专利名称：太阳能电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池及一种制造该太阳能电池的方法。
背景技术：
最近对太阳能电池的要求同时涉及较高的效率和较低的成本。在本文中的OECO(斜蒸发接触)工艺吸引了人们的注意。OECO工艺是由德国Institut furSolarenergieforschung GmbH Hameln/Emmerthal(ISFH)r R.Heze等人提出的制造太阳能电池的方法，并有代表性的公开在Renewble Energy，Vol 14，p83(1989)上(由OECO工艺制造的太阳能电池在下文中往往简称为OECO电池)。OECO的制造方法将参考
图12作一简要解释。OECO电池构筑成使得有多条平行沟槽2’(具有矩形，半圆，三角形或其相似的截面形式)刻在硅单晶基片24’(在下文中简称为“半导体单晶基片”，或更简单称为“基片”)的主表面上，这个主表面以后作为光接收表面，因此每条沟槽2’在沿着横方向看时的一侧的内侧面2’a上具有用于获得输出的电极b’。通常是用切割锯来刻划凹槽2’的。具体地说，把硅单晶基片24’放在工作台面上，通过水平移动切割锯而保持与工作台表面离开一恒定的距离，在硅单晶基片24’的凹槽形成表面(光接收表面)上刻划凹槽2’。每条凹槽2’的一侧面2’a上电极6’的形成由真空蒸发来实现，该蒸发相对于半导体单晶基片24’的以后用作光接收表面1’a的主表面斜着进行。该工艺能使电极材料有选择地沉积在凹槽诸侧面2’a上和突出的降起物的顶表面2’b上，这是基于通过凹槽本身施加在待沉积金属上的阴影效应。这种沉积金属的厚度在突出的隆起物顶表面2’b的区域和在内侧2’a的区域有差别，因此，接着蒸发工艺的腐蚀过程能成功除去该金属因而只在侧面上留下电极，其厚度等于在侧面2’a上厚度的顶表面2’b上厚度的差一样厚。
该结构成功地把太阳能电池的阴影损耗减小到约总光接收面积的5％。因为具有用丝网印刷法形成电极的一般太阳能电池，通常要遭受到约12％大的阴影损耗，所以，可以知道OECO太阳能电池具有明显减小的阴影损耗，从而获得大的能量转换效率。
目前付之实用的太阳能电池可通过源材料分类，分为硅基(单晶，多晶和无定形)，基于化合物半导体，及其它。在其它材料中，最为广泛制造的是单晶硅基底的，这是由于它们有优良的能量转换效应和低的生产成本。用于太阳能电池的硅单晶基片，通常是用金属线锯切割单晶锭来制备的，而单晶锭是由直拉法(在下文简称为“CZ法”)或浮熔区法(在下文简称为F2法)获得的。通过切割锯切割出来的基片当作由切割成的基片来使用。
但是，用金属线锯切割是不利的，由于保留在工作位置上的磨料粒子数量在切入进锭内的深度增加时而增加，而这些逐渐增加切割宽度。因此，半导体单晶基片24’将会有这样的厚度，即从开始切割边(在图中的左手侧)向结束切割边(图中的右手侧)减小。因此可以理解由切割成的半导体单晶基片24’在通过缩短工艺时间把生产成本减少到相当大的程度方面是有利的，但是在使半导体单晶基片24’非均匀的方面是不利的。对4英寸直径基片厚度的均匀度可达象20到30μm那样多，而随着基片直径的增加，这非均匀度变得更大。
在用于制造太阳能电池的基片24’上刻划凹槽的任何常规方法在从光接收表面1’在整个表面上测量的得到凹槽2’的恒定深度是不会成功的，这是因为基片24’中厚度不均匀的原故。更准确地说，用上刀口型切割锯来切割，它保持其下面刀口在高度上的恒定基准上，将在基片24’的较厚部分把凹槽2’刻划得更深。
在具有非均匀深度的基片24’，通过上述的气相沉积工艺在凹槽侧面2’a上电极6’的形成，将导致电极6’的高度比设计值小，或不需要的金属沉积也会在凹槽底表面2c’上。具有比设计值小的高度的电极6’将会在电极6’上产生较大的电导损耗。在凹槽底表面的金属形成将会增加阴影损耗，因而破坏能量转换效率。但是，用于除去金属过分沉积的腐蚀将会减小电极形成的面积，因而将会增加电阻损耗。作为正常的结果，阴影损耗和电阻损耗这两者都导致能量转换效率的降低。
除了上述的OECE太阳能电池之外，如果在基片24’中刻划的凹槽深度是不均匀的，还有其它类型的太阳能电池可能造成在特性上的变化。在一个在太阳能电池的后表面上刻划的用于电极接触的凹槽深度大于设计值的示范例情况下，在电极和基片间的边界面积增加了，而这导致在边界处的复合率增加。与此相反，深度小于设计值，这导致电极和基片间的不良接触，而这会增加接触电阻。在另一个太阳能电池的光接收表面上刻划的凹槽深度为非均匀的情况下，边界面积的变化造成在厚度方向和垂直平面内法线方向上的复合率差异。在特性上的这些变化导致输出电压的变化，而最终可能降低太阳能电池的输出。
所以，本发明的第一目的是根据OECO工艺提供具有合适地形成的电极，以便确实地抑制阴影损耗和电阻损耗。本发明的第二目的是提供一种具有在诸如OECO太阳能电池中形成凹槽的制造太阳能电池的方法，能容易地使凹槽深度均匀、以及能以低成本实现太阳能电池的较高效率。
发明内容
为完成前面提到的第一目的，根据本发明第一方面的太阳能电池是具有光接收表面的一种太阳能电池，该光接收表面是由具有在其上形成的多个几乎平行凹槽的半导体单晶基片的第一主表面构成的，每个凹槽具有用于引出输出的电极，该电极配置在其横差方向仅有一侧面的内侧面上，其中每条凹槽的最小深度h满足下面的关系式h≥W1tanθ ……(1)此外，θ代表沿着半导体单晶基片的厚度方向，形成在一条沿着垂直于各个凹槽纵方向的任意部段来看的在所有凹槽间具有最大深度凹槽上的电极的下端部连接没有电极形成在其上的同一凹槽内侧面上端部的一根直线和垂直于厚度方向的参考线之间的夹角，而W1代表由凹槽的两个开口边缘间距离定义的凹槽宽度。
如图4所示，在沿着半导体单晶基片24的厚度方向，形成在凹槽2的一个侧面2a的电极6的下端部LE和没有在其上形成电极的同一凹槽的内侧面2c的上端部相连接的一条直线和垂直于基片的厚度方向的一根参考线之间的角θ，对应于在通过斜角气相沉积形成电极6时，电极材料的气相入射(沉积角)角。每个凹槽2的最小深度h涉及一个在其纵向有厚度分布的、在一发现最小深度位置上测到的凹槽深度。
本发明人通过广泛的研究后发现，诸如在凹槽底表面上电极的形成和电极的不光分形成面积的不一致性，如果凹槽的最小深度h，凹槽的宽度W1和角θ满意由公式(1)表出的条件，是可有效地避免的。这样构筑成的太阳能电池，即使对形成在具有非均匀厚度的基片的最薄位置上形成的短凹槽具有相对于厚度方向正确形成的电极，和具有永不超过所需要值的电阻损耗来说，是能保证凹槽的足够深度的。该太阳能电池在减小阴影损耗效应方向也是优良的，这也是OECO太阳能电池的真正目的。
为了要保证太阳能电池本身足够的机械强度，必须要保证硅单晶基片的厚度，例如，如150到300左右μm那样厚。为要减少太阳能电池的生产成本，当然需要降低基片厚度，为形成深凹槽的一个仅仅是简单的策略可能不如愿地造成太阳能电池不能保持足够的机械强度。这就是说，宁可把机械强度保持在高水准上，而保证由本发明规定的凹槽深度。
而且，如果凹槽是这样形成的，使得留下半导体单晶基片在该部段观察到的各个凹槽底部位置的均匀厚度，则可使在平面内的机械强度均匀，而这就成功地消除了源自只有一特定的位置上具有不足够厚度而导致基片破裂的忧虑。应注意的是，在本说明的内容中的“均衡厚度”指的是厚度的变化落在±10μm的范围之内。
在前面提到的方向上形成凹槽的优点在于下面各点。形成在各个凹槽2的电极称之为指状电极，通过随后描述的汇流条电极，彼此连接起来，用来形成在沿着排列凹槽方向的电流收集。另一方面，如图3A和3B所示，现在假设半导体单晶基片最厚的位置为P2，而最薄的位置为P1，近似地形成在连接P2和P1直线方向上的凹槽2具有表示出为凹槽2在位置P2一侧是最深的，而朝向位置P1侧逐渐变得较浅的深度分布。每单位凹槽长度，可以形成指状电极的凹槽内侧面的面积朝向位置P1变小。
另一方面，如图14、15和16所示，太阳能电池1具有用于收集电流的汇流条电极30，它形成在半导体单晶基片24第一主表面上以便横跨各个凹槽2为了与形成在各个凹槽的诸电极6(见图1，在本文下面简称为“指状电极”)作电连接。可把汇流条30形成得使其与诸凹槽2的内表面形状一致，如图18所示，或使其堵塞各个凹槽，如图19所示。
如图14、15和16所示，汇流条电极30形成的位置较佳的是确定在较接近于最厚位置P2而不是最薄的位置P1。因为一个为形成指状电极6的凹槽上的面积不足的区域能把汇流条电极30分开，所以较靠近形位置P2形成汇流条电极30是有利的。当电流离开汇流条电极30出来时，在指状电极6中的电流变得较小，即使可能有任何引起电阻损耗的原因，使得由于在只有小的电流密度的电极中的电压降而实际产生的电阻损耗是小的。按照前面的凹槽排列，所以有可能对准在离开汇流条电极30的一个边侧面上引起阴影凹槽的位置。即使在气相沉积工艺中找到了电极形成的面积由于工艺精确性的问题而使其略小于目标设计值，因为只有在离开汇流条30的诸位置上能找到在电极形成面积中的短缺，所以电阻损耗几乎不会发生，在这一点上是有利的。在示于图14、15和16的任何示例子中，现在假设半导体单晶基片24被垂直地通过连接最厚位置P2和最薄位置P1所画的直线DL所平分，汇流条电极30的整个部分落在最厚位置P2所属的一半之中。这个结构对较为有效地把位置P1放在对电阻损耗有影响的、远离汇流条电极30的指状电极的末端方面是有利的。
汇流条电极30更接近于哪个位置P1和P2，在本说明书中用下面描述的方法来判别。首先，如图17所示，基线L2和L1分别画在位置P2和P1，使与半导体单晶基片24的外形接触。然后垂直于基线L2画出一对面积决定线L3和L4，并使其与半导体单晶基片24的外形接触，且垂直于基线L1画出一对面积决定线L5和L6，并使其与半导体单晶基片24的外形接触，现在假设由汇流条电极30，基线L2和面积决定线L3、L4所围的面积为S2，而由汇流条电极30，基线L1和面积决定线L5、L6所围的面积为S1，如果S2＞S1的关系成立，则认为汇流条30是较近位置P2的。
如图3A所示，各个凹槽2的纵方向较佳的是处在与直线L平行，或成45°倾角或稍为偏离一点，直线L处在沿基片第一主表面，并连接半导体基片的最厚位置P2(厚度＝h2)和最薄位置P1(厚度＝h1)，而更佳的是尽可能向该处平行(即，上述的角度尽可能为0°)。这是因为当直线L处在与凹槽2纵方向平行时，各个凹槽在位置P2侧是最深的，而与此相反，在位置P1侧是最浅的，而这把电阻损耗最突出地减到最小。在直线L和凹槽方向间的夹角超过45°时，导致深度的普遍不足和结果导致位于靠近位置P1的凹槽2的在凹槽内面积的普遍不足，而这就不利地增加电阻损耗。
硅单晶基片最佳选为用于太阳能电池的基片材料。大多数由CZ法制作的硅单晶在<100>方向有一拉起轴，使得用于太阳能电池作为基片材料制作的基片表面方向一般具有{100}方向的晶向。在大量凹槽要被形成在具有近于{100}晶向的基片上的情况下(在下文中简称为{100}基片)，在其主表面上的<110>方向上，只要很小的外力就可造成基片沿凹槽解离，并如果凹槽的截面形式具有趋于集中应力的部分，或如果基片保留了在刻划凹槽的过程中产生的许多损伤，则导致破裂。现有规定各个凹槽的形成方向与<110>方向不一致，使得它有可能改善已得到的太阳能电池的机械强度到一可观的程度。
根据本发明第二方面的太阳能电池的制造方法包括至少在半导体基片的一个主表面上形成多个凹槽，其中可使凹槽刻划刀片转动，而把以预定位置伸出的凹槽刻划刀片的刀口部分保持在工作台的平坦的基片进料表面上，以及在半导体基片的主表面上刻划凹槽，而把主表面与基片进料表面保持紧密接触，而沿着在垂直于凹槽刻划刀片的厚度方向上，相对于凹槽刻划刀片的基片进料表面作移动的步骤。
在上述制造本发明太阳能电池的方法中，在其上要形成凹槽的半导体基片的主表面与工作台的基片进料表面是紧密接触的，作为必然的结果，使得半导体基片的主表面和基片进料表面保持平行。同时，通过预定高度突出的凹槽刻划刀片的刀口部分保持在工作台的平坦的基片进料表面之上，这样，如果半导体基片在垂直于凹槽刻划刀片厚度方向相对于转动的凹槽刻划刀片作移动，半导体基片保持与基片进料表面平行的一个主表面上将会在其上形成具有不变深度的凹槽。这一点成功地均衡了在OECO太阳能电池每个相邻凹槽间的阴影效应，并使得有可能在各个凹槽中形成具有接近均匀尺寸的电极。这还有可能形成各个电极准确地与设计值相一致，从而抑制电阻损耗，阴影损耗，或同类的损耗。本发明在均衡除OECO太阳能电池外的太阳能电池的凹槽深度方面也是成功的，这样，可抑制太阳能电池的特性变化，并可避免输出的减少。
在本发明中，凹槽刻划刀片包括多个以固定的间隔同心地连在一起的刀口部分，且所有的刀口部分(在本文后面，也简称为“复合凹槽刻划刀口”)以相同的高度突出在工作台的平坦进料表面。采用这样的结构，半导体基片相对于复合凹槽刻划刀口在集成的方式下仅移动一次，就可能形成对应于如此多个刀口部分的凹槽。因为各个刀口部分的突出高度彼此是相同的，所以形成的凹槽全体具有相同的深度。由于各个刀口部分是在固定的间隔下连到复合凹槽刻划刀口，所以，已在半导体基片的主表面上形成了以固定间距排列的多个平行的凹槽。尽管重复多次集体凹槽形成从而在整个主表面上形成凹槽是允许的，但是从生产率的观点来看，构筑复合凹槽刻划刀口的刀口部分数等于或大于要在半导体基片上形成凹槽的数，于是通过相对地移动半导体基片仅是一次就在整个主表面上形成凹槽是更为有利的。
在本发明中可使用的工作台可以是在其基片进料表面上具有削屑排除凹槽。对于在半导体基片的主表面上形成凹槽的情况，基片中要形成凹槽的部分是用凹槽刻划刀片的刀口部分刻划的，使得削屑作为凹槽形成结果而产生。如果这样产生的削屑保持不动，则处于半导体基片和工作台之间，因而毁损了在半导体基片和工作台之间的所需要的接触。具体地说，半导体基片从工作台提高约等于削屑的粒子大小的一个量，而这一点略为毁损在基片工作台的进料表面和要形成凹槽的半导体基片主表面之间的平行关系。这就使形成在主表面上凹槽深度不能保持不变。例如，在产生了大量削屑后形成的凹槽往往变得比那些在开始阶段形成的相对地较浅。
但是，在工作台的基片进料表面上削屑排除凹槽的形成，在工作台的基片进料表面和在其上形成凹槽的半导体基片的主表面之间总是保持所需要的紧密接触这方面是成功的，这是因为即使作为凹槽形成结果而产大量的削屑，则所产生的削屑被这些凹槽陷住。这一点终于使得有可能在早期和后期的凹槽形成中保持凹槽深度不变。因此可把太阳能电池的电阻损耗和阻影损耗象上述那样的减小，从而可改善能量转换效率。而且削屑排除凹槽的形成也对在半导体基片和工作台之间接触面积的减小有贡献，而这点的结果是减小在半导体基片的相对移动中的摩擦阻力。凹槽形成的工艺效率和生产力因此而得到改善。
上述的太阳能电池制造方法中，在使最后的凹槽深度的均匀，和在整个凹槽形成表面上制造具有凹槽深度的分布范围(在最大值和最小值间的差)的太阳能电池中，能抑制到象基片厚度分布范围(最大厚度和最小厚度间的差)的±5％或更小的方面是成功的。
附图简述图1是部分示出本发明太阳能电池的一个实施例的放大截面图；图2A是凹槽形式的第一例子；图2B是凹槽形式的第二例子；图2C是凹槽形式的第三例子；图2D是围绕成角度的部分的第一例子；图2E是围绕成角度的部分的第二例子；图3A是示出具有非均匀厚度的单晶基片的示意图；图3B是示出在示于图3A基片上形成凹槽方法的示意图；图4是示出本发明具有足够深度的太阳能电池的示意截面图；
图5A是用于解释决定矩形截面凹槽深度的方法的示意图；图5B是用于解释决定V形截面凹槽深度的方法的示意图；图6是示出用于制造太阳能电池的工艺步骤的示意截面图；图7是示出示于例1的在基片的厚度方向上电极形成长度测量点的图；图8是示出例1中电极高度测量结果的图；图9是解释本发明太阳能电池方法中形成凹槽示范例方法的示意图；图10是示出本发明制造太阳能电池方法中形成凹槽示范例方法的示意截面图；图11是解释在本发明制造太阳能电池方法中形成凹槽的修改例子的示意图；图12是示出在OECO太阳能电池制造方法中沉积状态的示意图；图13是示出在具有非均匀厚度基片上电极沉积状态的示意图；图14是示出汇流条电极形成状态的第一实施例的平面图；图15是示出汇流条电极形成状态的第二实施例的平面图；图16是示出汇流条电极形成状态的第三实施例的平面图；图1 7是解释鉴别哪个位置P2和P1是与汇流条电极靠得更近的图；图18是示出汇流条电极的纵方向上截面形成的第一例的示意截面图；以及图19是示出汇流条电极的纵方向上截面形式的第二例的示意图。
具体实施例方式
下面诸段落将参考附图对实现本发明的最佳模式进行描述。
(第一实施例)图1是部分示出根据本发明第一方面的一个实施例的放大示意图，太阳能电池1是这样构成的，使得大量几百微米宽和大约几十微米到100μm深的凹槽平行地形成在硅单晶锭切出的p型硅单晶基片24的第一主表面24a上。这些凹槽2可采用一套几百到几乎同心连结、一起转动的切割刀口来整体刻划，此处也允许把刻划操作分成几轮进行。
在具有如此形成在其上的凹槽2的基片24的第一主表面24a上，通过热扩散作为n型掺杂剂的磷形成发射极薄层4，为了产生p-n结。在发射极薄层4上，一般通过热氧化工艺形成作为隧道绝缘薄膜的薄二氧化硅薄膜5。
在凹槽2的内侧面上的二氧化硅薄膜5上仅在横着方向的一个侧面上形成电极6。电极6是通过利用气相沉积装置在凹槽的内侧面上沉积一种电极材料(例如，诸如铝金属)形成的电极，此外，在沉积过程中要把基片24放得在一个至少必需的或较大的角度上相对地倾斜，以便能使电极材料沉积在内侧面上，主要地沉积在各凹槽的横着方向上的一个侧面上。尽管过多的电极材料在沉积过程中也会沉积到形成在每个相邻的凹槽2，2间的突出降起物23的顶部表面上，但过多部分可用诸如盐酸溶液的腐蚀溶液除去。包括电极6的基片25主表面24a的整个部分用作为保护薄膜和防反射薄膜的氮化硅薄层7来覆盖。
各凹槽2可具有垂直于其纵方向的横截面为如图2A所示的矩形的外形，如图2B所示的半圆形的外形，如图2C所示的V外型中的任何一种，这是因为这些表面几何形状可利用周围刀片切割器通过切割而能容易地得到。
在凹槽2具有在垂直于其纵方向的截面图上有示于图2A的矩形，或有示于图2C的V外形情况下，这外形具有如图2D或图2E所示的彼此相交的两根边缘部分2a、2b。在矩形凹槽中，边缘部分2a和2b分别对应于凹槽的边壁的底部，如图2D所示，示出这两者的相交角为90°或大约90°。另一方面，形成V的凹槽具有相交在凹槽底部的锐角的边缘部分2a、2b。这两种情况都往往导致应力集中，而如果结合点作成锐角，则要降低太阳能电池的强度。当在截面外形观看时，边缘部分2a、2b的交汇位置上做成圆形的R1和R2的防备措施，在进一步提高太阳能电池的机械强度方面现在是成功的。
圆形R1和R2的程度较佳的是设置在能保证防止应力集中的足够效应的范围之内，而它又不毁损由于凹槽几何形状引起的诸如在串联电阻上减小的效应，此外，较佳的范围，通常是约2到20μm。在用圆周刀片切割或类似装置刻划凹槽之后通过化学腐蚀可容易地得到这圆形。可用为除去在凹槽刻划时所产生的损伤而用的腐蚀一样的腐蚀剂来实现。腐蚀量较佳的是在约5到20μm的范围之内，为了使这圆形落在上面所描述的较佳范围之内。通常使用氢氧化钾水溶液作为化学腐蚀溶液。
同时，通过用金属丝锯切割由直拉法(在本文后面称为“CZ”法)或用浮熔区法(在本文后面简称为“FZ”法)制作的晶锭得到的基片，通常在厚度上是非均匀的(图3A)，此外，对4英寸基片其变化量有20到30μm那样多，而对较大的基片还要进一步增加。这是因为用金属丝锯切割，当切割进晶锭的深度增加时造成大量的磨料粒子留在工作部位，而这一点逐渐增加切割的宽度。
如果用切割锯整体地刻划在具有非均匀厚度的基片24上的凹槽2，最后的凹槽2将具有如图4的示意载面图中所示的非均匀深度。在OECO的工艺中，到在凹槽内侧面的什么区域上可以找到只在一侧的电极决定于凹槽深度和气相沉积的方向(图中中的蒸发)此外的沉积角θ被定义为一根连接沿着半导体单晶基片24厚度方向T，当沿着任意部段(即，在图中所见到的部段)观看时，垂直于各个凹槽纵方向(即，垂直于图纸的方向)的在所有凹槽2中间具有最大深度的一个凹槽2u上形成的电极6的下端部LE和没有电极形成在其上(无电极形成的内侧面)的同一凹槽2u内侧面2c的上端部TE的直线，和垂直于基片厚度方向的参考线HL之间的夹角。
对于位于每个邻接的凹槽2，2之间的突出隆起物23的高度是不足够的情况下，在所需要的区域中形成电极的尝试导致电极材料的沉积不仅在沿着突出隆起物23的边缘部分2a上，而且根据沉积的角度θ，不需要地也在对应于凹槽底部的边缘部分2b上沉积。这个不必要地增加通过以后的腐蚀要被腐蚀掉的区域，而不能获得必要的电极。
在本发明中，所有凹槽都总是保证有足够的深度，即使在如图4所示基片最薄的位置(图3A中的P1)上，这个深度也足够防止把电极沉积到对应于凹槽底部的边缘部分2b上。现在参考图5A，当在垂直于凹槽纵方向的任意部段观察时，假设凹槽深度为h，电极高度为he，则在凹槽深度方向(在基片厚度方向)的电极高度he可用定义为凹槽两个开口边缘间距离的凹槽宽度W1和在上面已定义的沉积θ表达如下he＝W1tanθ所以，如果在最薄位置上的凹槽深度h’保证足够地大，使得满足下面的关系式h’≥W1tanθ则电极6不再会沉积到对应于凹槽的边缘部分2b上。由于在最薄位置上的凹槽深度是最小的，所以在任何其它位置的凹槽深度h总是满足公式(1)的，因此，本发明能防止任意的凹槽造成电极6被沉积到对应于凹槽底部的边缘部分2b上。
应注意到，公式(1)对示于图5B的V凹槽也近似成立。现在假设对准的一个凹槽是那些形成在基片上中的最深的凹槽，如果在基片上最浅的凹槽具有深度为h或更深则电极永远不会过度地或不足地形成。
现在请再参考图1，在太阳能电池1的另一主表面24b上(在本文后面，简称为“第二主表面”)，形成背面电极8，而把，例如，氮化硅薄膜10放在中间。氮化硅薄膜作为保护薄膜而形成的，且可由CVD(化学气相沉积)工艺来形成。形成背面电极9以便覆盖第二主表面的整个部分，且通常由铝沉积层组成。构成背面电极层8使得通过接触渗透部分10a与在下面的硅单晶24接触该接触渗透部分10a在其厚度方向上透过氮化硅薄膜10。尽管接触渗透部分10a可用光刻形成，但在本实施例中是由机械加工刻划的凹槽或由激光加工打孔的小孔。
为了要保证太阳能电池本身有足够的机械强度，把硅单晶基片24的厚度选择到约150到300μm那么厚。因为为了要降低太阳能电池的生产成本，所以理解当然要减少基片的厚度，为形成深凹槽的一个仅仅简单的策略可能不愿意地使太阳能电池不能保持足够的机械强度。也就是，一般，宁可把凹槽的深度限止为100μm或更少一点，而保证由本发明所规定的凹槽深度。
在图1，太阳能电池1的各个凹槽形成在第一主表面24a的与<110>方向不一致的方向上。这改善了太阳能电池1的机械强度。要知道在本说明书中，如果在这里使用的基片的结晶学主轴是具有偏离<100>方向的倾角多达6°角的偏角基片，则任何基片被设为具有{100}晶向。
接下来的诸段落将描制造该太阳能电池1的示范方法。
首先通过把诸如硼或镓的III族元素添加到高纯硅中而得到p型硅单晶锭，而具有{100}晶向的p型硅单晶基片从该晶绽切割出来。一般，p型硅单晶在片具有0.5到5Ω·cm的特定电阻率。接着，如图6过程(a)所示，使用高速旋转刀片在与<110>不一致的方向上，一般在<100>方向，采用高速旋转刀DS(图3B)，在p型{100}基片的第一主表面上形成深为20到100μm的多个平行的凹槽2。尽管通过CZ法或FZ法两者中的任一种都可制备硅单晶基片，但是鉴于最后基片的机械强度更佳的是由CZ法来制备。尽管象40μm那样厚的基片厚度可保证足够的机械强度，但在考虑了便于切割操作并在其上要刻划凹槽深度之后，更佳的厚度是150到300μm。
高速旋转刀片是根据凹槽的所需要的几何形状，例如，从具有矩形截面，半圆截面和成角的截面中选出。通过在前面提到的高速旋转刀片，在每秒约0.1到4cm的切割速度，在注入切割流体时可在基片1的第一主表面上刻划凹槽2。也允许用切割器即金属丝锯来代替高速旋转刀片。
如参阅图3A在上面已描述过的，鉴于要减小形成在凹槽内表面上的电极)指状电极)的电阻损耗，宁可使各个凹槽2的纵方向位于，与沿基片的第一主表面并连接半导体基片的最厚位置P2(厚度＝h2)和最薄位置P1(厚度＝h1)的直线L平行，或成45°倾角或略为偏离。在直线L和凹槽2的方向设置成平行的情况下，可以按下面的描述来形成满足前面提到的公式(1)的凹槽。首先通过测量基片的厚度分布来预先决定位置P1和P2。接着如图3B所示，把基片24放在工作台DT上使得高速旋转刀片DS的切割方向与位置P1和P2的连接线相一致。采用凹槽宽度W1和气相沉积角θ的这两个设计值也把W1tanθ值预先决定好，然后设置高速旋转刀片DS的切割深度，使得在位置P1上的凹槽宽度h’成为大于W1tanθ，因此，在各个凹槽的底部之下保留着足够的厚度T’(一肌是40μm或较多)。保留在各个凹槽2底部之下的基片厚度T’可表述为h1-h’。
接下来，把在凹槽形成后、在基片中产生的损伤，用前面提到的化学腐蚀除去。当凹槽具有如图2A或2C所示的矩形或V形时，用于除去损伤的腐蚀条件，较佳的是把它调节到能适当地把凹槽倒圆，如图2D或2E所示。在完成除去损伤的腐蚀后，于是，在基片的主表面上形成了纹理结构，它是通过诸如各向异性腐蚀法等的任何众知的方法为减少反射损失作为使表面粗糙而实现的。在形成纹理后，把基片放在诸如含有盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸或它们的混合液的酸性水溶液中清洗，从经济和生产效率的观点来看，较佳的是在盐酸中清洗。
接下来，如图6中过程(b)所示，在清洗后，在基片的表面部分形成发射机层4。形成发射极层的方法可以是采用五氧化二磷，可直接注入磷离子等的离子注入法任何种涂膜扩散法，但是从经济观点来看，最好采用磷酰氯的气相扩散法。在一示范过程中，可用在850℃左右的磷酰氯气氛中把基片退火来形成n型发射极层4。发射极层4的厚度一般是0.5μm左右，而薄层电阻是在约40到100Ω/□的范围内。在这过程中形成在基片表面部分的磷玻璃在氢氟溶液中除去。
接着，在基片的第二主表面24b侧上形成电极。首先，如图6中过程(C)所示，在第二主表面24b上形成氮化硅层8作为钝化薄膜。氮化硅层8可用CVD(化学气相沉积)工艺来形成。在本文中可应用正常压力CVD工艺，减压热CVD工艺，光CVD工艺等中的任何一种来形成氮化硅层8，其中，本发明尤其选用间接等离子体CVD工艺，因为该工艺可在约350到400℃的低温范围内进行，并能减少要得到的氮化硅层8的表面复合速度。应该注意，不可选用直接热氮化方法，因为该工艺不能为最后的薄层给出足够的厚度。
接着，如图6中过程(d)所示，在如此形成的氮化硅层8上形成电极连接的凹槽8a，通过使用类似于用于凹槽刻划中的那种高速旋转刀片使其能达到在下面的p型硅单晶基片。切割刀的形状根据凹槽所要的部段形式，一般从矩形形式，半圆形式，和成角的形式中选出。在如此形成凹槽8a后，然后形成电极9以便把凹槽8a随同周围的氮化硅层8一起覆盖，如图6中过程(e)所示。虽然可用银或铜作为这里的电极材料，但是鉴于经济和可加工性，最佳的是铝(包括其合金)。用溅射和气相沉积这两种方法都可沉积铝。所有用于在第二主表面24b侧形成电极的工艺就此叙述完毕。
接下来，如图6中过程(F)所示，通过热氧化法在第一主表面24a上形成二氧化硅薄膜5。二氧化硅层5用作在第一主表面24a上的电极和基片24之间的隧道绝缘薄膜，而为了在防止短路中使隧道效应最佳化，较佳的厚度为0.5到3nm。二氧化硅薄膜5可用包括干氧化，湿氧化，水蒸气氧化，热解氧化，在含氯的环境中氧化等等的任何已知方法来形成，而其中较佳采用的是干氧化，这是由于该方法可保证高质量薄膜且易于控制厚度。
在有二氧化硅薄膜5已经形成在其上的基片24，在凹槽2的横着方向观看时，在凹槽2的内侧表面中的只有一侧上，通过斜角气相沉积工节，一般沉积到约5μm寻样原来形成电极6。虽在这里最佳采用铝(包括它的合金)作为电极材料，但材料并不受此限制，也可使用诸如银，铜或与其类似的基佗金属。更明确地说，把基片24放在气相沉积装置中，把它的主轴倾斜到离参考位置70°到89°，此外，参考位置被定义为第一主表面对蒸发源取向的位置，使得凹槽的延伸方向横过垂直于蒸发源。这种布局成功地使电极材料，当在横向方向观看时，主要地沉积在凹槽2内侧面中的只有一侧上。沉积较佳的是仅在装置中的真空度达到2×10-5Pa或更低之后才能进行，而沉积速度则调节到1.0到1.5nm/sec(但又不受此限制)。接下来，如图6中过程(g)所示，把具有电极6沉积在其上的基片24，浸入含有盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸或其混合溶液的酸性水溶液中，从而除去沉积在配置于每个邻接凹槽2，2之间的突出隆起物23顶部的不需要的电极材料部分。
在完成上面诸工艺后的基片24上，用众知的方法，形成示于图14到16的汇流条电极30，而把用作钝化薄膜和防反射薄膜的氮化硅薄膜7，一般通过间接等离子体CVD工艺把厚度沉积至60到70nm均匀地形成在第一主表面上24a上(图6中的(h))，从而形成最后的太阳能电池1。
图14示出一示范性例子，在这例子中汇流条电极30以弧形图形形成在沿着半导体单晶基片24的外围，而图16则以绞结的直线图形沿着同一外围形成。
在示于图15的示范性例子中，把汇流条电极30配置成使得把全部凹槽阵开2中属于包括最长凹槽2’的部分凹槽阵列40中的各个凹槽2的指状电极2分为在最厚位置P2侧的第一部分2a和在最薄位置P1侧、比第一部分2a较长的第二部分2b。汇流条电极30的位置也被调节成使得在第一部分2a中，较长的凹槽1具有较长的长度。更明确地说，把汇流条电极30在部分凹槽阵列40中配置得与前面提到的直线DL平行，在凹槽阵列40中较长的凹槽2在第一部分2a中具有较长的长度。虽然较长的凹槽2具有较长的指形电极2，所以往往具有较大的电阻损耗，但是上面描述的汇流条电极30的位置诸如使第一位置2a较长的位置，在减小电阻损耗方面是更为有利的，因为相应地，可把第二部分2b缩短。
尽管示于图14到16的汇流条电极30具有均匀的宽度，但是较佳的是把汇流条电极30朝着一个位置加宽，在这位置上有用于引出输出的铅金属丝要连接，因为这部分较近于铅金属丝，能对电流收集作出贡献，因而具有较大电流流动。在一个把沿金属丝连接到汇流条电极30的第一端部部分的示范性例子中，可把该电极30形成得，使得能从第二端部分朝着第一端部部分加宽。在另一把铅金属连接到在汇流条电极30的纵方向上中点的示范性例子中，可把该电极30形成得使得从两个端点朝着中点都被加宽。
形成汇流条电极30的现有可用的方法中，包括诸如通过电解电镀或诸如镍(Ni)的金属化学镀(或可两者的结合，象化学镀后跟着电解电镀)来形成电极图形；诸如通过象金属铝(Al)的气相沉积来形成电极图形；诸如通过丝网印刷形成含有Ni或其类似的金属的金属浆来形成印刷图形，然后烧结该印刷图形从而来形成电极；以及诸如把Al或其类似的金属做成的电极金属薄片带条用加压结合到半导体单晶基片(如需要也可用热调整)。金属薄片带条的结合在制作把金属薄片带条紧密接触到已有指状电极形成在其上面的凹槽内表面时往往会造成困难，因此可能引起确保电导率的问题。假若这样，在金属薄片带条的一个面上形成金属浆薄层，并在金属浆薄层一侧作出结合是有好处的，在这里堵塞进凹槽的金属浆会有利于在指状电极和金属薄片带条间电导的建立。在这例子中还有较佳的是有鉴于确保电极的粘合力在金属薄片带条结合后进行烧结。
(第二实施例)将描述根据本发明的第二方面的制造太阳能电池方法的实施例。在第二实施例中的目标太阳能电池仍然是类似于第一实施例，示于图1的OECO电池。在前面提到的采用刀口向上型、高速旋转刀片的第一实施例，根据在基片厚度中的不均匀性，敢于让凹槽2的深度产生变化而代之以由公式(1)表述的限制，施加到在最薄位置凹槽深度h’以便减小阴影损耗和电极电阻损耗。与此相反，现在的第二方面目的在于在单一基片之内尽可能均匀凹槽深度。
在本实施例中，得到了把诸如硼或镓的第III族元素掺入到高纯硅中，并通过CZ法或FZ法制作的p型硅单晶锭，而从该晶锭切割出p型硅单晶基片24。对p型硅单晶基片24的规定电阻和基片厚度与在该实施例中描述的那些是相同的。在本实施例应注意的是，就是也可用多晶硅锭，以及通过众知的诸如HEM法，浇铸法和EFG法制造的任一种硅锭。
接着，如图9所示，采用凹槽刻划刀片在基片24的第一主表面24a上形成多个凹槽2。更明确地说，固定工作台12，以便引导在其上放置半导体单晶基片24的进料表面12a上升。用来刻划凹槽的旋转刀片的刀口部分13被同时地连结在固定的间距上，以便一起转动，从而构成复合凹槽刻划刀口15，而把复合凹槽刻划刀口15设置到使得能让各个刀口部分13从形成在工作台12的基片进料表面12a上的开口14突出相同的突出高度h。把在其上面要形成凹槽2的第一主表面24a放到与工作台12的基片进料表面12a紧密接触，然后把半导体单晶基片24移出垂直于刀口部分13的厚度方向、保持绕轴线16旋转的复合凹槽刻划刀口15(如在图9中指出的进料方向9)。当在第二主表面24被夹盘夹住时移动这里的半导体单晶基片24。应注意的是，图9扩大了半导体单晶基片24的厚度，而实际的半导体单晶基片的厚度象其直径的1/500那样小(同样适用于前面提到的图13和后面提到的图10和11)。
根据本工艺，具有相同的凹槽深度H，凹槽宽度W1和凹槽间距W2，它们分别相当于刀口部分从基片进料表面12a突出的高度h，刀口部分13的厚度W1和刀口间距W2的多个凹槽，也可形成即使具有如图10所示的非均匀厚度的半导体单晶基片24上。根据要在半导体单晶基片24形成的凹槽2所需要的式样，可以正常地改变复合凹槽刻划刀口15的构造和位置。复合凹槽刻划刀口的一个典型结构涉及刀口部分13的100到200的数目，刀口部分13的几拾到100μm的突出高度h，以及几百微米左右的刀口间距W2。现有可用的刀口部分13包括金刚石刀口(诸如具有与具有粒子尺寸为5μm到10μm的金刚石磨料粒子均匀粘合的表面)。当在包括转动轴在内的部段中观看时，采用具有矩形，半圆形，V和U截面形式的任一种的刀口部分13可成功地形成对应于在垂直于凹槽纵方向观看时的那些刀口部分任何部段形式的凹槽。采用如此构成的刀口部分13(以及由连在一起的刀口部分构成的复合凹槽刻划刀口)，在注入切割流体到刻划位置时，基片23的第一主表面24a通常可在每秒0.1到4cm的切割速度进行切割。
在太阳能电池的第一主表面上凹槽刻划也可用示于图11的工作台2’来进行。工作台12’的基片进料表面12’a有形成在其内的削屑排除凹槽17。该削屑排除凹槽17分别具有宽为0.5到5mm，长为10到30cm和深为1到10mm的矩形，并均匀地与在基片进料表面12’a的1到10mm的间距对准，半导体单晶基片24用此被带入接触。由于削屑排除凹槽17的形成，基片进料表面12’a与半导体单晶基片24有一个减小了的接触区，而这一点在基本24的移动中减小摩擦阻力是有利的，并因此提高生产率。对在随着凹槽刻划的进行而产生的削屑被陷进削屑排除凹槽17中，而不再有可能停留在半导体单晶基片24的第一主平面和基片进料表面12’a间这一点来说也是有利的。这一点帮助了在半导体单晶基片24的第一主表面和基片进料表面12’a之间保持所要的紧密接触的状态，并能使在第一主表面24a上最后凹槽2的深度保持不变。应该注意，形成在基片进料表面12’的削屑排除凹槽17的形成方向，更佳的是与基片进料方向不一致。在装有削屑排除凹槽17的情况下，随着凹槽刻划的进行而产生的削屑，往往留在工作台12’的基片进料表面12’a上，然后随着半导体单晶基片24在同一方向上的移动沿着进料方向而迁移。对准与基片24的进料方向9不一致方向的削屑排除凹槽17终于成功地陷住削屑。
随在凹槽刻划之后的工艺与那些在第一实施例中解释的、图示于图6中过程(a)到(h)的过程是相同的，且可获得的太阳能电池1也与示于图1的太阳能电池是相同的。根据本发明的这方法，具有均匀深度的凹槽2可形成在基片24的第一主表面上。这一点成功地均衡了在OECO太阳能电池中施加到相邻凹槽2的每个凹槽的阴影效应，而结果是能使电极6以相等数量沉积到各个凹槽2。所以各个电极6以相等数量沉积到各个凹槽2。所以各个电极6可准确地与设计值相符来形成，而抑制了电阻损耗和阴影损耗。
应该注意，前面提到的凹槽刻划刀具的刀口部分形状，和工作台的形状，结构和配置决不会限制本发明，在这方面，根据本领域中的技术人员的技术知识对它的任何正常的修改是可接收的。
还要注意，本发明决不受到现在的实施例的限制，且在不背离本发明的精神实质下，当然可应用到任何模式的实施例中。例如，尽管第一和第二实施例这两者都示范了由OECO工艺制作的太阳能电池，但本发明不受此限制，并除了OECO电池外还可应用到任何其它的太阳能电池，就它们至少需要在其一个主表面上刻划凹槽来说，那是可预计在电池特性变化方面的抑制和在输出方面的减小的地方。
本发明将根据专门的例子作进一步的详细说明。
(例1)用于制造太阳能电池得到含有III族元素镓作为杂质元素、用于制造太阳能电池的p型单晶硅片(直径＝4英寸，最小厚度＝270μm，最大厚度＝300μm，电阻率＝0.5Ω·cm)，而厚度分布是用测微仪预先测好。根据测量结果，用切割锯(高速旋转刀具)形成如图3所示的具有矩形截面的与连接晶片的最厚位置和最薄位置连线平行的多个平行凹槽2。在此采用的磨削刀片的刀口部分厚为450μm、直径为50mm，并有50μm的刀口间距。根据规定为450μm的磨削刀片的厚度和后面要描述的5°的沉积角，凹槽h的最小深度规定为50μm。在此规定的工艺条件包括磨削刀片的转速为50rpm和晶片进料速度为1mm/s，其中对刻划位置供应冷水。晶片通过在工作表面对面表面上的真空吸盘吸往。为了比较，具有均匀厚度的晶片在相同的条件下被相似地加工来形成凹槽(比较晶片1)。
晶片在凹槽划刻后用氢氧化钾溶液腐蚀，从而除去受损伤的薄层，并用等离子体CVD工艺在背面形成氮化硅薄膜8。然后通过热扩散把V族元素磷引进接收光的表面一侧，从而形成具有薄层电阻为100Ω/□的n+区4。然后用施转刀片加工背面以形成用于电极接触的凹槽8a。并通过气相沉积铝形成厚为2μm的电极9。接着，通过热氧化在接收光的表面上形成厚为2nm的隧道氧化薄膜5，然后从垂直于平行凹槽的纵方向且与晶片表面倾斜5°处气相沉积作为电极材料的铝，从而在凹槽的内侧面的只有一侧上形成厚为7μm的电极6。然后用磷酸水溶液腐蚀来除去也在突出的隆起物的顶部表面上沉积的不需要的金属部分。然后形成宽的汇流条电极，以便与各个电极连接，目的在于提供对付阳光的防反射手段和表面保护，通过等离子体CVD，在接收阳光的表面形成厚为7到70μm的氮化硅薄膜，从而制作了本发明的太阳能电池(发明电池1)和用于比较的太阳能电池(比较电池1)。
如此制作的太阳能电池的输出特性是采用阳光模拟器来测量的(光强度1KW/m2，光谱AM1.5球面)输出特性的测量结果示于表1。
表1
从上面提出的结果来看，在发明电池1和比较电池1之间没有发现在输出上有明显的差别。这一点指出，本发明的太阳能电池，即使晶片厚度不均匀，也可成功地获得与晶片厚度均匀的比较电池有相同的高输出。
接下来，发明电池1的凹槽内侧面上电极的高度(在基片厚度方向的高度)在SEMT测量。测量结果示于图8。测量在示于图7的总共9个点上作出，其中一个点a是在中心，而其它诸点b到i则放在3.5cm直径圆的中心周围，在沿着凹槽形成方向的位置开始，以后按45°间隔排列。图7中箭头SL指出切割硅单晶锭的方向，而基片从位置12向位置13逐渐变薄。
从这个测量的结果来看，电极高度的标准偏差σ发现为1.7，当转换到在电极截面积上的差别时，它等于最大值的10％左右。现在考虑普通太阳能电池的电极电阻损耗约为输出的5％，而估计在上述基片截面积变化的影响仅为象输出的约0.5％那样小。因此结论是这种程度的变化不会很大地影响太阳能电池的能量转换效率，且可忽略。
(例2)用于制作太阳能电池的，含有III族元素硼作为杂质元素的p型单晶硅片1(直径＝4英寸，最小厚度＝270μm，最大厚度＝300μm，电阻率＝2.0Ω·cm的接收阳光的表面上用切割锯形成具有矩形截面的平行凹槽。形成凹槽，使它与连接晶片的最厚位置和最薄值的一根直线平行。在此使用的磨削刀片的刀口部分厚为450μm，直径为50mm以及具有刀口间距为50μm，与例1的相同。根据规定的磨削刀片厚度为450μm以及沉积角为5°，则凹槽的最小厚度为h被限定为50μm。在此规定的工艺条件包括磨削刀片的转速为60rpm以及晶片进料速度为1.5mm/s，其中有冷水供应到刻划位置。晶片通过在工作表面对过表面的直空吸盘被吸住。为了比较，也制作了在凹槽的纵方向垂直于连接晶片的最厚位置和最薄位置的一根直线的晶片(即垂直于示于图3的凹槽方向)(比较晶片2)。然后两种晶片都受到与例1中那些相似的制作工艺，从而制造本发明的太阳能电池(发明电池2)和用作比较的太阳能电池(比较电池2)。
如此制作的太阳能电池的输出特性用阳光模拟器来测量(光强度1KW/m2，光谱AM1.5球面)输出特性的测量结果示于表2。
表2
发明电池2示出了它的占空因数比比较电池的约大1.9％，并示出了较高的输出。从而得出结论，采用本发明在获得较高的输出方面是成功的。
该太阳能电池还根据四端法在绝对的黑暗中测量了电流—电压特性，从而估计了串联电阻。测量结果示于表3。
表3
从结果可以看出，发明电池2和比较电池2的串联电阻之差达到0.55Ω·cm2。因此认为前面提及的在占空因数方面的差是归因于在串联电阻方面的差。至于说到OECO电池，通过把凹槽形成得与连接晶片的最厚点和最薄点的直线相平行就可成功地减小指状电极的电阻损耗，并因此可增加输出。
(例3)用于制作太阳能电池的、含有III族元素镓作为杂质元素的p型单晶硅基片(10cm2，基片厚度＝300μm，电阻率＝0.5Ω·cm，厚度变化＝最大25μm)的接收阳光的表面上，根据本发明的制作方法形成多个具有矩形截面的凹槽。在此使用的凹槽刻划刀片的刀口部分的厚度为450μm，直径为50mm，并连在一起而保持刀口间距为50μm，从而构成了复合凹槽刻划刀口。该复合凹槽刻划刀口设置在工作台上面突出高度h为50μm的地方。在此规定的工艺条件包括复合凹槽刻划刀口的转速为50rpm，以及基片进料速度为1mm/s。晶片通过在其上面形成凹槽的第一主表面的对过表面(第二主表面)上的真空吸盘吸住，而把第一主表面放得与工作台的基片进料表面紧密接触。然后，基片沿垂直于凹槽刻划刀口的厚度方向的方向上移动，而如参考图9的上面所作的解释那样把冷水加到工作的位置，从而在半导体单晶基片上形成多个凹槽。在这工艺中获得的半导体单晶基片称之为发明基片3。
作为比较，把另一片半导体单晶基片固定在工作台上，能让凹槽刻划刀口啮住在基片的上表面上，然后，在平行于工作台的基片进料表面方向上移动凹槽刻划刀口，从而形成根据常规方法形成凹槽。在这工艺中获得的半导体单晶基片称之为比较基片3。
然后，用氢氧化钾水溶液腐蚀各个基片，从而除去损伤层，而采用等离子体CVD装置，在后表面上形成氮化硅薄膜。然后，通过热扩散把V族元素磷作为杂质引进到接收光的表面一侧，从而形成具有薄层电阻为100Ω/口的n型发射极层。然后通过气相沉积铝在后表面上形成厚为2μm的电极。接下来，通过热氧化在接收光的表面上形成厚为2μm的隧道氧化薄膜，然后从垂直于平行凹槽的纵方向的方向，且与第一主表面倾斜5处气相沉积铝，然后在凹槽的两侧面上只有在一侧上形成厚为5μm的电极。然后，把在每个邻接凹槽间突出隆起物的顶部表面上也沉积不需要的金属部分，通过采用磷酸水溶溶腐蚀来除去。目的在于提供对付阳光的防反射措施和表面保护，通过等离子体CVD在接收光的表面上形成厚度为70nm的氮化硅薄膜，从而制作了太阳能电池。
该太阳能电池的电流—电压特性，用阳光模拟器(光强度1KW/m2，光谱AM1.5球面)来测量。从电流—电压特性推导得到的各种特性示于表4。
表4
从结果中发现，发明电池3示出它的占空因数(电流—电压曲线的曲线因数)比比较电池3的要大5.7％，这指出有高的最大输出。接下来，用SEM观察形成在太阳能电池表面上的电极。与发明电池了相比，发现比较电池3在整个接收光的表面上，在凹槽电池电极高度的短缺最大达到15μm左右。示于在上面的表1中的输出差主要归因于占空因数之差。认为在占空因数上的差是由于通过SEM观察透露的电极截面积短缺引起的串联电阻的增加而造成的。
从以上来看是清楚的，本发明在几乎均衡了形成在凹槽内侧面上所有指状电极的高度，以仅在抑制在整个接收光的表面部分的变化方面是成功的。这就使得有可能来制造能够抑制串联电阻的电极，并获得高输出的太阳能电池。
(例4)根据本发明的凹槽刻划是采用示于图11的工作台来进行的，在这工作台上具有形成在其上的，宽为2mm，深为5mm的平行的削屑排除凹槽，以凹槽间距为2mm平行于基片进料方向来形成的。在此所用的基片是用于制作太阳能电池的p型单晶硅基片，它含有III族元素的硼作为杂质元素(10cm)见方，基片厚度＝250μm，电阻率＝1.0Ω·cm，厚度变化＝最大20μm)。在此所用的凹槽刻划刀片是由具有厚度为450μm和直径为50mm的矩形截面的刀口部分组成的，这些刀口部分又连在一起向保持着50μm的刀口间距，从而构成复合凹槽刻划刀口。该复合凹槽刻划刀口设置在工作台上面突出高度为50μm处。在这里规定的工艺条件包括复合凹槽刻划刀口的转速为60rpm，和基片进料速度为1.25mm/s，而通过与例3中所描述的一样来移动基片，把凹槽形成在第一主表面上。
另一凹槽刻划的实验也是采用不具有削屑排除凹槽的工作台，在相同的条件下进行的。加工了有50条的各个样品，而可接收率是假设样品在凹槽刻划后没有玻璃和碎片，以及没有诸如与凹槽深度的设定值有偏离的非一致性作为可接收样品来决定的。当使用没有削屑排除凹槽的工作台时，发现可接收率为83％，但当使用具有削屑排除凹槽的工作台时，发现可接收率为98％，以此可接收率改善多达15％。这就证明了在生产率方面的改善。
权利要求
1.一种太阳能电池，其特征在于，它有接收光的表面，这个接收光的表面是由在其上具有多个近于平行的凹槽的半导体单晶基片的第一主表面构成的，每个凹槽具有在凹槽的横着方向上配置在它的内侧面中只有一侧上的用于引出输出的电极，其中每个凹槽的最小深度h满足下列关系式h≥W1tanθ此外θ代表在沿着半导体单晶基片的厚度方向，形成在一条沿着垂直于各个凹槽纵方向的任意横截面来看的、在所有凹槽间具有最大深度的凹槽上的电极的下端部连接没有电极形在其上的同一凹槽内侧面上端部的一根直线和垂直于厚度方向的参考线之间的夹角，而以代表由凹槽的两个开口边缘间的距离所定义的凹槽宽度。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述在各个凹槽的底面部分，在这部段观察到的半导体单晶基片的厚度是均匀的。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，所述各个凹槽的纵方向位于与参考线平行，或成45°倾角或略为偏离，该参考线被定义为沿着基片的第一主表面，连接半导体基片的最厚位置和最薄位置的一根直线。
4.如权利要求3所述太阳能电池，其特征在于，所述第一主表面具有横越各个凹槽形成在其上的汇流条电极，以便与形成在凹槽上的电极彼此电接触，此处决定汇流电极形成的位置是更为接近于最厚位置而不是接近于较薄位置。
5.如权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，假设半导体单晶基片由垂直地通过连接最厚位置和最薄位置的直线中点所画的一根直线二等分，汇流条电极的全部位置落在最厚位置所属的一半之内。
6.如权利要求4或5所述的太阳能电池，其特征在于，所述流汇条电极配置在相对于整个凹槽阵列或包括最长凹槽在内的部分阵列，以便把在凹槽上形成的电极分成配置在较靠近最厚位置一侧上的第一部分和配置在较靠近最薄一侧又较长于第一部分的第二部分，以及把汇流条电极的位置调节成使得较长的凹槽具有较长的第一部分。
7.如权利要求1到6中任一权利要求所述的太阳能电池，其特征在于，所述半导体单晶基片是硅单晶基片，第一主表面具有接近{100}的晶向，而凹槽形成在与<110>方向不一致方向的第一主表面上。
8.一种制造太阳能电池的方法，其特征在于，包括至少在半导体基片的一个主表面上形成多个凹槽的步骤，其中凹槽刻划刀片能在保持凹槽刻划刀片的刀口部分在工作台平坦的基片进料表面上突出一预定的高度下转动，以及在半导体基片的一个主表面上刻划凹槽而保持主表面与基片进料表面的紧密接触，并沿着相对于凹槽刻划刀片的基片进料表面，在垂直于凹槽刻划刀片厚度方向的方向上移动基片。
9.如权利要求8所述的制造太阳能电池的方法，其特征在于，所述凹槽刻划刀片中包括多个在固定的间距上、同心地连结地刀口部，并能一起转动；以及采用突出同一高度的刀口部分在半导体基片的一个主表面上以固定的间距成组地形成多个凹槽。
10.如权利要求8或9所述的制造太阳能电池的方法，其特征在于，所述工作台在其基片进料表面上具有削屑排除凹槽。
11.如权利要求8到10中任一权利要求所述制造太阳能电池的方法，其特征在于，所述工作台在导引基片进料表面向上时是固定的，基片在生表面一侧的对面吸收时被固定；以及凹槽通过被吸住固定的基片朝着固定的凹槽刻划刀片的移动来刻划的。
12.通过在权利要求8到11中任一权利要求所述方法制造太阳能电池。
全文摘要
根据本发明的第一方面的太阳能电池是采用硅单晶基片的OECO太阳能电池，其中每条凹槽的最小深度h总是满足关系式h≥W
文档编号H01L31/0236GK1498426SQ02806810
公开日2004年5月19日 申请日期2002年3月19日 优先权日2001年3月19日
发明者生岛聪之, 之, 大塚宽之, 俊, 高桥正俊, 渡部武纪, 纪 申请人:信越半导体株式会社, 信越化学工业株式会社