太阳能电池及其制造方法

太阳能电池及其制造方法
【专利摘要】本发明以减少了阻碍电转换效率的提高的事项的太阳能电池为课题。本发明的太阳能电池具备：第一导电型的半导体基板(101)；第二导电型的第一半导体层(102A)，其形成于所述半导体基板(101)的光透过面上，并收集基于中长波的太阳光线的光生载流子；第二导电型的第二半导体层(102B)，其形成于所述半导体基板(101)的光入射面上，收集基于短波的太阳光线的光生载流子，同时收集所述基于中长波的太阳光线的光生载流子中没有到达第一半导体层(102A)的光生载流子。
【专利说明】
太阳能电池及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明关于光电转换装置、具备该光电转换装置的太阳能电池，特别是关于使用 了单晶娃或多晶娃等结晶半导体的太阳能电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002] W往，在专利文献1中，公开了提供载流子的提取效率优良且性能提高的太阳能电 池的技术。该太阳能电池，从上述结晶半导体层的两侧进行光生载流子中的少数载流子的 提取，该光生载流子是通过光的入射而在结晶半导体层内生成的。换言之，该太阳能电池在 具有一种导电型的结晶半导体层的光入射面一侧具备具有另一种导电型的第一半导体层 的太阳能电池，在上述结晶半导体层的光透过面一侧具备具有另一种导电型的第二半导体 层。
[0003] 专利文献1:日本公开平11-224954号公报

【发明内容】

[0004] 发明所要解决的课题
[0005] 但是，为了提高太阳能电池的性能，需要降低光生载流子W及注入载流子的再结 合，而在专利文献1所公开的太阳能电池中，没有运种对应措施。因此，专利文献1中公开的 太阳能电池的性能提局有限。
[0006] 不仅如此，专利文献1所公开的太阳能电池，由于构成该太阳能电池的半导体基板 相对较厚，因此少数载流子的多半无法到达第一半导体层或第二半导体层。因此，其结果 是，光生载流子再结合，从第一半导体层或第二半导体层提取出的电流很小。另外，还存在 再结合电流的增加导致开放电压的降低的问题。
[0007] 运里，本发明W提供一种使阻碍光电转换效率的提高的事项减少的太阳能电池为 课题。
[000引解决技术问题的手段
[0009] 为了解决上述课题，本发明的太阳能电池，具备：
[0010] 第一导电型的半导体基板，
[0011] 第二导电型的第一半导体层，所述第二导电型的第一半导体层形成于所述半导体 基板的光透过面上，并收集基于中长波的太阳光线的光生载流子，
[0012] 第二导电型的第二半导体层，所述第二导电型的第二半导体层形成于所述半导体 基板的光入射面上，收集基于短波的太阳光线的光生载流子，同时收集所述基于中长波的 太阳光线的光生载流子中没有到达第一半导体层的光生载流子，
[0013] 所述第二半导体层的杂质浓度比所述第一半导体层的杂质浓度大致大一为数W 上。
[0014] 根据本发明，由于第二半导体层的杂质浓度比所述第一半导体层的杂质浓度大致 大一位数W上，因此半导体基板和第一半导体层的内建势与半导体基板和第二半导体层的 内建势之间，能够产生约60mVW上的差。其结果是，能够从第一半导体层取出光生载流子的 大致90 % W上。
[0015] 而且，若形成在所述半导体基板的光透过面中，除了与用于取出基于所述第一半 导体层收集的光生载流子的电信号的电极相连的第一导电型半导体层的形成位置W外，所 述第一半导体层为整面地与所述半导体基板的光透过面相接的状态，则可W防止半导体基 板的光透过面的开路电压的降低，因此是优选的。
[0016] 另外，若通过同一工序来制造所述第一半导体层和所述第二半导体层，则可W使 制造工序简易，因此存在可W使制造成本低廉化的优点。
[0017] 进一步，所述半导体基板的除了与取出基于所述第一半导体层收集的光生载流子 的电信号的电极相连的第一导电型半导体层的形成位置W外的位置，可W被所述第一半导 体层和所述第二半导体层覆盖。在半导体基板的侧面，能够收集不少的未到达第一半导体 层的光生载流子，因此能够进一步防止光生载流子的再结合。
[0018] 另外，从所述第一半导体层输出的电流的值可W比从所述第二半导体层输出的电 流的值更大。
[0019] 另外，本发明的太阳能电池的制造方法，包括：
[0020] 在第一导电型的半导体基板的光透过面上形成收集基于中长波的太阳光线而产 生的载流子的第二导电型的第一半导体层的步骤，
[0021] 在所述半导体基板的光入射面上形成第二导电型的第二半导体层的步骤，所述第 二导电型的第二半导体层收集基于短波的太阳光线而产生的载流子的同时收集所述基于 中长波的太阳光线而产生的载流子中的未到达第一半导体层的载流子，
[0022] 使所述第二半导体层的杂质浓度比所述第一半导体层的杂质浓度大致大一位数 W上的步骤。
[0023] 根据本发明，由于在半导体基板上形成第二半导体层，因此能够在第二半导体层 中收集未到达第一半导体层的光生载流子，所W可W防止光生载流子的再结合。
【附图说明】
[0024] 图1是从构成本发明的实施方式1的太阳能电池的太阳能电池单元100的光入射面 一侧观察的示意性的立体图。
[0025] 图2是从图1的背面一侧的光透过面一侧观察的示意性的立体图。
[0026] 图3是沿图IW及图2的虚线A的剖视图。
[0027] 图4是图3所示的太阳能电池单元100的制造工序图。
[0028] 图5是本发明的实施方式2的太阳能电池单元100的示意性的剖视图。
[0029] 符号说明
[0030] 31 防反射膜
[0031] 32 氧化膜
[0032] 100 太阳能电池单元
[0033] 101 单晶N型半导体基板
[0034] 102A P型第一半导体层
[0035] 102B P型第二半导体层
[0036] 143 护型半导体层
[0037] 170 母线接线
[0038] 171 第一电极
[0039] 172 第二电极
[0040] 173 侧面电极
[0041 ] 174 光入射面主母线
【具体实施方式】
[0042] W下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0043] (实施方式1)
[0044] 图1是从构成本发明的实施方式1的太阳能电池的太阳能电池单元100的光入射面 一侧观察的示意性的立体图。如图1所示，太阳能电池单元100,具备在W下进行说明的单晶 N型半导体基板101、母线接线170、光入射面主母线174、侧面电极173。
[0045] 而且，在图1中，标注了太阳光线130、母线接线170之间的间距175。作为一示例，太 阳能电池单元100可设为X方向、Y方向的长度总共为150mm~160mm左右，厚度为150WI1~200 皿左右。
[0046] 单晶N型半导体基板101，其比电阻例如为0.1 Q ? cm~1 Q ?畑1，其厚度例如为150 皿~200皿，其杂质浓度为l〇i7cnf3~6Xl〇i6cnf 3。但是，代替单晶N型半导体基板101，也可使 用多晶的N型半导体基板，之后，也可通过反转所说明的半导体的导电型的类型，使用单晶 或多晶的P型半导体基板。在本实施方式中，单晶N型半导体基板101的厚度相对较薄，运也 有助于防止光生载流子的再结合，因此能够提高光电转换效率。
[0047] 母线接线170为沿Y方向在单晶N型半导体基板101的光入射面上形成的接线。运 里，例如示意性地示出了共计12根母线接线170,但实际中，形成有约1000根接线。但是，母 线接线170的数量，可W比运个更多，也可更少。
[004引母线接线170,示出一例，其电极长度为约75mm，电极宽度为约3皿，厚度为约化m。 在该条件下，太阳能电池单元100的开口率为约99%。另外，母线接线170可选择比电阻为 2.5X10-6 Q .cm ~3.0X10-6 Q .cm 左右的材料。
[0049] 作为运样的材料，例如可W使用侣、银或铜。运些材料，例如可将其制成糊状来使 用，不仅可W单独使用也可W混合使用。母线接线170之间的间距175可W是300WI1左右。
[0050] 光入射面主母线174沿X方向形成，与各母线接线170相连。光入射面主母线174的 尺寸例如可W是宽度为约150mm，长度约20皿，厚度约3皿。
[0051] 侧面电极173形成在单晶N型半导体基板101的侧面，与光入射面主母线174W及后 述的第二电极172(图2)相连。侧面电极173的尺寸例如可W采用X方向的长度为约150mm，与 X方向W及Y方向垂直的Z方向（未图示)的长度为约150皿~200皿，厚度为约3皿。
[0052] 而且，作为侧面电极173的材料使用侣时，与母线接线170相比，光入射面主母线 174的接线电阻可W忽略，因此为上述的尺寸时，光入射面主母线174的阻抗值为约250mQ。
[0053] 图2是从图1的背面一侧的光透过面一侧观察的示意性的立体图。图2中除了图1中 示出的部分W外，示出了在W下进行说明的第一电极171和第二电极172。
[0054] 第一电极171与后述的护型半导体层143(图3)相连，是用于通过护型半导体层143， 取出基于光生载流子的电信号的电极，该光生载流子通过太阳光线130而生成。第一电极 171例如由中央部分在Y方向上延伸的轴部分和在相对于该轴部分垂直的X方向上一体地延 伸的多个梳齿状部分构成。
[0055] 另外，第一电极171的材料不限于此，例如可W由侣构成，其厚度可W为10皿左右。
[0056] 第二电极172与后述的P型第一半导体层102A(图3)相连，是用于通过P型第一半导 体层102A取出基于光生载流子的电信号的电极，该光生载流子通过太阳光线130而生成。
[0057] 第二电极172在第一电极171的周围W具有例如10皿的规定的电极间间隙而形成。 第二电极172不限于此，例如可W由侣构成，其厚度可W为10皿左右。
[0058] 图3是沿图IW及图2的虚线A的剖视图。在图3中，除图1或图2所示出的部分W外， 还示出了在W下进行说明的P型第一半导体层102A、P型第二半导体层102B、护型半导体层 143、防反射膜31、氧化膜32。
[0059] P型第一半导体层102A在单晶N型半导体基板101的光透过面中的除去N+型半导体 层143的区域中形成。P型第一半导体层102A与单晶N型半导体基板101-起，主要基于太阳 光线130中的中长波的光线而生成光生载流子。P型第一半导体层102A，其薄层电阻（Sheet resis化nce)例如为10〇/0~200〇/0，其杂质浓度例如可^为1〇2%1-3~1〇18畑1-3。
[0060] P型第一半导体层102A可W由后述的制造工序形成，但是代替此，可W在单晶N型 半导体基板101上形成槽，或者准备与单晶N型半导体基板101的厚度200WI1大致相等厚度的 太阳能电池单元的半导体基板，在X、Y方向上对其进行适宜的分区切割形成微小区结构，在 微小区之间的侧面上形成壁状的槽，在该槽中与第二电极172-起形成P型第一半导体层 102A。在运种情况下，可W扩大第二电极172的面积，因此可W进一步改善太阳能电池单元 100的光电转换特性。
[0061] P型第二半导体层102BW覆盖单晶N型半导体基板101的光入射面W及侧面的状态 形成。而且，P型第二半导体层102B，从防止光生载流子的再结合的观点出发，并非必须形成 为覆盖至仅具有很小的面积的单晶N型半导体基板101的侧面的状态，但是根据后述的制造 工序W-体地覆盖侧面的方式进行制造。
[0062] P型第二半导体层102B与单晶N型半导体基板101-起，主要通过太阳光线130中的 短波的太阳光线来生成光生载流子。P型第二半导体层102B，其薄层电阻例如为IOOQ/□， 其杂质浓度例如为lO^cnf3~l〇i8cnf3,其厚度是基于太阳光线100中的例如波长入为0.45皿 W下，进一步基于0.3WI1W下的太阳光线可W生成光生载流子的条件即可。
[0063] 而且，波长A为0.45WI1W下运样的条件是太阳光线130的整体中生成光生载流子的 光子的数量为全部的光子数量的大致5%~10%，W及波长A为0.3WI1W下运样的条件是太 阳光线130的整体中生成光生载流子的光子的数量为全部的光子数量的大致0%，两者含义 相同。
[0064] 运里，在本实施方式中，对于单晶N型半导体基板101的表面，除与第一电极171对 应的N+型半导体层143的形成位置W外，整面地形成P型第二半导体层102B或P型第一半导 体层102A。
[0065] 而且，单晶N型半导体基板101和P型第二半导体基板102B所形成的光入射面一侧 的PN结的内建势与单晶N型半导体基板101和P型第一半导体层102A所形成的光透过面一侧 的PN结的内建势相同。
[0066] 关于各内建势，可调整与单晶N型半导体基板101相对的P型第二半导体层102BW 及P型第一半导体层102A的杂质浓度。具体地，关于内建势，由于与P型第二半导体层102BW 及P型第一半导体层102A的受主浓度成比例，因此可使它们的浓度相同。
[0067] 护型半导体层143被设置在光透过一侧，是与第一电极171相连的用于提取电信号 的半导体层。护型半导体层143的杂质浓度例如可W是3X102%T3~3Xl〇i8cnf 3。而且，在图 3中，作为P型第一半导体层102AW及N+型半导体层143的形状示出了条状，但是代替此，可 W为网格状的或其中的一个为点状，并将相对于P型第一半导体层102A的护型半导体层143 面积比例减小为例如10 %左右。
[0068] 防反射膜31为P型第二半导体层102B的光入射面一侧，在母线接线170之间形成。 防反射膜31不限于此，但是可W使用氮化膜(SiN)等。而且，运里将防反射膜31的形状简化 了，实际上，其例如是倒金子塔型的纹理结构。
[0069] 如已知，氧化膜32是为了抑制在光透过面处的再结合电流而设置在光透过面一侧 的纯化膜。
[0070] 图4是图3中示出的太阳能电池单元100的制造工序图。首先，为了除去单晶N型半 导体基板101的损伤，例如使用氨氣酸将单晶N型半导体基板101的两面蚀刻约10WI1。接着， 将单晶N型半导体基板101的至少光入射面，浸泡在碱性溶液(例如KOH溶液）中等来进行各 向异性蚀刻。运样，在单晶N型半导体基板101的至少光入射面上，例如W底边为约30WH，高 度为约20WI1的条件，形成倒金字塔型的纹理结构(未图示）（步骤S1)。
[0071] 此后，为了通过之后的工序在单晶N型半导体基板101的背面进行憐注入，在单晶N 型半导体基板101的背面例如涂覆憐玻璃，形成憐玻璃层231。之后，通过光刻W留下憐玻璃 的必要部分的状态除去其他部分(步骤S2)。
[0072] 接着，将单晶N型半导体基板101，例如在棚气氛下，在约900°C的溫度下进行热处 理。热处理时间是向单晶N型半导体基板101的棚的沉积量例如为约io2%r3的条件即可。其 结果是，棚在单晶N型半导体基板101内，W扩散深度为约0.1 wii时薄层电阻为100 Q /□的状 态进行扩散。由此，在单晶N型半导体基板101内形成P型半导体层102区域，该P型半导体层 102区域成为P型第一半导体层102AW及P型第二半导体层102B，并且，单晶N型半导体基板 101的表面整面地被棚玻璃层232覆盖。而且，在图3中，为了说明方便，虽然没有图示在憐玻 璃层231表面上层叠有棚玻璃232的状态，但实际上，是在憐玻璃层231上少量地层叠棚玻璃 232的状态。另外，通过该热处理，在步骤S3中涂覆的憐玻璃层231的憐向单晶N型半导体基 板101内扩散，在单晶N型半导体基板101内形成护型半导体层143(步骤S3)。
[0073] 接着，将单晶N型半导体基板101例如在氧化气氛中，在约95(TC的溫度下进行热处 理。热处理时间是足W将棚玻璃层232置换成氧化膜32的时间即可(步骤S4)。
[0074] 接着，除去单晶N型半导体基板101的光入射面一侧的氧化膜32之后，或者，不除去 该氧化膜32,例如通过低溫CV的去形成防反射膜31(步骤S5)。
[0075] 接着，为了分别在单晶N型半导体基板101的光入射面一侧形成母线接线170,在单 晶N型半导体基板101的光透过面一侧形成第一电极171W及第二电极172,在单晶N型半导 体基板101的光入射面一侧的防反射膜31的对应位置，和光透过面一侧的氧化膜32W及憐 玻璃层231的对应位置，形成分别开口部251 (步骤S6)。
[0076] 此后，在单晶N型半导体基板101的光入射面一侧的防反射膜31的表面，和光透过 面一侧的氧化膜32W及憐玻璃层231的表面上，例如在附着液相的侣之后，为了使侣也向各 开口部251扩散，例如在约80(TC的溫度下进行热处理。此后，通过瓣射或蒸发法使侣在光入 射面上为约3皿的厚度，在光透过面上为约10皿的厚度之后，使用光刻法进行曝光。该曝光， 优选为光入射面和光透过面的两面曝光。此后，通过使用了所需的药品的湿法刻蚀或干法 刻蚀的化学蚀刻等，将除了成为母线接线17、第一电极171W及第二电极172的部分W外的 侣去除。但是，母线接线170、第一电极171W及第二电极172也可W代替上述方法使用涂覆 法来形成(步骤S7)。
[0077] 之后，准备多个运样制造的太阳能电池单元100的中间生成物，并将其重合。然后， 通过朝向其侧面热喷涂侣，形成侧面电极173。
[0078] 而且，稍微移动太阳能电池单元100的中间生成物并将其重合，W使侧面电极173 的形成面为段状，进一步，若将其倾斜旋转，则不仅可W形成侧面电极173,还可W与侧面电 极173-体地形成光入射面主母线174,进一步，光入射面主母线174可W与各母线接线170 相连，W及侧面电极173可W与第二电极172相连。
[0079] 但是，侧面电极173等的形成，如已知，可W采用侣糊运样的金属糊，也可W采用金 属蒸锻(含瓣射），还可W采用电锻法。通过W上的工序，来完成图1所示的多个太阳能电池 单元。
[0080] 接着，对本实施方式的太阳能电池单元100的操作进行说明。若太阳光线130入射 到太阳能电池单元100中，则太阳光线100中的波长A为0.45WHW下的紫外线区域W下的太 阳光线，即，短波的太阳光线到达单晶N型半导体基板101和P型第二半导体层102B的光入射 面的PN结处，生成基于该太阳光线的光生载流子。
[0081] 由此产生的正价空穴，朝向在单晶N型半导体基板101和P型第二半导体层102B的 光照射面的PN结附近形成的耗尽层漂移，若到达该耗尽层，则可W从母线接线170W及与其 相连的光入射面主母线174取出电信号。
[0082] 另一方面，入射到太阳能电池单元100中的太阳光线130中的波长A超过0.45WI1的 可见光区域W上的太阳光线，即，中波的太阳光线，若到达单晶N型半导体基板101和P型第 一半导体层102A的光透过面的PN结，则生成基于该太阳光线的光生载流子。
[0083] 由此产生的正价空穴，主要朝向在单晶N型半导体基板101和P型第一半导体层 102A的光透过面的PN结附近形成的耗尽层漂移，若到达该耗尽层，则可W从第二电极172取 出电信号。
[0084] 换言之，由于向太阳能电池单元100中入射太阳光线130而产生的正价空穴到达上 述在各PN结附近形成的耗尽层的任一个均可，因此缩短了正价空穴的扩散长度。因此，在本 实施方式中，如已述的，能够使单晶N型半导体基板101的厚度相对变薄。运样，若正价空穴 的扩散长度变短，则可W降低光生载流子的再结合，因此太阳能电池单元100的光电转换效 率得W提局。
[0085] 另外，基于其再结合前的光生载流子的电信号从光入射面主母线174取出，因此该 电信号也可W加到太阳能电池单元100整体的输出中，因此可W减低光生载流子的再结合 与太阳能电池单元100整体的光电转换效率的提高相关联。
[0086] 接着，简单地，从电压降（IR压降）的观点出发，尝试对本实施方式的太阳能电池单 元100的光电转换效率进行模拟。首先，假设与单晶N型半导体基板101和P型第二半导体层 102B的光入射面一侧的PN结相关的电流为200mA，与单晶N型半导体基板101和P型第一半导 体层102A的光透过面一侧的PN结相关的电流为12A。此时，单晶N型半导体基板101中的IR压 降为约66mV(-气5.4扣-QX 12.2AX
[0087] 接着，P型第二半导体层102B的电阻值在已述的条件的情况下为约37mQ，因此P型 第二半导体层102B处的IR压降为7.4mV( = 37.OmQ X200mA)。同样地，母线接线170的电阻 值在已述的条件的情况下为约250m Q，因此光入射面主母线174处的IR压降为50mV(=250m Q X200mA)O
[0088] 而且，由于侧面电极173的电阻值小，故此处的电压降小到可W忽略，因此基于向 太阳能电池单元100入射的太阳光线130中的短波的光线的电流，流通过单晶N型半导体基 板101和P型第二半导体层102B的光入射面一侧的PN结、母线接线170、光入射面主母线174 W及侧面电极173时受到的电压降总计为约126mV( N 66mV-W7.4mV)..
[0089] 同样地，若尝试观察光透过面一侧的电压降，贝化型第一半导体层102A中的IR压降 为约65mV( N5.4mQX 12A)。因此，基于向太阳能电池单元100入射的太阳光线130中的中长 波的光线的电流流通过单晶N型半导体基板101和P型第一半导体层102A的光透过面一侧的 PN结W及第二电极172时受到的电压降总计为约13lmV( = 66mV+65mV)。
[0090] 此时，若假设在光入射面一侧W及光透过面一侧的各PN结处的开路电压均为 750mV，则太阳能电池单元100的操作状态下的两个PN结的电压分别为624mV( = 750mV- 126mV) W及619mV( =750mV-131mV)。
[0091] 此时的两个PN结处的功率分别为0.12W( N624mVX200mA) W及7.43W( N(il9mV X12A),其总计为7.55胖（=0.12胖+7.43胖）。若将其换算成每1平方米的功率则为378胖，因此 光电转换效率为约37.8%。
[0092] 根据W上的模拟，本实施方式的太阳能电池单元100,将通过形成P型第一半导体 层102A可W收集基于中长波的太阳光线的电信号，再通过形成P型第二半导体层102B可W 收集没有到达P型第一半导体层102A的光生载流子，因此可W防止光生载流子的再结合。
[0093] 另外，关于母线接线170,通过将其尺寸更改成宽度为约10皿，厚度为约10皿，长度 为约75mm，并且将根数更改成3000根，从而将太阳能电池单元100的开口率更改为约90 %， 其他的条件与上述相同时，其光电转换效率提高至约46.2%。
[0094] (实施方式2)
[0095] 图5是本发明的实施方式2的太阳能电池单元100的示意的剖视图，是与图3对应的 图。图5所示的太阳能电池单元100是没有设置图3所示的母线接线170、光入射面主母线174 W及侧面电极173的类型的太阳能电池单元。而且，在图5中，与图3所示的部分相同的部分， 赋予同一符号。
[0096] 图5所示的太阳能电池单元100中没有设置母线接线170等，因此P型第二半导体层 102B的薄层电阻值限定在P型第二半导体层102B和单晶N型半导体基板101的光入射面一侧 的PN结处生成的电信号的上限值。
[0097] 该上限值最好是尽可能大的值，但是，由于P型第二半导体层102B由半导体构成， 因此若P型第二半导体层102B的薄层电阻值为1〇/〇^上的值，则在?型第二半导体层1028 和单晶N型半导体基板101的光入射面一侧的PN结处生成的电信号通常比在P型第一半导体 层102A和单晶N型半导体基板101的光透过面一侧的PN结处生成的电信号要小(含零）。
[0098] 而且，在P型第二半导体层102B和单晶N型半导体基板101的光入射面一侧的PN结 处生成的电信号有上限，上限W上的电信号可在P型第一半导体层102A和单晶N型半导体基 板101的光通过面一侧的PN结处得到，具体地，在按照上述W及下述各条件制造的太阳能电 池单元的情况下，总生成电流的99.9% W上可从P型第一半导体层102A和单晶N型半导体基 板101的光透过面一侧的PN结获得。
[0099] 在本实施方式中，例如可W通过离子注入法来形成P型第二半导体层102B。关于在 单晶N型半导体基板101的光入射面上形成的P型第二半导体层102B，可选择棚作为杂质，其 扩散深度可W与实施方式1相同例如为约0.1WI1。
[0100] 另外，覆盖单晶N型半导体基板101的侧面的P型第二半导体层102BW及P型第一半 导体层102A例如可W通过从液相的扩散法来形成。关于此，选择侣或侣和棚的多层结构作 为杂质，各扩散深度例如可W是0.5WI1。
[0101] 但是，只要是通过P型第一半导体层102A和单晶N型半导体基板101的光透过面一 侧的PN结可W收集基于太阳光波谱的过半的光子的光生载流子的条件，贝化型第二半导体 层102BW及P型第一半导体层102A两者的制造方法，各杂质浓度W及各扩散深度，不限于上 述。
[0102] 因此，例如，代替离子注入法可W有运样的对应措施:采用来自固体、液体的杂质 源或气体的杂质源的渗杂，或者使P型第二半导体层102BW及P型第一半导体层102A两者仅 选择棚作为杂质，各扩散深度例如是0.2WI1。
[0103] 而且，与实施方式1同样地，虽然并非必须形成P型第二半导体层102B中的覆盖单 晶N型半导体基板101的侧面的P型第二半导体层102B，但是存在形成其的优点。
[0104] 具体地，本实施方式的太阳能电池单元100与实施方式1不同，没有设置母线接线 170、光入射面主母线174W及侧面电极173,而必须将基于到达P型第二半导体层102B的载 流子的电流取出到太阳能电池单元100的外部，为此，考虑了对P型第二半导体层102B进行 外加电源连接等其他的对策，但是若设置P型半导体层102B，则其作为流过P型第二半导体 层102B的路径发挥机能，因此存在不需要外加电源连接等的优点。
[0105] 进一步，在本实施方式中，使单晶N型半导体基板101和P型第二半导体层102B形成 的光入射面一侧的PN结的内建势，比单晶N型半导体基板101和P型第一半导体层102A形成 的光透过面一侧的PN结的内建势更高。或者，可设置成从单晶N型半导体基板101的中央部 朝向接合方向，半导体基板101的离子浓度升高运样的浓度梯度。为此，对于在实施例1中说 明的制造方法，可W在棚气氛下进行的处理之前，通过沉积憐或錬，使比单晶N型半导体基 板101浓度更高（例如，l〇"cnf3~1〇"畑。的N层形成在单晶N型半导体基板101内的棚层的 内侧。但是，在实施方式1的太阳能电池单元100中使两个内建势相同时，也可采用设置浓度 梯度运样的对应措施。
[0106] 例如，使P型第二半导体层102B的受主浓度比P型第一半导体层102A的受主浓度大 两位数，则内建势产生约120mV的差。具体地，可将P型第二半导体层102B的受主浓度设为例 如102%f3,将P型第一半导体层102A的受主浓度设为例如IQiScnf3,将单晶N型半导体基板 101的施主浓度设为例如IQiScnf3。通过运样的设定，在单晶N型半导体基板101中产生的少 数载流子的电子，从势垒低的光透过面的PN结越过势垒而流动。而且，本说明书中的杂质浓 度是指含有杂质的半导体层中的平均浓度。
[0107] 附带一提，若使P型第二半导体层102B的受主浓度比P型第一半导体层102A的受主 浓度小，则在单晶N型半导体基板101处产生的少数载流子的电子，相反地，从势垒低的光入 射面的PN结越过势垒而流动，若两个受主浓度相等，则朝向与该光谱的波长对应的PN结移 动。
[0108] 本实施方式的太阳能电池单元100与实施方式1相比，尽管通过设为简易的结构来 使制造成本低廉，但可W将光透过面的PN结的开路电压设为与实施方式1的太阳能电池单 元相同的值。其结果是，本实施方式的太阳能电池单元100的光电转换效率为约37.8%。
[0109] (实施方式3)
[0110] 在本实施方式中，基于图4说明与已述的实施方式1、2相对的变形例。
[0111] 关于步骤Sl所示的单晶N型半导体基板101，将其比电阻设为例如IQ ? cm~10 Q ? cm，而且，将其杂质浓度设为5Xl〇i5cm-3~5Xl〇i4cm-3。
[0112] 在步骤S2中，首先，在单晶N型半导体基板101的整面上例如通过热处理法形成氧 化膜。此后，仅除去在该单晶N型半导体基板101的背面部分的氧化膜。然后，在单晶N型半导 体基板101的背面例如最初涂覆憐玻璃形成憐玻璃层231。另外，为了除了在单晶N型半导体 基板101的背面注入憐的目的W外还注入棚，例如通过涂覆法在憐玻璃层231上重叠地形成 棚玻璃层。
[0113] 步骤S3中进行热处理的时间只要是单晶N型半导体基板101中的棚的杂质浓度例 如为约1〇18皿^3，厚度为约0.5^1的条件即可。此时，在薄层电阻为100〇/0的状态下扩散。 由此，在单晶N型半导体基板101内形成P型第一半导体层102A的区域。在该热处理中，同时 若来自憐玻璃层231的憐的沉积量例如是3X10"cnf3~IQiScnf3,则形成具有与P型第一半导 体层102A大致相同的扩散深度(厚度)的护型半导体层143。
[0114] 而且，关于P型第二半导体层102B的形成，除已述的示例W外，例如可W使用来自 漠化棚BBr3的气相、液相扩散法、离子注入法、涂覆扩散法。另外，在根据本变形例的制造工 序中，在步骤S3的实施阶段，没有形成棚玻璃层232。
[0115] 在步骤S4中，将在步骤S2中形成的氧化膜中的光入射面和半导体基板101的侧面 的氧化膜除去。此后，对单晶N型半导体基板101，例如使漠化棚气化且在氧气气氛下，在约 95(TC的溫度下进行热处理。设定热处理时间，W使第二P型半导体层W厚度为约0.1皿且其 杂质浓度为IOi9Cnf3的状态形成。在该时间内，在半导体基板101的光入射面和侧面，也形成 棚玻璃层232。
[0116] 在步骤S5中，在将单晶N型半导体基板101的光入射面一侧的棚玻璃层232除去后， 或者不除去棚玻璃层232，例如通过低溫CV的去形成防反射膜31。
[0117] 在步骤S6中，在单晶N型半导体基板101的光入射面一侧的防反射膜31的对应位置 处，没有除去光透过面一侧的憐玻璃层231W及棚玻璃层232时在憐玻璃层231W及棚玻璃 层232的对应位置处，分别形成开口部251。
[0118] 在步骤S7中，例如在单晶N型半导体基板101的光入射面一侧的防反射膜31的表面 和光透过面一侧的憐玻璃层231W及棚玻璃层的表面上附着侣后，为了使侣也向各开口部 251扩散，例如，在约40(TC的溫度下进行热处理。此后，通过瓣射或蒸锻法使侣在光入射面 上W约3WI1的厚度形成膜，在光透过面上W约IOwii的厚度形成膜，之后，使用光刻法等曝光。 该曝光，优选是光入射面和光透过面的两面曝光。此后，将除了成为母线接线170、第一电极 171W及第二电极172的部分W外的侣，通过使用了所需的药品的湿法刻蚀或干法刻蚀的化 学蚀刻等来去除。
[0119] 若在W上的条件下制造太阳能电池单元100,则可W使单晶N型半导体基板101和P 型第二半导体层102B所形成的光入射面一侧的PN结的内建势，比单晶N型半导体基板101和 P型第一半导体层102A所形成的光透过面一侧的PN结的内建势高60mV左右。
[0120] 运与将P型第二半导体层102B的杂质浓度设为比P型第一半导体层102A的杂质浓 度大致大一位数W上的意思相同，具体地，P型第二半导体层102B的杂质浓度例如为IO^cm J~l〇i9cnf3，P型第一半导体层102A的杂质浓度例如为l〇i9cnf 3~l〇i8cnf3,单晶N型半导体基 板101的杂质浓度例如为5 X l〇i5cnf3~5 X IOi4Cnf3DP型第一半导体层102A，其薄层电阻例如 为20 Q /□~200 Q /□。其厚度例如为0.5皿。
[0121] 若进行运样设定的，则在单晶N型半导体基板101处生成的载流子的90%从势垒低 的光透过面的PN结越过势垒而流动。在运种情况下，若根据实施例1中说明的要领，尝试算 出太阳能电池单元100的光电转换效率，则可提高到44.9%。
[0122] 另外，关于在实施方式2中说明过的各层的条件，若将P型第二半导体层102B的杂 质浓度例如设为lO^cnf3~l〇"cnr3,将P型第一半导体层102A的杂质浓度例如设为l〇i 8cnf3 ~l〇i7cnf3,将单晶N型半导体基板101的杂质浓度设为例如5乂1〇15。111^~5乂1〇1 4(3111^，则在 单晶N型半导体基板101处生成的载流子的大致99%，从势垒低的光透过面的PN结越过势垒 而流动。
[0123] 在为所设及的条件的太阳能电池单元100的情况下，可从P型第一半导体层102A和 单晶N型半导体基板101的光透过面一侧的PN结获取总生成电流的大致99%。另外，该条件 的太阳能电池单元100的光电转换效率为约36.7%。
【主权项】
1. 一种太阳能电池，具备： 第一导电型的半导体基板； 第二导电型的第一半导体层，所述第二导电型的第一半导体层形成于所述半导体基板 的光透过面上，并收集基于中长波的太阳光线的光生载流子;以及 第二导电型的第二半导体层，所述第二导电型的第二半导体层形成于所述半导体基板 的光入射面上，收集基于短波的太阳光线的光生载流子，同时收集所述基于中长波的太阳 光线的光生载流子中没有到达第一半导体层的光生载流子， 所述第二半导体层的杂质浓度比所述第一半导体层的杂质浓度大致大一位数以上。2. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中， 在所述半导体基板的光透过面中，除了与用于取出基于所述第一半导体层收集的光生 载流子的电信号的电极相连的第一导电型半导体层的形成位置以外，所述第一半导体层为 整面地与所述半导体基板的光透过面相接的状态。3. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中， 将从所述第二半导体层输出的电流和从所述第一半导体层输出的电流相加后输出。4. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中， 所述半导体基板的除了与取出基于所述第一半导体层收集的光生载流子的电信号的 电极相连的第一导电型半导体层的形成位置以外的位置，被所述第一半导体层和所述第二 半导体层覆盖。5. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中， 从所述第一半导体层输出的电流的值比从所述第二半导体层输出的电流的值更大。6. -种太阳能电池的制造方法，包括： 在第一导电型的光透过面上形成收集基于中长波的太阳光线的光生载流子的第二导 电型的第一半导体层的步骤； 在所述半导体基板的光入射面上形成第二导电型的第二半导体层的步骤，所述第二导 电型的第二半导体层收集基于短波的太阳光线的光生载流子的同时收集所述基于中长波 的太阳光线的光生载流子中的未到达第一半导体层的光生载流子;以及 使所述第二半导体层的杂质浓度比所述第一半导体层的杂质浓度大致大一位数以上 的步骤。
【文档编号】H01L31/0224GK105981178SQ201480071076
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年11月27日
【发明人】久保征治, 齐藤忠
【申请人】久保征治