太阳能电池和太阳能电池的制造方法

专利名称：太阳能电池和太阳能电池的制造方法
技术领域：
本发明设计具备贯通孔电极的太阳能电池和太阳能电池的制造方法。
背景技术：
太阳能电池因为能够将清洁且取之不尽的太阳光直接转化为电， 所以作为新的能源受到期待。
以往，以扩大太阳能电池的受光面积为目的，提出了将P侧电极
和n侧电极双方设置在基板的背面一侧的背接触型太阳能电池(例如， 曰本特开平1-82570号公报)。
这样的太阳能电池具有从基板的受光面一直贯通到背面的多个贯 通孔(through hole)。在基板的受光面一侧收集的光生载流子，通过贯 通孔内设置的贯通孔电极被引导至太阳能电池的背面一侧。为了防止 贯通孔的内壁面与贯通孔电极之间发生短路，而在贯通孔的内壁面上 形成绝缘层。
因为贯通孔是由激光加工或机械加工而形成的，所以贯通孔的内 壁面会受到损伤。为了提高太阳能电池的输出特性，优选通过蚀刻处 理除去贯通孔的内壁面上的损伤。
并且，以提高太阳能电池的输出特性为目的，通常在太阳能电池 的受光面上形成凹凸结构，即所谓纹理结构。 一般而言，通过蚀刻处 理形成这种纹理结构。
可以考虑通过在形成贯通孔之后实施用于形成纹理结构的蚀刻处 理，同时除去贯通孔内壁面上的损伤。
但是，如果在贯通孔内壁面上实施用于形成纹理结构的蚀刻处理，则 在贯通孔内壁面上也会形成凹凸结构。如果在这样的贯通孔内壁面
上形成绝缘层，则绝缘层的厚度会不均匀地形成。因此，在绝缘 层厚度较薄的部分，不能够充分的实现贯通孔内壁面与贯通孔电极之间的绝缘性，所以容易发生基板与贯通孔电极之间的短路。结果，存 在太阳能电池的输出特性降低的问题。

发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种太阳 能电池和太阳能电池的制造方法，其能够抑制在基板与贯通孔电极之 间发生短路。
本发明的特征的太阳能电池的宗旨在于，包括具有第一主面和 第二主面的第一导电型的半导体基板；设置在上述半导体基板的上述 第一主面上的、具有第二导电型的半导体区域；设置在上述半导体基 板的多处的、从上述第一主面一直贯通到上述第二主面的贯通孔；设 置在上述贯通孔内、将上述半导体区域上收集的载流子导向上述第二 主面一侧的贯通孔电极；以及在上述贯通孔的内壁面和上述贯通孔电 极之间设置的绝缘层。上述贯通孔的上述内壁面的至少一部分，比上 述第一主面更加平坦地形成。
本发明的特征中，上述半导体基板的上述第一主面和上述贯通孔 的上述内壁面，可以是蚀刻面。另外，半导体基板的第一主面，可以 是纹理面。
本发明的特征中，上述贯通孔的上述内壁面的至少一部分，可以 具有比上述半导体基板的上述第一主面的算术平均粗糙度更小的算术 平均粗糙度。另外，也可以是上述半导体基板的上述第一主面是纹理 面，上述贯通孔的上述内壁面是蚀刻面。
本发明的特征中，上述半导体基板可以是单晶硅基板，上述第一 主面具有(100)的面方位，上述贯通孔的上述内壁面具有(110)的面方位。
本发明的特征中，可以具有在上述半导体区域的表面上形成的、 用于收集上述半导体区域中收集的载流子的集电极，上述贯通孔电极 电连接到上述集电极。该情况下，上述贯通孔电极可以和上述集电极 一体地形成。另外，也可以具有在上述半导体基板的上述第二主面上 形成的、电连接到上述贯通孔电极的集电极。
本发明的特征中，上述半导体区域可以由非晶态半导体形成。
本发明的特征中，可以将上述第一主面设为受光面，将第二主面
6设为背面。
本发明的特征的太阳能电池的制造方法，主旨在于，包括在具 有第一主面和第二主面的第一导电型的半导体基板上，形成从上述第 一主面一直贯通到上述第二主面的贯通孔的贯通孔形成工序；对上述 贯通孔的内壁面进行蚀刻的第一蚀刻工序；对上述半导体基板的上述 第一主面进行蚀刻的第二蚀刻工序；在上述半导体基板的上述第一主 面上形成半导体区域的半导体区域形成工序；在上述贯通孔的内壁面 上形成绝缘层的绝缘层形成工序；在上述贯通孔内形成贯通孔电极的 工序；上述第一蚀刻工序中，将上述贯通孔的上述内壁面蚀刻得比上 述半导体基板的上述第一主面平坦。
本发明的特征中，可以是上述第一蚀刻工序通过第一蚀刻液进行， 上述第二蚀刻工序通过第二蚀刻液进行，上述第一蚀刻液具有比上述 第二蚀刻液更高的蚀刻性。
本发明的特征中，上述第二蚀刻工序中，可以用掩模覆盖上述贯 通孔。
本发明的特征中，可以使用上述第一主面上具有(100)面的单晶硅 作为上述半导体基板，在上述贯通孔形成工序中，在上述贯通孔的上 述内壁面的至少一部分上使具有(110)面方位的面露出。另外，可以用 非晶态半导体形成上述半导体区域。
本发明的特征的太阳能电池的的宗旨在于，包括具有第一主面 和第二主面的第一导电型的单晶硅基板；设置在上述单晶硅基板的上 述第一主面上的、具有第二导电型的半导体区域；设置在上述单晶硅 基板的多处的、从上述第一主面一直贯通到上述第二主面的贯通孔； 设置在上述贯通孔内、将上述半导体区域上收集的载流子导向上述第 二主面一侧的贯通孔电极；在上述贯通孔的内壁面和上述贯通孔电极 之间设置的绝缘层；上述单晶硅基板是具有(100)面方位的基板，上述 贯通孔的上述内壁面具有(110)面方位。
本发明的特征中，上述半导体区域可以由非晶态半导体形成。


图1是表示本发明的实施方式的太阳能电池模块的结构的侧视图。图2是从受光面一侧观看本发明的实施方式的太阳能电池的俯视图。
图3是从背面一侧观看本发明的实施方式的太阳能电池的俯视图。 图4是图2的A-A截面的放大截面图。
图5是从受光面一侧观看本发明的第一实施方式的n型单晶硅基 板11的立体图。
图6是从受光面一侧观看本发明的第二实施方式的n型单晶硅基 板11的立体图。
图7是图2的A-A截面的放大截面图。
图8是从受光面一侧观看本发明的第三实施方式的ii型多晶硅基 板51的立体图。
图9是表示贯通孔内壁面的Ra/受光面的Ra的值与太阳能电池特 性(F.F)的值的关系的图表。
具体实施例方式
下面，利用

本发明的实施方式。以下的附图记载中，对 于相同或类似的部分，附加相同或类似的符号。但是，需要注意附图 是示意性的，各尺寸的比率等与实际有所不同。从而，需要参考以下 说明来判断具体的尺寸等。另外，在附图相互之间也包括相互的尺寸 关系和比率不同的部分。
l.第一实施方式 (太阳能电池模块的概略结构)
关于本发明的第一实施方式的太阳能电池模块100的概略结构， 参照图1进行说明。图1是表示本实施方式的太阳能电池模块100的 结构的侧视图。
如图1所示，本实施方式的太阳能电池模块100，包括多个太阳能 电池1、受光面侧保护部件2、背面侧保护部件3、密封部件4、配线 部件5。太阳能电池模块100通过在受光面侧保护部件2和背面侧保护 部件3之间用密封部件4密封多个太阳能高能电池1而构成。
多个太阳能电池1沿着排列方向排列。多个太阳能电池1通过配 线部件5相互电连接。各太阳能电池1具有太阳光射入的受光面(附图中的上面)和设置在受光面的相反一侧的背面(附图中的下面)。受 光面和背面是太阳能电池1的主面。关于太阳能电池1的结构，将在 后文中叙述。
配线部件5配设在太阳能电池1的背面上，将一个太阳能电池1 和与一个太阳能电池1邻接的另一个太阳能电池1电连接。如此，本
实施方式的太阳能电池模块IOO，是所谓背接触型太阳能电池模块。作 为配线部件5，能够使用成形为薄板状、线状或绞线状的铜等导电材料。 其中，配线部件5的表面可以镀焊锡。
受光面侧保护部件2配置在密封部件4的受光面一侧，保护太阳 能电池模块100的表面。作为受光面侧保护材料2，能够使用具有透光 性和防水性的玻璃、透光性塑料等。
背面侧保护部件3配置在密封部件4的背面一侧，保护太阳能电 池模块100的背面。作为背面侧保护部件3，能够使用PET(Polyethylene Terephthalate:聚对苯二甲酸乙二酯)等树脂膜、具有用树脂膜包夹铝 箔的结构的叠层膜等。
密封部件4在受光面侧保护部件2和背面侧保护部件3之间密封 多个太阳能电池l。作为密封部件4，能够使用EVA、 EEA、 PVB、硅 酮、氨脂、丙烯酸酯、环氧等具有透光性的树脂。
另外，在具有以上结构的太阳能电池模块100的周围，能够安装 Al框架(未图示)。
(太阳能电池的结构)
接着，关于太阳能电池l的结构，参照图2和图3进行说明。图2 是从受光面一侧观看太阳能电池1的俯视图。图3是从背面一侧观看 太阳能电池l的俯视图。
如图2所示，太阳能电池1包括光电变换部10、受光面侧集电极 24、贯通孔电极20。
光电变换部10具有使光射入的受光面和设置在受光面的相反一侧 的背面。光电变换部10因光射入到受光面而生成光生载流子。光生载 流子指的是因太阳光被光电变换部10吸收而生成的电子空穴和电子。
本实施方式的光电变换部10，如后所述，具有在单晶硅基板(半 导体基板)和非晶态硅层(半导体区域)之间包夹实质上真正的非晶态硅层的结构，即所谓HIT结构。
受光面侧集电极24，是收集光电变换部10生成的光生载流子的电 极。如图2所示，受光面侧集电极24在光电变换部10的受光面上的 大致整个区域上形成多个。受光面侧集电极24，例如能够用热硬化型 的导电性涂膏通过印刷法等来形成。其中，受光面侧集电极24的个数 和形状，考虑光电变换部10的大小等进行设定。
贯通孔电极20在光电变换部10的受光面上与受光面侧集电极24 电连接。通过受光面侧集电极24从光电变换部10收集的光生载流子， 被贯通孔电极20收集。贯通孔电极20设置在具有光电变换部10的单 晶硅基板的多处，并设置在从受光面一直贯通到背面的贯通孔(图2 中未表示，参照图4)内。从而，通过受光面侧集电极24收集的光生 载流子经由贯通孔电极20被引导至光电变换部10的背面一侧。其中， 本实施方式中，光电变换部10具有10个贯通孔电极20。贯通孔电极 20沿排列方向5个一组地排列设置。贯通孔电极20能够用与受光面侧 集电极24同样的导电性材料形成。另外，贯通孔20的数量，考虑贯 通孔电极20上连接的受光面侧集电极24的个数和所使用的导电性材 料的电阻率等进行设定。
如图3所示，太阳能电池1还包括受光面侧总线电极25和背面侧 集电极30。
受光面侧总线电极25，是在光电变换部10的背面上从沿排列方向 排列的5个贯通孔电极20收集光生载流子的电极。如图3所示，受光 面侧总线电极25沿排列方向形成为线状。受光面侧总线电极25通过 如后所述的绝缘层17与光电变换部10的背面一侧和背面侧集电极30 绝缘。受光面侧总线电极25能够用与受光面侧集电极24同样的材料 形成。
背面侧集电极30从光电变换部10收集与受光面侧总线电极25收 集的光生载流子极性不同的光生载流子。背面侧集电极30形成在光电 变换部10的背面中的形成有受光面侧总线电极25的区域以外的区域 上。但是，本发明对于光电变换部10的背面上形成的集电极的形状等 没有限定。
此处，如图3所示，配线部件5电连接到一个太阳能电池1的受光面侧总线电极25、和与一个太阳能电池1邻接的另一个太阳能电池
1的背面侧集电极30。具体而言，配线部件5的一端部在受光面侧总 线电极25上沿排列方向配设。配线部件5的另一端部在背面侧集电极 30的排列方向上的端部上配设。由此，太阳能电池l之间被电连接。 (光电变换部的结构)
接着，关于太阳能电池1的光电变换部10的详细结构，参照图4 进行说明。图4是图2的A-A截面上的放大截面图。
光电变换部10，包括n型单晶硅基板11、 i型非晶态硅层12、 n 型非晶态硅层13、 i型非晶态硅层14、 p型非晶态硅层15、背面侧透 明导电膜16、绝缘层17和受光面侧透明导电膜18。
n型单晶硅基板11以单晶硅为主要成分而构成，具有约200um 的厚度。n型单晶硅基板11具有受光面、设置在受光面相反面的背面、 和从受光面一直贯通到背面的贯通孔。如图4所示，贯通孔内设置有 贯通孔电极20。贯通孔的内壁面是经过蚀刻加工的蚀刻面。另外，n 型单晶硅基板ll的受光面和背面，是形成了微细的纹理结构(金字塔 状的凹凸结构)的纹理面。纹理具有数um 数十um的高度。
i型非晶态硅层12形成在n型单晶硅基板11的背面。i型非晶态 硅层12具有约5nm的厚度，实质上是天然的。
n型非晶态硅层13通过CVD法形成在i型非晶态硅层12的背面 上。n型非晶态硅13具有约5nm的厚度。通过n型单晶硅基板11、 i 型非晶态硅层12和n型非晶态硅层13形成所谓BSF结构。
i型非晶态硅层14形成在n型单晶硅基板11的受光面。i型非晶 态硅层14具有约5nm的厚度，实质上为天然的。
p型非晶态硅层15通过CVD法形成在i型非晶态硅层14的受光 面上。p型非晶态硅层15具有约5nm的厚度。通过n型单晶硅基板11、 i型非晶态硅层14和p型非晶态硅层15形成生成电场的半导体结合。
背面侧透明导电膜16通过溅射法或蒸镀法等PVD法形成在n型 非晶态硅层13的背面上。背面侧透明导电膜16能够由In、 Zn、 Sn、 Ti、 W等的氧化物形成。
绝缘层17设置在n型单晶硅基板11上形成的贯通孔的内壁面与 贯通孔电极20之间，且从贯通孔的内壁面上一直跨至背面上设置。绝缘层17使n型单晶硅基板11、 i型非晶态硅层12、 n型非晶态硅层13 和背面侧透明导电膜16与贯通孔电极20绝缘。另外，绝缘层17将受 光面侧总线电极25与背面侧集电极30绝缘。绝缘层17能够由例如SiN 形成。
受光面侧透明导电膜18通过溅射法或蒸镀法等PVD法形成在p 型非晶态硅层15的受光面上。受光面侧透明导电膜18能够由与背面 侧透明导电膜16同样的材料形成。 (半导体基板的结构)
接着，关于n型单晶硅基板11的结构，参照图5进行说明。图5 是从受光面一侧观看本实施方式的n型单晶硅基板11的立体图。
n性单晶硅基板11的受光面和背面上，形成纹理结构(仅图示受 光面)。纹理结构在与受光面垂直的方向上具有数um 数十um的高 度。
另外，n型单晶硅基板11上形成从受光面一直贯通到背面的贯通 孔。贯通孔在n型单晶硅基板ll的俯视图上形成为圆形状。
此处，贯通孔的内壁面由同样平坦的平坦面A形成。其中，平坦 面A上，形成比受光面上形成的纹理构造小且坡度小的凹凸结构(未 图示)。这样的凹凸结构具有受光面的纹理结构的1/10左右的高度(0. 数U m 数ti m)。
此处，贯通孔的内壁面比受光面更加平坦地形成。换言之，形成 贯通孔的内壁面的平坦面A的算术平均粗糙度(Ra)小于受光面的算 术平均粗糙度(Ra)。其中，算出平均粗糙度(Ra)由日本工业规格(JIS B 0601-1994)规定。
(太阳能电池的制造方法)
对于本实施方法的太阳能电池1的制造方法进行说明。
(l)贯通孔形成工序
首先，通过激光加工或利用钻头或喷砂等的机械加工，形成从n 型单晶硅基板ll的受光面一直贯通到背面的圆形的贯通孔。激光加工 时可以使用例如YAG激光。
(2滩蚀刻处理工序(第一蚀刻工序)
接着，在n型单晶硅基板11的表面(包括受光面和背面)和贯通孔的内壁面实施粗蚀刻处理。本实施方式的粗蚀刻处理，是各向异性
蚀刻处理。这种各向异性蚀刻处理，通过将n型单晶硅基板ll浸入例 如约85"C的高浓度NaOH水溶液(约5重量°/。)中约10分钟而进行。 通过粗蚀刻处理，将n型单晶硅基板ll的表面和贯通孔的内壁面 上形成的加工变形除去。另外，在贯通孔的内壁面上，形成具有坡度 小的凹凸结构的平坦面A。这种凹凸结构具有0.数um 数um的高 度。
(3) 纹理处理工序(第二蚀刻工序)
接着，用具有耐蚀刻性的光致抗蚀掩模覆盖贯通孔。接下来，对n 型单晶硅基板11的表面实施纹理处理。纹理处理是通过将n型单晶硅 基板U浸入例如约85"C的低浓度NaOH水溶液(约1.5重量％)中约 30分钟而进行的各向异性蚀刻处理。g口，上述第一蚀刻工序中使用的 蚀刻液，具有比第二蚀刻工序中使用的蚀刻液更高的蚀刻性。由此， 贯通孔的内壁面比受光面更加平坦地形成。
通过这样的各向异性蚀刻处理，在n型单晶硅基板ll的表面形成 纹理结构。纹理结构在与受光面垂直的方向上具有数u m 数十ix m的 高度。
(4) 半导体区域形成工序
接着，在除去覆盖贯通孔的内壁面的光致抗蚀掩模之后，在n型 单晶硅基板11的背面，通过使用CVD (Chemical Vapor Deposition: 化学气相沉积)法，顺序形成i型非晶态硅层12和n型非晶态硅层13。 接着，在n型单晶硅基板11的受光面上，通过使用CVD法，顺序形 成i形非晶态硅层14和p型非晶态硅层15。
(5) 透明导电膜和绝缘层形成工序
接着，施加覆盖贯通孔的背面侧开口部和其周围的掩模，并在n 型非晶态硅层13上形成背面侧透明导电膜16。作为透明导电膜的制膜 方法，一般能够使用蒸镀法、溅射法、离子镀膜法等PVD(Physical Vapor Deposition:物理气相沉积)法。
接着，在贯通孔的背面侧开口部的周围施加掩模。接下来，通过 CVD法用SiO、 SiN等在贯通孔内形成绝缘层17。与此同时，在背面 上以沿排列方向延伸的方式形成绝缘层17。接着，在p型非晶态硅层15上形成受光面侧透明导电膜18。
(6)电极形成工序
接着，在受光面透明导电膜18上形成受光面侧集电极24，在背面 侧透明导电膜16上形成背面侧集电极30。接下来，在贯通孔内填充贯 通孔电极20。受光面侧集电极24、背面侧集电极30和贯通孔电极20， 例如能够通过使用热硬化型的导电性涂膏的丝网印刷法、蒸镀法、溅 射法等真空蒸镀形成。其中，贯通孔电极20通过绝缘层17与贯通孔 的内壁面绝缘。
接着，在绝缘层17和贯通孔电极20上形成受光面侧总线电极25。 受光面侧总线电极25，能够用与上述受光面侧集电极24相同的方法形 成。其中，受光面侧总线电极25通过绝缘层17与背面侧绝缘。 (作用和效果)
本实施方式的太阳能电池1的制造方法，包括对贯通孔的内壁面 进行各向异性蚀刻的第一蚀刻工序，和对受光面进行各向异性蚀刻的 第二蚀刻工序，在第一蚀刻工序中，比受光面更加平坦地形成贯通孔 的内壁面。具体而言，在第一蚀刻工序中，使用高浓度NaOH液(5 重量％)，在第二蚀刻工序中，使用低浓度NaOH液(1.5重量％)。
如此，根据本实施方式的太阳能电池1的制造方法，对于贯通孔 的内壁面和受光面，能够分别按照不同的条件实施蚀刻处理。因此， 能够进行分别适合于贯通孔的内壁面和受光面的蚀刻处理。
具体而言，第一蚀刻工序中，因为蚀刻液的浓度比较高而加快蚀 刻速度，所以会生成过蚀刻状态。结果，贯通孔的内壁面上，形成具 有0.数"m 数lim的高度的坡度小的凹凸结构。另一方面，第二蚀刻 工序中，形成具有数P m 数十U m的高度的适合太阳能电池的纹理结 构。
特别是，本实施方式中，在第二蚀刻工序中，用具有耐蚀刻性的 掩模覆盖贯通孔。从而，在第二蚀刻工序中，能够避免在贯通孔的内 壁面上形成凹凸结构。
根据以上所述，在贯通孔的内壁上形成具有比受光面更小的算术 粗糙度的平坦面A。这样的平坦面A能够以与绝缘层17同样的厚度形 成。从而，在平坦面A上抑制n型单晶硅基板11与贯通孔电极20之间的短路。结果，能够提高太阳能电池l的输出特性。 2.第二实施方式
接着，说明本发明的第二实施方式。本实施方式与上述第一实施 方式之间的不同点，在于在贯通孔的内壁面使具有(110)的面方位的平 坦面露出。
本实施方式中，太阳能电池模块和太阳能电池的概略结构与上述 实施方式1相同，所以以下主要说明与上述第一实施方式之间的不同 点。
(半导体基板的结构)
关于n型单晶硅基板11的结构，参照图6进行说明。图6是从受 光面一侧观看本实施方式的n型单晶硅基板11的立体图。
n型单晶硅基板11的受光面具有(100)的面方位。如图6所示，在 n型单晶硅基板11的受光面上形成纹理结构。纹理结构在与受光面垂 直的方向上规则地具有数Um 数十"m的高度。
另外，n型单晶硅基板ll上，在多处形成从受光面一直贯通至背 面的贯通孔。贯通孔在n型单晶硅基板11的俯视图上形成为四边形状。
此处，如图6所示，贯通孔的内壁面由4个平坦面B (图中仅表 示1个平坦面B)形成。平坦面B上形成比受光面上形成的纹理结构 小且坡度小的凹凸结构(未图示)。这样的凹凸结构具有受光面的纹理 结构的1/10左右的高度(0.数um 数um)。从而，贯通孔的内壁面 比受光面更加平坦地形成。换言之，形成贯通孔的内壁面的平坦面B 的算术平均粗糙度(Ra)小于受光面的算术平均粗糙度(Ra)。 (太阳能电池的制造方法)
对于本实施方式的太阳能电池1的制造方法进行说明。
(l)贯通孔形成工序
首先，准备受光面的面方位为(100)的n型单晶硅基板11。接着， 通过激光加工或利用钻头或喷砂等的机械加工，形成从n型单晶硅基 板ll的受光面一直贯通到背面的大致四边形状的贯通孔。此时，在贯 通孔的内壁面上使具有(110)的面方位的4个平坦面B露出。其中，激 光加工中能够使用例如YAG激光。
另外，贯通孔优选在俯视图中形成为正方形状。这样的正方形状的贯通孔，能够通过收拢了照射范围的激光加工，或者通过使用能够 微细加工的UV激光来形成。
(2) 粗蚀刻处理工序(第一蚀刻工序)
接着，在n型单晶硅基板11的表面(包括受光面和背面)和贯通 孔的内壁面实施粗蚀刻处理。本实施方式的粗蚀刻处理，是各向异性 蚀刻处理。这种各向异性蚀刻处理，通过将n型单晶硅基板ll浸入例 如约85"C的高浓度NaOH水溶液(约5重量％)中约10分钟而进行。
通过粗蚀刻处理，将n型单晶硅基板ll的表面和贯通孔的内壁面 上形成的加工变形除去。另外，在具有(110)的面方位的4个平坦面B 上，形成坡度小的凹凸结构。这种凹凸结构具有0.数um 数um的高 度。
(3) 纹理处理工序(第二蚀刻工序)
接着，对n型单晶硅基板ll的表面实施纹理处理。纹理处理是通 过将n型单晶硅基板11浸入例如约85'C的低浓度NaOH水溶液(约 1.5重量％)中约30分钟而进行的各向异性蚀刻处理。
通过这样的各向异性蚀刻处理，在n型单晶硅基板ll的表面形成 纹理结构。纹理结构在与受光面垂直的方向上具有数U m 数十u m的咼度。
此处，本实施方式中，虽然不用光致抗蚀掩模覆盖贯通孔的内壁 面，但是平坦面B具有(110)的面方位。具有(110)的面方位的平坦面B， 比具有(100)的面方位的受光面蚀刻速度慢，所以在平坦面B上难以形 成凹凸结构。从而，贯通孔的内壁面比受光面更加平坦地形成。
(4) 半导体区域形成工序
接着，在n型单晶硅基板11的背面，通过使用CVD( Chemical Vapor Deposition)法，顺序形成i型非晶态硅层12和n型非晶态硅层13。 接着，在n型单晶硅基板11的受光面上，通过使用CVD法，顺序形 成i形非晶态硅层14和p型非晶态硅层15。
(5) 透明导电膜和绝缘层形成工序
接着，施加覆盖贯通孔的背面侧开口部和其周围的掩模，并在n 型非晶态硅层13上形成背面侧透明导电膜16。作为透明导电膜的制膜 方法， 一般能够使用蒸镀法、溅射法、离子镀膜法等PVD(Physical VaporDeposition)法。
接着，在贯通孔的背面侧开口部的周围施加掩模。以沿着排列方 向眼神的方式在贯通孔内形成绝缘膜17。绝缘膜17可以通过CVD法 用SiO、 SiN等形成。接着，在p型非晶态硅层15上形成受光面侧透 明导电膜18。
(6)电极形成工序
接着，在受光面透明导电膜18上形成受光面侧集电极24，在背面 侧透明导电膜16上形成背面侧集电极30。接下来，在贯通孔内填充贯 通孔电极20。受光面侧集电极24、背面侧集电极30和贯通孔电极20， 例如能够通过使用热硬化型的导电性涂膏的丝网印刷法、蒸镀法、溅 射法等真空蒸镀形成。其中，贯通孔电极20通过绝缘层17与贯通孔 的内壁面绝缘。
接着，在绝缘层17和贯通孔电极20上形成受光面侧总线电极25。 受光面侧总线电极25，能够用与上述受光面侧集电极24相同的方法形 成。
(作用和效果)
本实施方式的太阳能电池1的制造方法，包括对贯通孔的内壁面 进行各向异性蚀刻的第一蚀刻工序，和对受光面进行各向异性蚀刻的 第二蚀刻工序，在第一蚀刻工序中，比受光面更加平坦地形成贯通孔 的内壁面。
具体而言，受光面具有(100)的面方位，在贯通孔的内壁面上，使 具有(110)的面方位的4个平坦面B露出。具有(110)的面方位的平坦面 B，比具有(100)的面方位的受光面蚀刻速度慢。从而，在第二蚀刻工序 中，能够抑制在贯通孔的内壁面上形成凹凸结构。
根据以上所述，在贯通孔的内壁上形成具有比受光面更小的算术 粗糙度的平坦面B。这样的平坦面B能够以与绝缘层17同样的厚度形 成。从而，在平坦面B上抑制n型单晶硅基板ll与贯通孔电极20之 间的短路。结果，能够提高太阳能电池l的输出特性。
3.第三实施方式
接着，说明本发明的第三实施方式。本实施方式与上述第一实施 方式的不同点，在于使用以多晶硅为主要成分而构成的半导体基板。本实施方式中，太阳能电池模块和太阳能电池的概略结构与上述 实施方式1相同。因此，以下主要说明与上述第一实施方式之间的不 同点。
(光电变换部的结构)
关于本实施方式的太阳能电池la具有的光电变换部50的详细结 构，参照图7进行说明。图7是本实施方式的太阳能电池la的放大截 面图。
光电变换部50包括n型多晶硅基板51、 p型多晶硅层52、反射防 止膜53和n型多晶硅层54。
n型多晶硅基板51以多晶硅为主要成分而构成，具有约300ix m 的厚度。n型多晶硅基板51具有从受光面一直贯通至背面的贯通孔。
如图6所示，在贯通孔内，设置有贯通孔电极20。另外，在n型 多晶硅基板51的受光面上，形成微细的纹理结构。纹理具有数um 数十um的高度。
p型多晶硅层52，是在n型多晶硅基板51的受光面上通过掺入p 型杂质而形成的半导体层。p型多晶硅层52与n型多晶硅基板51形成 半导体p/n结合。
反射防止膜53形成在p型多晶硅层52上。反射防止膜53能够用 SiN、 Si02等形成。
n型多晶硅层54是在n型多晶硅基板51的背面通过掺入n型杂质 形成的半导体层。由此形成BSF结构。
绝缘层17从n型多晶硅基板51上形成的贯通孔的内壁面上跨至 背面上地设置。绝缘层17使n型多晶硅基板51与贯通孔电极20绝缘。 绝缘层17例如能够由SiN形成。 (半导体基板的结构)
接着，关于n型多晶硅基板51的结构，参照图7进行说明。图7 是从受光面一侧观看本实施方式的n型多晶硅基板51的立体图。
在n型多晶硅基板51的受光面上，形成微细的纹理。纹理结构在 与受光面垂直的方向上具有数y m 数十u m的高度。
另外，在n型多晶硅基板51上，形成从受光面一直贯通至背面的 贯通孔。贯通孔在n型多晶硅基板51的俯视图上形成为圆形状。此处，如图8所示，贯通孔的内壁面由同样平坦的平坦面C形成。 其中，平坦面c上，形成比受光面上形成的纹理构造小且坡度小的凹 凸结构(未图示)。这样的凹凸结构具有受光面的纹理结构的1/10左右 的高度(0.数pm 数tim)。
从而，贯通孔的内壁面比受光面更加平坦地形成。换言之，形成 贯通孔的内壁面的平坦面C的算术平均粗糙度(Ra)小于受光面的算 术平均粗糙度(Ra)。
(太阳能电池的制造方法)
对于本实施方法的太阳能电池la的制造方法进行说明。
O)贯通孔形成工序
首先，通过激光加工或者利用钻头或喷砂等的机械加工，形成从n 型多晶硅基板51的受光面一直贯通到背面的圆形的贯通孔。激光加工 中能够使用例如YAG激光。
(2) 粗蚀刻处理工序(第一蚀刻工序)
接着，在n型多晶硅基板51的表面(包括受光面和背面)和贯通 孔的内壁面实施粗蚀刻处理。本实施方式的粗蚀刻处理，是各向同性 蚀刻处理。这种各向同性蚀刻处理，通过将n型多晶硅基板51浸入例 如将69.5%硝酸(HN03)和49%氢氟酸(HF)以10比1的比例混合 而得的氟硝酸溶液中约10分钟而进行。
通过粗蚀刻处理，将n型单晶硅基板51的表面和贯通孔的内壁面 上形成的加工变形除去。另外，在贯通孔的内壁面上，形成具有坡度 小的凹凸结构的平坦面C。这种凹凸结构具有0.数ym 数pm的高度。
(3) 纹理处理工序(第二蚀刻工序)
接着，用具有耐蚀刻性的光致抗蚀掩模覆盖贯通孔。接下来，对n 型多晶硅基板51的表面实施纹理处理。本实施方式的纹理处理，是各 向同性蚀刻处理。这样的各向同性蚀刻处理，通过将n型多晶硅基板 51浸入例如将69.5%硝酸(HN03)和49%氢氟酸(HF)以1比5 15 的比例混合而得的氟硝酸溶液中约30分钟而进行。
通过纹理处理，在n型多晶硅基板51的表面形成纹理结构。纹理 结构在与受光面垂直的方向上具有数u m 数十u m的高度。
(4) 半导体层区域形成工序和反射防止膜形成工序接着，在除去覆盖贯通孔的内壁面的光致抗蚀掩模之后，在n型
多晶硅基板51的受光面上，通过用气相扩散法、涂敷扩散法等使p型
杂质扩散，形成p型多晶硅层52。
接着，在p型多晶硅层52上，用SiN、 Si02等形成反射防止膜53。 接着，用气相扩散法、涂敷扩散法等在n型多晶硅基板51的背面
使n型杂质扩散。由此，形成n型多晶硅层54。
(5) 绝缘层的形成
接着，在贯通孔的背面侧开口部的周围施加掩模。接下来，通过 CVD法用SiO、 SiN等在贯通孔内形成绝缘层17。与此同时，在背面 上以沿排列方向延伸的方式形成绝缘层17 。
(6) 形成电极
接着，在反射防止膜53上形成受光面侧集电极24，在n型多晶硅 层54上形成背面侧集电极30。接下来，在贯通孔内填充贯通孔电极 20。受光面侧集电极24、背面侧集电极30和贯通孔电极20，例如能 够通过将含Ag、粘合剂、玻璃料等的银涂膏丝网印刷之后进行烘干而 形成。其中，贯通孔电极20通过绝缘层17与贯通孔的内壁面绝缘。
接着，在绝缘层17和贯通孔电极20上形成受光面侧总线电极25。 受光面侧总线电极25，能够与上述受光面侧集电极24同样地形成。其 中，受光面侧总线电极25通过绝缘层17与背面侧绝缘。 (作用 效果)
本实施方式的太阳能电池la的制造方法，包括对贯通孔的内壁面 进行各向同性蚀刻的第一蚀刻工序，和对受光面进行各向同性蚀刻的 第二蚀刻工序，在第一蚀刻工序中，比受光面更加平坦地形成贯通孔 的内壁面。具体而言，在第一蚀刻工序中，使用将69.5%HNO 3和49%HF以10比1的比例混合而得的氟硝酸溶液，在第二蚀刻工序 中，使用将69.5%HN03和49%HF以1比5 15的比例混合而得的氟 硝酸溶液。
如此，根据本实施方式的太阳能电池la的制造方法，对于贯通孔 的内壁面和受光面，能够分别按照不同的条件实施蚀刻处理。因此， 能够进行分别适合于贯通孔的内壁面和受光面的蚀刻处理。
具体而言，第一蚀刻工序中，因为蚀刻液的浓度比较高而加快蚀刻速度，所以会生成过蚀刻状态。结果，贯通孔的内壁面上，形成具
有0.数um 数um的高度的坡度小的凹凸结构。另一方面，第二蚀刻 工序中，形成具有数P m 数十u m的高度的适合太阳能电池的纹理结 构。
特别是，本实施方式中，在第二蚀刻工序中，用具有耐蚀刻性的 掩模覆盖贯通孔。从而，在第二蚀刻工序中，能够避免在贯通孔的内 壁面上形成凹凸结构，由此贯通孔的内壁面比受光面更加平坦地形成。
根据以上所述，在贯通孔的内壁上形成具有比受光面更小的算术 粗糙度的平坦面C。这样的平坦面C能够以与绝缘层17同样的厚度形 成。从而，可以抑制在平坦面C上n型多晶硅基板51与贯通孔电极 20之间的短路。结果，能够提高太阳能电池la的输出特性。 (其他实施方式)
本发明能够在不脱离以上所述的本发明的主旨的范围内进行各种 变更，作为本公开的一部分的论述和附图并不对本发明进行限定。
例如，上述实施方式中，使用了具有n型导电型的硅基板(n型单 晶硅基板11、 n型多晶硅基板51)，但是也可以使用具有p型导电型的 硅基板。
另外，上述实施方式中，在第一蚀刻工序和第二蚀刻工序中，使 用了同种类的蚀刻液，但是也可以在各工序中使用不同种类的蚀刻液。 另外，本发明并不限定在第一、第二蚀刻工序中使用的蚀刻液。艮P， 在第一蚀刻工序中使用的蚀刻液，只要具有比在第二蚀刻工序中使用 的蚀刻液更高的蚀刻性即可。
另外，上述第三实施方式中，在第一、第二蚀刻工序中进行了各 向同性蚀刻，但是也可以进行各向异性蚀刻。
另外，上述实施方式中，对使贯通孔的内壁面的整个面成为平坦 面的情况进行了说明，但是只要在贯通孔的内壁面中的至少一部分上 形成平坦面，就能够得到本发明的效果。
另外，上述实施方式中，举出了 HIT型太阳能电池等作为例子进 行了说明，但是能够适用于形成p/n、 p/i/n、 i/n、 i/p半导体结合的一般 的太阳能电池基板。以下关于本发明的太阳能电池举出实施例进行具体说明，但是本 发明并不限定于以下所述的实施例，在不变更其宗旨的范围内，能够 进行适当变更并实施。 (实施例1)
首先，准备n型单晶硅基板。接着，用YAG激光在n型单晶硅基 板上形成多个贯通孔。
接着，用约85'C的高浓度NaOH水溶液(约5重量％)，对n型单 晶硅基板的表面和贯通孔的内壁面实施10分钟的各向异性蚀刻处理。
接着，用具有耐蚀刻性的光致抗蚀掩模覆盖贯通孔。接下来，用 约85'C的低浓度NaOH水溶液(约1.5重量％)，对n型单晶硅基板的 表面实施30分钟的各向异性蚀刻处理。
接着，除去覆盖贯通孔的内壁面的光致抗蚀掩模。接下来，在n 型单晶硅基板的背面，通过使用CVD (Chemical Vapor Deposition)法， 形成i型非晶态硅层、n型非晶态硅层、ITO层。同样地，在n型单晶 硅基板的受光面上，形成i型非晶态硅层、p型非晶态硅层、ITO层。
接着，在贯通孔的背面侧开口部的周围施加掩模，并通过CVD法 用SiO、 SiN等在贯通孔内形成绝缘层。此时，在背面上以沿排列方向 延伸的方式形成绝缘层。
接着，用丝网印刷法，在受光面侧和背面侧的ITO层上以规定的 图案形成热硬化型的导电性涂膏。另外，在背面侧的绝缘层上以规定 的图案形成热硬化型的导电性涂膏。 (实施例2)
首先，准备受光面的面方位为(100)面的n型单晶硅基板。接着， 用YAG激光在n型单晶硅基板上形成多个贯通孔。通过以俯视图上大 致四边形状地形成贯通孔，在贯通孔的内壁上使具有(110)的面方位的 面露出。
接着，用约85t的高浓度NaOH水溶液(约5重量％)，对n型单 晶硅基板的表面和贯通孔的内壁面实施10分钟的各向异性蚀刻处理。
接着，用约85"C的低浓度NaOH水溶液(约1.5重量％)，对n型 单晶硅基板的表面实施40分钟的各向异性蚀刻处理(纹理处理)。
接着，在n型单晶硅基板的背面，通过使用CVD (Chemical VaporDeposition)法，形成i型非晶态硅层、n型非晶态硅层、ITO层。同样 地，在n型单晶硅基板的受光面上，形成i型非晶态硅层、p型非晶态 硅层、ITO层。
接着，在贯通孔的背面侧开口部的周围施加掩模，并通过CVD法 用SiO、 SiN等在贯通孔内形成绝缘层。此时，在背面上以沿排列方向 延伸的方式形成绝缘层。
接着，用丝网印刷法，在受光面侧和背面侧的ITO层上以规定的 图案形成热硬化型的导电性涂膏。另外，在背面侧的绝缘层上形成总 线电极。
(现有例)
现有例中，在n型单晶硅基板上不预先形成贯通孔，而在形成太 阳能电池基板之后，用YAG激光形成多个贯通孔。对贯通孔的内壁面 不进行蚀刻处理。其他工序与上述实施例相同。 (算术平均粗糙度和太阳能电池特性) 对于实施例1、实施例2和现有例，测定受光面的算术平均粗糙度 (Ra)和贯通孔的内壁面的算术平均粗糙度(Ra)。在算术平均粗糙度 (Ra)的测定中，使用基恩士 (KEYENCE)公司制造的激光显微镜 VK-9700，算出各面内的IO处的平均值。其中，通过对基准长度上的 凹凸的高度的绝对值求平均算出Ra。
另外，对于实施例l、实施例2和现有例，测定各太阳能电池的各 种特性。
将以上结果表示在表1中。另外，在图9中表示内壁面的Ra/受光 面的Ra的值与太阳能电池怜性(F.F)的值之间的关系。
表l
Voc(V)Isc(mA/cm2)FFEff(%)受光面Ra( n m)内壁面Ra(Pm)内壁面Ra/受光面Ra
实施例10.6837.20.7719.53.12.50.80
实施例20.6837.10.7819.73.22.00.63
现有例0.6837.00.7318.43.14.51.45
如上表所示，实施例1和2的内壁面的Ra/受光面的Ra的值，小 于现有例的内壁面的Ra/受光面的Ra的值，并且小于1.00。这表示实 施例1和2中贯通孔的内壁面被平坦化。如此，贯通孔的内壁面被平坦化的实施例1和2中，能够在贯通孔的内壁面上同样地形成绝缘层。 因此，通过同样形成的绝缘层，能够抑制贯通孔电极与基板之间的漏
电流的发生。结果，如上表所示，实施例1和2的F.F的值，大于现有 例的F.F的值。
另夕卜，如图9所示，可知在内壁面的Ra/受光面的Ra的值小于1.0 的情况下，能够得到上述的效果。即，在贯通孔的内壁面的算术平均 粗糙度小于基板的受光面的算术平均粗糙度的情况下，特别能够得到 上述效果。
根据以上结果，确认了通过贯通孔的内壁面具有比n型单晶硅基 板的受光面更小的算术平均粗糙度，能够提高太阳能电池特性。
权利要求
1. 一种太阳能电池，其特征在于，包括半导体基板，其具有第一主面和第二主面的第一导电型；半导体区域，其设置在所述半导体基板的所述第一主面上，并具有第二导电型；贯通孔，其设置在所述半导体基板的多处，并从所述第一主面贯通至第二主面；贯通孔电极，其设置在所述贯通孔，并将所述半导体区域上收集的载流子导向所述第二主面一侧；绝缘层，其在所述贯通孔的内壁面和所述贯通孔电极之间设置，所述贯通孔的所述内壁面的至少一部分，形成得比所述第一主面更加平坦。
2. 如权利要求l所述的太阳能电池，其特征在于 所述半导体基板的所述第一主面和所述贯通孔的所述内壁面是蚀刻面。
3. 如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于 所述半导体基板的所述第一主面是纹理面。
4. 如权利要求l所述的太阳能电池，其特征在于 所述贯通孔的所述内壁面的至少一部分，具有比所述半导体基板的所述第一主面的算术平均粗糙度小的算术平均粗糙度。
5. 如权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于-所述半导体基板的所述第一主面是纹理面， 所述贯通孔的所述内壁面是蚀刻面。
6. 如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于: 所述半导体基板是单晶硅基板，所述第一主面具有(100)的面方位， 所述贯通孔的所述内壁面具有(110)的面方位。
7. 如权利要求l所述的太阳能电池，其特征在于具有在所述半导体区域的表面上形成的、用于收集在所述半导体区域收集的载流子的集电极；所述贯通孔电极与所述集电极电连接。
8. 如权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于 所述贯通孔电极与所述集电极一体地形成。
9. 如权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于 具有在所述半导体基板的所述第二主面上形成的、与所述贯通孔电极电连接的集电极。
10. 如权利要求l所述的太阳能电池，其特征在于所述半导体区域由非晶态半导体形成。
11. 如权利要求l所述的太阳能电池，其特征在于 将所述第一主面设为受光面， 将所述第二主面设为背面。
12. —种太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括 在具有第一主面和第二主面的第一导电型的半导体基板上，形成从所述第一主面贯通至所述第二主面的贯通孔的贯通孔形成工序； 对所述贯通孔的内壁面进行蚀刻的第一蚀刻工序； 对所述半导体基板的所述第一主面进行蚀刻的第二蚀刻工序； 在所述半导体基板的所述第一主面上形成半导体区域的半导体区域形成工序；在所述贯通孔的内壁面上形成绝缘层的绝缘层形成工序； 在所述贯通孔内形成贯通孔电极的工序，所述第一蚀刻工序中，将所述贯通孔的所述内壁面蚀刻得比所述半导体基板的所述第一主面平坦。
13. 如权利要求12所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于 所述第一蚀刻工序通过第一蚀刻液进行， 所述第二蚀刻工序通过第二蚀刻液进行， 所述第一蚀刻液具有比所述第二蚀刻液高的蚀刻性。
14. 如权利要求12所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于 所述第二蚀刻工序中，通过掩模覆盖所述贯通孔。
15. 如权利要求12所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于 使用所述第一主面上具有(100)面的单晶硅作为所述半导体基板， 在所述贯通孔形成工序中，使在所述贯通孔的所述内壁面的至少一部分上具有(110)面方位的面露出。
16. 如权利要求15所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于用非晶态半导体形成所述半导体区域。
17. —种太阳能电池，其特征在于，包括 单晶硅基板，其具有第一主面和第二主面的第一导电型； 半导体区域。其设置在所述单晶硅基板的所述第一主面上，并具有第二导电型；贯通孔，其设置在所述单晶硅基板的多处，并从所述第一主面一 直贯通到所述第二主面；贯通孔电极，其设置在所述贯通孔内，并将所述半导体区域上收 集的载流子导向所述第二主面一侧，在所述贯通孔的内壁面和所述贯通孔电极之间设置的绝缘层，所述单晶硅基板是具有(100)面方位的基板，所述贯通孔的所述内 壁面具有(110)的面方位。
18. 如权利要求17所述的太阳能电池，其特征在于 所述半导体区域由非晶态半导体形成。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种抑制贯通孔的内壁面与贯通孔电极之间短路的发生的太阳能电池和太阳能电池的制造方法。包括对贯通孔的内壁面进行各向异性蚀刻的第一蚀刻工序、和对受光面进行各向异性蚀刻的第二蚀刻工序，在第一蚀刻工序中使用高浓度NaOH液(约5重量％)，在第二蚀刻工序中使用低浓度NaOH液(约1.5重量％)。
文档编号H01L31/042GK101447516SQ200810178488
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月1日 优先权日2007年11月30日
发明者木下敏宏 申请人:三洋电机株式会社