TWI479668B - Solar cell and solar cell manufacturing method, solar cell module - Google Patents

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Description

太陽電池及太陽電池之製造方法、太陽電池模組
本發明係關於太陽電池及太陽電池之製造方法、太陽電池模組。
太陽電池的高效率化必須抑制載子(carrier)的再結合，此方法之一係具有選擇性射極(以下，記述為SE)構造。一般的結晶矽(silicon)(Si)太陽電池的構造，在形成pn接合的光電轉換部上形成反射防止膜，在正面(受光面)為梳形電極，背面為配置全面電極的構造。如此的太陽電池稱作均一射極電池(Homogeneous Emitter cell：以下記述為HE電池)
太陽電池的特性上，受光區域的最表面(反射防止膜與受光面側不純物之間的界面)的不純物濃度影響載子的再結合，例如受光區域的最表面的不純物濃度變高時，載子的再結合變多，而太陽電池的特性下降，係眾所周知。因此，以抑制載子再結合為目的，報告蝕刻半導體基板的最表面以降低不純物濃度的方法(例如，參照非專利文件1)。
不過，上述的方法中，相當於受光面側的電極下之區域(電極形成區域)的不純物濃度也降低。一般，電極的歐姆特性在電極下的不純物濃度高時較佳，與適於抑制載子再結合的條件相反。
因此考慮SE構造。SE構造係在半導體基板的受光面 側中，受光區域為了抑制載子再結合，成為降低不純物濃度的低濃度擴散層，另一方面，相當於受光面側的電極下之區域(電極形成區域)成為不純物濃度提高的高濃度擴散層，半導體基板的受光面側的面內設置2種規格的不純物擴散層之構造。使用目前為止的SE構造之電池(以下記述為SE電池)，在半導體基板的受光面側，受光區域中形成織構(texture)，之後，形成受光面電極的電極形成區域為平坦(flat)狀態或挖溝等，根據表面形狀區別上述高濃度擴散層與低濃度擴散層(例如，參照非專利文件1、非專利文件2)。不過，如此的半導體基板的受光面側中，局部改變表面形狀的方法在製程上煩雜，不能說是適於量產。
於是，簡便的SE構造形成方法，提議在半導體基板的受光面側以熱擴散形成低濃度擴散層之後，形成受光面電極的電極形成區域以雷射(laser)局部加熱，藉此形成選擇性高濃度擴散層之方法(例如，參照非專利文件2、3)。
[先行專利文件]
[專利文件]
[非專利文件1]J. Lindmayer & J. Allison“AN IMPROVED SILICON SOLAR CELL-THE VIOLET CELL(改良的矽太陽能電池-藍紫電池)”IEEE Photovoltaic Specialists Conference 9th p. 83(電機電子工程師學會光生伏打專家第9次會議，第83頁)
[非專利文件2]J. Zhao, A. Wang, X. Dai, M. A. Green and S. R. Wenham,“IMPROVEMENTS IN SILICON SOLAR CELL PERFORMANCE(矽太陽能電池性能的改良)”, Proceedings of 22nd IEEE Photovoltaic Specialist Conference, 1991, p399(1991年第22次電機電子工程師學會光生伏打專家會議記錄，第399頁)
[非專利文件3]T. Fries, A. Teppe, J. Olkowska-Oetzel, W. Zimmermann, C. Voyer A. Esturo-Breton, J. Isenberg, S. Keller, D. Hammer, M. Schmidt and P. Fath,“SELECTIVE EMITTER ON CRYSTALLINE SI SOLAR CELLS FOR INDUSTRIAL HIGH EFFICIENCY MASS PRODUCTION”(用於產業高效率量產之結晶矽太陽能電池上的選擇性射極), Proceeding of 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition 5th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2010, 2CV3. 28(第25次歐洲光生伏打太陽能會議及展示記錄，光生伏打能量轉換第5次世界會議，2010年)
不過，根據上述習知的技術，受光區域與電極形成區域的表面形狀並無不同。一般的結晶矽太陽電池的受光面電極，膏材(paste)以印刷.燒結形成。不過，上述習知的技術中，因為受光區域與電極形成區域的表面形狀並無不同，具有膏材的印刷位置對正極為困難的問題。
本發明，係有鑑於上述而形成，以得到容易形成電極且光電轉換特性優異的太陽電池及太陽電池之製造方法、太陽電池模組為目的。
為了解決上述課題、達成目的，關於本發明的太陽電池，特徵在於包括：第1導電型的半導體基板，在一面側上具有第2導電型的不純物元素擴散之不純物擴散層；鈍化膜，由上述不純物擴散層上形成的上述半導體基板的材料之氧化膜所構成；反射防止膜，由折射率與上述氧化膜不同的之透光性材料所構成，形成於上述鈍化膜上；受光面電極，電氣連接至上述不純物擴散層並在上述半導體基板的一面側上形成；以及背面電極，在半導體基板的另一面側上形成；其中，上述不純物擴散層由受光區域且包含第1濃度的上述不純物元素之第1不純物擴散層、以及上述受光面電極的下部區域且包含比上述第1濃度高的第2濃度的不純物元素之第2不純物擴散層所構成；以及上述第1不純物擴散層與上述第2不純物擴散層的表面為均一的表面狀態，上述第2不純物擴散層上的鈍化膜的膜厚比上述第1不純物擴散層上的上述鈍化膜的膜厚薄。
根據本發明，達成得到容易形成電極且光電轉換特性優異的太陽電池之效果。
以下，根據本發明的太陽電池以及太陽電池的製造方法、太陽電池模組的實施例，根據圖面，詳細說明。又，本發明不限定於以下的記述，在不脫離本發明主旨的範圍中，可以適當變更。又，以下所示的圖面中，為了容易理解，有時各構件的縮尺與實際不同。各圖面間也相同。又，即使是平面，為了容易看圖面，會加上影線。
[第一實施例]
第1圖係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之流程圖。第2-1~2-9圖係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖。第3圖係用以顯示根據本發明第一實施例的太陽電池的製造方法之第一實施例的太陽電池的概略構成之主要部分立體圖。又，第1圖及以下的說明中未記載，而各步驟間根據需要，進行晶圓(wafer)洗淨處理、以除去自然氧化膜為目的之氫氟酸浸泡處理、水洗處理。
首先，準備例如針對民生用太陽電池最常使用的p型單晶矽基板(以下，稱作p型矽基板)1作為半導體基板(第2-1圖)。
p型矽基板1，冷卻固化融解的矽而完成的單晶矽晶棒(silicon ingot)或多晶矽晶棒，因為使用條帶鋸、多鋼線鋸等以鋼線鋸切割成所希望的尺寸.厚度而製造，表面上留下切割時的損傷(damage)。於是，首先也兼除去此損傷層，p型矽基板1浸泡在酸或加熱的鹼溶液中，例如氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液中，經由蝕刻表面，除去發 生於切下矽基板時且存在p型矽基板1的表面附近之損傷區域(第2-1圖)。又，在此，雖以p型矽基板為例來說明，但矽基板是p型或n型都沒關係。
又，除去損傷同時，或是接著除去損傷之後，p型矽基板1的受光面側表面上形成織構的微小凹凸(第2-2圖，步驟S10)。例如，以數wt%(重量百分比)的氫氧化鉀(KOH)水溶液中添加異丙醇(IPA)數至數十wt%之80℃~90℃左右的溶液，進行p型矽基板1的異向性蝕刻，p型矽基板1的受光面側的表面上形成角錐狀的微小凹凸(織構)1b。藉由在半導體基板的受光面側上形成如此的織構構造，太陽電池的表面產生光的多重反射，入射至太陽電池的光可以有效率地吸收至矽基板的內部，可以實效地降低反射率提高轉換效率。一般，經由使用鹼的p型矽基板1的表面的異向性蝕刻，形成任意(random)角錐形狀的織構構造。
又，根據本實施例的太陽電池的製造方法中，有關織構構造的形成方法、形狀，並不特別限制。例如，使用含有異丙醇的鹼性水溶液、主要由氫氟酸、硝酸的混合液形成的酸蝕刻之方法；設置部分開口的光罩(mask)材在p型矽基板1的表面上形成，上述光罩(mask)材介於其間，經由蝕刻在p型矽基板1的表面上得到蜂巢構造、逆角錐形構造的方法；或利用反應性氣體蝕刻(RIE：反應離子蝕刻)的手法等，使用任何手法都不會不便。
其次，投入此p型矽基板1至熱擴散爐，在n型不純物磷(P)的氣體環境下加熱。根據此步驟，p型矽基板1的 表面上低濃度擴散磷(P)，形成以第1濃度包含磷(P)的低濃度不純物擴散區域之第1n型不純物擴散層(以下，稱作第1 n型擴散層)2a，而形成半導體pn接合(第2-3圖，步驟S20)。本實施例中，p型矽基板1在氧氯化磷(POCl3 )氣體環境下，例如以850℃~900℃的溫度加熱，形成第1 n型擴散層2a。在此，為了使第1 n型擴散層2a的表面薄膜電阻為例如80Ω/sq.(歐姆 /平方)左右，調整處理溫度、處理時間、氣體流量以控制加熱處理。
在此，第1 n型擴散層2a形成後的表面上，形成磷(P)的氧化物為主成分的氧化膜之磷玻璃層(摻雜玻璃層)3。本實施例中，不除去此磷玻璃層3，實施次步驟。又，在此，以p型的矽基板上擴散施體(donor)的磷(P)形成n型擴散層之情況為範例說明，而使用n型的矽基板時，使用硼(B)等的受體(acceptor)作為不純物，形成p型擴散層。
其次，覆蓋磷玻璃層3的狀態之第1 n型擴散層2a中，之後形成受光面電極的區域之受光面電極的形成區域中，根據受光面電極的形狀進行雷射照射L。由於此雷射照射L局部加熱第1 n型擴散層2a，磷(P)從磷玻璃層3開始擴散。因此，施加雷射照射L的第1 n型擴散層2a，比雷射照射L前，不純物濃度變更高濃度，比第1濃度高的第2濃度下，變質為含有磷(P)且低電阻化的高濃度不純物擴散區域之第2 n型不純物擴散層(以下，稱作第2 n型擴散層)2b(第2-4圖，步驟S30)。第2 n型擴散層2b形成直到比第1 n型擴散層2a還深的區域。
雷射照射L的前後，p型矽基板1的表面上外觀即使沒變化，根據使用的雷射波長，也對p型矽基板1有損傷。因此，例如使用波長532nm(毫微米)的雷射，通量(fluence)為1.25~2.00(J/cm2 )。如此波長及通量的雷射的話，不用擔心損傷p型矽基板1的表面。
使用雷射的一射出(shot)形狀，例如為300μm(微米)×600μm。此形狀根據安裝雷射裝置的鏡片可能多少變更。例如，具有柵(grid)電極寬度為100μm，匯流排(bus)電極寬度為1.5mm(毫米)的柵電極與匯流排電極之受光面電極形成的情況下，以印刷形成電極時，考慮位置對正的寬裕，以柵電極的形成區域為寬度300μm，匯流排電極的形成區域為寬度2.1mm(600μm×4，重疊寬度100μm)進行。
高濃度不純物擴散區域的第2 n型擴散層2b的光電轉換效率比低濃度不純物擴散區域的第1 n型擴散層2a的光電轉換效率低。因此，p型矽基板1的面方向中，從受光面電極露出的第2 n型擴散層2b區域最好盡量少。但，一般考慮使用的柵電極以及匯流排電極的實際尺寸、受光面電極的印刷位置對正精度、位置對正的寬裕等的情況下，高濃度不純物擴散區域的第2 n型擴散層2b的寬度最小為100μm(0.1mm)左右，最大為4mm左右。第2 n型擴散層2b的最小寬度由柵電極限定，最大寬度由匯流排電極限定。柵電極的寬度未滿100μm時，恐怕會發生電極電阻增加、斷線。匯流排電極的寬度比4mm大時，由於受光面積減少，光電轉換效率下降。
雷射照射後，使用氫氟酸除去磷玻璃層3(第2-5圖，步驟S40)。由於實施以上所述的步驟，具有適於受光部的不純物濃度之第1 n型擴散層2a、以及具有適於受光面電極下部區域的不純物擴散層的不純物濃度之第2 n型擴散層2b所構成的選擇擴散層2。因此，得到由第1導電型層的p型單晶矽構成的p型矽基板1、以及上述p型矽基板1的受光面側上形成的第2導電型層之n型不純物擴散層的選擇擴散層2所構成之pn接合的半導體基板11。
其次，利用水蒸氣氧化或高熱氧化，在選擇擴散層2的表面形成氧化矽膜，作為鈍化膜4(第2-6圖，步驟S50)。因此，第1 n型擴散層2a上與第2 n型擴散層2b上，以不同的膜厚形成氧化矽膜。這是在第1 n型擴散層2a與第2 n型擴散層2b中，根據有無雷射照射，L最表面的磷(P)濃度產生差別。具體而言，施加雷射照射L的第2 n型擴散層2b的最表面磷(P)濃度，變得比未施加雷射照射L的第1 n型擴散層2a的最表面磷(P)濃度低，第2 n型擴散層2b的擴散深度變深。結果，第2 n型擴散層2b上形成的氧化矽膜的膜厚，相較於第1 n型擴散層2a，約薄10%~30%左右。又，圖中，為了方便，畫相同的厚度。
其次，鈍化膜4上，以PECVD法形成氮化矽(SiN)膜(n=2.0)(以下，稱作PECVD-SiN膜)作為反射防止膜5(第2-7圖，步驟S60)。折射率與鈍化膜4的氧化矽膜不同之PECVD-SiN膜形成時，第1 n型擴散層2a上與第2 n型擴散層2b上的氧化矽膜的膜厚差，呈現為干擾色不同。這 是因為第1 n型擴散層2a上與第2 n型擴散層2b上的氧化矽膜的膜厚差，由於其上堆疊PECVD-SiN膜，顯著化呈現為干擾色不同。因此，成為受光區域的第1 n型擴散層2a、以及受光側電極形成區域的第2 n型擴散層2b之間的區域區別，可以視覺捕捉。又，水蒸氣氧化形成的鈍化膜4的氧化矽膜，也有作為一部分反射防止膜5的作用。
在此，使用PECVD-SiN(n=2.0)作為反射防止膜5，根據光學觀點，受光區域的鈍化膜4的氧化矽膜膜厚一定是30nm以下的膜厚。氧化矽膜膜厚比30nm大時，其上堆疊的PECVD-SiN膜厚不論怎麼調整，反射率也比PECVD-SiN單層的反射防止膜高，光電流減少。
反射防止膜5，只要使用折射率與鈍化膜4的氧化矽膜不同的膜，氧化矽膜厚的差就以干擾色呈現。因此，用作反射防止膜5的膜，不限於PECVD-SiN。但是，根據其上堆疊的反射防止膜5的折射率，受光面的氧化矽膜的膜厚容許範圍改變。此時氧化矽膜的膜厚必須確定使用光學模擬。
接著，以網版印刷形成電極。首先，製造受光面電極(燒成前)。即，半導體基板11的受光面之反射防止膜5上，受光面電極的形狀中以網版印刷塗佈包含玻璃介質(Glass Frit)的電極材料膏材之銀膏材6a後，乾燥銀膏材6a(第2-8圖，步驟S70)。銀膏材6a塗佈為例如表面銀柵電極與表面銀匯流排電極構成之受光面電極的梳形的形狀。
其次，半導體基板11的背面，以網版印刷，在背面的 全面塗佈電極材料膏材之鋁膏材9a，並乾燥(第2-8圖，步驟S70)。在此，根據上述干擾色，因為可以視覺明確捕捉第1 n型擴散層2a與第2 n型擴散層2b之間的區域區別，電極材料膏材印刷時位置對正變得容易。
其次，經由半導體基板11的表面及背面的電極膏材例如以600℃~900℃同時燒成，在半導體基板11的表面側，利用銀膏材6a中包含的玻璃材料，反射防止膜5融化期間，銀材料與矽接觸再凝固。因此，得到例如梳形狀表面銀柵電極6以及表面銀匯流排電極7作為受光面電極，確保受光面電極8與半導體基板11的矽之間的導通(第2-9圖，步驟S70)。如此的製程稱作過火(fire through)法。又，圖中只顯示表面銀柵電極6。
又，鋁膏材9a也與半導體基板11的矽反應，得到背面鋁電極9，而且背面鋁電極9的正下方的表層部，形成包含高濃度不純物的p+ 層(BSF(背面電場))10。
之後，經由以雷射隔離(pn分離)，得到SE電池。又，電極材料的膏材配置到半導體基板11的順序，以受光面側與背面側替換也可以。
如第3圖所示，根據上述方法製造的第一實施例的太陽電池，在p型矽基板1的受光面側，形成具有適於受光部的不純物濃度之第1 n型擴散層2a、以及具有適於受光面電極下部區域的不純物擴散層的不純物濃度之第2 n型擴散層2b所構成的選擇擴散層2，而形成具有pn接合的半導體基板11。又，選擇擴散層2上形成氧化矽膜構成的 鈍化膜4，其上形成氮化矽膜(SiN膜)構成的反射防止膜5。
又，半導體基板11的受光面側上，設置複數長形細長的表面銀柵電極6並排，並設置與此表面銀柵電極6導通之表面銀匯流排電極7與上述表面銀柵電極6大致垂直，分別在底面部中電氣連接至第2 n型擴散層2b。於是，以表面銀柵電極6與表面銀匯流排電極7，構成呈現梳形的第1電極之受光面電極8。另一方面，半導體基板11的背面(與受光面相反側的面)，遍及全體設置鋁材料構成的背面鋁電極9作為背面電極，上述背面鋁電極9的正下方的表層部中形成p+層(BSF)10。
第4圖係顯示根據本發明第一實施例的太陽電池的製造方法所製造之太陽電池的表面照片。第4圖中，第1 n型擴散層2a上與第2 n型擴散層2b上的氧化矽膜的膜厚差，由於其上堆疊PECVD-SiN膜，顯著化呈現為干擾色不同，雷射照射區域的第2n型擴散層2b、與未實施雷射照射區域的第1 n型擴散層2a之間的區域區別，可以視覺上確實捕捉。
作為比較對象，如非專利文件2，未經由水蒸氣氧化步驟的習知製程所製造之太陽電池的表面照片顯示於第5圖。第5圖係顯示不經過水蒸氣氧化步驟之習知製程所製造之太陽電池的表面照片圖。第5圖中，雷射照射區域的第2n型擴散層2b、與未實施雷射照射區域的第1 n型擴散層2a之間的區域區別，不太能視覺捕捉。
因此，根據第一實施例的太陽電池的製造方法中，雷 射照射區域變得可以可看見。因此，例如，p型矽基板1的面內的適當場所中，與受光面電極的形成區域的圖案分開獨立2點以上，照射雷射形成對正(alignment)區域。於是，此區域與電極形成區域同樣地，利用水蒸氣氧化或高熱氧化，形成膜厚與第1 n型擴散層2a不同的鈍化膜4。因此，此對齊區域可以用作受光面電極形成時的對正符號。即，印刷受光面電極之際，對正此對正區域，執行位置對正再進行電極印刷即可。
又，鈍化膜4的氧化矽膜的形成方法，除了水蒸氣氧化或高熱氧化之外也有乾燥氧化，但本實施例中適合應用的氧化方法，最好是水蒸氣氧化或高熱氧化。乾燥氧化形成氧化矽膜時，雷射照射部與不照射雷射區域之間的膜厚，也可以產生差異。不過，乾燥氧化的氧化矽膜形成率低。因此，要形成所希望的膜厚(例如，30nm以下)，必須比水蒸氣氧化更高的溫度及更長的時間。
本實施例中，p型矽基板1在氧氯化磷(POCl3 )氣體環境中實施熱擴散，形成第1 n型擴散層2a。此時，p型矽基板1的表面上，存在電氣非活性的磷(P)。於是，此狀態下，經過磷(P)的擴散溫度程度的高溫製程時，活化此非活性的磷(P)的同時，已經活化的磷(P)也深入擴散至p型矽基板1的深處，不純物濃度縱剖面圖(profile)變化。具體而言，不純物濃度縱剖面圖變化，選擇擴散層2的薄膜電阻變得比氧化前低。因此，利用乾燥氧化形成鈍化膜4的氧化矽膜時，選擇擴散層2的薄膜電阻變得比所希望的設 定值低。
相對於此，水蒸氣氧化或高熱氧化中，比磷(P)的擴散溫度低的溫度下，而且短時間內可以形成所希望的膜厚之氧化矽膜。因此，氧化矽膜形成時，可以抑制磷(P)深入擴散至p型矽基板1的深處。又，p型矽基板1表面的磷(P)擴散前，由於被拉入氧化矽膜，可以降低p型矽基板1的表面的磷(P)濃度。
表1中，上述步驟S40為止，對於實施的樣品施行氧化處理時，顯示氧化前後的選擇擴散層2的薄膜電阻測量結果。氧化係在乾燥氧化(850℃，30分鐘)、水蒸氣氧化(850℃，30分鐘)、水蒸氣氧化(800℃，7分鐘)的3條件下實施，分別測量關於5樣品。氧化後的樣品，形成的矽氧化膜以氫氟酸除去再測量。第1 n型擴散層2a形成時的磷(P)的熱擴散，全部以830℃執行。
根據表1可了解，乾燥氧化(850℃，30分鐘)與水蒸氣氧化(850℃，30分鐘)的樣品，無論同溫度、同時間處理，乾燥氧化的話，氧化後的選擇擴散層2的薄膜電阻都 變得比氧化前低。相對於此，水蒸氣氧化的話，選擇擴散層2的薄膜電阻變得比氧化前高。又，水蒸氣氧化的話，溫度降至800℃，還有即使以短時間執行氧化，薄膜電阻變得比氧化前高的效果也未消失。
又，氧化溫度變高時，矽氧化膜的膜厚容易變得比所希望的膜厚還厚，又，處理裝置的消耗電力也增加。因此，水蒸氣氧化或高熱氧化中的處理溫度，最大也是一般使用的磷(P)的擴散溫度850℃為止，可以說是妥當的溫度。調查水蒸氣氧化的資料時，600℃也可以形成氧化膜，但50小時可以形成的膜厚為30nm左右，氧化速度極慢。也根據作為目標的氧化膜厚，本申請書的規格考慮800℃左右為實用溫度的下限。處理溫度800℃的話，20分鐘的處理可以形成30nm膜厚的氧化膜。又，各溫度中的氧化膜厚度係對於裸晶圓的資料，晶圓的電阻率低的話，還有晶圓表面上形成擴散層的話，形成厚的氧化膜。
又，電氣學會著「太陽電池手冊」電氣學會1985年，第46頁中，記述水蒸氣氧化形成的氧化膜以溼蝕刻除去，用以除去表面的高濃度層(dead layer)。不過，實施例的技術與此不同，必須不除去氧化膜而留下。例如，單晶矽太陽電池的反射防止膜中，一般使用PECVD-SiN膜。不過，經由水蒸氣氧化及氧化膜除去，擴散層的表面的磷(P)濃度即使可以下降，由於PECVD-SiN膜與矽界面之間的鈍化特性差，電池特性不反映擴散層的表面的磷(P)濃度下降。
在此，根據HE電池中水蒸氣氧化後的氧化膜有無除 去，說明關於太陽電池的內部量子效率及太陽電池的特性。第6圖係顯示樣品HE電池的概略構成之主要部分立體圖。
第6圖所示HE電池中，p型單晶矽構成的半導體基板101的受光面側經由磷擴散形成n型不純物擴散層102，而形成具有pn接合的半導體基板111。又，n型不純物擴散層102上，形成氮化矽膜(SiN膜)構成的反射防止膜103。又，半導體基板111的受光面側上，設置複數並排之長形細長的表面銀柵電極105，與此表面銀柵電極105導通的表面銀匯流排電極106設置為與表面銀柵電極105大致垂直，分別在底面部電氣連接至n型不純物擴散層102。於是，由於表面銀柵電極105與表面銀匯流排電極106，構成呈現梳形的第1電極之受光面電極104。另一方面，半導體基板111的背面(與受光面相反側的面)上，遍及全體設置鋁材料構成的背面鋁電極107作為背面電極。
HE電池，係根據熟知的方法製造，半導體基板101的受光面側上形成n型不純物擴散層102後，經由水蒸氣氧化形成20nm的氧化矽膜後，半導體基板101分成兩組，其中一組(group)除去氧化矽膜，另一組在氧化矽膜殘留狀態下形成反射防止膜103的PECVD-SiN膜，製造HE電池。又，第6圖中，未顯示氧化矽膜。
如上述的HE電池中，根據有無除去水蒸氣氧化膜的太陽電池特性，在表2顯示開放電壓Voc[V]、短路電流密度Jsc[mA/cm2 ]、填充因子[FF]、內部量子效率(Eff.)[%]。 又，第7-1圖係顯示實施水蒸氣氧化所製造之HE電池中水蒸氣氧化後，根據氧化膜有無除去而產生的內部量子效率變化之特性圖。第7-2圖係顯示第7-1圖中區域A的放大圖。第7-1圖及第7-2圖中，有關水蒸氣氧化後除去氧化矽膜而製造的HE電池、以及水蒸氣氧化後殘留氧化矽膜的狀態下製造的HE電池，顯示光的波長[nm]與內部量子效率之間的關係。
根據表2、第7-1及7-2圖，很清楚地，水蒸氣氧化後除去氧化矽膜時，HE電池中開放電壓(Voc)及對於短波長的光之內部量子效率也下降。因此，為了實現良好的特性，氧化矽膜必須留在HE電池表面上。這在SE電池中也相同。
又，擴散層最表面的磷(P)濃度的降低，不使用水蒸氣氧化也可以變更擴散條件(擴散層的高薄膜電阻化)，實際上非專利文件2中不實施水蒸氣氧化步驟。因此，只是以擴散層的高薄膜電阻化降低擴散層最表面的磷(P)濃度，且與受光面電極的位置對正以另外的方法執行的話，可以省略一個水蒸氣氧化的製程，認為可以實現低成本化。不過，此方法並非有效。原因是，由於SE電池中擴散層的最表面的磷(P)濃度下降，表面再結合速度降低，將得到開放電壓 Voc的特性改善的情況，比起使用水蒸氣氧化只是擴散層高薄膜電阻化的情況，可以以低薄膜電阻實現。
表3係顯示HE電池，以及根據有無實施水蒸氣氧化，HE電池與SE電池之間的開放電壓Voc[mV]的差(△Voc=Voc(SE)-Voc(HE))。Voc(SE)係表示SE電池的開放電壓Voc，Voc(HE)表示HE電池開放電壓Voc，以及△Voc表示Voc(SE)與Voc(HE)之間的差。在此，記述根據SE構造的特性改善效果，因為擴散層最表面的磷(P)濃度下降而引起表面再結合速度降低，在開放電壓Voc中特殊化。
不實施水蒸氣氧化的SE電池中，擴散層的薄膜電阻不上升至120Ω/sq.的話，不能得到4.3mV的Voc改善效果。相對於此，實施水蒸氣氧化的SE電池中，以擴散層的薄膜電阻為90Ω/sq.達到同等的Voc改善效果。據此，可看出水蒸氣氧化引起的受光區域(選擇擴散層)最表面的磷(P)濃度的降低效果，比起只是改變擴散條件實行選擇擴散層的高薄膜電阻化還高。
因為擴散層的薄膜電阻的差表現為電阻損失的差，不實施水蒸氣氧化的情況下，比起實施水蒸氣氧化的情況 下，不增加柵電極的數量時，不能得到高填充因子[FF]。不過，柵電極的數量增加時，雖然得到高填充因子[FF]，由於陰影損失(shading loss)增加，電流減少，還有用以形成柵電極的膏材的需要量也增加。因此，水蒸氣氧化或高熱氧化，從高填充因子、電極材料的觀點來看，也是比起僅僅擴散層的高薄膜電阻化，可以說更具有優點。
如上所述，第一實施例中，用作鈍化膜4之氧化矽膜的厚度在受光區域與電極形成區域中設定差異，其上堆積折射率與氧化矽膜不同之材質，成為反射防止膜5。更詳述的話，形成以雷射照射形成的SE構造(成為受光區域之第1 n型擴散層2a與受光面電極的形成區域之第2 n型擴散層2b)之半導體基板11，經由水蒸氣氧化或高熱氧化的氧化，第2 n型擴散層2b上比第1 n型擴散層2a上形成更薄的氧化矽膜，還有，不除去氧化矽膜，在其上堆積折射率與氧化矽膜不同之其他材質(PECVD-SiN)，成為反射防止膜5。
根據如此的第一實施例，由於受光面電極的形成區域之第2 n型擴散層2b可以視覺捕捉，電極印刷時對受光面電極的形成區域之位置對正變得容易。
又，根據第一實施例，由於可以以更低薄膜電阻實現與僅僅變更擴散條件形成之擴散層的最表面的不純物濃度同等的擴散層，可以減少擴散層中的電阻損失，可以實現高光電效率的太陽電池。即，根據第一實施例，受光區域最表面的磷(P)濃度降低效果，比僅僅變更擴散條件實行擴 散層的高薄膜電阻化更高，由於以更低的薄膜電阻得到同等的改善效果，不易給與曲線因子[FF]不良影響。
又，第一實施例中，由於使用以水蒸氣氧化形成的氧化矽膜作為一部分的反射防止膜5，其上堆積的反射防止膜5(PECVD-SiN)的原料可以減少。
因此，根據第一實施例，成為受光區域的第1 n型擴散層2a與受光面電極形成區域的第2 n型擴散層2b之間的區域在視覺上明確區別，容易對正電極位置的同時，由於受光區域的磷濃度下降，可以提高太陽電池的特性，可以實現電極形成容易且光電轉換特性優異的太陽電池。
[第二實施例]
第8圖係用以說明根據本發明第二實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之流程圖。說明關於第一實施例中雷射照射後，除去磷玻璃的情況，但雷射照射與除去磷玻璃的順序不限定於此。雷射照射與除去磷玻璃的順序相反，即，除去磷玻璃後實行雷射照射也沒關係。
使用氧氯化磷(POCl3 )氣體的熱擴散後，不電氣活化(不活化)的磷(P)存在於矽基板的表面上，此狀態下實行雷射照射時，不活化的磷(P)由於雷射照射活化，已活化的磷(P)擴散至矽基板的更深區域，形成SE構造。其後，對矽基板施行水蒸氣氧化或高熱氧化的話，一面雷射照射部與受光區域中產生氧化膜厚的差異，一面受光區域最表面的磷(P)濃度可以下降，與第一實施例的情況相同，可以製造高光電轉換效率之SE構造的太陽電池。
根據上述第二實施例，與第一實施例相同，成為受光區域的第1 n型擴散層2a與受光面電極形成區域的第2 n型擴散層2b之間的區域在視覺上明確區別，容易對正電極位置的同時，由於擴散層受光區域的磷(P)濃度下降，可以提高太陽電池的特性。因此，可以實現電極容易形成且光電轉換特性優異的太陽電池。
又，形成複數具有上述實施例中說明的構成之太陽電池，鄰接的太陽電池之間電氣串聯或並聯，藉此以簡便的方法，可以實現具有選擇性射極(selective emitter)構造之光電轉換特性優異的太陽電池模組。此時，例如鄰接的太陽電池的一方的受光面電極與另一方的背面電極只要電氣連接即可。
[產業上的利用可能性]
如上述，根據本發明的太陽電池，對於實現電極容易形成且光電轉換特性優異的選擇性射極構造之太陽電池是有用的。
1‧‧‧p型單晶矽基板(p型矽基板)
1b‧‧‧微小凹凸(織構)
2‧‧‧選擇擴散層
2a‧‧‧第1 n型不純物擴散層(第1 n型擴散層)
2b‧‧‧第2 n型不純物擴散層(第2 n型擴散層)
3‧‧‧磷玻璃層(摻雜玻璃層)
4‧‧‧鈍化膜
5‧‧‧反射防止膜
6‧‧‧表面銀柵電極
6a‧‧‧銀膏材
7‧‧‧表面銀匯流排電極
8‧‧‧受光面電極
9‧‧‧背面鋁電極
9a‧‧‧鋁膏材
10‧‧‧BSF(背面電場)
11‧‧‧半導體基板
101‧‧‧半導體基板
102‧‧‧n型不純物擴散層
103‧‧‧反射防止膜
104‧‧‧受光面電極
105‧‧‧表面銀柵電極
106‧‧‧表面銀匯流排電極
107‧‧‧背面鋁電極
111‧‧‧半導體基板
L‧‧‧雷射照射
[第1圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之流程圖；[第2-1圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖；[第2-2圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖； [第2-3圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖；[第2-4圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖；[第2-5圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖；[第2-6圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖；[第2-7圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖；[第2-8圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖；[第2-9圖]係用以說明根據本發明第一實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之主要部分剖面圖；[第3圖]係用以顯示根據本發明第一實施例的太陽電池的概略構成之主要部分立體圖；[第4圖]係顯示根據本發明第一實施例的太陽電池的製造方法所製造之太陽電池的表面照片；[第5圖]係顯示不經過水蒸氣氧化步驟之習知製程所製造之太陽電池的表面照片圖；[第6圖]係顯示樣品HE電池的概略構成之主要部分立體圖；[第7-1圖]係顯示實施水蒸氣氧化所製造之HE電池中水蒸氣氧化後，根據氧化膜有無除去而產生的內部量子 效率變化之特性圖；[第7-2圖]係顯示第7-1圖中區域A的放大圖；[第8圖]係用以說明根據本發明第二實施例的太陽電池的製造步驟的一範例之流程圖；
1‧‧‧p型單晶矽基板(p型矽基板)
2‧‧‧選擇擴散層
2a‧‧‧第1 n型不純物擴散層(第1 n型擴散層)
2b‧‧‧第2 n型不純物擴散層(第2 n型擴散層)
4‧‧‧鈍化膜
5‧‧‧反射防止膜
6‧‧‧表面銀柵電極
7‧‧‧表面銀匯流排電極
8‧‧‧受光面電極
9‧‧‧背面鋁電極
10‧‧‧BSF(背面電場)
11‧‧‧半導體基板

Claims (15)

  1. 一種太陽電池，包括：第1導電型的半導體基板，在一面側上具有第2導電型的不純物元素擴散之不純物擴散層；鈍化膜，由上述不純物擴散層上形成的上述半導體基板的材料之氧化膜所構成；反射防止膜，由折射率與上述氧化膜不同的之透光性材料所構成，形成於上述鈍化膜上；受光面電極，電氣連接至上述不純物擴散層並在上述半導體基板的一面側上形成；以及背面電極，在上述半導體基板的另一面側上形成；其特徵在於：上述不純物擴散層由受光區域且包含第1濃度的不純物元素之第1不純物擴散層、以及上述受光面電極的下部區域且包含比上述第1濃度高的第2濃度的上述不純物元素之第2不純物擴散層所構成；以及上述第2不純物擴散層上的上述鈍化膜的膜厚，比上述第1不純物擴散層上的鈍化膜的膜厚薄。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池，其中，上述半導體基板係矽基板。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的太陽電池，其中，上述第1不純物擴散層與上述第2不純物擴散層的表面為均一的表面狀態。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的太陽電池，其中，上 述表面狀態為織構(texture)構造。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的太陽電池，其中，上述第2不純物擴散層，在上述半導體基板的面方向具有沿著上述受光面電極形狀之形狀，短邊方向的長度在0.1mm(毫米)以上4mm以下。
  6. 一種太陽電池的製造方法，其特徵在於包括下列步驟：第1步驟，在第1導電型的半導體基板的一面側上，以熱擴散法形成第2導電型的不純物元素以第1濃度擴散之第1不純物擴散層、以及以上述第2導電型的不純物元素的氧化物為主成分並覆蓋上述第1不純物擴散層上之不純物元素氧化膜；第2步驟，對上述第1不純物擴散層中受光面電極的形成區域進行雷射照射並局部加熱，藉此選擇性形成第2不純物擴散層，包含比上述第1濃度高的第2濃度之上述不純物元素；第3步驟，在處理溫度範圍為800-850℃下，經由水蒸氣氧化或高熱氧化以氧化上述半導體基板的一面側，在上述第1不純物擴散層上與上述第2不純物擴散層上，以不同的膜厚形成上述半導體基板材料的氧化膜所構成的鈍化膜；以及第4步驟，在上述鈍化膜上的上述第2不純物擴散層上的區域中形成受光面電極；以及第5步驟，在上述半導體基板的另一面側上形成背面 電極。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的太陽電池的製造方法，其中，上述第2步驟之後，除去上述不純物元素氧化膜。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的太陽電池的製造方法，其中，上述第1步驟之後，在除去上述不純物元素氧化膜之後進行第2步驟。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的太陽電池的製造方法，其中，上述第1步驟之後，不除去上述不純物元素氧化膜而進行第2步驟；以及上述第2步驟之後，除去上述不純物元素氧化膜。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的太陽電池的製造方法，其中，上述第1步驟之後，在除去上述不純物元素氧化膜之後進行第2步驟。
  11. 如申請專利範圍第6至10項中任一項所述的太陽電池的製造方法，其中，上述第2步驟中，上述第1不純物擴散層中對至少2個以上的區域進行雷射照射並局部加熱，藉以形成對正區域；上述第3步驟中，在上述對正區域上，形成與上述第1不純物擴散層上不同膜厚的上述鈍化膜；以及上述第4步驟中，利用上述對正區域進行位置對正，形成上述受光面電極。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的太陽電池的製造方法，其中，上述半導體基板係矽基板。
  13. 如申請專利範圍第6至10項中任一項所述的太陽電池的製造方法，其中，上述半導體基板係矽基板。
  14. 一種太陽電池模組，其特徵在於：如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的太陽電池至少2個以上電氣串聯或並聯連接。
  15. 一種太陽電池模組，其特徵在於：如申請專利範圍第5項所述的太陽電池至少2個以上電氣串聯或並聯連接。
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