TW201405854A - 太陽電池晶胞的製造方法 - Google Patents

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Abstract

具有不純物擴散層形成步驟，形成不純物擴散層；受光面側電極形成步驟，在半導體基板的一面側形成電氣連接至不純物擴散層的受光面側電極；背面側電極形成步驟，在半導體基板的另一面側形成背面側電極；以及倒角錐形狀的構造形成步驟，在受光面側電極形成前的任一時間點，在半導體基板的一面側的表面上形成倒角錐形狀的構造；並包括保護膜形成步驟，在半導體的一面側形成保護膜；第1加工步驟，接近所希望的開口形狀在保護膜上形成比目標開口尺寸小的複數的第1開口部；第2加工步驟，擴大第1開口部直到目標開口尺寸為止，在保護膜上形成第2開口部；以及蝕刻步驟，經由第2開口部，進行第2開口部的下部區域的半導體基板的非等向性蝕刻，藉此在半導體基板的一面側形成倒角錐形狀的構造。

Description

太陽電池晶胞的製造方法
本發明係關於太陽電池晶胞的製造方法。
一直以來，大型太陽電池一般由以下的方法製作。首先，例如，準備p型矽(silicon)基板作為第1導電型的基板，從晶錠(ingot)，例如以數~20重量%(百分比)的氫氧化鈉、碳酸鈉，除去切割之際發生的矽表面的損傷層10~20微米厚後，以同樣的鹼性低濃度溶液中添加IPA(異丙醇)溶液進行非等向性蝕刻，形成紋理以露出矽(111)面。
接著，例如在三氯氧化磷(POCl3)、氮、氧的混合氣體的空氣中處理例如800~900℃/數十分鐘，p型矽基板的全面同樣形成n型層作為第2導電形的不純物層。p型矽基板的表面同樣形成的n型層的薄層電阻為30~80Ω/□左右，藉此得到良好的太陽電池的電氣特性。在此，因為同樣在p型矽基板的表面上形成n型層，p型矽基板的正面與背面係電氣連接的狀態。為了切斷此電氣連接，以乾蝕刻蝕刻除去p型矽基板的末端區域，露出p型矽。為了除去此n型層的影響，執行的其他方法，也有以雷射執行末端分離的方法。之後，浸泡基板於氫氟酸(Hydrofluoric Acid)水溶液中，蝕刻除去擴散處理中表面上堆積的玻璃(glass)質(磷矽酸玻璃、PSG： Phospho-Silicate Glass)層。
其次，在受光面側的n型層表面上以同樣厚度形成氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鈦膜等的絕緣膜，作為以防止反射為目的的絕緣膜(反射防止膜)。形成氮化矽膜作為反射防止膜時，例如使用電漿CVD(化學氣相沉積)法，以SiH4氣體及NH3氣體為原材料，在300℃以上、減壓下的條件下，形成膜。反射防止膜的折射率係2.0~2.2左右，最合適的膜厚係70nm~90nm(毫微米)。又，應注意如此形成的反射防止膜係絕緣體，只在其上形成受光面側電極的話，不會作用為太陽電池。
其次，使用柵極(grid)電極形成用或總線(bus)電極形成用的光罩，在反射防止膜上，以網版(screen)印刷法塗佈成為受光面側電極的銀膏材(paste)為柵極電極及總線電極的形狀，並使其乾燥。
其次，在基板背面以網版印刷法塗佈成為背面鋁電極的背面鋁電極膏材、以及成為背面銀總線電極的背面銀膏材，分別為背面鋁電極的形狀及背面銀總線電極的形狀，並使其乾燥。
其次，p型矽基板的正背面上塗佈的電極膏材同時以600~900℃左右在數分鐘燒成。因此，反射防止膜上形成柵極電極及總線電極作為受光面側電極，在p型矽基板的背面形成背面鋁電極及背面銀總線電極，作為背面側電極。在此，p型矽基板的正面側，銀膏材內包含的玻璃材料中反射防止膜溶融期間，銀材料與矽接觸，再凝固。因此，確保受光面側電極與矽基板(n型層)之間的導通。如此的製程(process)，稱作火 通(fire through)法。又，背面鋁電極膏材也與矽基板的背面反應，背面鋁電極的正下方形成p+層(BSF(背面電場))。
[先行技術文件]
[非專利文件1]Jianhua Zhao等人，“High efficiency PERT cells on n-type silicon substrates(在n型矽基板上的高效率活潑晶胞)”Proceedings 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference pp218-221 IEEE, Piscataway, USA 2002(電機電子工程師學會光生伏打專家會議第29次會議記錄，第218-221頁電機電子工程師學會，美國新澤西州匹斯開特威2002年)
不過，如此製造的太陽電池晶胞中，要提高光電轉換效率，重要的是矽基板表面上形成的紋理構造選擇為效率更佳地取入太陽光至矽基板的構造。效率更佳地取入太陽光至矽基板的紋理構造，例如非專利文件1中，顯示其最適當的構造之一的倒角錐(“inverted ”pyramids)紋理構造。倒角錐紋理構造係倒角錐狀的微小凹凸(紋理)構成的紋理構造。
如此的倒角錐紋理構造如以下製作。首先，矽基板上形成蝕刻光罩。具體而言，以電漿CVD法形成氮化矽(SiN)膜，或是以熱氧化形成氧化矽(SiO2)膜等。其次，根據形成的倒角錐狀的微小凹凸大小，在蝕刻光罩上形成開口部。於是，在鹼性水溶液中蝕刻處理矽基板。因此，經由開口部，進行矽基板表面的蝕刻，藉由露出反應慢(111)的面，在矽基板 表面上形成倒角錐狀的微小凹凸(紋理)，得到倒角錐紋理構造。
上述的倒角錐紋理構造的形成步驟中，最複雜且需要時間的步驟係在蝕刻光罩上形成開口部的步驟。在蝕刻光罩上形成開口部的方法，使用一般方法的微影成像(photolithography)技術時，必須實施對蝕刻光罩的光阻(photoresist)塗佈、烘烤(baking)處理、使用光罩的曝光、顯影、烘烤、對蝕刻光罩的蝕刻產生的開口部形成、以及除去光阻之眾多的步驟。因此，使用微影成像技術的方法，由於步驟變複雜，而且加工時間變長，有生產性問題。
又，近年來，檢討雷射的加工，作為對其他的蝕刻光罩形成開口部的方法。根據此方法，藉由對蝕刻光罩照射雷射，可以在蝕刻光罩上直接形成開口部。不過，為了提高加工精度，必須縮小雷射直徑、實施精度佳且多次的雷射照射。因此，根據雷射的加工，處理時間變長，有生產性問題。
本發明，係鑑於上述而形成，目的為得到太陽電池晶胞的製造方法，可以生產性優良地製造具有倒角錐紋理構造的光電轉變效率優異的太陽電池。
為了解決上述課題，達成目的，根據本發明的太陽電池晶胞的製造方法，包括：第1步驟，在第1導電型的半導體基板的一面側擴散第2導電型的不純物元素，形成不純物擴散層；第2步驟，在上述半導體基板的一面側形成電氣連接至上述不純物擴散層的受光面側電極；以及第3步驟，在上述半導體基板的另一面側形成背面側電極；並具有第4步驟，在 上述第2步驟前的任一時間點，在上述半導體基板的一面側的表面上形成倒角錐形狀的構造之太陽電池晶胞的製造方法，其特徵在於：上述第4步驟包括：保護膜形成步驟，在上述半導體基板的一面側形成保護膜；第1加工步驟，在上述保護膜上，接近所希望的開口形狀，形成比目標開口尺寸小的複數的第1開口部；第2加工步驟，擴大上述第1開口部直到目標開口尺寸為止，在上述保護膜上形成第2開口部；蝕刻步驟，經由上述第2開口部，進行上述第2開口部的下部區域的上述半導體基板的非等向性蝕刻(溼蝕刻)，藉此在上述半導體基板的一面側形成上述倒角錐形狀的構造，以及除去步驟，除去上述保護膜。
根據本發明，達到的效果係可以形成生產性優良，而且精度優良的倒角錐紋理構造，並可以生產性優良地製造光電轉換效率優異的太陽電池。
1‧‧‧太陽電池晶胞
2‧‧‧半導體基板
2a‧‧‧逆角錐狀的微小凹凸(紋理)
3‧‧‧n型不純物擴散層
4‧‧‧反射防止膜
5‧‧‧正面銀柵極電極
6‧‧‧正面銀總線電極
7‧‧‧背面鋁電極
7a‧‧‧鋁膏材
8‧‧‧背面銀電極
8a‧‧‧銀膏材
9‧‧‧P+層(BSF(背面電場))
11‧‧‧半導體基板
12‧‧‧受光面側電極
12a‧‧‧銀膏材
13‧‧‧背面側電極
21‧‧‧氮化矽膜(SiN膜)
21a‧‧‧第1開口部
21b‧‧‧第2開口部
31‧‧‧高濃度(低電阻)n型不純物擴散層
32‧‧‧低濃度(高電阻)n型不純物擴散層
102‧‧‧半導體基板
121‧‧‧氮化矽膜(SiN膜)
121a‧‧‧開口部
[第1-1圖]係用以說明根據本發明實施例的太陽電池晶胞構成的圖，並從受光面側所見的太陽電池晶胞的上面圖；[第1-2圖]係用以說明根據本發明實施例的太陽電池晶胞構成的圖，並從受光面相反側所見的太陽電池晶胞的下面圖；[第1-3圖]係用以說明根據本發明實施例的太陽電池晶胞構成的圖，並在第1-1圖的A-A方向的太陽電池晶胞的要部剖面圖； [第2-1圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池晶胞製造步驟的一範例之要部剖面圖；[第2-2圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池晶胞製造步驟的一範例之要部剖面圖；[第2-3圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池晶胞製造步驟的一範例之要部剖面圖；[第2-4圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池晶胞製造步驟的一範例之要部剖面圖；[第2-5圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池晶胞製造步驟的一範例之要部剖面圖；[第2-6圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池晶胞製造步驟的一範例之要部剖面圖；[第2-7圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池晶胞製造步驟的一範例之要部剖面圖；[第3-1圖]係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第3-2圖]係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第3-3圖]係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第3-4圖]係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第4-1圖]係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖； [第4-2圖]係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第4-3圖]係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第4-4圖]係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第5-1圖]係說明習知的太陽電池的製造方法中倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第5-2圖]係說明習知的太陽電池的製造方法中倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第5-3圖]係說明習知的太陽電池的製造方法中倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第6-1圖]係說明習知的太陽電池的製造方法中倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第6-2圖]係說明習知的太陽電池的製造方法中倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第6-3圖]係說明習知的太陽電池的製造方法中倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第7-1圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第7-2圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第7-3圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖； [第7-4圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第7-5圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第7-6圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖；[第8-1圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第8-2圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第8-3圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第8-4圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第8-5圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；[第8-6圖]係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖；以及[第9圖]係用以說明本發明第二實施例中蝕刻光罩配置之要部剖面圖。
以下，根據圖面，詳細說明根據本發明的太陽電池晶胞的製造方法的實施例。又，本發明不限於以下所述，在不脫離本發明主旨的範圍內可以適當變更。又，以下所示的圖 面中，為了容易理解，有時各構件縮尺與實際不同。各圖面間也相同。又，即使是平面圖，為了容易看圖面，有時加上影線。
[第一實施例]
第1-1~1-3圖係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池晶胞1構成的圖，第1-1圖係從受光面側所見的太陽電池晶胞1的上面圖，第1-2圖係從受光面相反側所見的太陽電池晶胞1的下面圖，以及第1-3圖係在第1-1圖的A-A方向的太陽電池晶胞1的要部剖面圖。
關於第一實施例的太陽電池晶胞1中，p型單晶矽構成的半導體基板2的受光面側，以磷擴散形成n型不純物擴散層3，形成具有pn接合的半導體基板11。又，n型不純物擴散層3上形成氮化矽膜(SiN膜)構成的反射防止膜4。又，半導體基板2不限定於p型單晶矽基板，也可以使用p型多晶矽基板、n型多晶矽基板、n型單晶矽基板。
又，半導體基板11(n型不純物擴散層3)的受光面側的表面上，紋理構造形成倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a構成的倒角錐紋理構造。倒角錐狀的微小凹凸的微小凹凸(紋理)2a，增加受光面中吸收來自外部的光之面積，抑制受光面中的反射率，成為效率良好地把光關入太陽電池晶胞1內的構造。
反射防止膜4，由絕緣膜的氮化矽膜(SiN膜)構成。又，反射防止膜4，不限定於氮化矽膜(SiN膜)，以氧化矽膜(SiO2膜)、氧化鈦膜(TiO2膜)等的絕緣膜形成也可以。
又，半導體基板11的受光面側，設置長形的細長 正面銀柵極電極5複數並排，並設置與此正面銀柵極電極5導通的正面總線電極6與上述正面銀柵極電極5大致正交，在各底面部電氣連接至n型不純物擴散層3。正面銀柵極電極5及正面銀總線電極6由銀材料構成。
正面銀柵極電極5，例如具有100微米~200微米左右的寬度的同時，以2米左右的間隔大致平行配置，在半導體基板11的的內部集電發電的電氣。又，正面銀總線電極6，例如具有1毫米~3毫米左右的寬度的同時，每一太陽電池晶胞配置2~3條，取出正面銀柵極電極5集電的電氣至外部。於是，由正面銀柵極電極5與正面銀總線電極6，構成呈現梳型的第1電極之受光面側電極12。由於受光面側電極12阻擋入射至半導體基板11的太陽光，以提高發電效率的觀點來看最好在可能的範圍內縮小面積，一般配置為如第1-1圖所示的梳型的正面銀柵極電極5與條狀的正面銀總線電極6。
矽太陽電池晶胞的受光面側電極的電極材料中，通常使用銀膏材，例如添加鉛硼玻璃。因為此玻璃為玻璃介質(frit)狀，例如鉛(Pb)5~30重量%、硼(B)5~10重量%、矽(Si)5~15重量%、氧(O)30~60重量%的組成所構成，又，有時也混合數重量%左右的鋅(Zn)、鎘(Cd)等。如此的鉛硼玻璃以數百℃(例如，800℃)的加熱溶解，此時具有侵蝕矽的性質。又，一般，結晶系的矽太陽電池晶胞的製造方法中，利用此玻璃介質的特性，使用得到矽基板與銀膏材之間的電氣接觸的方法。
另一方面，在半導體基板11的背面(與受光面相反側的面)，遍及除去外緣區域一部分的全體，設置鋁材料構成 的背面鋁電極7，還有設置與正面銀總線電極6大致同一方向延伸且以銀材料構成的背面銀電極8。於是，由背面鋁電極7與背面銀電極8構成第2電極的背面側電極13。又，背面鋁電極7中，也期待反射通過半導體基板11的長波長光而再利用於發電的BSR(背面反射)效果。
又，在半導體基板11的背面(受光面相反側的面)側的表層部，形成包含高濃度不純物的P+層(BSF(背面電場))9。設置P+層(BSF)9係為了得到BSF效果，為了不消滅p型層(半導體基板2)中的電子，提高能帶(band)構造的電場中p型層(半導體基板2)電子濃度。
如此構成的太陽電池晶胞1，當太陽光從太陽電池晶胞1的受光面側照射半導體基板11時，產生電洞及電子。由於pn接合部(p型單晶矽構成的半導體基板2與n型不純物擴散層3之間的接合面)的電場，產生的電子往n型不純物擴散層3移動，電洞往半導體基板2移動。因此，n型不純物擴散層3中電子過剩，半導體基板2中電洞過剩的結果，發生光生伏打(Photovoltaic)。此光生伏打係pn接合在順方向往偏壓方向產生，連接至n型不純物擴散層3的受光面側電極12成為負(minus)極，連接至P+層9的背面鋁電極7成為正(plus)極，電流流入未圖示的外部電路。
其次，關於第一實施例的太陽電池晶胞1的製造方法，參照第2-1~2-7圖說明。第2-1~2-7圖係用以說明關於第一實施例的太陽電池晶胞1的製造步驟的一範例之要部剖面圖。
首先，準備例如數百微米厚的p型單晶矽基板，作為半導體基板2(圖2-1)。p型單晶矽基板，因為冷卻固化溶融的矽而完成的晶錠用鋼線鋸切割製造，表面上留下切割時的損傷。於是，氧化或加熱p型單晶矽基板的鹼性溶液中，例如藉由浸泡在氫氧化鈉水溶液中蝕刻表面，除去切下矽基板時發生並存在於p型單晶矽基板的表面附近的損傷區域。例如，以數~20重量%苛性鈉、碳酸鈉，只除去表面10~20微米厚。
接著除去損傷區域之後，添加IPA(異丙醇)至同樣的鹼性低濃度溶液之溶液中，進行p型單晶矽基板的非等向性的蝕刻，為了露出矽(111)面，在p型單晶矽基板的受光面側表面上，形成倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a構成的倒角錐紋理構造(圖2-2)。藉由在p型單晶矽基板的受光面側設置如此的倒角錐紋理構造，太陽電池晶胞1的表面側產生多重反射，可以有效地吸收入射至太陽電池晶胞1的光至半導體基板11的內部，實效降低反射率，可以提高光電轉換效率。鹼性溶液中，進行除去損傷層及形成紋理構造時，調整鹼性溶液濃度至依照各個目的濃度，有時會連續處理。後述關於倒角錐紋理構造的形成方法。
又，在此雖然顯示有關p型單晶矽基板的受光面側表面上形成倒角錐紋理構造的情況，但在p型單晶矽基板的兩面形成倒角錐紋理構造也可以。p型單晶矽基板的背面也形成倒角錐紋理構造時，可以散亂以背面側電極13反射回到半導體基板11的光。
其次，半導體基板2上形成pn接合(第2-3圖)。 即，在半導體基板2上擴散磷(P)等的第V族元素，形成數百毫微米厚的n型不純物擴散層3。在此，對於受光面側上形成倒角錐紋理構造的p型單晶矽基板，以熱擴散擴散三氯氧化磷(POCL3)形成pn接合。因此，p型單晶矽基板的全面形成n型不純物擴散層3。
此擴散步驟中，例如在三氯氧化磷(POCl3)氣體、氮氣、氧氣的混合氣體空氣中以氣相擴散法在例如800~900℃的高溫下熱擴散p型單晶矽基板數十分鐘，p型單晶矽基板的表面層上同樣形成磷(P)擴散的n型不純物擴散層3。半導體基板2的表面上形成的n型不純物擴散層3的薄層電阻的範圍為30Ω/□~80Ω/□左右時，得到良好的太陽電池的電氣特性。
其次，進行p型電極的背面側電極13與n型電極的受光面側電極12之間電氣絕緣的pn分離(第2-4圖)。n型不純物擴散層3，由於在p型單晶矽基板的表面層上同樣形成，係正面與背面之間電氣連接的狀態。因此，形成背面側電極13(p型電極)與受光面側電極12(n型電極)時，背面側電極13(p型電極)與受光面側電極12(n型電極)電氣連接。為了切斷此電氣連接，p型單晶矽基板的末端區域中形成的n型不純物擴散層3以乾蝕刻蝕刻除去，進行pn分離。為了除去此n型不純物擴散層3的影響，別的方法也有以雷射進行末端分離。
在此，就在n型不純物擴散層3形成之後，p型單晶矽基板的表面上，因為形成在擴散處理中表面上堆積的玻璃(glass)質(磷矽酸玻璃、PSG：Phospho-Silicate Glass)層，使用氫氟酸(Hydrofluoric Acid)溶液等除去上述磷玻璃層。因 此，得到由第1導電型層的p型單晶矽構成的半導體基板2、與上述半導體基板2的受光面側上形成的第2導電型層的n型不純物擴散層3構成pn接合的半導體基板11。
其次，為了改善光電轉換效率，p型單晶矽基板的受光面側(n型不純物擴散層3)，以一樣的厚度形成反射防止膜4(第2-5圖)。反射防止膜4的膜厚及折射率，設定為最抑制光反射的值。反射防止膜4的形成，使用例如電漿CVD(化學氣相沉積)法，使用矽甲烷(SiH4)氣體及氨(NH3)氣體的混合氣體作為原材料，在300℃以上、減壓下的條件下，形成氮化矽膜作為反射防止膜4。折射率例如為2.0~2.2左右，最合適的反射防止膜厚係70~90毫微米。又，也可以堆疊折射率不同的2層以上的膜作為反射防止膜4。又，反射防止膜4的形成方法，電漿CVD(化學氣相沉積)法之外也可以使用蒸鍍法、熱CVD法等。又，應注意如此形成的反射防止膜4係絕緣體，只在其上形成受光面側電極12的話，不會以太陽電池作用。
其次，以網印形成電極。首先，製作受光面側電極12(燒成前)。即，p型單晶矽基板的受光面之反射防止膜4上，以網版(screen)印刷塗佈包含玻璃介質(frit)的電極材料膏材之銀膏材12a為正面銀柵極電極5與正面銀總線電極6的形狀後，乾燥銀膏材12a(第2-6圖)。
其次，p型單晶矽基板的背面側以網印塗佈電極材料膏材的鋁膏材7a為背面鋁電極7的形狀，還有塗佈電極材料膏材的銀膏材8a為背面銀電極8的形狀，並使其乾燥(第2-6圖)。又，圖中，只顯示鋁膏材7a，省略銀膏材8a的記載。
之後，半導體基板11的受光面側及背面側的電極膏材例如以600~900℃同時燒成，藉此半導體基板11的正面側由於銀膏材12a中包含的玻璃材料，反射防止膜4溶融期間，銀材料與矽接觸再凝固。因此，得到作為受光面側電極12的正面銀柵極電極5及正面銀總線電極6，確保受光面側電極12與半導體基板11的的矽之間的導通(第2-7圖)。如此的製造，稱作火通(fire through)。
又，鋁膏材7a也與半導體基板11的矽反應，得到背面鋁電極7，且背面鋁電極7的正下方形成P+層9。又，銀膏材8a的銀材料與矽接觸再凝固，得到銀電極8(第2-7圖)。又，圖中只顯示正面銀柵極電極5及背面鋁電極7，省略正面銀總線電極6及背面銀電極8的記載。
藉由實施如上述的步驟，可以製作關於第1-1~1-3圖所示的本實施例中的太陽電池晶胞1。又，電極材料的膏材配置於半導體基板11的順序，受光面側與背面側調換也可以。
其次，關於上述的倒角錐紋理構造的形成方法，參照第3-1~3-4圖及第4-1~4-4圖說明。第3-1~3-4圖係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖。第4-1~4-4圖係說明根據本發明第一實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖。又，第3-1~3-4圖係平面圖，但為了容易看圖面，加上影線。
首先，進行除去損傷的p型單晶矽基板的受光面側，氮化矽膜(SiN膜)21，以電漿CVD法形成70~90毫微米左右的膜厚，作為成為蝕刻光罩的保護膜(第3-1~4-1圖)。 又，取代氮化矽膜(SiN膜)21，形成氧化矽膜(SiO2膜)等其他的膜也可以。氧化矽膜(SiO2膜)例如可以以電漿CVD法、熱氧化形成。
其次，根據形成的倒角錐狀的微小凹凸2a大小，在氮化矽膜(SiN膜)21上形成所希望大小的開口部。開口部的形成，以2階段的加工進行。即，第1加工步驟中，接近目標開口形狀而形成比作為目標開口尺寸(目標開口尺寸)小一些尺寸的第1開口部21a(第3-2、4-2圖)。其次，第2加工步驟中，形成作為目標開口尺寸(目標開口尺寸)的第2開口部21b(第3-3、4-3圖)。在此，第1加工步驟中，以相對生產性高，即加工處理效率高的方法，在氮化矽膜(SiN膜)21上形成第1開口部21a。另一方面，第2加工步驟中，以相對加工控制性高，即加工精度高的方法，在氮化矽膜(SiN膜)21上形成第2開口部21b。
第1加工步驟中，以蝕刻膏材(etching paste)在氮化矽膜(SiN膜)21上形成直徑數十微米左右的第1開口部21a。藉由使用蝕刻膏材，印刷、到蝕刻進行的溫度為止加熱、洗淨之簡便少數步驟，可以做生產性高，即加工處理效率高的蝕刻光罩的加工。又，第1加工步驟中，其他的開口方法，以雷射光為發散光束(beam)，經由擴大雷射直徑的雷射光束照射，也可以形成直徑數十微米左右的第1開口部21a。又，根據開口形狀，也可以適當並用蝕刻膏材與雷射光束的照射。又，第1加工步驟中使用的這些方法，由於控制性，即加工精度差，例如第3-2圖所示，成為脫離目標開口形狀的形狀。
第2加工步驟中，收斂雷射光至直徑數微米左右為止，經由照射雷射直徑比第1開口部21a更縮小的小徑雷射光束，例如248毫微米(nm)的KrF(氟化氪)準分子雷射(Excimer laser)、或二倍波(532nm)、三倍波(355nm)的YAG雷射至氮化矽膜(SiN膜)21，進行擴大第1開口部21a的微細加工(修整(trimming)加工)直到目標開口形狀為止，形成第2開口部21b。藉由使用雷射，以簡便的步驟可以做控制性高，即加工精度高的微細蝕刻光罩的加工。
其次，以數重量%的氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)之類的鹼性低濃度溶液中添加IPA的蝕刻溶液，進行p型單晶矽基板的非等向性蝕刻，為了露出面(111)，p型單晶矽基板的受光面側的表面上，形成倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a構成的倒角錐紋理構造(第3-4、4-4圖)。p型單晶矽基板的非等向性蝕刻，以形成第2開口部21b的氮化矽膜(SiN膜)21為蝕刻光罩，且在上述蝕刻光罩具有耐受性的條件下進行。p型單晶矽基板的表面，以從第2開口部21b進入的蝕刻溶液，進行蝕刻，藉由露出反應慢(111)的面，形成倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a構成的倒角錐紋理構造。
最後，浸泡p型單晶矽基板於氫氟酸(Hydrofluoric Acid)水溶液中，除去殘存的蝕刻光罩的氮化矽膜(SiN膜)21。因此，如第2-2圖所示，p型單晶矽基板的表面上得到倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a構成的倒角錐紋理構造。
在此，為了比較，習知的太陽電池的製造方法中，關於倒角錐紋理構造的形成方法，參照第5-1~5-3圖及第6-1 ~6-3圖說明。第5-1~5-3圖係說明習知的太陽電池的製造方法中倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖。第6-1~6-3圖係說明習知的太陽電池的製造方法中倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖。又，第5-1~5-3圖係平面圖，但為了容易看圖面，加上影線。
首先，除去損傷的半導體基板102(p型單晶矽基板)的受光面側，以電漿CVD法形成成為蝕刻光罩的氮化矽膜(SiN膜)121，70~90毫微米左右的膜厚(第5-1、6-1圖)。
其次，根據形成的倒角錐狀的微小凹凸(紋理)102a的大小，在氮化矽膜(SiN膜)121上形成所希望大小的開口部121a(第5-2、6-2圖)。開口部的形成，使用一般的方法之微影蝕刻技術執行。即，依序進行對氮化矽膜(SiN膜)121的光阻塗佈、烘烤(baking)處理、使用光罩的曝光、顯影、烘烤。藉此，在氮化矽膜(SiN膜)121上形成開口部121a。
其次，使用鹼性水溶液，經由開口部121a，依序進行氮化矽膜(SiN膜)121的蝕刻、光罩除去(第5-3、6-3圖)。半導體基板102的非等向性蝕刻，以開口部121a形成的氮化矽膜(SiN膜)121作為蝕刻光罩，在具有上述蝕刻光罩的耐受性的條件下進行。藉由實施以上的步驟，形成倒角錐狀紋理構造。於是，由於習知的方法中必須經過眾多的步驟，製程變複雜，而且加工時間變長，有生產性的問題。
如上述，關於第一實施例的太陽電池的製造方法中，形成倒角錐紋理構造之際，對蝕刻光罩的開口部形成處理分為2階段進行：第1加工步驟，以相對生產性高，即加工處 理效率高的方法，接近目標開口形狀，形成比作為目標開口尺寸(目標開口尺寸)小一些的尺寸之第1開口部21a；以及第2加工步驟，以相對加工控制性高，即加工精度高的方法，擴大第1開口部21a至目標開口形狀，形成第2開口部21b。因此，以精度佳而短時間且簡便的少數步驟，可以在蝕刻光罩上形成開口部。
因此，根據第一實施例的太陽電池的製造方法，可以生產性優良且精度佳地形成倒角錐紋理構造，而可以生產性優良地製造光電轉換效率優異的太陽電池。
[第二實施例]
第二實施例中，說明有關形成倒角錐紋理構造，而且高濃度化受光面側電極12的下部區域的n型不純物擴散層的不純物濃度，形成選擇性射極(Selective Emitter)的方法。因此，可以降低受光面側電極12與n型不純物擴散層3之間的接觸(contact)電阻，而可以提高太陽電池的光電轉換效率。又，第二實施例中形成的太陽電池晶胞的基本構成，由於除了n型不純物擴散層3的構造以外與第一實施例的太陽電池晶胞1相同，參照第一實施例的說明及圖。
以下，關於第二實施例的太陽電池的製造方法，參照第7-1~7-6及8-1~8-6圖說明。第7-1~7-6圖，係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部上面圖。第8-1~8-6圖，係說明根據本發明第二實施例的倒角錐紋理構造的形成方法之要部剖面圖。又，第7-1~7-6圖係平面圖，但為了容易看圖面，加上影線。
首先，與第一實施例的情況相同，準備例如數百微米厚的p型單晶矽基板，作為半導體基板2，進行損傷區域的除去。其次，此p型單晶矽基板的受光面側的表面上，以與第一實施例相同的方法，形成數百nm(毫微米)厚的高濃度(低電阻)n型不純物擴散層31(以下有時稱作n型不純物擴散層31)。此時的不純物擴散，以高濃度(第1濃度)擴散磷(P)，使n型不純物擴散層31的薄層電阻成為30Ω/□~50Ω/□。
在此，就在n型不純物擴散層31形成之後，p型單晶矽基板的表面上，由於擴散處理中形成表面上堆積的玻璃(glass)質(磷矽酸玻璃、PSG：Phospho-Silicate Glass)層，使用氫氟酸溶液等除去上述磷玻璃層。又，由於之後的步驟再一次實施不純物擴散，在此不實施pn分離。
其次，n型不純物擴散層31上，成為蝕刻光罩的氮化矽膜(SiN膜)21以電漿CVD法形成70~90毫微米左右的膜厚(第7-1~8-1圖)。又，取代氮化矽膜(SiN膜)21，形成氧化矽膜(SiO2膜)等其他的膜也可以。
其次，根據形成的倒角錐狀的微小凹凸2a的大小，在氮化矽膜(SiN膜)21上形成所希望大小的開口部。開口部的形成，以2階段加工進行。即，第1加工步驟中，接近目標開口形狀，形成比作為目標開口尺寸(目標開口尺寸)小一些尺寸的第1開口部21a(第7-2~8-2圖)。其次，第2加工步驟中，形成作為目標開口尺寸(目標開口尺寸)的第24開口部21b(第7-3~8-3圖)。在此，第1加工步驟中，以相對生產性高，即加工處理效率高的方法，在氮化矽膜(SiN膜)21上形成 第1開口部21a。第2加工步驟中，以相對控制性高，即加工精度高的方法，在氮化矽膜(SiN膜)21上形成第2開口部21b。
第1加工步驟中，以蝕刻膏材(etching paste)在氮化矽膜(SiN膜)21上形成直徑數十微米左右的第1開口部21a。藉由使用蝕刻膏材，以印刷、到蝕刻進行的溫度為止的加熱、洗淨的簡便步驟，可以做生產性高，即加工處理效率高的蝕刻光罩的加工。又，第1加工步驟中使用的這些方法，由於控制性，即加工精度差，例如第7-2圖所示，成為脫離目標開口形狀的形狀。
第2加工步驟中，收斂雷射光至直徑數微米左右為止，經由照射248毫微米(nm)的KrF(氟化氪)準分子雷射(Excimer laser)、或二倍波(532nm)、三倍波(355nm)的YAG雷射至氮化矽膜(SiN)21，擴大第1開口部21a直到目標開口形狀為止，進行形成第2開口部21b的微細加工(修整(trimming)加工)。藉由使用雷射光，以簡便的步驟，可以做控制性高，即加工精度高的微細蝕刻光罩的加工。
在此，第二實施例中，後工程中正面銀柵極電極5、正面銀總線電極6的受光面側電極12形成的區域中，如第9圖所示，蝕刻光罩上不形成第2開口部21b，殘存蝕刻光罩。因此，倒角錐紋理構造形成後，受光面側電極12形成的區域中，殘存高濃度(低電阻)n型不純物擴散層31，可以降低受光面側電極12與矽基板之間的接觸電阻，而可以提高光電轉換效率。第9圖係用以說明本發明第二實施例中蝕刻光罩配置之要部剖面圖。
其次，以數重量%的氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)之類的鹼性低濃度溶液中添加IPA的蝕刻溶液，進行p型單晶矽基板的非等向性蝕刻，為了露出面(111)，p型單晶矽基板的受光面側的表面上，形成倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a構成的倒角錐紋理構造(第7-4、8-4圖)。p型單晶矽基板的非等向性蝕刻，以形成第2開口部21b的氮化矽膜(SiN膜)21為蝕刻光罩，且在上述蝕刻光罩具有耐受性的條件下進行。p型單晶矽基板的表面，以從第2開口部21b進入的蝕刻溶液，進行高濃度(低電阻)n型不純物擴散層31及p型單晶矽基板的蝕刻，藉由露出反應慢(111)的面，形成倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a構成的倒角錐紋理構造。即，倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a的凹部表面上，露出高濃度(低電阻)n型不純物擴散層31及p型單晶矽基板。
其次，浸泡在氫氟酸(Hydrofluoric Acid)水溶液中，除去殘存的蝕刻光罩的氮化矽膜(SiN膜)21(第7-5、8-5圖)。因此，p型單晶矽基板的表面上得到倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a構成的倒角錐紋理構造。
其次，進行再一次的不純物擴散處理，倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a的p型單晶矽基板的露出面上，形成數百nm厚的低濃度(高電阻)n型不純物擴散層32(第7-6、8-6圖)。此時的擴散，為了使n型不純物擴散層32的薄層電阻成為60Ω/□~100Ω/□，以低於第1濃度的低濃度(第2濃度)擴散磷(P)。因此，倒角錐狀的微小凹凸(紋理)2a中的p型單晶矽基板的露出面上，形成低濃度(高電阻)n型不純物擴散層32。
其次，與第一實施例的情況相同，實施p型電極的背面側電極13與n型電極的受光面側電極12之間電氣絕緣的pn分離。於是低濃度(高電阻)n型不純物擴散層32形成時，使用氫氟酸溶液等除去p型單晶矽基板的正面上形成的磷玻璃層。因此，經由第1導電型層的p型單晶矽構成的半導體基板2、與上述半導體基板2的受光面側上形成的第2導電型層的高濃度(低電阻)n型不純物擴散層31及低濃度(高電阻)n型不純物擴散層32構成的n型不純物擴散層3，得到構成pn接合的半導體基板11(未圖示)。
之後，與第一實施例的情況相同，藉由形成反射防止膜4、受光面側電極12、背面側電極13，完成具有倒角錐紋理構造的太陽電池晶胞。
如上述，關於第二實施例的太陽電池的製造方法中，形成倒角錐紋理構造之際，對蝕刻光罩的開口部形成處理分為2階段進行：第1加工步驟，以相對生產性高，即加工處理效率高的方法，接近目標開口形狀，形成比作為目標開口尺寸(目標開口尺寸)小一些的尺寸之第1開口部21a；以及第2加工步驟，以相對加工控制性高，即加工精度高的方法，擴大第1開口部21a至目標開口形狀，形成第2開口部21b。因此，以精度佳而短時間且簡便的少數步驟，可以在蝕刻光罩上形成開口部。
因此，根據第二實施例的太陽電池的製造方法，可以形成生產性優良，而且精度優良的倒角錐紋理構造，並可以生產性優良地製造光電轉換效率優異的太陽電池。
又，關於第二實施例的太陽電池的製造方法，形成倒角錐紋理構造的同時，受光面側電極12的下部區域的n型不純物擴散層的不純物濃度高濃度化，形成選擇性射極。因此，可以降低受光面側電極12與n型不純物擴散層3之間的接觸電阻，而可以提高太陽電池的光電轉換效率。
又，由於形成複數具有上述實施例中說明的構造之太陽電池晶胞，鄰接的太陽電池晶胞之間電氣連接，具有良好的光關入效果，可以實現光電轉換效率優異的太陽電池模組(module)。此時，鄰接的太陽電池晶胞的一方的受光面側電極12與另一方的背面側電極13只要電氣連接即可。
[產業上的利用可能性]
因此，根據本發明的太陽電池的製造方法，對於提高具有倒角錐紋理構造的光電轉換效率優異的太陽電池的生產性是有用的。
2‧‧‧半導體基板
21‧‧‧氮化矽膜(SiN膜)
2a‧‧‧逆角錐狀的微小凹凸(紋理)

Claims (11)

  1. 一種太陽電池晶胞的製造方法，包括：第1步驟，在第1導電型的半導體基板的一面側擴散第2導電型的不純物元素，形成不純物擴散層；第2步驟，在上述半導體基板的一面側形成電氣連接至上述不純物擴散層的受光面側電極；以及第3步驟，在上述半導體基板的另一面側形成背面側電極；並具有第4步驟，在上述第2步驟前的任一時間點，在上述半導體基板的一面側的表面上形成倒角錐形狀的構造；其特徵在於：上述第4步驟包括：保護膜形成步驟，在上述半導體基板的一面側形成保護膜；第1加工步驟，在上述保護膜上，接近所希望的開口形狀，形成比目標開口尺寸小的複數的第1開口部；第2加工步驟，擴大上述第1開口部直到目標開口尺寸為止，在上述保護膜上形成第2開口部；蝕刻步驟，經由上述第2開口部，進行第2開口部的下部區域的半導體基板的非等向性蝕刻，藉此在上述半導體基板的一面側形成上述倒角錐形狀的構造，以及除去步驟，除去上述保護膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中上述第1加工步驟中，藉由塗佈蝕刻膏材至上述保護膜，形成上述第1開口部。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的太陽電池晶胞的製造方法， 其中上述第1加工步驟中，藉由照射雷射光的發散光束至上述保護膜，形成上述第1開口部。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中上述第2加工步驟中，藉由照射雷射直徑比上述第1開口部小的雷射光束至上述保護膜，形成上述第2開口部。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中上述第2加工步驟中，藉由照射雷射直徑比上述第1開口部小的雷射光束至上述保護膜，形成上述第2開口部。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中上述第1加工步驟中，藉由照射雷射光的發散光束至上述保護膜，形成上述第1開口部。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中上述第2加工步驟中，藉由照射雷射直徑比上述第1開口部小的雷射光束至上述保護膜，形成上述第2開口部。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中上述第2加工步驟中，藉由照射雷射直徑比上述第1開口部小的雷射光束至上述保護膜，形成上述第2開口部。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中，上述第4步驟後進行上述第1步驟。
  10. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中，上述保護膜形成步驟中，在上述半導體基板的一面側，以第1濃度擴散上述不純物元素，形成第1不純物擴散層後，在上述第1不純物擴散層上形成上述保護膜； 上述蝕刻步驟中，經由上述第2開口部，進行上述第2開口部的下部區域的上述第1不純物擴散層及上述不純物擴散層的下部的上述半導體基板的非等向性蝕刻，藉此在上述半導體基板的一面側形成上述倒角錐形狀的構造表面上露出上述第1不純物擴散層及上述半導體基板的上述倒角錐形狀的構造；上述蝕刻步驟之後，具有第2不純物擴散層形成步驟，上述倒角錐形狀的構造表面上露出的上述半導體基板的表面上，以低於上述第1濃度的第2濃度擴散上述不純物元素，形成第2不純物擴散層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的太陽電池晶胞的製造方法，其中，上述第2加工步驟中，上述保護膜中，除了上述受光面側電極的形成區域之外的區域中形成上述第2開口部。
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