光电动势装置及其制造方法

专利名称：光电动势装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光电动势装置及其制造方法。
背景技术：
目前在地球上使用的电力用太阳能电池的主流是硅太阳能电池，一般希望尽量简 化硅太阳能电池的量产水平的工艺流程来降低制造成本。下面说明该硅太阳能电池的以往 的制造方法的一例。在使磷(P)等热扩散来形成η型扩散层的P型硅衬底的受光面侧的表 面上，将氮化硅膜形成为反射防止膜。之后，通过丝网印刷法在背面涂布铝膏和背面用银膏 并使其逐渐干燥，另外，通过丝网印刷法在受光面侧的反射防止膜上涂布银膏并使其干燥， 之后，在700 900°C下进行烧制。由此，在背面侧，铝从铝膏向硅衬底高浓度地扩散，形成 通常被称为BSF(Back Surface Field 背表面场)层的ρ+层，在该ρ+层的上表面形成通 过烧制铝膏而生成的背面铝电极和通过烧制背面用银膏而生成的背面银电极。在进行该 烧制时，背面铝电极与背面银电极之间的边界成为合金状态，故还被电连接。另外，背面铝 电极形成在硅衬底的整个背面，背面银电极局部地形成在硅衬底的背面的规定位置。另一 方面，在受光面侧形成表面银电极，该表面银电极贯穿反射防止膜而与η型扩散层电接触。 通过进行以上处理，形成太阳能电池单元(例如参照专利文献1)。之后，用突出电极(tab electrode)连接该太阳能电池单元的表面银电极与其它太阳能电池单元的背面银电极，将 多个单元之间串联连接，由此形成模块。但是，在这样形成的太阳能电池单元中，使从受光面侧入射的光向受光面侧反射 的背面铝电极的反射率为60%左右，无法有效地利用入射到太阳能电池单元的光。因此，以 往为了提高在该背面上的反射率来有效地利用入射到太阳能电池单元的光，提出了一种如 下结构的太阳能电池(例如参照专利文献2)去除形成在ρ+层上的背面铝电极，在ρ+层 的整个表面上设置由反射率高于铝的银或铜构成的光反射电极层。专利文献1 日本特开2004-207493号公报专利文献2 日本特开平5-129640号公报

发明内容
发明要解决的问题为了制造上述专利文献2所记载的太阳能电池，在背面上形成用于形成P+层的铝 膜，并对其进行烧制来形成P+层，之后利用氢氟酸、盐酸、硝酸的混合液去除未扩散而残留 的铝层，通过蒸镀法或溅射法等形成银或铜等的光反射电极层。但是，通常，当在氢氟酸、盐 酸、硝酸的混合液中浸渍金属时金属被蚀刻，因此在形成表面银电极时，无法直接利用上述 专利文献1的方法，需要进行以下所示的处理。例如，必须利用对混合液具有抵抗性的掩膜 材料来保护受光面侧，在去除背面的铝层之后，去除受光面侧的掩膜材料，或者在受光面上 未形成电极的状态下仅在背面侧先形成P+层之后去除背面侧的铝层，在此基础上重新印 刷并烧制形成受光面侧的表面银电极。
这样，相对于能够在一次烧制中形成表面及背面的电极的具有背面铝电极的结构 的太阳能电池，在背面上形成有光反射电极层的结构的太阳能电池中，存在如下问题由于 包括为了使其它银电极保持原样而仅去除形成背面的P+层而所需的铝层的工序，因此导 致工序数量增加。另外，在形成光反射电极层时，使用银或铜等的金属材料，因此需要使用 蒸镀装置、溅射装置之类的高价且成膜中需要时间的真空设备，与专利文献ι所记载的方 法相比，还存在进行成膜需要时间和成本的问题。本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于得到一种具有用于有效地利用在光电 动势装置中的背面侧上反射光的结构的光电动势装置。另外，目的还在于得到一种如下的 光电动势装置的制造方法在制造该光电动势装置时，与使用背面铝电极的情况相比，不那 么增加工序数量，抑制时间和成本，提高光在背面侧的反射率。用于解决问题的方案为了达到上述目的，本发明所涉及的光电动势装置的特征在于，具备第一导电型 的半导体衬底；第一扩散层，该第一扩散层是在所述半导体衬底的光入射面侧扩散第二导 电型的杂质而得到的；表面电极，形成在所述第一扩散层上；第一导电型的第二扩散层，形 成在所述半导体衬底的与光入射面相对的背面；背面电极，形成在所述第二扩散层上的规 定位置处；以及由绝缘性材料构成的反射层，形成在形成有所述背面电极的所述第二扩散 层上，用于反射光。发明的效果根据本发明，由于设置了与以往的结构相比提高在IOOOnm以上的长波长下在背 面上的反射率的反射层，因此具有以下效果与以往的结构相比提高未被吸收而透过半导 体层部的光在反射层上被反射的比例，能够提高发电效率。


图1-1是示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的一例的俯视图。图1-2是图1-1的太阳能电池单元的背面图。图2是图1-1的A-A截面图。图3-1是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例 的截面图(其一)。图3-2是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例 的截面图(其二)。图3-3是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例 的截面图(其三)。图3-4是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例 的截面图(其四)。图3-5是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例 的截面图(其五)。图3-6是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例 的截面图(其六)。图3-7是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例的截面图(其七)。图3-8是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例 的截面图(其八)。图3-9是示意性地示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例 的截面图(其九)。图4-1是示意性地示出背面银电极附近的退火时的样子的截面图(其一)。图4-2是示意性地示出背面银电极附近的退火时的样子的截面图(其二)。图4-3是示意性地示出背面银电极附近的退火时的样子的截面图(其三)。图5-1是示意性地示出由多个太阳能电池单元构成的太阳能电池模块的制造方 法的一例的立体图(其一)。图5-2是示意性地示出由多个太阳能电池单元构成的太阳能电池模块的制造方 法的一例的立体图(其二)。图5-3是示意性地示出由多个太阳能电池单元构成的太阳能电池模块的制造方 法的一例的立体图(其三)。图5-4是示意性地示出由多个太阳能电池单元构成的太阳能电池模块的制造方 法的一例的立体图(其四)。图6是示出本实施方式1的形成有反射层的太阳能电池和通过以往的制造方法形 成的太阳能电池的内部量子效率和反射率的波长依赖性的图。图7是示出本实施方式1的形成有反射层的太阳能电池和通过以往的制造方法形 成的太阳能电池的短路电流密度和转换效率的结果的一例的图。图8-1是示意性地示出本发明的实施方式2的太阳能电池模块的制造方法的一例 的截面图(其一)。图8-2是示意性地示出本发明的实施方式2的太阳能电池模块的制造方法的一例 的截面图(其二)。图8-3是示意性地示出本发明的实施方式2的太阳能电池模块的制造方法的一例 的截面图(其三)。附图标记说明5a、5b 单元；10 太阳能电池单元；11 半导体层部；12 :p型硅衬底；13 :n型扩散 层；14 :p+层；15 反射防止膜(氮化硅膜)；16 表面银栅电极；17 表面银汇流电极；18 背面银电极；19 突出电极(tab electrode) ；19a 凸出部；20 反射层；31 掩膜；51 铝 膏；52 背面用银膏；53 表面用银膏；54 招层；56 铝银合金部；60 横突出电极。
具体实施例方式下面，参照附图来详细说明本发明所涉及的光电动势装置及其制造方法的优选实 施方式。此外，在以下的实施方式中，以太阳能电池为例说明光电动势装置，但是本发明并 不限定于这些实施方式。另外，在以下的实施方式中使用的太阳能电池的截面图是示意性 地，层的厚度与宽度之间的关系、各层的厚度的比例等与实际不同。实施方式1图1-1是示出本发明的实施方式1的太阳能电池单元的一例的俯视图，图1-2是图1-1的太阳能电池单元的背面图，图2是图1-1的A-A截面图。该太阳能电池单元10具 备具有光电转换功能的半导体层部11，其包括作为半导体衬底的P型硅衬底12、导电型 与该ρ型硅衬底12的表面的导电型相反的η型扩散层13及包含高浓度杂质的ρ+层(BSF 层)14 ；反射防止膜15，其设置于该半导体层部11的受光面，防止入射光的反射；表面银栅 电极16，在受光面上沿规定方向并行设置有多个该表面银栅电极16，以使局部地集中在该 半导体层部11中发电得到的电；表面银汇流电极17，其设置为与表面银栅电极16大致垂 直以取出在表面银栅电极16中集中的电；背面银电极18，其集中在半导体层部11中发电 得到的电；突出电极19，其设置于表面银汇流电极17和背面银电极18的上表面，用于将多 个太阳能电池单元10串联连接；以及反射层20，其使从受光面侧入射并透过半导体层部11 的光向半导体层部11反射，形成在形成有背面银电极18的ρ+层14的整个表面上。此外， 将表面银栅电极16和表面银汇流电极17统称为表面银电极。在此，反射层20由在IOOOnm以上的长波长区域的光反射率高于在ρ型硅衬底12 的背面侧形成铝的情况下的反射率的材料构成。另外，作为整个反射层20具有绝缘性。作 为该反射层20，能够列举出将铝微粒粉分散在绝缘性树脂中来形成的金属系涂料、将微量 氧化钛混合在绝缘性树脂来形成的白色系涂料等。在这样构成的太阳能电池单元10中，当太阳光从太阳能电池单元10的受光面侧 照射到半导体层部11的ρη接合面(P型硅衬底12与η型扩散层13之间的接合面)时，生 成空穴和电子。通过Pn接合面的电场，所生成的电子向η型扩散层13移动，空穴向ρ+层 14移动。由此，在η型扩散层13中电子过剩而在ρ+层14中空穴过剩，其结果，产生光电动 势。该光电动势向使Pn结正向偏置的方向产生，与η型扩散层13连接的表面银汇流电极 17成为负极，与P+层14连接的背面银电极18成为正极，电流流入未图示的外部电路。另外，从太阳能电池单元10的受光面侧入射的太阳光中，未被半导体层部11吸收 的光入射到反射层20。与将铝作为背面电极的情况相比，反射层20能够更有效地反射所入 射的光、特别是IOOOnm以上的长波长区域的光，因此能够提高在半导体层部11中光电转换 的反射光的比例。接着，说明这种结构的太阳能电池的制造方法。图3-1 图3-9是示意性地示出 本发明的实施方式1的太阳能电池单元的制造方法的一例的截面图，图4-1 图4-3是示 意性地示出背面银电极附近的退火时的样子的截面图，图5-1 图5-4是示意性地示出由 多个太阳能电池单元构成的太阳能电池模块的制造方法的一例的立体图。在太阳能电池的情况下，使用从例如通过上引方法(pullingmethod)或铸造法制 造的块(ingot)切片得到的单晶硅衬底或多晶硅衬底的情况多。在这种情况下，为了消除 由用于切片的钢丝锯(wire saw)等的缺陷所造成的衬底表面损伤以及晶片切片工序的污 染，使用氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液等碱性水溶液、或者氢氟酸和硝酸的混合液等， 蚀刻衬底表面大致10 20 μ m左右。并且，为了去除附着于衬底表面的铁等重金属类，也可 以附加用盐酸和过氧化氢的混合液来清洗的工序。也有之后使用氢氧化钾水溶液、氢氧化 钠水溶液等碱性水溶液等形成作为反射防止结构的纹理结构(微细的凹凸结构)的情况。 通过以上处理，准备用于制造太阳能电池单元的硅衬底12 (图3-1)。在此，假设使用ρ型硅 衬底。接着，为了在ρ型硅衬底12上形成ρη结，形成η型扩散层13 (图3- 。具体地说，将氯氧化磷(POCl3)用作磷的扩散源来进行热扩散，由此磷(P)在ρ型硅衬底12的表 面上扩散，形成导电型被反转的η型扩散层13。此外，在没有特别设计的情况下，η型扩散 层13形成在ρ型硅衬底12的整个表面上。η型扩散层13的深度是能够通过控制扩散温 度、时间来改变的，在此，形成0. 3 0. 5 μ m左右的范围的η型扩散层13。另外，该η型扩 散层13的方块电阻(sheet resistance)为几十Ω / □左右。之后，仅在硅衬底12的一个主表面上涂布抗蚀剂，通过蚀刻来去除未被抗蚀剂覆 盖的表面的η型扩散层13，之后，使用有机溶剂等来去除抗蚀剂。由此，得到仅在一个主表 面上形成有η型扩散层13的ρ型硅衬底12 (图3-3)。此外，作为η型扩散层13的形成方法，还能够利用旋转涂布机等仅在ρ型硅衬底 12的一个主表面上涂布含有磷的液体涂布材料、例如PSG(Wiospho-Silicate-Glass 磷硅 玻璃)等，在适当的条件下进行退火来使磷扩散，仅在一个表面上形成η型扩散层13。当 然，在这种情况下，在担忧η型扩散层13形成到硅衬底12的背面的情况下，与上述同样地， 也能够在一个主表面上形成抗蚀剂，通过蚀刻来去除形成在另一表面上的η型扩散层13， 由此提高完整性。接着，在η型扩散层13上形成作为反射防止膜15发挥功能的氮化硅膜。由于该氮 化硅膜，太阳能电池单元10对入射光的表面反射率降低，因此能够大幅增加产生电流(图 3-4)。氮化硅膜的厚度还依赖于其折射率，例如在折射率为1. 9 2. 1左右的情况下，氮化
硅膜的厚度为700~900(埃)左右适合。使用减压CVD (Chemical Vapor D印osition
化学气相析出)法、等离子体CVD法来形成该氮化硅膜。在热CVD法的情况下，将二氯甲硅烷(SiCl2H2)和氨气(NH3)作为原料的情况较多， 在700°C以上的温度下进行成膜。由于在该方法中在高温下对原料气体进行热分解，因此在 氮化硅膜中几乎不包含氢，Si与N的组成比大致为作为化学计算量组成的Si3N4，折射率也 大致处于1. 96 1. 98的范围。因而，在这种氮化硅膜的情况下，具有如下特征即使在后 续工序中施加热处理，氮化硅膜的膜质(膜厚、折射率)也不变化，膜质非常细密。另外，作为通过等离子体CVD法形成的情况下的原料气体，一般使用SiH4与NH3的 混合气体，利用等离子体分解原料气体，在300 550°C的温度下进行成膜。在该等离子体 CVD法的情况下，与热CVD法相比进行低温成膜，因此具有如下特征包含在原料气体中的 氢还包含在氮化硅膜中；由于气体分解是通过等离子体进行的，因此使Si与N的组成比也 较大地发生变化等。具体地说，通过改变原料气体的流量比、成膜时的压力、温度等的条件， Si、N、氢的组成比发生变化，能够形成折射率为1. 8 2. 5的范围的氮化硅膜。在这种膜质 的情况下，存在如下情况在后续的施加热处理的工序、例如之后的电极烧制工序中，由于 氢脱离等现象而折射率与紧接在成膜之后相比发生变化。在这种情况下，通过预先考虑由 后续工序中的热处理所产生的膜质变化(即，折射率变化)，决定成膜条件，由此形成太阳 能电池的反射防止膜15所需的氮化硅膜即可。接着，在ρ型硅衬底12的背面，通过丝网印刷法在ρ型硅衬底12的背面的几乎整 个表面(除了涂布背面用银膏52的位置以外的区域)上涂布铝膏51，另外，在ρ型硅衬底 12的背面的规定位置(未涂布铝膏51的位置)上涂布背面用银膏52，并使其逐渐干燥，进 一步通过丝网印刷法在反射防止膜15(氮化硅膜)上涂布成为表面银电极的表面用银膏53 并使其干燥(图3-5)。此外，铝膏51与权利要求书中的第一导电型元素含有膏相对应。
之后，在700 900°C下在几分 十几分钟内流通氧浓度为30%以上的氧气与氮 气的混合气体的状态下在近红外炉中进行烧制(图3-6)。其结果，在ρ型硅衬底12的背面 侧，在烧制过程中作为P型杂质的铝从铝膏51扩散到ρ型硅衬底12中，形成高浓度地含有 铝的P+层14。在该烧制处理中未使用于扩散而残留的铝膏51成为铝层M。另外，背面用 银膏52也被同时烧制，成为处于烧制后状态的背面银电极18。关于进行该烧制时的铝层 54与背面银电极18之间的边界的状态，将在后面叙述。如上所述，背面的大部分位置还需要形成ρ+层14，被铝层讨所占据。作为铝膏 51，例如使用将铝粉末分散在有机载体而得到的厚膜膏组合物、或者将铝粉末和之后的稀 氢氟酸处理工序中能够去除的玻璃粉分散在有机载体而得到的厚膜膏组合物。另一方面， 背面银电极18无法焊接到铝电极上，因此作为用铜箔等相互连接太阳能电池单元10的电 极而形成在背面的一部分。因此，对银膏使用例如将银粉末和玻璃粉末分散在有机载体而 得到的厚膜膏组合物。另外，在表面侧，由玻璃成分和银料(silver frit)构成的表面用银膏53成为在 烧制过程中熔融并贯通作为反射防止膜15的氮化硅膜、成为能够与η型扩散层13电接触 (烧制贯穿(fire through))的表面银电极16、17 (此外，表面银汇流电极17没有图示)。这些成为表面及背面的电极的银膏52、53中所包含的玻璃粉的一部分在烧制后 作为熔融的玻璃而在电极表面侧析出。因此，在以这个状态在背面银电极18和表面银电极 16、17上焊接用于将太阳能电池单元10与太阳能电池单元10相互电连接的铜箔的情况下， 为了去除在焊接的热施加时析出在表面的熔融玻璃，需要使用含有使玻璃熔融的酸系树脂 作为焊剂(flux)的材料来使银电极露出，另外，在之后的模块化的阶段还需要用专用焊剂 去除剂等来清洗太阳能电池单元。因此，在本实施方式1中，为了去除在烧制电极之后在表面及背面的银电极16 18的表面侧析出的熔融玻璃成分，在1 10 1 500左右、期望是1 25 1 200 左右的稀氢氟酸中将图3-6的状态的太阳能电池单元10 (ρ型硅衬底12)浸渍几秒 几分 钟的时间。在此，在浸渍在该稀氢氟酸中时，形成在P型硅衬底12的表面及背面的银电极 16 18和反射防止膜15 (氮化硅膜)不会丧失其性能。即，在反射防止膜中，不会蚀刻至反 射防止效果发生变化的程度，在银电极17、18中，在经过了之后的焊接工序的装配工序中， 能够保持突出电极19与银电极17、18的机械强度。另外，通过该浸渍，表面及背面的银电 极17、18的表面的熔融玻璃被去除，从而露出银电极面。因而，焊接到铜箔的焊剂与包含使 玻璃熔融的酸系树脂的材料相比，反应性被抑制，能够使用在模块化时不需要清洗的焊剂。在以往的太阳能电池单元中，在该稀氢氟酸处理工序中也得到充分的附着力，形 成使用含有玻璃粉的铝膏的铝电极。但是，在本实施方式中，使用不包含玻璃粉、或者包含 能够在稀氢氟酸处理工序中去除的玻璃粉的铝膏51，因此在稀氢氟酸处理工序中，在去除 形成在图3-6的状态的太阳能电池单元的表面及背面的银电极17、18的表面的熔融玻璃粉 时，能够在形成有表面及背面的银电极16 18的状态下去除铝层图3-7、图5-1)。在此，使用图4-1 图4-3详细说明背面电极形成用膏的涂布工序至稀氢氟酸处 理工序。在背面电极形成用膏的涂布工序中，以硅衬底12的背面上的规定位置不被涂布的 方式印刷铝膏51，在未印刷铝膏51的位置处印刷背面用银膏52。此时，实际上，如图4-1所 示，背面用银膏52不仅被印刷在ρ型硅衬底12所露出的区域，还被印刷成与该区域相接的周围的铝膏51重叠。烧制时，由于在背面用银膏52中不包含铝，因此如烧制后的图4-2所 示，在与背面银电极18相接触的ρ型硅衬底12中没有形成ρ+层14。另外，在涂布有铝膏 51的部分形成铝层M，在铝膏51与背面用银膏52重叠的部分形成铝银合金部56。这种情 况下的铝层讨的附着强度为如下能够认出基于例如JIS K5400-8. 4. 1或JISKM00-8. 4. 2 所记载的实验的值为H以下的柔软的铅笔H或HB引起的划痕。在稀氢氟酸处理工序之后， 如上所述，铝层M被去除，但是背面银电极18和铝银合金部56被残留，在铝银合金部56中 与P+层14之间电连接。以上是去除铝层M之后的烧制时的铝层M与背面银电极18之 间的边界的状态。之后，形成由铜构成的突出电极19，该突出电极19形成为覆盖表面银汇流电极17 上并且延伸至表面银汇流电极17上的一个端部侧。将与该突出电极19的与ρ型硅衬底12 相比向外侧延伸形成的部分称为凸出部19a。另外，以将在背面上以规定间隔形成的背面银 电极18之间相连接的方式形成由铜构成的突出电极19 (图3-8、图5-2)。接着，将形成在ρ型硅衬底12的表面侧的突出电极19的凸出部19a焊接到相邻 的太阳能电池单元10的背面的突出电极19的形成位置，将太阳能电池单元10之间串联连 接来进行单元化(图5- 。在图5-3的例子中，将串联连接5个太阳能电池单元10而成的 部件设为一个单元5a。并且，将沿一个方向排列的该单元fe分别并行配置，将各个单元fe的端部的突出 电极19与横突出电极60进行连接，由此将各个单元fe串联连接规定数量，形成平面状的 单元恥。在此，例如将8个单元fe并联配置，即，将40个太阳能电池单元10串联配置，从 而形成一个平面状的单元恥。在该平面状的单元恥的背面侧，涂布在干燥后能够形成具有 高反射率的层的涂料并使其干燥，形成反射层20 (图3-9、图5-4)。如下形成该反射层20 通过进行喷射涂布或喷雾涂布等喷涂涂装将含有铝微粒粉的金属系涂料、白色系涂料施加 到P型硅衬底12的背面侧(形成有突出电极19的ρ+层14上)。之后，虽然未图示，但是 用EVA^thylene-Vinyl-Acetate 乙烯醋酸乙烯酯)等透明树脂以密封的方式夹持形成有 反射层20的平面状的单元恥，在平面状的单元恥的表面侧粘接强化玻璃，在背面侧通过层 压来粘接背膜(back film)。此外，期望背膜具有耐湿性。通过以上处理，形成太阳能电池 模块。下面，示出评价本实施方式1的太阳能电池的特性得到的结果。此外，在此，作为 本实施方式1的太阳能电池的反射层，制作涂布将铝粉混合得到的金属系涂料而得到的反 射层和涂布将微量氧化钛混合得到的白色系涂料而得到的反射层这两种反射层，并进行评 价。另外，作为比较对照，还制作在通过以往的制造方法形成的P+层上具有背面铝电极的 太阳能电池，并进行评价。图6是示出本实施方式1的形成有反射层的太阳能电池和通过以往的制造方法形 成的太阳能电池的内部量子效率和反射率的波长依赖性的图。在该图中，横轴表示照射到 太阳能电池的光的波长，纵轴表示内部量子效率和反射率。另外，该图中的反射率表示从空 气中入射到太阳能电池的光再次反射到空气中时的反射率。如该图6所示，对背面进行了金属涂装、白色涂装，这与以往的背面为铝电极的情 况相比，在IOOOnm以上的长波长区域中反射率和内部量子效率变高。这表示以下情形从 IOOOnm起的长波长区域中通过来自背面的反射层20的反射效果测量的反射率变高，在以往结构的背面的铝电极中吸收的光的一部分被反射并透过硅衬底12内，由此内部量子效 率提高。此外，存在反射程度依赖于涂料的组成且白色涂装与金属涂装相比反射率变高的 趋势。图7是示出本实施方式1的形成有反射层的太阳能电池和通过以往的制造方法 形成的太阳能电池的短路电流密度和转换效率的结果的一例的图。如该图7所示，作为太 阳能电池的特性，对背面进行了金属涂装、白色涂装，这与以往的具有背面铝电极的情况相 比，短路电流密度和转换效率也提高。根据本实施方式1，在形成表面及背面的银电极16 18时，将不包含玻璃粉末或 者包含通过稀氢氟酸处理溶化的玻璃粉末的铝膏51涂布在未形成背面银电极18的区域并 进行烧制，因此通过烧制同时形成表面及背面的银电极16 18，另外，能够在硅衬底12的 背面形成P+层14，并且通过之后的稀氢氟酸处理能够去除形成在背面的铝层M和在表面 及背面的银电极16 18析出的熔融玻璃膜而不使反射防止膜15 (氮化硅膜)的性能劣 化。因此，能够解决以往的为了去除铝层M而无法同时形成表面及背面的银电极16 18 或者增加保护表面银电极16、17的工序之类的问题。另外，这样形成的太阳能电池具有提 高IOOOnm以上的长波长下的背面的反射率并提高发电效率的效果。实施方式2在实施方式1中，如图5-4所示，在将太阳能电池单元串联装配40个的状态下利 用EVA等密封太阳能电池单元，虽然根据反射层的材质而反射效果高，但是在模块化的情 况下，发生不能得到与EVA之间的充分的粘接强度的情况。因此，在本实施方式2中，说明 在使用这种反射层的情况下也能够得到太阳能电池单元背面侧与EVA之间的充分的粘接 强度的结构的太阳能电池单元的结构及其制造方法。图8-1 图8-3是示意性地示出本发明的实施方式2的太阳能电池模块的制造方 法的一例的截面图。与在实施方式1的图3-1 图3-8中的说明同样地，在ρ型硅衬底12 的受光面侧形成η型扩散层13和作为反射防止膜15的氮化硅膜和表面银电极16、17，在背 面侧形成P+层14和背面银电极18。此时，形成ρ+层14时使用的铝层M通过稀氢氟酸处 理被去除。另外，在表面银汇流电极17上形成由铜构成的突出电极19，以连接背面银电极 18的方式形成由铜构成的突出电极19，使形成在表面银汇流电极17上的突出电极19的凸 出部19a与相邻的其它太阳能电池单元10的背面侧的突出电极19相接触。接着，在各太阳能电池单元10的背面侧放置格子状的掩膜31 (图8-1)，在该状态 下进行反射层20的喷涂涂装(spray coating)(图8- 。由此，在未放置掩膜31的部分不 进行涂装，而在P+层14上以格子状形成未涂布反射层20的区域。从该状态去除放置的掩 膜31 (图8-3)。由此，在形成有掩膜31的部分形成剥出ρ+层14的区域32。之后，如在实 施方式1中说明的那样，太阳能电池单元10以用EVA等透明树脂夹持平面状的单元恥的 方式进行密封，在表面侧粘接模块用强化玻璃，在背面侧通过层压粘接背膜，从而形成太阳 能电池模块。由此，在太阳能电池单元10的背面的ρ+层14上形成具有以格子状露出ρ+层14 的表面的区域32的反射层20。此外，作为在背面放置的掩膜31的形状，例如设为宽为1mm、 间隔为IOmm的格子状图案时，未涂装的部分小于总面积的10%，反射效果几乎不被损坏， 并且粘接强度也充分。这样，期望未形成反射层20的区域32的面积小于背面的总面积的10%。另外，在以上说明中，以格子状形成未形成反射层20的区域32，但是并不限定于此。这样，在ρ+层14上设置未形成反射层20的区域32，对该区域32能够直接粘接 EVA等透明树脂，因此得到太阳能电池单元10与EVA等透明树脂之间充分的附着强度，并且 利用背面反射能够实现发电效率的高效率化。根据本实施方式2，在太阳能电池单元10的背面形成未形成反射层20的区域32， 在露出该P+层14的区域32涂布EVA等透明树脂，因此能够提高P+层14与透明树脂之间 的粘接强度。另外，通过将P+层14所露出的区域32设为小于总面积的10% (即，背面的 总面积的90%以上)，具有能够提高ρ+层14与透明树脂之间的粘接强度而不损坏反射层 20的反射效果的效果。此外，在背面不形成反射层20的情况下，粘接在透明树脂上的背膜 的拉伸强度(在这种情况下是太阳能电池单元10与EVA的粘接强度)达到每1平方厘米 Ikgf，该值在未形成反射层20的区域32占100 5%的区域的情况下，大致维持其强度，但 是当超过5%时降低到OJkgf以下。因而，为了维持拉伸强度，需要10%左右的未形成反 射层20的区域32。此外，在以上说明中，列举了在ρ型硅衬底12上形成η型扩散层13的情况的例子， 但是在将导电型反转的情况下也同样能够应用本发明。另外，不仅对硅衬底，对半导体衬底 能够普遍应用本发明。产业上的可利用性如上所述，本发明所涉及的光电动势装置对光电二极管、太阳能电池等受光元件有用。
权利要求
1.一种光电动势装置，其特征在于，具备 第一导电型的半导体衬底；第一扩散层，该第一扩散层是在所述半导体衬底的光入射面侧扩散第二导电型的杂质 而得到的；表面电极，形成在所述第一扩散层上；第一导电型的第二扩散层，形成在所述半导体衬底的与光入射面相对的背面； 背面电极，形成在所述第二扩散层上的规定位置处；以及由绝缘性材料构成的反射层，形成在形成有所述背面电极的所述第二扩散层上，用于 反射光。
2.根据权利要求1所述的光电动势装置，其特征在于，所述反射层形成在形成有所述背面电极的所述第二扩散层的整个表面上。
3.根据权利要求1所述的光电动势装置，其特征在于，所述反射层形成为覆盖形成有所述背面电极的所述第二扩散层上的总面积的90%以上。
4.根据权利要求1所述的光电动势装置，其特征在于，所述反射层是绝缘膜，该绝缘膜反射有助于包含所述半导体衬底和所述第一扩散层的 半导体层部中的光电转换的波长区域的全部或一部分。
5.根据权利要求4所述的光电动势装置，其特征在于， 所述反射层是含有铝粉末或者氧化钛粉末的绝缘膜。
6.一种光电动势装置的制造方法，其特征在于，包括以下工序第一扩散层形成工序，使第二导电型的杂质扩散在第一导电型的半导体衬底的光入射 面侧，由此形成第一扩散层；膏涂布工序，在所述第一扩散层上涂布规定形状的表面电极用膏，在所述半导体衬底 的与光入射面相对的背面上涂布含有第一导电型元素的在规定位置处形成有开口的第一 导电型元素含有膏以及以覆盖所述第一导电型元素含有膏的开口部的方式涂布背面电极 用膏；烧制工序，烧制所述膏，在所述半导体衬底的背面形成第二扩散层和第一导电型杂质 层，并且在所述第一扩散层上和所述半导体衬底的背面上分别形成表面电极和背面电极， 其中，所述第二扩散层具有比所述半导体衬底高的第一导电型的杂质浓度，未扩散的所述 第一导电型元素含有膏被烧制而形成所述第一导电型杂质层； 去除工序，仅去除所述第一导电型杂质层；突出电极形成工序，在所述表面电极和所述背面电极上形成突出电极；以及 反射层形成工序，在形成有所述突出电极的所述半导体衬底的背面上形成由绝缘性材 料构成的用于反射光的反射层。
7.根据权利要求6所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于，在所述膏涂布工序中使用的所述第一导电型元素含有膏不含有玻璃粉。
8.根据权利要求6所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于，在所述膏涂布工序中使用的所述表面电极用膏和所述背面电极用膏是包含银的膏，所 述第一导电型元素含有膏是包含铝而不包含玻璃粉的膏，在所述去除工序中，使用以1 10 1 500的比例用纯水稀释得到的氢氟酸，选择 性地去除作为所述第一导电型杂质层的铝层。
9.根据权利要求8所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于，对于在所述烧制工序中烧制的作为所述第一导电型杂质层的铝层，能够认出基于JIS K5400-8. 4. 1或JIS K5400-8. 4. 2中所记载的实验的值为H以下的柔软的铅笔引起的划痕。
10.根据权利要求6所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于，在所述反射层形成工序中，在形成有所述背面电极的所述第二扩散层的整个表面上形 成所述反射层。
11.根据权利要求6所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于，在所述反射层形成工序中，以覆盖形成有所述背面电极的所述第二扩散层上的总面积 的90%以上的方式形成所述反射层。
12.根据权利要求6所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于，所述反射层是绝缘膜，该绝缘膜反射有助于包含所述半导体衬底和所述第一扩散层的 半导体层部中的光电转换的波长区域的全部或一部分。
13.根据权利要求12所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于，所述反射层是由将铝粉末或氧化钛粉末混合得到的涂料形成的。
14.根据权利要求13所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于，在所述反射层形成工序中，通过喷射涂布或者喷雾涂布将所述涂料涂布在形成有所述 突出电极的所述半导体衬底上。
全文摘要
得到一种具有用于有效利用光电动势装置中的背面侧的反射光的结构的光电动势装置。具备p型硅衬底(12)；n型扩散层(13)，其是在p型硅衬底(12)的光入射面侧扩散n型杂质而得到的；表面电极，其形成在n型扩散层(13)上；p+层(14)，其形成在与p型硅衬底(12)的光入射面相对的背面；背面银电极(18)，其形成在p+层(14)上的规定位置处；以及由绝缘性材料构成的反射层(20)，其形成在形成有背面银电极(18)的p+层(14)上，用于反射光。
文档编号H01L31/052GK102067332SQ20088012996
公开日2011年5月18日 申请日期2008年6月23日 优先权日2008年6月23日
发明者森川浩昭 申请人:三菱电机株式会社