TWI487132B - 太陽能電池之製造方法及太陽能電池 - Google Patents

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Description

太陽能電池之製造方法及太陽能電池
本發明係關於一種太陽能電池之製造方法及適合用於太陽能電池之技術。
本申請案係基於2011年11月29日提出申請之日本專利特願2011-260064號而主張優先權，並將其內容引用於此。
先前，有藉由將磷或砷等雜質導入至單晶矽基板或多晶矽基板而形成pn接面從而製成太陽能電池之方法。通常已知此種太陽能電池中，若pn接面上所形成之電子及電洞再結合，則轉換效率(發電效率)會降低。因此，提出有一種選擇發射極結構，其係於導入雜質時使導入至與表面電極接觸之部分之雜質之濃度高於其他部分，使無電極之部分中之發射極層為局部高電阻。對於該選擇發射極結構中之雜質之導入，有使用半導體元件之製造中所使用之離子注入，藉由遮罩設定雜質注入區域(離子照射區域)之情形。
進而，為了製成選擇發射極結構而形成表面電極，但為了不使該表面電極之轉換效率降低而將其設置於經離子注入之雜質區域內。
因此，於該等處理中，必需進行使基板位置重疊之對準，有藉由至少基板之2邊使其位置重疊之方法。
又，有藉由使基板周圍接觸等而進行位置對準之情形(專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特表2010-539684號公報
然而，太陽能電池製造用之基板與半導體基板不同，多數情況下其外形規格係相對於一邊為156 mm左右之矩形而言實際上具有大至±500 μm左右之誤差。
又，如此實質上被視為矩形之基板之2邊之角度亦不為90°，相對於應為直角之處而言尺寸公差大至±0.3°。
因此，於雜質注入區域(離子注入區域)與表面電極各自之形成步驟中，可能產生上述500 μm之倍數之1000 μm左右或其以上之誤差。為了不使表面電極自離子注入區域露出，而較離子注入區域相當小地形成表面電極或較表面電極相當大地形成離子注入區域。於此情形時，有由於電極變得過細或多餘之離子注入區域增加而轉換效率降低之問題。
為了解決該問題，亦考慮有於基板上設置2點以上之對準標記，於離子注入與表面電極形成步驟該2個步驟中將該對準標記作為基準而進行處理。藉此能夠以50 μm以下之精度進行對準，但存在形成對準標記之步驟增加，結果導致最欲避免之製造成本增加之問題。
進而，作為外形規格，除一邊為156 mm以外，亦存在一邊為125 mm左右者，於將基板周邊作為基準而進行對準之情形時，有處理位置不同之基板無法應對之問題。有對 應於該等不同規格之基板而欲進行相同處理之要求。
本發明之態樣係欲達成以下之目的。
1.避免製造成本之增加，並且謀求提高複數個步驟間之對準之準確性。
2.即便為外形(輪廓)形狀之尺寸偏差較大之太陽能電池用之基板，亦可維持對準之準確性而進行複數個步驟間之處理。
3.防止雜質區域與表面電極之形成所致之轉換效率之降低。
4.可應對不同大小之規格之基板。
本發明之一態樣之太陽能電池之製造方法之特徵在於：其係製造具有設置於實質為矩形之矽基板上之雜質區域與重疊設置於上述雜質區域內之電極之太陽能電池之方法，其包括形成上述雜質區域之雜質注入步驟、形成上述電極之電極形成步驟、設定上述基板之中心位置作為對於上述雜質注入步驟之處理之基準位置之第1中心對準步驟、及設定上述基板之中心位置作為對於上述電極形成步驟之處理之基準位置之第2中心對準步驟。
第1中心對準步驟中，藉由位於上述基板之被處理面之相反側之攝像機構拍攝基板外形，自藉此所獲得之圖像可運算基板中心位置。
又，第2中心對準步驟中，亦可採用如下方法：藉由位於上述基板之被處理面側之攝像機構拍攝基板外形，自藉 此所獲得之圖像運算基板中心位置。
又，上述雜質注入步驟中，可藉由離子注入而注入雜質。
又，上述電極形成步驟中，較理想為藉由印刷法形成上述電極。
又，上述第1或第2中心對準步驟中，可將上述基板外形之相鄰2邊之特定部分延長而求出頂點，並且以同樣之方式求出其對角位置之頂點，將連結該等2個頂點之直線即對角線之中點定為基板中心位置。
又，上述第1或第2中心對準步驟中，可求出將上述基板外形之相鄰2邊之特定部分延長所得之頂點，同樣地求出與該頂點相鄰之頂點，規定連結該等相鄰之2個頂點之中點，並且亦自其餘2個頂點以對應於上述中點之方式求出對向之邊之中點，又，同樣地求出其餘之對向兩邊之中點，將連結該等對向之兩邊中點之2點之直線彼此相交之點定為基板之中心位置。
又，上述第1或第2中心對準步驟中，有將上述矽基板外形之相鄰2邊與上述對角線相交之角度視為45°之情況。
又，上述第1中心對準步驟中，較佳為經由貫通載置上述基板之支持台之攝像孔拍攝上述基板外形。
本發明之另一態樣之太陽能電池可藉由上述任一記載之方法而製造。
本發明之一態樣之太陽能電池之製造方法係製造具有設置於實質上被視為矩形之基板上之雜質區域與重疊設置於 上述雜質區域內之電極之太陽能電池之方法，其包括形成上述雜質區域之雜質注入步驟、形成上述電極之電極形成步驟、設定上述基板中心位置作為對於上述雜質注入步驟之處理之基準位置之第1中心對準步驟、及設定上述基板中心位置作為對於上述電極形成步驟之處理之基準位置之第2中心對準步驟。
藉此，可於雜質注入步驟與電極形成步驟之間精密地控制雜質區域與電極之形成位置。因此，即便於基板外形產生誤差之情形時，亦可不受此影響而以不會自雜質區域露出之方式形成電極。
又，藉此，可準確地形成相對於具有50~500 μm左右之寬度之雜質區域實質上為相同寬度尺寸之電極。因此，不會導致轉換效率降低而可對應於具有規格不同之大小之基板由相同裝置製造太陽能電池。
上述雜質注入步驟所對應之第1中心對準步驟中，藉由位於基板之被處理面之相反側之攝像機構拍攝基板外形，自藉此所獲得之圖像運算基板中心位置。藉此，可藉由位於基板之相反側之攝像機構(CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)、數位相機等)對接近於雜質注入中所使用之遮罩之注入側之基板面進行拍攝。因此，可於基板整面進行精密之雜質注入處理，並且可設定基板中心位置從而準確地決定處理位置。
又，上述電極形成步驟所對應之第2中心對準步驟中，藉由位於基板之被處理面側之攝像機構拍攝基板外形，自 藉此所獲得之圖像運算基板中心位置。藉此，求出基板中心位置之後，可使基板相對於進行電極形成之遮罩(絲網)等於與遮罩平行、即與基板面平行之方向上移動特定量(距離方向角度等)。藉此，可準確地進行電極形成之定位，從而準確地形成相對於具有50~500 μm左右之寬度之雜質區域實質上為相同寬度尺寸、嚴格而言較雜質區域之寬度尺寸小10 μm左右之寬度尺寸之電極。
又，於上述雜質注入步驟中，藉由離子注入而注入雜質。具體而言，上述雜質之離子導入係藉由來自離子槍之雜質之離子之照射而進行，離子槍係以其離子照射面與配置於處理位置之基板對向之方式設置，將上述基板中心位置作為基準位置而進行離子照射。此時，藉由採用自相對於基板實質上正交之方向照射雜質之離子之構成，可藉由通道效應現象(channeling phenomenon)將雜質之離子自基板表面導入至任意深度之位置為止。因此，較使用塗佈擴散法之情形步驟數較少，而且，使導入至基板內之雜質熱擴散之退火處理時間縮短，從而可提高量產性。又，於導入雜質之離子時，無需質量分離器或加速器等，從而可實現低成本化。
進而，較佳為以如下方式構成：將自離子照射面朝向基板之側設為下，離子槍具備可產生包含雜質之離子之電漿的電漿產生室與設置於該電漿產生室之下端部而構成離子照射面之柵極板，於該柵極板上形成複數個透孔，形成有該透孔之區域大於基板面積，將該柵極板保持為特定電壓 而使電漿產生室內所產生之電漿中之雜質之離子通過各透孔引出至下方。
藉此，僅藉由控制施加於柵極板上之電壓即能夠以高精度控制基板內之雜質之深度或濃度。而且，由於使柵極板之形成有透孔之區域大於基板面積且於基板整面均勻地照射雜質之離子，因此與對基板表面掃描離子束之情形相比，可縮短處理時間，且可實現進一步低成本化。
又，於本發明之另一態樣中，較理想為包括：遮罩，其位於離子照射面與基板之間且局部地遮蔽基板；及移送機構，其使基板之位置相對於該遮罩與離子照射面進退自如且旋轉自如地移動至任意位置。藉此，僅藉由使基板相對於遮罩適當移動即可對基板進行局部之雜質之離子之導入，對選擇發射極結構中之雜質之導入尤其有利。藉此，無需於基板表面上形成遮罩或去除該遮罩等步驟，可進一步提高量產性。
進而，本發明之另一態樣可包括：離子照射處理步驟，其係對太陽能電池用之基板自與該基板對向配置之離子槍之離子照射面照射選自P、As、Sb、Bi、B、Al、Ga及In中之雜質之離子；缺陷修復步驟，其係藉由退火處理而修復因離子照射處理步驟而於基板內所產生之缺陷；及雜質擴散步驟，其係藉由該退火處理使雜質擴散。此處，包含上述基板上雜質之離子所照射之面上具有紋理結構者。
根據本發明之態樣，由於藉由通道效應現象可將雜質之離子自基板表面導入至任意深度之位置為止，因此能夠以 更低之能量注入。藉此缺陷修復(即，再結晶化)用之退火處理時間可較短，進而如上述般用以使雜質擴散之退火處理之時間變短，可提高太陽能電池之量產性。
又，上述電極形成步驟中，藉由印刷法形成電極。藉此，可藉由絲網印刷、噴墨印刷等低成本之方法形成電極。進而，對於印刷位置，於與基板面平行之方向上移動之位置設定基板中心位置，僅移動特定距離及/或特定角度而設定印刷位置，藉此可進行印刷處理時之基板中心位置之設定。
因此，於藉由不同處理機構(處理裝置)進行之雜質注入(離子注入)與電極形成(絲網印刷)之複數個步驟中，分別設定基板中心位置而準確對準，可保證處理位置之準確性。
進而，上述第1或第2中心對準步驟中，將上述矽基板外形之相鄰2邊之特定部分延長而求出頂點，並且以同樣之方式求出其對角位置之頂點，將連結該等2個頂點之直線即對角線之中點定為基板中心位置。藉此，即便為如缺少四角之不具有角之基板，亦可求出其頂點而設定中心位置，從而實現藉由基板中心位置之對準。
進而，於上述第1或第2中心對準步驟中，將上述矽基板外形之相鄰2邊與上述對角線相交之角度視為45°。藉此，即便於基板外形並非準確之矩形(長方形或正方形)之情形時，即，為矩形之4邊歪曲之四邊形，亦可準確地設定相對於基板中心(中心)位置之旋轉位置。
進而，上述第1或第2中心對準步驟中，求出將上述矽基板外形之相鄰2邊之特定部分延長所得之頂點，同樣地求出與該頂點相鄰之頂點，規定連結該等相鄰2個頂點之中點，並且亦自其餘2個頂點以對應於上述中點之方式求出對向之邊之中點，又，同樣地求出其餘之對向兩邊之中點，將連結該等對向之兩邊中點之2點之直線彼此相交之點定為基板之中心位置。藉此，即便於梯形之基板中亦可實現對準。於此情形時，可將連結上述相鄰2個頂點之直線與上述矽基板外形之相鄰2邊所成之角度視為0°。藉此，即便於基板外形並非準確之矩形(長方形或正方形)之情形時，即，為矩形之4邊歪曲之四邊形，亦可準確地設定相對於基板中心(中心)位置之旋轉位置。
又，於上述雜質注入步驟所對應之第1中心對準步驟中，經由貫通載置上述基板之支持台之攝像孔拍攝上述矽基板外形，藉此，藉由設置於處理面之相反側之攝像裝置，即便為載置於支持台上之基板亦可設定其中心。藉此，可於接近於上述遮罩之進行注入處理之處理位置確認基板中心位置及相對於基板之中心之旋轉位置，從而進行準確之位置設定。
本發明之態樣之太陽能電池係藉由上述任一記載之方法製造，藉此不會導致製造成本增加而可製造轉換效率較高之太陽能電池。
根據本發明之態樣，可避免製造成本之增加並且提高複 數個步驟間之對準之準確性。
又，根據本發明之態樣，即便為外形形狀之尺寸偏差較大之太陽能電池用之基板，亦可維持對準之準確性而進行複數個步驟間之處理。
又，根據本發明之態樣，可防止雜質區域與表面電極之形成所致之轉換效率之降低。
又，根據本發明之態樣，可應對不同大小之規格之基板。
以下，根據圖式說明本發明之太陽能電池之製造方法之一實施形態。
圖1係表示本實施形態中之太陽能電池用基板之平面圖，圖2係表示本實施形態中之步驟之流程圖。
於本實施形態之太陽能電池之製造方法中，如圖1、圖7所示般，使用如將不具有角之部分之長度Sy設為20 mm左右之缺少四角之外形之單晶或多晶矽基板作為基板S。可將磷或硼導入至該基板而製造選擇發射極結構之太陽能電池。
再者，於圖7中，為了方便地說明太陽能電池之整體結構，省略形成於太陽能電池之外表面之凹凸形狀之紋理以及覆蓋太陽能電池之受光面及與其對向之背面以外之側面之膜。太陽能電池100係選擇發射極結構之太陽能電池，如圖7所示般，於作為半導體基板之矩形板狀之矽基板S中作為太陽光之受光面之表面Sa上，形成作為雜質元素於基 板S之厚度方向上以特定深度擴散而成之區域之雜質區域101，該雜質區域101上連接有與外部連接之表面電極(電極)103，背面Sb之整個區域連接有與外部連接之背面電極104。
雜質區域101形成為條紋狀，例如設為n型，可包含作為第二導電型之雜質元素之磷(P)及砷(As)等元素。背面電極104所接觸之基板S之至少背面側為雜質區域，該雜質區域可包含作為第一導電型雜質元素之硼(B)、銻(Sb)及鉍(Bi)等元素。
雜質區域101中，以自矽基板S之表面Sa突出之方式形成包含鋁或銀等之電極(指狀電極)103。於雜質區域101及基板S背面側，由矽基板S之受光面Sa入射之光被轉換為電力。
該電力係自連接於各雜質區域101之表面電極103、背面電極104向外部之負載或蓄電裝置取出。
上述矽基板S之整體係藉由氧化矽膜與覆蓋該氧化矽膜之氮化矽膜以使至少電極103之上表面與背面電極104之表面之一部分露出之方式而覆蓋。氮化矽膜之受光面Sa側發揮作為抑制光之反射的反射抑制部之功能。而且，照射至太陽能電池100之表面側之光藉由反射抑制部之反射抑制功能而容易地被收進矽基板S內。又，被收進矽基板S內之光亦藉由形成於受光面Sa之紋理而容易被封閉。而且，被收進矽基板S內之光或被封閉之光藉由雜質區域101及作為雜質區域之基板背面側之光電轉換作用轉換為電力。又， 構成有鈍化膜，該鈍化膜係藉由包含該反射抑制部之上述氧化矽膜與氮化矽膜而抑制水分等雜質對矽基板S之侵入或抑制矽基板S之外表面之機械性損傷等。
本實施形態之太陽能電池之製造方法中，於下述雜質注入步驟S20中，使用圖3、圖4所示之離子注入裝置10進行雜質注入處理。
離子注入裝置10如圖3所示般包含：支持台12，其於處理室11內載置被處理基板S；離子照射機構，其自未圖示之離子源對載置於支持台12上之基板S照射離子；遮罩13，其規定對基板S照射該離子之照射區域；支持台位置設定機構15，其使支持台12可於X-Y-Z方向上及以支持支持台12之支持軸14為中心旋轉任意角度θ；複數個數位相機(攝像裝置)16a、16b，其夾持支持台12且位於遮罩13之相反側；及窗部17，其以使數位相機16a、16b可拍攝到處理室內之方式設置。
支持台12上，如圖3、圖4所示般，設置有貫通載置基板S之底部之至少2處攝像孔12a、12b。
攝像孔12a、12b設置於與位於基板S之對角位置之角部Sc、Sd周邊對應之部分，使基板S位於遮罩13附近，於設為可進行離子注入處理之狀態時，如下述般以經由貫通支持台12之攝像孔12a、12b可拍攝到矽基板S之角部外形(輪廓)之方式進行定位。又，攝像孔12a、12b被設定為均能夠拍攝到識別邊Sg、Sh、Sj、Sk之大小。
支持台12於其中心部由支持軸14支持，支持軸14可藉由 支持台位置設定機構15而驅動，該支持台位置設定機構15可使支持台12於X-Y-Z方向上旋轉θ。
遮罩13係使用如下者：於矽製之板13a上，藉由濺鍍等使氧化鋁等遮蔽膜13b以特定膜厚成膜，於該遮蔽膜13b上，對應於選擇發射極結構而藉由蝕刻等以特定間隔設置線狀之開口13c，將通往該開口13c之透孔13d設置於板13a上。將該遮罩13固定於形成處理室11之上側隔壁。於離子照射時，藉由支持台位置設定機構15調整支持台12相對於遮罩13之位置。
CCD攝像機等數位相機(攝像機構)16a、16b係經由攝像孔12a、12b及窗部17拍攝基板S者，於處理室外部以相對於處理室11固定位置之方式對應於攝像孔12a、12b分別設置一個。
本實施形態之太陽能電池之製造方法中，於下述電極形成步驟S40中，藉由圖6所示之絲網印刷機20使用公知之絲網印刷法進行形成包含Ag之表面電極103之電極形成處理。
絲網印刷機20如圖6所示般，包含絲網23、可相對於該絲網23於進行印刷之印刷位置(虛線)與對準位置(實線)之間移動之支持台22、及CCD攝像機等數位相機(攝像機構)26。絲網印刷機20包含支持台驅動機構，該支持台驅動機構可使載置基板S之支持台22於印刷位置(虛線)與對準位置(實線)之間移動，並且於對準位置，可根據藉由數位相機26所拍攝之資訊而於基板面內方向及角度方向上修 正支持台22之位置。
又，數位相機(攝像機構)26相對於支持台22位於與絲網23相同側。
本實施形態中，太陽能電池之製造方法如圖2所示般包括預處理步驟S00；作為(第1)中心對準步驟S10之基板載置步驟S11、基板攝像步驟S12、中心運算步驟S13、處理位置調整步驟S14；雜質注入步驟S20；作為(第2)中心對準步驟S30之基板載置步驟S31、基板攝像步驟S32、中心運算步驟S33、處理位置調整步驟S34；電極形成步驟S40；及後處理步驟S50。以下，詳細地說明藉由該等步驟所進行之處理。
圖2所示之預處理步驟S00包括於雜質之注入之前所必需之全部步驟，例如基板之清洗等表面處理、抗反射膜、紋理形成、鈍化膜之形成等。
具體而言，矽基板S之受光面Sa及背面Sb分別被分開浸入氫氧化鉀(KOH)水溶液等濕式蝕刻用之蝕刻溶液。藉此，於矽基板S之受光面Sa及背面Sb形成凹凸形狀之紋理。繼而，矽基板S於退火爐中以氧氣環境進行加熱。藉由氧氣環境下之加熱，厚度10 nm左右之氧化矽膜以覆蓋矽基板S之外表面之整體之方式形成。繼而，形成有氧化矽膜之矽基板S於退火爐中以氮氣環境進行加熱。藉此，厚度20 nm左右之氮化矽膜以覆蓋氧化矽膜之外表面之整體之方式形成。
繼而，將矽基板S之受光面Sa側暴露於可形成氮化矽膜 之電漿下。藉此，先前之氮化矽膜上之中僅於矽基板S之受光面Sa側矽氮化物積層而形成上述反射抑制部。再者，反射抑制部中之矽氮化物之膜厚係由矽氮化物之表面抑制自外部所入射之太陽光之反射之膜厚，為70 nm~80 nm。
圖2所示之中心對準步驟S10係用以設定基板中心(中心)位置Sc作為對於雜質注入步驟S20之處理之基準位置之步驟，包括基板載置步驟S11、基板攝像步驟S12、中心運算步驟S13及處理位置調整步驟S14。
於圖2所示之基板載置步驟S11中，於離子注入裝置10之支持台12上載置基板S。此時，為了能夠運算基板中心位置Ss，於能夠藉由數位相機16通過攝像孔12a、12b自下側拍攝到位於對角位置之基板角部Sc、Sd之位置進行位置設定而載置基板S。具體而言，如圖4所示般，能夠以角部Sc位於攝像孔12a，角部Sd位於攝像孔12b之方式載置。又，支持台12如圖3中以實線所示般，被置於下降至相對於遮罩13隔開之位置之基板載置搬出位置。
於圖2所示之基板攝像步驟S12中，藉由複數個數位相機(攝像機構)16a、16b拍攝載置於離子注入裝置10之支持台12上之基板S。具體而言，藉由一個數位相機(攝像機構)16a拍攝位於攝像孔12a之角部Sc，藉由另外一個數位相機(攝像機構)16b拍攝位於攝像孔12b之角部Sd。再者，為了進行攝像處理，於攝像之前，支持台12如圖3中以虛線所示般，上升至接近於遮罩13之離子注入位置。
於圖2所示之中心運算步驟S13中，如圖1所示般，將藉 由數位相機16a、16b所拍攝之圖像進行資料處理，自該圖像資料辨別基板S之外形(輪廓)，以如下之方式運算基板中心位置Ss。
首先，將分別拍攝之位於對角位置之2個角部Sc、Sd之各自之圖像以數位相機16a、16b之位置資訊為基礎進行合成。
繼而，於該合成圖像中，於位於對角位置之2個角部Sc、Sd，分別識別矩形之4邊中相鄰之2邊，其中，將角部Sc附近之識別邊Sg及識別邊Sh識別為直線。將該等直線延長，求出虛擬頂點(頂點)Sm作為其交點。同樣地，將角部Sd附近之識別邊Sj及識別邊Sk識別為直線。將該等直線延長，求出虛擬頂點(頂點)Sn作為其交點。
再者，識別邊Sg、Sh、Sj、Sk均具有能夠運算虛擬頂點Sm、Sn之程度之長度即可。
繼而，算出連結該等虛擬頂點Sm、Sn之直線SL，將該直線SL之中點設定為基板中心位置Ss。又，將作為對角線之直線SL視為與基板S之4邊Sg、Sh、Sj、Sk均以45°相交。
於圖2所示之處理位置調整步驟S34中，於辨別所算出之基板中心位置Ss是否相對於根據遮罩13之位置所規定之事先設定之處理中心發生偏移之後，將支持台12之位置於面內方向上進行調整以使該基板中心位置Ss與處理中心一致。同樣地，於辨別對角線SL是否相對於根據遮罩13之位置所規定之事先設定之處理方向發生偏移之後，將支持台 12之位置於θ方向上旋轉而調整以使該對角線SL與處理方向一致。
藉由以上操作，結束離子注入步驟S20所對應之對準步驟S10。
再者，作為基板S之對準方法，基板中心位置Ss之算出方法並不限定於上述，可使用公知之基板對準方法。
中心對準步驟S10結束，將基板S放置於可進行離子注入之位置後，作為圖2所示之雜質注入步驟S20，進行離子注入處理。
於雜質注入步驟S20中，將處理室11設為設定為真空等之處理環境，對基板S進行通過遮罩13之磷離子之導入(離子照射處理)。此處，於使用包含磷之PH3 (膦)作為導入至作為離子源之電漿產生源之氣體之情形時，離子照射之條件係氣體流量為0.1~20 sccm，輸入至天線之交流電力係將頻率為13.56 MHz之高頻電力設為20~1000 W，施加於柵極板之電壓設定為30 kV，照射時間設定為0.1~3.0 sec。藉此，如圖5A所示般，通過遮罩13之開口13c及透孔13d，於基板S之電極形成區域中導入磷離子而形成雜質區域(n+ 層)101。
以上述方式於基板S上形成雜質區域(n+ 層)層101後，使遮罩13移動至退避位置，成為位於離子照射位置之基板S與離子照射源之柵極板之間無遮罩13之狀態。繼而，於基板S之整面均勻地照射磷離子。於此情形時，將對柵極板之施加電壓變更為5 kV~10 kV，將離子照射時間變更為 0.1~3.0 sec。藉此，如圖5B所示般，於基板S之較淺之位置形成n層102。
繼而，將基板S搬送至未圖示之退火爐而進行退火處理。於此情形時，例如，進行將基板溫度設定為900℃，將處理時間設定為2分鐘之退火處理。藉此，由於離子照射而於基板S上所產生之缺陷被修復(即，被再結晶化)。
圖2所示之中心對準步驟S30係用以設定基板中心位置Ss作為對於電極形成步驟S40之處理之基準位置之步驟，包括基板載置步驟S31、基板攝像步驟S32、中心運算步驟S33及處理位置調整步驟S34。
圖2所示之基板載置步驟S31中，於絲網印刷裝置20中，於位於以圖示左側之實線所示之對準位置之支持台22上載置基板S。
繼而，於圖2所示之基板攝像步驟S32中，藉由數位相機(攝像機構)26拍攝位於對準位置之支持台22上所載置之基板S之整體。再者，為了進行攝像處理，於攝像之前，將支持台22如圖6中以實線所示般退避至與遮罩23隔開之對準位置，因此遮罩23不會妨礙攝像。
圖2所示之中心運算步驟S33中，如圖1所示般，將藉由數位相機26所拍攝之圖像進行資料處理，自該圖像資料辨別基板S之外形(輪廓)，如下述般運算基板中心Ss。
首先，自藉由數位相機26所拍攝之基板S之整體圖像資料，於位於對角位置之2個角部Sc、Sd，分別識別矩形之4邊中相鄰之2邊，其中，將角部Sc附近之識別邊Sg及識別 邊Sh識別為直線。將該等直線延長，求出虛擬頂點(頂點)Sm作為其交點。同樣地，將角部Sd附近之識別邊Sj及識別邊Sk識別為直線。將該等直線延長，求出虛擬頂點(頂點)Sn作為其交點。再者，識別邊Sg、Sh、Sj、Sk均具有能夠運算虛擬頂點Sm、Sn程度之長度即可。
繼而，算出連結該等虛擬頂點Sm、Sn之直線SL，進而，將該直線SL之中點設定為基板中心位置Ss。又，作為對角線之直線SL視為與基板S之4邊Sg、Sh、Sj、Sk均以45°相交。
於圖2所示之處理位置調整步驟S34中，於辨別所算出之基板中心位置Ss是否相對於根據遮罩23之位置所規定之事先設定之處理中心發生偏移之後，於面內方向上調整支持台22之位置以使該基板中心位置Ss與處理中心一致。進而，於辨別對角線SL是否相對於根據遮罩23之位置所規定之事先設定之處理方向發生偏移之後，於θ方向上旋轉而調整支持台22之位置以使該對角線SL與處理方向一致。
藉由以上之操作，結束電極形成步驟S40所對應之對準步驟S30。
再者，作為基板S之對準方法，基板中心位置Ss之算出方法並不限定於上述，可使用公知之基板對準方法。
圖2所示之電極形成步驟S40中，於已進行離子注入處理之基板S上，使用公知之絲網印刷法形成包含Ag之表面電極103。
該步驟中，如圖6所示般，載置有基板S之支持台22藉由 未圖示之支持台驅動機構自對準位置(實線)移動至印刷位置(虛線)，按照由絲網23所規定之圖案形成包含Ag等之表面電極103。
於圖2所示之後處理步驟S50中，藉由在基板S之背面Sb形成包含Al等之背面電極104，可獲得如圖5C所示之選擇發射極結構之太陽能電池。
又，該後處理步驟S50包含電極形成後所必需之全部處理。
於本實施形態中，於雜質注入步驟S20及電極形成步驟S40各自之處理之前，藉由中心對準步驟S10及中心對準步驟S30運算基板中心位置Ss而設定處理位置，因此可精密地控制雜質區域101與電極103之形成位置。藉此，即便於基板S之外形產生誤差之情形時，亦可不受此影響地以不自雜質區域101露出之方式形成電極103。又，可準確地形成相對於具有50~500 μm左右之寬度之雜質區域實質上為相同之寬度尺寸、嚴格而言較雜質區域101之寬度尺寸小10 μm以下左右之寬度尺寸之電極103。因此，不會導致轉換效率降低而可對應於大小規格不同之基板S製造太陽能電池。
本實施形態之中心對準步驟S10中，藉由位於基板S之被處理面Sa之相反側之背面Sb側之攝像機構16a、16b拍攝基板S之外形(輪廓)，自藉此所獲得之圖像資料運算基板中心位置Ss。藉此，於基板S接近於雜質注入中所使用之遮罩13之狀態下，可僅拍攝基板S之角部Sc、Sd而設定基板 中心位置Ss，因此可準確地算定基板S之位置。因此，可準確地決定處理位置，可於基板S整面進行精密之雜質注入處理。
又，本實施形態之中心對準步驟S30中，藉由位於基板S之表面Sa側之攝像機構26拍攝基板S之外形(輪廓)，自藉此所獲得之圖像運算基板中心位置Ss，求出基板中心位置。其後，使基板S相對於進行電極形成之絲網23於與絲網23平行、即與基板S之表面Sa平行之面內方向上移動特定量(距離方向角度等)。藉此，可準確地進行電極形成之定位，因此可準確地形成相對於具有50~500 μm左右之寬度之雜質區域101實質上為相同寬度尺寸、嚴格而言較雜質區域101之寬度尺寸小10 μm左右之寬度尺寸之電極103。
如此，於本實施形態中，於中心對準步驟S10與中心對準步驟S30中，由於將相同之基板中心位置Ss作為基準進行對準，因此可容易地使所注入之位置與形成電極之位置以100 μm以內重疊。且由於未於基板上設置對準標記，因此無需進行所對應之製造步驟，製造成本亦不會上升。
再者，本實施形態之太陽能電池之製造方法係求出2點虛擬頂點，但亦可設為Sc、Sd、Se、Sf之4點，於此情形時，可進而提高對準精度。此時，可自相交於成為對角線之直線SL之另外一條對角線求出基板中心位置Ss。又，自該等4頂點求出複數個中點，自該等中點可求出基板中心位置Ss。
於後者之情形時，於中心運算步驟S13中，如圖9所示般，將藉由數位相機16a、16b所拍攝之圖像進行資料處理，自該圖像資料辨別基板S之外形(輪廓)之後，能夠以如下之方式運算基板中心位置Ss。
首先，將所分別拍攝之位於相鄰位置之2個角部Sc、Se之各自之圖像以數位相機16a、16b之位置資訊為基礎進行合成。繼而，於2個角部Sc、Se之合成圖像中，識別矩形之4邊中相鄰之2邊。將角部Sc附近之識別邊Sg及識別邊Sh識別為直線。將該等直線延長，求出虛擬頂點(頂點)Sm作為其交點。同樣地，將角部Se附近之識別邊Su1及識別邊Sv1識別為直線。將該等直線延長，求出虛擬頂點(頂點)Sp作為其交點。
同樣地，其餘2頂點中，將角部Sd附近之識別邊Sj及識別邊Sk識別為直線。將該等直線延長，求出虛擬頂點(頂點)Sn作為其交點。同時，將角部Sf附近之識別邊Su2及識別邊Sv2識別為直線。將該等直線延長，求出虛擬頂點(頂點)Sq作為其交點。
繼而，算出連結虛擬頂點Sm、Sp之直線之中點Sr1，算出連結虛擬頂點Sq、Sn之直線之中點Sr2。進而，將連結對向之兩邊中點Sr1、Sr2之直線SL1之中點設定為基板中心位置Ss。
再者，識別邊Sg、Sh、Sj、Sk、Su1、Sv1、Su2、Sv2均具有能夠運算虛擬頂點Sm、Sn、Sp、Sq之程度之長度即可。
又，作為對角線之直線SL1與基板S之2邊Sg(Su1)、Sk(Su2)均成90°，即視為正交。
再者，自4頂點求出對應於其餘兩邊之中點St1、St2，亦可將連結該等中點St1、St2之直線SL2之中點設定為基板中心位置Ss。
又，亦可將連結對向之兩邊中點Sr1、Sr2之直線SL1與連結中點St1、St2之直線SL2之交點設定為基板中心位置Ss。
再者，本實施形態之太陽能電池之製造方法適用於如下之太陽能電池100之製造：於基板S之表面Sa上注入雜質而形成n+ 層101，於其上形成表面電極103，於背面Sb之大致整面形成背面電極104，但除此以外亦可適用於背接觸型太陽能電池之製造。
具體而言，如圖8所示般，太陽能電池80係所謂之背接觸型太陽能電池，其係於作為半導體基板之矩形板狀之矽基板81中之背面81b連接有與外部連接之電極82。
更詳細而言，如圖8所示般，於太陽能電池80所具備之矽基板81上，於太陽光之受光面81a及與該受光面81a對向之背面81b上形成有凹凸形狀之紋理。此種矽基板81可為包含單晶矽之基板與包含多晶矽之基板中之任一者。
於矽基板81之背面81b，作為雜質元素自該背面81b於矽基板81之厚度方向上以特定深度擴散而成之區域之P型雜質區域81p及N型雜質區域81n交替地形成。P型雜質區域81p包含作為第一導電型之雜質元素之硼(B)、銻(Sb)及鉍(Bi)等元素。另一方面，N型雜質區域81n包含作為第二導 電型之雜質元素之磷(P)及砷(As)等元素。於P型雜質區域81p及N型雜質區域81n中，包含鋁或銀等之電極82以自矽基板81之背面81b突出之方式形成。P型雜質區域81p及N型雜質區域81n中，由矽基板81之受光面81a入射之光被轉換為電力。繼而，將該電力自連接於各雜質區域81p、81n之電極82向外部之負載或蓄電裝置取出。
上述矽基板81之整體係藉由氧化矽膜83與覆蓋該氧化矽膜83之氮化矽膜84以使至少電極82之突出面82a之一部分露出之方式而覆蓋。氮化矽膜84之受光面81a側較背面81b側膜厚較厚，發揮作為抑制於受光面81a側光之反射的反射抑制部84a之功能。而且，照射至太陽能電池80之表面側之光藉由反射抑制部84a之反射抑制功能而容易地被收進矽基板81內。又，被收進矽基板81內之光亦藉由形成於受光面81a及背面81b上之紋理而容易被封閉。而且，被收進矽基板81內之光或被封閉之光藉由P型雜質區域81p及N型雜質區域81n中之光電轉換作用轉換為電力。又，構成有鈍化膜，該鈍化膜係藉由包含該反射抑制部84a之上述氧化矽膜83與氮化矽膜84而抑制水分等雜質對矽基板81之侵入或抑制矽基板81之外表面之機械性損傷等。
於此種結構之太陽能電池80之製造中，亦可於對應於上述雜質注入步驟S20而形成P型雜質區域81p及N型雜質區域81n之步驟之前，對應於中心對準步驟S10運算基板中心位置Ss，又，亦可於對應於上述電極形成步驟S40之形成電極82之電極形成步驟之前，對應於中心對準步驟S30運 算基板中心位置Ss。藉此，可準確地設定電極及雜質區域之形成位置。
將N型雜質元素與P型雜質元素通過氧化矽膜83與氮化矽膜84注入至矽基板81之背面81b。因此，無需另外於氧化矽膜83或氮化矽膜84上形成用以使雜質元素擴散至矽基板81之貫通孔。因此，與於氧化矽膜83及氮化矽膜84形成貫通孔之方法相比較，可減少用以製造太陽能電池80之步驟數。
於矽基板81之整體形成氧化矽膜83及氮化矽膜84，另一方面於雜質元素所注入之背面81b，使矽氮化物之膜厚相對較薄，藉此使鈍化膜之膜厚相對較薄。因此，可降低雜質元素之注入所必需之加速電壓，並且於矽基板81之受光面81a，可確實地體現鈍化膜之功能。
於矽基板81之外表面之整體形成氧化矽膜83與氮化矽膜84之後，進而僅於受光面81a側積層矽氮化物，藉此使鈍化膜之膜厚於背面81b相對較薄。此處，為了於鈍化膜中形成用以使雜質擴散之貫通孔，必需如形成抑制貫通孔以外之區域變薄之遮罩之步驟與於鈍化膜形成貫通孔之步驟般之至少2個以上之步驟。與此相對，即便為如鈍化膜之形成步驟包含反射抑制部84a之上述方法，亦僅增加鈍化膜之形成步驟。因此，即便為上述方法，與於鈍化膜形成貫通孔之方法相比較，亦可減少製造步驟數。
將背面81b上所形成之氧化矽膜83之膜厚與氮化矽膜84之膜厚之和設為30 nm。因此，通過氧化矽膜83與氮化矽 膜84之對矽基板81之雜質元素之注入可更加確實地進行。
再者，上述實施形態亦可如下述般適當變更而實施。
將上述背面81b側之鈍化膜之厚度、即氧化矽膜83之厚度與氮化矽膜84之厚度之和設為30 nm。並不限定於此，背面81b側之鈍化膜之厚度較佳為設為5 nm以上50 nm以下。
又，背面81b之鈍化膜之厚度尤佳為設為5 nm以上20 nm以下。只要背面81b之鈍化膜之厚度於該範圍內，則可對背面81b進行機械性及化學性之最低限度之保護，即能夠以維持作為太陽能電池80之充分之轉換效率之程度來保護背面81b。此外，由於可使藉由離子束而接受離子注入之鈍化膜之厚度於較佳之膜厚範圍中相對較薄，因此可使對矽基板81之離子注入量相對較多。藉此，由於能夠以相對較短之離子注入處理時間確保充分之離子注入量，因此可縮短太陽能電池80之製造所需之間歇時間(takt time)。
又，若將鈍化膜之厚度設為超過20 nm之厚度，則可於機械性及化學性方面更加確實地保護背面81b。此外，若將鈍化膜之厚度設為50 nm以下，則可更加確實地抑制由於離子束之照射而對矽基板81之損傷變大至影響到太陽能電池80之轉換效率之程度。
亦可使用砷化鎵(GaAs)基板、硫化鎘(CdS)基板、碲化鎘(CdTe)基板、硒化銅銦(CuInSe)基板等化合物半導體基板或有機半導體基板代替矽基板81。
上述實施形態中，於矽基板81之整體形成氧化矽膜83與氮化矽膜84之後，形成N型雜質區域81n與P型雜質區域 81p。並不限定於此，亦可緊接於形成作為鈍化膜之氧化矽膜83後，進行上述各雜質區域81n、81p之形成，其後形成作為其他鈍化膜之氮化矽膜84。
13‧‧‧遮罩
16‧‧‧數位相機(攝像機構)
23‧‧‧絲網(遮罩)
26‧‧‧數位相機(攝像機構)
80‧‧‧太陽能電池
81‧‧‧矽基板
81a‧‧‧受光面
81b‧‧‧背面
81n‧‧‧N型雜質區域(雜質區域)
81p‧‧‧P型雜質區域(雜質區域)
82‧‧‧電極
83‧‧‧氧化矽膜
84‧‧‧氮化矽膜
84a‧‧‧反射抑制部
100‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧雜質區域
103‧‧‧電極
104‧‧‧電極
S‧‧‧矽基板
Sa‧‧‧受光面
Sb‧‧‧背面
Ss‧‧‧基板中心位置
S00‧‧‧預處理步驟
S10‧‧‧中心對準步驟
S11‧‧‧基板載置步驟
S12‧‧‧基板攝像步驟
S13‧‧‧中心運算步驟
S14‧‧‧處理位置調整步驟
S20‧‧‧雜質注入步驟
S30‧‧‧中心對準步驟
S31‧‧‧基板載置步驟
S32‧‧‧基板攝像步驟
S33‧‧‧中心運算步驟
S34‧‧‧處理位置調整步驟
S40‧‧‧電極形成步驟
S50‧‧‧後處理步驟
圖1係表示太陽能電池之製造方法之一實施形態中之基板與基板中心位置之運算方法的平面圖。
圖2係表示太陽能電池之製造方法之一實施形態中之步驟的流程圖。
圖3係表示太陽能電池之製造方法之一實施形態中所使用之離子注入裝置的模式剖面圖。
圖4係表示圖3中之支持台之平面圖。
圖5A係表示太陽能電池之製造方法之一實施形態中之步驟的模式剖面圖。
圖5B係表示太陽能電池之製造方法之一實施形態中之步驟的模式剖面圖。
圖5C係表示太陽能電池之製造方法之一實施形態中之步驟的模式剖面圖。
圖6係表示太陽能電池之製造方法之一實施形態中所使用之絲網印刷裝置的模式剖面圖。
圖7係表示藉由太陽能電池之製造方法之一實施形態所製造之太陽能電池之例的模式剖面圖。
圖8係表示藉由太陽能電池之製造方法之一實施形態所製造之太陽能電池之另一例的模式剖面圖。
圖9係表示基板與基板中心位置之運算方法之另一例之 平面圖。
S00‧‧‧預處理步驟
S10‧‧‧中心對準步驟
S11‧‧‧基板載置步驟
S12‧‧‧基板攝像步驟
S13‧‧‧中心運算步驟
S14‧‧‧處理位置調整步驟
S20‧‧‧雜質注入步驟
S30‧‧‧中心對準步驟
S31‧‧‧基板載置步驟
S32‧‧‧基板攝像步驟
S33‧‧‧中心運算步驟
S34‧‧‧處理位置調整步驟
S40‧‧‧電極形成步驟
S50‧‧‧後處理步驟

Claims (9)

  1. 一種太陽能電池之製造方法，其係製造具有設置於實質為矩形之矽基板上之雜質區域、及重疊設置於上述雜質區域之電極之太陽能電池之方法；且包括形成上述雜質區域之雜質注入步驟、形成上述電極之電極形成步驟、設定上述基板之中心位置作為對於上述雜質注入步驟之處理之基準位置之第1中心對準步驟、及設定上述基板之中心位置作為對於上述電極形成步驟之處理之基準位置之第2中心對準步驟；其中上述第1或第2中心對準步驟中，將上述基板之外形之相鄰2邊之特定部分延長而求出頂點，並且以同樣之方式求出其對角位置之頂點，將連結該等2個頂點之直線即對角線之中點定為基板中心位置。
  2. 一種太陽能電池之製造方法，其係製造具有設置於實質為矩形之矽基板上之雜質區域、及重疊設置於上述雜質區域之電極之太陽能電池之方法；且包括形成上述雜質區域之雜質注入步驟、形成上述電極之電極形成步驟、設定上述基板之中心位置作為對於上述雜質注入步驟之處理之基準位置之第1中心對準步驟、及設定上述基板之中心位置作為對於上述電極形成步驟之處理之基準位置之第2中心對準步驟；其中上述第1或第2中心對準步驟中，求出將上述基板外形之相鄰2邊之特定部分延長所得之頂點，同樣地求出與該頂點相鄰之頂點，決定連結該等相鄰之2個頂點 之中點，並且亦自其餘2個頂點以對應於上述中點之方式求出對向之邊之中點，又，同樣地求出其餘之對向兩邊之中點，將連結該等對向兩邊之中點之2點之直線彼此相交之點定為基板之中心位置。
  3. 如請求項1或2之太陽能電池之製造方法，其中上述第1中心對準步驟中，藉由位於上述基板之被處理面之相反側之攝像機構拍攝基板外形，自藉此所獲得之圖像運算基板中心位置。
  4. 如請求項1或2之太陽能電池之製造方法，其中上述第2中心對準步驟中，藉由位於上述基板之被處理面側之攝像機構拍攝基板外形，自藉此所獲得之圖像運算基板中心位置。
  5. 如請求項3之太陽能電池之製造方法，其中上述雜質注入步驟中，藉由離子注入而注入雜質。
  6. 如請求項4之太陽能電池之製造方法，其中上述電極形成步驟中，藉由印刷法形成上述電極。
  7. 如請求項1之太陽能電池之製造方法，其中上述第1或第2中心對準步驟中，將上述基板外形之相鄰2邊與上述對角線相交之角度視為45°。
  8. 如請求項2或7之太陽能電池之製造方法，其中上述第1中心對準步驟中，經由貫通載置上述基板之支持台之攝像孔拍攝上述基板外形。
  9. 一種太陽能電池，其特徵在於：其係藉由如請求項1或2之方法而製造者；且 重疊設置於上述雜質區域之上述電極之寬度係小於上述雜質區域之寬度，且重疊設置於上述雜質區域之上述電極之上述寬度與上述雜質區域之上述寬度之差在10μm以下。
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