TWI548101B - 太陽電池及太陽電池之製造方法 - Google Patents

太陽電池及太陽電池之製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI548101B
TWI548101B TW104108927A TW104108927A TWI548101B TW I548101 B TWI548101 B TW I548101B TW 104108927 A TW104108927 A TW 104108927A TW 104108927 A TW104108927 A TW 104108927A TW I548101 B TWI548101 B TW I548101B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
texture
solar cell
film
single crystal
substrate
Prior art date
Application number
TW104108927A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201543702A (zh
Inventor
古畑武夫
白柳裕介
Original Assignee
三菱電機股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機股份有限公司 filed Critical 三菱電機股份有限公司
Publication of TW201543702A publication Critical patent/TW201543702A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI548101B publication Critical patent/TWI548101B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

太陽電池及太陽電池之製造方法
本發明係關於基板表面具有紋理(texture)構造的太陽電池及太陽電池之製造方法。
為了效率良好地吸收太陽光，太陽電池必需極度地減小基板的表面的光反射率，而藉由蝕刻(etching)於基板的表面形成有稱為紋理(texture)的凹凸構造。
紋理係指形成於由單晶矽(silicon)基板等所成的基板的表面的微小凹凸的總稱，使用於鹼性(alkali)水溶液加上異丙醇(isopropyl alcohol)等的添加劑的鹼性蝕刻液，藉由單晶矽基板的蝕刻而形成。此係利用蝕刻不會對於特定的結晶方位進展之異方性蝕刻技術，蝕刻單晶矽基板的(100)面，以形成矽結晶安定的(111)面所成的微小的金字塔(pyramid)構造。專利文獻1中提案一種利用如此的金字塔構造的太陽電池。其結果，抑制受光面側的反射而可吸收更多的太陽光，因而可製作光電變換率高的太陽電池。
再者，專利文獻2提案一種太陽電池，於受 光面、基板的側面、及背面周邊端部起2mm以下為止的區域形成紋理，以有效的吸收來自基板周邊的光。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利公報 特許4188483號
專利文獻2：日本專利公報 特許4557772號
為了獲得變換效率更高的太陽電池，降低受光面側的反射；以及降低受光面、背面上之使載體(carrier)去活化的表面缺陷形為重要。為了同時在受光面側與背面側滿足這些要求，在各個面形成適當的紋理即為課題。
然而，上述專利文獻1及2的方法係對於單晶矽基板(100)面進行蝕刻，而為：A、於受光面與背面具有幾乎相同尺寸(size)的紋理之構造；或者，B、除了背面周邊端部起2mm以下的區域之外，背面未形成有紋理之構造，之任一構造。
A的情況時，為了抑制受光面的反射而將紋理尺寸(texture size)最適化，而背面亦以其尺寸形成紋理。B的情況時，除了端部起2mm之外，背面未受到削刻而維持(100)面 的原樣。如此的受光面及背面的表面中缺陷的降低並不充分，因此降低此缺陷即成為課題。
本發明係有鑑於此而研創者，其目的在於獲得一種變換效率高的太陽電池，降低表面缺陷，且形成可降低受光面側的反射之適當的紋理。
為了解決上述課題並達成目的，本發明的太陽電池中，具備：單晶矽基板，具有第一及第二主面；pn接合，形成於單晶矽基板；以及第一及第二電極，以挾持pn接合之方式形成；其中於第一主面形成具有倒金字塔狀的紋理；於基板的第二主面形成具有正金字塔狀的紋理。並且，第一及第二主面的紋理之中，成為受光面側的第一主面的金字塔底面的一邊的長度的平均值，係短於第二主面的金字塔底面的一邊的長度的平均值。
依據本發明，即可獲得一種變換效率高的太陽電池，降低表面缺陷，且形成可降低受光面側的反射之適當的紋理。
1‧‧‧n型單晶矽基板
1A‧‧‧受光面
1B‧‧‧背面
1TA‧‧‧倒金字塔狀紋理
1TTA‧‧‧正金字塔狀紋理
1TB‧‧‧正金字塔狀紋理
1TBT‧‧‧倒金字塔狀紋理
2‧‧‧p型擴散層
2i‧‧‧非晶矽i層
2p‧‧‧非晶矽p層
3‧‧‧n型擴散層
3i‧‧‧非晶矽i層
3n‧‧‧非晶矽n層
4i‧‧‧非晶矽i層
5i‧‧‧非晶矽i層
6‧‧‧氮化矽膜
7‧‧‧氮化矽膜
8‧‧‧第一集電電極
9‧‧‧第二集電電極
14‧‧‧透光性導電膜
15‧‧‧透光性導電膜
20‧‧‧氮化矽膜
21‧‧‧氧化矽膜
D‧‧‧正金字塔狀紋理的凸出的頂點
E‧‧‧倒金字塔狀紋理的凹下的頂點
F‧‧‧金字塔的底面
h‧‧‧針孔
Ro‧‧‧外表面側直徑
Ri‧‧‧基板表面側直徑
Ra‧‧‧電極形成部
第1圖係顯示本發明的實施型態1之太陽電池的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。
第2圖係顯示本發明的實施型態1之太陽電池的紋理構造的說明圖，(a)係紋理的上面示意放大圖，(b)係紋理的剖面圖，(c)係紋理的立體圖。
第3圖係顯示本發明的實施型態1之太陽電池的金字塔狀的紋理構造的說明圖，(a)係紋理的上面示意放大圖，(b)係紋理的剖面圖，(c)係紋理的立體圖。
第4圖(a)至(d)係顯示本發明的實施型態1之太陽電池之製造方法的製程剖面圖。
第5圖係顯示本發明的實施型態1之太陽電池之製造方法的流程圖(flowchart)。
第6圖係為了說明實施型態1之太陽電池的特性而顯示未有凹凸的平坦基板表面之相異結晶面的衰退期(life time)的比較圖。
第7圖係為了說明實施型態1的太陽電池的特性而顯示相異金字塔形狀的衰退期的比較圖。
第8圖係為了說明實施型態1的太陽電池的特性而顯示倒金字塔形狀之反射率與紋理尺寸的對應關係之圖。
第9圖係為了說明實施型態1的太陽電池的特性而顯示倒金字塔形狀之相異的底面的一邊的長度與衰退期的比較圖。
第10圖係顯示本發明的實施型態2之太陽電池的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。
第11圖(a)至(d)係顯示本發明的實施型態2之太陽電池之製造方法的製程剖面圖。
第12圖係顯示本發明的實施型態2之太陽電池之製造方法的流程圖。
第13圖係顯示本發明的實施型態3之太陽電池的示意 圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。
第14圖係顯示本發明的實施型態3之太陽電池的電極形成前的狀態之圖。
第15圖係顯示本發明的實施型態3之太陽電池的金字塔形狀與特性之間的關係之圖。
第16圖係顯示本發明的實施型態3之太陽電池的金字塔紋理尺寸與特性之間的關係之圖。
第17圖係本發明的實施型態4之太陽電池的SiN膜的針孔(pinhole)的重點放大圖。
第18圖係顯示本發明的實施型態4之太陽電池的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。
第19圖(a)至(d)係顯示本發明的實施型態4之太陽電池之製造方法的製程剖面圖。
第20圖係顯示本發明的實施型態4之太陽電池之製造方法的流程圖。
第21圖係顯示本發明的實施型態5之太陽電池的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。
第22圖(a)至(e)係顯示本發明的實施型態5之太陽電池之製造方法的製程剖面圖。
第23圖係顯示本發明的實施型態5之太陽電池之製造方法的流程圖。
以下，參照圖式詳細說明本發明之太陽電池及其製造方法的實施型態。又，本發明不受此實施型態的 限定，在不脫逸其要旨的範圍內可適當地變化。另外，以下的圖式中，為了容易理解，各層或各構件的比例等係與實際有相異的情況，各圖式之間亦相同。即使是平面圖，為了易於觀看圖式而有繪示陰影(hatching)的情況。
實施型態1.
第1圖係顯示本發明之太陽電池的實施型態1的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。第2圖係顯示倒金字塔狀的紋理構造的說明圖，(a)係紋理的上面示意放大圖，(b)係紋理的剖面圖，(c)係紋理的立體圖。第3圖係顯示金字塔狀的紋理構造的說明圖，(a)係紋理的上面示意放大圖，(b)係紋理的剖面圖，(c)係紋理的立體圖。第4圖(a)至(d)係顯示同太陽電池之製造方法的製程剖面圖，第5圖係顯示同太陽電池之製造方法的流程圖。在此，使用n型單晶矽基板1作為單晶矽基板。此n型單晶矽基板1係以(100)面作為表面。又，亦可使用p型的基板來取代此n型單晶矽基板1。此太陽電池係於構成受光面1A之第一主面，形成有由(111)面所成的倒金字塔構造的紋理1TA。於構成背面1B之第二主面側，形成有尺寸較受光面1A大的由(111)面所成的正金字塔構造的紋理1TB。此由(111)面所成的凹凸構造亦對於(100)面，以55°的角度形成。精確而言，此角度係54.75°。
為了反射的防止，或者為了因散射造成之基 板內的光路長度的增大，將以(100)面作為受光面及背面1A、1B之n型單晶矽基板1蝕刻，藉以形成凹凸構造亦即紋理。藉此，在受光面1A形成有尺寸較背面1B小的由(111)面所成之倒金字塔構造的凹凸構造。由(111)面所成的凹凸構造係對於(100)面以55度的角度形成。
尺寸較大係指比較形成於受光面側的金字塔構造的底面面積的平均值與形成於背面側的金字塔構造的底面面積的平均值時，平均值較大的意思。或者，比較底面一邊的長度的平均值時，平均值較大的意思。
倒金字塔係如第2圖(a)至(c)所示，由四角形的底面與一個頂點構成之四角錐來切穿表面之形狀，一個頂點係構成基板表面的凹部的尖端。另一方面，正金字塔係如第3圖(a)至(c)所示，表面為由四角形的底面與一個頂點構成之四角錐的形狀，前述一個頂點係構成基板表面的凸部的尖端。又，這些紋理並未必是等間隔的整齊排列。另外，紋理的尺寸通常係不均勻地形成。D係表示正金字塔狀紋理的凸出的頂點，E係表示倒金字塔狀紋理的凹下的頂點，F係表示金字塔的底面。
在此，正金字塔、倒金字塔的兩方係由異方性蝕刻而形成。單晶矽係蝕刻速度於(111)面較(100)面慢而難以蝕刻。利用此蝕刻速度的相異，從(100)面蝕刻單晶矽時，隨著蝕刻的進行，會顯現難以蝕刻的(111)面，而可成為各式各樣的形狀。若維持其狀態繼續進行蝕刻，雖會形成正金字塔狀的紋理，但若由形成於遮罩的針 孔h進行蝕刻，則會成為倒金字塔狀。
對此，本實施型態中，如後所述，於受光面1A側先形成密度小且包含針孔h的氮化矽膜，由針孔h進行異方性蝕刻，藉以獲得倒金字塔形狀。
本實施型態1的太陽電池係使用n型單晶矽基板1作為基板，於受光面1A側及背面1B側形成有倒金字塔狀的紋理1TA及正金字塔狀的紋理1TB。並於受光面1A側形成有p型擴散層2，於背面1B側形成有n型擴散層3。且外側被覆有實質為本徵(intrinsic)非晶矽類薄膜的非晶矽i層4i、5i。並且形成有氮化矽膜6、7。並於受光面1A及背面1B側設有第一及第二集電電極8、9。
又，在基板內表面附近，於受光面側形成p型擴散層2，以形成與基板的pn接合，於背面1B側形成n型擴散層3，以藉由背面電場(back surface field；BSF)效應來收集載體，惟，相反地，亦可於受光面1A側形成n型擴散層3，於背面側形成p型擴散層2。
另外，n型單晶矽基板1的受光面1A側、背面1B側，分別具備為了修復基板表面的缺陷而形成的薄膜層之本徵非晶矽膜，亦即非晶矽i層4i、5i。又，此薄膜層亦可考量其他氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁(aluminum)膜或組合該等元素構成之膜、可保有具產生之載體的引入或驅離效果的電荷之絕緣膜等。
又，受光面1A側的薄膜層亦有發揮防止入射之太陽光反射的作用之情況。另外，在非晶矽i層4i、 5i的上層，於基板兩面形成有氮化矽膜6、7作為第二薄膜層。此係進一步地具有修復基板表面的缺陷之效果，以及受光面側的反射防止之效果。惟，亦可不形成作為第二薄膜層的氮化矽膜6、7。並且，第一及第二集電電極8、9係以電性連接於基板之方式形成。
接著，說明本實施型態1的太陽電池之製造方法。n型單晶矽基板1(100)面係從晶棒(ingot)切片(slice)而切出。切斷面係經研磨使表面平坦。再者，因切斷面殘留有結晶的歪曲，故在損傷(damage)除去步驟(step)S101中，用HF+HNO3、NaOH等的蝕刻液，將表面蝕刻10至20μm左右。另外，以藉由吸除(gettering)來除去基板內的雜質為較佳。吸除可舉例將磷(phosphorus)熱擴散，使雜質偏析於所形成的磷玻璃層之方法。
接著，形成紋理。紋理蝕刻用的遮罩以下稱為紋理蝕刻用遮罩(mask)。本實施型態中，首先，在紋理蝕刻用遮罩的形成步驟S102中，如第4圖(a)所示，在n型單晶矽基板1的受光面1A側，形成膜密度為2.3g/cm3之80nm的SiN膜20作為耐蝕刻膜。SiN膜20的成膜係用電漿CVD法並利用SiH4氣(gas)與NH3氣。SiH4氣的流量定為40sccm，NH3氣的流量定為20sccm，在壓力100Pa、基板溫度170℃、及RF功率(power)密度1.5W/cm2的條件下形成。SiN膜係氮化矽膜，惟在此係表示可有效地作為耐蝕刻膜而經調整組成之膜，以下統稱為SiN膜。
膜密度係以1.5至2.5g/cm3為較佳。若過高， 則無法在之後的蝕刻於SiN膜形成針孔，若過低，則SiN膜20本身將被蝕刻而消失。
另外，亦可積層膜密度相異的SiN膜20。於形成60nm的膜密度為1.5g/cm3的SiN之後，形成20nm的膜密度為2.5g/cm3的SiN。藉此，可充分地防止SiN膜20因蝕刻而消失，並增加SiN的針孔h的數量而可增大紋理尺寸。
以依此獲得的SiN膜20作為遮罩，如第4圖(b)所示，在紋理蝕刻步驟S103中，於鹼性溶液之5重量%濃度的氫氧化鈉(sodium)中混合添加劑之異丙醇2wt%，以80℃將n型單晶矽基板1蝕刻20分鐘。鹼性溶液係亦可用氫氧化鉀(potassium)等其他的鹼性材料水溶液。添加劑係只要可適度地阻礙矽基板表面的蝕刻反應者即可，可舉例如乙二醇(ethylene glycol)、丁醇(butanol)等。另外，亦可不用添加劑。
藉由此方法，在背面1B側，利用基板的(100)面與(111)面的蝕刻率相異之異方性蝕刻，即可如第3圖(a)至(c)所示，藉以形成由(111)面所形成之正金字塔構造的紋理1TB。
另一方面，受光面1A側係於SiN膜形成微小的針孔，藥液係通過其針孔h滲透而蝕刻基板，如第2圖(a)至(c)所示，藉以於基板形成倒金字塔構造的紋理1TA。另外，可縮小此金字塔的底面面積的大小，亦即可縮小紋理尺寸縮小。
可縮小紋理尺寸的理由係由於對於基板的蝕刻的開始係因被覆於基板上的SiN膜20的阻礙之效果而遲緩，因此，基板的蝕刻量減少，其結果，金字塔形狀的底面面積變小，亦即紋理尺寸縮小。
若基板蝕刻量減少則可縮小金字塔的底面面積的理由，反向來思考若基板的蝕刻量增加則可增大底面面積的理由時即可容易理解。首先，於基板上形成微小的凹凸，此凹凸的蝕刻量增加，蝕刻進展時，將會蝕刻至基板的較深處，並與相鄰的凹凸連結。如此，凹凸的尺寸會增大，金字塔的底面面積會增大。依此，相反地，若基板蝕刻量減少，則可縮小金字塔的底面面積。
金字塔的底面一邊的長度的平均值，以在受光面係0.5μm以上2.0μm以下，在背面係2.0μm以上10.0μm以下為較佳。此係可有效地在受光面抑制入射的太陽光反射，且可有效地在背面側抑制缺陷之尺寸。依此，在受光面側較背面側縮小金字塔的底面的尺寸，在背面側增大金字塔的底面的尺寸，可提升太陽電池的輸出特性。
如此，紋理蝕刻結束後，在紋理蝕刻用遮罩除去步驟S104中，將紋理蝕刻用遮罩除去。
然後，在受光面側的p型擴散層的形成步驟S105中，於n型單晶矽基板1的受光面1A側形成p型擴散層2。p型擴散層2係以常壓CVD成膜含有硼(boron)B之氧化膜之後進行退火(anneal)，藉由固相擴散而形成。然後，以氟酸(hydrofluoric acid)HF除去不再需要之含B 氧化膜。
接著，如第4圖(c)所示，在背面側的n型擴散層的形成步驟S106中，於n型單晶矽基板1的背面1B側形成n型擴散層3。n型擴散層3係以常壓CVD成膜含有磷P之氧化膜之後進行退火(anneal)，藉由固相擴散而形成。然後，以氟酸HF除去不再需要之含P氧化膜。
之後，在受光面側及背面側的第一薄膜形成步驟S107中，於n型單晶矽基板1的兩面形成非晶矽i層4i、5i，作為有效降低表面缺陷的薄膜層。藉由電漿(plasma)CVD法，SiH4氣的流量定為60sccm，在壓力100Pa、基板溫度130℃、及RF功率密度0.1W/cm2的條件下形成。膜厚係1nm至50nm左右為較佳。
作為薄膜層的非晶矽i層4i、5i，除此之外，亦可為矽氧化膜，藉由電漿CVD法，SiH4氣的流量定為60sccm，H2氣的流量定為60sccm，CO2的流量定為60sccm，在壓力100Pa、基板溫度170℃、及RF功率密度0.1W/cm2的條件下形成。膜厚係30nm。膜厚係以1nm至100nm左右為較佳。
矽氧化膜的形成方法，除了電漿CVD法之外，另有以藉由電漿將氧氣分解之氧基將矽基板氧化之方法，在大氣壓中流通1000℃的O2氣1000sccm並利用熱將矽基板氧化之方法等。惟，利用熱的情況時，因對於基板的熱損，可能會增大基板內部的缺陷。
如此的方法中，於基板(111)面上形成作為 薄膜層的非晶矽i層4i、5i，抑制薄膜層的磊晶(epitaxial)成長，藉此可更降低基板表面的缺陷。
接著，在受光面側及背面側的第二薄膜層形成步驟S108中，如第4圖(d)所示，形成作為第二薄膜層的氮化矽膜6、7。氮化矽膜的成膜係用電漿CVD法並利用SiH4氣與NH3氣。SiH4氣的流量定為40sccm，NH3氣的流量定為20sccm，在壓力100Pa、基板溫度450℃、及RF功率密度1.5W/cm2的條件下形成。膜厚係50nm。
接著，在金屬電極形成步驟S109中，於受光面1A側及背面1B側，藉由網版(screen)印刷，用Ag膏形成Ag以作為第一及第二集電電極8、9。Ag膏係使用Ag粒子與樹脂黏結劑(binder)所成的導電膏(paste)。此外，亦可用噴墨(ink jet)、銅線接著、噴附等方法。
然後，為了連接n型單晶矽基板1與第一及第二集電電極8、9，在燒成步驟S110中，以700℃進行退火10秒鐘。藉此，Ag係在受光面1A側擴散於氮化矽膜6、非晶矽i層4i，在背面1B側擴散於氮化矽膜7、非晶矽i層5i，形成與基板的連接。
如此，完成實施型態1的太陽電池。
依據此太陽電池，在受光面1A側形成倒金字塔狀的紋理1TA，藉此可減少基板表面的缺陷。另一方面，在背面1B側，使正金字塔狀的紋理1TB，其金字塔底面一邊的長度較受光面增長，亦即增大紋理尺寸，藉此可降低基板表面的缺陷。其結果，可作成高品質的太陽電池， 可提升太陽電池的輸出。
以下，就顯示此構造的效果之實驗結果而言，說明衰退期與反射率結果。衰退期係在已形成紋理的基板或未形成紋理的基板中，對於基板兩面形成薄膜層的試料進行評估。就評估法而言，使用微波光電傳導衰變法(Microwave Photo Conductive Decay；μ-PCD)。μ-PCD法係對於在樣品(sample)表面照射波長為904nm的雷射光(laser)而使其產生之載體的減少速度，利用在另一方對於試料照射10GHz的微(micro)波的試料產生的反射率進行測定。衰退期值係反映載體的再結合速度，顯示越高數值的試料，可謂缺陷密度越少。
第6圖中顯示在未有凹凸的平坦基板表面中，表面的結晶面相異的基板的評價結果。在(111)面上形成薄膜層之基板，其衰退期改善。亦即，相較於(100)面，在(111)面係具有降低表面缺陷之效果。由此可知，如本實施型態，從(100)面的基板利用異方性進行蝕刻成金字塔形狀而顯現出(111)面，可有效地降低表面缺陷。
可降低缺陷的理由係由於在(100)面上，於其上形成之薄膜層變得容易磊晶成長，且其磊晶層係與基板的交界面的修復效果低之故。另一方面，在(111)面上磊晶成長受到抑制，其結果，相較於(100)面上，在(111)面與薄膜層交界面改善了缺陷修復效果，可降低缺陷。另外，Si結晶的構造上，因(111)面的表面懸空鍵(dangling bond)，亦即原子間的未結合鍵較少，故可降低缺陷。
第7圖中顯示比較倒金字塔構造的紋理與正金字塔構造的紋理之衰退期的評估結果。此時，金字塔底面的一邊係1μm的情況。相較於正金字塔，作成倒金字塔構造的紋理時衰退期係有改善。依此，將受光面側的表面形狀作成倒金字塔構造的紋理形狀，可更降低缺陷。
此理由係因相較於正金字塔構造的紋理，倒金字塔構造的紋理至其金字塔構造完成為止，蝕刻基板的量較少，因此，可獲得更平坦的(111)表面，而可降低表面的缺陷。
第8圖中顯示倒金字塔構造的紋理中，反射率與紋理尺寸的對應關係。又，正金字塔的情況亦有相同的傾向。受光面的反射率可藉由縮小紋理尺寸，亦即縮短金字塔底面的一邊的長度而降低。此係表示基板的蝕刻已進行達產生紋理尺寸大的形狀，相較於紋理尺寸較小者，所形成的紋理的(111)面粗糙，其結果，認為反射會增大。亦即，相反地，紋理尺寸小者，表面的(111)面的粗糙較少，而可更抑制反射。由此可知，受光面側中，紋理尺寸較小者，有助於太陽電池的輸出改善。
第9圖中顯示倒金字塔構造的紋理中之衰退期與紋理尺寸的對應關係。又，正金字塔構造的紋理的情況亦有相同的傾向。依據圖表(graph)，底面的一邊的長度越長，亦即紋理尺寸越大，衰退期越高，依此，在背面側，紋理的金字塔構造尺寸較受光面側大，而可更降低缺陷。
此理由係表示紋理尺寸大即意指凹下部分的密度亦即單位面積中凹下部分的比例小的意思。凹下部分係二個面交界的交界線，因此相較於平面，缺陷較多。另外，在凹下部中，薄膜層的基板表面的修復效果低，難以減少薄膜層與基板表面的交界面的缺陷。因此，以增大紋理尺寸來降低凹下部分的密度，其結果，可降低缺陷。
由以上的觀點，藉由上述基板兩面的紋理構造，亦即藉由在受光面之紋理尺寸較小的倒金字塔構造抑制入射光的反射並且降低基板表面的缺陷，而藉由在背面側使紋理尺寸大於受光面而可降低基板表面的缺陷。其結果，可作成高品質的太陽電池，因而可提升太陽電池的輸出。
又，上述構造的擴散型太陽電池中，亦可使背面側具有倒金字塔狀的紋理。
實施型態2.
第10圖係顯示本發明的實施型態2之太陽電池的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。第11圖(a)至(d)係顯示同太陽電池之製造方法的製程剖面圖。第12圖係顯示同太陽電池之製造方法的流程圖。相對於實施型態1的太陽電池係受光面1A側為倒金字塔構造的紋理，背面側為尺寸較小的正金字塔構造的紋理，本實施型態中，使受光面側、背面側皆具有倒金字塔構造的紋理之點係相異。另外，本實施型態的太陽電池係異質 (hetero)接合型的太陽電池。關於其他的構成，係與實施型態1的太陽電池相同。對於同一部位附記同一符號。
在此亦與實施型態1的太陽電池同樣地，使用n型單晶矽基板1作為單晶矽基板。n型單晶矽基板1係以(100)面作為表面。又，亦可使用p型的基板來取代此n型單晶矽基板1。太陽電池係於構成受光面1A之第一主面，形成有由(111)面所成的倒金字塔構造的紋理1TA。於構成背面1B之第二主面側，形成有尺寸較受光面1A大的由(111)面所成的倒金字塔構造的紋理1TBT。由(111)面所成的凹凸構造亦對於(100)面，以55°，精確而言係54.75°的角度形成。
如此，相對於實施型態1的太陽電池，實施型態2的太陽電池係於背面側亦具備倒金字塔的紋理1TBT之點，以及pn接合為由薄膜形成之異質接合型的太陽電池之點相異。
金字塔的底面一邊的長度，若取其平均，則在受光面1A側係0.5μm以上2.0μm以下，在背面1B側係2.0μm以上10.0μm以下。為了亦在背面側獲得倒金字塔形狀的紋理，亦在基板背面側形成膜密度低的SiN膜作為耐蝕刻膜之後蝕刻基板。惟，較形成於受光面1A側的SiN膜，形成密度低的SiN膜。膜厚係80nm左右。藉此，相較於受光面，因背面側形成SiN膜的膜密度低的SiN膜，而形成較多的SiN膜的針孔h，對於基板的蝕刻量增加，其結果，相較於受光面側，可形成具有較大的紋理底面的 倒金字塔的紋理。
如此，可藉由使背面側為尺寸較大且為倒金字塔構造而降低缺陷，其結果，可提升太陽電池的輸出。
本實施型態的太陽電池中，分別於n型單晶矽基板1的受光面1A側、背面1B側具備透光性導電膜14、15以作為用以修復基板表面的缺陷的薄膜層。
另外，於n型單晶矽基板1的受光面1A側，形成非晶矽i層2i、及用以形成pn接合的非晶矽p層2p，以取代p型擴散層2。因基板內部未形成擴散層而於薄膜層之上形成導電型層，相較於在基板內部形成擴散層，可降低基板的缺陷。另外，因形成非晶矽i層2i，藉由此薄膜層亦即非晶矽i層2i，可降低基板與導電型層的交界面的缺陷。其結果，可提升太陽電池的輸出。
在背面1B側，於薄膜層之非晶矽i層3i之上，具備藉由背面電場(back surface field；BSF)效應而有收集載體效果的n型矽層3n。又，相反地，亦可於受光面側配設n型矽層，而於背面側配設p型矽層。
並且，為了載體收集及反射防止，再於此上層，於受光面1A側具備透光性導電膜14，並為了載體收集而於背面1B側具備透光性導電膜15。
透光性導電膜14、15就材料而言，可使用SnO2、In2O3、ZnO、CdO、CdIn2O4、CdSnO3、MgIn2O4、CdGa2O4、GaInO3、InGaZnO4、Cd2Sb2O7、Cd2GeO4、CuAlO2、CuGaO2、SrCu2O2、TiO2、Al2O3等，或亦可使用將該等積層而形成之 透光性導電膜。另外，就摻雜物(dopant)而言，可使用選自Al、Ga、In、B、Y、Si、Zr、Ti、F、Ce之一種以上的元素。
並且，更分別具備用以與透光性導電膜14、15電性連接之第一及第二集電電極8、9。
接著，說明本實施型態2的太陽電池之製造方法。與實施型態1的情況相同地，n型單晶矽基板1(100)面係從晶棒切片而切出。切斷面係經研磨使表面平坦化。再者，因切斷面殘留有結晶的歪曲，故在損傷除去步驟S201中，用HF+HNO3或NaOH等的蝕刻液，將表面蝕刻10至20μm左右。此製程係與實施型態1的步驟S101相同。
接著，形成紋理。首先，在紋理蝕刻用遮罩的形成步驟S202中，如第11圖(a)所示，在n型單晶矽基板1的正面與背面兩面，形成80nm的SiN膜20作為耐蝕刻膜。SiN膜20的成膜係使用與實施型態1同樣的電漿CVD法，以同樣的條件形成。
膜密度係與實施型態1相同地，以1.5至2.5g/cm3為較佳。若過高，則無法在之後的蝕刻於SiN膜20形成針孔，若過低，則SiN膜20本身將被蝕刻而消失。本實施型態中，相對於實施型態1，在背面側亦形成用以形成倒金字塔的紋理的耐蝕刻膜之點係相異。
另外，與實施型態1同樣地，亦可積層膜密度相異的SiN膜20。
本實施型態中，為了在背面1B側亦獲得倒金字塔構造的紋理，而在基板的背面1B側形成SiN膜20之後蝕刻基板。惟，於背面1B側形成較形成於受光面1A側的SiN膜20的密度低的SiN膜20。膜厚係80nm左右。藉此，相較於受光面1A，因背面1B側形成SiN膜的膜密度低的SiN膜，而形成較多且較大的SiN膜的針孔h。因此，蝕刻基板之際，對於基板的蝕刻量增加，其結果，相較於受光面側，可形成具有較大的紋理尺寸的倒金字塔構造的紋理。
此構成中，與實施型態1同樣地，於鹼性溶液之5重量%濃度的氫氧化鈉中混合添加劑之異丙醇2wt%，以80℃將n型單晶矽基板1蝕刻20分鐘，以形成紋理。藉由此紋理蝕刻步驟S203，如第11圖(b)所示，於構成受光面1A之第一主面形成倒金字塔構造的紋理1TA，並且，於構成背面1B之第二主面，形成尺寸較受光面1A大的由(111)面所成的倒金字塔構造的紋理1TBT。鹼性溶液不限於氫氧化鈉，亦可用氫氧化鉀等的鹼性溶液。添加劑係只要可適度地阻礙矽基板表面的蝕刻反應者即可，可舉例如乙二醇、丁醇等。另外，因可通過SiN膜20的針孔h形成倒金字塔構造的紋理，故亦可不用添加劑，而有不使用添加劑亦可形成紋理之優點。
藉由此方法，在受光面1A側及背面1B側，利用基板的(100)面與(111)面的蝕刻率相異之異方性蝕刻，即可如第2圖(a)至(c)所示，藉以形成由(111) 面所形成之倒金字塔構造的紋理1TA。
如此，受光面1A側係較背面1B側可使金字塔的底面面積的大小縮小，亦即可使紋理尺寸縮小。
可縮小紋理尺寸的理由係由於對於基板的蝕刻的開始係因被覆於基板上的密度較高、膜厚較大的SiN膜20的阻礙之效果而遲緩。因此，基板的蝕刻量減少，其結果，如前所述，金字塔形狀的底面面積變小，亦即紋理尺寸縮小。另一方面，在背面側中，因形成密度較低、膜厚較薄的SiN膜20，而容易形成開口，金字塔底面的尺寸會增大。
在此，金字塔的底面一邊的長度的平均值，亦以在受光面係0.5μm以上2.0μm以下，在背面係2.0μm以上10.0μm以下為較佳。此係可有效地在受光面抑制入射的太陽光反射，且可有效地在背面側抑制缺陷之尺寸。依此，在受光面側較背面側縮小金字塔的底面的尺寸，在背面側增大金字塔的底面的尺寸，可提升太陽電池的輸出特性。
如此，紋理蝕刻結束後，如第12圖所示，在紋理蝕刻用遮罩除去步驟S204中，與實施型態1同樣地，將紋理蝕刻用遮罩除去。
之後，在受光面側及背面側的非晶矽i層形成步驟S205S1中，於n型單晶矽基板1的受光面1A側及背面1B側形成非晶矽i層2i、3i，作為有效降低表面缺陷的薄膜層。藉由電漿CVD法，SiH4氣的流量定為60sccm， 在壓力100Pa、基板溫度130℃、及RF功率密度0.1W/cm2的條件下形成。非晶矽i層2i的膜厚係10nm。非晶矽i層2i的膜厚係1nm至50nm為較佳。
接著，在受光面側的非晶矽p層形成步驟S205S2中，如第11圖(c)所示，形成非晶矽p層2p。在此，藉由電漿CVD法，SiH4氣的流量定為40sccm，B2H6氣的流量定為50sccm，在壓力100Pa、基板溫度170℃、RF功率密度0.1W/cm2的條件下形成。在此，B2H6氣係在H2氣中含有1%。又，非晶矽p層2p的膜厚係10nm。非晶矽p層2p的膜厚係1nm至40nm的範圍為較佳。
再者，在背面側的非晶矽n層形成步驟S206S中，形成非晶矽n層3n。在此，藉由電漿CVD法，SiH4氣的流量定為40sccm，PH3氣的流量定為50sccm，在壓力100Pa、基板溫度170℃、及RF功率密度0.1W/cm2的條件下形成。在此，PH3氣係在H2氣中含有1%。又，非晶矽n層3n的膜厚係10nm。非晶矽n層3n的膜厚係1nm至40nm的範圍為較佳。
之後，在受光面側及背面側的透光性導電膜形成步驟S207S中，如第11圖(d)所示，於n型單晶矽基板1的受光面1A側及背面1B側，形成透光性導電膜14、15。在此，使用氧化銦(indium)，形成方法係使用直流磁控濺鍍法(Magnetron Sputtering)。基板溫度180℃，Ar氣的流量定為70sccm，O2氣的流量定為5sccm，在壓力0.7Pa、RF功率密度8W/cm2的條件下形成。在此，O2氣係在Ar氣中 含有5%。透光性導電膜14、15的膜厚係10至200nm。
最後，在受光面側及背面側的金屬電極形成步驟S209中，形成金屬電極以作為第一及第二集電電極8、9。第一及第二集電電極8、9只要與透光性導電膜14、15連接即可，可藉由鍍覆法形成金屬電極。或者，亦可藉由網版印刷，用Ag膏形成Ag之集電電極後，以150℃進行以降低Ag的電阻及降低與透光性電極的接觸電阻為目的之退火60分鐘。
本實施型態中，在n型單晶矽基板1內部未形成p型擴散層2，而在作為薄膜層的非晶矽i層之上形成作為導電型層之非晶矽n層3n。
藉由上述構造將具有以下的效果：第一、相較於在n型單晶矽基板1內部形成擴散層，可減少基板的缺陷。第二、藉由薄膜層，亦即非晶矽i層2i，可減少n型單晶矽基板1與導電型層之非晶矽p層2p的交界面的缺陷。亦即，於非晶矽p層2p與n型單晶矽基板1之間具備由非晶矽i層2i所成的薄膜層。此非晶矽i層2i係具有減少缺陷的效果，可減少由非晶矽p層2p與n型單晶矽基板1形成之交界面，亦即pn接合領域的缺陷。藉此，相較於在基板內部製作pn接合之構造，可降低在pn接合領域的載體的再結合。第三、相較於n型單晶矽基板1的帶隙(bandgap)，非晶矽i層2i的帶隙較大，因此，非晶矽i層2i係具有抑制載體的流動之效果。相較於非晶矽p層2p，具有更多載體的n型單晶矽基板1的載體欲流向非晶 矽p層2p表面之際，藉由之間的非晶矽i層2i，抑制非晶矽p層2p表面的載體的增加。如此，於背面側形成紋理尺寸大的紋理時，特別是在位於背面側之非晶矽p層2p表面缺陷多，因此，原本載體容易再結合，但因載體的增加受到抑制，而可抑制於此的載體的再結合。由以上的三個理由，可提升太陽電池的輸出。
另外，依據上述方法，僅調整耐蝕刻膜的密度即可控制紋理尺寸，製造極為容易。
又，本實施型態中，亦可如實施型態1，於第二主面形成正金字塔構造的紋理。此時，不於第二主面形成耐蝕刻膜而可藉由蝕刻基板來形成。
另外，前述實施型態2的紋理構造，當然亦可適用於如實施型態1的擴散型太陽電池等其他構造的太陽電池。
另外，關於前述實施型態1、2之任一者的紋理構造，藉由使第一或第二主面內具有耐蝕刻膜的密度的分布，而亦可適用於使紋理尺寸具有面內分布之構造。依據此構成，可使聚光性具有分布特性，適用於積體型的太陽電池的情況時，亦可對應於構成pn接合之機能膜的膜質分布進行調整，使光電變換電流均勻。
又，前述實施型態1、2之任一者皆使用氮化矽膜作為耐蝕刻膜，惟，耐蝕刻膜不限定於氮化矽膜，當然地亦可因應蝕刻條件而使用縮小膜密度的氧化矽膜或樹脂膜等其他材料。
再者，前述實施型態1、2中，蝕刻製程中，利用對應耐蝕刻膜的膜密度形成針孔h之技術，將此耐蝕刻膜用於紋理蝕刻的遮罩，惟，亦可有別於用以形成紋理的蝕刻製程，另外進行蝕刻，而於耐蝕刻膜形成針孔h。或者，亦可於成膜時，以可形成針孔h的成膜條件來形成耐蝕刻膜。
實施型態3.
第13圖係顯示本發明之太陽電池的實施型態3的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。相對於實施型態1的太陽電池中，受光面1A側之第一主面具有p型擴散層，背面1B側之第二主面具有n型擴散層，在本實施型態中，受光面1A之第一主面側具有n型擴散層3、及背面1B之第二主面側具有非晶矽i層2i及非晶矽p層2p之點相異。關於其他的構成，係與實施型態1的太陽電池相同，受光面1A側為倒金字塔構造的紋理，背面1B側為尺寸較大的正金字塔構造的紋理。另外，本實施型態的太陽電池係異質接合型的太陽電池。關於其他的構成，係與實施型態1的太陽電池相同。對於同一部位附記同一符號。
又，第14圖係顯示第13圖(a)及(b)所示之本實施型態之太陽電池的電極形成前的狀態之剖面圖。接著，注目於受光面1A與背面1B的紋理的關係，對於紋理的大小、金字塔的形狀進行特性的比較及評估。亦 即，進行了衰退期及光的吸收量的評估。光的吸收量係評估了長波長的1100nm，此長波長的1100nm係有效於在提高單晶矽基板1之光的吸收時提升太陽電池的效率。照射波長1100nm的光，並測定該光的反射與穿透，從入射量減算反射量與穿透量，藉以求取吸收量。吸收量越多，則太陽電池的電流增大，效率提升。第15圖中顯示比較金字塔形狀之結果。不論任一情況，受光面1A側及背面1B側的紋理尺寸TA、TB皆設為受光面1A側較小，背面1B側較大。衰退期係不受到受光面1A側的形狀的影響，而背面1B側的形狀為正金字塔時係比倒金字塔時增加。另一方面，吸收量係於受光面1A側為倒金字塔且背面1B側為正金字塔的構造時為最大。依此，由統合衰退期與吸收量之觀點來看，受光面1A為倒金字塔，背面1B為正金字塔的構造時，最能獲得特性的提升。
接著，將此構造，亦即，受光面1A為倒金字塔、背面1B為正金字塔的構造中，紋理尺寸的檢討結果，顯示於第16圖。衰退期a係不受到受光面1A的紋理尺寸TA的影響，而於背面1B的紋理尺寸TB增大時增加。另一方面，吸收量係於受光面1A的紋理尺寸TA小，背面1B的紋理尺寸TB大時增加。由此可知，由統合衰退期與吸收量之觀點來看，受光面1A的紋理尺寸小，背面1B的紋理尺寸TB大的情況，最能獲得特性的提升。
對此，實現了：受光面1A具有倒金字塔形狀的紋理；背面1B具有正金字塔形狀的紋理；受光面1A 的紋理尺寸TA較小；及背面1B的紋理尺寸TB較大之基板表面構造。使用第14圖的太陽電池用基板構造，於受光面1A側形成氧化矽膜21、氮化矽膜6、第一集電電極8，於背面1B側形成透光性導電膜15、第二集電電極9，藉此完成第13圖(a)及(b)所示的太陽電池。
就上述構造的效果而言，藉由受光面1A具有倒金字塔、小尺寸的紋理構造，減少了單晶矽基板1的表面形態(morphology)，亦即，表面的膨脹收縮，其結果，實現了光的反射的降低。
另外，藉由背面具有正金字塔、大尺寸的紋理構造之效果，以及於基板兩面構成背面側正金字塔與受光面1A側倒金字塔之相異形狀的金字塔構造之效果，實現了在背面1B藉由多重反射造成之反射的增大。
再者，因背面1B的紋理尺寸大的正金字塔紋理構造的單晶矽基板1上構成非晶矽i層2i，而利用交界面的折射率相異造成之效果獲得了反射增大的效果。
另外，因背面1B側的紋理尺寸大的正金字塔紋理構造的單晶矽基板1上構成非晶質矽i層2i，非晶矽i層2i的結晶性改善，其結果，可獲得抑制載體的再結合之效果。
亦即，藉由第13圖(a)及(b)所示之太陽電池的構造，實現了兼顧反射效果造成之光的吸收的增大以及抑制載體的再結合之效果。其結果，太陽電池特性的電壓、電流提升，而可提升太陽電池的輸出。
再者，亦可於形成於受光面1A之氮化矽膜6形成針孔。此時，可直接利用用於作成倒金字塔的紋理形狀之SiN膜，亦即氮化矽膜，因此，可使得製程簡化。
再者，特性亦由於以下所述理由而提升。亦即，為了有效地發揮反射防止的機能，必需將氮化矽膜6的折射率控制於空氣的折射率1.0與矽基板的折射率4.0之間。氮化矽膜6的折射率可藉由氮化矽膜的針孔來控制。
亦即，例如，無針孔的氮化矽膜的折射率為2.1，但隨著針孔數增加，或者針孔的大小增大，其折射率可降低至1.5。為了紋理形成而浸漬於鹼性溶液的SiN膜係有越靠近表面側針孔越大的傾向。此係因為越靠近表面側，鹼性溶液越長時間地接觸於針孔。
另一方面，SiN膜20的厚度方向深處的針孔h係因至形成針孔h為止的時間較長，故與鹼性溶液的接觸時間短。因此，如第17圖的重點放大剖面圖所示，SiN膜的針孔h係越靠近外表面側，相較於基板表面側的直徑Ri，直徑Ro會變得越大，SiN膜20的折射率係連續地從基板表面側向外表面側沿著膜厚方向增加。如此，將折射率連續變化的SiN膜20配置作為反射防止膜，可更提高反射防止之效果。
如以下所述，SiN膜20的針孔h雖為圓柱狀的孔，但其大小係直徑1μm以下，5nm以上，且越靠近外表面側的直徑Ro，其直徑越大。
又，外表面側的直徑Ro若大於1μm，則與 入射光的波長成為同程度，反射防止之效果降低。另一方面，外表面側的直徑Ro若小於5nm，則難以使氮化矽膜的折射率變化而無法獲得連續變化的氮化矽膜。另外，相較於反射防止膜形成於表面整體，除了氮化矽膜的針孔h的圖樣邊緣(pattern edge)的散射之外，更藉由蝕刻橫向侵入氮化矽膜下部而造成複雜化的基板表面的形狀，致使散射效果會增大。
藉由配置經過上述方式控制氮化矽膜的折射率之SiN膜作為反射防止膜，可提高反射防止效果及散射效果，受光光量會增大。另外，因反射防止膜為氧化矽膜21與氮化矽膜6之二層構造，故更可提高缺陷修復效果。其結果，太陽電池的光電變換電流與電壓增大，輸出提升。
實施型態4.
接著，說明本發明的實施型態4。第18圖(a)及(b)係顯示本發明的實施型態4之太陽電池的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。本實施型態的太陽電池其特徵在於不除去用於紋理形成之SiN膜20而用以作為反射防止膜。第19圖(a)至(d)係顯示同太陽電池之製造方法的製程剖面圖，第20圖係顯示同太陽電池之製造方法的流程圖。
本實施型態中，因不除去紋理形成製程中用以作為遮罩之SiN膜20而用以作為反射防止膜，而與實施型態1的太陽電池在下述之點相異：於受光面1A側保留 具有作為紋理形成用之遮罩之開口亦即針孔h之SiN膜20之點；以及受光面1A側係形成n型擴散層3，並且背面1B側係形成作為第一薄膜層之非晶矽i層2i、非晶矽p層2p之點。
製造之際，如第20圖的流程圖所示，不實施實施型態1中以第5圖說明之紋理蝕刻用遮罩的除去步驟S104，而實施n型擴散層的形成步驟S105S。
第19圖(a)及(b)係與實施型態1中之第4圖(a)及(b)幾乎相同，惟，在第19圖(c)中，於紋理蝕刻製程用以作為遮罩之SiN膜20保留之狀態下，實施受光面側的n型擴散形成步驟S105S，形成n型擴散層3，並且，接著藉由背面側的非晶矽i層形成步驟S106S，形成非晶矽i層2i。此時，亦可於受光面1A側表面形成氧化矽層，惟，在此係省略。
並且，藉由背面側的非晶矽p層形成步驟S107S，於非晶矽i層2i上形成非晶矽p層2p。之後，如第19圖(d)所示，藉由第二薄膜層形成步驟S108S，於背面1B側形成第二薄膜層之透光性導電膜15。並且，經受光面側及背面側的金屬電極形成步驟S109及燒成步驟S110，形成第18圖(a)及(b)所示的太陽電池。
藉由如以上而形成之太陽電池，與實施型態3中的說明同樣地，將於作為紋理蝕刻用遮罩而發揮機能之際而形成有針孔h的SiN膜20作為反射防止膜，而成為配置折射率連續變化的SiN膜20作為反射防止膜，可更提 高反射防止效果與散射效果。
本實施型態中，與第17圖所示重點放大圖同樣地，SiN膜的針孔h係圓柱狀的孔，惟其大小係直徑1μm以下、5nm以上，且越靠近外表面側的直徑Ro，其直徑越大。
又，基板表面側的直徑Ri若大於1μm，則與入射光的波長成為同程度，反射防止之效果降低。另一方面，基板表面側的直徑Ri若小於5nm，則難以使氮化矽膜的折射率變化而無法獲得連續變化的氮化矽膜。另外，相較於反射防止膜形成於表面整體，除了在氮化矽膜的針孔h的圖樣邊緣的散射之外，藉由蝕刻橫向侵入氮化矽膜下部而造成複雜化的基板表面的形狀，散射效果會增大。
藉由配置如此控制氮化矽膜的折射率的SiN膜作為反射防止膜，可提高反射防止效果及散射效果，受光光量增大。其結果，太陽電池的光電變換電流增大，輸出提升。
又，孔係以孔徑在外表面側大於第一主面之受光面1A側為較佳。亦即，Ro>Ri。另外，孔係從受光面1A起於膜厚方向形成直徑1μm以下、5nm以上的圓柱狀的孔，且隨著越靠近外表面側，孔徑越大。如此的孔形狀係可藉由蝕刻製程中的蝕刻液的橫向侵入效果而容易形成。再者，藉由使氮化矽模的膜密度從受光面1A起隨著越靠近外表面側而越減小等使膜質、膜組成改變，可容易獲得隨著越靠近外表面側孔徑越大的形狀。並且，膜本身 的折射率亦漸漸變小而會更增大反射防止效果。
上述實施型態中，單晶矽基板係第一導電型，僅於單晶矽基板的第二主面的本徵非晶矽層上形成第二導電型的非晶矽層。亦即，於背面1B側形成pn接合，此pn接合係隔著非晶矽i層而形成，可獲得結晶性優良的pn接合界面，提升光電變換特性。
又，前述實施型態中，背面1B側係形成第二導電型的非晶矽層，而形成異質接合型的pn接合，惟，與實施型態1同樣地，背面1B側亦可為第二導電型的擴散層。
實施型態5.
接著說明本發明的實施型態5。第21圖(a)及(b)係顯示本發明之太陽電池的實施型態5的示意圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。相對於實施型態1中受光面1A側的全面構成為倒金字塔構造的紋理，實施型態5中，受光面1A側之位於第一集電電極8之下的領域Ra為正金字塔構造。關於其他的構成，因與實施型態1相同，故在此省略說明。
藉由此構造，第一集電電極8與n型單晶矽基板1之間的接觸(contact)電阻降低。此係因正金字塔形狀中Si的突部係向外側突出，在其突部與第一集電電極8的接觸點，會有電場增加的效果，其結果，使得接觸電阻降低。因此，藉由電阻的降低效果，太陽電池的輸出會 提升。
在此說明本實施型態的太陽電池之製造方法。第22圖(a)至(e)係顯示同太陽電池之製造方法的製程剖面圖，第23圖係顯示同太陽電池之製造方法的流程圖。與實施型態1同樣地，為了於受光面側的單晶矽基板1形成倒金字塔構造的紋理而形成SiN膜20。接著，實施型態5中，在受光面1A側的第一集電電極8之下的領域Ra的單晶矽基板1上，僅除去欲形成正金字塔之領域的SiN膜20。之後，以與實施型態1同樣的方法進行鹼性處理以形成紋理。藉此，於受光面1A側未有SiN膜20的領域形成正金字塔構造的紋理1TTA，並形成受光面1A側的第一集電電極8。如此，藉由將第一集電電極8配置於形成正金字塔構造的紋理1TTA之領域，可實現實施型態5的構造。
亦即，首先，在第22圖(a)中，與實施型態1同樣地，實施損傷除去步驟S101。
接著，在受光面側紋理蝕刻用遮罩的形成步驟S102S中，形成SiN膜20，形成受光面1A側的紋理蝕刻用遮罩。
接著，如第22圖(b)所示，在電極形成部的開口步驟S303中，於電極形成部Ra形成開口。
並且，如第22圖(c)所示，在紋理蝕刻步驟S304中，除了受光面1A側的電極形成部Ra以外形成為倒金字塔構造，而於受光面1A側的電極形成部Ra及背 面1B形成正金字塔構造的紋理。在紋理蝕刻步驟S304中，於作為紋理蝕刻用遮罩之SiN膜20形成針孔h，於電極形成部Ra以外的領域形成倒金字塔構造的紋理。另一方面，於電極形成部Ra，與背面1B同樣地形成正金字塔構造的紋理。
並且，與實施型態1同樣地，經由紋理蝕刻用遮罩的除去步驟S104，如第22圖(d)及(e)所示，實施受光面側的p型擴散層的形成步驟S105至第二薄膜層的形成步驟S108。
並且，與實施型態1同樣地執行金屬電極形成步驟S109及燒成步驟S110，而獲得第21圖所示的太陽電池。
如以上的說明，依據上述各實施型態的太陽電池，由於在受光面1A之第一主面形成倒金字塔狀的紋理，因此可抑制反射，並且可降低表面的缺陷，另外，由於在第二主面之背面1B側形成尺寸較受光面1A大的紋理，因此，可在背面1B側獲得充分的反射性，且可更降低受光面1A側的缺陷。其結果，可獲得提升太陽電池的輸出之效果。
又，前述實施型態中係使電極形成部Ra整體形成正金字塔構造的紋理，惟，亦可僅使一部分形成正金字塔構造的紋理，由於突出部亦存在於一部分中，因此燒成第一集電電極8之際，從突出部進行燒結穿透(fire through)而提升第一集電電極與受光面1A側的導電型領 域的接觸性。
另外，前述實施型態1至5之任一者皆使用單晶矽基板，惟，雖不可否認地會產生紋理形狀的不均，但亦可適用於多晶矽基板等其他結晶類矽基板。另外，雖說明了用SiN膜作為耐蝕刻膜，惟，亦可適當的變更為SiN膜與SiO膜的積層膜，或金屬膜等，而不限於SiN膜。
另外，前述實施型態中已就太陽電池進行了說明，惟，亦可適用於以影像感測器(image sensor)等的感光元件為首之各種光電變換裝置(device)，而不限於太陽電池。
再者，實施型態1、3、4、5中記載為第一主面具有倒金字塔構造的紋理，第二主面具有正金字塔構造的紋理，實施型態2中記載為第一及第二主面皆具有倒金字塔構造的紋理，惟，形成於此單晶矽基板上之太陽電池的構造，亦可適用於擴散型、異質接合型、僅於一側的主面形成電極之背面引出型等任意的構造。
在此已說明了本發明的複數個實施型態，惟這些實施型態僅提示作為實施例而並非用以限定發明的範圍。這些新穎的實施型態能夠以其他各式各樣的型態來實施，在不脫逸發明的要旨的範圍內，可進行各種的省略、置換、變更。這些實施型態或其變化等係包含於發明的範圍、要旨中，並且，亦包含於申請專利範圍中記載之發明及其均等的範圍。
1‧‧‧n型單晶矽基板
1A‧‧‧受光面側
1B‧‧‧背面側
1TA‧‧‧倒金字塔狀紋理
1TB‧‧‧正金字塔狀紋理
2‧‧‧p型擴散層
3‧‧‧n型擴散層
4i‧‧‧非晶矽i層
5i‧‧‧非晶矽i層
6‧‧‧氮化矽膜
7‧‧‧氮化矽膜
8‧‧‧集電電極
9‧‧‧集電電極

Claims (13)

  1. 一種太陽電池，具備：單晶矽基板，具有第一及第二主面；pn接合，形成於前述單晶矽基板；以及第一及第二電極，以挾持前述pn接合之方式形成；其中，於前述第一主面形成具有倒金字塔狀的紋理；於前述基板的第二主面形成具有正金字塔狀的紋理；前述第一及第二主面的紋理之中，成為受光面側的前述第一主面的金字塔底面的一邊的長度的平均值，係短於前述第二主面的金字塔底面的一邊的長度的平均值；於前述單晶矽基板的第一主面形成具有孔的氮化矽膜，前述孔在外表面側的孔徑係大於在前述第一主面側的孔徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池，其中，前述單晶矽基板之前述第一及第二主面係以薄膜層被覆。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽電池，其中，前述薄膜層係本徵非晶矽層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池，其中，僅前述單晶矽基板的第二主面以本徵非晶矽層被覆。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽電池，其中，前述單晶矽基板係第一導電型， 僅於前述單晶矽基板的第二主面的前述本徵非晶矽層上，形成第二導電型的非晶矽層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池，其中，前述孔徑係在前述第一主面上為5nm以上1μm以下。
  7. 如申請專利範圍第1或6項所述之太陽電池，其中，前述氮化矽膜的膜密度係隨著從前述第一主面朝向外表面側而變小。
  8. 一種太陽電池，具備：單晶矽基板，具有第一及第二主面；pn接合，形成於前述單晶矽基板；以及第一及第二電極，以挾持前述pn接合之方式形成；其中，於前述第一主面形成具有倒金字塔狀的紋理，惟於第一電極之下的一部分具有正金字塔狀的紋理構造的領域；於前述單晶矽基板的第二主面形成具有正金字塔狀的紋理；前述第一及第二主面的紋理之中，成為受光面側的前述第一主面的金字塔底面的一邊的長度的平均值，係短於前述第二主面的金字塔底面的一邊的長度的平均值；於前述單晶矽基板的第一主面形成具有孔的氮化矽膜，前述孔在外表面側的孔徑係大於在前述第一主面側的孔徑。
  9. 一種太陽電池之製造方法，具備：在具有第一及第二主面的單晶矽基板的前述第一主面形成耐蝕刻膜之步驟；異方性蝕刻步驟，用鹼性溶液於前述耐蝕刻膜形成針孔，並且以前述鹼性溶液蝕刻前述單晶矽基板的兩面，在前述第一主面形成倒金字塔狀的紋理，在前述第二主面形成底面的一邊的平均值比第一主面的金字塔的底面的一邊的平均值更長之正金字塔狀的紋理；在前述單晶矽基板形成pn接合之步驟；以及形成挾持前述pn接合之第一及第二電極之步驟；前述形成耐蝕刻膜之步驟係將氮化矽膜的密度調整為逐漸變小來進行成膜的步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽電池之製造方法，包含：在前述異方性蝕刻之步驟之後，在前述第一或第二主面之任一方形成薄膜層之步驟。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之太陽電池之製造方法，其中，前述形成耐蝕刻膜之步驟係使前述氮化矽膜的密度成為1.5以上2.5g/cm3以下來進行成膜的步驟。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之太陽電池之製造方法，其中，在前述異方性蝕刻之步驟之後，以保留前述耐蝕刻膜的狀態，執行前述形成pn接合的步驟，以及形成第一及第二電極的步驟。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之太陽電池之製造方法， 其中，前述形成pn接合之步驟係包含：於前述第一主面側形成第一導電型的擴散層之步驟；以及於前述第二主面側依序積層本徵非晶矽層及第二導電型的非晶矽層之步驟。
TW104108927A 2014-04-16 2015-03-20 太陽電池及太陽電池之製造方法 TWI548101B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014084500 2014-04-16
PCT/JP2014/081882 WO2015159456A1 (ja) 2014-04-16 2014-12-02 太陽電池および太陽電池の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201543702A TW201543702A (zh) 2015-11-16
TWI548101B true TWI548101B (zh) 2016-09-01

Family

ID=54323686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104108927A TWI548101B (zh) 2014-04-16 2015-03-20 太陽電池及太陽電池之製造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6058212B2 (zh)
TW (1) TWI548101B (zh)
WO (1) WO2015159456A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018026388A (ja) 2016-08-08 2018-02-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 太陽電池及び太陽電池の製造方法
US10510910B2 (en) * 2017-11-13 2019-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor with an absorption enhancement semiconductor layer
CN111244208B (zh) * 2020-03-12 2022-02-18 常州时创能源股份有限公司 太阳能电池片及其应用
CN115832105A (zh) * 2022-11-23 2023-03-21 隆基绿能科技股份有限公司 一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201244118A (en) * 2011-02-21 2012-11-01 Semiconductor Energy Lab Photoelectric conversion device
CN102959717A (zh) * 2010-06-25 2013-03-06 三菱电机株式会社 太阳能电池单元及其制造方法
CN103572373A (zh) * 2013-05-10 2014-02-12 横店集团东磁股份有限公司 一种单晶硅片碱式制绒工艺

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2588464B2 (ja) * 1992-07-31 1997-03-05 株式会社 半導体エネルギー研究所 光電変換装置
JPH11274538A (ja) * 1998-01-20 1999-10-08 Sharp Corp 高強度薄型半導体素子形成用基板、高強度薄型半導体素子及び高強度薄型半導体素子の製造方法
JPH11214725A (ja) * 1998-01-21 1999-08-06 Canon Inc 光電変換装置の製造方法
JP2004047776A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Honda Motor Co Ltd 太陽電池セルおよびその製造方法
CN101339961A (zh) * 2008-09-01 2009-01-07 中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司 太阳能电池盖板玻璃表面花纹结构
US20100071765A1 (en) * 2008-09-19 2010-03-25 Peter Cousins Method for fabricating a solar cell using a direct-pattern pin-hole-free masking layer
CN102239565B (zh) * 2008-12-02 2016-04-06 三菱电机株式会社 太阳能电池单元的制造方法
JP5537101B2 (ja) * 2009-09-10 2014-07-02 株式会社カネカ 結晶シリコン系太陽電池
JP5213826B2 (ja) * 2009-09-29 2013-06-19 三菱電機株式会社 光起電力装置の製造方法及び製造装置
JP2011192921A (ja) * 2010-03-16 2011-09-29 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池の製造方法
US8558341B2 (en) * 2010-12-17 2013-10-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion element
US20140014175A1 (en) * 2011-03-31 2014-01-16 Kyocera Corporation Solar cell element and solar cell module
JP2013012668A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Sharp Corp 太陽電池用ウエハ、太陽電池およびその製造方法
JP5554359B2 (ja) * 2012-03-28 2014-07-23 三菱電機株式会社 基板の粗面化方法、太陽電池の製造方法および太陽電池、太陽電池モジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102959717A (zh) * 2010-06-25 2013-03-06 三菱电机株式会社 太阳能电池单元及其制造方法
TW201244118A (en) * 2011-02-21 2012-11-01 Semiconductor Energy Lab Photoelectric conversion device
CN103572373A (zh) * 2013-05-10 2014-02-12 横店集团东磁股份有限公司 一种单晶硅片碱式制绒工艺

Also Published As

Publication number Publication date
JP6058212B2 (ja) 2017-01-11
TW201543702A (zh) 2015-11-16
WO2015159456A1 (ja) 2015-10-22
JPWO2015159456A1 (ja) 2017-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6701295B2 (ja) 太陽電池を製造する方法
JP5868503B2 (ja) 太陽電池およびその製造方法
US20120318340A1 (en) Back junction solar cell with tunnel oxide
JP6692797B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
TWI548101B (zh) 太陽電池及太陽電池之製造方法
KR20130068968A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
JP6091458B2 (ja) 光電変換装置およびその製造方法
JP2010186900A (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP6282635B2 (ja) 太陽電池の製造方法
WO2013161668A1 (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP5073121B2 (ja) 光電変換装置用基板とその製造方法、薄膜光電変換装置とその製造方法及び太陽電池モジュール
US9508880B2 (en) Method for processing a minute structure on a surface of the silicon substrate
WO2024104201A1 (zh) 选择性发射极及其制备方法、太阳能电池和太阳能组件
KR20150104431A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
TWM517422U (zh) 具有局部鈍化的異質接面太陽能電池結構
JP6695916B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP6072904B2 (ja) 光起電力素子及びその製造方法
JP2013058632A (ja) 低反射基板の製造方法、および光起電力装置の製造方法
KR101024322B1 (ko) 태양전지용 웨이퍼 제조 방법, 그 방법으로 제조된 태양전지용 웨이퍼 및 이를 이용한 태양전지 제조 방법
KR20180098116A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101823599B1 (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
WO2011048656A1 (ja) 基板の粗面化方法、光起電力装置の製造方法
CN220491896U (zh) 一种TOPCon电池结构
JPWO2011132340A1 (ja) 低反射基板の製造方法、および光起電力装置の製造方法
CN115360270A (zh) 太阳能电池及太阳能电池的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees