TW201405850A - 薄膜太陽電池單元及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之薄膜太陽電池單元包含：具有至少1個PN接面部，且具有互相對向之第1主表面及第2主表面之單元本體(30)；形成於單元本體(30)之第1主表面上作為第1電極之表面電極(20)；及形成於單元本體(30)之第2主表面上作為第2電極之背面電極(7)。上述第1電極與上述第2電極形成於俯視單元本體(30)時互相不重複之位置。
Description
本發明係關於薄膜太陽電池單元及其製造方法。尤其關於多接面型之薄膜太陽電池單元及其製造方法
具有將結晶系半導體基板與導電性半導體薄膜層組合而構成之異質接面之太陽電池單元之研究開發正盛行。尤其關於作為大規模發電用途而開發之聚光用太陽電池單元，或以在宇宙空間中產生較大之電力為目的而開發之人工衛星用太陽電池單元等，為高效率地轉換所入射之太陽光，而將使用GaAs基板或Ge基板作為結晶系半導體基板，且於此等種類之基板上利用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)堆積多層GaAs系或GaP系等之半導體薄膜層而形成太陽電池者，經由異質接面串聯堆積而形成，藉此形成多接面太陽電池單元。近年來，亦開始開發自該多接面太陽電池單元中除去結晶系半導體基板而製作之多接面型薄膜化合物太陽電池，日本專利特開2004-327889號(專利文獻1)中提出一種化合物太陽電池之製造方法。
於先前之薄膜太陽電池中，採用在積層有複數個化合物半導體層之單元本體之受光面側上設置表面電極，且於與單元本體之受光面為相反側之面之整面上設置背面電極之構造。
先前之薄膜太陽電池單元係以如下之方式製造。
於圖27所示之步驟1中，製造於半導體基板即基板1上藉由組成
不同之複數個化合物半導體層而形成至少一個PN接面之單元本體。即，於基板1上自距基板1較近側依序積層抑制蝕刻液之滲入之蝕刻擋止層2、接觸層3、包含第1導電型化合物半導體之射極層4、與射極層4形成PN接面之基極層5、緩衝層6。
以下，此處將組合上述之至少接觸層3、射極層4及基極層5者稱作「單元本體」。於圖27所示之例中，以覆蓋單元本體之構成要件之一即基極層5之表面之方式形成有緩衝層6。單元本體有時如此般包含緩衝層6。
接著，於圖28所示之步驟2中，於緩衝層6上之所露出之化合物半導體層之背面整面上藉由蒸鍍電極材料而形成背面電極7，且為謀求密著性之提高及接觸電阻之降低而進行焙燒。
接著，於圖29所示之步驟3中，於背面電極7上形成基材8。基材8採用具有表面電極之焙燒溫度以上之耐熱性之材料。例如基材8採用薄膜狀之聚醯亞胺。將作為聚醯亞胺薄膜市售之材料使用接著劑等進行黏貼，係因接著劑本身之耐熱性問題而技術上不可能實現。薄膜狀之聚醯亞胺可藉由對樹脂狀之聚醯亞胺塗佈、焙燒而形成。且，聚醯亞胺薄膜之厚度設定為15μm以下。藉由利用此種方法形成基材8，可於基材8形成後進行表面電極20之焙燒。
於圖30所示之步驟4中，在基材8上安裝增強材料9。作為增強材料9，可利用例如半導體基板或玻璃板等可承受後續步驟中之蝕刻或有機洗淨等處理之材料之板。增強材料9與基材8之連接時，可利用例如熱發泡片材。其理由為，熱發泡片材等係可承受後續步驟中之蝕刻或有機洗淨等處理之材料。
如此，可獲得附有增強材料9之太陽電池元件。
於圖31所示之步驟5中，自附有增強材料9之太陽電池元件分離基板1。作為分離方法之一例，將黏貼有增強材料9之太陽電池元件浸
漬於蝕刻劑。藉此，因於蝕刻擋止層2上蝕刻終止，故可殘留包含單元本體之構造物，而藉由蝕刻除去僅基板1。藉此，將基板1與化合物半導體層分離，從而發現太陽電池元件之可撓性。
進而，在圖32所示之步驟6中，藉由蝕刻等除去蝕刻擋止層2。在圖33所示之步驟7中，於接觸層3之表面上形成光阻劑等第1保護膜10。在圖34所示之步驟8中，將接觸層3上之第1保護膜10藉由曝光等加工成特定之形狀。
於圖35所示之步驟9中，將加工成特定形狀之第1保護膜10作為掩膜，藉由蝕刻等除去接觸層3。在圖36所示之步驟10中，藉由有機洗淨等除去已不需要之第1保護膜10。
在圖37所示之步驟11中，於接觸層3與射極層4之表面上形成光阻劑等第2保護膜11。在圖38所示之步驟12中，以確定對應於太陽電池元件之特定形狀(晶片形狀)之單元形成區域之方式，將射極層4上之第2保護膜11藉由曝光等加工成特定之形狀。
在圖39所示之步驟13中，將加工成特定形狀之第2保護膜11作為掩膜，蝕刻除去射極層4及基極層5，將存在於晶圓上之元件電性分離。在圖40所示之步驟14中，藉由有機洗淨等將已不需要之第2保護膜11除去。
在圖41所示之步驟15中，於接觸層3及射極層4之表面上形成光阻劑等第3保護膜12。在圖42所示之步驟16中，於接觸層3上之第3保護膜12上藉由實施曝光等形成特定之開口部。
在圖43所示之步驟17中，於經由特定之開口部露出之接觸層3上及第3保護膜12上，利用真空蒸鍍等蒸鍍電極材料，藉此形成表面電極20。在圖44所示之步驟18中，將已不需要之第3保護膜12與第3保護膜12上之表面電極20一起藉由有機洗淨等除去。如此，僅於第3保護膜12之開口部之區域上選擇性地形成表面電極20。藉由此種表面電極
形成步驟，以相較於由前步驟形成之接觸層3之平面區域位於更內側之方式，設定表面電極之平面區域。
在圖45所示之步驟19中，剝離安裝於基材8之增強材料9。基材8與增強材料9之連接時，使用例如熱發泡片材等之情形時，藉由加熱至該薄片之發泡溫度以上，可容易地剝離增強材料9。
其後，未圖示，於表面側形成防反射膜，且為謀求表面電極20及防反射膜之間之密著性之提高及接觸電阻之降低而以300℃左右之溫度進行焙燒。
在圖46所示之步驟20中，藉由切斷由步驟13進行元件分割之部分，而切出太陽電池。
在上述先前之製造方法中，雖於步驟7~步驟10中將形成於接觸層3上之第1保護膜10加工成特定之形狀而作為蝕刻掩膜利用，將接觸層3加工成特定之形狀，但亦可在於接觸層3上形成表面電極20後，將接觸層3加工成特定之形狀。該情形時，表面電極作為蝕刻掩膜發揮作用。
又，在上述先前之製造方法中，雖以由步驟10將接觸層3加工成特定之形狀，由步驟13實施元件分割後，由步驟18形成表面電極20之順序記述，但亦可於實施元件分割後將接觸層3加工成特定之形狀，從而形成表面電極20。亦可將接觸層3加工成特定之形狀，於形成表面電極20後實施元件分割。
[專利文獻1]日本專利特開2004-327889號
雖然藉由利用先前之製造方法，可比較穩定地製造薄膜太陽電
池，但先前之製造方法中存在以下所示之缺點。
於主要使用MOCVD等而形成之蝕刻擋止層、接觸層、包含第1導電型化合物半導體之射極層、與上述射極層形成PN接面之基極層、緩衝層等中，雖然微小但有局部存在未成長之部分或穴狀之缺陷(氣泡)之情形。以下將此等稱作「異常部位」。
異常部位存在於化合物半導體上之情形時，因先前之製造方法之各種步驟而其尺寸變大，亦存在進而進行至較深之位置之情形。此等異常部位即使為一個部位，存在於表面電極之正下方之情形時，在焙燒表面電極時或為與其他太陽電池連接而進行焊接或附加焊錫時，或在實際使用時施加熱應力時等，因主要對太陽電池單元施加熱負荷，而存在電極材料沿著此等異常部位擴散，從而造成射極層與基極層之間之PN接面發生短路，最壞之情形係造成表面電極與背面電極發生短路之危險。
本發明係為解決上述問題點而完成者，目的在於提供一種即使半導體層中局部存在異常部位，仍可實現穩定地轉換成電能之薄膜太陽電池單元。進而，目的在於提供此種薄膜太陽電池單元之製造方法。
為達成上述目的，基於本發明之薄膜太陽電池單元包含：具有至少一個PN接面部且具有相互對向之第1主表面及第2主表面之單元本體；形成於上述單元本體之第1主表面上之第1電極；及形成於上述單元本體之第2主表面上之第2電極；且上述第1電極與上述第2電極形成於俯視上述單元本體時互相不重複之位置。
根據本發明，因第1電極與第2電極形成於互相不重複之位置，故即使第1電極之正下方部分存在異常部位，仍可防止電性短路。因
此，即使於化合物半導體層中局部存在異常部位，仍可形成可實現穩定地轉換成電能之薄膜太陽電池單元。
1‧‧‧基板
2‧‧‧蝕刻擋止層
3‧‧‧接觸層
4‧‧‧射極層
5‧‧‧基極層
6‧‧‧緩衝層
7‧‧‧背面電極
8‧‧‧基材
9‧‧‧增強材料
10‧‧‧第1保護膜
11‧‧‧第2保護膜
12‧‧‧第3保護膜
13‧‧‧第4保護膜
20‧‧‧表面電極
30‧‧‧單元本體
101‧‧‧薄膜太陽電池單元
圖1係基於本發明之實施形態1之薄膜太陽電池單元之剖面圖。
圖2係基於本發明之實施形態1之薄膜太陽電池單元之俯視圖。
圖3係基於本發明之實施形態1之薄膜太陽電池單元之仰視圖。
圖4係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟1之說明圖。
圖5係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟2之說明圖。
圖6係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟3之說明圖。
圖7係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟4之說明圖。
圖8係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟5之說明圖。
圖9係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟6之說明圖。
圖10係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟7之說明圖。
圖11係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟8之說明圖。
圖12係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟9之說明圖。
圖13係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟10之說明圖。
圖14係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟11之說明圖。
圖15係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟12之說明圖。
圖16係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟13之說明圖。
圖17係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟14之說明圖。
圖18係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟15之說明圖。
圖19係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟16之說明圖。
圖20係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟17之說明圖。
圖21係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟18之說明圖。
圖22係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟19之說明圖。
圖23係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟20之說明圖。
圖24係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟21之說明圖。
圖25係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟22之說明圖。
圖26係基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟23之說明圖。
圖27係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟1之說明圖。
圖28係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟2之說明圖。
圖29係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟3之說明圖。
圖30係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟4之說明圖。
圖31係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟5之說明圖。
圖32係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟6之說明圖。
圖33係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟7之說明圖。
圖34係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟8之說明圖。
圖35係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟9之說明圖。
圖36係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟10之說明圖。
圖37係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟11之說明圖。
圖38係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟12之說明圖。
圖39係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟13之說明圖。
圖40係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟14之說明圖。
圖41係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟15之說明圖。
圖42係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟16之說明圖。
圖43係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟17之說明圖。
圖44係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟18之說明圖。
圖45係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟19之說明圖。
圖46係基於先前技術之薄膜太陽電池單元之製造方法之步驟20之說明圖。
參照圖1，針對基於本發明之實施形態1之薄膜太陽電池單元進行說明。如圖1所示般，本實施形態之薄膜太陽電池單元101包含：具有至少一個PN接面部且具有相互對向之第1主表面及第2主表面之單元本體30；形成於單元本體30之第1主表面上之作為第1電極之表面電極20；及形成於單元本體30之第2主表面上之作為第2電極之背面電極7。上述第1電極與上述第2電極形成於在俯視單元本體30時互相不重複之位置。
於圖1中，第1主表面係單元本體30之上側之面，第2主表面係單元本體30之下側之面。表面電極20並非覆蓋第1主表面之整面，而係局部地形成。背面電極7亦不覆蓋第2主表面之整面而係局部地形成。
於圖1中，上側之面為受光面。
圖2中顯示薄膜太陽電池單元101之俯視圖。圖3中顯示薄膜太陽電池單元101之仰視圖。根據圖2及圖3亦可知，作為第1電極之表面電極20與作為第2電極之背面電極7形成於互相不重複之位置。
包含於薄膜太陽電池單元101之單元本體30包含接觸層3、射極層4、基極層5、及緩衝層6。在射極層4與基極層5之間形成有PN接面。本來，對於單元本體而言，最低限度所包含者係接觸層3、射極層4及基極層5，緩衝層6並非必須之構成要件。單元本體30包含緩衝層6僅為一例。單元本體30除接觸層3、射極層4及基極層5外亦可包含其他層。
在本實施形態中，因第1電極與第2電極形成於互相不重複之位置，故即使於第1電極之正下方部分存在異常部位、即磊晶層之未成長之部分或穴狀之缺陷(氣泡)，仍可防止電性短路。因此，即使於化合物半導體層中局部存在異常部位，仍可形成長期可靠性優良且謀求穩定地轉換成電能之薄膜太陽電池單元。
另，薄膜太陽電池單元101較好係以沿著單元本體30之方式配置，且包含支撐單元本體30之基材8。藉由採用此構成，基材8成為支撐體而可使單元本體之姿勢穩定。
基材8較好為將聚醯亞胺作為主材料。藉由採用此構成，因可藉由塗佈焙燒聚醯亞胺而形成基材，故可容易地進行製作。
為準確起見，採用不同之表現，基於本發明之薄膜太陽電池單元包含：具有至少一個PN接面部且具有互相對向之第1主表面及第2主表面之單元本體30；形成於單元本體30之第1主表面上之第1電極；及形成於單元本體30之第2主表面上之第2電極；且上述第1電極與上述第2電極形成於俯視單元本體30時互相不重複之位置；且支撐單元本體30之基材8形成於上述第2主表面上未形成上述第2電極之部分與
上述第2電極上。
在該構成中，基材8較好為將聚醯亞胺作為主材料。理由係如上所述。
於本實施形態中，已將薄膜太陽電池單元作為對象進行說明，更詳細而言，亦可為薄膜化合物太陽電池單元。於薄膜化合物太陽電池單元中，可尤其顯著地獲得本發明之效果。
參照圖4~圖26，針對基於本發明之實施形態2之薄膜太陽電池單元之製造方法進行說明。
本實施形態之薄膜太陽電池單元之製造方法係用以獲得實施形態1所說明之薄膜太陽電池單元者。該薄膜太陽電池單元之製造方法包含如下步驟：準備包含單結晶之半導體基板；於上述半導體基板之表面上形成蝕刻擋止層；於上述蝕刻擋止層上形成具有接觸層、包含第1導電型之化合物半導體之射極層及與上述射極層形成PN接面之基極層之單元本體；於上述單元本體上局部形成第2電極；於上述第2電極上形成支撐上述單元本體之基材；分離上述單元本體與上述半導體基板；及於經分離之上述單元本體之露出面上形成第1電極；且上述第1電極與上述第2電極形成於俯視上述單元本體時互相不重複之位置。
在圖4所示之步驟1中，於基板1上，自基板1上較基板1較近側依序積層抑制蝕刻液之滲入之蝕刻擋止層2、接觸層3、包含第1化合物半導體之射極層4、與射極層4形成PN接面之基極層5、及緩衝層6。如此，形成包含單結晶薄膜之化合物半導體層。基板1具有例如晶圓狀之形態，將蝕刻擋止層2、接觸層3、射極層4、基極層5、及緩衝層6之化合物半導體層藉由磊晶成長法依序積層。在該時點，蝕刻擋止層2、接觸層3、射極層4、基極層5及緩衝層6構成單元本體30。作為
基板1，可使用Ge、GaP、GaAs等任一種類之晶圓。
作為化合物半導體層，可使用如以下者。作為蝕刻擋止層2，可為例如InGaP層。作為接觸層3，可為例如AlInP層。作為射極層4，可為例如N型之InGaP層。作為基極層5，可為例如P型之InGaP層。作為緩衝層6，可為例如AlInP層。
另，此處雖使單元本體為蝕刻擋止層2、接觸層3、射極層4、基極層5及緩衝層6之5層構造，但並不限定於此。單元本體係組合至少接觸層3、射極層4及基極層5者即可，亦可包含此等以外之層。單元本體亦可為例如接觸層3、射極層4、基極層5及緩衝層6之4層構造。單元本體亦可為6層以上之構造。單元本體除了蝕刻擋止層2、接觸層3、射極層4、基極層5、緩衝層6之外，可包含BSF(Back Surface Field：背面電場層)、窗口層、多接面型太陽電池之通道接面層、多接面型太陽電池之其他射極層、及其他基極層等之化合物半導體層。即，形成於基板1上之單元本體係包含組成不同之複數個化合物半導體層，且藉由複數個化合物半導體層形成有至少1個PN接面之構成即可。又，複數個化合物半導體層係至少包含在接觸層蝕刻用之第2蝕刻液中易蝕刻且在台面蝕刻用之第3蝕刻液中不易蝕刻之層，與在第2蝕刻液中不易蝕刻且在第3蝕刻液中易蝕刻之層者即可。前者之層係接觸層3，後者之層係射極層4、基極層5。
單元本體亦可為包含2個以上之PN接面者，且因PN接面形成於射極層4與基極層5之間，故於1個單元本體中包含射極層4及基極層5之數量不限於1組。單元本體亦可為將射極層4及基極層5連接之構造以於厚度方向重複2次以上之方式堆積之多層構造。關於此種多層構造，亦可視作1個單元本體。
在圖5所示之步驟2中，於緩衝層6上塗佈形成第1保護膜10。若第1保護膜10為光阻劑，則處理較為容易且確實。
在圖6所示之步驟3中，藉由光微影處理等使用玻璃掩膜進行背面電極用之圖案化，藉此於第1保護膜10上形成開口部。考慮到表面電極及背面電極之形成處理之容限，較表面電極之寬度略寬地形成第1保護膜10之開口部。
在圖7所示之步驟4中，將單元本體投入至電極形成裝置，於第1保護膜10上及第1保護膜10之開口部中露出之緩衝層6上形成背面電極7。背面電極7之形成係藉由將主材料Al、Ag等電極材料利用網版印刷塗佈於單元本體之最外表面而進行。或藉由蒸鍍此等電極材料而進行。
在圖8所示之步驟5中，將積層有電極材料之單元本體浸漬於丙酮等之有機溶劑中。第1保護膜10即光阻劑溶解於有機溶劑中，附著於光阻劑上之電極材料與光阻劑一起除去。其結果，僅於第1保護膜10之開口部區域中選擇性地殘留電極材料。如此，於緩衝層6上之局部區域內形成背面電極7。
雖可藉由此種方法將背面電極7局部地形成於化合物半導體層，但形成背面電極7之區域必須係之後形成之表面電極之正下方以外之區域。形成背面電極7後，藉由實施熱處理焙燒背面電極7。藉由此處理可降低化合物半導體層表面與背面電極7之間之接觸電阻，從而可提高化合物半導體層表面與背面電極7之間之密著力。
在圖9所示之步驟6中，於背面電極7上形成由高耐熱性之背面薄膜形成之基材8。作為基材8之背面薄膜，採用具有300℃以上之耐熱性之材料，可使用例如聚醯亞胺。基材8較好為將聚醯亞胺作為主材料。作為利用聚醯亞胺形成基材8之形成方法，可例舉出於常溫下將漆狀之樹脂藉由旋轉塗膜法等塗佈於背面電極7上後進行焙燒之方法。藉由將聚醯亞胺之漆進行塗佈及焙燒而形成之情形時，必須控制聚醯亞胺之膜厚。其理由為，聚醯亞胺之膜厚為20μm以上之情形
時，因會於聚醯亞胺膜中混入氣泡，導致無法焙燒出平坦之膜，且聚醯亞胺膜之彎曲亦較嚴重，故存在對單元本體造成損傷之危險。尤其如本發明般係局部地形成背面電極7，在伴有凹凸之情形時更為嚴重。若持續薄化聚醯亞胺之膜厚，則在20μm以下之範圍內，不會混入氣泡，膜之彎曲亦持續減少。當聚醯亞胺之膜厚為7μm左右時，彎曲量為最小，若較其更薄則彎曲之方向逆轉，彎曲量再次持續變大。因此，考慮到聚醯亞胺之彎曲量與作為基材對單元本體之彈性之結果係，作為聚醯亞胺之膜厚，5~15μm之範圍對製作單元本體較適宜，尤其10μm左右之膜厚為最佳。
另，此處雖例舉出藉由將漆狀之聚醯亞胺進行焙燒而形成膜之方法，但此外亦存在使用熱黏附型之薄膜一邊加熱一邊加壓焊接之方法。藉此，作為薄膜太陽電池之基材，背面薄膜係以發揮支撐體之功能之方式形成。且，藉由將背面薄膜之膜厚設為15μm以下，可形成彎曲較少之基材，控制單元本體之彎曲，從而減少單元本體之彎曲。將背面電極之厚度設為3μm之情形時，於背面電極形成後，存在電極之部分與不存在電極之部分產生3μm之階差，藉由形成由背面薄膜形成之基材，使階差變小，在完成步驟6之階段，階差為約1μm。
在圖10所示之步驟7中，將用以增強化合物半導體層之增強材料9貼合於由背面薄膜構成之基材8上。作為增強材料9，較好係使用附有藉由照射UV光而黏著力下降之黏著材料之PET薄膜，或附有藉由加熱而黏著力下降之黏著材料之熱發泡薄膜等。藉由使用此等，可將增強材料9直接安裝於作為基材8之背面薄膜。如上所述，於基材8上雖存在1μm之階差，但在使用附有黏著材料之薄膜作為增強材料9之情形時，若係此程度之凹凸則可忽略階差，而可相對於整面同樣無顧慮地接著。
在圖11所示之步驟8中，使用第1蝕刻液將基板1蝕刻而除去。第1蝕刻液係根據基板材料而區別使用。基板材料為Ge之情形時，作為第1蝕刻液，較好為使用氫氟酸：雙氧水：水=1：1：4之混合物。因蝕刻擋止層2係不易被第1蝕刻液蝕刻之層，故當基板1被蝕刻而露出蝕刻擋止層2時，蝕刻之進行停止。藉此，可僅殘留化合物半導體層而分離基板1。
在圖12所示之步驟9中，將蝕刻擋止層2藉由第2蝕刻液進行蝕刻而除去。其結果，接觸層3露出於最外表面。
在圖13所示之步驟10中，為保護單元本體之最外表面遠離化學處理(接觸層蝕刻)，而於接觸層3上塗佈形成第2保護膜11。第2保護膜11採用對在後續之步驟中蝕刻化合物半導體層之第2蝕刻液具有耐受性者，且若係光阻劑，則處理較為容易且確實。
在圖14所示之步驟11中，藉由使用玻璃掩膜進行表面電極用之圖案化，於第2保護膜11上形成開口部。第2保護膜11在下一個步驟之接觸層蝕刻時作為蝕刻掩膜發揮作用。欲進行該圖案化時，當在顯微鏡等下隔著玻璃掩膜觀察於整面形成有第2保護膜11之單元本體時，因可目測背面電極7之階差，故可把握背面電極7之圖案化位置。如此，藉由使第2保護膜11之圖案之位置與背面電極7之圖案之位置重合，可實現於表面電極之正下方部分不存在背面電極之構造。
在圖15所示之步驟12中，進行接觸層之蝕刻。於可蝕刻化合物半導體層之第2蝕刻液中浸漬單元本體，將經圖案化之第2保護膜11作為蝕刻掩膜而將接觸層3進行蝕刻。第2蝕刻液採用鹼性溶液。該蝕刻之結果係射極層4之一部分露出於最外表面。
在圖16所示之步驟13中，將在接觸層3之蝕刻時作為蝕刻掩膜使用之第2保護膜11藉由有機洗淨等進行剝離。
在圖17所示之步驟14中，為保護單元本體之最外表面遠離台面
蝕刻，塗佈形成第3保護膜12。第3保護膜12之材料採用對在後面之步驟中蝕刻化合物半導體層之蝕刻液具有耐受性者。第3保護膜12若係以光阻劑形成，則處理較為容易且確實。
在圖18所示之步驟15中，藉由使用玻璃掩膜將第3保護膜12圖案化，於第3保護膜12上形成用以確定太陽電池元件之區域之開口部。第3保護膜12在後續步驟之台面蝕刻時作為蝕刻掩膜發揮作用。
在圖19所示之步驟16中，於可蝕刻化合物半導體層之第3蝕刻液中浸漬單元本體，以第3保護膜12作為蝕刻掩膜而將單元本體進行台面蝕刻。沿著第3保護膜12之圖案蝕刻射極層4及基極層5。第3蝕刻液採用鹼性溶液及酸性溶液。藉由台面蝕刻，可確定太陽電池元件區域。
在圖20所示之步驟17中，將作為蝕刻掩膜使用之第3保護膜12藉由有機洗淨等予以剝離。
在圖21所示之步驟18中，為進行表面電極之圖案化，於經蝕刻之單元本體之外表面整體上塗佈形成包含光阻劑之第4保護膜13。
在圖22所示之步驟19中，藉由使用玻璃掩膜將第4保護膜13圖案化，而於第4保護膜13上以對應於表面電極之圖案化預定區域之方式形成開口部。此時，以於上一個步驟經圖案化之接觸層3上形成開口部之方式，進行第4保護膜13之圖案化。
在圖23所示之步驟20中，將安裝有增強材料9之單元本體投入至電極形成裝置。於第4保護膜13上及開口部內形成表面電極20。表面電極20之形成係藉由將主材料為Al、Ag等之電極材料利用網版印刷塗佈於單元本體之最外表面而進行。或藉由蒸鍍該等電極材料而進行。
在圖24所示之步驟21中，將積層有電極材料之單元本體浸漬於丙酮等之有機溶劑中。第4保護膜13即光阻劑會溶解於有機溶劑中，
附著於第4保護膜13上之電極材料與第4保護膜13一起除去。其結果，僅於第4保護膜13之開口部之區域中選擇性地殘留電極材料。如此，於接觸層3上形成表面電極20。從而，獲得將包含單元本體之薄膜化合物太陽電池搭載於增強材料9上之構造者。
在圖25所示之步驟22中，自薄膜化合物太陽電池剝離增強材料9。作為剝離方法，在使用UV剝離型之材料作為黏著材料之情形時，藉由利用UV照射裝置照射UV光而自單元本體剝離增強材料9。又，在使用熱發泡型之材料作為黏著材料之情形時，藉由利用烘箱或加熱板等進行加熱而自單元本體剝離增強材料9。
於表面電極20側之表面上形成未圖示之防反射膜。其後，將表面電極20與防反射膜進行焙燒。如此般藉由實施熱處理，可降低接觸層3與表面電極20之間之接觸電阻，進而，可提高接觸層3與表面電極20及防反射膜之間之密著性。接著，在圖26所示之步驟23中，將至此前在1片晶圓內集合製作之薄膜化合物太陽電池分離成複數個太陽電池元件。作為分離之方法，係將薄膜化合物太陽電池藉由真空吸附等固定於載台，且以劃線器切斷藉由台面蝕刻形成之開口部。如此般，可獲得複數個太陽電池元件，即如實施形態1所說明之薄膜太陽電池單元。
根據本實施形態之薄膜太陽電池單元之製造方法，即使於化合物半導體層中局部存在異常部位，仍可獲得長期可靠性優良且可實現穩定地轉換成電能之薄膜太陽電池單元。
另，藉由對基材8使用聚醯亞胺等之高耐熱性薄膜，使薄膜自身發揮支撐體之作用。於本實施形態中獲得之薄膜太陽電池單元中，雖存在有背面電極7存在之部分與無背面電極7存在之部分，但因藉由基材8予以支撐，故即使施加外力，薄膜太陽電池單元仍不易損壞。因薄膜太陽電池單元之彎曲比起有無背面電極，關鍵更取決於薄膜之厚
度，故在形成作為基材8之薄膜時，藉由對單元整體根據厚度調節薄膜之厚度，可降低單元之彎曲。
在本實施形態中，雖依序記述如下：以圖16所示之步驟13將接觸層3加工成特定之形狀，並以圖20所示之步驟17實施元件分割後，以圖24所示之步驟21形成表面電極20，但順序並非局限於此。例如亦可在實施元件分割後將接觸層3加工成特定之形狀，其後形成表面電極20。亦可將接觸層3加工成特定之形狀，並在形成表面電極20後實施元件分割。又，亦可在實施元件分割後形成表面電極20，並將表面電極20作為掩膜除去接觸層3。亦可在形成表面電極20，且將表面電極20作為掩膜而除去接觸層3後實施元件分割。
本發明所欲解決之問題不僅是化合物材料特有之問題，亦是使用非自立型薄膜材料之太陽電池單元所共通之問題，對解決該問題，本發明為有效。
另，本次揭示之上述實施形態在全部點上係例示而並非限制者。本發明之範圍並非由上述說明表示，而是由申請專利範圍表示，且包含與申請專利範圍均等之涵義及範圍內之所有變更者。
本發明可利用於薄膜太陽電池單元及其製造方法。
3‧‧‧接觸層
4‧‧‧射極層
5‧‧‧基極層
6‧‧‧緩衝層
7‧‧‧背面電極
8‧‧‧基材
20‧‧‧表面電極
30‧‧‧單元本體
101‧‧‧薄膜太陽電池單元
Claims (9)
- 一種薄膜太陽電池單元，其包含：單元本體，其具有至少1個PN接面部，並具有互相對向之第1主表面及第2主表面；第1電極，其形成於上述單元本體之第1主表面上；第2電極，其形成於上述單元本體之第2主表面上；且上述第1電極與上述第2電極形成在俯視上述單元本體時互相不重複之位置。
- 如請求項1之薄膜太陽電池單元，其包含以沿著上述單元本體之方式配置、且支撐上述單元本體之基材。
- 如請求項2之薄膜太陽電池單元，其中上述基材將聚醯亞胺作為主材料。
- 如請求項1至3中任一項之薄膜太陽電池單元，其係薄膜化合物太陽電池單元。
- 一種薄膜太陽電池單元之製造方法，其係如請求項1之薄膜太陽電池單元之製造方法，且包含如下步驟：準備包含單結晶之半導體基板；於上述半導體基板之表面上形成蝕刻擋止層；於上述蝕刻擋止層上，形成具有接觸層、包含第1導電型之化合物半導體之射極層、及與上述射極層形成PN接面之基極層之單元本體；於上述單元本體上局部形成第2電極；於上述第2電極上形成支撐上述單元本體之基材；分離上述單元本體與上述半導體基板；及於經分離之上述單元本體之露出面上形成第1電極；且 上述第1電極與上述第2電極形成於俯視上述單元本體時相互不重複之位置。
- 如請求項5之薄膜太陽電池單元之製造方法，其中上述基材將聚醯亞胺作為主材料。
- 一種薄膜太陽電池單元，其包含：單元本體，其具有至少1個PN接面部，且具有互相對向之第1主表面及第2主表面；第1電極，其形成於上述單元本體之第1主表面上；第2電極，其形成於上述單元本體之第2主表面上；且上述第1電極與上述第2電極形成於俯視上述單元本體時互相不重複之位置，且，支撐上述單元本體之基材形成於上述第2主表面上未形成上述第2電極之部分與上述第2電極上。
- 如請求項7之薄膜太陽電池單元，其中上述基材將聚醯亞胺作為主材料。
- 如請求項7或8之薄膜太陽電池單元，其係薄膜化合物太陽電池單元。
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