DE112005003362T5

DE112005003362T5 - Solarbatterie und Herstellungsverfahren für diese

Info

Publication number: DE112005003362T5
Application number: DE112005003362T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Morikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2008-02-14
Also published as: JPWO2006120735A1; WO2006120735A1; JP5289764B2; US20090101197A1

Abstract

Solarbatterie, gekennzeichnet durch:
eine Halbleiterschicht, die auf einer Lichtempfangsfläche eines Halbleitersubstrats gebildet ist und von einem Typ ist, der entgegengesetzt zu dem des Halbleitersubstrats ist;
eine Elektrode einer Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist und auf einer Rückfläche entgegengesetzt zu der Lichtempfangsfläche gebildet ist;
eine Elektrode, die von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats ist und elektrisch isoliert gegenüber der Elektrode der Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche isoliert auf der Rückfläche gebildet ist; und
eine Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist und elektrisch zwischen die Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche und die Elektrode der Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, die auf der Rückfläche gebildet ist, geschaltet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Solarbatterie mit einer Umwicklungsstruktur, bei der Elektroden nicht auf einer Lichtempfangsflächenseite von dieser angeordnet sind, und auch auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
STAND DER TECHNIK
Eine herkömmliche Solarbatterie ist zusammengesetzt aus einer Diffusionsschicht vom n-Typ, die auf einer vorderen Oberfläche eines Siliziumssubstrats vom p-Typ gebildet ist, einer Diffusionsschicht vom p+-Typ, die auf einer Rückfläche des Siliziumsubstrats vom p-Typ in einem Bereich der Diffusionsschicht vom n-Typ, die in einer inselartigen Weise isoliert ist, gebildet ist, eine Elektrode aus einer Schicht vom p-Typ, die auf der Diffusionsschicht vom p+-Typ auf der Rückfläche des Siliziumsubstrats vom p-Typ gebildet ist, und einer Elektrode aus einer Schicht vom n-Typ, die auf der Diffusionsschicht vom n-Typ auf einer Lichtempfangsfläche des Siliziumsubstrats vom p-Typ gebildet ist (siehe beispielsweise ein erstes Patentdokument).
Wenn jedoch die Elektrode aus der Schicht vom n-Typ auf der Lichtempfangsfläche des Siliziumsubstrats vom p-Typ angeordnet ist, ergibt sich das Problem, dass ein tatsächlicher Flächenverlust einer Lichteinfallebene 8 bis 10% wird. Demgemäß wurde eine Solarbatterie mit einer Umwicklungsstruktur vorgeschlagen, die wie folgt ausgebildet ist. D.h., nach der Bildung eines polykristallinen Siliziumdünnfilms auf einem thermischen Widerstandssubstrat werden Durchgangslöcher, die in einer gitterartigen Weise angeordnet sind, in einem Halbleiter-Dünnfilm ausgebildet, der erhalten ist durch Anwenden eines Zonenschmelz-Rekristallisierungsvorgangs auf den Dünnfilm aus polykristallinem Silizium, mittels anisotropem Ätzen, und dann wird der Halbleiter-Dünnfilm getrennt oder von dem thermischen Widerstandssubstrat abgeschält, um eine Diffusionsschicht vom n-Typ auf einer Oberfläche des Halbleiter-Dünnfilms zu bilden. Diese Diffusionsschicht vom n-Typ wird auch auf einer Seitenwand jedes Durchgangslochs gebildet, so dass eine Lichtempfangsfläche des Halbleiter-Dünnfilms und eine Diffusionsschicht vom n-Typ auf der Rückfläche hiervon durch die Diffusionsschicht vom n-Typ auf der Seitenwand jedes Durchgangslochs leitend gemacht sind. Dann wird, wobei ein Teil der Diffusionsschicht vom n-Typ der Rückfläche, der auf der Seitenfläche jedes Durchgangslochs gebildet ist, verbleibt, der Rest der Diffusionsschicht vom n-Typ entfernt, bis ein Halbleiter-Dünnfilm vom p-Typ auf der Oberfläche erscheint. Eine Elektrode aus einer Schicht vom n-Typ wird auf der Diffusionsschicht vom n-Typ gebildet, die auf der Seitenfläche jedes Durchgangslochs gebildet ist, und gleichzeitig wird eine Elektrode aus einer Schicht vom p-Typ auf dem Halbleiter-Dünnfilm gebildet, der durch die Entfernung der Diffusionsschicht vom n-Typ erschienen ist, wodurch eine Solarbatterie erzeugt wird, bei der keine Elektrode auf einer Lichtempfangsfläche angeordnet ist (siehe beispielsweise ein zweites Patentdokument).
Erstes Patentdokument: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. H5-75148 .
Zweites Patentdokument: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. H7-226528
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Um jedoch die Elektrode aus der Schicht vom n-Typ von der Diffusionsschicht vom n-Typ der Rückfläche, die zu der Diffusionsschicht vom n-Typ der Lichtempfangsfläche durch die Diffusionsschicht vom n-Typ auf der Seitenwand von jedem der Durchgangslöcher, die in einer gitterförmigen Weise in dem Halbleiter-Dünnfilm angeordnet sind, geleitet ist, herauszuziehen, ist erforderlich, dass der Halbleiter-Dünnfilm so dünn ist, dass die Durchgangslöcher durch das anisotrope Ätzen gebildet werden können. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, eine Trenn- oder Abschälschicht aufweisend einen Siliziumoxidfilm, einen polykristallinen Siliziumdünnfilm und eine Kappenschicht aufweisend einen Siliziumnitritfilm auf ein thermisches Wider standssubstrat zu laminieren, um einen Zonenschmelz-Rekristallisierungsvorgang hierauf anzuwenden, um die Kappenschicht zu entfernen und epitaxial einen polykristallinen Siliziumdünnfilm hierauf aufzuwachsen. Somit besteht das Problem, dass dies zu zu vielen Prozessschritten und damit zu hohen Kosten führt.
Zusätzlich schreitet bei dem anisotropen Ätzen, das die Durchgangslöcher in der gitterartigen Weise bildet, das Ätzen entlang einem [111]-Oberflächenazimut fort, so dass das Problem besteht, dass, wenn ein Durchgangsloch von einer säulenförmigen Gestalt gebildet werden soll, sich eine solche aus einem Pyramidenstumpf ergibt.
Zusätzlich ist der Halbleiter-Dünnfilm ein polykristallines Material, so dass individuelle Oberflächenazimute von Kristallkörpern nicht mit Bezug aufeinander ausgerichtet sind. Somit besteht das folgende Problem. D.h., wenn die Durchgangslöcher an Positionen rittlings Kristallkorngrenzen gebildet werden, werden die Konfigurationen der so gebildeten Durchgangslöcher ungleichmäßig, so dass, wenn die Diffusionsschicht vom n-Typ mit Ausnahme von Bereichen, die auf den Seitenflächen der Durchgangslöcher gebildet sind, von der Rückfläche entfernt wird, die Durchgangslöcher sich zu den zu entfernenden Bereichen erstrecken aufgrund der ungleichmäßigen Konfigurationen hiervon.
Zusätzlich schreitet das Ätzen entlang der [111]-Oberflächenazimute fort, so dass die Öffnungsfläche jedes Durchgangslochs auf der Rückfläche kleiner als die Öffnungsfläche hiervon in der Lichtempfangsfläche wird. Demgemäß besteht auch das folgende Problem. D.h., um einer elektrischen Charakteristik zu genü gen, die die Lichtempfangsfläche und die Rückfläche durch die Diffusionsschichten vom n-Typ der Seitenwände der Durchgangslöcher miteinander leitend macht, ist es erforderlich, die Öffnungsfläche jedes Durchgangslochs in der Rückfläche größer als einen vorbestimmten Wert zu machen, so dass die Öffnungsfläche jedes Durchgangslochs in der Lichtempfangsfläche groß wird, was zu einer Erhöhung des tatsächlichen Flächenverlustes einer Lichteinfallebene führt.
Weiterhin wird zum teilweisen Übriglassen der Diffusionsschicht vom n-Typ in einem den Öffnungsbereich jedes Durchgangslochs in der Rückfläche umschließenden Bereich die Diffusionsschicht vom n-Typ in dem verbleibenden Bereich entfernt, so dass eine Elektrode aus einer Schicht vom n-Typ auf jedem linken Bereich der Diffusionsschicht vom n-Typ gebildet wird, und gleichzeitig wird eine Elektrode aus einer Schicht vom p-Typ in dem Bereich, in welchem die Diffusionsschicht vom n-Typ entfernt wurde, gebildet. Jedoch ist es erforderlich, mehrere Positionseinstellungen für Siebdruck usw. durchzuführen, um einen Abdeckfilm für die Entfernung der Diffusionsschicht vom n-Typ zu bilden und um die Elektrode aus einer Schicht vom n-Typ und die Elektrode aus einer Schicht vom p-Typ zu bilden. Als eine Folge besteht das Problem, dass eine erhebliche Zeit für die Positionseinstellung erforderlich ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Solarbatterie mit einer Umwicklungsstruktur vorzusehen, bei der keine Elektrode auf einer Lichtempfangsfläche angeordnet ist, die aus einem Halbleitersubstrat zusammengesetzt ist, dessen Dicke nicht besonders dünn ist, und auch ein Verfahren zum Herstellen derselben vorzusehen.
MITTEL ZUM LÖSCHEN DES PROBLEMS
Eine Solarbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine Halbleiterschicht, die auf einer Lichtempfangsfläche eines Halbleitersubstrats gebildet ist und von einem zu dem des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Typ ist, eine Elektrode aus einer Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist und auf einer Rückfläche gegenüberliegend der Lichtempfangsfläche gebildet ist, eine Elektrode, die von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats ist und elektrisch von der Elektrode der Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, die auf der Rückfläche gebildet ist, isoliert ist, und eine Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist und elektrisch zwischen die Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche und die Elektrode der Halbleiterschicht von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der auf der Rückfläche gebildeten Lichtempfangsfläche geschaltet ist.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die vorteilhaften Wirkungen einer Solarbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung sind wie folgt. D.h., die Seitenwand eines Durchgangslochs steigt im Wesentlichen gerade und steil an, so dass, selbst wenn die Dicke des Halbleitersubstrats mit einer ersten elektrischen Leitfähigkeit dick ist, eine zwischen der Lichtempfangsfläche und der Rückfläche leitende Diffusionsschicht auf der Seitenwand des Durchgangslochs gebildet ist. Als eine Folge ist es möglich, eine Solarbatterie vom Umwicklungstyp sogar ohne Verwendung eines besonders dünnen Halbleitersubstrats vorzusehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Zelle einer Solarbatterie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine teilweise Draufsicht auf eine Rückfläche der Solarbatteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 ist eine vergrößerte Ansicht von Elektroden auf der Rückfläche der Solarbatteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Solarbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
5 sind Querschnittsansichten zum Erläutern von Schritten des Herstellungsprozesses der Solarbatteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
6 ist ein Äquivalenzschaltbild der Solarbatterie.
7 ist eine Ansicht, die die Beziehung eines Diodenstroms mit Bezug auf die Impulsbreite eines Laserstrahls bei einem Nutenbildungsvorgang der Solarbatteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
8 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Solarbatteriezelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine vergrößerte Ansicht von Elektroden auf einer Rückfläche einer Solarbatteriezelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiel 1
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Zelle einer Solarbatterie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine teilweise Draufsicht auf eine Rückfläche der Solarbatteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 3 ist eine vergrößerte Ansicht von Elektroden auf der Rückfläche der Solarbatteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 4 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Solarbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 5 sind Querschnittsansichten zum Erläutern von Schritten des Herstellungsprozesses der Solarbatteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 6 ist ein Äquivalenzschaltbild der Solarbatterie. 7 ist eine Ansicht, die die Beziehung eines Diodenstroms mit Bezug zu der Impulsbreite eines Laserstrahls bei einem Nutenbildungsvorgang der Solarbatteriezelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Eine Solarbatteriezelle 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird aus einem polykristallinen Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ erzeugt, das als ein Halblei tersubstrat dient. Es ist hier festzustellen, dass neben Silizium eine Galliumarsenidlegierung als ein Halbleiter verwendet werden kann, der das Halbleitersubstrat bildet. Zusätzlich wird, obgleich der Halbleiter eine elektrische Leitfähigkeit entweder vom p-Typ oder vom n-Typ haben kann, die Erläuterung hier für ein Siliziumsubstrat vom p-Typ gegeben, das Bor als ein Dotierungsverunreinigungselement enthält.
Als ein Block, aus dem das Siliziumsubstrat herausgeschnitten wird, kann ein Einkristall-Siliziumblock verwendet werden, der durch ein Verfahren wie ein CZ-Verfahren, ein FZ-Verfahren, ein EFG-Verfahren, usw. oder ein Polysiliziumblock, der durch ein Gießverfahren gegossen ist, verwendet werden. Es ist hier festzustellen, dass Polysilizium als Massenware erzeugt werden kann und daher äußerst vorteilhafter als Einkristall-Silizium hinsichtlich der Herstellungskosten ist.
Ein durch ein derartiges Verfahren gebildeter Block wird auf eine Dicke von etwa 50 bis 200 μm geschlitzt und wird dann in eine äußere Form eines Quadrats mit jeder Seite von 15 cm geschnitten, wodurch ein polykristallines Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ erhalten wird. Es ist hier festzustellen, dass das Dotieren des Siliziumsubstrats durchgeführt werden kann, indem eine angemessene Menge von diskretem Dotierungsverunreinigungselement bei der Herstellung des Siliziumblocks in diesem enthalten ist, oder bewirkt wird, dass eine angemessene Menge einer Siliziummasse, deren Dotierungskonzentration bereits bekannt ist, in dem Siliziumblock enthalten ist.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die Solarbatteriezelle 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Durch gangslöchern 3 zusammengesetzt, die das polykristalline Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ in dessen Dickenrichtung durchdringen und in einer gitterartigen Weise angeordnet sind, Diffusionsschichten 4 vom n-Typ, die auf einer Lichtempfangsfläche und einer Rückfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ sowie auf den Oberflächen der Seitenwände der Durchgangslöcher 3 gebildet sind, Nuten 5, die zum Trennen der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ auf der Rückfläche in zwei Bereiche in einer elektrisch isolierten Weise dienen, Elektroden 6 aus Schichten vom n-Typ, die auf der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ auf der Rückfläche angeordnet und mit der Diffusionsschicht 4 auf der Lichtempfangsfläche durch die Seitenwände der Durchgangslöcher 3 verbunden sind, Elektroden 8 aus Schichten vom p-Typ, die auf der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ angeordnet und mit dem polykristallinen Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ jeweils durch Diffusionsschichten 7 vom p+-Typ verbunden sind, und einer Antireflexionsbeschichtung 9, die auf der Oberfläche der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ auf der Lichtempfangsfläche gebildet ist, um für den Zweck der Verhinderung von Reflexionen zu dienen. In der folgenden Erläuterung zeigt die Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ die Lichtempfangsfläche, die Rückfläche und die Oberflächen der Seitenwände der Durchgangslöcher 3 an.
Die Durchgangslöcher 3 haben jeweils die Form einer Säule mit einem Innendurchmesser von etwa 100 μm, wobei ihre Öffnungen in der Lichtempfangsfläche und der Rückenfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ im Wesentlichen dieselbe Größe haben. In dem polykristallinen Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ sind eine Vielzahl von Durchgangslöchern 3 in einer gitterartigen Weise maschinell gebildet, mit Reihen und Spalten, die jeweils in einem Abstand von 1,5 mm angeordnet sind, wie in 2 gezeigt ist. obgleich die Seitenwände der Durchgangslöcher 3 im Wesentlichen vertikal steil mit Bezug auf die Lichtempfangsfläche ansteigen, können die Wirkungen der vorliegenden Erfindung selbst dann erzielt werden, wenn die Fläche von einer der Öffnungen geringfügig größer als die der anderen aufgrund von Laserverarbeitung ist.
Die Diffusionsschichten 4 vom n-Typ haben eindiffundierten Phosphor, so dass unterschiedliche Schichtwiderstände haben, die entsprechend ihrer Lage variieren. Die Rückfläche und die Seitenwände der Durchgangslöcher 3 haben ihren Schichtwiderstand gehalten, wie er in einem pn-Übergangsbildungsschritt gebildet wurde, und der Schichtwiderstand beträgt etwa 30 Ω/☐, und die Dicke der Diffusionsschichten 4 vom n-Typ in diesen Bereichen beträgt etwa 1 μm. Andererseits wird eine Rückätzverarbeitung auf die Lichtempfangsfläche nach dem Schritt der Bildung des pn-Übergangs angewendet, so dass der Schichtwiderstand der Lichtempfangsfläche eingestellt wird, um einem optimalen Schichtwiderstand für eine zu erzeugende fotoelektromotorische Kraft zu genügen. Der Schichtwiderstand beträgt etwa 60 bis 60 Ω/☐, und die Dicke der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ in diesem Bereich beträgt 0,4 bis 0,5 μm.
Wie in 2 gezeigt ist, dienen die Nuten 5 zum Teilen der Diffusionsschichten 4 vom n-Typ, die auf der Rückfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ gebildet sind, in erste Bereiche 11, in denen jeweils eine Gruppe von Durchgangslöchern 3 einer entsprechenden Reihe enthalten sind und in denen jeweils Elektroden 6 aus Schichten vom n-Typ gebildet sind, die mit den Diffusionsschichten 4 vom n-Typ auf der Lichtempfangsfläche durch die Diffusionsschichten 4 vom n-Typ auf den Seitenwänden der Durchgangslöcher 3 verbunden sind, und zweite Bereiche 12, in denen die Elektroden 8 aus Schichten vom p-Typ gebildet sind. Es ist hier festzustellen, dass die ersten Bereiche 11 jeweils für individuelle Reihen vorgesehen sind.
Die Nuten 5 haben jeweils eine Breite von 20 bis 40 μm und eine Tiefe von einigen wenigen μm bis zu 50 μm, und sie dienen zum elektrischen Isolieren der ersten Bereiche 11 der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ und der Rückfläche, die jeweils eine Dicke von 1 μm haben, und der zweiten Bereiche 12 voneinander.
Die Diffusionsschichten 7 vom p+-Typ durchdringen die Diffusionsschichten 4 vom n-Typ in den zweiten Bereichen 12, um die Elektroden 8 aus Schichten vom p-Typ und das polykristalline Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ miteinander zu verbinden. Die Diffusionsschichten 7 vom p+-Typ sind durch die Diffusion von Aluminiumatomen durch die Diffusionsschichten 4 vom n-Typ bis zu dem polykristallinen Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ während des Backens von Silberaluminium, das zum Bilden der Elektroden aus Schichten vom p-Typ verwendet wird, gebildet.
Wie in 3 gezeigt ist, sind die Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ jeweils aus umgebenden Bereichen 13, die auf der Diffusionsschicht vom n-Typ der Rückfläche um die Öffnungen von entsprechenden Durchgangslöchern 3, die zu der Rückfläche geöffnet sind, herum gebildet sind, und einem Säulenbereich 14, der die individuellen Umgebungsbereiche 13 in jeder Säule miteinander verbindet, zusammengesetzt. Die Elektroden 6 für die Schicht vom n-Typ übt eine Leitung aus, wenn Glasfritte schmilzt, um individuelle Silberpulverteilchen miteinander zu verbinden.
Die Elektroden 8 der Schicht vom p-Typ sind parallel zu den Säulenbereichen der entsprechenden Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ angeordnet und zeigen eine Leitung, wenn Glasfritte schmilzt, um Pulverteilchen einer Silberaluminiumlegierung oder von Aluminium miteinander zu verbinden.
Als Materialien für die Antireflexionsbeschichtung 9 können ein Si₃N₄-Film, ein TiO₂-Film, ein SiO₂-Film, ein MgO-Film, ein ITO-Film, ein SnO₂-Film, ein ZnO-Film usw. verwendet werden. Im Allgemeinen wird der Si₃N₄-Film bevorzugt verwendet aufgrund seiner Passivierungseigenschaft, und eine Quelle oder Rohgas in der Form eines gemischten Gases aus Silan und Ammoniak bildet Plasma durch HF, Mikrowellen usw., so dass Si₃N₄ erzeugt wird, um die Antireflexionsbeschichtung 9 zu bilden.
Es ist hier festzustellen, dass die Dicke der Antireflexionsbeschichtung 9 gemäß dem zu verwendenden Material beliebig gewählt werden kann, um einen reflexionslosen Zustand von auftreffendem Licht zu erzielen. D.h., unter der Annahme, dass der Brechungsindex des zu verwendenden Materials gleich n ist und die Wellenlänge eines Spektralbereichs, der reflexionslos zu machen ist, gleich λ ist, wird d, das (λ/n)/4 = d genügt, eine optimale Filmdicke der Antireflexionsbeschichtung 9. Beispielsweise kann in dem Fall des allgemein verwendeten Si₃N₄-films (n = etwa 2) unter der Annahme, dass die reflexionslose Zielwellenlänge gleich 600 nm ist, die Filmdicke auf etwa 75 nm eingestellt werden.
Es wird nun Bezug genommen auf eine Solarbatterie 15, die unter Verwendung der vorbeschriebenen Solarbatteriezellen 1 zusammengesetzt ist, während auf 4 Bezug genommen wird.
Der Füllstofffilm 16 und eine Glasplatte 17 werden aufeinander folgend auf die Lichtempfangsfläche jeder Solarbatteriezelle 1 laminiert. Die Verbindung zwischen benachbarten Zellen mittels Kupferfolien wird durchgeführt, nachdem die Solarbatteriezellen auf die Glasplatte geklebt sind, wie in 4 gezeigt ist. Bei einer vergangenen Solarbatterie wurde die Glasplatte auf die Solarbatteriezellen geklebt, nachdem die Verbindung zwischen ihnen durch Löten hergestellt wurde. In dem herkömmlichen Fall wird eine Verwerfung erzeugt durch eine Differenz der Ausdehnungskoeffizienten der Kupferfolien und der Siliziumsolarbatterie, und je geringer die Dicke des Siliziums ist, desto größer wird die Verwerfung, wodurch Risse bewirkt werden, so dass es praktisch schwierig war, eine derartige Verbindung durch die Kupferfolien durchzuführen, wenn die Dicke des Siliziums weniger als 150 μm beträgt. Jedoch werden in dem Fall der vorliegenden Erfindung die Solarbatteriezellen, nachdem sie an der Glasplatte befestigt wurden, miteinander verbunden. Die gewöhnliche Glasplatte hat eine Dicke von 3,2 mm und eine ausreichende Starrheit mit Bezug auf die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen sich selbst und den Kupferfolien, und als Folge hiervon wird, selbst wenn die Dicke jeder Solarbatteriezelle klein gemacht wird, keine Verwerfung erzeugt und damit tritt kein Riss auf. Zusätzlich kann die Verbindung auf der Rückfläche allein hergestellt werden, so dass keine Notwendigkeit besteht, Kupferfolien von der Vorderseite zu der Rückseite hin wie bei der herkömmlichen Solarbatterie an zuordnen, wodurch es möglich geworden ist, den Vorgang der Verbindung zu vereinfachen.
Als Nächstes wird Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen der Solarbatteriezellen 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 genommen.
Zuerst wird ein Substratschlitzvorgang durchgeführt. D.h., ein Polysiliziumblock vom p-Typ wird geschlitzt, um ein polykristallines Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ mit einer Dicke von 50 bis 200 μm und einer äußeren Form eines Quadrats von 15 × 15 cm herzustellen.
Dann wird, wie in 5(a) gezeigt ist, ein Durchgangsloch-Bildungsprozess durchgeführt, um mehrere Durchgangslöcher 3 in dem polykristallinen Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ zu bilden. In diesem Durchgangsloch-Bildungsschritt wird ein YAG-Laser, in welchem durch eine Laserdiode angeregtes Neodym als ein aktiviertes Atom hinzugefügt wird, oder ein YVO4-Laser, in welchem Neodym als ein aktiviertes Atom hinzugefügt wird, verwendet. Durch Aufstrahlen eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 355 nm und einer Impulsbreite von weniger als 100 ns, wie beispielsweise 10 bis 40 ns durch die Verwendung des durch die Laserdiode angeregten Festkörperlasers werden eine Vielzahl von Durchgangslöchern 3 durch das polykristalline Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ in einer gitterartigen Weise perforiert, wobei ihre Reihen und ihre Spalten jeweils in einem Abstand von 1,5 mm angeordnet sind. Jedes der Durchgangslöcher 3 hat eine säulenförmige Gestalt mit einem inneren Durchmesser von 100 μm. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist 0,5 bis 1 μm pro Impuls, so dass, wenn die Widerholungs frequenz des Lasers auf 10 kHz eingestellt ist, die zur Bildung eines Durchgangslochs 3 in dem polykristallinen Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ mit einer Dicke von 50 bis 200 μm erforderliche Zeit innerhalb 0,1 Sekunden liegt.
Nachfolgend wird ein Entfernungsprozess für eine beschädigte Schicht durchgeführt. In dem Entfernungsprozess für eine beschädigte Schicht, wird, um eine bearbeitete Schicht geänderter Qualität und Schmutz auf der Oberfläche des in dem Substratschlitzprozess erzeugten polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ zu entfernen, die Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ um etwa 5 bis 20 μm geätzt durch Verwenden einer alkalischen wässrigen Lösung wie einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung, einer wässrigen Natriumhydroxidlösung usw., oder einer gemischten Flüssigkeit aus Flusssäure, Salpetersäure, usw.
Danach wird ein Texturbildungsprozess durchgeführt, wie in 5b gezeigt ist. In dem Texturbildungsprozess werden als Texturstruktur bezeichnete Unregelmäßigkeiten auf der Lichtempfangsfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ gebildet.
Die Bildung der Texturstruktur erfolgt durch eine Lichtbegrenzungstechnik, die die vielfache Reflexion von auftreffendem Licht ausnutzt, und sie wird durchgeführt, um das Leistungsvermögen der Solarbatterie zu erhöhen. Um eine derartige Texturstruktur zu erhalten, wird beispielsweise ein Verfahren, durchgeführt, das eine Nassätzung verwendet und eine Lösung benutzt, in der Isopropylalkohol von 1 bis 30 Gewichtsprozent zu einer alkalischen Lösung ähnlich der im Entfernungsprozess für eine beschädigte Schicht verwendeten hinzugefügt ist, eine Natriumkarbonat(Na₂CO₃)-Lösung usw., oder ein Verfahren zum maschinellen Bilden von Nuten in mechanischer Weise oder dergleichen.
Dann wird ein pn-Übergangsbildungsprozess durchgeführt, wie in 5(c) gezeigt ist. Bei diesem pn-Übergangsbildungsprozess wird auf dem polykristallinen Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ die Diffusionsschicht 4 vom n-Typ gebildet, die von einem umgekehrten elektrischen Leitfähigkeitstyp ist, durch thermischen Diffundieren von Phosphor in diese. Ein Verfahren zum Bilden der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ verwendet eine thermische Diffusion von Phosphoroxychlorid (POCl₃). Bei einem anderen Verfahren werden Verunreinigungen enthaltend Phosphor auf die Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ aufgebracht und bewirkt, dass diese thermisch in dieses diffundieren gemäß einem geeigneten Verfahren durch Verwendung als eine Zuführungsquelle ein SOD (Sein-On-Dopant), ein PSG(Phosphorsilicatglas), eine Lösung vom Phosphorsäurentyp, eine Filmdiffusionsquelle, usw.
Nachfolgend wird nur die Oberfläche jeder Zelle zurückgeätzt. Zuerst wird das Ätzen des auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ nach der Diffusion verbliebenen Phosphorglases auf der Vorderseite hiervon beispielsweise durch RIE-Ätzen durchgeführt. Bei diesem wird ein Gas in eine evakuierte Kammer eingeführt, auf einem festen Druck gehalten und bildet ein Plasma durch Aufprägen einer elektrischen HF-Leistung auf in der Kammer angeordnete Elektroden, so dass das Phosphorglas auf der Lichtempfangsfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ durch die Wirkung von so erzeugten Innenradikalen und dergleichen, die aktive Spezies sind, geätzt wird. Dieses Verfahren wird als reaktives Ionenätzen (RIE) bezeichnet.
Beispielsweise wird in einer Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen das Ätzen während einer vorbestimmten zeit durchgeführt, indem elektrische HF-Leistung einwirkt, während Chlor (Cl₂), Sauerstoff (O₂) und Schwefelhexafluorid (SF₆) in einem Verhältnis von 1:5:5 zugeführt wird, um ein Plasma zu erzeugen, und der reaktive Druck auf 7 Pa eingestellt wird.
Unter einer derartigen Bedingung, wird nur die Phosphorglasschicht auf der Lichtempfangsflächenseite entfernt.
Danach wird ein Rückätzprozess durchgeführt. Bei dem Rückätzprozess wird ein Bereich mit hoher Verunreinigungsdicht entfernt durch Eintauchen oder Wässern der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ auf der Lichtempfangsfläche in eine/einer wässrigen Lösung von Flusssäure und einer Wasserstoffperoxidlösung. Dieser Rückätzprozess enthält zwei Prozessschritte aufweisend einen Oxidationsprozess zum Oxidieren von Silizium mit der Wasserstoffperoxidlösung und einen Ätzprozess zum Ätzen eines Siliziumoxidfilms mit der Flusssäure.
Dann wird ein Phosphorglas-Entfernungsprozess durchgeführt. Das auf de Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ nach der Diffusion verbliebene Phosphorglas kann in einer kurzen Zeitperiode entfernt werden durch Eintauchen von diesem in die Flusssäurelösung. Hier ist festzustellen, dass das Phosphorglas eine Verbindung darstellt, die Phosphor und Sauerstoff oder eine Restsubstanz der Diffusionsquelle enthält. Unter einer derartigen Bedingung kann der Schichtwiderstand der Vorderflächenseite auf 100 Ω/☐ eingestellt werden, und der Schichtwiderstand der Schichten vom n-Typ auf der Seitenfläche jedes Durchgangslochs und auf der Rückfläche kann jeweils auf 30 Ω/☐ eingestellt werden.
Nachfolgend wird ein Prozess zur Bildung einer Antireflexionsbeschichtung durchgeführt. Bei diesem Prozess zur Bildung einer Antireflexionsbeschichtung wird ein isolierender Film in der Form der Antireflexionsbeschichtung 9 auf der Lichtempfangsfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ gebildet. Der isolierende Film, der diese Antireflexionsbeschichtung 9 bildet, ermöglicht, die Stromerzeugung zu erhöhen, um die Oberflächenreflexionsrate der Solarbatterie mit Bezug auf auftreffendes Licht zu verringern. Beispielsweise wird in dem Fall, in welchem ein Siliziumnitridfilm auf die Antireflexionsbeschichtung 9 aufgebracht wird, dieser gebildet durch Anwendung eines thermischen Dekompressions-CVD-Verfahrens oder eines Plasma-CVD-Verfahrens als einem Verfahren zur Bildung von diesem. In dem Fall des thermischen Dekompressions-CVD-Verfahrens werden Dichlorsilan (SiC₁₂H₂) und Ammoniak (NH₃) häufig als Rohmaterialien verwendet, und die Abscheidung erfolgt beispielsweise unter der Bedingung, dass das Gasströmungsratenverhältnis von NH₃ zu SiC₁₂H₂ gleich 10 bis 20 ist, der Druck in der Reaktionskammer gleich 2 × 10⁴ Pa bis 5 × 10⁴ Pa ist und die Temperatur 760°C beträgt. Zusätzlich ist es üblich, ein gemischtes Gas aus SiH₄ und NH₃ als ein Quellengas in dem Fall der Abscheidung durch das Plasma-CVD-Verfahren zu verwenden. Als eine Abscheidungsbedingung ist beispielsweise das Folgende zweckmäßig: das Gasströmungsratenverhältnis von NH₃/SiH₄ ist gleich 0,5 bis 1,5; der Druck in der Reaktionskammer ist 1 × 10⁵ Pa bis 2 × 10⁵ Pa; die Tempe ratur beträgt 300°C bis 550°C; die Frequenz der für die Plasmaentladung erforderlichen Hochfrequenz-Leistungsquelle beträgt einige hundert kHz oder mehr.
Dann wird ein pn-Isolations- oder Trennungsprozess durchgeführt, wie in 5(d) gezeigt ist. In dem pn-Isolationsprozess werden die Nuten 5 mit einer Breite von 20 bis 40 μm und einer Tiefe von einigen μm bis 50 μm so gebildet, dass sie die Umgebung der individuellen Säulen der Durchgangslöcher 3 jeweils umschließen, auf der Rückfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 2 vom p-Typ mittels eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 355 nm und einer Impulsbreite von weniger als 100 ns, z.B. 10 bis 40 ns. Als eine folge sind die ersten Bereiche 11 der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ, die die Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ bilden, und die zweiten Bereiche 12 der Diffusionsschicht 4 vom n-Typ, die die Elektroden 8 der Schicht vom p-Typ bilden, elektrisch gegeneinander isoliert.
Danach wird ein Elektrodenbildungsprozess durchgeführt, wie in 5(e) gezeigt ist. In dem Elektrodenbildungsprozess werden zuerst Silberpasten mittels einer Siebdrucktechnik in vorbestimmte Muster auf den ersten Bereichen 11, geformt, die die Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ enthaltend die Umgebungen der Öffnungen der Durchgangslöcher 3 bilden, und danach werden die so geformten Silberpasten gebrannt, beispielsweise bei einer Temperatur von 650°C bis 900°C während einer Zeitperiode von einigen zehn Sekunden bis zu einigen Minuten, um die Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ zu bilden. Die Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ sind ohmsch jeweils mit den Diffusionsschichten 4 vom n-Typ durch Brennen verbunden. Die Diffusion der die Elektroden 6 der Schicht vom n- Typ bildenden Komponenten ist beschränkt auf den Bereich innerhalb der Diffusionsschichten 4 vom n-Typ.
Nachfolgend werden Silberaluminiumpasten durch die Siebdrucktechnik in vorbestimmte Muster auf den die Elektroden 8 für die Schicht vom p-Typ bildenden zweiten Bereichen 12 geformt und danach bei einer Temperatur von beispielsweise 650°C bis 900°C während einer Zeitperiode von wenigen zehn Sekunden bis zu wenigen Minuten gebrannt, um die Elektroden 8 für die Schicht vom p-Typ zu bilden. In den Elektroden 8 der Schicht vom p-Typ werden durch das Brennen Aluminiumatome in die Diffusionsschichten 4 vom n-Typ und das polykristalline Siliziumsubstrat vom p-Typ diffundiert, um die elektrische Leitfähigkeit der diffundierten Bereiche in den p+-Typ zu ändern, wodurch die Elektroden 8 der Schicht vom p-Typ ohmsch mit dem polykristallinen Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ verbunden sind. Auf diese Weise werden die die Elektroden 8 der Schicht vom p-Typ bildenden Komponenten durch Brennen in das polykristalline Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ über die Dicke der Diffusionsschichten 4 vom n-Typ hinaus diffundiert.
Somit sind die Solarbatteriezellen 1 hergestellt.
Dann wird ein Lichtempfangsflächen-Schutzprozess durchgeführt. In dem Lichtempfangsflächen-Schutzprozess wird eine Füllstoffschicht 16 wie Silikonharz auf die Antireflexionsbeschichtung 9 so aufgebracht, dass die Oberfläche hiervon geglättet wird, und danach wird eine Glasplatte 7 hierauf laminiert, und das Silikonharz wird abgebunden oder gehärtet, um die Glasplatte 17 zu fixieren.
Danach werden die Solarbatteriezellen 1, die nur auf der Rückflächenseite aneinander angrenzend sind, miteinander verbunden. Auf diese Weise ist die Solarbatterie 15 hergestellt.
Als Nächstes wird auf die Bedingung der Laserverarbeitung Bezug genommen, durch die die Nuten 5 auf der Rückfläche gebildet werden, um eine pn-Isolierung vorzunehmen. Die elektrischen Eigenschaften der Solarbatterie 15 können durch eine in 6 gezeigte Äquivalenzschaltung dargestellt werden. Die Äquivalenzschaltung ist aus einer photoelektromotorischen Stromquelle (IL), einer Diode, einem Reihenwiderstand (rs) und einem Parallelwiderstand (rs_h) zusammengesetzt, worin der Reihenwiderstand (sh) einen ohmschen Verlust der Lichtempfangsfläche der Solarbatterie 15 darstellt und der Parallelwiderstand (rs_h) einen Verlust aufgrund eines Diodenleckstroms darstellt. Eine Bestimmung, ob die pn-Isolierung angemessen ausgebildet ist, kann auf der Grundlage des Widerstandswertes des Parallelwiderstands (rs_h) oder eines Diodenstroms I_d, der durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung erhalten wird, erfolgen. Je kleiner der Diodenstrom I_d bei Anlegen der umgekehrten Vorspannung ist, desto kleiner ist der Leckstrom und desto besser ist die elektrische Isolierung. In 7 ist die Beziehung zwischen der Impulsbreite des für die Laserbearbeitung der Nuten 5 verwendeten Laserstrahls und dem Diodenstrom I_d in der Solarbatterie von 15 cm im Quadrat bei Anlegen einer umgekehrten Vorspannung (–1 V). Wie aus 7 ersichtlich ist, wird, wenn die Impulsbreite 100 ns oder weniger ist, der Diodenstrom I_d gleich 0,1 A oder weniger, und damit ist die elektrische Isolierung ausgezeichnet. Andererseits wird gefunden, dass, wenn die Impulsbreite 100 ns überschreitet, der Diodenstrom I_d zunimmt und die elektrische Isolierung sich verschlechtert. Es scheint, dass, wenn die Impulsbreite groß wird, ein Schmelzen in der Nähe von bearbeiteten Bereichen auftritt, wodurch die elektrische Isolierung verschlechtert wird.
Zusätzlich gibt es eine andere Laserbearbeitungsbedingung, die mit der elektrischen Isolierung assoziiert ist, die nicht die Impulsbreite, sondern die Strahlungsenergie ist. Wenn die Strahlungsenergie niedrig ist, wird die Laserbearbeitung unzureichend, während, wenn die Strahlungsenergie zu hoch ist, ein Schmelzen auftritt, das die elektrische Isolierung verschlechtert. Selbst wenn die Wellenlänge des Laserstrahls eine Grundwellenlänge von 1064 nm oder eine Komponente der dritten Harmonischen von 355 nm ist, ist eine Bedingung, die die elektrische Isolierung verbessert, dass die Strahlungsenergie pro Flächeneinheit pro Impuls von 10 J/Impuls·cm² bis 30 J/Impuls·cm² beträgt.
Zusätzlich wird die Nutenbearbeitung durchgeführt durch Bewegen von Strahlungspunkten, die teilweise einander überlappen, und die Überlappungsrate der Strahlungspunkte wird 60% oder mehr.
Eine derartige Solarbatterie 15 hat die in der gitterartigen Weise gebildeten Durchgangslöcher 3, deren Seitenwände im Wesentlichen senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats ansteigen und die im Querschnitt kreisförmig sind, wobei der pn-Übergang der Lichtempfangsfläche durch die Diffusionsschichten 4 vom n-Typ auf den Seitenwänden der Durchgangslöcher 3 mit den Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ auf der Rückfläche verbunden sind. Demgemäß wird die Verkleinerung der Einfallebene verringert aufgrund des Vorsehens der Durchgangslöcher 3, so dass die Erzeugung von elektrischer Leistung pro Flächeneinheit zunimmt.
Darüber hinaus sind die Durchgangslöcher 3 gleichförmig ausgebildet, so dass dimensionale Ränder zwischen den Elektroden der Schicht vom n-Typ und den Elektroden der Schicht vom p-Typ im Hinblick auf die Veränderung der Formen der Durchgangslöcher 3 verringert werden können, wodurch es möglich ist, die Elektroden zu vergrößern.
Weiterhin sind die Diffusionsschichten 4 vom n-Typ, die auf den Seitenwänden der Durchgangslöcher 3 gebildet sind, zylindrisch und haben daher einen kleineren Widerstand als pyramidenförmige Zylinder, die gemäß einem anisotropen Ätzverfahren gebildet sind. Als eine Folge können Solarbatteriezellen 1 mit höherem Wirkungsgrad der Energieerzeugung erhalten werden.
Weiterhin ist es möglich, selbst wenn das Halbleitersubstrat dick ist, die Durchgangslöcher 3 mit einem großen Längenverhältnis auszubilden durch Verwendung eines Laserdioden-gepumpten-Festkörperlasers für die Bearbeitung der Durchgangslöcher 3. Demgemäß ist es möglich, ein kostengünstiges Halbleitersubstrat zu verwenden, das durch Schlitzen eines Blocks erhalten werden kann, anstelle der Verwendung eines Halbleitersubstrats, das nur durch die Verwendung eines Verfahrens enthaltend eine größere Anzahl von Prozessen hergestellt werden kann.
Zusätzlich kann das Schmelzen von Silizium verhindert werden, indem eine Nutenbearbeitung durch die Verwendung eines Laserstrahls mit einer Impulsbreite von 100 ns oder weniger durchgeführt wird, so dass es möglich ist, die Solarbatteriezellen 1 zu erhalten, die eine ausgezeichnete elektrische Isoliereigenschaft haben.
Auch ist es möglich, indem die Nutenbearbeitung durch die Strahlung eines Laserstrahls mit einer Strahlungsenergiedichte pro Impuls von 10 J/Impuls·cm² oder mehr bis weniger als 30 J/Impuls·cm² durchgeführt wird, eine geeignete Bearbeitung ohne Schmelzen des Siliziums durchzuführen. Als eine Folge ist es möglich, eine Solarbatterie zu erhalten, die eine ausgezeichnete elektrische Isoliereigenschaft hat.
Darüber hinaus wird ein Löten nur auf der Rückfläche bewirkt, nachdem die Glasplatte 17 durch die Füllstoffschicht 16 an der Lichtempfangsfläche befestigt ist, so dass das Halbleitersubstrat durch die Glasplatte 17 gehalten wird, wodurch kein Problem des Verwerfens bewirkt wird. Insbesondere wird, selbst wenn die Dicke des Halbleitersubstrats weniger als 150 μm wird, die Beanspruchung durch die Glasplatte 17 aufgenommen, so dass die Zellen ohne Verursachen von Zellenrissen modularisiert werden können. Andererseits wird, wenn Kupferfolien mit den Elektroden der Schicht vom n-Typ der Lichtempfangsfläche bzw. den Elektroden der Schicht vom p-Typ der Rückfläche verbunden sind, die Beanspruchung aufgrund einer Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Kupfer und Silizium auf das Halbleitersubstrat ausgeübt, wodurch eine Verwerfung auftritt, die Zellenrisse erzeugt. Insbesondere tritt ein Zellenriss auf, wenn die Dicke des Halbleitersubstrats etwa 150 μm wird, wodurch die Modularisierung schwierig wird.
Zusätzlich wird es möglich, die Montage auf der Rückfläche allein durchzuführen, so dass die Montage leicht wird.
Ausführungsbeispiel 2
8 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Solarbatteriezelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Solarbatteriezelle 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der vorbeschriebenen durch das Folgende. D.h., Diffusionsschichten 4 vom n-Typ, die an den Positionen gebildet sind, an denen Elektroden 8B der Schicht vom p-Typ anzuordnen sind, werden so entfernt, dass das polykristalline Siliziumsubstrat 2 vom p-Typ an der Oberfläche freiliegt, wie in 8 gezeigt ist, und als Folge hiervon besteht keine Notwendigkeit, die Silberaluminiumpasten zu verwenden, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel zur Bildung der Diffusionsschichten 7 vom p+-Typ verwendet werden, so dass die Elektroden 8B der Schicht vom p-Typ zusammen mit der Bildung der Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ mittels Siebdrucken gebildet werden können. Jedoch ist die andere Ausbildung ähnlich, und daher werden gleiche Komponenten oder Teile durch gleiche Symbole identifiziert, während eine detaillierte Erläuterung von diesen weggelassen wird.
Da die Breite der Elektroden 8B der Schicht vom p-Typ etwa 60 μm beträgt, muss unter Berücksichtigung des Spielraums für die Positionseinstellung die Breite jeder Nut 5B auf etwa 150 μm eingestellt werden, und eine Bestrahlung muss bewirkt werden, während die Position der Laserstrahlung mehrere Male bewegt wird. Selbst wenn die Breite jeder Nut 5B auf diese Weise vergrößert wird, wird die für die Bearbeitung erforderliche Zeit insgesamt nur geringfügig verlängert.
Bei einer derartigen Solarbatteriezelle 1B kann die selbe Elektrodenbildungspaste sowohl für die Elektroden 6 der Schicht vom n-Typ als auch für die Elektroden 8B der Schicht vom p-Typ verwendet werden, und die Positionseinstellung eines Schirms braucht nur einmal bewirkt zu werden, so dass eine kostengünstigere Solarbatterie erhalten werden kann.
Ausführungsbeispiel 3
9 ist eine Ansicht eines Layouts von Elektroden auf einer Rückfläche einer Solarbatteriezelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Eine Solarbatteriezelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Solarbatteriezelle 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel in der Form einer Elektrode 6C der Schicht vom n-Typ, aber die andere Ausbildung ist ähnlich und daher werden gleiche Komponenten oder Teile durch gleiche Symbole identifiziert, während eine detaillierte Erläuterung von diesen weggelassen wird. Die Elektrode 6C der Schicht vom n-Typ gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat einen Umgebungsbereich 13C, der eine Öffnung eines entsprechenden Durchgangslochs 3 in vorbestimmten Abstand von dem Umfangsbereich der Öffnung umschließt, wie in 9 gezeigt ist.
Bei einer derartigen Solarbatteriezelle ist die Elektrode 6C der Schicht vom n-Typ getrennt von den Öffnungen der Durchgangslöcher 3, so dass, wenn die Elektroden 6C der Schicht vom n-Typ durch Siebdrucken gebildet werden, eine Druckpaste nicht in die Durchgangslöcher 3 fließt, und als Folge hiervon kann verhindert werden, dass sich die Druckpaste bis zu der Lichtempfangsfläche erstreckt.
Zusätzlich trifft Licht auch auf die pn-Übergänge der Durchgangslöcher 3, so dass die Durchgangslöcher 3 ebenfalls zur Energieerzeugung beitragen.
Zusammenfassung:
Vorgesehen sind eine Halbleiterschicht (4), die auf einer Lichtempfangsfläche eines Halbleitersubstrats (2) gebildet ist und von einem Typ entgegengesetzt dem des Halbleitersubstrats ist, eine Elektrode (6) einer Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist, und die auf einer Rückfläche entgegengesetzt zu der Lichtempfangsfläche gebildet ist, eine Elektrode (8), die von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats ist und elektrisch gegenüber der Elektrode der Halbleiterschicht von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche isoliert ist, die auf der Rückfläche gebildet ist, und eine Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist und elektrisch zwischen die Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche und die Elektrode der Halbleiterschicht von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche geschaltet ist, die auf der Rückfläche gebildet ist.

Claims

Solarbatterie, gekennzeichnet durch: eine Halbleiterschicht, die auf einer Lichtempfangsfläche eines Halbleitersubstrats gebildet ist und von einem Typ ist, der entgegengesetzt zu dem des Halbleitersubstrats ist; eine Elektrode einer Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist und auf einer Rückfläche entgegengesetzt zu der Lichtempfangsfläche gebildet ist; eine Elektrode, die von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats ist und elektrisch isoliert gegenüber der Elektrode der Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche isoliert auf der Rückfläche gebildet ist; und eine Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist und elektrisch zwischen die Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche und die Elektrode der Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, die auf der Rückfläche gebildet ist, geschaltet ist.
Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht des Typs entgegengesetzt zu dem des Halbleitersubstrats, die auf der Lichtempfangsfläche gebildet ist, und die Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halb leiterschicht der Lichtempfangsfläche, die auf der Rückfläche gebildet ist, elektrisch durch die Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, die auf einer Wandfläche eines in dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Durchgangslochs gebildet ist, miteinander verbunden sind.
Solarbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht des Typs entgegengesetzt zu dem des Halbleitersubstrats, gebildet auf der Lichtempfangsfläche, und die Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, gebildet auf der Wandfläche des Durchgangslochs, Diffusionsschichten für das Halbleitersubstrat sind.
Solarbatterie, gekennzeichnet durch: eine Halbleiterschicht, die auf einer Lichtempfangsfläche eines Halbleitersubstrats gebildet ist und von einem Typ entgegengesetzt zu dem des Halbleitersubstrats ist; eine Elektrode einer Halbleiterschicht, die von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist, und auf einer Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche gebildet ist, gebildet auf einer Rückfläche entgegengesetzt zu der Lichtempfangsfläche; eine Elektrode, die von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats ist, und elektrisch isoliert gegenüber der Elektrode der Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche ist, gebildet auf der Rückfläche; und eine Halbleiterschicht, die elektrisch zwischen die Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche und die Elektrode der Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, gebildet auf der Rückfläche, geschaltet ist.
Solarbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht eines Typs entgegengesetzt zu dem des Halbleitersubstrats, gebildet auf der Lichtempfangsfläche, und die Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, gebildet auf der Rückfläche, elektrisch miteinander verbunden sind durch die Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, die auf einer Wandfläche eines in dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Durchgangslochs gebildet ist.
Solarbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht von dem Typ entgegengesetzt zu dem des Halbleitersubstrats, die auf der Lichtempfangsfläche gebildet ist, und die Halbleiterschicht von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, die auf der Wandfläche des Durchgangslochs gebildet ist, und die Halbleiterschicht von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche, die auf der Rückfläche gebildet ist, Diffusionsschichten für das Halbleitersubstrat sind.
Solarbatterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nut, in der die Diffusionsschichten nicht angeordnet sind, so gebildet ist, dass sie das Durchgangsloch und die Halbleiterschicht von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche umschließt.
Solarbatterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats in der Nut angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie, welches aufweist: einen Schritt des Bildens eines Durchgangslochs in einem Halbleitersubstrat; einen Schritt des Bildens von Halbleiterschichten auf einer Lichtempfangsfläche des Halbleitersubstrats und einer Wandfläche des Durchgangslochs; und einen Schritt des Bildens einer Elektrode von einer Halbleite4rschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche auf dem Halbleitersubstrat, die elektrisch mit dem Durchgangsloch verbunden ist, des Bildens einer Elektrode, die von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats ist, auf dem Halbleitersubstrat, und die elektrisch gegenüber einer Elektrode einer Halbleiterschicht von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche isoliert ist.
Solarbatterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens einer Elektrode von einer Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche auf dem Halbleitersubstrat, die elektrisch mit dem Durchgangsloch verbunden ist, des Bildens einer Elektrode, die von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats ist, auf dem Halbleitersubstrat, und die elektrisch gegenüber einer Elektrode einer Halbleiterschicht desselben Typs wie dem der Halbleiteschicht der Lichtempfangsfläche isoliert ist, enthält: ein Schritt des Bildens einer Nut, in der die Halbleiterschicht so entfernt ist, dass sie das Durchgangsloch umschließt; einen Schritt des Bildens der Elektrode der Halbleiterschicht von demselben Typ wie dem der Halbleiterschicht der Lichtempfangsfläche in einem von der Nut umschlossenen Bereich; und einen Schritt des Bildens der Elektrode von demselben Typ wie dem des Halbleitersubstrats außerhalb des von der Nut umschlossenen Bereichs.
Verfahren zum Herstellen einer Solarbatterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens des Durchgangslochs in dem Halbleitersubstrat einen Schritt des Aufstrahlens eines Laserstrahls enthält.
Verfahren zum Erzeugen einer Solarbatterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Nut, in der die Halbleiterschicht so entfernt ist, dass das Durchgangsloch umschlossen ist, einen Schritt des Aufstrahlens eines gepulsten Laserstrahls mit einer Impulsbreite von 100 ns oder weniger enthält.
Verfahren zum Erzeugen einer Solarbatterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl eine Energiedichte pro Impuls von 10 J/Impuls·cm² oder mehr bis zu 30 J/Impuls·cm² oder weniger hat.