太阳能电池元件及其制造方法
【专利摘要】第一太阳能电池元件在半导体基板的受光面具有受光面电极，在背面具有背面电极及钝化层。第二太阳能电池元件在半导体基板的背面具有p型扩散区域、n型扩散区域及钝化层，在p型扩散区域上具有第一金属电极，在n型扩散区域上具有第二金属电极。第三太阳能电池元件在半导体基板的受光面具有第1杂质扩散层、第2杂质扩散层及受光面电极，在背面具有背面电极，在受光面及背面中的至少一个面具有钝化层。第一～第三太阳能电池元件中的钝化层含有氧化铝。
【专利说明】太阳能电池元件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 对以往的硅太阳能电池元件的制造工序进行说明。
[0003] 首先，为了促进光局限（opticalconfinement)效应而实现高效率化，准备在受光 面侧形成有纹理结构的P型硅基板，接着，在氧氯化磷（P〇Cl3)、氮气及氧气的混合气体气氛 中在800°C?900°C下进行数十分钟的处理，在p型硅基板的表面均匀地形成n型扩散层。 在该以往的方法中，由于使用混合气体进行磷的扩散，因此不仅在作为P型硅基板的受光 面的表面形成n型扩散层，而且在侧面及背面也形成n型扩散层。因此，为了除去在侧面形 成的n型扩散层而进行侧蚀刻。此外，在背面形成的n型扩散层需要变换为p+型扩散层。 因此，在背面的整体或一部分赋予包含铝粉末、玻璃料、液态介质、有机粘结剂等的铝糊并 对其进行热处理（烧成）而形成铝电极，从而使n型扩散层成为p+型扩散层，同时得到欧 姆接触。
[0004] 但是，由铝糊形成的铝电极的电导率低。因此，为了降低薄膜电阻，通常形成于整 个背面的铝电极在热处理（烧成）后必须具有l〇ym?20iim左右的厚度。进而，由于硅 与铝的热膨胀率大不相同，因此，对于形成有铝电极的硅基板来说，在热处理（烧成）及冷 却的过程中，使硅基板中产生较大的内部应力，从而造成晶界损伤、结晶缺陷增长及翘曲。
[0005] 为了解决该问题，有减少铝糊的赋予量而使背面电极层变薄的方法。但是，如果减 少铝糊的赋予量，则从P型硅半导体基板的表面扩散至内部的铝的量变得不充分。其结果， 无法实现所需的BSF(BackSurfaceField，背场）效应（因p+型扩散层的存在而使生成载 流子的收集效率提高的效果），因此产生太阳能电池的特性降低的问题。
[0006] 基于上述情况，提出了通过在硅基板的与受光面相反的面（以下也称为"背面"） 的一部分赋予铝糊而局部地形成P+型扩散层和铝电极的点接触的方法（例如参照日本专 利第3107287号公报）。
[0007] 在背面具有点接触结构的太阳能电池的情况下，需要在除铝电极以外的部分的表 面抑制少数载流子的再结合速度。作为用于该用途的背面侧用的钝化层，提出了Si02膜等 (例如参照日本特开2004-6565号公报）。作为因形成此种Si02膜所产生的钝化效果，包 括将娃基板的背面表层部中的娃原子的未结合键封端，从而使引起再结合的表面能级密度 降低的效果。
[0008] 此外，作为抑制少数载流子的再结合的其它方法，包括利用钝化层内的固定电荷 所产生的电场来降低少数载流子密度的方法。这样的钝化效果通常被称为电场效应，并提 出了氧化铝（A1203)膜等作为具有负固定电荷的材料（例如参照日本专利第4767110号公 报）。
[0009] 这样的钝化层通常通过ALD(AtomicLayerDeposition,原子层沉积）法、 CVD(ChemicalVaporDeposition,化学气相沉积）法等方法形成（例如参照Journalof AppliedPhysics，104(2008)，113703-1 ?113703-7)。此外，作为在半导体基板上形成 氧化铝膜的简便的方法，提出了利用溶胶凝胶法的方法（例如参照ThinSolidFilms， 517(2009)，6327-6330、及ChinesePhysicsLetters，26(2009)，088102-1 ?088102-4)。
[0010] 此外，提出了一种太阳能电池单元，其通过在受光面使杂质扩散层的浓度在电 极正下方与其以外的区域发生改变，从而实现了高效率化（例如参照E.Leeet.al.， "Exceeding19%efficient6inchscreenprintedcrystalline,siliconsolarcells withselectiveemitter"，RevewableEnergy,42 (2012)95)〇
【发明内容】
[0011] 发明要解决的课题
[0012] JournalofAppliedPhysics，104(2008)，113703-1 ?113703-7 中记载的方 法包括蒸镀等复杂的制造工序，因此有时难以提高生产率。此外，在ThinSolidFilms， 517 (2009)，6327-6330、及ChinesePhysicsLetters，26 (2009)，088102-1 ?088102-4 中 记载的方法中，在用于溶胶凝胶法的钝化层形成用组合物中经时地发生凝胶化等不良情 况，很难说保存稳定性充分。
[0013] 本发明是鉴于以上的现有问题而完成的，其课题在于提供具有优异的转换效率且 可抑制经时的太阳能电池特性的降低的太阳能电池元件及其制造方法。
[0014] 用于解决课题的方案
[0015] 用于解决上述课题的具体手段如下所述。
[0016] 〈1> 一种太阳能电池元件，其具有：
[0017] 半导体基板，其具有受光面及所述受光面的相反侧的背面；
[0018] 受光面电极，其配置于所述半导体基板的受光面上；
[0019] 背面电极，其配置于所述半导体基板的背面上；和
[0020] 钝化层，其配置于所述半导体基板的背面上并含有氧化铝。
[0021] 〈2> -种太阳能电池元件，其具有：
[0022] 半导体基板，其具有受光面及所述受光面的相反侧的背面，在所述背面具有含有p 型杂质的P型扩散区域及含有n型杂质的n型扩散区域；
[0023] 第一金属电极，其设置于所述p型扩散区域上；
[0024] 第二金属电极，其设置于所述n型扩散区域上；
[0025] 钝化层，其设置于所述半导体基板的背面的一部分或全部区域并含有氧化铝。
[0026] 〈3>如上述〈2>所述的太阳能电池元件，其中，所述p型扩散区域和所述n型扩散 区域隔开配置，分别存在具有短边及长边的多个矩形部分，
[0027] 所述p型扩散区域所具有的多个矩形部分，按照所述多个矩形部分的长边的方向 沿着所述n型扩散区域所具有的多个矩形部分的长边的方向的方式进行配置，
[0028] 所述p型扩散区域所具有的多个矩形部分与所述n型扩散区域所具有的多个矩形 部分交替地进行配置。
[0029] 〈4>如上述〈2>或〈3>所述的太阳能电池元件，其为背接触型的太阳能电池元件。
[0030] 〈5> -种太阳能电池元件，其具有：
[0031] 半导体基板，其具有受光面及所述受光面的相反侧的背面；
[0032] 第1杂质扩散层的区域，其配置于所述受光面的一部分并扩散有杂质；
[0033] 第2杂质扩散层的区域，其配置于所述受光面，且与第1杂质扩散层相比杂质浓度 低；
[0034] 受光面电极，其配置于所述第1杂质扩散层上；
[0035] 背面电极，其配置于所述背面上；和
[0036] 钝化层，其配置于所述受光面及背面中的至少一个面上并含有氧化铝。
[0037] 〈6>如上述〈5>所述的太阳能电池元件，其中，所述第1杂质扩散层及第2杂质扩 散层为n型扩散层或p型扩散层。
[0038] 〈7>如上述〈1>?〈6>中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述钝化层含有非 晶态结构的氧化铝。
[0039] 〈8>如上述〈1>?〈7>中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述钝化层的密度 为 1.Og/cm3 ?8.Og/cm3。
[0040] 〈9>如上述〈1>?〈8>中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述钝化层的平均 厚度为5nm?50um。
[0041] 〈10>如上述〈1>?〈9>中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述钝化层为含有 有机铝化合物的钝化层形成用组合物的热处理物。
[0042] 〈11>如上述〈10>所述的太阳能电池元件，其中，所述有机铝化合物包含下述通式 (I)所表示的有机错化合物。
[0043]
【权利要求】
1. 一种太阳能电池元件，其具有： 半导体基板，其具有受光面及所述受光面的相反侧的背面； 受光面电极，其配置于所述半导体基板的受光面上； 背面电极，其配置于所述半导体基板的背面上；和 纯化层，其配置于所述半导体基板的背面上并含有氧化铅。
2. -种太阳能电池元件，其具有： 半导体基板，其具有受光面及所述受光面的相反侧的背面，在所述背面具有含有P型 杂质的P型扩散区域及含有n型杂质的n型扩散区域； 第一金属电极，其设置于所述P型扩散区域上； 第二金属电极，其设置于所述n型扩散区域上；和 纯化层，其设置于所述半导体基板的背面的一部分或全部区域并含有氧化铅。
3. 根据权利要求2所述的太阳能电池元件，其中，所述P型扩散区域与所述n型扩散区 域隔开配置并分别具有具备短边及长边的多个矩形部分， 所述P型扩散区域所具有的多个矩形部分，按照所述多个矩形部分的长边的方向沿着 所述n型扩散区域所具有的多个矩形部分的长边的方向的方式进行配置， 所述P型扩散区域所具有的多个矩形部分与所述n型扩散区域所具有的多个矩形部分 交替地配置。
4. 根据权利要求2或3所述的太阳能电池元件，其为背接触型的太阳能电池元件。
5. -种太阳能电池元件，其具有： 半导体基板，其具有受光面及所述受光面的相反侧的背面； 第1杂质扩散层的区域，其配置于所述受光面的一部分并扩散有杂质； 第2杂质扩散层的区域，其配置于所述受光面，且与第1杂质扩散层相比杂质浓度低； 受光面电极，其配置于所述第1杂质扩散层上； 背面电极，其配置于所述背面上；和 纯化层，其配置于所述受光面及背面中的至少一个面上并含有氧化铅。
6. 根据权利要求5所述的太阳能电池元件，其中，所述第1杂质扩散层及第2杂质扩散 层为n型扩散层或P型扩散层。
7. 根据权利要求1?6中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述纯化层含有非晶态 结构的氧化铅。
8. 根据权利要求1?7中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述纯化层的密度为 1. 0g/cm3 ?8. 0g/cm3。
9. 根据权利要求1?8中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述纯化层的平均厚度 为 5nm ?50 y m。
10. 根据权利要求1?9中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述纯化层为含有有 机铅化合物的纯化层形成用组合物的热处理物。
11. 根据权利要求10所述的太阳能电池元件，其中，所述有机铅化合物包含下述通式 (I、）所表示的有机铅化合物，
式中，Ri各自独立地表示碳原子数为1?8的焼基；n表示0?3的整数；X2及X3各自 独立地表示氧原子或亚甲基；R2、R3及R4各自独立地表示氨原子或碳原子数为1?8的焼 基。
12. 根据权利要求11所述的太阳能电池元件，其中，在所述通式（I)中，Ri各自独立地 为碳原子数为1?4的焼基。
13. 根据权利要求11或12所述的太阳能电池元件，其中，在所述通式（I)中，n为！? 3的整数，R4各自独立地为氨原子或碳原子数为1?4的焼基。
14. 根据权利要求11?13中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述纯化层形成用 组合物中，所述通式（I)所表示的有机铅化合物的含量为0.5质量％?80质量％。
15. 根据权利要求11?13中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述纯化层形成用 组合物中，所述通式（I)所表示的有机铅化合物的含量为0. 1质量％?50质量％。
16. 根据权利要求10?15中任一项所述的太阳能电池元件，其中，所述纯化层形成用 组合物还包含液态介质。
17. 根据权利要求16所述的太阳能电池元件，其中，所述液态介质包含选自由聰溶剂、 醋溶剂、離溶剂及醇溶剂组成的组中的至少1种。
18. 权利要求1及7?17中任一项所述的太阳能电池元件的制造方法，其具有W下工 序： 在具有受光面及所述受光面的相反侧的背面的半导体基板的受光面上形成受光面电 极的工序； 在所述半导体基板的背面上形成背面电极的工序； 在所述半导体基板的背面上赋予含有有机铅化合物的纯化层形成用组合物而形成组 合物层的工序；和 对所述组合物层进行热处理而形成含有氧化铅的纯化层的工序。
19. 权利要求2?4及7?17中任一项所述的太阳能电池元件的制造方法，其具有W 下工序： 在具有受光面及所述受光面的相反侧的背面且在所述背面具有含有P型杂质的P型扩 散区域及含有n型杂质的n型扩散区域的半导体基板的所述P型扩散区域上形成第一金属 电极、在所述n型扩散区域上形成第二金属电极的工序； 在所述半导体基板的背面的一部分或全部区域赋予含有有机铅化合物的纯化层形成 用组合物而形成组合物层的工序；和 对该组合物层进行热处理而形成含有氧化铅的纯化层的工序。
20. 权利要求5?17中任一项所述的太阳能电池元件的制造方法，其具有W下工序： 在具有受光面及所述受光面的相反侧的背面的半导体基板的所述受光面的一部分形
成第1杂质扩散层的区域的工序； 在所述受光面形成杂质浓度低于所述第1杂质扩散层的第2杂质扩散层的区域的工 序； 在所述第1杂质扩散层上形成受光面电极的工序； 在所述背面形成背面电极的工序； 在所述受光面及背面中的至少一个面上赋予含有有机铅化合物的纯化层形成用组合 物而形成组合物层的工序；和 对所述组合物层进行热处理而形成含有氧化铅的纯化层的工序。
21. 根据权利要求18?20中任一项所述的太阳能电池元件的制造方法，其包括在 40(TC W上的温度下进行所述热处理。
22. 根据权利要求18?21中任一项所述的太阳能电池元件的制造方法，其中，所述形 成组合物层的工序包括利用丝网印刷法将所述纯化层形成用组合物赋予至半导体基板的 步骤。
【文档编号】H01L31/068GK104428901SQ201380036463
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】织田明博, 吉田诚人, 野尻刚, 仓田靖, 田中彻, 足立修一郎, 早坂刚 申请人:日立化成株式会社