 120 ein und ätzt den Teil der an der Kante der vorderen Oberfläche des Substrats 110 angeordneten Emitter-Einheit 120 teilweise.
  • Dementsprechend steigt in dem ersten Bereich S1 der Emitter-Einheit 120 die Dicke allmählich von der Kante der vorderen Oberfläche des Substrats 110 zu dem Inneren des Substrats 110 an, wo die äußerste vordere Elektrode 141' des Substrats 110 gebildet wird. Der erste Bereich S1 hat die Länge DS1.
  • Nachdem der Kantenisolationsvorgang durchgeführt worden ist, wird die Anti-Ätzmaske 160 unter Verwendung einer Kalilaugen-Lösung (KOH) oder dergleichen entfernt, wie in 5D gezeigt.
  • Dann wird, wie in 5E gezeigt, die Anti-Reflexschicht 130 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110 unter Verwendung von chemischer Gasphasenabscheidung (CVD, Chemical Vapour Deposition) wie zum Beispiel Plasma-unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) gebildet.
  • Danach wird, wie in 5F dargestellt, eine vordere Elektroden-Paste auf Teile der Antireflex-Schicht 130 unter Verwendung eines Siebdruck-Verfahrens gedruckt und wird dann getrocknet, um ein vorderes Elektroden-Muster 40 zum Bilden der vorderen Elektroden 141 zu bilden. In diesem Fall kann in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Muster zum Bilden der Vielzahl von vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 gebildet werden, und in diesem Fall können die vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 als auch die vorderen Elektroden 141 unter Verwendung des vorderen Elektroden-Musters 40 zusammen gebildet werden.
  • In diesem Fall kann das Muster 40' zum Bilden der äußersten vorderen Elektrode unter den vorderen Elektroden-Mustern 40 gebildet werden, um durch die Länge DS2 des zweiten Bereichs S2 von dem ersten Bereich S1 der Emitter-Einheit 120 beabstandet zu sein.
  • Dann wird eine hintere Elektroden-Paste durch das Siebdruckverfahren gedruckt (oder aufgebracht) und wird anschließend getrocknet, um ein hinteres Elektroden-Muster 50 auf der auf der Rückseite des Substrats 110 gebildeten Emitter-Einheit 120 zu bilden. In diesem Fall kann die hintere Elektroden-Paste mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Zink (Zn), Indium (In), Titan (Ti), Gold (Au) und jeder Kombination davon umfassen. Andere Metall-Materialien können ebenfalls verwendet werden.
  • In diesem Fall kann die Temperatur zum Trocknen der Muster 40 und 50 von 120°C bis 200°C reichen, und die Reihenfolge der Bildung der Muster 40 und 50 kann verändert werden.
  • Das Substrat 110 mit dem vorderen Elektroden-Muster 40 und dem darauf gebildeten hinteren Elektroden-Muster 50 wird thermisch bei einer von 750°C bis 800°C reichenden Temperatur behandelt, um die vorderen Elektroden-Einheiten 140 einschließlich der Vielzahl von vorderen Elektroden 141 in Kontakt mit Teilen der Emitter-Einheit 120 und der Vielzahl von vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142, der elektrisch mit dem Substrat 110 verbundenen hinteren Elektroden 150, und der Rückfeld-Einheit 170 zwischen der hinteren Elektrode 150 und dem Substrat 110 zu bilden, womit die Solarzelle 1 vollendet wird (1 und 2).
  • In diesem Fall werden, wenn die thermische Behandlung durchgeführt wird, die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und die vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten 142 in Kontakt mit der Emitter-Einheit 120 durch Vordringen der Anti-Reflexschicht 130 bei den Kontaktabschnitten durch in dem vorderen Elektroden-Muster 40 enthaltenes Blei (Pb) oder dergleichen gebildet, und die hintere Elektrode 150 wird von dem hinteren Elektroden-Muster 50 gebildet. Außerdem wird ein Kontaktwiderstand durch chemische Bindung zwischen den Schichten der Emitter-Einheit 120 und dem Substrat 110 in Kontakt mit den in den jeweiligen Mustern 40 und 50 enthaltenen Metall-Komponenten verringert, wodurch der Stromfluss verbessert wird.
  • Wie oben beschrieben können, nachdem die Anti-Ätzmasken 160 oder 260 gebildet worden sind, wenn Kantenisolation durch Nassätzen durchgeführt wird, Schichtwiderstandseigenschaften davon im Vergleich zu dem Fall, wenn Kantenisolation durch Nassätzen ohne Verwendung einer Maske durchgeführt wird, oder dem Fall, in dem Kantenisolation unter Verwendung von Plasma oder einem Laser durchgeführt wird, verbessert werden, und, da Schaden an der Licht empfangenden Oberfläche verringert wird, kann die Solarzelle 1 mit einem hohen Wirkungsgrad hergestellt werden.
  • 9 ist eine graphische Darstellung des Schichtwiderstands (oder Oberflächenwiderstands) gemäß Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und Vergleichsbeispielen. 10 ist eine Tabelle, die vergleichend Umwandlungswirkungsgrade gemäß den Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und Vergleichsbeispielen zeigt.
  • In 9 bezeichnet
    Figure 00160001
    einen Wechsel in einem Schichtwiderstandswert über den Abstand von der Kante des Substrats 110, wenn die Seite durch Nassätzen isoliert wird, nachdem die Anti-Ätzmaske 160 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildet worden ist, bezeichnet
    Figure 00160002
    eine Änderung in einem Schichtwiderstandswert über den Abstand von der Kante des Substrats, wenn die Seite unter Verwendung von Plasma isoliert wird (Vergleichsbeispiel 1), bezeichnet
    Figure 00160003
    eine Änderung in einem Schichtwiderstandswert über den Abstand von der Kante des Substrats, wenn die Seite unter Verwendung eines Lasers isoliert wird (Vergleichsbeispiel 2), und bezeichnet
    Figure 00170001
    eine Änderung in einem Schichtwiderstandswert über den Abstand von der Kante des Substrats, wenn die Seite lediglich unter Verwendung einer nassen Lösung ohne Bildung einer Maske isoliert wird (Vergleichsbeispiel 3).
  • In 9 bezeichnet D3 den Abstand von der Kante des Substrats 110 zu einem Abschnitt, wo die nächste vordere Elektrode relativ zu der Kante gebildet werden soll. Wie in 9 gezeigt, sind die Schichtwiderstandswerte, in dem Fall von Vergleichsbeispiel 1 bis Vergleichsbeispiel 3, sogar in den Bereichen der Emitter-Einheit 120 hoch, die jenseits dessen sind, wo die vordere Elektrode gebildet werden soll und nicht in der Lage ist, einen durchschnittlichen Schichtwiderstandswert zu erreichen. In diesem Fall ist es, wie oben beschrieben, wenn die vordere Elektrode anschließend gebildet wird, sehr wahrscheinlich, dass ein Shunt an der Elektrode in der Nähe der Kante des Substrats 110 gebildet wird, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle herabgesetzt wird. Im Vergleich dazu ist in dem Fall, in welchem eine Maske gebildet wird und das Isolieren der Seite unter Verwendung von Nassätzen wie in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird, der Schichtwiderstandswert im Wesentlichen einheitlich von dem Bereich, wo die vordere Elektrode gebildet werden soll, im Gegensatz zu Vergleichsbeispiel 1 bis Vergleichsbeispiel 3. Es ist nämlich festzustellen, dass der geätzte Teil sich nicht über den Teil hinaus erstreckt, wo die vordere Elektrode gebildet werden soll, und somit wird ein Shunt an der Elektrode in der Nähe der Kante des Substrats 110 nicht erzeugt, was den Wirkungsgrad der Solarzelle verbessert.
  • In der Tabelle in 10 sind ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Vergleichsbeispiel 1 bis Vergleichsbeispiel 3 die gleichen wie jene aus 9, Jsc bezeichnet einen Kurzschlussstrom der Solarzellen, Voc bezeichnet einen offenen Strom der Solarzellen, FF bezeichnet einen Füllfaktor, und EF bezeichnet einen Umwandlungswirkungsgrad. Es wird darauf hingewiesen, dass der Umwandlungswirkungsgrad der Solarzelle 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welcher die Maske gebildet wird und die Seitenisolation durch Nassätzen durchgeführt wird, größer ist als der von Vergleichsbeispiel 1 bis Vergleichsbeispiel 3.
  • Wenn die Anti-Ätzmaske 160 entlang der Kanten des Substrats 110 gebildet wird und Nassätzen wie in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird, da der geätzte Teil sich nicht über den Teil, wo die Maske 160 gebildet wird, hinaus erstreckt, wird nämlich die auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110 gebildete Emitter-Einheit 120 nicht beschädigt, wodurch die Solarzelle 1 mit hohem Umwandlungswirkungsgrad hergestellt wird.
  • Ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Solarzelle 1 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf 7A, 7B und 8 beschrieben werden.
  • 7A und 7B sind Ansichten, die nacheinander ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, und 8 ist eine Draufsicht von gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung gebildeten Anti-Ätzmasken. Eine Beschreibung des gleichen Inhalts wie jenes aus den 5A bis 5F wird weggelassen.
  • Zunächst werden, wie in 7A gezeigt, die n-Typ Störstellen auf das Substrat 110 aus p-Typ-Einkristall oder polykristallinem Silizium verbreitet oder diffundiert, um die Emitter-Einheit 220' auf der gesamten Oberfläche des Substrates 110 zu bilden. In diesem Fall ist die Konzentration der n-Typ Störstellen auf der Oberfläche der Emitter-Einheit 220' die höchste und wird allmählich in Richtung der Innenseite der Emitter-Einheit 220' gemäß einer Gauß-Verteilung oder einer Fehlerfunktion verringert.
  • Als nächstes wird, wie in 7A gezeigt, eine Anti-Ätzmaske 360 auf einem Abschnitt, wo die vordere Elektrode gebildet werden soll, gebildet, so dass sie das gleiche Muster wie die des vorderen Elektroden-Musters 40 hat. In diesem Fall kann, wie bei (a) in 8 gezeigt, ein erster Abschnitt 361 der Anti-Ätzmaske 360 an Abschnitten gebildet werden, wo eine Vielzahl von vorderen Elektroden gebildet werden sollen, und ein zweiter Abschnitt 362 der Anti-Ätzmaske 360 kann bei Abschnitten gebildet werden, wo eine Vielzahl von vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten gebildet werden sollen. Die Breite des ersten Abschnitts 361 und die des zweiten Abschnitts 362 der Anti-Ätzmaske 360 kann gleich oder größer als die Breite der vorderen Elektroden und jener der vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten sein.
  • Alternativ kann, wie bei (b) in 8 gezeigt, ein erster Abschnitt 461 der Anti-Ätzmaske 460 bei Abschnitten gebildet werden, wo die Vielzahl von vorderen Elektroden gebildet werden sollen, ein zweiter Abschnitt 462 der Anti-Ätzmaske 460 kann bei Abschnitten gebildet werden, wo die Vielzahl von vorderen Elektroden-Stromsammeleinheiten gebildet werden soll, und ein dritter Abschnitt 463 der Anti-Ätzmaske 460 kann entlang der Kanten des Substrats 110 gebildet werden. In diesem Fall kann der dritte Abschnitt 463 gebildet werden, um eine Vielzahl von Linien zu haben. Die Form der Anti-Ätzmaske 460 ist nicht auf das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
  • Dann wird, wie in 7B gezeigt, die Emitter-Einheit 220' zurückgeätzt, um die selektive Emitter-Einheit 220 zu bilden, so dass die selektive Emitter-Einheit 220 die erste Emitter-Schicht 221, die auf dem Substrat 110 angeordnet ist und darin mit geringer Konzentration dotierte Störstellen hat, und die zweite Emitter-Schicht 222, die auf Abschnitten der ersten Emitter-Schicht 221 angeordnet ist und mit hoher Konzentration dotierte Störstellen hat, umfasst.
  • Danach wird das Substrat 110 in eine Ätzlösung eingetaucht (oder getränkt), so dass die auf der seitlichen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildete Emitter-Einheit 220' entfernt wird, wodurch die Kantenisolation durchgeführt wird. Der Entstehungsprozess der selektiven Emitter-Einheit 220 und der Kantenisolationsvorgang können gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Danach wird die Anti-Ätzmaske 460 entfernt, die Anti-Reflexschicht 130 wird gebildet, und dann werden die vordere Elektrode 140, die hintere Elektrode 150 und die Rückfeld-Einheit 170 gebildet, um die Solarzelle 2 zu vervollständigen (3 und 4).
  • Auf diese Weise kann, wenn die Maske zum Bilden der selektiven Emitter-Einheit 220 und die Maske für den Kantenisolationsvorgang gleichzeitig gebildet werden, Schaden an der Emitter-Einheit 120, die während des Kantenisolationsvorgangs erzeugt werden kann, verringert oder verhindert werden, und es gibt keine Notwendigkeit, zusätzlich die Maske für das Bilden der selektiven Emitter-Einheit 220 zu bilden, was den Fertigungsprozess vereinfacht, die Herstellungszeit verkürzt und die Fertigungskosten verringert.
  • Zusätzlich kann, da der Herstellungsvorgang der selektiven Emitter-Einheit 220 und der Kantenisolationsvorgang gleichzeitig durch Nassätzen durchgeführt werden, der Fertigungsprozess weiter vereinfacht werden, und die Solarzelle 2 kann mit hohem Wirkungsgrad hergestellt werden.
  • Während die Erfindung gezeigt und in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, ist es für Fachleute offensichtlich, dass Abwandlungen und Veränderungen durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2010-0098938 [0001]

Claims (19)

  1. Solarzelle umfassend: ein Substrat von einem ersten Leitungstyp; eine Emitter-Einheit, die einen zu dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp hat und einen p-n-Übergang mit dem Substrat bildet; eine auf der Emitter-Einheit angeordnete Antireflex-Schicht; eine Vielzahl von auf der Antireflex-Schicht angeordneten und mit der Emitter-Einheit verbundenen ersten Elektroden; und eine mit dem Substrat verbundene zweite Elektrode, wobei die Emitter-Einheit einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, die zwischen einer äußersten ersten Elektrode aus der Vielzahl von ersten Elektroden und der Kante des Substrates angeordnet sind, und eine Dicke des ersten Bereichs beim Übergang von der Kante des Substrats zu der äußersten ersten Elektrode allmählich ansteigt, und eine Dicke des zweiten Bereichs einheitlich ist.
  2. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich zwischen dem ersten Bereich und der äußersten ersten Elektrode angeordnet ist.
  3. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Dicke des zweiten Bereichs gleich einer Dicke der zwischen einander benachbarten ersten Elektroden angeordneten Emitter-Einheit ist.
  4. Solarzelle nach Anspruch 2, wobei eine Länge des zweiten Bereichs 1400 μm oder kleiner ist.
  5. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Emitter-Einheit ferner eine erste Emitter-Schicht und eine zweite Emitter-Schicht umfasst, die erste Emitter-Schicht darin dotierte Störstellen des zweiten Leitungstyps hat und zwischen einander benachbarten ersten Elektroden angeordnet ist, und die zweite Emitter-Schicht die mit einer höheren Konzentration als die der ersten Emitter-Schicht dotierten Störstellen des zweiten Leitungstyps hat und unter der Vielzahl von ersten Elektroden angeordnet ist.
  6. Solarzelle nach Anspruch 5, wobei die zweite Emitter-Schicht den zweiten Bereich umfasst.
  7. Solarzelle nach Anspruch 5, wobei eine Dicke der ersten Schicht und eine Dicke der zweiten Schicht jeweils einheitlich sind, und die Dicke der ersten Schicht kleiner als die Dicke der zweiten Schicht ist.
  8. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei eine Länge des ersten Bereichs 1500 μm oder kleiner ist.
  9. Solarzelle nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine mit der zweiten Elektrode verbundene Rückfeld-Einheit.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, umfassend: Ausbilden einer Emitter-Einheit vom zweiten Leitungstyp auf einem Substrat vom ersten Leitungstyp, bei denen die ersten und zweiten Leitungstypen entgegengesetzte Typen sind; Durchführen einer Kantenisolation, um einen Teil der auf einer seitlichen Oberfläche des Substrats gebildeten Emitter-Einheit zu entfernen; und Bilden einer elektrisch mit der Emitter-Einheit verbundenen vorderen Elektrode und einer elektrisch mit dem Substrat verbunden hinteren Elektrode, wobei das Durchführen der Kantenisolation umfasst: Ausbilden einer ersten Anti-Ätzmaske auf einem Teil einer vorderen Oberfläche des Substrats, um einen Teil der auf der vorderen Oberfläche des Substrats gebildeten Emitter-Einheit daran zu hindern, geätzt zu werden; Eintauchen des Substrats in eine Ätz-Lösung, um den Teil der auf der seitlichen Oberfläche des Substrats gebildeten Emitter-Einheit zu entfernen; und Entfernen der ersten Anti-Ätzmaske.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bilden der Emitter-Einheit umfasst: Bilden einer zweiten Anti-Ätzmaske bei einem Bereich auf der Emitter-Einheit, wo die vordere Elektrode gebildet werden soll; und Rückätzen der Emitter-Einheit, um eine erste Emitter-Schicht mit darin dotierten Störstellen des zweiten Leitungstyps und eine zweite Emitter-Schicht mit den mit einer höheren Konzentration als die der ersten Emitter-Schicht dotierten Störstellen des zweiten Leitungstyps zu bilden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die zweite Anti-Ätzmaske zum Bilden der ersten und zweiten Emitter-Schichten und die erste Anti-Ätzmaske für die Kantenisolation gleichzeitig gebildet werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden der ersten und zweiten Emitter-Schichten und die Kantenisolation gleichzeitig durch Nassätzen durchgeführt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die erste Anti-Ätzmaske ausgebildet wird, um in einem bestimmten Abstand von der Kante des Substrats beabstandet zu sein, und der bestimmte Abstand von der Kante des Substrats zu der Anti-Ätzmaske 1,5 mm oder kleiner ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Anti-Ätzmaske ausgebildet wird, um eine Vielzahl von Leitungen zu umfassen.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Bilden einer Antireflex-Schicht auf der Emitter-Einheit.
  17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bilden der vorderen Elektrode und der hinteren Elektrode umfasst: Aufbringen einer vorderen Elektroden-Paste auf eine vordere Oberfläche der Emitter-Einheit; Aufbringen einer hinteren Elektroden-Paste auf eine hintere Oberfläche des Substrats; und thermisches Behandeln der vorderen Elektroden-Paste und der hinteren Elektroden-Paste, um jeweils die mit der Emitter-Einheit elektrisch verbundene vordere Elektrode und die mit dem Substrat elektrisch verbundene hintere Elektrode zu bilden.
  18. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Teil der Emitter-Einheit auf der vorderen Oberfläche des Substrates gebildet wird, um einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich zu umfassen, die zwischen der Kante des Substrats und einem Inneren davon angeordnet sind, und eine Dicke des ersten Bereichs beim Übergang von der Kante des Substrats zu dem Inneren allmählich ansteigt, und eine Dicke des zweiten Bereichs einheitlich ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bilden der ersten Anti-Ätzmaske die erste Anti-Ätzmaske so bildet, um den größten Teil der gesamten vorderen Oberfläche des Substrates zu umschließen.
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