专利名称：太阳能电池元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池元件及其制造方法。
背景技术：
近年来，伴随着能量问题或环境问题的深刻化，使用了将光能直接转换成电能的太阳能电池元件的太阳光发电受到关注。而且，在市场中，需求一种更高效率且廉价的太阳能电池元件。因此为了增加光电流，而提出一种将受光面电极的一部分或全部配置在非受光面(背面)的背接触太阳能电池元件。作为此种背接触太阳能电池元件，列举有例如在硅等的半导体基板的多个规定部位形成贯通孔，并在该贯通孔填充导电性构件而将受光面侧电极和背面侧电极连接的贯通孔型背接触太阳能电池。在此种贯通孔型背接触太阳能电池中的贯通孔的形成中，提出有例如基于YAG激光或蚀刻的方法(参照专利文献1及2)。另外，记载有例如贯通孔型背接触太阳能电池的贯通孔相对于主面倾斜的情况 (参照专利文献3及4)。在先技术文献专利文献专利文献1 日本特开平5-82811号公报专利文献2 日本特开平6-181323号公报专利文献3 日本特开2009-76512号公报专利文献4 日本特开平4-107881号公报然而，太阳能电池元件中，通常由于从其他的太阳能电池元件多重反射来的入射光的影响，而导致太阳能电池元件的周缘部比中央部的每单位面积产生的电流有增大的倾向。因此，即使在专利文献1 4那样的贯通孔型背接触太阳能电池中，也与通常的太阳能电池模块同样地，越是太阳能电池元件1的周缘部侧的电极，越极端地集中有电流，而电流难以向其他的电极流动，因此作为太阳能电池元件整体，串联电阻存在上升的倾向。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的太阳能电池元件具备半导体基板，该半导体基板具有作为受光面的第一面、作为该第一面的背面的第二面、从所述第一面到所述第二面形成的多个贯通孔，其中，随着所述多个贯通孔的位置从所述半导体基板的中央部朝向周缘部，所述多个贯通孔的开口部的面积增大。另外，本发明的太阳能电池模块使用所述太阳能电池元件。另外，太阳能电池元件的制造方法包括从特定位置改变角度地对半导体基板照射激光而形成多个贯通孔的工序。
[发明效果]鉴于上述情况，本发明将越靠元件的外侧的贯通孔的孔形成得越大而实质上减少各贯通孔之间的电阻差。即，能够使中央部与周缘部的各电极的电流密度相等，能够降低太阳能电池元件的串联电阻分量，从而能够提高光电转换效率。
图1是用于表示本发明的太阳能电池元件整体的俯视图，(a)是表示本发明的太阳能电池元件的第二面(非受光面)的一实施方式的俯视图，(b)是表示在对应的第一面 (受光面)上形成的电极形状的一实施方式的俯视图。图2是图1所示的太阳能电池元件的局部放大剖视图，(a)是图1的X_X方向的局部放大剖视图，(b)是图1的Y-Y方向的局部放大剖视图。图3是用于表示在半导体基板上形成贯通孔的制法的图，(a)是图1的V -V方向的剖视图，(b)是图1的Y’ -Y’方向的剖视图，(C)是图1(b)的局部放大图。图4是用于说明本发明的太阳能电池元件中的电流密度的剖视示意图。图5是用于表示在半导体基板形成贯通孔的激光装置的结构的示意图。图6是说明太阳能电池模块中的多重反射的剖视示意图。
具体实施例方式太阳能电池元件使用图1和图1所示的太阳能电池元件1的局部放大剖视图即图2来说明本发明的太阳能电池元件1。本发明的太阳能电池元件1由半导体基板5构成，该半导体基板具有接受太阳光的第一面Ib和位于第一面Ib背侧的第二面la，且具有将第一面Ib和第二面Ia贯通的多个贯通孔8。另外，在该贯通孔8的内部填充有导电性填充材料，且形成有贯通孔电极2b。如图1(b)所示，在半导体基板5的第一面Ib上形成的受光面电极加大致等间隔地设有多个直线状细线的电极，进而在各一个受光面电极加上连接有三个左右的贯通孔电极2b。若在一个受光面电极加上具备多个贯通孔电极2b，则能够减小每一个贯通孔电极2b中的电流密度，从而减少太阳能电池元件1整体的电阻。与该第一面Ib的电极对应地形成在第二面Ia上的电极的形状如图1(a)所示，在贯通孔电极2b的正下方，与该贯通孔电极2b电连接的矩形形状的第一电极2在一直线上以大致恒定间隔配置多个，在一个第一电极2上连接有一个或多个贯通孔电极2b。而且，设置具有与第一电极2不同的极性的第二电极3，该第二电极3由集电电极 3a和输出电极北构成。即，在上述的配置成直线状的第一电极2和其周边部以外的部分上配置集电电极3a，在该集电电极3a上形成有输出电极北。该输出电极北是用于取出来自各集电电极3a的输出的电极。半导体基板5具有一导电型，如图2(a)、(b)所示，在该半导体基板5的第一面Ib 及第二面Ia具有与半导体基板5的导电型不同的逆导电型半导体层6 (第一逆导电型层 6a、第三逆导电型层6c)。
另外，在半导体基板5的电极用贯通孔8的内面设有第二逆导电型层6b。在使用P型的硅基板作为表示一导电型的半导体基板5时，此种逆导电型层6为 N型，例如将磷等N型杂质向半导体基板5的表面和电极用贯通孔8的内面扩散而形成。另外，在图2 (a)、(b)中，作为集电电极3a的电极材料，尤其是使用铝的情况下，将其涂敷、烧成而形成集电电极3a时，能够同时形成高浓度掺杂层10，由此，将在半导体基板 5中生成的载流子高效率地集电。在此，高浓度是指杂质浓度大于半导体基板1中的一导电型杂质的浓度的情况。如此，在本发明的太阳能电池元件1中，在其第一面Ib设有受光面电极2a，在电极用贯通孔8内部设有贯通孔电极2b，在该第二面Ia上，在逆导电型半导体层6上设有第一电极2，而且在逆导电型半导体层6的非形成部设有集电电极3a和输出电极北作为第二电极3。另外，为了使半导体基板5的一导电型(例如P型)和逆导电型层(例如N型) 电分离(PN分离)，而如图1(a)所示，以包围第一电极2的方式在第一电极2的周边部设置分离槽9a，而且在半导体基板5的第二面Ia的周缘部设置分离槽％。以下，详细地说明本发明的太阳能电池元件的一实施方式。本发明的太阳能电池元件的一实施方式具备半导体基板，该半导体基板具有作为受光面的第一面、作为该第一面的背面的第二面、从第一面到第二面形成的多个贯通孔，其中，多个贯通孔的开口部的面积随着从半导体基板的中央部朝向周缘部而增大。由此，越靠太阳能电池元件1的外侧，贯通孔8的孔径越大，从而能够实质性地减少各贯通孔8之间的电阻差。由此，在图6那样的多重反射光的作用下，如图4所示，越靠太阳能电池元件1的外侧而电流32的密度越大，相对于此，越靠外侧而贯通孔8的孔径越大，因此如图3所示，能够使中央部fe与周缘部恥的各电极中的电流密度相等，能够降低太阳能电池元件1整体的串联电阻分量，从而能够提高光电转换效率。在此，太阳能电池元件1的贯通孔8在内部填充有导电性填充材料且形成有贯通孔电极2b，但为了简便起见而表现作为贯通孔8。而且，若贯通孔8中的第一面Ib与第二面Ia的开口部的面积相同，则第一面Ib与第二面Ia的导通变得稳定，从该点出发而优选。 而且，贯通孔8若与第一面Ib和第二面Ia平行的截面积相同，则贯通孔8不会在中途变窄而电阻升高，从该点出发而优选。而且，本发明的太阳能电池元件的一实施方式中，多个贯通孔的中心线与第一面所成的角度随着从半导体基板的中央部侧朝向周缘部侧而减小。而且，本发明的太阳能电池元件的一实施方式中，多个贯通孔的中心线的延长线分别朝向在第一面侧相交的交叉点而集中。而且，本发明的太阳能电池元件的一实施方式中，半导体基板的第一面为四边形形状，交叉点位于通过半导体基板的对角线的交点的半导体基板的垂线上。例如图3所示可知，多个贯通孔8的倾斜随着该贯通孔8从半导体基板5的中央部如朝向周缘部恥而变大。而且，可知电极用贯通孔8的中心线12集中交叉在位于该半导体基板5的第一面Ib侧的空间中的1点11。而且，可知第一面Ib侧的一点11与半导体基板5的对角线的交点Ila的线段成为半导体基板5的垂线。并且，随着该贯通孔8从半导体基板5的中央部如朝向周缘部恥的位置而可以增加从第一面侧Ib至第二面侧Ia的贯通孔8的长度。由此，越靠周缘部8侧越能够减少因来自太阳能电池元件1的周缘部恥的水分等的侵入而贯通孔8整体被侵蚀的情况。或者虽然未图示，但即使贯通孔8向上述的反方向倾斜，也能够得到与本申请同样的效果。而且，本发明的太阳能电池元件的一实施方式中，多个贯通孔具有位于中央部且开口部的形状为圆形的第一贯通孔；位于比第一贯通孔靠周缘部侧的位置，且开口部的形状为椭圆形状的第二贯通孔。例如图3 (c)所示，具有位于中央部fe侧的第一贯通孔8a和位于比第一贯通孔靠周缘部恥侧的位置的第二贯通孔8b、8c、8d、8e。由此，电极用贯通孔8为椭圆形状，开口面积增加，集电效果升高。此外，本发明的太阳能电池元件的一实施方式中，第二贯通孔位于以第一贯通孔为中心呈放射状地扩展。由此，越靠周缘部8侧越能够减少因来自太阳能电池元件1的周缘部恥的水分等的侵入而导致开口部的椭圆形状的长度方向整体被侵蚀的情况。此外，本发明的太阳能电池元件的一实施方式中，优选，半导体基板具有一导电型，在贯通孔的内侧侧面形成有逆导电型半导体层。通过在该贯通孔8的内壁形成有逆导电型层6b，而能够抑制该部分的漏电流。而且，本发明的太阳能电池元件的一实施方式中，贯通孔的内侧侧面的表面粗糙
度大于第一面及第二面的表面粗糙度。通过该粗面化而能够增加与导电性填充材料的接触面积，从而能够提高两者的粘接强度。而且通过该蚀刻还能够除去从上述的硅坯料切出时产生的损伤层，并且第一面Ib 也进行粗面化，因此能够抑制向太阳能电池元件1入射的光的反射，能够进一步提高其光电转换效率。太阳能电池元件的制造方法接下来，说明本发明的太阳能电池元件的制造方法。<半导体基板的准备工序>首先，例如准备掺杂有硼等的P型的硅基板作为表示一导电型的半导体基板5。该硅基板只要使用由从硅坯料切出的单结晶硅基板或多结晶硅基板构成的硅基板即可，硅基板的尺寸只要例如为一边140 180mm左右的正方形或矩形，且其厚度为150 μ m 300 μ m 左右即可。〈电极用贯通孔的形成工序〉接下来，在半导体基板5的第一面Ib与第二面Ia之间形成电极用贯通孔8。根据本发明的太阳能电池元件的制造方法，包括从特定位置改变角度对半导体基板照射激光而形成多个贯通孔的工序。使用机械钻头、水力喷射装置或激光装置等，例如从半导体基板5的第一面Ib侧到第二面Ia侧形成该电极用贯通孔8。尤其是为了防止电极用贯通孔8形成时或形成后的微裂的发生而优选使用激光等。图5表示高效率地形成本发明的电极用贯通孔8的激光装置的简要结构。本发明的激光装置具有信息处理部17、激光激励部20、激光控制部19、反射镜21、反射镜控制部18、载置台22。在此，特定位置相当于图3的11。激光激励部20具有激励出将半导体基板5的一部分熔融除去的激光的功能。作为此种激光，可以使用例如受激准分子激光、YAG(钇铝石榴石)激光或YV04(钒酸钇)激光等。激光控制部19对激光的输出等进行控制，例如，激光控制部19对激光的输出等进行控制·调整·稳定化，包括例如向激光激励部20供给电力的电源电路、对激光激励部20 的温度进行检测·控制的温度传感器·温度调节电路·冷却水路·冷却水罐、向激光激励部20及光学系统供给不含有尘埃的空气的过滤器 鼓风机、将因激光的照射而蒸发的半导体基板5的烟雾除去的排气通道、用于使烟雾流入通道的鼓风装置、用于防止激光向外部泄漏的屏蔽单元、以规定的时间间隔对射线的输出进行监控的热电传感器等。反射镜21具有调整由激光激励部20所激励出的激光的方向(角度)的功能，例如，优选使用电流反射镜。反射镜控制部18具有基于预先输入的信息(程序)来控制反射镜21的角度等的功能。即反射镜控制部18控制反射镜21的角度等，以便于向半导体基板5的规定的位置照射激光。另外，也可以在反射镜21与半导体基板5之间配置用于使激光聚光并对焦的凸透镜、平扫描场透镜、F θ透镜等。载置台22具有利用载置面来支承半导体基板5的功能。而且，也可以在载置台22 上的载置面的中央部附近设置从载置面贯通到载置面的背面的贯通孔8，从载置台19的背面侧利用真空泵等来固定半导体基板5。而且，在载置台22上安装由定序器等控制的伺服电动机等可动机构，例如，若形成为沿着XY两轴方向自如移动，则能够自如地将半导体基板5输送至激光照射位置、半导体基板5的取出位置等，能够高效率地进行电极用贯通孔8 的形成工序。信息处理部17使用定序器等，由此，对载置有半导体基板5的载置台22或反射镜 21、激光激励部20的信息进行处理，并将电极用贯通孔8的形成的开始或结束的命令向激光激励部20或反射镜控制部18传送。通过此种激光装置，能够高效率且可靠地形成有规则地倾斜的电极用贯通孔8。而且，根据本发明的太阳能电池元件的制造方法，将特定位置形成在半导体基板的第一面侧的上方。此外，根据本发明的太阳能电池元件的制造方法，在半导体基板的第一面为四边形形状时，将特定位置形成在半导体基板的第一面的对角线的交点的上方。由此，不用调节激光的输出就能够使多个贯通孔8的开口部的面积随着从半导体基板5的中央部fe侧朝向周缘部恥侧而增大，从该点出发而优选。另外，从第一面Ib侧至第二面Ia侧的多个贯通孔8从半导体基板5的中央部fe 侧朝向周缘部恥侧倾斜，且多个贯通孔8的倾斜随着贯通孔8的位置从半导体基板5的中央部fe侧朝向周缘部恥侧而增大，从该点出发而优选。<表面蚀刻>利用10 30%左右、60 90°C的氢氧化钠水溶液对设有电极用贯通孔8的半导体基板5蚀刻5 20 μ m左右。
由此，电极用贯通孔8内部的内侧侧面也被蚀刻，其表面形成粗面化。<逆导电型层的形成工序>接下来，在半导体基板5的表面形成逆导电型层6。使用P(磷)作为用于形成逆导电型层6的N型化掺杂元素，通过使片电阻为60 300 Ω / □左右的N+型而形成PN接合部。而且，在该逆导电型层6使用例如气相扩散法时，可以在半导体基板5的两面及电极用贯通孔8的内壁同时形成逆导电型层6。<反射防止膜的形成工序>接下来，优选在第一逆导电型层6a之上形成反射防止膜7。作为反射防止膜7的材料，可以使用氮化硅膜或氧化钛膜等。作为反射防止膜7的形成方法，可以使用PECVD法、 蒸镀法或溅射法等。<受光面电极和贯通孔电极的形成工序>接下来，在半导体基板5形成受光面电极加和贯通孔电极2b。只要使用丝网印刷法等涂敷法在半导体基板5的第一面Ib上涂敷导电性糊剂即可，例如将由银等构成的导电性糊剂以最高温度500 850°C烧制几十秒 几十分钟左右来形成这些电极。<第二面电极的形成工序>接下来，在半导体基板5的第二面Ia上形成集电电极3a。例如使用丝网印刷法， 在半导体基板5的第二面Ia上涂敷导电性糊剂即可，例如将由铝等构成的导电性糊剂涂敷成集电电极3a那样的规定的电极形状，以最高温度500 850°C烧制几十秒 几十分钟左右，由此形成集电电极3a。而且，由此还能够形成一导电型半导体杂质高浓度地扩散而成的高浓度掺杂层10。接下来，在半导体基板5的第二面Ia上形成第一电极2、输出电极北、第三电极4。只要使用上述的涂敷法，在半导体基板5的第二面Ia上涂敷导电性糊剂即可，使用丝网印刷法将例如由银等构成的导电性糊剂涂敷成例如图1(a)的电极形状，以最高温度500 850°C烧制几十秒 几十分钟左右，由此形成第一电极2、输出电极北及第三电极 4。<PN分离工序>PN分离可以是将氧化硅或氧化铝等粉末以高压仅吹到第二面Ia的周缘部而削去第二面Ia的周缘部的逆导电型层的喷射加工法、或在第二面Ia的周边端部形成分离槽9b 的激光加工法。接下来进行第一电极2周缘部分的PN分离时，通过使用YAG激光(波长1064nm) 或SH(second harmonic generation)-YAG激光(波长532nm)等对第一电极2、集电电极 3a、第三电极4以外的部分照射激光，并将分离槽9a形成为矩形形状来进行。符号说明1 太阳能电池元件Ia 第二面(背面，非受光面)Ib 第一面(表面、受光面)2:第一电极2a:受光面电极2b 贯通孔电极
3:第二电极3a:集电电极3b:输出电极4 第三电极5 半导体基板5a:中央部5b 周缘部6:逆导电型(半导体)层6a;第一逆导电型层6b:第二逆导电型层6c;第三逆导电型层7:反射防止膜8:(电极用)贯通孔8a:第一贯通孔8b、8c、8d、8e 第二贯通孔9 分割槽9a:周缘部的分离槽9b:外周端部的分离槽10:高浓度掺杂层11:1点(特定位置)Ila:(对角线的)交点12:中心线(延长线)17:信息处理部18:反射镜控制部19:激光控制部20:激光激励部21 反射镜22:载置台23 作业台24:步进电动机30:入射光31 多重反射光32:电流33 背片L:光路
权利要求
1.一种太阳能电池元件，其具备半导体基板，该半导体基板具有作为受光面的第一面、 作为该第一面的背面的第二面、从所述第一面到所述第二面形成的多个贯通孔，其中，随着所述多个贯通孔的位置从所述半导体基板的中央部朝向周缘部，所述多个贯通孔的开口部的面积增大。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池元件，其中，随着所述多个贯通孔的位置从所述半导体基板的中央部朝向周缘部，所述多个贯通孔的中心线与所述第一面所成的角度减小。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池元件，其中，所述多个贯通孔的中心线的延长线分别朝向在所述第一面侧相交的交叉点集中。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池元件，其中， 所述半导体基板的所述第一面为四边形形状，所述交叉点位于通过所述半导体基板的对角线的交点的所述半导体基板的垂线上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述多个贯通孔具有位于所述中央部且所述开口部的形状为圆形的第一贯通孔；位于比所述第一贯通孔靠周缘部侧且所述开口部的形状为椭圆形状的第二贯通孔。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池元件，其中，所述第二贯通孔以所述第一贯通孔为中心呈放射状地扩展。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述半导体基板具有一导电型，在所述贯通孔的内侧侧面形成有逆导电型半导体层。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述贯通孔的内侧侧面的表面粗糙度大于所述第一面及所述第二面的表面粗糙度。
9.一种太阳能电池模块，其使用权利要求1至8中任一项所述的太阳能电池元件。
10.一种太阳能电池元件的制造方法，制造权利要求1至8中任一项所述的太阳能电池元件，其中，包括从特定位置改变角度对所述半导体基板照射激光而形成所述多个贯通孔的工序。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池元件的制造方法，其中， 所述特定位置在所述半导体基板的所述第一面侧的上方。
12.根据权利要求10或11所述的太阳能电池元件的制造方法，其中， 当所述半导体基板的所述第一面为四边形形状时，所述特定位置在所述半导体基板的所述第一面的对角线的交点的上方。
全文摘要
元件的外侧存在从背面或相邻的元件多重反射来的入射光的强度高的倾向，由此，太阳能电池元件的周缘部与中央部相比，每单位面积产生的电流增大，因此电流极端地集中在太阳能电池元件上的特定的电极而电流不再向其他的电极流动，作为元件整体存在串联电阻上升这样的问题。太阳能电池元件具备半导体基板，该半导体基板具有作为受光面的第一面、作为该第一面的背面的第二面、从所述第一面到所述第二面形成的多个贯通孔，其中，所述多个贯通孔的开口部的面积随着从所述半导体基板的中央部朝向周缘部而增大。
文档编号H01L31/04GK102484151SQ201080038379
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者三浦好雄 申请人:京瓷株式会社