JP7453283B2 - 半導体基板、太陽電池及び太陽光発電モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電電池の技術分野に関し、特に半導体基板、太陽電池及び太陽光発電モジュールに関する。
従来の結晶シリコン電池は、両面接触金属化設計を採用している。太陽光スペクトルの利用が高められるように、電池の正面又は裏面には、テクスチャーを有する光閉じ込め構造を用いて入射光の電池中の伝送路を増加させる必要がある。しかし、従来のテクスチャー表面は、後の膜層パッシベーション及びスラリー接触界面にある程度影響を与え、更に電池性能にも影響を与えてしまった。
本発明は、従来の太陽電池の表面テクスチャー構造が後の膜層パッシベーション及びスラリー接触界面に影響を与え、更に電池性能にも影響を与えるという問題を解決する半導体基板、太陽電池及び太陽光発電モジュールを提供する。
本発明の第１態様において、本発明は、半導体基板を提供する。前記半導体基板の後面は、Ｎ型導電領域及びＰ型導電領域を有し、前記Ｎ型導電領域には、第１非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられ、前記Ｐ型導電領域には、第２非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられ、
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面とは、何れも多角形平面であり、且つ前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズよりも小さく、
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面とは、何れも多角形平面であり、且つ前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズよりも小さく、
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。
１つの可能な設計において、前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、７μｍ以上であり、且つ１０μｍ以下である。
１つの可能な設計において、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、１５μｍ以上であり、且つ３５μｍ以下である。
１つの可能な設計において、前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造は、少なくとも部分的に積載された２つ以上の第１サブ構造と、隣接する非積載に配列された２つ以上の第２サブ構造と、を含み、
前記少なくとも部分的に積載された２つ以上の第１サブ構造のうち、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向における最外側の前記第１サブ構造の頂部表面の１次元サイズは、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、
前記後面から離間する前記第２サブ構造の頂部表面の１次元サイズは、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下である。
前記少なくとも部分的に積載された２つ以上の第１サブ構造のうち、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向における最外側の前記第１サブ構造の頂部表面の１次元サイズは、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、
前記後面から離間する前記第２サブ構造の頂部表面の１次元サイズは、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下である。
１つの可能な設計において、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造は、少なくとも部分的に積載された２つ以上の第３サブ構造と、隣接する非積載に配列された２つ以上の第４サブ構造と、を含み、
前記少なくとも部分的に積載された２つ以上の第３サブ構造のうち、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向における最外側の前記第３サブ構造の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下であり、
前記後面から離間する前記第４サブ構造の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。
前記少なくとも部分的に積載された２つ以上の第３サブ構造のうち、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向における最外側の前記第３サブ構造の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下であり、
前記後面から離間する前記第４サブ構造の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。
１つの可能な設計において、前記Ｎ型導電領域と前記Ｐ型導電領域との間には、境界線があり、前記Ｎ型導電領域及び／又は前記Ｐ型導電領域の前記境界線に近接する位置には、ボイドが設けられている。
１つの可能な設計において、前記Ｎ型導電領域及び／又は前記Ｐ型導電領域の、前記境界線から５μｍ～１５μｍ離れた位置には、ボイドが設けられている。
１つの可能な設計において、前記Ｎ型導電領域及び／又は前記Ｐ型導電領域の、前記境界線から５μｍ～１０μｍ離れた位置には、ボイドが設けられている。
１つの可能な設計において、前記ボイドの直径は、１μｍ～１０μｍである。
１つの可能な設計において、前記ボイドの直径は、１μｍ～５μｍである。
１つの可能な設計において、前記ボイドの深さは、０．５μｍ～２μｍである。
１つの可能な設計において、隣接する２つの前記Ｎ型導電領域の間の間隔又は隣接する２つの前記Ｐ型導電領域の間の間隔は、０．８ｍｍ～１．２ｍｍであり、前記半導体基板の後面における前記Ｎ型導電領域の分布割合は、５０％～８５％であり、前記半導体基板の後面における前記Ｐ型導電領域の分布割合は、１５％～５０％である。
１つの可能な設計において、前記多角形平面の形状は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形及び略台形のうちの少なくとも一種を含む。
１つの可能な設計において、前記半導体基板は、Ｐ型結晶シリコン基板である。
本発明の第２態様において、本発明は、太陽電池を更に提供する。当該太陽電池は、
上記半導体基板と、
前記半導体基板の後面のＮ型導電領域に設けられるトンネル酸化層と、
前記半導体基板の後面のＰ型導電領域に設けられる局所裏面電界と、
前記トンネル酸化層の前記半導体基板から離反する側に設けられる多結晶シリコン薄膜層と、
前記局所裏面電界に設けられる共晶層と、
前記多結晶シリコン薄膜層の前記トンネル酸化層から離反する側と前記Ｐ型導電領域とに設けられる後面パッシベーション層と、
前記後面パッシベーション層を通り抜けて前記局所裏面電界とのオーム接触を形成する第１電極と、
前記後面パッシベーション層と前記多結晶シリコン薄膜層とを順次通り抜けてオーム接触を形成する第２電極と、を備える。
上記半導体基板と、
前記半導体基板の後面のＮ型導電領域に設けられるトンネル酸化層と、
前記半導体基板の後面のＰ型導電領域に設けられる局所裏面電界と、
前記トンネル酸化層の前記半導体基板から離反する側に設けられる多結晶シリコン薄膜層と、
前記局所裏面電界に設けられる共晶層と、
前記多結晶シリコン薄膜層の前記トンネル酸化層から離反する側と前記Ｐ型導電領域とに設けられる後面パッシベーション層と、
前記後面パッシベーション層を通り抜けて前記局所裏面電界とのオーム接触を形成する第１電極と、
前記後面パッシベーション層と前記多結晶シリコン薄膜層とを順次通り抜けてオーム接触を形成する第２電極と、を備える。
１つの可能な設計において、前記半導体基板の前面に設けられ且つ前記半導体基板から離間する方向に順次積層設置された前面パッシベーション層及び反射防止層を更に備える。
本発明の第３態様において、本発明は、太陽光発電モジュールを更に提供する。前記太陽光発電モジュールは、上記太陽電池を備え、前記太陽電池は、全一枚の形態又は分割された複数枚の形態で電気的に接続されて太陽電池ストリングとなる。
本発明は、以下の有利な作用効果を有する。
本発明の半導体基板の後面がＮ型導電領域及びＰ型導電領域を有し、Ｎ型導電領域に第１非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられ、Ｐ型導電領域に第２非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられ、第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面とが何れも多角形平面であり、且つ第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズが第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズよりも小さいと限定し、且つ第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズ範囲と第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズ範囲とを更に限定する。本発明では、Ｎ型導電タイプドーピング及びＰ型導電タイプドーピングのドーピング特性について、異なるサイズの非ピラミッド状テクスチャー構造を対応的に設計し、より対応性のあるように該当領域のパッシベーション品質を高め、スラリーとの間の接触特徴を向上させ、作製された太陽電池がより高い電池変換効率を得ることができる。
本発明の半導体基板の後面がＮ型導電領域及びＰ型導電領域を有し、Ｎ型導電領域に第１非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられ、Ｐ型導電領域に第２非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられ、第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面とが何れも多角形平面であり、且つ第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズが第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズよりも小さいと限定し、且つ第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズ範囲と第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズ範囲とを更に限定する。本発明では、Ｎ型導電タイプドーピング及びＰ型導電タイプドーピングのドーピング特性について、異なるサイズの非ピラミッド状テクスチャー構造を対応的に設計し、より対応性のあるように該当領域のパッシベーション品質を高め、スラリーとの間の接触特徴を向上させ、作製された太陽電池がより高い電池変換効率を得ることができる。
以上の一般的な記述及び後述する細部の記述が単に例示であり、本発明を制限できないことは、理解されるべきである。
ここでの図面は、明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成し、本発明に合致する実施例を示し、明細書と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の解決手段をよりよく理解するために、以下に図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。
明らかなように、説明される実施例は、本発明の一部の実施例だけであり、全ての実施例ではない。本発明における実施例に基づいて、当業者が進歩性に値する労働を必要とすることなく得られる全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
本発明の実施例において使用される用語は、特定の実施例を説明する目的だけであり、本発明を制限することを意図するものではない。本発明の実施例及び添付の特許請求の範囲に使用される単数の形式の「一種」、「前記」及び「当該」も、コンテキストが他の意味を明確に示さない限り、複数の形式を含むことを意図する。
理解すべきことは、本明細書に使用される用語「及び／又は」が関連対象を説明する関連関係だけであり、三種類の関係が存在してもよいことを示す。例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａが単独で存在すること、Ａ及びＢが同時に存在すること、Ｂが単独で存在するという三種類の状況を示すことができる。また、本明細書における記号「／」は、一般的に前後関連対象が「又は」の関係であることを示す。
注意すべきことは、本発明の実施例に記載された「上」、「下」、「左」、「右」等の方位言葉は、図面に示された角度で説明され、本発明の実施例を限定するものと理解すべきではない。なお、コンテキストにおいて、さらに理解すべきこととしては、１つの素子が他の素子の「上」または「下」に接続されることを言及する場合、それは他の素子の「上」または「下」に直接接続され得るだけでなく、中間素子により他の素子の「上」または「下」に間接的に接続されてもよい。
ＩＢＣ(Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ Ｂａｃｋ Ｃｏｎｔａｃｔ)電池は、全ての電極が半導体基板の後面に設けられるバックコンタクト太陽電池であり、半導体基板の前面に電極の遮蔽がないため、前面の全面積が太陽光を受信可能である。これにより、ＩＢＣ電池は、高い光電変換効率を有する。ＩＢＣ電池の半導体基板の後面は、一般的に研磨又は部分テクスチャリングを用いて一定のテクスチャー構造を形成する。従来のテクスチャー構造は、後の膜層パッシベーション及びスラリー接触界面にある程度影響を与え、更にＩＢＣ電池の光電変換効率に影響を与える。
これに鑑みて、第１態様において、図１に示すように、本発明は、半導体基板１を提供する。前記半導体基板１の後面は、Ｎ型導電領域１１及びＰ型導電領域１２を有し、図２と図３に示すように、前記Ｎ型導電領域１１には、第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１が設けられ、図４と図５に示すように、前記Ｐ型導電領域１２には、第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１が設けられ、
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面とは、何れも多角形平面であり、且つ前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズＬ１は、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズＬ２よりも小さく、
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズＬ１は、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズＬ２は、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面とは、何れも多角形平面であり、且つ前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズＬ１は、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズＬ２よりも小さく、
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズＬ１は、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズＬ２は、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。
説明すべきことは、半導体基板１は、一般的に前面及び後面を有し、半導体基板１の前面は、受光面、即ち、太陽光線の照射を受ける表面（受光面）を指してもよく、半導体基板１の後面は、前記前面に背向する面である。非ピラミッド状は、ピラミッド状微細構造の塔端が破壊されて形成された塔基／四角台状又は階段状の形態と理解可能である。非ピラミッド状テクスチャー構造は、半導体基板１に対して化学エッチング、レーザエッチング、機械法又はプラズマエッチング等のプロセスを行って形成されてもよい。非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、具体的に表面の長さ、幅、対角線長さ、円形の直径等であってもよく、ここで限定されない。幾つかの実例において、非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面を表す１次元サイズを測定するときに、テスト機器（光学顕微鏡、原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡等）を介して膜層表面の標定を直接測定してもよい。
好ましくは、半導体基板１は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、微結晶シリコン基板又は炭化ケイ素基板のうちの一種であってもよい。幾つかの実施例において、前記半導体基板は、Ｐ型結晶シリコン基板であり、前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズは、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、１１μｍ又は１２μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。前記多角形平面の形状は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形、略台形のうちの少なくとも一種を含む。前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ又は４０μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
理解できるように、本発明の半導体基板は、後面にＮ型導電領域１１及びＰ型導電領域１２を有し、Ｎ型導電領域１１及びＰ型導電領域１２は、太陽電池の作製時に、Ｎ型導電タイプドーピング及びＰ型導電タイプドーピングにそれぞれ用いられる。本発明では、Ｎ型導電領域１１に第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１が設けられ、Ｐ型導電領域１２に第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１が設けられている。ピラミッド状テクスチャー構造よりも、太陽電池の作製中において、非ピラミッド状テクスチャー構造は、半導体基板１上の後期の膜層の形成に有利であり、更により高いパッシベーション品質を取得可能であり、非ピラミッド状テクスチャー構造がスラリーとの間のより良好な接触特徴を有し、スクリーン印刷金属スラリーが電極を形成するときにより良好に充填されることができ、より優れた電極接触が得られ、更により高い開放電圧及びフィルファクタが得られ、更により高い電池転化効率が得られる。
本発明では、第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面とが何れも多角形平面であり、且つ前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズが前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズよりも小さいと限定し、且つ更に前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズ範囲及び前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズ範囲を限定する。本発明では、Ｎ型導電タイプドーピング及びＰ型導電タイプドーピングのドーピング特性について、異なるサイズの非ピラミッド状テクスチャー構造を対応的に設計し、より対応性のあるように該当領域のパッシベーション品質を高め、スラリーとの間の接触特徴を向上させ、作製された太陽電池がより高い電池変換効率を得ることができる。
好ましくは、前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズは、７μｍ以上であり、且つ１０μｍ以下である。
理解できるように、第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズに対する更なる限定により、太陽電池を作製する過程において、Ｎ型導電領域１１がより高いパッシベーション品質と、スラリーとの間のより良好な接触特徴とを取得可能であり、更により高い開放電圧及びフィルファクタが得られ、更により高い電池転化効率が得られる。
好ましくは、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズは、１５μｍ以上であり、且つ３５μｍ以下である。
理解できるように、第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズに対する更なる限定により、太陽電池を作製する過程において、Ｐ型導電領域１２がより高いパッシベーション品質と、スラリーとの間のより良好な接触特徴とを取得可能であり、更により高い開放電圧及びフィルファクタが得られ、更により高い電池転化効率が得られる。
幾つかの実施例において、図２に示すように、前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１は、少なくとも部分的に積載された２つ以上の第１サブ構造１１１１と、隣接する非積載に配列された２つ以上の第２サブ構造１１１２と、を含み、
前記少なくとも部分的に積載された２つ以上の第１サブ構造１１１１のうち、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向における最外側の前記第１サブ構造１１１１の頂部表面の１次元サイズＬ１１は、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、
前記後面から離間する前記第２サブ構造１１１２の頂部表面の１次元サイズＬ１２は、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下である。
前記少なくとも部分的に積載された２つ以上の第１サブ構造１１１１のうち、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向における最外側の前記第１サブ構造１１１１の頂部表面の１次元サイズＬ１１は、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、
前記後面から離間する前記第２サブ構造１１１２の頂部表面の１次元サイズＬ１２は、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下である。
説明すべきことは、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向は、積載方向と理解されてもよい。
理解できるように、本発明の第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１が、少なくとも部分的に積載された２つ以上の第１サブ構造１１１１と、隣接する非積載に配列された２つ以上の第２サブ構造１１１２とを含むことにより、第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の粗さを所望範囲内に制御可能であり、太陽電池のスクリーン印刷段に有利であり、Ｎ型導電領域１１でのスラリー接触を強化し、スラリー引張力を高め、セル品質及び歩留りを向上させ、太陽電池の開放電圧も高め、フィルファクタ及び光電変換効率を向上させることができる。
幾つかの実施例において、図４に示すように、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１は、少なくとも部分的に積載された２つ以上の第３サブ構造１２１１と、隣接する非積載に配列された２つ以上の第４サブ構造１２１２とを含み、
前記少なくとも部分的に積載された２つ以上の第３サブ構造１２１１のうち、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向における最外側の前記第３サブ構造１２１１の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下であり、
前記後面から離間する前記第４サブ構造１２１２の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。
前記少なくとも部分的に積載された２つ以上の第３サブ構造１２１１のうち、前記後面から離間し且つ前記後面に垂直な方向における最外側の前記第３サブ構造１２１１の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下であり、
前記後面から離間する前記第４サブ構造１２１２の頂部表面の１次元サイズは、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。
理解できるように、本発明の第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１が、少なくとも部分的に積載された２つ以上の第３サブ構造１２１１と、隣接する非積載に配列された２つ以上の第４サブ構造１２１２とを含むことにより、第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の粗さを所望範囲内に制御可能であり、太陽電池のスクリーン印刷段に有利であり、Ｎ型導電領域１１でのスラリー接触を強化し、スラリー引張力を高め、セル品質及び歩留りを向上させ、太陽電池の開放電圧も高め、フィルファクタ及び光電変換効率を向上させることができる。
幾つかの実施例において、図６に示すように、前記Ｎ型導電領域１１と前記Ｐ型導電領域１２との間には、境界線１３があり、図６－８に示すように、前記Ｎ型導電領域１１及び／又は前記Ｐ型導電領域１２の前記境界線１３に近接する位置には、ボイド１３１が設けられている。
理解できるように、前記Ｎ型導電領域１１及び／又は前記Ｐ型導電領域１２の前記境界線１３に近接する位置に設けられたボイド１３１により、キャリアの伝送に有利し、更に電池性能の向上にも有利し、また、９００－１２００バンドの反射率も１％～１０％向上することができる。
幾つかの実施例において、ボイド１３１は、太陽電池の作製中において、レーザ光でＰ型導電領域１２の余計な膜層を除去するときに、レーザ光が近傍のＮ型導電領域１１へ熱ダメージを与え、その表面膜層を破壊し、後のアルカリ研磨過程において熱ダメージ領域をエッチングして形成されたものである。
幾つかの実施例において、前記Ｎ型導電領域及び／又は前記Ｐ型導電領域の前記境界線１３から５μｍ～１５μｍ離れた位置には、ボイド１３１が設けられている。
好ましくは、ボイド１３１の設置位置は、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、１１μｍ、１２μｍ、１３μｍ、１４μｍ又は１５μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
好ましくは、前記Ｎ型導電領域１１及び／又は前記Ｐ型導電領域１２の前記境界線１３から５μｍ～１０μｍ離れた位置には、ボイド１３１が設けられている。
幾つかの実施例において、前記ボイド１３１の直径は、１μｍ～１０μｍである。
好ましくは、前記ボイド１３１の直径は、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ又は１０μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
好ましくは、前記ボイド１３１の直径は、１μｍ～５μｍである。
幾つかの実施例において、前記ボイド１３１の深さは、０．５μｍ～２μｍである。
好ましくは、前記ボイド１３１の深さは、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍ、１μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ又は２μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。ここで、前記ボイド１３１の深度値は、３Ｄ顕微鏡による走査で取得されてもよい。幾つかの具体的な実施例において、ボイド１３１深さは、アルカリ研磨エッチング深さの１／２～１／３（研磨面エッチングに基づく）であってもよい。
幾つかの実施例において、隣接する２つの前記Ｎ型導電領域１１の間の間隔又は隣接する２つの前記Ｐ型導電領域１２の間の間隔は、０．８ｍｍ～１．２ｍｍであり、前記半導体基板１の後面における前記Ｎ型導電領域１１の分布割合は、５０％～８５％であり、前記半導体基板１の後面における前記Ｐ型導電領域１２の分布割合は、１５％～５０％である。
好ましくは、隣接する２つの前記Ｎ型導電領域１１の間の間隔又は隣接する２つの前記Ｐ型導電領域１２の間の間隔は、０．８ｍｍ、０．８５ｍｍ、０．９ｍｍ、０．９５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．０５ｍｍ、１．１ｍｍ、１．１５ｍｍ又は１．２ｍｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。前記半導体基板１の後面における前記Ｎ型導電領域１１の分布割合は、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％又は８５％等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。対応的に、前記半導体基板１の後面における前記Ｐ型導電領域１２の分布割合は、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、又は１５％等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
理解できるように、半導体基板１上の隣接する２つの前記Ｎ型導電領域１１の間の間隔又は隣接する２つの前記Ｐ型導電領域１２の間の間隔に対する限定と、前記半導体基板１の後面におけるＮ型導電領域１１及びＰ型導電領域１２の分布割合に対する限定により、太陽電池を作製する過程において、優れた導電性を有するＰＮ結合を半導体基板１に形成可能であり、作製された太陽電池の光電性能を向上させることができる。
幾つかの具体的な実施例では、本発明の半導体基板１の作製において、まず、アルカリ研磨を用いて小塔基の形態を有する裏面構造を作製し、対応する膜層を堆積したものをＮ型導電領域とし、その後、レーザ光による膜切りを用いてＰ型導電領域を特定し、再度アルカリ研磨を用いてレーザ光ダメージを除去して大塔基の平面表面形態を形成する。レーザ光でＰ型領域の余計な膜層を除去するときに、レーザ光が近傍のＮ型導電領域に熱ダメージを与え、その表面膜層を破壊し、後のアルカリ研磨過程において熱ダメージ領域をエッチングしてボイドを形成する。作製過程において、レーザ光のプロセスを調整して熱ダメージを境界からの一定の範囲内に制御してもよい。
説明すべきことは、本発明の半導体基板１は、太陽電池の製造過程において形成されてもよく、太陽電池の製造過程前のオリジナル基板（シリコンスライス）の作製時に形成されてもよい。
第２態様において、本発明は、太陽電池を更に提供する。図９に示すように、太陽電池は、本発明の上記半導体基板１、トンネル酸化層２、局所裏面電界３、多結晶シリコン薄膜層４、共晶層５、後面パッシベーション層６、第１電極７及び第２電極８を備える。
半導体基板１は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、微結晶シリコン基板又は炭化ケイ素基板のうちの一種であってもよい。幾つかの実施例において、前記半導体基板は、Ｐ型結晶シリコン基板である。
半導体基板１は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、微結晶シリコン基板又は炭化ケイ素基板のうちの一種であってもよい。幾つかの実施例において、前記半導体基板は、Ｐ型結晶シリコン基板である。
トンネル酸化層２は、前記半導体基板１の後面のＮ型導電領域１１に設けられている。トンネル酸化層２は、酸化ケイ素層、酸化アルミニウム層、酸窒化ケイ素層、酸化モリブデン層、酸化ハフニウム層のうちの一種又は複数種の積層構造であってもよい。他の実施例において、トンネル酸化層２は、酸素含有窒化ケイ素層、酸素含有炭化ケイ素層等であってもよい。幾つかの実行可能な実施形態において、オゾン酸化法、高温熱酸化法、硝酸酸化法、化学蒸着法、低圧化学蒸着法を用いて半導体基板１の後面のＮ型導電領域１１をエッチングした後で処理し、トンネル酸化層２を形成してもよい。
局所裏面電界３は、前記半導体基板１の後面のＰ型導電領域１２に設けられている。Ｐ型導電領域１２に局所裏面電界３が形成されることにより、作製された太陽電池の開放電圧を高め、アルミニウムシリコン接触抵抗Ｒｓを低減し、電池の光電変換効率を効果的に向上させることができる。幾つかの具体的な実施例において、局所裏面電界３は、アルミニウム裏面電界である。
多結晶シリコン薄膜層４は、前記トンネル酸化層２の前記半導体基板１から離反する側に設けられている。多結晶シリコン薄膜は、結晶シリコンの電学特性を有し、非結晶シリコン薄膜のコストが低く、設備が簡単であり且つ大面積で作製できる等の利点もある。物理蒸着法、化学蒸着法、プラズマ強化化学蒸着法、原子層蒸着法のうちの何れか一種の方法でトンネル酸化層２の表面に堆積して多結晶シリコン薄膜層４を形成してもよい。
共晶層５は、前記局所裏面電界３に設けられている。幾つかの具体的な実施例において、共晶層５は、シリコンアルミニウム共晶層である。
後面パッシベーション層６は、前記多結晶シリコン薄膜層４の前記トンネル酸化層２から離反する側と前記Ｐ型導電領域１２とに設けられ、後面パッシベーション層６は、半導体基板１の後面に対してパッシベーション作用を果たし、後面パッシベーション層６は、１層又は複数層のパッシベーション層によって構成されてもよい。後面パッシベーション層６は、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭素ドープ酸窒化ケイ素層等のパッシベーション層を含んでもよい。幾つかの具体的な実施例において、後面パッシベーション層６は、第１後面パッシベーション層６１及び第２後面パッシベーション層６２を含み、第１後面パッシベーション層６１と第２後面パッシベーション層６２は、半導体基板１後面から離反する方向に沿って順次設けられている。幾つかの具体的な実施例において、第１後面パッシベーション層６１は、酸化アルミニウム層であってもよく、第２後面パッシベーション層６２は、窒化ケイ素層であってもよい。
第１電極７は、前記後面パッシベーション層６を通り抜けて前記局所裏面電界３とのオーム接触を形成する。
第２電極８は、前記後面パッシベーション層６と前記多結晶シリコン薄膜層４とを順次通り抜けてオーム接触を形成する。第１電極７及び第２電極８は、後面パッシベーション層６の表面に塗布された金属導電スラリーによって焼成され形成されてもよい。幾つかの実施例において、前記第１電極７及び／又は第２電極８の材料は、銀、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属材料を含む。１つの具体的な実施例において、第１電極７は、アルミニウム材料を含み、第２電極は、銀材料を含む。
幾つかの具体的な実施例において、図９に示すように、太陽電池は、
前記半導体基板１の前面に設けられ且つ前記半導体基板１から離間する方向に順次積層設置された前面パッシベーション層９と反射防止層１０とを更に備える。前面パッシベーション層９は、半導体基板１の前面に対してパッシベーション作用を果たし、前面パッシベーション層９は、１層又は複数層のパッシベーション層によって構成されてもよい。前面パッシベーション層９は、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭素ドープ酸窒化ケイ素層等のパッシベーション層を含んでもよい。幾つかの具体的な実施例において、前面パッシベーション層９は、酸化アルミニウム層であってもよい。反射防止層１０は、光の反射を防止したり減少したりすることができ、太陽エネルギーを十分に利用する目的を果たすことができる。反射防止層１０は、化学蒸着法、物理蒸着法及び高温窒化等の方法によって前面パッシベーション層９に形成されてもよい。幾つかの具体的な実施例において、反射防止層１０は、酸窒化ケイ素層であってもよい。
前記半導体基板１の前面に設けられ且つ前記半導体基板１から離間する方向に順次積層設置された前面パッシベーション層９と反射防止層１０とを更に備える。前面パッシベーション層９は、半導体基板１の前面に対してパッシベーション作用を果たし、前面パッシベーション層９は、１層又は複数層のパッシベーション層によって構成されてもよい。前面パッシベーション層９は、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭素ドープ酸窒化ケイ素層等のパッシベーション層を含んでもよい。幾つかの具体的な実施例において、前面パッシベーション層９は、酸化アルミニウム層であってもよい。反射防止層１０は、光の反射を防止したり減少したりすることができ、太陽エネルギーを十分に利用する目的を果たすことができる。反射防止層１０は、化学蒸着法、物理蒸着法及び高温窒化等の方法によって前面パッシベーション層９に形成されてもよい。幾つかの具体的な実施例において、反射防止層１０は、酸窒化ケイ素層であってもよい。
第３態様において、本発明は、太陽光発電モジュールを更に提供する。前記太陽光発電モジュールは、上記太陽電池を備え、太陽光発電モジュールの電池転化効率を向上可能である。当該太陽光発電モジュールは、上記太陽電池を備え、前記太陽電池は、全一枚又は分割された複数枚（例えば、１／２等分スライス、１／３等分スライス、１／４等分スライス等の分割された複数枚）の形式で電気的に接続されて複数の電池ストリングを形成し、前記複数の電池ストリングは、直列接続及び／又は並列接続の方式で電気的に接続されている。幾つかの実施例において、前記太陽光発電モジュールは、パッケージ材料層及び蓋板を更に備え、前記パッケージ材料層は、前記複数の太陽電池ストリングを封止し、前記蓋板は、前記パッケージ材料層を覆う。例えば、前記パッケージ材料層の材質は、ＥＶＡ、ＰＯＥ又はＰＥＴ等の有機材料であってもよく、前記蓋板は、ガラス蓋板、プラスチック蓋板等の透光機能を有する蓋板であってもよい。
第４態様において、本発明は、上記太陽電池を作製するための太陽電池の作製方法を更に提供する。作製方法は、以下のステップを含む。
ステップＳ１では、半導体基板１を提供し、半導体基板１に対してテクスチャリング処理及び酸化処理を順次行う。
ステップＳ２では、半導体基板１の前面上且つ前記半導体基板１から離間する方向に、設置された前面パッシベーション層９及び反射防止層１０を順次積層する。
ステップＳ３では、半導体基板１の後面を酸洗した後、アルカリ溶液を用いて半導体基板１の後面を研磨処理することにより、半導体基板１の後面に第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１を形成するようにする。
ステップＳ４では、前記半導体基板１の後面の第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１にトンネル酸化層２が形成され、トンネル酸化層２の表面に堆積して多結晶シリコン薄膜層４が形成される。幾つかの具体的な実施例において、更に、多結晶シリコン薄膜層４に対してドーピング処理を行ってドーピング導電層を形成してもよい。
ステップＳ５では、レーザ光による膜切りを用いてＰ型導電領域１２を特定し形成し、第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１が形成された領域をＮ型導電領域１１とし、アルカリ溶液を用いて半導体基板１の後面のＰ型導電領域１２に対して研磨処理を行うことにより、半導体基板１後面のＰ型導電領域１２に第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１が形成されるようにする。前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面とは、何れも多角形平面であり、且つ前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズＬ１は、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズＬ２よりも小さく、前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造１１１の頂部表面の１次元サイズＬ１は、５μｍ以上であり、且つ１２μｍ以下であり、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造１２１の頂部表面の１次元サイズＬ２は、１０μｍ以上であり、且つ４０μｍ以下である。幾つかの具体的な実施例において、レーザ光による膜切りの条件は、レーザタイプとして波長３５５ｎｍの紫外レーザ又は波長５５６ｎｍの緑色レーザを選択し、スポットサイズが３０μｍ～１００μｍであることを含む。幾つかの具体的な実施例において、レーザ光でＰ型導電領域１２の余計な膜層を除去するときに、レーザ光が近傍のＮ型導電領域１１に熱ダメージを与え、その表面膜層を破壊し、後のアルカリ研磨過程において熱ダメージ領域をエッチングしてボイド１３１を形成する。作製中に、レーザ膜切りパラメータを調整することにより、熱損失を一定の範囲内に制御することができる。
ステップＳ６では、前記半導体基板１の後面のＰ型導電領域１２においてパターン化を行い、局所裏面電界３及び共晶層５を形成する。
ステップＳ７では、多結晶シリコン薄膜層４の表面及び前記Ｐ型導電領域１２に後面パッシベーション層６を堆積する。幾つかの具体的な実施例において、後面パッシベーション層６が第１後面パッシベーション層６１及び第２後面パッシベーション層６２を含み、作製時に、多結晶シリコン薄膜層４表面及び前記Ｐ型導電領域１２に第１後面パッシベーション層６１を堆積してから、第２後面パッシベーション層６２を堆積する。
比較例
比較例は、太陽電池を提供する。太陽電池は、半導体基板を備え、前記半導体基板の後面は、Ｎ型導電領域及びＰ型導電領域を有し、前記Ｎ型導電領域と前記Ｐ型導電領域とには、同じ非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられている。
比較例は、太陽電池を提供する。太陽電池は、半導体基板を備え、前記半導体基板の後面は、Ｎ型導電領域及びＰ型導電領域を有し、前記Ｎ型導電領域と前記Ｐ型導電領域とには、同じ非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられている。
比較例の電池構造よりも、本発明の太陽電池の後面のＮ型導電領域とＰ型導電領域とに異なるサイズ規格の第１非ピラミッド状テクスチャー構造及び第２非ピラミッド状テクスチャー構造がそれぞれ設けられ、他の構造及び作製方法が何れも同じであり、対比試験によって以下のこを発見した。
［表１］本発明の太陽電池と比較例の太陽電池との性能対比表
ただし、太陽電池の変換効率＝（開放電圧＊短絡電流＊フィルファクタ）／（電池面積＊光照射幅）１０＊１００％である。開放電圧、短絡電流、フィルファクタが変換効率に比例することが分かる。表１のデータから、半導体基板１に異なる規格サイズの非ピラミッドテクスチャー構造を設ける太陽電池の変換効率が半導体基板１に規格の一致する非ピラミッドテクスチャー構造を設ける太陽電池の変換効率よりも０．１７％高いことが分かる。
上述したのは、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を制限するためのものではない。当業者にとって、本発明は、様々な変更や変化を有することができる。本発明の精神及び原則内でなされた如何なる修正、均等物による置換、改良等は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
１－半導体基板
１１－Ｎ型導電領域
１１１－第１非ピラミッド状テクスチャー構造
１１１１－第１サブ構造
１１１２－第２サブ構造
１２－Ｐ型導電領域
１２１－第２非ピラミッド状テクスチャー構造
１２１１－第３サブ構造
１２１２－第４サブ構造
１３－境界線
１３１－ボイド
２－トンネル酸化層
３－局所裏面電界
４－多結晶シリコン薄膜層
５－共晶層
６－後面パッシベーション層
６１－第１後面パッシベーション層
６２－第２後面パッシベーション層
７－第１電極
８－第２電極
９－前面パッシベーション層
１０－反射防止層
１１－Ｎ型導電領域
１１１－第１非ピラミッド状テクスチャー構造
１１１１－第１サブ構造
１１１２－第２サブ構造
１２－Ｐ型導電領域
１２１－第２非ピラミッド状テクスチャー構造
１２１１－第３サブ構造
１２１２－第４サブ構造
１３－境界線
１３１－ボイド
２－トンネル酸化層
３－局所裏面電界
４－多結晶シリコン薄膜層
５－共晶層
６－後面パッシベーション層
６１－第１後面パッシベーション層
６２－第２後面パッシベーション層
７－第１電極
８－第２電極
９－前面パッシベーション層
１０－反射防止層
Claims (11)
- 半導体基板であって、
前記半導体基板の後面は、Ｎ型導電領域及びＰ型導電領域を有し、前記Ｎ型導電領域には、第１非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられ、前記Ｐ型導電領域には、第２非ピラミッド状テクスチャー構造が設けられ、
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面と前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面とは、何れも多角形平面であり、且つ前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズよりも小さく、
前記第１非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、７μｍ以上であり、且つ１０μｍ以下であり、前記第２非ピラミッド状テクスチャー構造の頂部表面の１次元サイズは、１５μｍ以上であり、且つ３５μｍ以下であり、
非ピラミッド状は、ピラミッド状微細構造の塔端が破壊されて形成された塔基、四角台状又は階段状の形態であり、前記１次元サイズは、前記多角形平面の対角線長さであり、
前記Ｎ型導電領域と前記Ｐ型導電領域との間には、境界線があり、前記Ｎ型導電領域及び／又は前記Ｐ型導電領域の前記境界線に近接する位置には、ボイドが設けられ、
隣接する２つの前記Ｎ型導電領域の間の間隔又は隣接する２つの前記Ｐ型導電領域の間の間隔は、０．８ｍｍ～１．２ｍｍであり、前記半導体基板の後面における前記Ｎ型導電領域の分布割合は、５０％～８５％であり、前記半導体基板の後面における前記Ｐ型導電領域の分布割合は、１５％～５０％であることを特徴とする半導体基板。 - 前記Ｎ型導電領域及び／又は前記Ｐ型導電領域の、前記境界線から５μｍ～１５μｍ離れた位置には、ボイドが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
- 前記Ｎ型導電領域及び／又は前記Ｐ型導電領域の、前記境界線から５μｍ～１０μｍ離れた位置には、ボイドが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体基板。
- 前記ボイドの直径は、１μｍ～１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
- 前記ボイドの直径は、１μｍ～５μｍであることを特徴とする請求項４に記載の半導体基板。
- 前記ボイドの深さは、０．５μｍ～２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
- 前記多角形平面の形状は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形及び略台形のうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
- 前記半導体基板は、Ｐ型結晶シリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
- 請求項１～８の何れか一項に記載の半導体基板と、
前記半導体基板の後面のＮ型導電領域に設けられるトンネル酸化層と、
前記半導体基板の後面のＰ型導電領域に設けられる局所裏面電界と、
前記トンネル酸化層の前記半導体基板から離反する側に設けられる多結晶シリコン薄膜層と、
前記局所裏面電界に設けられる共晶層と、
前記多結晶シリコン薄膜層の前記トンネル酸化層から離反する側と前記Ｐ型導電領域とに設けられる後面パッシベーション層と、
前記後面パッシベーション層を通り抜けて前記局所裏面電界とのオーム接触を形成する第１電極と、
前記後面パッシベーション層を通り抜けて前記多結晶シリコン薄膜層とのオーム接触を形成する第２電極と、を備えることを特徴とする太陽電池。 - 前記半導体基板の前面に設けられ且つ前記半導体基板から離間する方向に順次積層設置された前面パッシベーション層及び反射防止層を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
- 太陽光発電モジュールであって、
前記太陽光発電モジュールは、請求項９に記載の太陽電池を備え、前記太陽電池は、全一枚の形態又は分割された複数枚の形態で電気的に接続されて太陽電池ストリングとなることを特徴とする太陽光発電モジュール。
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