TWI593130B - 太陽能電池的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種太陽能電池製造方法的發明，尤其關於形成於矽基板上之鈍化(passivation)膜的成膜方法。
在結晶矽太陽能電池的領域中，以降低矽使用量及提升矽基板之轉換效率為目的，矽基板的薄型化已在進展中。然而，隨著矽基板薄型化的進展，轉換效率的降低趨於顯著。此係由於例如在具有導電性之矽基板表面存在的許多缺陷成為主要原因，而使由於光照射所產生的少數載子(carrier)(p型情形下為電子)的壽命(life time(生命期))減少之故。換言之，降低該少數載子的消失，即可提升太陽能電池的轉換效率。
為了抑制載子之生命期降低，一般係將鈍化膜成膜於該矽基板背面。在各種的鈍化膜之中，尤以對於p型矽基板具有高鈍化效果(抑制生命期降低的功能)的氧化鋁膜做為該鈍化膜而受到矚目。
氧化鋁膜係在膜中具有負的固定電荷，藉由因該固定電荷所產生的電場效果，來產生鈍化效果，此已
為一般所知。換言之，藉由在p型矽基板表面形成具有負的固定電荷的氧化鋁膜，即可抑制屬於少數載子的電子擴散至基板表面，結果可防止載子的消失。
此外，就將屬於鈍化膜之氧化鋁膜成膜於p型矽基板的方法而言，可採用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沉積)法(例如專利文獻1)。
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2012-33538號公報
然而，在藉由CVD法進行氧化鋁膜的成膜中，必須使用TMA(Tri-Methyl-Aluminium，三甲基鋁)之難以處理且成本高昂的原料。此外，在CVD法中，需要有成膜區域的真空處理，而成為成膜成本上升的主要原因。此外，在藉由電漿CVD法進行氧化鋁膜的成膜中，矽基板會因為電漿(plasma)而遭受到損害，此亦為問題。
此外，在對於矽基板形成氧化鋁膜的方法中，也可考慮採用ALD(Atomic Layer Deposition，原子沈積技術)法。然而，在該ALD法中，既需使用TMA也須有真空處理，故亦有製造成本上升的問題。再者，在ALD法中，成膜速度極慢，招致生產效率的降低。雖可思及應用使用電漿的ALD法以提升成膜速度。然而，在使用該電
漿的ALD法中，也會有矽基板遭受損害的問題產生。
因此，本發明之目的在提供一種製造成本低、不會對矽基板造成損害，能夠以高生產效率形成屬於鈍化膜之氧化鋁膜之太陽能電池的製造方法。
為了達成上述目的，本發明之太陽能電池的製造方法係具備：(A)準備具有p型導電型之矽基板的步驟；(B)對前述矽基板的主面形成鈍化膜的步驟；及(C)使用形成有前述鈍化膜的前述矽基板而製作太陽能電池的步驟；前述步驟(B)係具有：(B-1)將含有鋁元素的溶液予以霧化的步驟；及(B-2)在大氣中，將經前述霧化的前述溶液對前述矽基板的前述主面進行噴霧，藉此形成屬於氧化鋁膜之前述鈍化膜的步驟。
本發明之太陽能電池的製造方法係具備：(A)準備具有p型導電型之矽基板的步驟；(B)對前述矽基板的主面形成鈍化膜的步驟；及(C)使用形成有前述鈍化膜的前述矽基板而製作太陽能電池的步驟；前述步驟(B)係具有：(B-1)將含有鋁元素的溶液予以霧化的步驟；及(B-2)在大氣中，將經前述霧化的前述溶液對前述矽基板的前述主面進行噴霧，藉此形成屬於氧化鋁膜之前述鈍化膜的步驟。
因此，藉由廉價且容易處理的材料，即可使由氧化鋁膜所構成的背面鈍化膜成膜於p型矽基板。再
者，不需要真空處理等，也可謀求製造成本的降低。再者，在成膜處理中，也不會對p型矽基板造成損害。再者，也可謀求生產效率的提升。
本發明之目的、特徵、形態、及優點，藉由以下詳細的說明及所附圖式將可更為明瞭。
1‧‧‧表面電極
2‧‧‧表面鈍化膜
3‧‧‧n型矽層(矽基板)
4‧‧‧p型矽基板
5‧‧‧背面鈍化膜(氧化鋁膜)
6‧‧‧背面電極
11‧‧‧反應容器
13‧‧‧加熱器
14‧‧‧(原料)溶液
15‧‧‧溶液容器
16‧‧‧霧化器
17‧‧‧臭氧產生器
L1、L2、L3‧‧‧路徑
第1圖係顯示太陽能電池之構成的剖面圖。
第2圖係顯示用以實現實施形態1之成膜方法之成膜裝置之構成的圖。
第3圖係顯示用以實現實施形態2之成膜方法之成膜裝置之構成的圖。
第1圖係顯示太陽能電池之基本構成的剖面圖。
如第1圖所示，在具有p型導電型之矽基板4(以下稱p型矽基板4)的上面(表面)內，形成有具有n型導電型的矽層3(以下稱n型矽層3)。此外，在n型矽層3的上面(表面)，形成有具有透明性之表面鈍化膜(例如矽氧化膜或矽氮化膜)2。然後，在該表面鈍化膜2，形成有與n型矽層3連接的表面電極1。
再者，在p型矽基板4的下面(背面)，形成有背面鈍化膜5。以該背面鈍化膜5而言，係採用氧化鋁膜(AlOx)。然後，在該背面鈍化膜5係形成有與p型
矽基板4連接的背面電極6。
在第1圖所示的太陽能電池中，藉由從表面鈍化膜2側射入而到達矽基板3、4中之pn接合部的光而產生載子並發電，而該發電的電係從電極1、6取出。
如上所述，為了抑制載子之生命期的降低，而形成鈍化膜2、5。換言之，在矽基板3、4的主面產生有許多缺陷(晶格缺陷等)，而使由於光照射所產生的少數載子透過該缺陷而再結合。因此，藉由在矽基板3、4之主面形成鈍化膜2、5，即可抑制載子的再結合，結果可提升載子的生命期。
本發明係關於一種以氧化鋁膜5做為背面鈍化膜5成膜在p型矽基板4之方法，以下根據顯示本發明實施形態之圖式來具體說明本發明。
第2圖係顯示可實現本實施形態之氧化鋁膜5之成膜方法之成膜裝置的概略構成圖。
如第2圖所示，該成膜裝置係由反應容器11、加熱器13、溶液容器15、及霧化器16所構成。
在該成膜裝置中，將經霧化的預定溶液14噴霧於p型矽基板4的背面上，藉此即可使氧化鋁膜5成膜於該p型矽基板4的背面上。
在p型矽基板4載置於加熱器13上的狀態下，將霧氣(mist)(粒徑小的液狀溶液14)供給至大氣中的反應容器11內，藉由預定的反應，使氧化鋁膜5成膜於
p型矽基板4的背面上。另外，p型矽基板4的表面係載置於加熱器13。
加熱器13係熱器具(heater)等，可將載置於該加熱器13的p型矽基板4進行加熱。藉由外部控制部，於成膜時，加熱器13係被加熱至氧化鋁膜5成膜所需的溫度。
在溶液容器15內係充填有用以使氧化鋁膜5成膜的原料溶液(以下稱溶液)14。在該溶液14中係含有鋁(Al)元素做為金屬源。
就霧化器16而言，例如可採用超音波霧化裝置。屬於該超音波霧化裝置的霧化器16，係藉由對該溶液容器15內的溶液14施加超音波，而使溶液容器15內的溶液14霧化。經霧化的溶液14係經由路徑L1，朝向反應容器11內之p型矽基板4的背面進行供給。
當霧氣狀的溶液14供給至反應容器11內時，溶液14即在屬於加熱中之大氣中的p型矽基板4上反應，而於p型矽基板4的背面上形成氧化鋁膜5。此外，在反應容器11中未反應的溶液14，則經由路徑L3，持續(連續地)被排出至反應容器11外。
接著說明本實施形態之背面鈍化膜5(氧化鋁膜5)的成膜方法。
首先，藉由將預定的雜質導入於矽基板，來製作具有p型導電型的矽基板(p型矽基板4)。然後，將該p型矽基板4載置於反應容器11內之加熱器13上。此
時，載置面係p型矽基板4的表面，而反應容器11內為大氣壓。
再者，載置於該加熱器13上之p型矽基板4係藉由加熱器13而加熱至氧化鋁膜5的成膜溫度，以該成膜溫度保持p型矽基板4的溫度。
另一方面，在溶液容器15內，溶液14係藉由霧化器16而被霧化。經霧化的溶液14(粒徑小的液狀溶液14)係經過路徑L1被整流而供給至反應容器11內。在此，在溶液14中係含有鋁做為金屬源。
經整流之霧氣狀的溶液14係被供給至在大氣中處於加熱狀態之p型矽基板4的背面。當霧氣狀溶液14被噴霧於加熱狀態的p型矽基板4時，在p型矽基板4的背面上即形成氧化鋁膜5。
之後，使用形成有背面鈍化膜5(氧化鋁膜5)的p型矽基板4，來製作第1圖所示之構成的太陽能電池。在此，一般而言，背面鈍化膜5係在形成n型矽層3之後進行。
綜上所述，在本實施形態之背面鈍化膜5(氧化鋁膜5)之成膜方法中，藉由霧氣法(換言之，在大氣中，進行液狀溶液15噴霧的成膜方法)，使氧化鋁膜5成膜在p型矽基板4的背面上。
如此，在本發明中，並非如CVD法或ALD法等，將已氣化的原料供給至p型矽基板4而形成氧化鋁膜5，而是將經霧化的液狀溶液14噴霧於p型矽基板4，
來形成氧化鋁膜5。在此，如上所述，在溶液14中係含有鋁元素。因此，不需使用TMA等之高價又難以處理的材料，藉由廉價且容易處理的材料，即可使由氧化鋁膜所構成的背面鈍化膜5成膜在p型矽基板4。
再者，在本發明中，因在大氣中進行成膜處理，因此不需要真空處理等，而亦可謀求製造成本的降低。再者，在本發明中，因藉由將霧氣狀溶液14噴霧於p型矽基板4來實施成膜處理。因此，在成膜處理中，也不會對於p型矽基板4造成因為電漿等之照射所形成的損傷。
再者，藉由霧氣法使氧化鋁膜5成膜的速度為10至15nm/min，相較於藉由ALD法等進行氧化鋁膜的成膜速度，快了5倍以上。因此，藉由採用本發明之成膜方法，也可謀求生產效率的提升。
經發明人等積極地根據各種各樣實驗、解析等的結果，終於成功地找出大幅提升載子生命期之氧化鋁膜5的成膜方法。換言之，已成功地找出增大氧化鋁膜5之鈍化效果的成膜條件。以下說明該成膜方法。
第3圖係顯示可實現本實施形態之氧化鋁膜5之成膜方法之成膜裝置的概略構成圖。
從第2圖與第3圖的比較可得知，在本實施形態的成膜裝置中，係在第2圖的構成中加上了臭氧產生器17。以下僅就與第2圖之構成相異的部分進行說明。
臭氧產生器17係可產生臭氧。在臭氧產生
器17中，例如係對於平行配置的平行電極間施加高電壓，且藉由使氧穿過該電極間而使氧分子分解，並與其他氧分子結合，藉此即可產生臭氧。
如第3圖所示，臭氧產生器17與反應容器11係藉由與路徑L1不同的路徑L2來連接。因此，在臭氧產生器17所產生的臭氧係經過路徑L2朝向反應容器11內之p型矽基板4的背面進行供給。
在上述說明之內容以外的構成係與實施形態1中所說明之構成相同，因此該相同構成的說明，在此予以省略。
此外，本實施形態之背面鈍化膜5(氧化鋁膜5)的成膜方法如下。
在屬於大氣壓的反應容器11內，p型矽基板4係載置於加熱器13上。載置於該加熱器13上之p型矽基板4係加熱至氧化鋁膜5的成膜溫度(例如360℃左右)，以該成膜溫度保持p型矽基板4的溫度。
另一方面，在溶液容器15內，溶液14係藉由霧化器16而霧化。經霧化的溶液14(粒徑小的液狀溶液14)係經過路徑L1被整流而供給至反應容器11內。在此，在溶液14中係含有鋁元素做為金屬源。例如，就溶液14而言，可採用使乙醯丙酮鋁(aluminum acetyl acetonate)溶解於甲醇(methanol)溶液中的溶液。再者，在本實施形態中，在臭氧產生器17產生臭氧，而所產生的該臭氧係通過路徑L2而供給至反應容器11內。
將經整流之霧氣狀溶液14進行噴霧於大氣中處於加熱狀態之p型矽基板4的背面，且進一步供給臭氧時，在p型矽基板4的背面上即形成氧化鋁膜5。此外，反應容器11中未反應的溶液14及臭氧係通過路徑L3持續(連續地)被排出至反應容器11外。
之後，使用成膜有背面鈍化膜5(氧化鋁膜5)的p型矽基板4，來製作第1圖所示之構成的太陽能電池。
綜上所述，在本實施形態之背面鈍化膜5(氧化鋁膜5)的成膜方法中，藉由霧氣法將溶液14噴霧於反應容器11內，且進一步供給臭氧至反應容器11內，而在p型矽基板4的背面上形成氧化鋁膜5。
藉此，比起採用實施形態1中所說明之成膜方法所製作的太陽能電池，採用本實施形態中所說明之成膜方法所製作的太陽能電池，更可謀求載子之生命期的提升。換言之，在氧化鋁膜5成膜時，藉由進行臭氧氣體的添加，可增大氧化鋁膜5的鈍化效果。
利用FZ法(Float Zone techology，浮動區法)製作了p型矽基板4。在此，該p型矽基板4的電阻率係3Ω˙cm，而p型矽基板4的厚度為280μm。
然後，將實施形態1之成膜方法實施在一方之p型矽基板4，且在該一方之p型矽基板4上，形成膜厚為60nm的氧化鋁膜(Al2O3)。再進一步將實施形態2的成膜方法實施在另一方的p型矽基板4，且在該另一方的p
型矽基板4上，形成膜厚為60nm的氧化鋁膜(Al2O3)。在此，除了是否有供給臭氧以外的成膜條件，在兩成膜方法中均相同。
之後，對於成膜有Al2O3之一方的p型矽基板4及成膜有Al2O3之另一方的p型矽基板4，使用μ-PCD(Microwave Photo Conductivity Decay，微波光電導衰退)法，來測量了載子的生命期。
結果，獲得了另一方之p型矽基板4中之載子的生命期為一方之p型矽基板4中之載子之生命期之5倍以上的結果。換言之，經實驗確認了在氧化鋁膜5成膜時供給臭氧，更可大幅提升載子的生命期。
本發明雖已詳細說明，惟上述說明在所有形態中均為例示，本發明並不限定於該等例示。未例示之無數個變形例，均視為未脫離本發明之範圍而可思及者。
4‧‧‧p型矽基板
11‧‧‧反應容器
13‧‧‧加熱器
14‧‧‧(原料)溶液
15‧‧‧溶液容器
16‧‧‧霧化器
L1、L3‧‧‧路徑
Claims (1)
- 一種太陽能電池的製造方法，其特徵為具備：(A)準備具有p型導電型之矽基板的步驟；(B)對前述矽基板的主面形成鈍化膜的步驟；及(C)使用形成有前述鈍化膜的前述矽基板而製作太陽能電池的步驟；前述步驟(B)係具有：(B-1)將含有鋁元素的溶液予以霧化的步驟；及(B-2)在大氣中，將臭氧供給至前述矽基板，將經前述霧化的前述溶液對前述矽基板的前述主面進行噴霧，藉此以成膜速度10至15nm/min形成屬於氧化鋁膜之前述鈍化膜的步驟。
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