TW201421715A - 太陽能電池的製造方法及太陽能電池 - Google Patents

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Hiroshi Iwata
Yoshinobu Murakami
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Sumitomo Heavy Industries
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Abstract

本發明提供一種能夠抑制發電效率下降之太陽能電池及其製造方法。本發明的太陽能電池中與第2區域(20B)對應之部份藉由植入氧離子而成為過氧化狀態，從而成為不具有導電性之絕緣部(12B)。a-Si層(5、6)成為透明導電膜(12)中不發揮導電部(12A)的作用之部份亦由絕緣部(12B)覆蓋之狀態。如此，不使用雷射蝕刻和蝕刻藥液等而進行透明導電膜(12)的圖案形成，從而能夠藉由由透明導電膜(12)的導電部(12A)及絕緣部(12B)覆蓋來抑制a-Si層(5、6)的劣化。根據以上所述，能夠抑制發電效率下降。

Description

太陽能電池的製造方法及太陽能電池
本申請主張依據2013年6月7日申請之日本專利申請第2013-120710號之優先權案以及2012年11月15日申請之日本專利申請第2012-251285號之優先權案。其申請之全部內容藉由参阅援用於本說明書中。
本發明係有關太陽能電池的製造方法及太陽能電池。
作為太陽能電池，在基板上形成預定圖案的透明導電膜者廣為人知。例如，專利文獻1所示之太陽能電池的製造方法中，在玻璃基板上成膜透明電極，該透明電極藉由雷射蝕刻被分離成長條狀。並且，在成膜有透明電極之玻璃基板上成膜有非晶矽膜。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2005-235920號公報
然而，在藉由專利文獻1的製造方法而製造之太陽能電池中，藉由雷射蝕刻形成透明電極的圖案，但在藉由蝕刻去除透明電極之部份，導致非晶矽膜成為與玻璃基板直接接觸之結構。非晶矽膜不耐水分，因此發生水分和水蒸氣從與玻璃基板的間隙浸入時非晶矽膜劣化且發電效率下降等問題。
藉此，本發明的目的為提供一種能夠抑制發電效率下降之太陽能電池及其製造方法。
本發明之太陽能電池的製造方法為製造具備包括a-Si層之基板、及在基板的a-Si層上形成之透明導電膜之太陽能電池之方法，其具備：準備透明導電膜形成於a-Si層側的表面之基板之製程；將具有形成有覆蓋透明導電膜之第1區域及使透明導電膜露出之第2區域之圖案之圖案形成構件設置在透明導電膜上之製程；藉由向與第2區域對應之部份之透明導電膜植入氧、氧離子、氮、氮離子、氮氧化物、及氮氧化物離子中的至少任一個來形成絕緣部，將由第1區域覆蓋之部份之透明導電膜作為導電部圖案化之製程；及從透明導電膜上去除圖案形成構件之製程。
依本發明之太陽能電池的製造方法，在與圖案形成構件的第2區域對應之部份，透明導電膜成為露出之狀態。 藉此，該部份藉由植入氧和氧離子而成為過氧化狀態，且成為不具有導電性之絕緣部。並且藉由植入氮、氮離子、氮氧化物、或氮氧化物離子來在該部份形成具有絕緣性之氮化合物，因此成為不具有導電性之絕緣部。另一方面，與圖案形成構件的第1區域對應之部份，透明導電膜成為由圖案形成構件覆蓋之狀態。藉此，該部份不植入氧、氧離子、氮、氮離子、氮氧化物、及氮氧化物離子而作為保持具有導電性之導電部用與圖案形成構件的第1區域對應之圖案圖案化。藉此，對透明導電膜進行電性圖案形成。另一方面，a-Si層成為透明導電膜中不發揮導電部的作用之部份亦由絕緣部覆蓋之狀態。如此，不使用雷射蝕刻和蝕刻藥液等而進行透明導電膜的圖案形成，從而藉由由透明導電膜的導電部及絕緣部覆蓋，能夠抑制a-Si層的劣化且抑制發電效率下降。
本發明之太陽能電池的製造方法中，可在透明導電膜上形成阻材且殘留與第1區域對應之部份的阻材，並且從透明導電膜上去除與第2區域對應之部份的阻材，從而在透明導電膜上設置圖案形成構件。根據這樣的方法，能夠按每一個太陽能電池設置圖案形成構件，因此能夠高精度地形成導電部及絕緣部。
在本發明之太陽能電池的製造方法中，亦可準備預先形成有第1區域及第2區域之圖案形成構件，並且配置在透明導電膜上，從而在透明導電膜上設置圖案形成構件。依以上方法，能夠複數次循環使用圖案形成構件，因此能 夠抑制成本。
本發明之太陽能電池具備：基板，包括a-Si層；及透明導電膜，在基板的a-Si層上形成，透明導電膜具有具備預定圖案之導電部、和氧量、氮量、及氮氧化物量中的至少任一個多於該導電部之絕緣部。
依本發明之太陽能電池，能夠得到與上述太陽能電池的製造方法相同之效果。
依本發明，能夠抑制發電效率下降。
10‧‧‧太陽能電池
11‧‧‧基板
12‧‧‧透明導電膜
12A‧‧‧導電部
12B‧‧‧絕緣部
20‧‧‧阻材
20A‧‧‧第1區域
20B‧‧‧第2區域
100‧‧‧製造裝置
101‧‧‧成膜部
102‧‧‧圖案形成構件準備製程執行部
103‧‧‧氧植入部
第1圖係表示用於製造本發明的太陽能電池之製造裝置的一實施形態之方塊構成圖。
第2圖係表示本發明的實施形態之太陽能電池的結構之圖。
第3圖係表示比較例之太陽能電池的結構之圖。
第4圖係表示本發明的實施形態之太陽能電池的製造方法的內容之流程圖。
第5圖係用於說明第4圖所示之各製程的內容之示意圖。
第6圖係用於說明第4圖所示之各製程的內容之示意圖。
以下，參閱附圖對本發明之太陽能電池的製造方法及太陽能電池的一實施形態進行詳細說明。另外，附圖說明中對相同要件附上相同元件符號而省略重複說明。
第1圖係表示用於製造本發明的太陽能電池10之製造裝置100的一實施形態之方塊構成圖。第2圖係表示本實施形態之太陽能電池10的結構之圖。
(太陽能電池)
首先，參閱第2圖對太陽能電池10進行說明。太陽能電池10係藉由太陽光L的入射來進行發電者。本實施形態之太陽能電池10係背接觸異質結型太陽能電池。太陽能電池10具備基板11及透明導電膜(TCO：Transparent Conductive Oxide)12。其中，透明導電膜12具有導電部12A及絕緣部12B。如第2圖所示，藉由透明導電膜12的導電部12A的圖案形成，複數個p型電極7及n型電極8以成為預定圖案之方式設置在基板11上。
太陽能電池10的基板11具有作為晶系半導體基板之n型Si基板1。在n型Si基板1的受光面側設置有i型a-Si(非晶矽)層2及防反射膜3。在與n型Si基板1的受光面相反的一面(背面)側設置有i型a-Si層4、p型a-Si層5、n型a-Si層6、p型電極7、及n型電極8。
在該太陽能電池10中防反射膜3側為受光面而入射太陽光L。太陽能電池10係p型電極7及n型電極8僅配置在太陽能電池10的背面側之背接觸異質結型太陽能 電池。藉此，太陽能電池10能夠實現光電轉換效率的提高。
i型a-Si層4被覆n型Si基板1的背面的局部區域而層疊形成，且用作抑制n型Si基板1的背面的基板表面的載流子複合之背面鈍化層。p型a-Si層5在i型a-Si層4上形成，且經由i型a-Si層4與n型Si基板1形成pn接合。n型a-Si層6在還未形成有p型a-Si層5之i型a-Si層4上形成，與n型Si基板1相比高濃度含有n型摻雜劑(例如P)。
p型電極7為用於向外部取出所發電之電力之取出電極，其在p型a-Si層5上形成。n型電極8為用於向外部取出所發電之電力之取出電極，其在n型a-Si層6上形成。透明導電膜12中p型電極7及n型電極8以外的部份成為絕緣部12B。
透明導電膜12在基板11的a-Si層上(在此為p型a-Si層5及n型a-Si層6上)以覆蓋該a-Si層之方式形成。透明導電膜12具有以成為預定圖案之方式形成之導電部12A、及氧量多於該導電部12A之絕緣部12B。透明導電膜12中對與導電部12A對應之位置以與導電部12A的形狀/位置相同地圖案化之阻材覆蓋之狀態植入氧，從而在未由該阻材覆蓋之部份形成絕緣部12B。藉由向透明導電膜12植入氧來設為過氧化狀態，並藉由消除施體能階來形成絕緣部12B。另外，以上被稱作“氧”之單詞包含氧離子、氧自由基、及氧原子。
如第2圖所示，電極7、8的圖案由導電部12A構成(第2圖中與透明導電膜12中未附有圓點圖樣之部份對應)，且除導電部12A之外的該導電部12A的周邊部份由絕緣部12B構成(第2圖中與透明導電膜12中附有圓點圖樣之部份對應)。作為透明導電膜12的材料，例如使用銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅、氧化銦、銻摻雜氧化錫、氟摻雜氧化錫、鋁摻雜氧化鋅、鉀摻雜氧化鋅、矽摻雜氧化鋅、和氧化鋅-氧化錫類、氧化銦-氧化錫類、氧化鋅-氧化銦-氧化鎂類等金屬氧化物。亦可以複合2種以上這些金屬氧化物。並且，透明導電膜12的厚度並不限定於該數值，例如可設定為100nm左右。
(太陽能電池的製造裝置)
如第1圖所示，用於製造太陽能電池10之製造裝置100具備：成膜部101，用於在基板11上形成透明導電膜12；圖案形成構件準備製程執行部102，用於藉由光微影製程在透明導電膜12上使導電部12A圖案化；及氧植入部103，在透明導電膜12上植入氧而形成絕緣部12B。
成膜部101包括對基板11形成透明導電膜12之成膜裝置。對成膜部101中採用之成膜方法並沒有特別限定，可採用各種成膜方法。例如，可採用對包括成膜材料之靶施加電壓來在基板11上成膜透明導電膜12之DC濺射法、RF濺射法、AC濺射法等。或者，可採用利用等離子體使成膜材料離子化而使其附著於基板11上來進行透明 導電膜12的成膜之離子鍍法。或者，亦可採用真空蒸鍍法、印刷法、旋塗法、及其他塗層方法(塗佈法)等。另外，亦可以在製造裝置100的外部使用預先形成有透明導電膜12之基板11，此時，可以在製造裝置100中省略成膜部101。
圖案形成構件準備製程執行部102為了執行準備圖案形成構件之製程，包括在各製程中使用之裝置的組合。圖案形成構件係在氧植入部103對透明導電膜12植入氧時設置在該透明導電膜12上者。圖案形成構件係具有形成有覆蓋透明導電膜12之第1區域、及使透明導電膜12露出之第2區域(貫穿孔)之圖案者。圖案形成構件可包括藉由光微影製程被圖案化之光阻材，亦可包括遮罩法(將預先形成有第1區域及第2區域之掩膜配置在透明導電膜12上之方法)中使用之掩膜。藉由光微影製程形成圖案形成構件時，圖案形成構件準備製程執行部102為了執行該光微影製程，包括在各製程中使用之裝置的組合。圖案形成構件準備製程執行部102包括塗佈光阻材之裝置、在光阻材上曝光圖案之裝置、顯影光阻材之裝置、及在植入氧離子後剝離光阻材之裝置等。採用遮罩法時，圖案形成構件準備製程執行部102包括製作圖案形成構件之裝置(或者，可使用在製造裝置100的外部製作之裝置)、在透明導電膜12上配置並回收圖案形成構件之裝置等。
氧植入部103包括對基板11上的透明導電膜12植入氧之裝置。本實施形態中，氧植入部103包括植入氧離子 之裝置。氧植入部103中採用之方法並沒有特別限定，可採用各種方法。例如，可適用在對離子束進行利用靜電電場所致偏轉掃描及利用靜電電場所致平行化之後，對基板11進行離子植入之離子植入裝置。或者，可適用利用高頻放電對氧進行離子化並摻雜在基板11上之等離子體摻雜裝置。或者，亦可以採用線性離子源。或者，亦可採用利用中和劑將氧離子作為已中和之氧自由基進行植入之方法。
(太陽能電池的製造方法)
接著，參閱第4圖~第6圖，對太陽能電池10的製造方法進行說明。第4圖係表示本實施形態之太陽能電池10的製造方法的內容之流程圖。第5圖及第6圖係用於說明第4圖所示之各製程的內容之示意圖。如第4圖所示，首先，從準備基板11之製程開始進行處理(步驟S10)。如第5圖(a)所示，S10製程中，準備有設定為預定大小之基板11，並向成膜部101輸送。接著，執行在基板11上形成透明導電膜12之製程(步驟S12)。如第5圖(b)所示，在基板11的其中一面11a(與第2圖所示之p型a-Si層5的表面及n型a-Si層6的表面對應)上成膜透明導電膜12。S12的處理藉由成膜部101執行。隨著S10及S12的結束，準備在表面上形成有透明導電膜12之基板11的製程結束。另外，亦可以在製造裝置100的外部準備在表面上預先形成有透明導電膜12之基 板11。
接著，執行藉由在透明導電膜12上塗佈阻材材料來形成阻材20之製程(步驟S14)。作為阻材材料，可適用例如酚醛型苯酚樹脂和環氧樹脂等。如第5圖(c)所示，S14中，在透明導電膜12的整個面上形成有阻材20。阻材20劃分為顯影時殘留於透明導電膜12上之第1區域20A和顯影時被除去而成為貫穿孔之第2區域20B。第1區域20A具有與導電部12A對應之預定圖案，藉由在植入氧離子時覆蓋透明導電膜12，將該被覆蓋之部份作為導電部12A來圖案化。第2區域20B形成在與絕緣部12B對應之位置上，藉由露出透明導電膜12，以使氧離子植入到該露出部份，從而形成絕緣部12B。
接著，執行在阻材20上曝光圖案並進行顯影之製程(步驟S16)。首先，在阻材20的上方配置未圖示之光遮罩。該光遮罩上形成有導電部12A的圖案。經由該光遮罩對阻材20照射光而曝光圖案。之後，如第6圖(a)所示，藉由進行顯影，阻材20中的與導電部12A對應之第1區域20A殘留在透明導電膜12上，而與絕緣部12B對應之第2區域20B被除去。另外，S14~S16製程由圖案形成構件準備製程執行部102執行。
接著，執行經由阻材20在透明導電膜12上植入氧離子之製程(步驟S18)。如第6圖(b)所示，在透明導電膜12中，在未被阻材20覆蓋之部份(與第2區域20B對應之部份)被照射氧離子F而植入氧離子。該部份之透 明導電膜12過度氧化而成為絕緣部12B。另一方面，在透明導電膜12中，在被阻材20覆蓋之部份(與第1區域20A對應之部份)未被照射氧離子F因而未被植入氧離子，作為導電部12A圖案化。S18製程由氧植入部103執行。接著，執行去除阻材20之製程(步驟S20)。如第6圖(c)所示，與殘留有阻材20的第1區域20A相應之部份亦從透明導電膜12上去除。S20的處理由圖案形成構件準備製程執行部102執行。藉此，透明導電膜12的電性圖案形成結束，第4圖所示之製程結束。另外，在步驟S18中，控制氧離子的植入深度，以使基板11的表面亦即a-Si層的表面不因氧離子的植入而劣化。
另外，採用遮罩法來代替如上述之光微影製程時，執行準備預先形成有第1區域20A及第2區域20B之圖案形成構件之製程、及在透明導電膜12上配置圖案形成構件之製程來代替S14及S16製程。並且，執行從透明導電膜12上回收圖案形成構件之製程來代替S20製程。並且，植入氧(已中和之氧自由基)來代替如上述植入氧離子之製程時，在透明導電膜12中，在未被阻材20覆蓋之部份(與第2區域20B對應之部份)被照射氧自由基而被植入氧(已中和之氧自由基)。
依藉由執行如第4圖所示之光微影製程來在透明導電膜12上設置圖案形成構件之方法，能夠按每一個太陽能電池設置圖案形成構件，因此能夠高精度地形成導電部12A及絕緣部12B。另一方面，依採用遮罩法之方法，能 夠複數次循環使用圖案形成構件，因此能夠抑制成本。尤其在太陽能電池10中，導電部12A的圖案(例如與觸控面板和有機EL等透明導電膜的圖案相比)較簡單，容易形成遮罩，因此由採用掩蓋法而產生之降低成本效果更加明顯。
接著，對本發明之太陽能電池10及其製造方法的作用、效果進行說明。
首先，對比較例之太陽能電池50的結構進行說明。如第3圖所示，太陽能電池50中，在相當於電極7、8之位置上透明導電膜12被圖案化。另一方面，對於其他部份，形成有空間15，基板11的表面亦即a-Si層5、6成為在空間15內未被透明導電膜12覆蓋之狀態。比較例之太陽能電池50中，以上透明導電膜12的圖案藉由雷射蝕刻和蝕刻藥液形成。然而，a-Si層5、6不耐於水分，因此發生浸入有水分和水蒸氣時a-Si層5、6劣化，發電效率下降之問題。在透明導電膜12上配置有玻璃基板等罩體之目的為該罩體以保護太陽能電池50不受衝擊等，而其目的不在於以完全防止水和水蒸氣的浸入，因此存在如下可能性，亦即從罩體與膜之間浸入水和水蒸氣，水和水蒸氣經由空間15而到達a-Si層5、6。
另一方面，依本實施形態之太陽能電池10的製造方法，在與第2區域20B對應之部份中阻材20被除去，因此透明導電膜12成為露出之狀態。藉此，該部份藉由被植入氧離子而成為過氧化狀態，成為不具有導電性之絕緣 部12B。另一方面，第1區域20A中殘留有阻材20，因此透明導電膜12成為由阻材20覆蓋之狀態。藉此，該部份不被植入氧離子而作為保持具有導電性之導電部12A，用與阻材20的第1區域20A對應之圖案來圖案化。因此，對透明導電膜12進行電性圖案形成。例如，如第2圖所示，太陽能電池10的電極7、8包括在絕緣部12B中以成為預定圖案之方式形成之導電部12A，因此能夠發揮與第3圖的比較例之太陽能電池50的電極7、8相同之功能。另一方面，a-Si層5、6成為透明導電膜12中不發揮導電部12A的作用之部份亦由絕緣部12B覆蓋之狀態。以上，沒有使用雷射蝕刻和蝕刻藥液等而進行透明導電膜12的圖案形成，從而能夠藉由由透明導電膜12的導電部12A及絕緣部12B覆蓋來抑制a-Si層5、6的劣化。如上，能夠抑制發電效率下降。
本發明並不限定於上述實施形態。例如，上述實施形態中示出之導電部12A的圖案只是一個例子，亦可以採用各種圖案。並且，上述實施形態中示出之製造裝置和製造方法亦只是一個例子，只要能夠形成具有導電部12A及絕緣部12B之透明導電膜12，就可以採用各種製造裝置和製造方法。
上述實施形態中，藉由在透明導電膜上植入氧離子而形成了絕緣部，但並不限定於此。亦即，可藉由將氧、氧離子、氮、氮離子、氮氧化物及氮氧化物離子中的至少任一個植入到透明導電膜來形成絕緣部。例如，亦可植入 N2O+、N2O*、O3 +、O3 *、O2 +、O2 *、O+、O*、N+、N*、N2 +、N2 *等。絕緣部的氧量、氮量及氮氧化物量中的至少任一個變得多於導電部。氧被植入到透明導電膜時，被植入氧之部份成為過氧化狀態，從而成為不具有導電性之絕緣部。並且，植入氮、氮離子、氮氧化物或氮氧化物離子時，在被植入這些之部份生成具有絕緣性之氮化合物，因此成為不具有導電性之絕緣部。另外，與被植入氮、氮離子、氮氧化物或氮氧化物離子時相比，被植入氧或氧離子時植入部份的光的折射率更接近於導電部，因此能夠使導電部與絕緣部的邊界難以目視觀察。
並且，植入氮、氮離子、氮氧化物或氮氧化物離子來代替植入氧或氧離子時，如第1圖所示之氧植入部103成為氮植入部，第4圖所示之植入氧離子之製程(步驟S18)成為植入氮之製程。
(a)
11‧‧‧基板
11a‧‧‧基板11的其中一面
12‧‧‧透明導電膜
20‧‧‧阻材
20A‧‧‧第1區域
20B‧‧‧第2區域
(b)
11‧‧‧基板
11a‧‧‧基板11的其中一面
12‧‧‧透明導電膜
12A‧‧‧導電部
12B‧‧‧絕緣部
20‧‧‧阻材
20A‧‧‧第1區域
20B‧‧‧第2區域
F‧‧‧氧離子
(c)
11‧‧‧基板
11a‧‧‧基板11的其中一面
12‧‧‧透明導電膜
12A‧‧‧導電部
12B‧‧‧絕緣部

Claims (4)

  1. 一種太陽能電池的製造方法，其為製造具備：包括a-Si層之基板、及在前述基板的前述a-Si層上形成之透明導電膜之太陽能電池；其特徵為具備：準備前述透明導電膜形成於前述a-Si層側的表面之前述基板之製程；將具有形成有覆蓋前述透明導電膜之第1區域及使前述透明導電膜露出之第2區域之圖案之圖案形成構件設置在前述透明導電膜上之製程；藉由向與前述第2區域對應之部份之前述透明導電膜植入氧、氧離子、氮、氮離子、氮氧化物、及氮氧化物離子中的至少任一個來形成絕緣部，將由前述第1區域覆蓋之部份之前述透明導電膜作為導電部圖案化之製程；及從前述透明導電膜上去除前述圖案形成構件之製程。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造方法，其中，在前述透明導電膜上形成阻材，殘留與前述第1區域對應之部份的前述阻材，並且從前述透明導電膜上去除與前述第2區域對應之部份的前述阻材，從而在前述透明導電膜上設置前述圖案形成構件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造方法，其中，準備預先形成有前述第1區域及前述第2區域之前述圖案形成構件，並且配置在前述透明導電膜上，從而在前 述透明導電膜上設置前述圖案形成構件。
  4. 一種太陽能電池，其具備：基板，包括a-Si層；及透明導電膜，在前述基板的前述a-Si層上形成；前述透明導電膜具有：具備預定圖案之導電部；和氧量、氮量、及氮氧化物量中的至少任一個多於該導電部之絕緣部。
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