專利名稱：太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背面結(jié)型太陽能電池及其制造方法，其中該太陽能電池包括形成在半 導(dǎo)體基板的背面上的η型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層。
背景技術(shù)：
由于太陽能電池能夠?qū)⑶鍧嵡覠o限地提供的太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能，所以期待將 其作為新的能源。目前，提出了包括形成在半導(dǎo)體基板的背面上的η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層的 所謂的背面結(jié)型太陽能電池(參照日本特開2005-101240號公報(bào))。具體地，η型半導(dǎo)體層 和P型半導(dǎo)體層分別在形成在半導(dǎo)體基板的背面的實(shí)質(zhì)上的本征非晶半導(dǎo)體層上線狀地 交替形成。實(shí)質(zhì)上的本征非晶半導(dǎo)體層具有抑制半導(dǎo)體基板背面中的載流子再結(jié)合的鈍化 特性。但是，由于上述非晶半導(dǎo)體層具有導(dǎo)電性，所以在η型半導(dǎo)體層與ρ型半導(dǎo)體層之 間可能會(huì)產(chǎn)生短路。特別是，當(dāng)為了提高載流子的收集效率而使η型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo) 體層之間的間隔變得狹窄時(shí)，很容易發(fā)生這樣的短路。此外，雖然也考慮僅在η型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層各自與半導(dǎo)體基板之間插入 非晶半導(dǎo)體層，但是在這種情況下，會(huì)降低半導(dǎo)體基板的背面的鈍化特性。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的是提供能夠抑制形成在半導(dǎo)體基板的背 面上的非晶半導(dǎo)體層的短路發(fā)生的背面結(jié)型太陽能電池及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征的太陽能電池，其特征在于，包括半導(dǎo)體基板，其具有受光面和設(shè) 置在上述受光面的相反側(cè)的背面；形成在上述背面上的實(shí)質(zhì)上的本征非晶半導(dǎo)體層；形成 在上述非晶半導(dǎo)體層上的P型半導(dǎo)體層；和形成在上述非晶半導(dǎo)體層上的η型半導(dǎo)體層，其 中，上述非晶半導(dǎo)體層包括從上述背面?zhèn)扔^看時(shí)，在平面視圖中露出的露出部；和在上述 平面視圖中被上述P型半導(dǎo)體層和上述η型半導(dǎo)體層覆蓋的被覆部，作為上述露出部的厚 度的第一厚度，比作為上述被覆部的厚度的第二厚度小。根據(jù)本發(fā)明的特征的太陽能電池，在與半導(dǎo)體基板背面平行的方向上，能夠使露 出部的電阻比被覆部的電阻大。因此，能夠抑制形成在被覆部上的P型半導(dǎo)體層和形成在 被覆部上的η型半導(dǎo)體層之間的短路的產(chǎn)生。此外，由于在半導(dǎo)體基板的背面上，不僅形成 被覆部，而且形成露出部，所以能夠維持半導(dǎo)體基板的背面的鈍化特性。在本發(fā)明的特征的太陽能電池中，優(yōu)選上述第一厚度與上述第二厚度的比為0. 48 以上且不到1。在本發(fā)明的特征的太陽能電池中，優(yōu)選上述第一厚度為1. 44nm以上且不到25nm。本發(fā)明的特征的太陽能電池的制造方法，該太陽能電池包括具有受光面和設(shè)置在 上述受光面的相反側(cè)的背面的半導(dǎo)體基板，該太陽能電池的制造方法的特征在于，包括在上述背面上形成實(shí)質(zhì)上的本征第一非晶半導(dǎo)體層的工序；在設(shè)置在上述第一非晶半導(dǎo)體層 表面的第一區(qū)域和第二區(qū)域，形成實(shí)質(zhì)上的本征第二非晶半導(dǎo)體層的工序；在形成在上述 第一區(qū)域的上述第二非晶半導(dǎo)體層上形成P型半導(dǎo)體層的工序；和在形成在上述第二區(qū)域 的上述第二非晶半導(dǎo)體層上形成η型半導(dǎo)體層的工序。


圖1是從背面?zhèn)扔^察根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽能電池10的平面圖。圖2是沿著圖1的A-A線的放大截面圖。圖3是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽能電池10的制造方法的圖。圖4是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽能電池10的制造方法的圖。圖5是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽能電池10的制造方法的圖。圖6是表示i型非晶Si層的層厚與太陽能電池特性的關(guān)系的曲線圖。圖7是表示比值(IVT2)與太陽能電池特性的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式接下來，使用附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。在下面附圖的記載中，對相同或類似 的部分標(biāo)注相同或類似的附圖標(biāo)記。其中，必須注意附圖是示意性的，各尺寸的比率等與現(xiàn) 實(shí)的不同。因此，具體的尺寸等應(yīng)該參考下面的說明進(jìn)行判斷。此外，當(dāng)然也包括各附圖之 間相互的尺寸關(guān)系和比率不同的部分。(太陽能電池的結(jié)構(gòu))參照圖1和圖2，說明本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽能電池10的結(jié)構(gòu)。圖1是從背面 側(cè)觀察本實(shí)施方式的太陽能電池10的平面圖。圖2是沿著圖1的A-A線的放大截面圖。如圖1和圖2所示，太陽能電池10包括半導(dǎo)體基板ll、i型非晶半導(dǎo)體層12、p型 非晶半導(dǎo)體層13、η型非晶半導(dǎo)體層14、ρ側(cè)電極15和η側(cè)電極16。半導(dǎo)體基板11具有接收太陽光的受光面和設(shè)置在受光面的相反側(cè)的背面。半導(dǎo) 體基板11通過由受光面接收光照而產(chǎn)生光生載流子。所謂的光生載流子是指光被半導(dǎo)體 基板11吸收而產(chǎn)生的空穴和電子。半導(dǎo)體基板11具有η型或ρ型導(dǎo)電類型，能夠由單晶Si、多晶Si等結(jié)晶類半導(dǎo)體 材料和包含GaAs、InP等化合物半導(dǎo)體材料的一般的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。另外，在半導(dǎo)體基板 11的受光面和背面，可以形成有微小的凹凸(紋理(texture))。i型非晶半導(dǎo)體層12是通過不添加摻雜劑或者添加微量的摻雜劑而形成的實(shí)質(zhì) 上的本征非晶半導(dǎo)體層。如圖1所示，i型非晶半導(dǎo)體層12形成為覆蓋半導(dǎo)體基板11的 大致整個(gè)背面。i型非晶半導(dǎo)體層12具有抑制半導(dǎo)體基板11的背面的載流子的再結(jié)合的 鈍化特性(passivation)。在本實(shí)施方式中，在從背面?zhèn)扔^察半導(dǎo)體基板11的平面視圖中，i型非晶半導(dǎo)體 層12具有從ρ型非晶半導(dǎo)體層13和η型非晶半導(dǎo)體層14露出的露出部12Α，和被ρ型非 晶半導(dǎo)體層13和η型非晶半導(dǎo)體層14覆蓋的被覆部12Β。即，如圖2所示，在被覆部12Β 上，形成P型非晶半導(dǎo)體層13和η型非晶半導(dǎo)體層14。另一方面，在露出部12Α上，不形成 P型非晶半導(dǎo)體層13和η型非晶半導(dǎo)體層14，如圖1所示，露出部12Α在平面視圖中露出。露出部12A和被覆部12B分別沿第一方向線狀地形成在半導(dǎo)體基板11的背面上。此外，露 出部12A和被覆部12B在與第一方向大致正交的第二方向上交替地形成。在此，在與半導(dǎo)體基板11的背面正交的正交方向上，作為露出部12A的厚度的第 一厚度T1比作為被覆部12B的厚度的第二厚度T2小。因此，如圖2所示，i型非晶半導(dǎo)體 層12的截?cái)嗝婢哂邪纪剐螤?。另外，如下所述，露出?2A的第一厚度T1優(yōu)選為1. 44nm以上且不到25歷。此夕卜， 露出部12A的第一厚度T1與被覆部12B的第二厚度T2的比(T1Zt2)優(yōu)選為0. 48以上且不 到1。ρ型非晶半導(dǎo)體層13是通過添加ρ型摻雜劑而形成的非晶半導(dǎo)體層。P型非晶半 導(dǎo)體層13在被覆部12B上沿第一方向形成為線狀。這樣，通過在半導(dǎo)體基板11與ρ型非 晶半導(dǎo)體層13之間插入實(shí)質(zhì)上的本征i型非晶半導(dǎo)體層12 (被覆部12B)的結(jié)構(gòu)(HIT結(jié) 構(gòu))，能夠提高pn結(jié)特性。η型非晶半導(dǎo)體層14是通過添加η型摻雜劑而形成的非晶半導(dǎo)體層。η型非晶半 導(dǎo)體層14在被覆部12Β上沿第一方向形成為線狀。這樣，通過在半導(dǎo)體基板11的背面上 依次層疊i型非晶半導(dǎo)體層12和η型非晶半導(dǎo)體層14的結(jié)構(gòu)(BSF結(jié)構(gòu))，能夠有效地抑 制半導(dǎo)體基板11的背面的載流子的再結(jié)合。ρ側(cè)電極15是收集集中在ρ型非晶半導(dǎo)體層13中的空穴的收集電極。ρ側(cè)電極 15在ρ型非晶半導(dǎo)體層13上沿第一方向形成為線狀。ρ側(cè)電極15例如能夠通過印刷樹脂 型或燒結(jié)型導(dǎo)電性膏而形成。η側(cè)電極16是收集集中在η型非晶半導(dǎo)體層14中的電子的收集電極。η側(cè)電極 16在η型非晶半導(dǎo)體層14上沿第一方向形成為線狀。η側(cè)電極16與ρ側(cè)電極15能夠同 樣地形成。另外，每個(gè)具有以上結(jié)構(gòu)的太陽能電池10的輸出是數(shù)W左右。因此，當(dāng)將太陽能 電池10作為電源使用時(shí)，采用通過將多個(gè)太陽能電池10電連接來提高輸出的太陽能電池 模塊。具體地，通過用配線材連接一個(gè)太陽能電池10的P側(cè)電極15和另一個(gè)太陽能電池 10的η側(cè)電極16，將一個(gè)太陽能電池10與另一個(gè)太陽能電池10電連接。(太陽能電池的制造方法)接下來，參照圖3 圖5，說明太陽能電池10的制造方法。另外，各圖(a)是從背 面?zhèn)扔^察半導(dǎo)體基板11的平面圖。首先，如圖3(a)所示，在半導(dǎo)體基板11的大致整個(gè)背面，采用CVD法形成實(shí)質(zhì)上 的本征第一 i型非晶半導(dǎo)體層121。如圖3(b)所示，該第一 i型非晶半導(dǎo)體層121在正交 方向即厚度方向上具有第一厚度1\。另外，圖3(b)是沿圖3(a)的B-B線的放大截面圖。接下來，在第一 i型非晶半導(dǎo)體層121的表面內(nèi)，在圖3(a)所示的第一區(qū)域S1和 第二區(qū)域&以外的區(qū)域覆蓋蔭罩板(shadow mask) 0接下來，如圖4(a)所示，在第一 i型非晶半導(dǎo)體層121表面中的第一區(qū)域S1和第 二區(qū)域&，采用CVD法形成實(shí)質(zhì)上的本征第二 i型非晶半導(dǎo)體層122。由此，形成包含露出 部12A和被覆部12B的i型非晶半導(dǎo)體層12。另外，如圖4(b)所示，第二 i型非晶半導(dǎo)體 層122在正交方向上具有第三厚度T3。第一厚度T1和第三厚度T3之和是被覆部12Β的第 二厚度Τ2(參照圖2)。另外，圖4(b)是沿圖4(a)的C-C線的放大截面圖。
接下來，在第一 i型非晶半導(dǎo)體層121表面中形成在第一區(qū)域S1的第二 i型非晶 半導(dǎo)體層122以外的區(qū)域覆蓋蔭罩板。接著，在形成在第一區(qū)域S1的第二 i型非晶半導(dǎo)體層 122上，采用CVD法形成ρ型非晶半導(dǎo)體層13。ρ型非晶半導(dǎo)體層的厚度例如是大約lOnm。接下來，在第一 i型非晶半導(dǎo)體層121的表面中形成在第二區(qū)域&的第二 i型非 晶半導(dǎo)體層122以外的區(qū)域覆蓋蔭罩板。接著，在形成在第二區(qū)域&的第二 i型非晶半導(dǎo) 體層122上，采用CVD法形成η型非晶半導(dǎo)體層14。η型非晶半導(dǎo)體層14的厚度例如是大 約 lOnm。通過以上步驟，如圖5(a)和(b)所示，在半導(dǎo)體基板11的背面上形成“HIT結(jié)構(gòu)” 和“BSF結(jié)構(gòu)”。圖5(b)是沿圖5(a)的D-D線的放大截面圖。接下來，采用印刷法和涂布法等，在ρ型非晶半導(dǎo)體層13上形成ρ側(cè)電極15，并且 在η型非晶半導(dǎo)體層14上形成η側(cè)電極16。(被覆部厚度的適當(dāng)范圍)接下來，說明為了求得被覆部12Β的第二厚度T2的適當(dāng)范圍而進(jìn)行的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。 具體地，在可實(shí)用的范圍內(nèi)，制作i型非晶半導(dǎo)體層的品質(zhì)和層厚度改變了的樣本，并測量 各樣本的太陽能電池特性(輸出值Pmax)。另外，在各樣本中，以相同(均勻)的厚度形成 i型非晶半導(dǎo)體層。此外，i型非晶半導(dǎo)體層，層內(nèi)部所包含的缺陷越少，且導(dǎo)電率越小，越 是尚品質(zhì)。1.樣本組A樣本組A是包括高品質(zhì)i型非晶Si層作為鈍化層的太陽能電池組。具體地，使 CVD裝置的設(shè)定條件為SiH4流量50sccm、H2流量80sccm、壓力80Pa、溫度180°C、RF功率 50W，由此形成i型非晶Si層。樣本組A包含層厚度為2nm ^nm的六種厚度的樣本。2.樣本組B樣本組B是包括具有中等品質(zhì)的i型非晶Si層作為鈍化層的太陽能電池組。具 體地，使CVD裝置的設(shè)定條件為SiH4流量50sccm、H2流量80sccm、壓力801 、溫度180°C、 RF功率100W，由此形成i型非晶Si層。樣本組B包含層厚度為2nm 32nm的六種厚度的樣本。3.樣本組C樣本組C是包括低品質(zhì)的i型非晶Si層作為鈍化層的太陽能電池組。具體地，使 CVD裝置的設(shè)定條件為SiH4流量50sccm、H2流量80sccm、壓力80Pa、溫度180°C、RF功率 200W，由此形成i型非晶Si層。樣本組C包含層厚度為14nm 38nm的六種厚度的樣本。4.太陽能電池特性的測定結(jié)果圖6是示出樣本組A C的層厚度與太陽能電池特性(輸出值Pmax)的關(guān)系的曲 線圖。如圖6所示，太陽能電池特性的峰，能夠在包括層厚度3nm的i型非晶Si層的樣 本組A、包括層厚度ISnm的i型非晶Si層的樣本組B、包括層厚度25nm的i型非晶Si層 的樣本組C中得到。因此，如果i型非晶Si層的層厚度在3nm以上25nm以下的范圍內(nèi)，則判斷為通過
6形成可實(shí)用的品質(zhì)的i型非晶Si層，能夠得到良好的太陽能電池特性。因此，判斷本實(shí)施 方式的被覆部12B的第二厚度T2的適當(dāng)范圍是3nm以上25nm以下。(第一厚度T1與第二厚度T2的比的適當(dāng)范圍)接下來，說明為了求得露出部12A的第一厚度T1與被覆部12B的第二厚度T2的比 (T1ZT2)的適當(dāng)范圍而進(jìn)行的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。具體地，制作包括在上述樣本組A C各自的品質(zhì) (設(shè)定條件)下形成的露出部12A和被覆部12B的樣本，測定各樣本的太陽能電池特性(輸 出值Pmax)。圖7是示出各樣本中第一厚度T1和第二厚度T2的比值(IVT2)與太陽能電池特性 (輸出值Pmax)的關(guān)系的曲線圖。如圖7所示，確認(rèn)為在比值(IVT2)與輸出值(Pmax)之間存在相關(guān)關(guān)系，而與層質(zhì) 無關(guān)。此外，如圖7所示，可知如果比值(IVT2)為0. 48以上且不到1. 0，則能夠得到比i型 非晶Si層的層厚度均勻時(shí)更高的輸出值Pmax。得到這樣的結(jié)果是由于在比值(IVT2)不 到0. 48的情況下，不能得到i型非晶Si層的充分的鈍化特性。在此，如上所述，被覆部12B的第二厚度T2的適當(dāng)范圍是3nm以上25nm以下。因 此，如果考慮0. 48彡(IVT2) < 1. 0，則露出部12A的第一厚度T1的適當(dāng)范圍是1. 44nm以 上且不到25nm。(作用及效果)在本實(shí)施方式的太陽能電池10中，i型非晶半導(dǎo)體層12包括在平面視圖中露出 的露出部12A，和被ρ型非晶半導(dǎo)體層13及η型非晶半導(dǎo)體層14覆蓋的被覆部12Β。在正 交方向上，露出部12Α的第一厚度T1比被覆部12Β的第二厚度T2小。因此，在與半導(dǎo)體基板11的背面平行的方向上，能夠使露出部12Α的電阻比被覆 部12Β的電阻大。因此，能夠抑制形成在被覆部12Β上的ρ型非晶半導(dǎo)體層13和形成在被 覆部12Β上的η型非晶半導(dǎo)體層14之間的短路的產(chǎn)生。此外，在半導(dǎo)體基板11的背面上，不僅形成被覆部12Β，而且形成露出部12Α。因 此，能夠維持半導(dǎo)體基板11的背面上的i型非晶半導(dǎo)體層12的鈍化特性。另外，如由上述檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)所確認(rèn)的，露出部12A的第一厚度T1與被覆部12B的第 二厚度T2的比值(IVT2)優(yōu)選為0. 48以上且不到1. 0。此外，露出部12A的第一厚度T1優(yōu) 選為1. 44nm以上且不到25nm。此外，本實(shí)施方式的太陽能電池10的制造方法，包括在半導(dǎo)體基板11的背面上 形成第一 i型非晶半導(dǎo)體層121的工序；在第一 i型非晶半導(dǎo)體層121上的第一區(qū)域S1和 第二區(qū)域&形成第二 i型非晶半導(dǎo)體層122的工序；和在第二 i型非晶半導(dǎo)體層122上形 成P型非晶半導(dǎo)體層13和η型非晶半導(dǎo)體層14的工序。因此，能夠不會(huì)對ρ型非晶半導(dǎo)體層13和η型非晶半導(dǎo)體層14造成損傷，簡單地 形成露出部12Α和被覆部12Β。(其他的實(shí)施方式)雖然通過上述實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是不應(yīng)該理解為構(gòu)成該公開的一部分的 論述和附圖是限定本發(fā)明的。根據(jù)該公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白各種替代實(shí)施方式、實(shí) 施例和應(yīng)用技術(shù)。例如，在上述實(shí)施方式中，ρ型非晶半導(dǎo)體層13和η型非晶半導(dǎo)體層14的數(shù)目和形狀是示意性的，不限于此。P型非晶半導(dǎo)體層13和η型非晶半導(dǎo)體層14的數(shù)目和形狀能 夠根據(jù)半導(dǎo)體基板11的尺寸等適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。此外，雖然在上述實(shí)施方式中，在被覆部12Β上形成非晶半導(dǎo)體層，但是形成在被 覆部12Β上的半導(dǎo)體層可以是多晶、微晶、非晶中的任何一種。此外，雖然在上述實(shí)施方式中，通過依次層疊第一 i型非晶半導(dǎo)體層121和第二 i 型非晶半導(dǎo)體層122而形成i型非晶半導(dǎo)體層12，但是不限于此。例如，也可以在半導(dǎo)體基 板11的背面上形成第二厚度T2均勻的i型非晶半導(dǎo)體層之后，通過對第一區(qū)域S1和第二 區(qū)域&以外的區(qū)域?qū)嵤┘す庹丈浠蛭g刻處理，形成第一厚度T1的露出部12A。此外，雖然在上述實(shí)施方式中沒有特別提及，但是也可以在ρ側(cè)電極15和η側(cè)電 極16各自與被覆部12Β之間插入透明導(dǎo)電膜(TC0)。此外，雖然在上述實(shí)施方式中沒有特別提及，但是也可以在半導(dǎo)體基板11的受光 面上形成反射防止膜。由此，能夠提高太陽能電池10的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，日本專利申請第2008-171323號(2008年6月30日申請)的所有內(nèi)容通過 參照而并入本申請的說明書中。工業(yè)上的可利用性如上所述，本發(fā)明的背面結(jié)型太陽能電池及其制造方法，能夠抑制形成在半導(dǎo)體 基板的背面上的非晶半導(dǎo)體層中短路的發(fā)生，因此可用于太陽光發(fā)電。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，其特征在于，包括半導(dǎo)體基板，其具有受光面和設(shè)置在所述受光面的相反側(cè)的背面； 形成在所述背面上的實(shí)質(zhì)上的本征非晶半導(dǎo)體層； 形成在所述非晶半導(dǎo)體層上的P型半導(dǎo)體層；和 形成在所述非晶半導(dǎo)體層上的η型半導(dǎo)體層，其中，所述非晶半導(dǎo)體層包括從所述背面?zhèn)扔^看時(shí)，在平面視圖中露出的露出部；和在所 述平面視圖中被所述P型半導(dǎo)體層和所述η型半導(dǎo)體層覆蓋的被覆部，作為所述露出部的厚度的第一厚度，比作為所述被覆部的厚度的第二厚度小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于所述第一厚度與所述第二厚度的比為0. 48以上且不到1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于 所述第一厚度為1. 44nm以上且不到25nm。
4.一種太陽能電池的制造方法，該太陽能電池包括具有受光面和設(shè)置在所述受光面的 相反側(cè)的背面的半導(dǎo)體基板，該太陽能電池的制造方法的特征在于，包括在所述背面上形成實(shí)質(zhì)上的本征第一非晶半導(dǎo)體層的工序；在設(shè)置在所述第一非晶半導(dǎo)體層表面的第一區(qū)域和第二區(qū)域，形成實(shí)質(zhì)上的本征第二 非晶半導(dǎo)體層的工序；在形成在所述第一區(qū)域的所述第二非晶半導(dǎo)體層上形成P型半導(dǎo)體層的工序；和 在形成在所述第二區(qū)域的所述第二非晶半導(dǎo)體層上形成η型半導(dǎo)體層的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供太陽能電池及其制造方法。該太陽能電池(10)，具有半導(dǎo)體基板(11)和形成在半導(dǎo)體基板(11)背面上的i型非晶半導(dǎo)體層(12)，其中，i型非晶半導(dǎo)體層(12)包括在平面視圖中露出的露出部(12A)，和被p型非晶半導(dǎo)體層(13)和n型非晶半導(dǎo)體層(14)覆蓋的被覆部(12B)。露出部(12A)的厚度T1比被覆部(12B)的厚度T2小。
文檔編號H01L31/075GK102089891SQ200980125259
公開日2011年6月8日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者坂田仁, 淺海利夫 申請人:三洋電機(jī)株式會(huì)社