TWI624078B - Method for manufacturing two-sided light-receiving solar cell - Google Patents
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Abstract
藉由太陽電池之製造方法，其方法具有：在半導體基板之表面形成成為與該半導體基板相反之導電型的擴散層之工程；和在上述半導體基板之背面形成成為與該半導體基板相同之導電型的擴散層之工程；和沿著與上述半導體基板之表面之該半導體基板相反之導電型之擴散層之外周緣部，進行雷射照射而從該擴散層之外周緣部除去內側之部分，並形成電性分離半導體基板之表面和背面的接合分離部之工程，來提供逆偏壓時之洩漏電流少之高效率之兩面受光型的太陽電池。
Description
本發明係關於抑制逆偏壓時之洩漏電流的兩面受光型之高效率之太陽電池之製造方法。
現在，對於製造民生用之太陽電池，高效率化及降低製造成本成為重要課題，廣泛地進行太陽電池之研究。其中為了提高轉換效率，有在兩面分別形成磷、硼之擴散層的太陽電池。其詳細例如下述般。
首先，準備利用多線法將藉由晶體生長提拉法(CZ)法所製造出之單晶矽碇或藉由澆鑄法所製作出之多晶矽碇予以切片而所取得之n型矽基板。接著，以鹼溶液去除因基板表面之切片而造成的損傷之後，在表面和背面之兩面形成最大高度10μm程度的微細凹凸(刻紋)。接著，使不同之導電型之摻雜劑熱擴散至基板之兩面。例如，在成為表面之第一主面，使用與基板成為逆導電型之摻雜氣體而予以氣相擴散，形成擴散層(射極層)。另外，在成為背面之第二主面，以使用與基板同導電型之摻雜氣體的氣相擴散法並使擴散，形成擴散層
(BSF層)。接著，在表面及背面，以例如70nm左右程度之膜厚堆積TiO2或SiNx，而形成反射防止膜。接著，藉由在背面和表面梳型狀地印刷以銀為主成分之背面電極用漿糊，並使乾燥，予以燒結，形成電極和歐姆接觸而完成太陽電池。
如此所製造之太陽電池比起具有使用p型半導體基板之一般背面之鋁電極(以下，稱為鋁電極)之太陽電池，可以抑制基板背面側之鋁電極區域之表面再結合，並具有高的光電轉換特性。再者，從上述兩面擴散之太陽電池，比起具有使用p型半導體基板之一般背面鋁電極的太陽電池，基板之翹曲小，模組化之時的破裂少。
一般而言，太陽電池於正極側之電極和負極側之電極藉由相同導電型之擴散層連接之時，分路電阻下降，於發電時，載體之洩漏增大，太陽電池之轉換效率減少。
例如，在使用p型半導體基板的一般具有背面鋁電極之太陽電池中，為了形成pn接合，在受光面(表面)或基板全面進行磷擴散。此時，當透過形成涵蓋基板側端部或背面側的磷擴散層，而受光面電極和背面電極連接時，分路電阻下降，於發電時，產生載體之洩漏使得太陽電池特性下降。
為了防止該分路電阻下降，通常包含使pn接合分離之工程。就以其方法而言，有除去受光面外周邊緣(外周緣)、基板側端部、背面外周緣區域之方法。例
如，有使用CF4等之蝕刻氣體而蝕刻基板側端部之電漿蝕刻技術，或藉由機械研磨的基板邊緣除去技術(日本特開昭55-003633號公報(專利文獻1))，使用噴砂的背面外周之蝕刻(日本特開2003-298080號公報(專利文獻2))，還有使用鹼系之溶劑而使基板之背面外周緣溶解而除去擴散層之回蝕技術或藉由雷射照射而在基板背面外周緣區域形成接合分離溝(國際公開第2006/087789號(專利文獻3))。該些任一者中，皆可使連續之射極層成為不連續，防止分路電阻之下降，而可達成pn接合分離。
再者，太陽電池特性之一具有逆偏壓時之洩漏電流。此係在串聯連接太陽電池之模組中，於太陽電池之一部分成為陰影之時，串聯連接之其他太陽電池施加逆偏壓。此時，洩漏電流多，即是耐壓低之太陽電池藉由洩漏電流而局部性地過熱，有太陽電池或模阻破損之情形。一般而言，逆偏壓之洩漏電流於不同導電型之擴散層相接之時，與各個摻雜濃度之積成比例，並與被施加之逆偏壓電壓成比例增大，在太陽電池之可靠性中為重要之參數。
在使用p型半導體基板之一般具有背面鋁電極的太陽電池中，藉由進行上述接合分離工程，施加逆偏壓之時的洩漏電流變小。該係因為燒結鋁電極之時所形成之BSF層(p+層)局部性地僅被形成在鋁電極正下方，即使在磷擴散層(n+層)包繞至基板背面側而被形成之情況下，n+層和p+層相接之區域被限定在背面電極附近之故。
因此，藉由可從受光面邊緣部連續性地除去背面外周緣區域之磷擴散層之上述接合分離方法，可防止由於n+層成為不連續而對n+p+區域施加逆偏壓。
另外，從上述基板兩面擴散之太陽電池必須形成p型及n型不同之擴散層，較硼摻雜劑容易擴散之磷摻雜劑不僅磷擴散面，也擴散至基板側端部或硼擴散面之外周緣區域，並形成高濃度磷擴散層。
再者，一般而言，逆偏壓時之洩漏電流與射極層相接之BSF層之摻雜濃度成比例而增大。
因此，在使用p型半導體基板之一般具有背面鋁電極的太陽電池中，具有效果之上述接合分離法，無法與從基板兩面擴散之太陽電池擴散之太陽電池完全pn接合分離，難以良率佳地製作逆偏壓時之洩漏電流少之高效率的太陽電池。
再者，在基板兩面形成有擴散層之太陽電池因逆偏壓施加時之洩漏電流變多，在洩漏電流產生部中由於基板溫度上升會傷及單元及模阻之可能性變高，故成為使模組可靠性下降之主要原因。
[專利文獻1]日本特開昭55-003633號公報
[專利文獻2]日本特開平2003-298080號公報
[專利文獻3]國際公開第2006/087786號
本發明係鑒於上述情形而創作出，其目的在於提供電性分離從基板兩面擴散之太陽電池之表面和背面，且逆偏壓時之洩漏電流少之高效率之兩面受光型之太陽電池之製造方法。
本發明者精心研究結果，作為從基板兩面擴散之太陽電池之接合分離方法，得到在表面外周緣區域之射極層內形成接合分離溝，對高單元特性及逆偏壓時之低洩漏電流為最有效果之結論，又精心檢討而完成本發明。
即是，本發明係提供下述太陽電池之製造方法。
[1]一種兩面受光型太陽電池之製造方法，其特徵在於，具有：依序進行在使n型半導體基板之背面露出，表面藉由氧化矽膜予以遮罩之狀態下，在該背面塗佈包含n型摻雜劑之擴散劑之後，予以熱處理而形成n型擴散層之處理，和在使上述n型半導體基板之表面露出，除此之外藉由氧化矽膜予以遮罩之狀態下，在該表面塗佈包含p型摻雜劑之擴散劑之後，予以熱處理而形成p型擴散層之處理，或是同時進行在n型半導體基板之表面塗佈包含p型摻雜劑之擴散劑，將該狀態之兩片基板的塗佈有擴散劑之
表面彼此面對面重疊之狀態下，進行擴散熱處理，並且在此時，導入包含n型摻雜劑之氣體而在基板之背面形成n型擴散層之處理，和在表面形成p型擴散層之處理，而取得在基板之背面、基板側端部及表面之外周緣區域，連續形成n型擴散層，在較表面之外周緣區域之n型擴散層內側，形成與該n型擴散層相接之p型擴散層的n型半導體基板之工程；和在沿著上述n型半導體基板之表面之p型擴散層之外周緣部，進行雷射照射而除去較該p型擴散層之外周緣部內側之部分的擴散層，且在基板表面之p型擴散層之區域，n型半導體基板露出之狀態下，形成電性分離n型半導體基板之表面和背面的接合分離部之工程。
[2]一種兩面受光型太陽電池之製造方法，其特徵在於，具有：依序進行在使p型半導體基板之表面露出，背面藉由氧化矽膜予以遮罩之狀態下，在該表面塗佈包含n型摻雜劑之擴散劑之後，予以熱處理而形成n型擴散層之處理，和在使上述p型半導體基板之背面露出，除此之外藉由氧化矽膜予以遮罩之狀態下，在該背面塗佈包含p型摻雜劑之擴散劑之後，予以熱處理而形成p型擴散層之處理，或是同時進行在p型半導體基板之背面塗佈包含p型摻雜劑之擴散劑，將該狀態之兩片基板的塗佈有擴散劑之背面彼此面對面重疊之狀態下，進行擴散熱處理，並且在此時，導入包含n型摻雜劑之氣體而在基板之表面形成n型擴散層之處理，和在背面形成p型擴散層之處理，而取得在基板之表面、基板側端部及背面之外周緣區域，連續
形成n型擴散層，在較背面之外周緣區域之n型擴散層內側，形成與該n型擴散層相接之p型擴散層的p型半導體基板之工程；和在沿著上述p型半導體基板之表面之n型擴散層之外周緣部，進行雷射照射而除去較該n型擴散層之外周緣部內側之部分的擴散層，且在基板表面之n型擴散層之區域，p型半導體基板露出之狀態下，形成電性分離p型半導體基板之表面和背面的接合分離部之工程。
[3]如[1]或[2]所記載之兩面受光型太陽電池之製造方法，其中，接合分離部係在寬度之中心從表面外周緣僅以0.15mm以上0.60mm以下之距離朝內側縮的區域內沿著基板外周緣而連續地被形成在較表面電極更外側的溝。
[4]如[1]或[2]所記載之兩面受光型太陽電池之製造方法，其中，接合分離部係溝寬為5μm以上30μm以下，溝深為5μm以上30μm以下的溝。
若藉由本發明時，藉由在半導體基板之表面之外周緣區域進行雷射接合分離，可以良率佳地製作逆偏壓時之洩漏電流少之高效率之太陽電池。
10n‧‧‧n型半導體基板
10p‧‧‧p型半導體基板
12n‧‧‧n型擴散層(n+擴散層)
12p‧‧‧p型擴散層(p+擴散層)
13、14‧‧‧反射防止膜兼鈍化膜
15‧‧‧接合分離溝
16‧‧‧表面電極
16b‧‧‧表面母線電極(母線電極)
16f‧‧‧表面指狀電極(指狀電極)
17‧‧‧背面電極
17b‧‧‧背面母線電極(母線電極)
17f‧‧‧背面指狀電極(指狀電極)
圖1為表示與本發明有關之太陽電池之基本構成的前視圖，(a)為表面之前視圖，(b)為背面之前視圖。
圖2為表示與本發明有關之太陽電池之基本構成的剖面圖。
圖3為表示當作與本發明有關之太陽電池之製造方法之實施型態的製作工程之剖面圖，(a)刻紋形成工程，(b)為擴散層形成工程，(c)為反射防止膜兼鈍化膜形成工程，(d)為雷射接合分離工程，(e)為電極形成工程。
圖4為表示與本發明有關之太陽電池中使用n型半導體基板之第1實施型態之剖面圖。
圖5為表示圖4之太陽電池中之接合分離溝之形成例的前視圖。
圖6為表示圖4之太陽電池中之接合分離溝之另外的形成例的前視圖。
圖7為表示與本發明有關之太陽電池中使用p型半導體基板之第2實施型態之剖面圖。
圖8為表示圖7之太陽電池中之接合分離溝之形成例的前視圖。
圖9為表示圖7之太陽電池中之接合分離溝之另外的形成例的前視圖。
圖10為表示比較例1之太陽電池之概略構成的剖面圖。
圖11為表示比較例2之太陽電池之概略構成的剖面圖。
圖12為表示比較例3之太陽電池之概略構成的剖面
圖。
圖13為表示比較例4之太陽電池之概略構成的剖面圖。
以下，針對與本發明有關之太陽電池之製造方法及太陽電池予以說明。
圖1及圖2表示與本發明有關之太陽電池之基本構成。
本發明之太陽電池為在半導體基板之兩面形成有擴散層之兩面受光型之太陽電池，如圖1(a)所示般，在半導體基板之表面，具有多數被稱為指狀電極16f之數百~數十μm之電極以當作集電電極，再者具有兩條當作用以連結太陽電池之集電電極之母線電極16b。再者，如圖1(b)所示般，在半導體基板之背面中，也具有兩條當作集電電極之指狀電極17f，和當作用以連結太陽電池之集電電極之母線電極17b。
再者，就以該太陽電池之剖面構造而言，如圖2所示般，在n型之半導體基板10n之表面側，設置與基板之導電型相反之導電型(p型)之擴散層12p，並在該上方，設置有指狀電極16f和母線電極16b(無圖示母線電極16b)。並且，在擴散層12p之外的區域，設置有反射防止膜兼鈍化膜13。再者，在半導體基板10n之背面側，設置與基板之導電型相同之導電型(n型)之擴散
層12n，在該上方設置有指狀電極17f和母線電極17b(母線電極17b無圖示)，除此之外的區域設置有反射防止膜兼鈍化膜14。
並且，在圖2中，於p型之半導體基板10p之時，在基板之表面側設置有與基板之導電型相反之導電型(n型)之擴散層12n，在背面側設置有與基板之導電型相同之導電型(p型)之擴散層12p。其此之外的構成與上述相同。
與本發明有關之太陽電池之製造方法之特徵具有：在半導體基板之表面形成成為與該半導體基板相反之導電型的擴散層之工程；和在上述半導體基板之背面形成成為與該半導體基板相同之導電型的擴散層之工程；和沿著與上述半導體基板之表面之該半導體基板相反之導電型之擴散層(成為射極層之區域)之外周緣部，進行雷射照射而除去該擴散層之外周緣部，並形成電性分離半導體基板之表面和背面的接合分離溝之工程。
以下，根據圖3，具體說明本發明之太陽電池之製造方法。
在高純度矽摻雜磷或砷、銻般之V族元素，使用濃度5~60質量百分比之氫氧化鈉或氫氧化鈣般之高濃度或氫氟酸和硝酸之混酸等，蝕刻比電阻設為0.1~5Ω．cm之原切割(as-cut)單晶{100}n型矽基板表面之切片損傷。單
晶矽基板即使藉由CZ法、FZ法中之任一方法製作亦可。基板不一定需要單晶矽，即使為多晶矽或化合物半導體亦可。再者，矽基板之形狀也不需要特別限定，即使為矩形、圓形中之任一者亦可。在此，說明使用n型單晶矽基板之n型半導體基板10n(以下，稱為基板10n)之情形。
接著，在基板10n之兩面進行被稱為刻紋之微小凹凸形成(在圖3中省略凹凸表示)。刻紋係用以使太陽電池之反射率下降之有效的方法。刻紋係藉由將基板10n浸漬於加熱的氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鉀、碳酸氫鈉等之鹼溶液(濃度1~10質量百分比，溫度60~100℃)10~30分鐘左右而形成。在上述溶液中，使特定量之2-丙醇溶解，並促進反應為多。刻紋形成因進行表面之蝕刻，故可成為上述損傷蝕刻之代用。
於上述工程之後，在鹽酸、硫酸、氫氟酸等或該些混合液之酸性水溶液中洗淨基板10n(在此為圖3(a))。
接著，在基板10n之兩面形成擴散層12p、12n(圖3(b))。
詳細而言，首先藉由在基板10n之背面(第二主面，在圖3中朝下之面)塗佈成為與基板10n之導電型相同之
導電型(第一導電型)之擴散源(P、As、Sb等之摻雜劑)之擴散劑，例如含有磷或銻等之材料，並使乾燥，形成擴散劑塗佈層，並在800~1000℃施予30分鐘~1小時左右之熱處理，第二主面上形成n型之擴散層12n。並且，此時，在基板10n之表面先形成氧化矽膜以作為防止擴散層之形成的遮罩亦可。
接著，藉由在基板10n之表面(第一主面，在圖3中朝上之面)塗佈成為與基板10n之導電型相反之導電型(第二導電型)之擴散源(B、Al、Ga、In等之摻雜劑)之擴散劑，例如事先將硼酸溶解於純水之擴散劑並予以乾燥，形成擴散劑塗佈層，並藉由在950~1050℃施予10分鐘~1小時左右之熱處理，第一主面上形成p型之擴散層12p。
並且，在基板10n之表面(第一主面)塗佈第二導電型之擴散劑而形成擴散劑塗佈層之後，於擴散熱處理時，藉由導入供給第一導電型之擴散源之氣體，例如氧氯化磷以當作氛圍氣體，在基板10n之第二主面同時形成n型之擴散層12n亦可(氣相擴散法)。此時，在互相對準形成有兩面基板10n之擴散劑塗佈層之第一主面彼此而重疊之狀態下，若施予上述擴散熱處理即可。
當結束擴散熱處理時，以氫氟酸等除去被形成在基板10n表面的玻璃。
接著，在基板10n之表背面形成反射防止膜兼鈍化膜13、14(圖3(c))。反射防止膜兼鈍化膜13、14之形成使用電漿CVD裝置，以厚度約100nm成膜SiNx膜。並且，作為反應氣體，以使用混合甲矽烷(SiH4)及氨(NH3)為多，但是可使用氮取代NH3，再者，於製程壓力之調整、反應氣體之稀釋，含有基板使用多晶矽之時，為了促進基板之體鈍化(bulk passivation)效果，也有將氫混合至反應氣體之情形。
然而，在基板10n之兩面分別形成之擴散層12p、12n在擴散熱處理中，並非僅形成在期待之面。例如，在表面側進行硼擴散之時，在背面側，也藉由硼自動摻雜形成硼擴散層。再者，在背面側進行磷擴散之時，也在表面側引起磷自動摻雜，形成磷擴散層。其結果，在基板側端部及表面外周緣區域中，藉由擴散係數大於摻雜劑之磷摻雜劑之擴散濃度變高，如圖3(b)所示般，該些區域之硼濃度被補償，在基板側端部及表面(硼擴散面)外周緣區域，連續形成高濃度磷擴散層(n+層)12n。該係即使先在基板表面(硼擴散面)形成遮罩用之氧化矽膜而產生。並且，確認出表面(硼擴散面)外周緣區域中之高濃度磷擴散層12n之寬度係藉由使用p型基板之電阻側量，涵蓋從外周緣至少至0.08mm，最大至0.12mm為之區域而被形成。再者，表面(硼擴散面)外周緣區域中之高濃度磷擴散層12n之寬度，在於形成有上述遮罩用之氧化矽膜之後施予擴散熱處理之時，和使形成有兩片基板
10n之擴散劑塗佈層之第一主面彼此互相對準而重疊之狀態下施予上述擴散熱處理之時，為相同程度。
該高濃度磷擴散層(n+層)12n與高濃度硼擴散層(p+層)12p相接之狀態(p+n+接合)下，當對該區域施加逆偏壓時，p+n+接合區域被施加電場，藉由隧道效果，洩漏電流增大。為了阻止發電時(順偏壓時)經正極電極及負極電極之導通，進行一般太陽電池中之pn接合分離，對此本發明中後述之雷射接合分離又持有也降低逆偏壓時之洩漏電流的效果。例如，使用n型基板，在表面側形成硼擴散層(擴散層12p)、在背面側形成磷擴散層(擴散層12n)之太陽電池中，在n+層內進行n型基板之露出(接合分離)之時，具體而言，即使在表面最外周之邊緣區域(外周緣)或基板側端部或基板背面外周緣，使n型基板露出，也在表面之擴散層12p側存在p+n+接合區域，在與受光面外周緣區域之p+層接合之n+層經n型基板被施加電壓，故p+n+接合區域被施加逆偏壓而產生了洩漏電流。
在此，本發明者為了解決該問題進行各種研究之結果，就以在兩面具有擴散層之太陽電池中，使p+n+接合區域不被施加逆偏壓之方法而言，研究出利用在表面擴散層(射極層)之區域內形成接合分離之溝，並藉由使與該擴散層相反之導電型之基板露出，防止從與電極連接之射極層施加逆壓偏壓之電壓之情形為重要，進行精心研究而完成本發明。
即是，在本發明中，進行下述雷射接合分離工程之處理。
在本工程中，沿著基板10n之表面之與該基板10n相反之導電型之擴散層(擴散層12p)之外周緣部，進行雷射照射而除去較該擴散層12p之外周緣部更內側之部分(及包含其部分之反射防止膜兼鈍化膜13)，並形成電性分離基板10n之表面和背面之接合分離溝15(圖3(d))。
接合分離溝15之形成藉由使用處理工時非常短之加工技術，可取得安定之加工精度，並成為低成本化。
即是，關於在本工程中利用之雷射加工，將雷射媒體為固體稱為固體雷射，藉由取得高峰值強度脈衝，可廣泛當作工業用加工雷射而被利用。其中，以將在藍寶石結晶混入鉻離子的紅寶石雷射或釹放入YAG(釔鋁石榴石結晶)之YAG雷射(正確記為Nd：YAG雷射)為代表，YAG雷射發出波長為1064nm之光(紅外線)，使用非線性光學結晶而產生高諧波，也可以產生波長532nm之綠色光或波長355nm之紫外線等。波長532nm之綠光雷射之光能量因從eV=1238.9/λ之式子，為eV=2.33，故持有矽之頻帶1.1eV之兩倍以上之能量，對進行矽基板之加工而言為足夠之光能量。
由於矽持有如下述特性，在YAG雷射之基本波(1064nm)透過一些光，對此產生SHG(Second Harmonic Generation：第2高諧波)-YAG雷射(波長532nm)之光幾乎完全被表面吸收，故對於進行矽基板(基板10n)之表面加工，若使用SHG-YAG雷射時，不會有同時在溶解表面產生光吸收和蒸發，或對內部裝置造成損傷之情形，可進行表面劃線。
再者，代表性之Nd：YAG固體雷射雖然取得高輸出，但是最大重覆頻率為50kHz相當低，在高速加工用途有一定的限度。對此，Nd：YVO4雷射可成為高的重覆頻率50~200kHz，期待薄膜之劃線、切斷、基板之開口等之高速加工用。可以範圍廣之重覆頻率進行高輸出‧高峰值強度之雷射加工，而實現高速掃描之雷射加工。
如上述般，雷射其他也有各種種類，可以形成以對矽基板照射矽表面之畫線切割現象所需之能量和對應於時間寬之雷射光為目的的形狀之接合分離溝15。
在此，如圖4所示般，即使在基板10n之表面，在從溝寬之中心從表面外周緣僅以最佳為0.15mm以上0.60mm以下，更佳為0.2mm以上0.4mm以下之距離D朝內側縮之區域內，沿著基板外周緣在較表面電極(即是，指狀電極16f及母線電極16b)更外側連續形成接合分離溝15亦可。
再者，就以基板10n之表面中之接合分離溝15形成用所照射之雷射光之掃描圖案而言，如圖5所示
般，即使使雷射沿著其外周緣以一筆畫成之方式在從基板10n之表面外周緣僅以一定距離D朝內側縮之位置上掃描亦可。或是，作為雷射光之其他掃描圖案，即使如圖6所示般，在矩形之基板10n之每一邊，沿著該外周緣使雷射在從其一邊之表面外周緣僅以一定距離D朝內側縮之位置，從其邊之端部掃描至端部，並將此在整個4邊進行亦可。
再者，接合分離溝15之溝寬最佳為5~30μm，更佳為10~20μm，溝深最佳為5~30μm，更佳為10~20μm。當接合分離溝15之寬度及深度低於上述下限時，有電性分離不充分之虞，當高於上限時，有基板之崩裂增加，或基板破裂變得容易之情形。
該雷射接合分離工程係於在上述矽基板之表面及背面形成擴散層12p、12n之工程後，例如於僅接著擴散層12p、12n形成工程後，反射防止膜兼鈍化膜13、14形成工程後、電極形成工程後實施為佳。
接著，在基板10n之表背面之反射防止膜兼鈍化膜13、14上藉由網版印刷法形成由母線電極16b及指狀電極16f所構成之表面電極16，和由母線電極17b和指狀電極17f所構成之背面電極17(在圖3中指狀電極16f、17f)無圖示(圖3(e))。即是，在上述基板10n之表背面，印刷Ag粉末和玻璃熔料混合有機物接著劑之Ag
漿糊並予以乾燥，於電極印刷後，藉由熱處理，使Ag粉末貫通於SiNx膜之反射防止膜兼鈍化膜13、14(燒透)、電極16、17和矽基板(擴散層12p、12n)導通。燒結通常係藉由在700~800℃之溫度處理5~30分鐘間而進行。電極16、17之燒結即使進行一次亦可，可於各面之印刷後各別燒結。
以上，以導電型為n型之矽基板(半導體基板10n)之情形為例予以說明，但是即使以基板之導電型為p型之情形，若更換關於上述擴散層之p型和n型之條件時，可適用本發明之製造方法。即是，此時在擴散層形成工程中，在半導體基板10p之表面形成n型之擴散層12n，並在背面形成p型之擴散層12p。接著，在該工程之後進行的雷射接合分離工程中，沿著半導體基板10p之表面之與該基板10p相反之導電型之擴散層(擴散層12n)之外周緣部，進行雷射照射而除去較該擴散層12n之外周緣部更內側之部分(及包含其部分之反射防止膜兼鈍化膜13)，並形成電性分離基板10p之表面和背面之接合分離溝15。此時之雷射接合分離之條件即使與上述相同亦可。
具體而言，如圖7所示般，即使在基板10p之表面，在從溝寬之中心從表面外周緣僅以最佳為0.15mm以上0.60mm以下，更佳為0.2mm以上0.4mm以下之距離D朝內側縮之區域內，沿著基板外周緣在較表面電極(即是，指狀電極16f及母線電極16b)更外側連續
形成接合分離溝15亦可。
再者，就以基板10p之表面中之接合分離溝15形成用所照射之雷射光之掃描圖案而言，如圖8所示般，即使使雷射沿著其外周緣以一筆畫成之方式在從基板10p之表面外周緣僅以一定距離D朝內側縮之位置上掃描亦可。或是，作為雷射光之其他掃描圖案，即使如圖9所示般，在矩形之基板10p之每一邊，沿著該外周緣使雷射在從其一邊之表面外周緣僅以一定距離D朝內側縮之位置，從其邊之端部掃描至端部，並將此在整個4邊進行亦可。
如上述般，藉由進行雷射接合分離，可以良率佳地製作逆偏壓時之洩漏電流少的高效率之兩面受光型之太陽電池。
以下，雖然舉出本發明之實施例予以具體性說明，但是本發明並不限定於此。
在包含上述雷射接合分離之本發明之太陽電池之製造方法中，如下述般使用n型基板製造出太陽電池。
將結晶面方位(100)、15.6cm見方200μm厚度、分片比電阻2Ω．cm(摻雜劑濃度7.2×1015cm-3)磷摻雜n型
單結晶矽基板浸漬於氫氧化鈉水溶液而以蝕刻除去損傷層，並浸浸於在氫氧化鈣水溶液加入異丙醇之水溶液而進行鹼蝕刻，來進行刻紋形成。以1000℃、1小時對所取得之矽基板全體進行熱處理，形成氧化矽膜。接著，使用氫氟酸等之藥液除去背面之氧化矽膜，並在背面塗佈包含磷摻雜劑的塗佈劑之後，進行950℃，1小時熱處理，並在背面形成n型擴散層。於熱處理後，附著在基板之玻璃成分藉由氫氟酸溶液等除去後，被洗淨。
再次，在矽基板全體形成氧化矽膜，使用氫氟酸等之藥液除去表面之氧化矽膜，並在表面塗佈包含硼摻雜劑的塗佈劑之後，進行950℃，1小時熱處理，並在表面全體形成p型擴散層。
接著，藉由高濃度氫氟酸溶液等除去附著在基板之玻璃成分後，被洗淨。
接著，使用直接電漿CVD裝置，並在矽基板之表面及背面疊層反射防止膜兼鈍化膜之氮化矽膜。該膜厚為70nm。
在此，使用波長532nm之YVO4雷射，除去從表面外周緣往內側縮0.15mm之區域的反射防止膜兼鈍化膜及p型擴散層之外周緣部附近而沿著表面外周緣連續性地形成寬度20μm、深度10μm之接合分離溝。雷射照射之條件係以重覆頻率100kHz、輸出10.6W、掃描速度1000mm/sec來進行。
在表面側及背面側分別藉由網版印刷法電極印刷銀漿
糊，並於乾燥後，以800℃進行20分鐘燒結，形成表面電極及背面電極。此時，於燒結中，藉由銀漿糊中之玻璃熔料燒透反射防止兼鈍化膜，可達成電極和擴散層之電性導通。
除將接合分離溝形成在從表面外周緣朝向內側縮0.30mm之區域外，其他藉由與實施例1相同之工程製作出太陽電池。
除將接合分離溝形成在從表面外周緣朝向內側縮0.60mm之區域外，其他藉由與實施例1相同之工程製作出太陽電池。
為了參考，除將接合分離溝形成在從表面外周緣朝向內側縮0.80mm之區域外，其他藉由與實施例1相同之工程製作出太陽電池。
為了比較，如圖10所示般，除將接合分離溝形成在從表面外周緣朝向內側縮0.10mm之區域外，其他藉由與實施例1相同之工程製作出太陽電池。
為了比較，如圖11所示般，除將接合分離溝形成在從表面外周緣朝向內側縮0.20mm之區域外，其他藉由與實施例1相同之工程製作出太陽電池。
為了比較，如圖12所示般，製作出在表面側及背面側中之一側不形成接合分離溝之情形的太陽電池。接合分離以之外的其他工程進行與實施例1相同之處理。
並且，為了比較，如圖13所示般，藉由電漿蝕刻，製作出基板側端部接合分離之情形的太陽電池。具體而言，將藉由擴散熱處理在兩面形成有擴散層之基板堆疊成電漿或自由基不會侵入表面或背面，進行使用CF4氣體之電漿蝕刻處理而將基板之側端部削除數μm。接合分離以之外的其他工程進行與實施例1相同之處理。
在包含上述雷射接合分離之本發明之太陽電池之製造方法中，如下述般使用p型基板製造出太陽電池。
將結晶面方位(100)、15.6cm見方200μm厚度、分
片比電阻2Ω．cm(摻雜劑濃度7.2×1015cm-3)硼摻雜p型單結晶矽基板浸漬於氫氧化鈉水溶液而以蝕刻除去損傷層，並浸浸於在氫氧化鈣水溶液加入異丙醇之水溶液而進行鹼蝕刻，來進行刻紋形成。以1000℃、1小時對所取得之矽基板全體進行熱處理，形成氧化矽膜。接著，使用氫氟酸等之藥液除去表面之氧化矽膜，並在表面側塗佈包含磷摻雜劑的塗佈劑之後，進行950℃，1小時熱處理，並在表面側形成n型擴散層。於熱處理後，附著在基板之玻璃成分藉由氫氟酸溶液等除去後，被洗淨。
再次，在矽基板全體形成氧化矽膜，使用氫氟酸等之藥液除去背面之氧化矽膜，並在背面側塗佈包含硼摻雜劑的塗佈劑之後，進行950℃，1小時熱處理，並在背面側形成p型擴散層。
接著，藉由高濃度氫氟酸溶液等除去附著在基板之玻璃成分後，被洗淨。
接著，使用直接電漿CVD裝置，並在矽基板之表面及背面疊層反射防止膜兼鈍化膜之氮化矽膜。該膜厚為70nm。
在此，使用波長532nm之YVO4雷射，除去從表面外周緣往內側縮0.10mm之區域的反射防止膜兼鈍化膜及n型擴散層之外周緣部附近而沿著表面外周緣連續性地形成寬度20μm、深度10μm之接合分離溝。雷射照射之條件係以重覆頻率50kHz、輸出12.5W、掃描速度1000mm/sec來進行。
在表面側及背面側分別藉由網版印刷法電極印刷銀漿糊，並於乾燥後，以800℃進行20分鐘燒結，形成表面電極及背面電極。此時，於燒結中，藉由銀漿糊中之玻璃熔料燒透反射防止兼鈍化膜，可達成電極和擴散層之電性導通。
除將接合分離溝形成在從表面外周緣朝向內側縮0.20mm之區域外，其他藉由與實施例4相同之工程製作出太陽電池。
除將接合分離溝形成在從表面外周緣朝向內側縮0.30mm之區域外，其他藉由與實施例4相同之工程製作出太陽電池。
為了比較，除將接合分離溝形成在從表面外周緣朝向內側縮0.10mm之區域外，其他藉由與實施例4相同之工程製作出太陽電池。
為了比較，除將接合分離溝形成在從背面外周緣朝向內側縮0.20mm之區域外，其他藉由與實施例4相同之工
程製作出太陽電池。
為了比較，除將接合分離溝形成在從背面外周緣朝向內側縮0.30mm之區域外，其他藉由與實施例4相同之工程製作出太陽電池。
為了比較，製作出在表面側及背面側中之一側不形成接合分離溝之情形的太陽電池。接合分離以之外的其他工程進行與實施例4相同之處理。
並且，為了比較，藉由電漿蝕刻，製作出基板側端部接合分離之情形的太陽電池。具體而沿，將藉由擴散熱處理在兩面形成有擴散層之基板堆疊成電漿或自由基不會侵入表面或背面，進行使用CF4氣體之電漿蝕刻處理而將基板之側端部削除數μm。接合分離以之外的其他工程進行與實施例4相同之處理。
表1表示以上之實施例、參考例及比較例之接合分離條件。
再者，在25℃之氛圍中、太陽光模擬器(光強度：1kW/m2，向量：AM1.5全域)下，對在實施例、參考例及比較例中所取得之太陽電池測量電流電壓特性。並且，也測量施加12V之逆偏壓之時的洩漏電流。表2表示包含接合分離所需之處理工時的結果。並且，表中之數字為在實施例、參考例及比較例中試作之單元100片之平均值。
藉由上述表2之結果，在n型基板具有兩面擴散層之太陽電池中，於實施例1~3中所進行之雷射接合分離，係對比較例4之電漿蝕刻接合分離，可以一面維持轉換效率一面降低洩漏電流。在藉由比較例1及2中所進行之雷射接合分離中，洩漏電流高。尤其，比較例2係與不形成接合分離溝之比較例3同等高的洩漏電流值。在n型基板具有兩面擴散層之太陽電池中，即使在背面形成接合分離溝，也不會有降低逆偏壓時之洩漏電流之效果。
並且，在從參考例之表面外周以0.80mm分離雷射接合之條件中，雖然逆偏壓時之洩漏電流低，但是轉換效率下降。主要係因為由於有效之受光面積減少，短路電流減
少。暗示著在n型基板具有兩面擴散層之太陽電池中的表面外周緣之接合分離溝，以形成在從外周緣僅縮0.15mm以上0.60mm以下之距離的區域為佳。
再者，在p型基板具有兩面擴散層之太陽電池中，於實施例4~6中所進行之雷射接合分離，係對比較例9之電漿蝕刻接合分離，可以一面維持轉換效率一面降低洩漏電流。因在表面側形成有均勻之射極層(n+層)，故可以在任意之加工位置形成接合分離溝。在藉由比較例5~7中所進行之雷射接合分離中，洩漏電流高。尤其，比較例6及7係與不形成接合分離溝之比較例8同等高的洩漏電流值。在p型基板具有兩面擴散層之太陽電池中，即使在背面形成接合分離溝，也不會有降低逆偏壓時之洩漏電流之效果，或者較小。
從該些結果，對於使用半導體基板而在兩面形成擴散層之太陽電池之製作，在表面外周緣之射極層內形成使用雷射之接合分離溝，有利於維持高轉換效率和降低洩漏電流，可實現高生產率和低成本化。
並且，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施型態為例示，具有與本發明之申請專利範圍所記載之技術思想實質上相同之構成，且可達相同之作用效果的技術，無論何種型態皆含在本發明之技術範圍。
Claims (4)
- 一種兩面受光型太陽電池之製造方法，其特徵在於，具有：依序進行在使n型半導體基板之背面露出，表面藉由氧化矽膜予以遮罩之狀態下，在該背面塗佈包含n型摻雜劑之擴散劑之後，予以熱處理而形成n型擴散層之處理，和在使上述n型半導體基板之表面露出，除此之外藉由氧化矽膜予以遮罩之狀態下，在該表面塗佈包含p型摻雜劑之擴散劑之後，予以熱處理而形成p型擴散層之處理，或是同時進行在n型半導體基板之表面塗佈包含p型摻雜劑之擴散劑，將該狀態之兩片基板的塗佈有擴散劑之表面彼此面對面重疊之狀態下，進行擴散熱處理，並且在此時，導入包含n型摻雜劑之氣體而在基板之背面形成n型擴散層之處理，和在表面形成p型擴散層之處理，而取得在基板之背面、基板側端部及表面之外周緣區域，連續形成n型擴散層，在較表面之外周緣區域之n型擴散層內側，形成與該n型擴散層相接之p型擴散層的n型半導體基板之工程；和在沿著上述n型半導體基板之表面之p型擴散層之外周緣部，進行雷射照射而除去較該p型擴散層之外周緣部內側之部分的擴散層，且在基板表面之p型擴散層之區域，n型半導體基板露出之狀態下，形成電性分離n型半導體基板之表面和背面的接合分離部之工程。
- 一種兩面受光型太陽電池之製造方法，其特徵在 於，具有：依序進行在使p型半導體基板之表面露出，背面藉由氧化矽膜予以遮罩之狀態下，在該表面塗佈包含n型摻雜劑之擴散劑之後，予以熱處理而形成n型擴散層之處理，和在使上述p型半導體基板之背面露出，除此之外藉由氧化矽膜予以遮罩之狀態下，在該背面塗佈包含p型摻雜劑之擴散劑之後，予以熱處理而形成p型擴散層之處理，或是同時進行在p型半導體基板之背面塗佈包含p型摻雜劑之擴散劑，將該狀態之兩片基板的塗佈有擴散劑之背面彼此面對面重疊之狀態下，進行擴散熱處理，並且在此時，導入包含n型摻雜劑之氣體而在基板之表面形成n型擴散層之處理，和在背面形成p型擴散層之處理，而取得在基板之表面、基板側端部及背面之外周緣區域，連續形成n型擴散層，在較背面之外周緣區域之n型擴散層內側，形成與該n型擴散層相接之p型擴散層的p型半導體基板之工程；和在沿著上述p型半導體基板之表面之n型擴散層之外周緣部，進行雷射照射而除去較該n型擴散層之外周緣部內側之部分的擴散層，且在基板表面之n型擴散層之區域，p型半導體基板露出之狀態下，形成電性分離p型半導體基板之表面和背面的接合分離部之工程。
- 如請求項1或2所記載之兩面受光型太陽電池之製造方法，其中接合分離部係在寬度之中心從表面外周緣僅以 0.15mm以上0.60mm以下之距離朝內側縮的區域內沿著基板外周緣而連續地被形成在較表面電極更外側的溝。
- 如請求項1或2所記載之兩面受光型太陽電池之製造方法，其中接合分離部係溝寬為5μm以上30μm以下的溝，溝深為5μm以上30μm以下的溝。
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