太阳电池单元的制作方法

专利名称：太阳电池单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳电池单元，特别涉及具有当太阳电池单元被朝反方向施加偏压时， 通过在pn接合的一部分所形成的P+n+接合而流通电流的反向导通特性者。
背景技术：
一般而言，具有可产生光电动势的pn接合的太阳电池单元，因为平均一个太阳电池单元 所产生的光电动势的最大输出电压较低，因而以将多个太阳电池单元串联连接而提高光电 动势最大输出电压的状态使用。
如图24所示，在将多个太阳电池单元串联连接的太阳电池阵列中，当任一太阳电池单元 进入阴影中而不可产生光电动势时，便对该太阳电池单元朝反方向施加偏压，该偏压为相 等于以其它太阳电池单元所产生光电动势总和的电压。
当施加电压达太阳电池单元的反方向耐压以上的情况，该太阳电池单元有遭破坏的顾虑， 但是即便施加电压是在太阳电池单元的反方向耐压以下，若对太阳电池单元施加高电压而 流通着较多电流，则该太阳电池单元将会发热，而有太阳电池单元本体或其周边构件出现 劣化的顾虑。
因此，如图25所示，考虑依每个太阳电池单元设置一个外部旁路二极管，并将旁路二极 管分别反向并联地与各太阳电池单元相连接，当反方向施加偏压时，藉由使太阳电池单元 中流通的电流成为旁路状态，俾保护该太阳电池单元。但是，若对所有的太阳电池单元分 别设置旁路二极管，则太阳电池阵列构造将趋于复杂且制造成本将成高价。
所以，便有如图26所示，采用将n个太阳电池单元串联连接的太阳电池阵列，在每个由 m个太阳电池单元构成的区块中，反向并联连接着一个旁路二极管的构造。此情况下，若 区块内的一个太阳电池单元进入阴影中，则在其它区块中流通的电流(即在(n-m)个太阳电 池单元中流通的电流)便不会流入进入阴影中的太阳电池单元所属区块的其它太阳电池单 元，而是通过该区块的旁路二极管而流通。
所以，在进入阴影中的太阳电池单元所属区块中，即使其它的太阳电池单元发电，但因 为并未从该区块对负载供应电力，因此仅供应由(n-m)个太阳电池单元所发电的电力而已，
4导致太阳电池阵列的发电效率降低。
再者，就进入阴影中的太阳电池单元而言，因为其余的(m-l)个太阳电池单元的开放电压， 加上由在旁路二极管中流通电流所产生的电压降后的电压，将朝反方向施加偏压，因而必 需属于能承受高耐反向电压性能的太阳电池单元。
专利文献l所公开的积体式太阳电池单元，系在同一硅晶圆上设置作为太阳电池的pn 接合、以及与该pn接合介隔着隔离区域(isolation region)而朝反方向形成pn接合的并 联(旁路)二极管。因为太阳电池单元中已积体化设置旁路二极管，因此太阳电池单元便不 需要再电气式连接外部的旁路二极管。
再者，本案发明者在专利文献2中公开将多个球状太阳电池单元进行并联且串联连接的 太阳电池模块。该太阳电池模块是将球状太阳电池单元与导电方向一致而配置成多个行多 个行，并与相邻太阳电池单元进行并联且串联连接。所以，即便在任一太阳电池单元进入 阴影之情况，于太阳电池模块中任一太阳电池单元发电并残留电流通路的前提下，并不会 对该太阳电池单元朝反方向施加一个太阳电池单元的开放电压以上的电压的偏压。 专利文献1:美国专利4323719号公报 专利文献2: W02003/017382号公报

发明内容
(发明所欲解决之问题)
但是，专利文献l所记载的太阳电池单元，因为与太阳电池的pn接合介隔着隔离区域而 设置反向并联的pn接合，因此硅晶圆内需要对发电无作用的空间，而导致构造大型化。且， 在发电时，因为从太阳电池的pn接合亦对隔离区域的电阻(parasitic shunt resistance) 流通着电流，因此有开放电压降低的缺点。
专利文献2所记载的太阳电池模块，若并联连接的任一行整体进入阴影中而停止发电则 电流通路消失，对该行的太阳电池单元所串联连接的其它太阳电池单元的总发电电压朝反 方向施加偏压，因此有该行太阳电池单元遭破坏，或因发热而劣化的顾虑。此情况，必需 采取诸如设置旁路二极管等方法，以确保电流通路。
本发明的目的在于提供一种不需要电气式连接于外部的旁路二极管，具有当反方向施加 偏压时，可流通电流的反向导通特性的太阳电池单元；并提供一种小型且不致降低发电效 率的太阳电池单元；更提供一种当使用该太阳电池单元进行太阳电池模块制造时，能降低制造成本的太阳电池单元等。 (解决问题之方式)
本发明的太阳电池单元为在半导体基材上设有可产生光电动势的pn接合的太阳电池单 元；其中，其构成为在上述pn接合的一部分上，设置由经高浓度掺杂杂质的p+型导电层 与n+型导电层所构成的p+n+接合；并具有当上述太阳电池单元被朝反方向施加偏压时，通 过上述pV接合而流通电流的反向导通特性。 (发明效果)
根据本发明的太阳电池单元，因为在pn接合的一部分上设置由经高浓度掺杂杂质的P+ 型导电层与n+型导电层所构成的P+n+接合；并具有下述构造当太阳电池单元被朝反方向 施加偏压时，可通过p+n+接合而流通电流的反向导通特性，因此可获得与在太阳电池单元 上反向并联连接着旁路二极管的情况相同的效果。
艮P，当使用该太阳电池单元进行太阳电池模块制造时，于任一太阳电池单元进入阴影时， 因为通过该太阳电池单元的P+n+接合而流通着电流，因而可防止该太阳电池单元发热与劣 化，且可防止太阳电池模块整体的发电效率降低。此外，因为不需要设置新的旁路二极管， 因此可使构造小型化并能降低制造成本。
本发明除上述构造之外，尚可采用下述各种构造
(1) 上述pn接合为pn+接合或p+n接合。
(2) 上述pV接合具有由隧穿效应所产生的反向二极管特性。
(3) 上述pV接合具有利用与上述pn接合的开放电压同等或以下之低电压而进行导通的 特性。
(4) 将上述半导体基材形成为球状，并在距该半导体基材表面一定深度位置处，设置实质 上为球面状的上述pn接合，并设置隔着上述半导体基材中心而呈相对向的一对电极，其为 连接于上述pn接合二端的一对电极。
(5) 上述p+n+接合系设置于其中一电极外周附近部中，较上述电极更靠近半导体基材侧部 分。
(6) 介隔着上述半导体基材表面部所形成的n+型导电层，而形成上述pn接合，上述^11+ 接合的至少一部分系由在其中一电极之上述半导体基材侧的内面部所形成的P+型导电层、 以及接触该P+型导电层的上述n+型导电层部分所构成。
(7) 上述电极系形成为面积较大于上述p+n+接合。(8) 上述p+n+接合的至少一部分系由接合于另一电极的n+型导电层部分、以及接合于该n+ 型导电层部分的P+型导电层所构成。
(9) 上述半导体基材系形成为圆柱状，并在距该半导体基材表面一定深度位置处，设置实 质上为圆筒状的pn接合。
(10) 在上述其中一电极内面部所形成的p+型导电层系由上述其中一金属制电极与上述半 导体基材的共晶反应所形成之再结晶层而形成。
(11) 上述半导体基材系形成为平板状，在该半导体基材靠太阳光入射侧的单面附近部形 成上述pn接合；在上述半导体基材靠上述单面与相反侧面上形成格子状电极；在上述半导 体基材靠上述单面形成不会被上述电极遮光的受光窗；在上述半导体基材中未紧邻上述受 光窗的全部表面上形成以与该半导体基材相同的导电型来施行高浓度杂质掺杂的高浓度导 电层；在上述单面侧的电极背面侧部分介隔着上述高浓度导电层而形成上述P+n+接合。


图1为实施例1形成有平坦面的球状P形硅单结晶的剖视图。 图2为形成有p+扩散层的p形硅单结晶剖视图。
图3为由n+扩散层、pn+接合及p+n+接合所形成的P形硅单结晶剖视图。
图4为太阳电池单元的剖视图。
图5为太阳电池单元的重要部份的放大剖视图。
图6为太阳电池单元的等效电路图。
图7为p+n+接合的能带构造(热平衡状态)说明图。
图8为pV接合的能带构造(反方向施加偏压状态)说明图。
图9为以往太阳电池单元与本发明太阳电池单元的电压电流特性线图。
图10为具有BSF构造的太阳电池单元的能带构造图。
图11为具有多个太阳电池单元的太阳电池模块之等效电路图。
图12为实施例2形成有平坦面的p形硅单结晶的剖视图。
图13为形成有p+扩散层的p形硅单结晶剖视图。
图14为由n+扩散层、pn+接合及pV接合所形成的p形硅单结晶剖视图。
图15为太阳电池单元与引线框架的剖视图。
图16为太阳电池单元与引线框架的重要部份的放大剖视图。
7图17为实施例3之形成有p+扩散层的p形硅单结晶晶圆平面图。
图18为图17中的xvin-xvni线剖视图。
图19为实施例3的太阳电池单元平面图。
图20为实施例3的太阳电池单元剖视图。
图21为实施例4的太阳电池单元立体示意图。
图22为图21中的XXII-XXII线剖视图。
图23为太阳电池单元的重要部份放大剖视图。
图24为以往技术中将n个太阳电池单元串联连接的太阳电池阵列电路图。 图25为以往技术中每个太阳电池单元反向并联连接着一个旁路二极管的太阳电池阵列 电路图。
图26为以往技术中之每个区块反向并联连接着一个旁路二极管的太阳电池阵列电路图。
符号说明
1、 12、31、51太阳电池单元
2、 13、52P形硅单结晶
3、 14、53平坦面
4、 15、34、54P+扩散层
5、 16、35、55n+扩散层
6、 17、36、56pn+接合
7、 18、21、37、 57P+n+接合
8、 19、38、58正电极
9、 22、39、59负电极
10、 23-> 41,,60抗反射膜
11太阳电池模块
20p+硅再结晶层
24引线框架
32p形硅单结晶晶圆
33受光窗
40背面反射膜52 硅单结晶
具体实施例方式
以下，针对实施本发明的最佳形态，根据图式进行说明。
其次，针对实施例l的太阳电池单元l，根据图1 图5进行说明。 该球状太阳电池单元1系在球状p形硅单结晶2上所形成的pn+接合6 —部分，形成由经 高浓度杂质掺杂的P+扩散层4与n+扩散层5所构成p+n+接合7。 首先，针对太阳电池单元1的构造进行说明。
如图4、图5所示，太阳电池单元1具备有球状p形硅单结晶2(其相当于半导体基材)、 在硅单结晶2 —端部所形成的平坦面3、在除该平坦面3以外的硅单结2表面处上所形 成的n+扩散层5(其相当于n+导电层)、隔着硅单结晶2中心且相对向的一对电极8、 9、在 正电极8靠硅单结晶2侧的内面部所形成的p+扩散层4(其相当于p+导电层)、覆盖着太阳 电池单元1表面中除正电极8与负电极9以外的部分的抗反射膜10。此外，正电极8设置 于平坦面3上。
在硅单结晶2的表面处，形成可产生光电动势且具有pn接合功能的pn+接合6，该pn+接 合6除平坦面3之外，在距硅单结晶2表面一定深度位置处实质形成球面状。在pn+接合6 二端连接有点状的一对电极8、 9。在正电极8外周附近处中，较正电极8更靠硅单结晶2 侧部分处，环状形成具有由隧穿效应所产生的反向二极管特性的P+n+接合7，该太阳电池单 元1的等效电路系如图6所示。此外，正电极8形成面积大于p+n+接合7。
其次，针对该太阳电池单元l的制造方法进行说明。
如图l所示，第1工序中，在直径1.8隱半导体基材的球状p形硅单结晶2(电阻率约l Qcm)下端处，形成直径约0.8mm的平坦面3，该平坦面3属于基准面，在后续工序中将被 利用于硅单结晶2的定位。第2工序中，将除硅单结晶2的平坦面3以外处利用Si02膜进 行屏蔽后，再将硼施行热扩散，便如图2所示，在平坦面3内面部形成厚度约lum的薄圆 盘状，且具有高杂质浓度((1 3) X 102°cm—3)的p+扩散层4。
如图3所示，第3工序中，在包括p+扩散层4在内的硅单结晶2球体整面上形成Si02膜 之后，依略小于P+扩散层4直径且平坦面3中心处由Si02膜屏蔽而残留的方式，将Si02膜 施行蚀刻而去除后，再将磷施行热扩散，便在球面部分与平坦面3的周缘处，形成厚度约0.5um且具有高杂质浓度((4 6)X102Vm—3)的略球状n+扩散层5。结果，平坦面3便在p+ 扩散层4的周缘处，形成邻接pn+接合6的环状p+n+接合7。接着，将n+扩散层5表面中仅 蚀刻0. 1 0. 2 P m而去除，便将因形成高杂质浓度层所造成的表面缺陷去除。
如图4、图5所示，第4工序中，整体形成厚度l 2um的抗反射膜10(例如SiO2膜)之 后，再于平坦面3靠p+扩散层4的中心处施行含铝的树脂糊剂涂布，且在n+扩散层5的球 面顶部施行含银的树脂糊剂涂布，然后施行加热处理，便形成与P+扩散层4呈低电阻接触 的正电极8、以及与n+扩散层5呈低电阻接触的负电极9。电极8、9的直径优选设定为0. 4 0.6mm。结果，在正电极8、负电极9间，分别形成通过pn+接合6的电路、与通过p+n+接合 7的电路，便完成具有反向导通特性的球状太阳电池单元l。
其次，针对太阳电池单元l所具有的反向导通特性进行说明。
图7、图8所示系p+n+接合7的能带构造图，图7所示系热平衡状态，图8所示系朝反方 向施加偏压的状态。
如图7所示，p+n+接合7在热平衡状态下的费米能级(Fermi level)横跨p+区域与n+区域 的二区域，并属于同一能级。该能级在p+区域中系位于价电带的正上方，在n+区域中则位 于传导带的正下方，且P+n+接合7的过渡区域宽度非常薄。
如图8所示，若施加以p+侧为负、以n+侧为正的反向偏压电压V， p+区域与n+区域的电位 差便将变大，P+n+接合7的过渡区域宽度便会变得更薄，将因隧穿效应而使p+区域的价电子 带电子e穿过过渡区域，直接朝n+区域的传导带移动而流通电流。BP， pV接合7将具有由 隧穿效应所产生的反向二极管特性，故当对太阳电池单元1朝反方向施加偏压时，便通过 pV接合7而流通电流。
其次，针对太阳电池单元l的电压电流特性、作用、及效果进行说明。
图9所示为以往一般太阳电池单元与本发明太阳电池单元1的电压电流特性线图。如图 9中的实线与单点锁线所示，在阻断太阳光的状态(进入阴影中的状态)，二者太阳电池单 元的顺方向电压电流特性为若超过既定阈值电压，电流便将急遽增加。就反方向电压电流 特性来说，以往太阳电池单元显示出经过电流不易流动的区域，进入从既定电压起电流 便急速增加的击穿范围(breakdown region)的特性，但本发明的太阳电池单元1，则因 为P+n+接合7具有由隧穿效应所产生的反向二极管特性，因此并无阻止电流流动的区域， 而立即进入导通区域。
另一方面，在接受太阳光的状态下，将如图9中第四象限的虚线与二点锁线所示，本发明的太阳电池单元1因为具有如同以往太阳电池单元相同的输出电压电流特性，因此与以 往太阳电池单元同样会产生光电动势。
依此的话，本发明的太阳电池单元1在接受太阳光的情况，将如同以往太阳电池般的产 生光电动势，而当太阳电池单元l进入阴影并被反方向施加偏压的情况，在正电极8与负 电极9之间，将属于「电动势产生部分」的pn+接合6与具有反向二极管特性的p+n+接合7 并联连接，并具有通过P+n+接合7而流通电流的反向导通特性，藉此便可避免太阳电池单 元1出现因反向电压而遭受破坏、或者因发热而导致太阳电池单元1本体或其周边构件出 现劣化的状况。
当将太阳电池单元1串联连接使用的情况，若任一太阳电池单元1进入阴影中而无法产 生光电动势时，电流通路便瞬间自动切换至P+n+接合7的部分，其它的发电单元输出电流 则以低电阻通过，便可毫无浪费地将输出持续供应给负载。因为太阳电池单元1具有反向 导通特性，因而将不需要如以往般连接于外部的旁路二极管，将可使构造小型化并降低制 造成本。
再者，因为具有球面状pn+接合6，因此即使直射太阳光的入射角有变化，仍可确保一定 的受光面积，除接受太阳光的指向性较宽广之外，尚可利用来自周围的反射光。因为pn+ 接合6的缘端并未出现于包括n+扩散层5在内的p形硅单结晶2表面上，而是p+n+接合7 出现于表面，因此包括n+扩散层5在内的p形硅单结晶2表面上的再结合电流将减少，有 助于太阳电池单元1的开放电压与短路电流的提升。
再者，P+扩散层4除与正电极8呈低电阻接触之外，尚如图10所示，对p形区域呈电子 能量较高的能级，产生击退由光激发所产生的电子e的BSF(back surface field)效应， 因此将可提高开放电压与短路电流。因为隔着P形硅单结晶2中心并在二侧点状设置正电 极8与负电极9，因此将可在太阳电池单元1中除电极8、 9以外的表面处接受入射光并发 电，俾可维持高发电效率。且，因为无法由硅吸收的长波长热线容易穿透太阳电池单元l， 因此太阳电池单元1的温度上升较少。
其次，针对将多个太阳电池单元l相连接的太阳电池模块ll的作用、效果进行说明。如 图11所示，太阳电池模块11中，例如25个太阳电池单元1整合于导电方向配置5行5列， 各列的多个太阳龟池单元1将电气式串联连接，而各行的多个太阳电池单元1将电气式并 联连接，形成25个太阳电池单元1利用筛网状串联并联电路而电气式连接。此外，图11 将省略图标在各太阳电池单元1中所内建的旁路二极管。
11该太阳电池模块11为即使并联连接的多个行中，出现1行全部的太阳电池单元1进入阴 影的情况，仍将通过该行太阳电池单元的pV接合7而流通旁路电流。所以，藉由多个太 阳电池单元l利用筛网状串联并联电路进行电气式连接，而构成太阳电池模块ll，即使产 生任何形状的阴影(日荫)，仍可在无损失的情况下取出发电功率，亦不致对各个太阳电池 单元1造成不良影响。此外，因为并无需要在太阳电池单元1中形成平坦面3，因此将可 省略设置。 [实施例2]
其次，针对实施例2的太阳电池单元12进行说明。
如图12 图16所示，实施例2的球状太阳电池单元12在平行于负电极22且被负电极 22遮蔽的位置处，设置p+扩散层15与p+n+接合18，并利用铝合金制的正电极19与p形硅 单结晶13的共晶反应，而形成p+硅再结晶层20。
首先，针对太阳电池单元12的构造进行说明。
如图15、图16所示，太阳电池单元12具备有:球状p形硅单结晶13、在该p形硅单结 晶13表面处所形成的n+扩散层16、隔着p形硅单结晶13中心且相对向的一对电极19、 22、 在负电极22靠p形硅单结晶13侧的内面部所形成的p+扩散层15、在正电极19靠p形硅 单结晶13侧的内面部所形成的p+硅再结晶层20、以及覆盖着太阳电池单元12表面中除正 电极19与负电极22以外的部分的抗反射膜23。
由负电极22所接合的n+扩散层16部分以及该n+扩散层16 —部分所接合的p+扩散层15 构成圆形p+n+接合18,并利用正电极19靠p形硅单结晶13侧的内面部的p+硅再结晶层 20以及该p+硅再结晶层20所接触的n+扩散层16部分构成环状pV接合21。
其次，针对该太阳电池单元12的制造方法进行说明。
如图12所示，第1工序中，将如同实施例1的第1工序，在作为半导体基材，且电阻率 1 Q cm左右、直径1. 8mm的p形硅单结晶13上，形成直径约0. 8mm的平坦面14。
第2工序中，p形硅单结晶13顶部除直径约0.4mm的部分之外，整体利甩Si02膜施行屏 蔽，并进行硼的热扩散，便如图13所示，形成厚度约lum且具有高杂质浓度((1 3)X102。cm—3)的p+扩散层15。
如图14所示，第3工序中，对p形硅单结晶13的全表面施行磷的热扩散，便在p形硅 单结晶13的整体球面上形成厚度约0. 5nm且具有高杂质浓度((4 5) X102Vnf3)的n+扩散 层16。藉此，便形成组合于pn+接合17、与n+扩散层16顶部靠p形硅单结晶13侧的内面部的p+n+接合18。接着，将n+扩散层16表面中以蚀刻去除仅约0.1 0.2um，便将因高浓
度杂质层的形成而造成的表面缺陷去除。
如图15所示，第4工序中，在例如形成宽0. 9mm、厚0. 2mm的铁镍合金(铁58%、镍42%) 制的引线框架24上，载置着由第3工序所获得的球状体，并利用铝合金进行固接。具体而 言，在球状体的平坦面14与引线框架24之间，重迭着铝合金(含有硼0. 1%、硅约0.2%) 圆板(例如直径0.6mm、厚度约0. liran)的状态下夹入，并在真空或惰性气体中，急速加热至 约830'C后便马上急速冷却，以使铝合金与硅产生共晶反应。
利用铝合金与硅的共晶反应，便贯通平坦面14靠n+扩散层16的部分而形成p+硅再结晶 层20,该p+硅再结晶层20中靠正电极19外周侧的部分邻接n+扩散层16，而形成环状pV 接合21。 p+硅再结晶层20系以硼与铝为杂质且含有高浓度，由铝与硅构成的合金部分固接 引线框架24而作成正电极19。此外，在该第4工序中，为形成负电极22,便预先在顶部 的n+扩散层16表面上，将含锑约0. 5%的银糊施行点阵状涂布，便在正电极19形成的同时， 亦形成负电极22。然后，利用公知溅镀法在太阳电池单元12除电极19、 22以外的表面上， 形成既定厚度的抗反射膜23。
虽未图标，但太阳电池单元12可同时将多数太阳电池单元12载置于引线框架24上，并 施行上述操作，然后，将顶部的负电极22利用引线框架进行并联连接，便可制得模块。此 外，太阳电池单元12的电压电流特性大致如同实施例1的情况。
依此的话，太阳电池单元12在相较于实施例1的太阳电池单元1之下，因为p+n+接合18、 21的面积较大，因此将可流通较多的反向电流，将特别提高对太阳电池单元12朝反方向 施加偏压时的保护性能。因为在平行负电极22且被负电极22遮蔽的位置处设置pV接合 18，并利用负电极22有效利用入射光遭遮蔽的区域，便不致牺牲光发电区域的空间。因为 在正电极19外周面的相对向位置处设置环状p+n+接合21，因而将可减少反向导通时的串联 电阻。
再者，因为同时施行p+硅再结晶层20的形成、正电极19的形成、及与引线框架24间的 连接，因此制造工序将简单化，并可减轻制造成本。此外，并不需要在该太阳电池单元12 上所形成的平坦面14，因而亦可省略。 [实施例3]
其次，针对实施例3的太阳电池单元31，根据图17 图20进行说明。
如图19、图20所示，平板状太阳电池单元31系在平板状p形硅单结晶晶圆32上，于靠太阳光入射侧的单面附近处形成pn+接合36，并在靠负电极39背面侧部分处，介设p+扩 散层34而形成p+n+接合37。
首先，针对太阳电池单元31的构造进行说明。
如图19、图20所示，太阳电池单元31具备有平板状p形硅单结晶晶圆32、在硅单结 晶晶圆32靠太阳光入射侧的单面上所形成的格子状负电极39以及在硅单结晶晶圆32相反 侧面上所形成的格子状正电极38、在硅单结晶晶圆32的上述单面上所形成且未被负电极 39遮光的受光窗33、硅单结晶晶圆32中未紧邻受光窗33的全表面上所形成p+扩散层34、 在硅单结晶晶圆32靠上述单面侧表面处所形成的n+扩散层35、覆盖受光窗33表面的抗反 射膜41、以及太阳电池单元31靠上述相反侧面的表面中覆盖除正电极38以外的部分的背 面反射膜40。在硅单结晶晶圆32靠上述单面附近处形成pn+接合36，在靠上述单面侧的负 电极39背面侧部分介设p+扩散层34而形成pV接合37。
其次，针对太阳电池单元31的制造方法进行说明。
第1工序中，首先半导体基材准备电阻率约lQcm的p形硅单结晶晶圆32。该硅单结晶 晶圆32形成厚度0. 25mm的既定尺寸(例如2cmX2cm)平板状，亦可应用各种尺寸。
其次，在第2工序中，如图17、图18所示，对硅单结晶晶圆32以氧化硅膜为屏蔽并将 硼选择性施行热扩散，便格子状形成厚度0. 5 1 w m且具有高杂质浓度((1 3) X 102°cm—3) 的P+扩散层34。藉此，在硅单结晶晶圆32靠太阳光入射侧的表面处形成4个正方形受光 窗33，而靠太阳光入射侧的表面处中除该部分以外的部分，利用经施行硼热扩散的P+扩散 层34来覆盖。
如图19、图20所示，在第3工序中，仅就硅单结晶晶圆32靠太阳光入射侧的表面施行 磷热扩散，便形成厚度0. 4 0. 5 u m且具有高杂质浓度((4 5) X 102°cm 3)的n+扩散层35。 藉此，在硅单结晶晶圆32靠上述单面附近处形成pn+接合36,同时形成格子状p+n+接合37。 此外，pn+接合36的缘端系邻接p+n+接合37，并未接触到包含n+扩散层35在内的硅单结晶 晶圆32外面。
接着，在第4工序中，在硅单结晶晶圆32靠上述相反侧面的p+扩散层34表面上，将金 属膜蒸镀成点阵状并施行加热处理，便形成低电阻接触的正电极38,在上述相反侧面的口+ 扩散层34表面中，除已形成正电极38的部分以外处，将形成将从外面所入射的光朝内部 反射且由氧化硅膜等构成的背面反射膜40。此外，在n+扩散层35表面上，将金属膜蒸镀 成格子状并施行加热处理，便形成低电阻接触的负电极39。该负电极39的格子宽度形成若干大于P+扩散层34的格子宽度。接着，在受光窗33表面形成由氧化硅膜等构成的抗反射膜41，便完成具有反向导通特性的平面状太阳电池单元31。
依此的话，因为太阳电池单元31除受光窗33以外的硅单结晶晶圆32全表面均利用p+扩散层34进行覆盖，因此便具有依在硅内部由光激发所产生的电子不致在表面或电极接口处消失之方式，于周围整体进行击退的BSF效果。
结果，将可提升开放电压与短路电流。且，因为pV接合37形成于负电极39背面侧部分中无法受光的部分处，因此将可在不致减少太阳电池单元31有效受光面积的情况下实施。
其次，针对实施例4的太阳电池单元51进行说明。
如图21 图23所示，本实施例的太阳电池单元51系具有大致圆形截面的杆形太阳电池单元。
首先，针对太阳电池单元51的构造进行说明。
如图21 图23所示，太阳电池单元51具备有杆形p形硅单结晶52(相当于半导体基材)、在硅单结晶52轴心正交方向的一端部上横跨全长而成形的平坦面53、除该平坦面53之外形成于硅单结晶52表面处的部分圆筒形n+扩散层55、 一对电极58、 59 (其为隔着硅单结晶52中心，相对向且呈带状的一对电极58、 59，并横跨硅单结晶52全长)、在平坦面53靠硅单结晶52侧的内面部形成的p+扩散层54、以及在太阳电池单元51表面中覆盖着除正电极58与负电极59以外的部分的抗反射膜60。此外，正电极58设置于平坦面53上。
在硅单结晶52表面处形成部分圆筒形pn+接合56，在pn+接合56 二端连接有朝硅单结晶52长度方向延伸的一对电极58、 59。在p+扩散层54宽度方向二端处则形成p+n+接合57。
该杆形太阳电池单元51对轴心具有大致的对称性，因为可接受来自各种方向的太阳光，因此具有广角度的受光感度。此外，优选将p形硅单结晶52的直径设定在1. 8mm以下，p形硅单结晶52的长度优选设定为该直径的2倍以上，平坦面53的宽度优选设定在0. 8mm以下，电极58、 59的宽度优选设定为0.4 0.6mm。此外，因为并不需要在该太阳电池单元51上形成平坦面53,因此亦可省略。
在此，针对部分变更上述实施例的例子进行说明。亦可取代p+n+接合7、 17、 20、 37所具有由隧穿效应所产生的反向导通特性，改为形
15成利用具有依与p+n+接合7、 17、 20、 37并排的pn+接合6、 16、 36的开放电压同等或以下的低电压，雪崩式增加反向电流的低电压击穿特性的P+n+接合。此情况，因为击穿电压较小，因此将可减少反向偏压时的功率损耗，可避免因发热而造成太阳电池单元1、 11、 31或模块劣化等故障肇因。半导体基材亦可由多结晶构成。亦可取代p型半导体基材，改为采用n型半导体基材，且作为将上述实施例的p与n各自替代的构造，亦可取代pn+接合改为形成P+n接合。亦可将半导体基材由硅构成，取代成由诸如Ge、 GaAs、 InP、 GaN等III-V族、或CIS、CIGS等I-III-Vl2化合物半导体构成。亦可将依热扩散导入杂质，取代成利用离子植入法导入杂质。上述实施例1、 2的太阳电池单元1、 12中，硅单结晶2、 13的直径优选设定在1. 8mm以下，平坦面3、 14的直径优选设定在0. 8mm以下，且，电极8、 9、 19、 22的直径优选设定在0.8mm以下，并小于平坦面3、 14的直径。(产业上之可利用性)
由于提供一种当反方向施加偏压时具有反向导通特性的太阳电池单元，因此在具有多个太阳电池单元的太阳电池模块中，便可防止任一太阳电池单元进入阴影时，产生太阳电池单元发热与劣化情况，且能防止太阳电池模块整体的发电效率降低。
权利要求
1.一种太阳电池单元，为在半导体基材上设有可产生光电动势的pn接合的太阳电池单元，其特征在于在上述pn接合的一部分上，设置由经高浓度掺杂杂质的p+型导电层与n+型导电层所构成的p+n+接合；并具有当上述太阳电池单元被朝反方向施加偏压时，会通过上述p+n+接合而流通电流的反向导通特性。
2. 根据权利要求1的太阳电池单元，其特征在于，上述pn接合为pn+接合或p+n接合。
3. 根据权利要求1的太阳电池单元，其特征在于，上述p+n+接合具有由隧穿效应所产生 的反向二极管特性。
4. 根据权利要求1的太阳电池单元，其特征在于，上述p+n+接合具有依与上述pn接合的 开放电压同等或以下的低电压而进行导通的特性。
5. 根据权利要求1的太阳电池单元，其特征在于，上述半导体基材形成为球状，在距该 半导体基材表面一定深度位置处，设有实质上为球面状的上述pn接合；并设有隔着上述半导体基材中心而相对向的一对电极，其为连接于上述pn接合二端的一 对电极。
6. 根据权利要求5的太阳电池单元，其特征在于，上述pV接合系设置于其中一电极的 外周附近部中，较上述电极更靠近半导体基材侧部分。
7. 根据权利要求5的太阳电池单元，其特征在于，介隔着在上述半导体基材表面部所形 成的n+型导电层而形成上述pn接合；上述p+n+接合的至少一部分系由在其中一电极的上述 半导体基材侧的内面部所形成的P+型导电层、以及该P+型导电层所接触的上述n+型导电层 的部分所构成。
8. 根据权利要求6的太阳电池单元，其特征在于，上述电极系形成为面积大于上述p+n+ 接合。
9. 根据权利要求7的太阳电池单元，其特征在于，上述p+n+接合的至少一部分系由接合 于另一电极的n+型导电层部分、及接合于该n+型导电层部分的p+型导电层所构成。
10. 根据权利要求1至4中任一项的太阳电池单元，其特征在于，上述半导体基材系形成 为圆柱状，在距该半导体基材表面一定深度位置处，设置实质上为圆筒状的pn接合。
11. 根据权利要求7的太阳电池单元，其特征在于，在上述其中一电极内面部所形成的 P+型导电层系由再结晶层所形成；该再结晶层系由上述其中一金属制电极与上述半导体基 材的共晶反应而形成。
12. 根据权利要求1至4中任一项的太阳电池单元，其特征在于，上述半导体基材系形成 为平板状，在该半导体基材靠太阳光入射侧的单面附近部形成上述pn接合，在上述半导体 基材的上述单面与相反侧面上形成格子状的电极，在上述半导体基材的上述单面上形成未 被上述电极所遮光的受光窗；在上述半导体基材中未紧邻上述受光窗的全表面上形成以与该半导体基材相同的导电型 来施行高浓度杂质掺杂的高浓度导电层；上述单面侧的电极背面侧部分介隔着上述高浓度导电层而形成上述P+n+接合。
全文摘要
本发明的太阳电池单元在p形硅单结晶上具备可产生光电动势的pn接合；以及由对pn接合的一部分施行高浓度杂质掺杂的p⁺扩散层与n⁺扩散层构成的p⁺n⁺接合；并具有当太阳电池单元被朝反方向施加偏压时，会通过p⁺n⁺接合而流通电流的反向导通特性。当使用多个太阳电池单元制造太阳电池模块时，可在未连接外部的旁路二极管的情况下，防止当任一太阳电池单元进入阴影时太阳电池单元的发热与劣化，且可防止太阳电池模块整体发电效率的降低。
文档编号H01L31/04GK101689571SQ20078005366
公开日2010年3月31日 申请日期2007年7月18日 优先权日2007年7月18日
发明者中田仗祐 申请人:京半导体股份有限公司