TWI587534B - Solar cells and solar modules - Google Patents
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Description
本發明是有關便宜且高效率的太陽能電池及太陽能電池模組。
於第1圖表示使用單結晶和多結晶矽基板的一般量產型太陽能電池的概觀。在將B和Ga等之摻雜物添加到單結晶矽的p型矽基板101之受光面側，是形成有將使矽基板101獲得n型的導電型的P和Sb等的摻雜物，利用熱處理進行高濃度擴散的射極層102，連接在前記射極層102，將已光生成的電荷從基板101取出到外部，具有多數個數百~數十μm寬幅的取出電極104，而且具有數條數mm寬幅的集電極105，作為集合著利用取出電極104所集中的電荷來連結太陽能電池單元的電極。作為該些電極的形成方法，由成本面廣泛採用將銀(Ag)等之金屬微粒子混合於有機黏著劑的金屬銲膏，利用網版等印刷，以數百~850℃左右來進行熱處理，與基板接著的方法。而在受光面的相反面，是使用使鋁(Al)和銀(Ag)等之金屬微粒子混合在有機黏著劑的金屬銲膏，藉由網版印刷和在700~850℃左右的燒成，形成與受光面側電極相反極性的背面電極107。而在矽基板101和背面電極107之間，為了將背面側產生的電荷，更有效良好的取出至外部，因此形成有電場層106，該電場層106是含有高濃度使其獲
得與基板相同的p型導線型的鋁(Al)和硼(B)或鎵(Ga)等的摻雜物。而在光射入到太陽能電池的領域，形成有為了封住光的鈍化膜103。鈍化膜廣泛採用以化學氣相堆積(CVD)等形成的SiNx膜等。
而作為鈍化膜更重要的功能，具有矽表面的終端化。結晶內部的矽原子是在鄰接的原子彼此產生共有結合且安定的狀態。可是，在原子配列末端的表面應該結合且鄰接原子不存在，卻出現所謂未結合鍵或懸鍵的不安定能階(energy level)。由於懸鍵會電性活性，捕捉在矽內部所光生成的電荷使其消滅，損壞太陽能電池的特性。因此，在太陽能電池形成任一種表面終端化處理或電場，並施行光生成載體不被懸鍵捕獲的處理。廣泛使用以CVD形成的SiNx膜，是因為除了光學特性適合矽太陽能電池之外，膜本身具有正的固定電荷，更含有許多具有懸鍵之終端效果的氫，具有高鈍化效果。
一方面，在射極層中，由於電荷為高密度存在，因此稱為鄂惹(Auger)再結合的電子和電洞的直接再結合變明顯，使太陽能電池的特性降低。而稱為自由載體吸收之因自由電荷的光吸收現象也變明顯，已光生成的電荷量減少。因而，希望射極層的摻雜濃度盡可能低，或者射極層的深度變淺。可是，一方面由於摻雜的低濃度化會使矽與金屬電極的接觸電阻增大，因此有所謂已產生的電力電阻損失變大的問題，且由於形成淺射極層之控制困難，維持量產水準、高良率困難，即使可形成，隨著燒成之電極形
成時，頻頻發生電極貫通射極層，甚至太陽能電池的特性也得不到的現象。
回避該些問題的方法，具有對電極形成領域選擇性高濃度添加摻雜物，且電極的非形成領域不施行摻雜物添加的手法(所謂局部摻雜)，或是施行比較低濃度摻雜的手法(所謂雙層摻雜)。
局部摻雜構造或雙層摻雜構造的一般形成方法，具有在基板表面以膜厚數百nm的氧化矽膜和氮化矽膜等的電介質膜作為擴散阻障層而予形成，電極形成部分的電介質膜利用光微影(例如非專利文獻1：J.Knobloch,A.Noel,E.Schaffer,U.Schubert,F.J.Kamerewerd,S.Klussmann,W.Wettling,Proc.the 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference,p.271,1993.)和蝕刻銲膏(例如專利文獻1：日本特表第2003-531807號公報)，或是雷射照射形成開口，在熱處理爐，使摻雜物只氣相擴散到前記開口部的方法等。但因為此方法製程又複雜，材料和設備成本又高，因此完全不適合量產。
更簡單而適合量產的方法，提案一種事先在電極材料的導電性銲膏混合摻雜物的方法(例如非專利文獻2：D.L.Meier,H.P.Davis,R.A.Garcia,J.A.Jessup,Proc.the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference,p.69,2000.)。藉由此方法，在銀(Ag)銲膏例如作為摻雜物添加磷(P)，對矽基板印刷後，在銀(Ag)和矽(Si)的共熔點以上燒成，塗佈銀(Ag)銲膏部分的矽會熔解，
冷卻時再結晶化的過程，銀(Ag)銲膏中的磷(P)會被矽擷取，在電極形成部分正下方形成高濃度磷(P)摻雜領域。此方法一般稱為自我摻雜，實現自我摻雜的導電性銲膏稱為自我摻雜銲膏。在非專利文獻2中報告出實際可藉由此手法，得到銀(Ag)和矽(Si)的良好電性接觸。
一方面，自我摻雜銲膏以比較高的比例含有為了形成自我摻雜領域的摻雜物和為了良好形成高濃度摻雜層的添加物等。因此，在自我摻雜銲膏中，具有電極和矽可得到良好電性接觸的另一面，不得不降低擔任自矽基板被取出的電荷之傳導的金屬粒子之含有比例，結果自我摻雜銲膏的燒結體，配線電阻變高，結果造成使得太陽能電池的輸出下降的問題。
〔專利文獻1〕日本特表第2003-531807號公報
〔非專利文獻1〕J.Knobloch,A.Noel,E.Schaffer,U.Schubert,F.J.Kamerewerd,S.Klussmann,W.Wettling,Proc.the 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference,p.271,1993.
〔非專利文獻2〕D.L.Meier,H.P.Davis,R.A.Garcia,J.A.Jessup,Proc.the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference,p.69,2000.
本發明是有鑑於上記事情所完成的發明，其目的是提供一種矽基板和取出電極的電性接觸很良好，且電極配線電阻損失減低，具有高電池特性的太陽能電池及太陽能電池模組。
本發明人等為了達成上記目的反覆刻意檢討的結果，發現取出電極是使用利用含有使其獲得矽導電性的摻雜物的導電性銲膏的燒結體形成的第一電極，並且集電極是使用導電性比前記第一電極還高的第二電極，能使矽基板和取出電極的接觸電阻損失以及在電極電阻的電阻損失會減低，太陽能電池特性大幅提昇，直至完成本發明。
因而，本發明提供一種下記太陽能電池及太陽能電池模組。
申請專利用範圍第1項：在結晶矽基板的受光面側，形成有：添加了具有與前記矽基板相反之導電型的摻雜物的射極層，且在前記矽基板的表面形成有鈍化膜，從矽基板取出已光生成的電荷的取出電極；和至少一部分接在前記取出電極，形成集中利用前記取出電極所收集之電荷的集電極之太陽能電池中，前記取出電極，包含：含有使矽獲得導電性的摻雜物的導
電性銲膏之燒結體的第一電極，至少前記第一電極是形成貫通前記鈍化層，前記集電極，包含：具有比前記第一電極還高的導電性的第二電極為其特徵之太陽能電池。
申請專利範圍第2項：在前記矽基板的射極層和前記第一電極的接觸面，形成有包含在前記第一電極的前記摻雜物經過前記燒成製程而擴散的自我摻雜領域之申請專利範圍第1項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第3項：前記自我摻雜領域的電阻率，是比鄰接於前記自我摻雜領域的射極層的電阻率稍低之申請專利範圍第1項或第2項所記載之太陽能電池。
申請專利範圍第4項：前記第一電極，是作為摻雜物而含有硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、磷(P)、砷(As)、銦(In)、銻(Sb)的單體或該些的化合物，或者其組合，以銀(Ag)為主成份的導電性銲膏形成之申請專利範圍第1項至第3項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第5項：前記第一電極是部分與第二電極接觸，或者全體重疊之申請專利範圍第1項至第4項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第6項：取出電極是由第一電極和第二電極的層積構造所成，集電極是由僅第二電極的單層構造所成之申請專利範圍第1項至第5項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第7項：取出電極及集電極是分別由第
一電極和第二電極的層積構造所成之申請專利範圍第1項至第5項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第8項：取出電極是由第一電極所成，集電極是由第二電極所成之申請專利範圍第1項至第5項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第9項：前記鈍化膜是由氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化鋁、非晶質矽、微結晶矽、氧化鈦的任一種或其組合所成之申請專利範圍第1項至第8項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第10項：在結晶矽基板的非受光面側，形成有鈍化膜，且從矽基板取出已光生成的電荷的取出電極；和至少一部分接在前記取出電極，形成集中利用前記取出電極所收集之電荷的集電極之太陽能電池中，前記取出電極，包含：含有使矽獲得導電性的摻雜物的導電性銲膏之燒結體的第一電極，至少前記第一電極是形成貫通前記鈍化層，前記集電極，包含：具有比前記第一電極還高的導電性的第二電極為其特徵之太陽能電池。
申請專利範圍第11項：在前記矽基板和前記第一電極的接觸面，形成有包含在前記第一電極的前記摻雜物經過前記燒成製程而添加的自我摻雜領域之申請專利範圍第10項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第12項：前記自我摻雜領域的電阻率，是比鄰接於前記自我摻雜領域的自我摻雜非形成領域的電阻率稍低之申請專利範圍第10項或第11項所記載的太
陽能電池。
申請專利範圍第13項：前記第一電極，是含有硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、磷(P)、砷(As)、銦(In)、銻(Sb)的單體或該些的化合物，或者其組合，以銀(Ag)為主成份的導電性銲膏形成之申請專利範圍第10項至第12項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第14項：前記第一電極是部分與第二電極接觸，或者全體重疊之申請專利範圍第10項至第13項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第15項：取出電極是由第一電極和第二電極的層積構造所成，集電極是由僅第二電極的單層構造所成之申請專利範圍第10項至第14項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第16項：取出電極及集電極是分別由第一電極和第二電極的層積構造所成之申請專利範圍第10項至第14項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第17項：取出電極是由第一電極所成，集電極是由第二電極所成之申請專利範圍第10項至第14項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第18項：前記鈍化膜是由氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化鋁、非晶質矽、微結晶矽、氧化鈦的任一種或其組合所成之申請專利範圍第10項至第17項之任一項所記載的太陽能電池。
申請專利範圍第19項：電性連接申請專利範圍第1
項至第18項之任一項所記載的太陽能電池為其特徵之太陽能電池模組。
作為太陽能電池的電極而將自我摻雜電極和高導電率電極分別應用在取出電極和集電極，可減低矽與電極的接觸電阻損失和在電極電阻的電阻損失，同時還可減低射極層的光學及電性的損失，就能大幅的提昇太陽能電池特性。而製程還能以習知的網版印刷技術等實現，對成本削減極為有效。
以下，針對本發明之一實施形態參照第2圖做說明。
第2圖是表示本發明之一實施例的太陽能電池，該太陽能電池，有關在結晶矽基板201上，至少形成有添加了使其獲得與前記矽基板相反的導電型的摻雜物的射極層202，在前記射極層202的表面形成有鈍化膜203，經過導電性銲膏的印刷和燒成的製程，形成從矽基板201取出已光生成之電荷的取出電極和集中以前記取出電極所收集的電荷的集電極之太陽電池，前記取出電極包含：含有使矽獲得與射極層相同之導電型的摻雜物的電極銲膏之燒結體的第一電極204，前記第一電極204是形成貫通前記鈍化層203，同時形成包含在第一電極204的摻雜物被高濃度擴散到第一電極204之正下方的自我摻雜領域208，藉此
實現第一電極204與矽基板201之良好的電性接觸，還可減低射極層202之摻雜物濃度或射極層深度，還可改善射極層的載體再結合和因自由載體吸收的太陽能電池特性之下降。進而前記集電極，是包含具有導電性比第一電極204還高的第二電極205，就能使得因配線電阻之太陽能電池的輸出電力損失大幅的減輕。再者，206是電場層，207是背面電極。
其次，於以下描述本發明之太陽能電池的製作方法之其中一例。但本發明並不限於利用此方法製成的太陽能電池。
於高純度矽摻雜B或Ga之類的III族元素，將電阻率為0.1~5Ω．cm的原切割(as-cut)單結晶{100}p型矽基板表面的切割損傷(slice damage)，使用濃度5~60質量%的氫氧化鈉或氫氧化鉀之類的高濃度之鹼，或是氟酸和硝酸的混酸等來蝕刻。單結晶矽基板也可以利用CZ法、FZ法之任一種方法製作。
接著，對基板表面進行被稱為結構(texture)的微小凹凸形成。結構是為了使太陽能電池之反射率下降的有效方法。結構是在加熱的氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化四甲基銨溶液(Tetramethylammonium hydroxide，簡稱TMAH)等之鹼性溶液(濃度1~10質量%、溫度60~100℃)中，浸漬10~30分鐘，很容易製作。於上記溶液中，使既定量的異丙醇(2-propanol)溶解，控制反應的情形具多。
結構形成後，在鹽酸、硫酸、硝酸、氟酸等，或該些的混合液的酸性水溶液中進行洗淨。由成本及特性的觀點來看，在鹽酸中的洗淨為佳。為了提昇清淨度，也可以在鹽酸溶液中，使0.5~5質量%的過氧化氫混合，加熱到60~90℃來洗淨。
在該基板上藉由使用氧氯化磷的氣相擴散法來形成射極層。射極層的P濃度和深度，是以相對於流經射極層之電流的電阻和表面鈍化效果的平衡等而決定。一般以4探針法測定的射極層的薄片電阻是以50~400Ω/□為佳。
一般的矽太陽能電池，必須只在受光面形成PN接合，為了達成此目的，還必須基板彼此以兩片重疊的狀態進行擴散，或以鹼性水溶液等將單面的擴散層進行蝕刻，並施行對背面無法PN接合的方式。擴散後，以氟酸等來除去形成在表面的玻璃。
其次，形成受光面之反射防止、鈍化膜。對於成膜是使用化學氣相堆積裝置將SiNx膜等成膜80~125nm，通常約100nm左右。反應氣體是混合矽烷(SiH4)及氨(NH3)使用的情形居多，但也可使用氮取代氨，並且實現進行藉由氫氣之成膜種的稀釋和處理壓力的調整、反應氣體的稀釋之所要的折射率。不限於矽烷(SiHx)，化學氣相堆積法外，也可以替換使用藉由熱處理和原子層堆積等之方法的氧化矽、碳化矽、氧化鋁、非晶質矽、微結晶矽、氧化鈦等。
其次，在上記射極層上形成第一電極。在第一電極，
例如使用以有機黏著劑混合Ag(銀)粉末和玻璃熔塊及摻雜物的Ag銲膏。
本例中的射極層的導電型是n型，故摻雜物是使用P、In、Sb之任一種的V族元素之單體，或是該些的化合物和組合該些的物質。又其配合比例，必須依太陽能電池的構造和種類等做調整，但例如：使用五氧化二磷之情形的一般配合比例是0.1~30質量%左右，理想是2~15質量%。有機黏著劑的種類、量是如公知的。
網版印刷該銲膏，然後藉由燒成熱處理使電極與矽導通，但這在銀銲膏燒成時，SiNx膜會與玻璃熔塊反應、分解，銀粉會貫通SiNx膜，與基板產生電性接觸的所謂燒穿(fire through)。燒穿技術，是一般作為結晶矽太陽能電池之製造方法所廣泛使用的技術。
銀銲膏中的摻雜物，即使在一般的電極燒成之溫度範圍的700~800℃左右的熱處理，一部分也會往矽基板擴散，施行自我摻雜(Self Doping)，但在更有效的自我摻雜領域的形成，可以在銀和矽之共熔點的835℃以上進行燒成。藉由在該溫度以上進行燒成，矽會與銀反應而熔解，添加進雜質再予結晶化，藉此實現高濃度的摻雜，得到銀的燒結體與矽之更良好的電性接觸。
矽與電極的電性接觸電阻，是與矽表面的載體濃度，亦即摻雜濃度和電極材料有關，在一般的印刷銀電極中，與矽取得電性接觸的情形，矽表面的摻雜濃度至少需要1×1019cm-3以上，理想上需要5×1019cm-3以上。
直接測量摻雜物濃度的方法有二次離子質量分析法等，但該定量方法要做試料的準備很麻煩，而且需要熟悉測量的技術，因此幾乎無法在生產現場使用。
因此，更簡便的方法，是利用擴展電阻法。具體是將兩根金屬探針接觸到矽基板，來測量在該兩點間流過電流時產生的電壓下降。擴展電阻，是以電流值除以此時電壓下降之值而求得。藉由該方法，電壓下降原理上是由於在探針之接觸點附近的微小領域所引起，因此特別微小的領域可以評估，進而可掌握探針和矽基板的接觸面積，藉此可得知對矽表面之摻雜物濃度的電阻率。
為了使自我摻雜領域為最佳功能，該領域表面的電阻率至少為10mΩ．cm以下，理想以2mΩ．cm以下為佳。再者，其下限未特別限制，但通常為0.5mΩ．cm以上。
對此，形成在受光部的射極層表面之電阻率，為了抑制先前所述之光學損失和載體再結合損失的觀點，雖是高的比較好，但一方面，為了提高光電動勢，還是低於某種程度比較好。亦即在射極層表面的電阻率存在某種最佳程度的領域。此最佳領域也依太陽能電池的構造，但為5~50mΩ．cm。但是另一方面，為了引起雙層摻雜構造效果的最大限，射極層表面的電阻率必須設計、控制成比自我摻雜領域的電阻率還高。
像這樣形成第一電極之後，在第一電極上，網版印刷第二電極，且予以燒成。
第二電極是為了抑制從矽基板被取出到第一電極的電
荷流到集電極之際的配線電阻損失，因此使其具有比第一電極還高的導電性。此種電極，例如可使用提高銀粒子配合比例的銀銲膏而得的。而且此時的第二電極的電阻率雖然愈低愈好，但希望高頂多5μΩ．cm以下，理想是3μΩ．cm以下。
第一電極與第二電極的燒成順序，如上記般，可以分成第一電極的印刷及燒成與第二電極的印刷及燒成來進行，在第一電極的印刷及乾燥後，來印刷第二電極，可以在一次熱處理同時燒成兩者。
取出電極與集電極，如第2圖所示，以取出電極作為第一電極與第二電極的層積構造，只以集電極作為第二電極的單層構造亦可，如第3圖所示，分別以取出電極和集電極作為第一電極及第二電極的單層構造亦可。
又，如第4圖所示，以取出電極和集電極之兩者作為第一電極和第二電極的層積構造亦可。
該些的電極構造，是以例如：在電極銲膏的網版印刷中，第一電極，只如第5圖(a)所示的取出電極的圖案，或者如第5圖(c)所示的取出電極和集電極兩者的圖案化印刷，第二電極，如第5圖(c)或第5圖(b)，能夠只以集電極的圖案來印刷製作。
又，電極的形成方法，並不限於網版印刷，也可利用噴墨法、分配塗佈法、凹版印刷，或氣霧(aerosol)堆積等。又，如第4圖的構造之情形下，以第一電極作為晶種，將第二電極進行金屬電鍍也能製作。金屬電鍍也適用電
鍍法、無電解電鍍法，或光電鍍法。
以集電極作為第二電極之單層構造的情形下，第二電極，也可如第2、3圖所示，例如利用燒穿來貫通鈍化層203、303，接合在射極層202、302，也可以如第6圖般，不貫通鈍化層603。
第6圖的情形，因為在集電極之正下方的鈍化膜依然留著，所以可抑制該部分之矽表面的載體再結合，改善太陽能電池的特性。電極銲膏之鈍化膜貫通性，是以低軟化點玻璃熔塊的添加量調整。因而，在此情形的第二電極的形成，可使用玻璃熔塊添加量比較少，或者完全不含的高溫燒成型銲膏、低溫硬化型的樹脂銲膏等。
背面電極，是將利用有機物黏著劑混合鋁(Al)粉末的銲膏，予以網版印刷形成。印刷後，以5~30分鐘700~900℃的溫度予以燒成，形成背面電極和電場層。
再者，在電場層的形成，例如也可以利用溴化硼的氣相擴散等進行。此情形，由抑制配線電阻的觀點來看，對於背面電極形成使用銀銲膏為佳。
背面電極及受光面電極的燒成也可一次進行。而形成各面之電極的順序也可變換。
以本發明之第一電極與第二電極之組合構成的電極，也可應用在太陽能電池的非受光面。第7圖是本發明之電極應用於在受光面和非受光面兩者之情形的一例。p型矽
太陽能電池，是對矽基板701之導電型為p型，例如形成在非受光面側第一電極704b之正下方的自我摻雜領域707b的導電型為p型，且受光面側自我摻雜領域707a為n型。因此在受光面側第一電極704a使用含有V族元素的自我摻雜銲膏，在非受光面側第一電極704b使用含有III族元素的自我摻雜銲膏。再者，703a是鈍化層。
非受光面為此種構造，可利用電場層706和鈍化膜703b來覆蓋非電極形成面，還可提高光生成載體的收集效率。尚且，在得到鈍化效果十分高的鈍化膜之情形下，也可以不形成電場層706。
非受光面的第一電極704b和非受光面的第二電極705b的形狀和構成，可做成與第2圖至第6圖的受光面電極相同。亦即，在非受光面中，以取出電極作為第一電極和第二電極的層積構造，以集電極作為僅第二電極的單層構造亦可，分別以取出電極和集電極作為第一電極及第二電極的單層構造亦可，以取出電極和集電極兩者作為第一電極和第二電極的層積構造亦可。
又，如第7圖，以非受光面集電極作為第二電極705b之單層構造的情形下，第二電極705b，可以如第7圖所示，貫通鈍化層703b而接合在電場層706或矽基板701，也可以不貫通鈍化層。
在非受光面，為了再度取得透射基板的光，設置反射材為佳(圖未表示)。反射材也可以使用以真空蒸鍍等成膜的鋁(Al)和銀(Ag)等，但不進行附加的處理，即使
只在太陽能電池模組使用白色背部薄片等還是可得到十足的效果。一方面，也可以不使用反射材，亦使用從背面射入散射光等來發電，進而也能夠以上記非受光面為受光面側的方式來配置太陽能電池使其發電。
《n型基板之情形》
以上，列舉使用p型矽基板的情形為例，說明有關本發明之太陽能電池的實施形態，但本發明也可應用於使用n型矽基板的太陽能電池。
此情形，若舉例說明第7圖，矽基板701、電場層706及非受光面側自我摻雜領域707b為n型，射極層702和受光面側自我摻雜領域707a為p型。
此例在矽基板701，是使用一般在高純度矽摻雜像是磷(P)或銻(Sb)的V族元素，電阻率為0.1~5Ω．cm的n型結晶矽。而射極層702，例如可藉由利用使用溴化硼的氣相擴散法來摻雜硼形成，而電場層可藉由使用氧氯化磷的氣相擴散法等形成。受光面側自我摻雜層707a是使用硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)任一種的III族元素的單體，或是含有該些的化合物和組合該些的物質的自我摻雜銲膏形成，非受光面側自我摻雜領域707b是使用磷(P)、砷(As)、銻(Sb)任一種的V族元素的單體，或是含有該些的化合物和組合該些的物質的自我摻雜銲膏形成。
有關本發明之太陽能電池，是可以將該複數個電性連
接作為太陽能電池使用。此情形，其連接方法可採用公知的方法而得到。
以下，表示實施例與比較例，具體的說明本發明，但本發明並不受下記之實施例限制。
為了確認本發明之有效性，進行一般的電極構造之太陽能電池和本發明的電極構造之太陽能電池的發電性能比較。
對擴散厚度250μm、125mm見方、比電阻1Ω．cm的摻硼{100}p型原切割(as cut)矽基板90片，利用熱濃氫氧化鉀水溶液除去損傷層後，浸漬在氫氧化鉀/異丙醇水溶液中，進行結構(texture)形成，接著在鹽酸/過氧化氫混合溶液中進行洗淨。其次，氧氯化磷環境氣下，以870℃使背面彼此重疊的狀態進行熱處理，對受光面高濃度摻雜磷，形成薄片電阻90Ω/□的PN接合。此後，作為鈍化膜，將非受光面的擴散層利用氟硝酸蝕刻除去，利用氟酸除去磷玻璃，純水洗淨後，使其乾燥。
此外，作為鈍化膜，使用電漿CVD裝置，將SiNx膜形成在受光面的試料全面。
此例，將上記基板，分成交(1)、(2)、(3)之三組各三十片，作為受光面電極，如下，將不同的銀銲膏
，利用如第5圖(c)的取出電極和集電極被圖案化在同一個網版的製版而印刷。又，針對電極銲膏的印刷條件，事先提出條件，各條件至少燒成後可得到同等的線寬和斷面積地來控制印壓和滑動角度等的印刷條件。
條件(1)是習知技術的比較例之一，作為第一電極而將一般燒穿型高溫燒成銲膏(銲膏A)予以網版印刷及乾燥後，作為第二電極而將高導電性銀銲膏(銲膏B)，與第一電極完全重疊的進行網版印刷。此後，在大氣環境中進行最佳之條件的830℃的燒成。
條件(2)是習知技術的其它比較例，作為第一電極而將自我摻雜領域的電阻率為2mΩ．cm的來添加磷化合物的燒穿型的自我摻雜銀銲膏(銲膏C)予以網版印刷及乾燥後，且作為第二電極而再度使用銲膏C，與第一電極完全重疊的再度進行網版印刷。此後，在大氣環境中進行最佳化之條件的880℃的燒成。
條件(3)是本發明的適用例，作為第一電極而將銲膏C予以網版印刷及乾燥後，作為第二電極而將銲膏B，與第一電極完全重疊的再度進行網版印刷。此後，在大氣環境中進行最佳化之條件的880℃的燒成。
其次，在上記所有的太陽能電池的背面將鋁銲膏塗佈在試料全面，之後，在大氣環境中進行最佳之條件的780℃的燒成。
有關上記三條件的太陽能電池，為了確認受光面電極的形狀，從各條件抽出五試料，利用雷射顯微鏡來測定試
料面內九處的取出電極線寬和斷面積。表1是表示各條件的測定側之平均值，確認所有條件可得到同等的電極形狀。
其次，將所有的太陽能電池，利用AM(Air mass)1.5的擬似太陽光的電流電壓測定機進行特性測定。表1是表示各條件的太陽能電池特性的平均值，但在實施本發明的條件(3)中，可得到最高的太陽能電池特性。
其次，從各條件分別抽出十五片，測定矽基板和電極的接觸電阻和配線電阻。接觸電阻定量是利用梯形法進行，在配線電阻定量從太陽能電池部分切出取出電極部分的試料中，從探針放置在電極兩端時的電流電壓值求得的。
第8圖表示對各條件的各電阻之相對值，條件(1)的平均值為1。在本發明的電極構造之條件(3)中，判斷接觸電阻和配線電阻都變低。因而，在表2中，條件(3)為最高的曲線因子，接觸電阻和配線電阻受到抑制的結果。
101、201、301、401、601、701‧‧‧矽基板
102、202、302、402、602、702‧‧‧射極層
103、203、303、403、603、703a、703b‧‧‧鈍化膜
104‧‧‧取出電極
105‧‧‧集電極
106、206、306、406、606、706‧‧‧電場層
107、207、307、407、607‧‧‧背面電極
204、304、404、604、704a、704b‧‧‧第一電極
205、305、405、605、705a、705b‧‧‧第二電極
208、308、408、608‧‧‧自我摻雜領域
501‧‧‧取出電極印刷圖案
502‧‧‧集電極印刷圖案
707a、707b‧‧‧自我摻雜領域
第1圖是表示一般的太陽能電池構造之一例的概略立體圖。
第2圖是表示有關本發明的太陽能電池構造之一例的概略立體圖。
第3圖是表示有關本發明的太陽能電池其它構造的概略立體圖。
第4圖是表示有關本發明的太陽能電池之另一構造的概略立體圖。
第5圖是表示應用在本發明之電極形成的印刷製版之一例的俯視圖。
第6圖是表示有關本發明的太陽能電池構造之其它例的概略立體圖。
第7圖是表示有關本發明的太陽能電池之另一其它構造的概略立體圖。
第8圖是說明實施例和比較例的配線電阻和接觸電阻的圖。
Claims (18)
- 一種太陽能電池之製造方法，具備在結晶矽基板之受光面成為PN接合之射極層、和形成於射極層上鈍化膜、和將光生成之電荷從矽基板取出之取出電極、和於前述取出電極至少部分接觸，收集在前述取出電極所收集電荷的集電極的太陽能電池之製造方法，其特徵係具有：在於成為結晶矽基板之受光面之面，擴散具有與前述矽基板之導電型相反之導電型之摻雜物，形成射極層之工程、和於前述射極層上，形成鈍化膜之工程、和於前述鈍化膜上，印刷包含導電性材料、玻璃熔塊及摻雜物之導電性銲膏，經由熱處理，導電性材料燒穿鈍化膜，與矽基板接觸，形成至少成為取出電極部分之第1電極的同時，於矽基板之該第1電極之正下方，擴散含於前述導電性銲膏之摻雜物，形成自我摻雜領域的工程、和於前述第1電極上，印刷較第1電極形成用之導電性銲膏，導電性材料之配合比例為高之導電性銲膏，經由熱處理，接觸於第1電極之同時，形成具有較該第1電極為高之導電性之至少成為集電極部分之第2電極的工程。
- 如申請專利範圍第1項所記載的太陽能電池之製造方法，其中，前記自我摻雜領域的電阻率，是比鄰接於前記自我摻雜領域的射極層的電阻率稍低。
- 如申請專利範圍第1項所記載的太陽能電池之製造方法，其中，前記第一電極，是作為摻雜物而含有硼 (B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、磷(P)、砷(As)、銦(In)、銻(Sb)的單體或該些的化合物，或者其組合，以銀(Ag)為主成份的導電性銲膏形成。
- 如申請專利範圍第1項所記載的太陽能電池之製造方法，其中，前記第一電極是部分與第二電極接觸，或者全體重疊。
- 如申請專利範圍第1項所記載的太陽能電池之製造方法，其中，取出電極是由第一電極和第二電極的層積構造所成，集電極是由僅第二電極的單層構造所成。
- 如申請專利範圍第1項所記載的太陽能電池之製造方法，其中，取出電極及集電極是分別由第一電極和第二電極的層積構造所成。
- 如申請專利範圍第1項所記載的太陽能電池之製造方法，其中，取出電極是由第一電極所成，集電極是由第二電極所成。
- 如申請專利範圍第1項所記載的太陽能電池之製造方法，其中，前記鈍化膜是由氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化鋁、非晶質矽、微結晶矽、氧化鈦的任一種或其組合所成。
- 一種太陽能電池，其特徵為：在結晶矽基板的非受光面，形成有鈍化膜，且從矽基板取出已光生成的電荷的取出電極；和至少一部分接在前記取出電極，形成集中利用前記取出電極所收集之電荷的集電極之太陽能電池中，前記取出電極，包含：含有使矽獲得導電性的摻雜物 的導電性銲膏之燒結體的第一電極，至少前記第一電極是形成貫通前記鈍化層，前記集電極，包含：具有比前記第一電極還高的導電性的第二電極。
- 如申請專利範圍第9項所記載的太陽能電池，其中，在前記矽基板和前記第一電極的接觸面，形成有包含在前記第一電極的前記摻雜物經過前記燒成製程而添加的自我摻雜領域。
- 如申請專利範圍第9項或第10項所記載的太陽能電池，其中，前記自我摻雜領域的電阻率，是比鄰接於前記自我摻雜領域的自我摻雜非形成領域的電阻率稍低。
- 如申請專利範圍第9項或第10項所記載的太陽能電池，其中，前記第一電極，是含有硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、磷(P)、砷(As)、銦(In)、銻(Sb)的單體或該些的化合物，或者其組合，以銀(Ag)為主成份的導電性銲膏形成。
- 如申請專利範圍第9項或第10項所記載的太陽能電池，其中，前記第一電極是部分與第二電極接觸，或者全體重疊。
- 如申請專利範圍第9項或第10項所記載的太陽能電池，其中，取出電極是由第一電極和第二電極的層積構造所成，集電極是由僅第二電極的單層構造所成。
- 如申請專利範圍第9項或第10項所記載的太陽能電池，其中，取出電極及集電極是分別由第一電極和第二電極的層積構造所成。
- 如申請專利範圍第9項或第10項所記載的太陽能電池，其中，取出電極是由第一電極所成，集電極是由第二電極所成。
- 如申請專利範圍第9項或第10項所記載的太陽能電池，其中，前記鈍化膜是由氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化鋁、非晶質矽、微結晶矽、氧化鈦的任一種或其組合所成。
- 一種太陽能電池模組，其特徵為：電性連接申請專利範圍第9項至第17項之任一項所記載的太陽能電池。
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