太阳能电池单元及其制造方法、太阳能电池模块的制作方法_3

文档序号:9493839阅读:来源:国知局
向民用太阳能电池而被最广泛使用的ρ型多晶硅基板(以下称为Ρ型多晶硅基板11a)。关于ρ型多晶硅基板11a,用线锯对使熔融了的硅冷却固化而形成的铸锭进行切片而制造,所以在表面残留切片时的损伤。因此,将P型多晶硅基板11a浸渍到酸或者加热了的碱溶液、例如氢氧化钠水溶液中,将表面蚀刻例如10 μ m厚左右,从而去掉在娃基板的切出时发生而在ρ型多晶娃基板11a的表面附近存在的损伤区域(步骤S10、图2-1)。
[0064]另外,与损伤除去同时或者接着损伤除去,将ρ型多晶硅基板11a浸渍到碱溶液中,以使硅的(111)面露出的方式进行各向异性蚀刻,在P型多晶硅基板11a的受光面侧的表面中,作为纹理构造,形成10 μπι左右的微小凹凸3a(步骤S20、图2_2)。通过在ρ型多晶硅基板11a的受光面侧设置这样的纹理构造,能够在太阳能电池单元1的表面侧,产生光的多重反射,使半导体基板11的内部高效地吸收入射到太阳能电池单元1的光,有效地降低反射率来提高变换效率。在用碱溶液进行损伤层的除去以及纹理构造的形成的情况下,有将碱溶液的浓度调整为与各自的目的对应的浓度而进行连续处理的情况。
[0065]另外,本发明是与电极形成相关的发明,所以关于纹理构造的形成方法、形状,没有特别限制。例如,也可以使用如下手法中的任意一个手法:使用含有异丙醇的碱水溶液、主要使用由氢氟酸、硝酸的混合液构成的酸蚀刻的方法、在P型多晶硅基板11a的表面形成部分地设置了开口的掩膜材料并通过经由该掩膜材料的蚀刻在P型多晶硅基板11a的表面得到蜂窝构造、逆金字塔构造的方法、或者使用了反应性气体蚀刻(RIE:Reactive 1nEtching:反应离子蚀刻)的手法等。
[0066]接下来,将该ρ型多晶硅基板11a投入到热氧化炉,在作为例如η型杂质的磷(Ρ)的气氛下加热。通过该工序,使磷(Ρ)热扩散到Ρ型多晶硅基板11a的表面,而形成相比于P型多晶硅基板11a使导电类型反转了的η型杂质扩散层3来形成半导体ρη结。由此,得到利用作为第1导电类型层的由Ρ型多晶硅构成的半导体基板2、和在该半导体基板2的受光面侧形成了的作为第2导电类型层的η型杂质扩散层3构成了 ρη结的半导体基板11 (步骤 S30、图 2-3)。
[0067]另外,在无特别处理的情况下,η型杂质扩散层3形成于P型多晶硅基板Ila的整个面。另外,该η型杂质扩散层3的薄层电阻设为例如几十Ω/ □左右,η型杂质扩散层3的深度设为例如0.3?0.5 μ m左右。
[0068]此处,在刚刚形成η型杂质扩散层3之后的表面形成了在扩散处理中在表面堆积了的玻璃质(磷娃酸玻璃、PSG:Phospho-Silicate Glass)层,所以使用氢氟酸溶液等来除去该憐玻璃层。
[0069]另外,虽然在省略了图中的记载,但在P型多晶硅基板Ila的整个面中形成η型杂质扩散层3。因此,为了去掉在P型多晶硅基板Ila的背面等中形成了的η型杂质扩散层3的影响,使用例如混合了氢氟酸和硝酸而成的硝酸氢氟酸溶液,仅在成为P型多晶硅基板Ila的受光面侧的一面中残留η型杂质扩散层3,除去其以外的区域的η型杂质扩散层3。
[0070]接下来,在形成了 η型杂质扩散层3的P型多晶硅基板IIa (半导体基板11)的受光面侧的整个面中,为了改善光电变换效率,作为防反射膜4,以例如70nm?90nm左右的膜厚形成氮化硅膜(SiN膜)(步骤S40、图2-4)。在防反射膜4的形成中,使用例如等离子体CVD法,使用硅烷和氨的混合气体,作为防反射膜4,形成氮化硅膜。
[0071]接下来,形成电极。首先,在半导体基板11的背面侧,按照背面铝电极7的形状,通过丝网印刷,涂覆作为包含铝的电极材料膏的铝膏7a,进而,按照背面银电极8的形状,通过丝网印刷,涂覆作为包含银的电极材料膏的银(Ag)膏(未图示),并使其干燥(步骤S50、图 2-5) ο
[0072]接下来,在半导体基板11的受光面侧,通过凹版印刷,涂覆作为包含铝的电极材料膏的银(Ag)膏21a,并使其干燥(步骤S60、图2-5)。另外,在图中,仅示出了银膏21a中的表面银栅电极5形成用的银膏部分。此处,关于银膏21a,通过凹版印刷,仅涂覆I层。即,此处,以将银(Ag)的使用尽可能抑制为必要最小限的方式,通过细线化优良的凹版印刷,涂覆银膏21a。因此,涂覆银膏21a的形状是宽度、高度都比最终的电极的形状更小的尺寸。
[0073]接下来,通过例如数秒钟的峰值温度成为700°C?900°C的几分至十几分钟的烧结温度分布图,对半导体基板11的受光面侧以及背面侧的电极膏同时进行烧成(步骤S70、图2-6)。其结果,在半导体基板11的背面侧,烧成铝膏7a以及银膏,形成背面铝电极7和背面银电极8。另外,在烧成中铝从铝膏7a中作为杂质扩散到半导体基板11的背面侧,作为杂质以比半导体基板2更高的浓度包含了铝的p+层9形成于背面铝电极7的正下。
[0074]另一方面,在半导体基板11的表侧,银膏21a在烧成中将防反射膜4熔融.贯通,成为能够与η型杂质扩散层3取得电接触的银膏电极层21。这样的工艺被称为烧成贯通法。被用作电极的金属膏使用将作为主成分的金属粉和玻璃粉末分散到有机赋形剂中而得到的厚膜膏组成物。通过在金属膏中包含的玻璃粉与硅面(半导体基板11的受光面侧的表面)反应粘着,确保η型杂质扩散层3和表面银栅电极的电接触以及机械性的粘结强度被确保。
[0075]此处形成的银膏电极层21中的表面银栅电极5的部分相比于以往的仅通过丝网印刷形成的表面银栅电极,宽度更窄且高度更低地形成。此处,例如利用丝网印刷的表面银栅电极的宽度的下限(细线化的下限)在一般的表面电极膏中是50 μ??左右、高度最大是20 μπι左右。在丝网印刷中,存在有金属网格的痕迹、并且在长度方向上以一定的间隔反复凹凸那样的倾向,在该情况下,表现出凸的部分的高度。相对于此,在实施方式1中使用凹版印刷,所以银膏电极层21中的表面银栅电极5的部分被形成为例如宽度成为20 μ m、高度成为5 μ m。
[0076]接下来,在银膏电极层21上,通过镀覆法进行Ni镀覆。由此,覆盖在银膏电极层21上而形成镍(Ni)镀覆电极层22(步骤S80、图2-7)。接下来,在镍(Ni)镀覆电极层22上,通过镀覆法进行Cu镀覆。由此,覆盖在镍(Ni)镀覆电极层22上而形成铜(Cu)镀覆电极层23 (步骤S90、图2-8)。接下来,在铜(Cu)镀覆电极层23上,通过镀覆法进行Sn镀覆。由此,覆盖在铜(Cu)镀覆电极层23上而形成锡(Sn)镀覆电极层24,形成受光面侧电极12、即表面银栅电极5以及表面银汇流电极6 (步骤S100、图2-9)。
[0077]铜(Cu)镀覆电极层23是银膏电极的替代电极。铜(Cu)镀覆电极层23以例如5 μπι?20 μπι的膜厚形成。镍(Ni)镀覆电极层22由与银膏电极层21以及铜(Cu)镀覆电极层23不同的金属材料构成,实现银膏电极层21和铜(Cu)镀覆电极层23的附着强度强化,承担电导通,并且起到用于防止Cu的扩散等的保护膜的作用。锡(Sn)镀覆电极层24由与铜(Cu)镀覆电极层23不同的金属材料构成,起到铜(Cu)镀覆电极层23的保护膜的作用。镍(Ni)镀覆电极层22以及锡(Sn)镀覆电极层24分别以2 μπι?3 μπι的膜厚形成。
[0078]针对银膏电极层21或者下层的金属层,各向同性地形成镀覆。因此,如图1-4所示,在半导体基板11的面方向上在银膏电极层21的侧面侧形成了的铜(Cu)镀覆电极层23的宽度、和银膏电极层21上的铜(Cu)镀覆电极层23的厚度(膜厚)相同,表示为Cu电极层的宽度(膜厚)c。另外,如果使用银膏电极层的宽度a、银膏电极层的厚度b,则表面银栅电极5的宽度成为大致a+cX2、表面银栅电极5的厚度成为b+c。银膏电极层的厚度b设为从纹理凹凸部的高度方向的中部起到将银膏电极层21中的底部烧成之后形成的上表面之间的厚度。
[0079]另外,在半导体基板11的面方向上在银膏电极层21的侧面形成了的镍(Ni)镀覆电极层22的宽度、和银膏电极层21上的镍(Ni)镀覆电极层22的厚度(膜厚)相同,表示为镍(Ni)镀覆电极层22的宽度(膜厚)d。另外,在半导体基板11的面方向上在铜(Cu)电极层23的侧面形成了的锡(Sn)镀覆电极层24的宽度、和铜(Cu)电极层23上的锡(Sn)镀覆电极层24的厚度(膜厚)相同,表示为锡(Sn)镀覆电极层的宽度(膜厚)e。在该情况下,表面银栅电极5的严格的宽度成为a+dX 2+c X 2+dX 2,表面银栅电极5的严密的厚度成为 b+d+c+e。
[0080]此处,优选使铜(Cu)镀覆电极层23的体积成为银膏电极层21的体积的例如3倍以上。通过使铜(Cu)镀覆电极层23的体积成为银膏电极层21的体积的例如3倍以上,即使在银膏电极层21的体积(剖面积)小的情况下,也易于确保为了抑制曲线因子(FF)的降低(光电变换效率的降低)而所需的剖面积来确保导电性。
[0081]另外,虽然由于远离实施方式1的主旨而在图中未示出,但在为了将太阳能电池单元1串联地连接来构成太阳能电池模块而在背面形成了的背面银电极8的表面上,也形成依次层叠了与针对银膏电极层21的镀覆处理时相同的厚度的Ni镀覆膜、Cu镀覆膜、Sn
镀覆膜的层叠膜。
[0082]通过实施以上那样的工序,图1-1?图1-4所示的实施方式I的太阳能电池单元I完成
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