TW201933622A - 太陽電池、太陽電池模組及太陽電池發電系統 - Google Patents

太陽電池、太陽電池模組及太陽電池發電系統 Download PDF

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Abstract

本發明為一種太陽電池之製造方法，其係使用單結晶矽基板製造單結晶矽太陽電池之太陽電池之製造方法，並且包含將單結晶矽基板在800℃以上1200℃以下熱處理之高溫熱處理步驟，該高溫熱處理步驟具有：將單結晶矽基板裝填至熱處理裝置之搬運步驟；將單結晶矽基板加熱之加熱步驟；將單結晶矽基板保持在800℃以上1200℃以下的既定溫度之保溫步驟；及將單結晶矽基板冷卻之冷卻步驟，在高溫熱處理步驟之中，將通過搬運步驟及加熱步驟使單結晶矽基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定為5分鐘以內。藉此可提供一種太陽電池之製造方法，可製造出光電轉換效率高，基板面內特性均勻的太陽電池。

Description

太陽電池、太陽電池模組及太陽電池發電系統
本發明關於一種高光電轉換效率太陽電池之製造方法及高光電轉換效率太陽電池。
圖2表示以往太陽電池其中一個形態的兩面受光型太陽電池的模式圖。另外，圖3表示以往太陽電池另一個形態的單面受光型太陽電池的模式圖。在圖2及圖3所示的太陽電池100、200中，在基板101、201分別形成了射極層102、202。射極層102、202可因應基板的導電類型，藉由磷或硼的熱擴散而形成。另外，背面電場(BSF)層103、203，如果是n型基板，則是藉由磷擴散所形成，如果是p型基板，則是藉由硼擴散、或矽與鋁的合金化形成。此外，在射極層102、202上分別形成鈍化層104、204，在背面電場層103上也形成鈍化層104。另外，在太陽電池100設置了與射極層102接觸的電極105、以及在與具有射極層102的主表面相反的主表面且與BSF層103接觸的電極106。另一方面，在太陽電池200設置了與射極層202接觸的電極205、以及在與具有射極層202的主表面相反的主表面(形成背面電場層203的主表面)且與BSF層203接觸的電極206。
磷的熱擴散，是藉由使用氯氧化磷等的氣相擴散源或磷酸基底的塗佈型擴散源以及在800℃至950℃的熱處理來進行。另外，硼的熱擴散，是藉由使用溴化硼等的氣相擴散源或硼酸基底的塗佈型擴散源以及在950℃至1200℃的熱處理來進行。
另外，雖然在圖中並未表示，在僅於基板的單面進行上述擴散的情況等，會有在妨礙擴散的一面形成膜厚50nm至400nm左右的熱氧化膜的情形。此情況下，是在氧或水蒸氣環境下進行800℃至1100℃的熱處理。
另外，基板101、201一般而言使用藉由柴可拉斯基(CZ)法所得到的單結晶矽(CZ-Si)。
然而，對CZ-Si實施如上述般的熱處理時，少數載子壽命降低，太陽電池特性降低的狀況常常發生，而逐漸成為問題。造成此特性降低的缺陷，一般被稱為漩渦紋，在基板的中心附近呈同心圓狀分布，由此看來與結晶成長時的矽固液界面形狀、氧或碳等的雜質濃度，甚至空孔等的結晶缺陷密度有關，認為在後續的太陽電池製造步驟中的熱處理步驟中主要是因為氧析出所產生。因此，一般是藉由對以往使用的基板的初期氧濃度設置上限來避免缺陷的產生。
另一方面，例如在專利文獻1揭示了一種方法，為了抑制氧析出，將矽基板在1150℃以上的氧氣氣體環境下熱處理，然後以20℃/秒鐘至5℃/秒鐘使基板急速冷卻至950℃。

[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]美國專利第6,336,968B1號說明書
[發明所欲解決的課題]
但是，因為對基板的初期氧濃度設置上限，結晶矽錠的利用率會降低，或者使用藉由MCZ法(磁場柴可拉斯基法)得到的結晶矽等，會有基板的成本變高的問題。
另外，如專利文獻1中所述般的熱處理，會有難以適用於太陽電池的製造步驟的問題。尤其太陽電池為了提高生產性，一般是將多枚基板批次處理，因此從熱容量的關係上看來，會有無法急速冷卻的技術問題。
本發明鑑於上述問題點而完成，目的為提供一種太陽電池之製造方法，在太陽電池製造步驟中的高溫熱處理時，藉由抑制基板的少數載子壽命的降低，可安定地製造光電轉換效率高且基板面內特性均勻的太陽電池。另外，本發明目的為提供一種光電轉換效率高且基板面內特性均勻的太陽電池。

[用於解決課題的手段]
為了達成上述目的，本發明提供一種太陽電池之製造方法，其係使用單結晶矽基板製造單結晶矽太陽電池之太陽電池之製造方法，其特徵為包含：
將前述單結晶矽基板在800℃以上1200℃以下熱處理之高溫熱處理步驟，
該高溫熱處理步驟具有：
將前述單結晶矽基板裝填至熱處理裝置之搬運步驟；及
將前述單結晶矽基板加熱之加熱步驟；及
將前述單結晶矽基板保持在800℃以上1200℃以下的既定溫度之保溫步驟；及
將前述單結晶矽基板冷卻之冷卻步驟，
在前述高溫熱處理步驟之中，將通過前述搬運步驟及前述加熱步驟而使前述單結晶矽基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定為5分鐘以內。
像這樣，只要將通過搬運步驟及加熱步驟而使單結晶矽基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定在5分鐘以內，則可使形成氧析出的前驅物等的400℃以上650℃以下的溫度帶的熱歷程在最低限度，可消滅各種缺陷，在後續各種條件下的保溫步驟及冷卻步驟之中，缺陷的成長會受到抑制。藉此可將單結晶矽基板的少數載子壽命維持得高，可安定地製造出光電轉換效率高且基板面內特性均勻的太陽電池。
此時，由前述單結晶矽基板製造出前述太陽電池的期間，宜將最初的前述高溫熱處理步驟之中前述單結晶矽基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定為5分鐘以內。
像這樣，在最初的高溫熱處理步驟之中，藉由將單結晶矽基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定為5分鐘以內，可製造出光電轉換效率較高且基板面內較均勻的太陽電池。
另外，宜在含有惰性氣體的氣體環境下進行前述高溫熱處理步驟。
像這樣，藉由在含有惰性氣體的氣體環境下進行高溫熱處理步驟，可確實且容易地在單結晶矽基板進行雜質擴散。
另外，前述惰性氣體宜為氮或氬。
像這樣，藉由惰性氣體為氮或氬，可更確實且更容易地在單結晶矽基板進行雜質擴散。
另外，宜在含有氧或水的氣體環境下進行前述高溫熱處理步驟。
像這樣，藉由在含有氧或水的氣體環境下進行高溫熱處理步驟，可確實且容易地形成例如作為擴散保護膜使用的氧化矽膜。
另外，在前述搬運步驟之中，宜將前述單結晶矽基板在10分鐘以內配置於前述熱處理裝置的加熱區。
像這樣，藉由將單結晶矽基板在10分鐘以內配置於加熱區，可更確實地將單結晶矽基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定在5分鐘以內。
另外，宜將前述單結晶矽基板定為CZ單結晶矽基板。
CZ單結晶矽基板，如前述般，少數載子壽命容易降低，因此本發明之效果特別大。另外，CZ單結晶矽基板廉價，因此可製造出廉價的太陽電池。
另外，可將前述太陽電池之製造所使用的單結晶矽基板定為初期晶格間氧濃度為12ppma(JEIDA)以上的基板。
像這樣，即使是初期晶格間氧濃度為12ppma(JEIDA)以上的單結晶矽基板，藉由適用本發明，也能夠較有效地抑制氧析出，因此本發明之效果特別大。
另外，在前述太陽電池的製造後，宜將前述單結晶矽基板所含的氧的析出量定在2ppma(JEIDA)以下。
像這樣，只要將氧的析出量定在2ppma (JEIDA)以下，即可更確實地抑制單結晶矽基板的少數載子壽命的降低。
另外，本發明提供一種太陽電池，其係藉由上述太陽電池之製造方法所製造出的太陽電池，其特徵為：
前述單結晶矽太陽電池中，前述單結晶矽基板在電致發光或光致發光時沒有漩渦紋。
只要是這種太陽電池，即可成為光電轉換效率高，且基板面內特性均勻的太陽電池。
另外，為了達成上述目的，本發明提供一種太陽電池，其係具備單結晶矽基板的單結晶矽太陽電池，其特徵為：
前述單結晶矽基板所含的氧的析出量為2ppma (JEIDA)以下，且前述單結晶矽太陽電池中，前述單結晶矽基板在電致發光或光致發光時沒有漩渦紋。
像這樣，只要是氧的析出量在2ppma (JEIDA)以下，沒有漩渦紋的太陽電池，則可成為光電轉換效率高且基板面內特性均勻的太陽電池。
此時，前述單結晶矽基板所含的殘存晶格間氧濃度宜為10ppma(JEIDA)以上。
像這樣，只要太陽電池的單結晶矽基板中的殘存晶格間氧濃度在10ppma(JEIDA)以上，則可成為氧析出少、光電轉換效率較高且基板面內較均勻的太陽電池。
另外，前述單結晶矽基板宜為CZ單結晶矽基板。
像這樣，只要單結晶矽基板為CZ單結晶矽基板，則少數載子壽命容易降低，因此可成為本發明之效果特別大的太陽電池。另外，CZ單結晶矽基板為廉價，因此可製成廉價的太陽電池。
另外，本發明提供一種太陽電池模組，其特徵為：將上述太陽電池電連接而成。
像這樣，將本發明之太陽電池電連接，可製成太陽電池模組。
另外，本發明提供一種太陽電池發電系統，其特徵為：將多個上述太陽電池模組電連接而成。
像這樣，將多個本發明之太陽電池電連接而成的太陽電池模組電連接，可製成太陽電池發電系統。

[發明之效果]
依據本發明之太陽電池之製造方法，即使是晶格間氧濃度或其他輕元素雜質濃度高的單結晶矽基板，也能夠保持載子壽命長，可安定地製造出光電轉換效率高的太陽電池。另外，只要是本發明之太陽電池，即可成為光電轉換效率高，且基板面內特性均勻的太陽電池。
如以上所述般，近年來，在太陽電池之中，基板中心附近出現呈同心圓狀分布的低特性區域會成為問題。本發明人等發現，對單結晶矽基板實施800℃以上1200℃以下的熱處理時，昇溫時的條件會大幅影響上述問題原因的缺陷的形成，針對改善這種區域特性的對策鑽研檢討，而完成了本發明。
以下參考圖式對本發明詳細說明，然而本發明不受其限定。
首先針對本發明之太陽電池之製造方法作說明。本發明之太陽電池之製造方法，係使用單結晶矽基板製造單結晶矽太陽電池之太陽電池之製造方法，並且包含將單結晶矽基板在800℃以上1200℃以下熱處理之高溫熱處理步驟，該高溫熱處理步驟具有：將單結晶矽基板裝填至熱處理裝置之搬運步驟；及將單結晶矽基板加熱之加熱步驟；及將單結晶矽基板保持在800℃以上1200℃以下的既定溫度之保溫步驟；及將單結晶矽基板冷卻之冷卻步驟，在高溫熱處理步驟之中，將通過搬運步驟及加熱步驟而使單結晶矽基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定為5分鐘以內。
像這樣，只要將通過搬運步驟及加熱步驟而使單結晶矽基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定為5分鐘以內，則可使形成氧析出的前驅物等的400℃以上650℃以下的溫度帶的熱歷程在最低限度，可消滅各種缺陷，在後續各種條件下的保溫步驟及冷卻步驟之中，缺陷的成長會受到抑制。藉此可將單結晶矽基板的少數載子壽命維持得高，可安定地製造出光電轉換效率高且基板面內特性均勻的太陽電池。
以下參考圖1、圖2及圖3，並依照製造步驟，對本發明之太陽電池之製造方法作說明。
本發明所使用的單結晶矽基板(圖2的101、圖3的201)，可為藉由一般的CZ法所製作出的CZ單結晶矽基板。通常上述單結晶矽基板，可採用在單結晶矽中摻雜如B或Ga般的III族元素的p型矽、或摻雜如磷或銻般的V族元素的n型矽。基板的電阻率並無特別限制，使用一般的0.1～10Ω･cm左右的基板即可。另外，CZ矽含有通常為10～20ppma(JEIDA)的初期晶格間氧濃度，而任一濃度的CZ矽都能夠無問題地使用於本發明。
此外，已知初期晶格間氧濃度愈高，氧析出愈容易形成，另一方面，若碳或氮等的雜質濃度高，則這些雜質會成為析出核，即使在12ppma左右也會形成。但是在本發明中，直接避免析出核的成長，因此即使是如上述般的雜質濃度高的基板，也沒有特別的問題而能夠使用。
另外，在基板表面可形成用來抑制入射光的反射的紋理。紋理可藉由將基板浸漬在加熱的氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、四甲基氫氧化銨等的鹼溶液(濃度1～10%、溫度60～100℃)中10分鐘至30分鐘左右而輕易地製作。上述鹼金屬等會有附著在紋理形成後的基板表面的情形，因此接下來宜在鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸等，或該等的混合液的酸性水溶液中洗淨。
太陽電池的製造過程中，主要的高溫熱處理步驟為磷擴散與硼擴散，依照情況包括熱氧化，還有偶爾添加高濃度磷或硼的高濃度矽的磊晶層形成等。
另外，由於提高生產性的必要，一般是使用橫型或縱型的石英管電爐，大多的情形是以1個批次來處理大量枚數的基板。此方式是將100～200枚左右的基板裝填在保持基板的石英製的子(小)舟，進一步將4～8個裝填了基板的小舟相同地載置於石英製的大舟，將其送入保持在既定溫度的爐加熱區。
圖1表示高溫熱處理步驟的溫度曲線的概念圖。在本發明中，將在搬運步驟至加熱步驟之中基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間temb. 定為5分鐘以下，較佳為3分鐘以下，然後進行高溫熱處理，持續加熱至T1。藉此，可消滅結晶成長時所形成的氧析出核等的缺陷，在此之後，可避免形成氧析出核等的結晶缺陷。
為了滿足上述基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定為5分鐘以內的條件，在搬運步驟之中，宜將基板在10分鐘以內，較佳為5分鐘以內配置於熱處理裝置的加熱區，情況會依照投入的基板枚數或爐的特性而定。只要在10分鐘以內進行配置，則容易使temb. 在5分鐘以內，可抑制基板內的氧析出前驅物的形成。
另外，在基板到達加熱區的過程中，爐的溫度會因為基板或舟的熱容量等而降低。搬運結束後，將基板溫度加熱至設定溫度(T1)的步驟為加熱步驟。此處，為了將基板溫度迅速提高，盡可能縮短temb. ，亦可因應必要提高加熱器的輸出。另外還可預估溫度降低量而將爐內溫度設定得比T1稍高，在接近加熱步驟結束時使溫度成為T1來進行控制。
在使用n型基板的情況，為了形成射極層(102、202)，通常進行硼擴散，此時的T1一般而言適合為950℃至1200℃。硼擴散源使用一般的溴化硼即可。一般的溴化硼擴散，是將基板加熱至設定溫度，然後將基板溫度保持固定在設定溫度(保溫步驟的開始)。溫度穩定之後，以氮或氬等的惰性氣體使溴化硼起泡，進一步以另一個系統的惰性氣體作為載體氣體，使其混合，並導入爐內。此時，為了促進硼玻璃層在基板的形成，亦可混合少量的氧。
既定時間經過後停止起泡，接下來，為了在含有惰性氣體的氣體環境下使硼由附著於基板的硼玻璃擴散至基板內部，可進一步進行熱處理10分鐘至60分鐘左右。
像這樣，可在含有惰性氣體的氣體環境下進行上述高溫熱處理步驟。藉由在含有惰性氣體的氣體環境下進行高溫熱處理步驟，可確實且容易地對基板進行雜質擴散。
另外，上述惰性氣體宜為氮或氬。藉由惰性氣體為氮或氬，可更確實且更容易地對基板進行雜質擴散。
保溫步驟中的溫度條件並未受到特別限定。例如可如圖1的(a)的實線所示般，保持固定在Tl而對基板進行處理，或如圖1的(b)的虛線所示般，在某個時間點之後，進一步在高溫度T2進行處理。
硼擴散結束後，進行冷卻步驟，使基板降至既定溫度。冷卻速度並無限制，然而若由上述溫度帶快速冷卻至室溫，則會有熱衝撃造成基板破裂的情形，因此希望在使基板由700℃冷卻至500℃之後搬出爐外(搬出步驟)。
以上以使用溴化硼的硼擴散為例作了說明，然而其他還可將硼化合物與黏結劑的混合物預先塗佈於基板作為擴散源，然後進行同樣的熱處理。或者，由以氫化硼、氫化矽及氧等作為原料並利用化學氣相堆積法所產生的硼玻璃藉由熱處理使硼擴散，也同樣地可得到良好的結果。另外，在藉由離子植入進行摻雜的情況，在摻雜物的活性化熱處理之中，適用與上述利用熱擴散的實施態樣同樣的溫度條件，可得到與熱擴散的情況同等的結果。
另一方面，在使用p型基板的情況，接合形成一般可採用磷擴散，擴散源主要可使用氯氧化磷。磷擴散也大概可與硼擴散同樣地實施。但是，磷與硼相比，擴散係數較大，因此T1一般是定在800℃以上950℃以下左右。另外，擴散源除了氯氧化磷之外，還可使用磷酸或Phosmer等的磷化合物等。或者，由以氫化磷、氫化矽及氧等作為原料並利用化學氣相堆積法所產生的磷玻璃藉由熱處理使磷擴散，也同樣地可得到良好的結果。
在製作兩面受光型太陽電池的情況，必須進行上述硼擴散與磷擴散兩者。此情況下，可先進行任一者，或可使上述擴散源塗膜或化學氣相堆積所產生的的硼玻璃及磷玻璃分別形成於基板的受光面與其相反面的背面，並且同時進行熱處理。
在欲防止摻雜物自動攙雜在既定基板面的相反面的情況等，亦可在基板的單面藉由熱氧化預先形成氧化矽膜作為擴散保護膜。此情況下，宜將T1定在800℃以上1050℃以下，在氧氣氣體環境或含水的氣體環境(例如水蒸氣環境)下進行高溫熱處理步驟。此情況下，在使用石英管爐等的情況，在搬運步驟之中，也宜將基板在10分鐘以內，較佳為5分鐘以內配置在爐的加熱區。
另外，從基板到製造太陽電池之間，宜將最初的高溫熱處理步驟之中基板的溫度成為400℃以上650℃以下的時間定在5分鐘以內。本發明之太陽電池之製造方法，可適用於太陽電池之製造過程中全部的高溫熱處理步驟，尤其是適用於最初進行的高溫熱處理步驟，可得到較高的效果。
接下來進行鈍化膜(104、204)的形成。可將氮化矽膜或是氧化鈦或氧化錫等折射率為1.9至2.2左右的膜作為鈍化膜在基板表面成膜約100nm左右。例如藉由化學氣相法所形成的氮化矽膜，單層使用即可得到鈍化與抗反射兩者的效果，因此被廣泛使用於一般的太陽電池。另一方面，在鈍化膜(104、204)使用熱氧化矽膜或氧化鋁等的情況，該等亦可積層於上述氮化矽膜。
接下來，在上述基板的受光面及背面形成電極(圖2的105、106及圖3的205、206)。電極(105、106、205、206)，可藉由將銀粉末、玻璃料與有機黏結劑混合而成的銀糊等的導電性糊劑印刷在受光面與背面，並在500～900℃左右的溫度燒成1～20秒鐘而形成。藉由此熱處理，鈍化膜(104、204)被導電性糊劑侵蝕，此導電性糊劑燒結體的電極(105、106、205、206)會將鈍化膜等燒穿(Fire-through)而與矽通電。此外，受光面及背面電極的燒成，可分別對各面進行。
以上的方式製作出的太陽電池中，熱處理誘發缺陷的有無，可藉由測定太陽電池基板的載子壽命分布來調查。載子壽命分布可藉由光導電衰減法來測定，為了得到明瞭的結果，其測定裝置宜具有8mm以下的解析度。
另外，此情況下的測定試樣，必須是使太陽電池回到基板狀態之後再度表面鈍化。因此，首先以酸溶液除去形成於太陽電池的電極與鈍化膜，進一步以硝酸氟或氫氧化鈉水溶液等的鹼溶液來蝕刻擴散層。然後在基板的兩面形成表面鈍化。此時的表面鈍化，只要可在300℃以下形成且可得到充分的鈍化效果，則任何種類皆可。適合使用例如CVD法所產生的氮化矽膜或氧化鋁膜。另外，將基板在0.1mol%左右的苯醌并苯二酚･甲醇溶液中浸漬30分鐘左右，也能夠得到良好的結果。
用來評估太陽電池基板的載子壽命分布的較簡便方法，對於太陽電池，可利用電致發光(EL)法或光致發光(PL)法。
這些手段是利用了對矽注入電荷載子時所發生的紅外線發光(luminescence)效率，如熱誘發缺陷般，會因為矽的能帶間的能差而降低的現象。
EL的情況下，對太陽電池施加順向偏壓，注入太陽電池的短路電流程度的電流，偵測波長900nm至1100nm的光線。
在PL的情況，是以光線來進行電荷載子的注入。激發光源必須對於基板具有充足的穿透深度，因此宜使用波長700nm至900nm的光線。偵測器可使用與EL同樣的偵測器，然而為了避免激發光線的映入，宜使用在激發光波長帶不具有感光度的偵測器。
如上述般，缺陷的評估使用載子壽命的其中一個理由，是太陽電池製造步驟中一般進行的熱處理所形成的的氧析出非常微量，會有極難直接觀察的情形。然而，初期晶格間氧濃度會因為析出而減少，因此析出量能夠以熱處理前後的氧濃度差ΔOi 來評估。亦即可使用以下的關係求得。

(初期晶格間氧濃度)-(殘留晶格間氧濃度)=氧濃度差
ΔO1 ＝氧的析出量　　　　(1)
在本發明之太陽電池之製造方法中，太陽電池的製造所使用的基板可定為初期晶格間氧濃度為12ppma(JEIDA)以上的基板。像這樣，即使是初期晶格間氧濃度為12ppma(JEIDA)以上的基板，藉由適用本發明，也能夠較有效地抑制氧析出，因此本發明之效果特別大。
另外，藉由上述評估法測得的在太陽電池製造後基板所含的氧的析出量宜定在2ppma(JEIDA)以下。像這樣，將氧的析出量設定在2ppma(JEIDA)以下，即可更確實地抑制基板的少數載子壽命的降低。
另外，藉由本發明可提供一種太陽電池，是依照上述太陽電池之製造方法所製造出的太陽電池，單結晶矽太陽電池中，單結晶矽基板在電致發光或光致發光時沒有漩渦紋。只要是這種太陽電池，即可成為光電轉換效率高，且在基板面內特性均勻的太陽電池。
以下針對本發明之太陽電池進一步說明。本發明之太陽電池為具備單結晶矽基板的單結晶矽太陽電池，並且單結晶矽基板所含的氧的析出量在2ppma (JEIDA)以下，單結晶矽太陽電池中，單結晶矽基板在電致發光或光致發光時沒有漩渦紋。
像這樣，只要是氧的析出量為2ppma (JEIDA)以下，且沒有漩渦紋的太陽電池，即可成為光電轉換效率高，且在基板面內特性均勻的太陽電池。
另外，單結晶矽基板所含的殘存晶格間氧濃度宜為10ppma(JEIDA)以上。像這樣，只要太陽電池的單結晶矽基板中的殘存晶格間氧濃度在10ppma(JEIDA)以上，即可成為氧析出少、光電轉換效率較高，且基板面內較均勻的太陽電池。
另外，單結晶矽基板宜為CZ單結晶矽基板。像這樣，如果單結晶矽基板為CZ單結晶矽基板，則少數載子壽命容易降低，因此可成為本發明之效果特別大的太陽電池。另外，CZ單結晶矽基板為廉價，因此可製作出廉價的太陽電池。
另外，將上述太陽電池電連接，可製成太陽電池模組。多個太陽電池可在電路上串聯。圖4表示本發明之太陽電池模組400的一例的剖面圖。鄰接的太陽電池401彼此藉由耳片402電連結。連接的太陽電池401可藉由填充劑403、保護玻璃404及背板405密封。保護玻璃404是廣泛使用鈉鈣玻璃。另外，在填充劑403中使用了乙烯醋酸乙烯酯或聚烯烴或聚矽氧等。背板405一般是採用使用聚對苯二甲酸乙二酯的機能性薄膜。
圖5表示連結本發明之太陽電池模組的太陽電池發電系統的基本構成的一例的模式圖。多個太陽電池模組400藉由配線502連結，經由變流器503對外部負荷電路504供給發電電力。在同圖中並未表示，該系統可進一步具備將所發出的電力蓄電的二次電池。

[實施例]
以下揭示實施例及比較例更具體地說明本發明，然而本發明並不受該等所限定。
(實施例1)
首先準備電阻率1Ω･cm、初期晶格間氧濃度20ppma的磷摻雜n型CZ矽基板100枚，並在表面形成紋理。
將這些基板移至石英舟，進一步以2000mm/分鐘搬運至溫度保持在1100℃的石英爐的加熱區，1分20秒後結束搬運。然後，調整加熱器的輸出，在搬運結束後約2分鐘，將爐內溫度保持在1000℃。然後，持續以氬氣使溴化硼起泡10分鐘，供給至爐內，而在基板表面形成硼玻璃，在這之後，持續使硼擴散30分鐘。以設置熱電偶的監測基板測量此期間的基板溫度變化的結果，400℃至650℃的滯留時間(temb. )為1分40秒。
接下來，以硝酸氟來蝕刻硼擴散面的相反面，洗淨之後，使硼擴散面相對，裝填至石英舟，進一步以2000mm/分鐘搬運至溫度保持在950℃的石英爐的加熱區，1分20秒後結束搬運。然後，調整加熱器的輸出，搬運結束後約2分鐘，將爐內溫度保持在900℃。然後，持續使氯氧化磷起泡5分鐘，供給至爐內，而在基板表面形成磷玻璃，在這之後，持續使磷擴散30分鐘。以設置熱電偶的監測基板測量此期間的基板溫度變化的結果，temb. 為55秒鐘。
以氫氟酸水溶液由從石英爐取出的基板除去硼玻璃與磷玻璃，並以鹽酸水與過氧化氫的混合液洗淨。然後，使用電漿CVD，在受光面形成厚度20nm的氧化鋁膜，在這之後，在基板兩面以100nm的厚度形成氮化矽。接下來，藉由絲網印刷將銀糊印刷在基板的受光面與背面，使其在150℃下乾燥30秒鐘左右，然後在840℃下燒成3秒鐘，形成電極。如以上所述般，製作出太陽電池。
使用Xe燈光源的模擬太陽光測定此太陽電池的特性。將測定結果揭示於表1。表1所示的數值為100枚基板的平均值。此外，在表1中一併揭示了後述比較例1的測定結果。
(比較例1)
準備與實施例1同樣的基板100枚，並在表面形成紋理。將這些基板移至石英舟，進一步以2000mm/分鐘搬運至溫度保持在600℃的石英爐的加熱區，1分20秒後結束搬運。爐內溫度穩定在600℃之後，就這樣直接將溫度保持一定5分鐘，接下來，使爐內溫度上昇至1000℃。爐內溫度穩定在1000℃之後，持續使溴化硼起泡10分鐘，供給至爐內，而在基板表面形成硼玻璃，在這之後，持續使硼擴散30分鐘。以設置熱電偶的監測基板測量此期間的基板溫度變化的結果，temb. 為9分30秒。
將其後續的步驟中使磷擴散時的temb. 定為6分，除此之外與實施例1同樣地進行，製作出太陽電池。使用Xe燈光源之模擬太陽光測定此太陽電池的特性。將測定結果揭示於表1。表1所示的數值為100枚基板的平均值。
如表1所示般，實施例1的太陽電池的特性，與比較例1的太陽電池的特性相比，較為優異。
另外，由實施例1與比較例1分別取出一枚表現出平均值的試樣(太陽電池)，藉由EL攝影裝置(Ites公司製PVX100)，對這些太陽電池注入順向電流9A，以曝光時間8秒鐘、ISO感光度800、F值4取得電池的EL影像。
圖6(a)為實施例1的太陽電池的EL影像，圖6(b)為比較例1的太陽電池的EL影像。在圖6(a)中，太陽電池的面內均勻發光，然而在圖6(b)中，產生漩渦紋，可觀察到太陽電池特性低的區域呈同心圓狀的暗對比的部分。
接下來，藉由PL攝影裝置(Ites公司製POPLI)，對於圖6(a)及(b)所示的太陽電池全面照射波長800nm的光線，以曝光時間30秒鐘、ISO感光度1600、F值1.8取得電池的PL影像。
圖7(a)為圖6(a)的太陽電池(實施例1)的PL影像，圖7(b)為圖6(b)的太陽電池(比較例1)的PL影像。可知PL法也與EL法相同地，在實施例1的太陽電池的情況，太陽電池的面內均勻發光，然而比較例1的太陽電池的情況，發現有漩渦紋。
(實施例2)
準備電阻率1Ω･cm、晶格間氧濃度20ppma的硼摻雜p型CZ矽基板100枚，並在表面形成紋理。
將這些基板移至石英舟，進一步以2000mm/分鐘搬運至溫度保持在900℃的石英爐的加熱區，1分20秒後結束搬運。然後，調整加熱器的輸出，搬運結束後約1分鐘將爐內溫度保持在900℃。然後，持續以氬氣使氯氧化磷起泡10分鐘，供給至爐內，而在基板表面形成磷玻璃，在這之後，持續使磷擴散30分鐘。以設置熱電偶的監測基板測量此期間的基板溫度變化的結果，temb. 為約30秒鐘。
以氫氟酸水溶液由從石英爐取出的基板除去磷玻璃，並以鹽酸水與過氧化氫的混合液洗淨。然後，使用電漿CVD，在受光面形成厚度100nm氮化矽膜。接下來藉由絲網印刷，將銀糊印刷在基板的受光面，進一步將鋁糊印刷在背面，使其在150℃下乾燥30秒鐘左右之後，在840℃下燒成3秒鐘，形成電極。如以上所述般，製作出太陽電池。
使用Xe燈光源的模擬太陽光測定此太陽電池的特性。將測定結果揭示於表2。表2所示的數值為100枚基板的平均值。此外，在表2中一併揭示了後述比較例2的測定結果。
(比較例2)
準備與實施例2同樣的基板100枚，並在表面形成紋理。將這些基板移至石英舟，進一步以300mm/分鐘搬運至溫度保持在900℃的石英爐的加熱區，8分50秒後結束搬運。然後，調整加熱器的輸出，搬運結束後將爐內溫度保持在900℃約1分鐘。然後，持續以氬氣使氯氧化磷起泡10分鐘，供給至爐內，而在基板表面形成磷玻璃，在這之後，持續使磷擴散30分鐘。以設置熱電偶的監測基板測量此期間的基板溫度變化的結果，temb. 為約6分20秒。
與實施例2同樣地進行其後續的步驟，而製作出太陽電池。使用Xe燈光源的模擬太陽光測定此太陽電池的特性。將測定結果揭示於表2。表2所示的數值為100枚基板的平均值。
如表2所示般，實施例2的太陽電池的特性，與比較例2的太陽電池的特性相比，較為優異。
(實施例3)
準備與實施例1同樣的基板100枚，並在表面形成紋理。接下來，將這些基板以2000mm/分鐘搬運至在氧氣氣體環境下保持在1000℃的石英爐的加熱區，1分20秒後結束搬運。然後，調整加熱器的輸出，搬運結束後約2分鐘，將爐內溫度保持在1000℃180分鐘，在基板表面形成厚度約100nm的氧化矽膜。以設置熱電偶的監測基板測量此期間的基板溫度變化的結果，temb. 為1分40秒。
然後，以氫氟酸水溶液除去基板單面的氧化膜，與實施例1同樣地，使硼擴散至此氧化膜除去面。與實施例1同樣地進行其後續的步驟，而製作出太陽電池。
使用Xe燈光源的模擬太陽光測定此太陽電池的特性。將測定結果揭示於表3。表3所示的數值為100枚基板的平均值。此外，在表3中一併揭示了後述比較例3的測定結果。
(比較例3)
準備與實施例1同樣的基板100枚，並在表面形成紋理。接下來，將這些基板以2000mm/分鐘搬運至在氧氣氣體環境下保持在600℃的石英爐的加熱區，1分20秒後結束搬運。爐內溫度穩定在600℃之後，就這樣直接將溫度保持一定5分鐘，接下來使爐內溫度上昇至1000℃。爐內溫度穩定在1000℃之後，就這樣直接將溫度保持180分鐘，在基板表面形成厚度約100nm的氧化矽膜。以設置熱電偶的監測基板測量此期間的基板溫度變化的結果，temb. 為9分20秒。
然後，以氫氟酸水溶液除去基板單面的氧化膜，與比較例1同樣地使硼擴散至氧化膜除去面。其後續的步驟也與比較例1同樣地進行，製作出太陽電池。使用Xe燈光源的模擬太陽光測定此太陽電池的特性。將測定結果揭示於表3。表3所示的數值為100枚基板的平均值。
如表3所示般，與比較例3的太陽電池的特性相比，實施例3的太陽電池的特性較為優異。
另外，對於上述實施例1～3與比較例1～3的太陽電池各10枚測定晶格間氧濃度。表4揭示了基板之預先測得的初期晶格間氧濃度與太陽電池製作後的殘存晶格間氧濃度之差ΔOi 的10個試樣平均(小數點第2位四捨五入)。可知在比較例1～3之中，初期晶格間氧濃度的減少顯著(ΔOi 大)，對應於圖6(b)及圖7(b)之中觀察到漩渦紋，有較多的氧析出形成。
此外，本發明並不受上述實施形態限定。上述實施形態為例示，具有與本發明之申請專利範圍所記載的技術思想實質上相同的構成，發揮同樣作用效果的物品，無論任何皆包含於本發明之技術範圍。
100、200‧‧‧太陽電池
101、201‧‧‧單結晶矽基板
102、202‧‧‧射極層
103、203‧‧‧背面電場(BSF)層
104、204‧‧‧鈍化層
105、106、205、206‧‧‧電極
401‧‧‧太陽電池
402‧‧‧耳片
403‧‧‧填充劑
404‧‧‧保護玻璃
405‧‧‧背板
502‧‧‧配線
503‧‧‧變流器
504‧‧‧外部負荷電路
圖1表示本發明所關連的高溫熱處理步驟的一例的溫度曲線的模式圖。
圖2表示可適用本發明的一般兩面受光型太陽電池的構造的剖面模式圖。
圖3表示可適用本發明的一般單面受光型太陽電池的構造的剖面模式圖。
圖4表示本發明所關連的太陽電池模組的一例的剖面模式圖。
圖5表示本發明所關連的太陽電池發電系統的一例的模式圖。
圖6表示實施例1的太陽電池的EL影像的圖((a))及表示比較例1的太陽電池的EL影像的圖((b))。
圖7表示實施例1的太陽電池的PL影像的圖((a))及表示比較例1的太陽電池的PL影像的圖((b))。

Claims (6)

  1. 一種太陽電池，其係具備單結晶矽基板之單結晶矽太陽電池，其特徵為： 前述單結晶矽基板所含的氧的析出量為2ppma (JEIDA)以下，前述單結晶矽太陽電池中，前述單結晶矽基板在電致發光或光致發光時沒有漩渦紋。
  2. 如申請專利範圍第1項之太陽電池，其中前述單結晶矽基板所含的殘存晶格間氧濃度為10ppma(JEIDA)以上。
  3. 如申請專利範圍第1項之太陽電池，其中前述單結晶矽基板為CZ單結晶矽基板。
  4. 如申請專利範圍第2項之太陽電池，其中前述單結晶矽基板為CZ單結晶矽基板。
  5. 一種太陽電池模組，其特徵為：將如申請專利範圍第1至4項中任一項之太陽電池電連接而成。
  6. 一種太陽電池發電系統，其特徵為：將多個如申請專利範圍第5項之太陽電池模組電連接而成。
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