CN113632241B - 太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池的制造方法。即使在进行了制造工序的简化，也抑制太阳能电池的性能降低以及太阳能电池的外观受损。太阳能电池的制造方法是背面电极型的太阳能电池的制造方法，其包含：在半导体基板的背面侧的第一区域形成图案化的第一导电型半导体层以及剥离层的第一半导体层形成工序；在半导体基板的背面侧的第一区域的剥离层以及第二区域上形成第二导电型半导体层的材料膜的第二半导体层材料膜形成工序；及除去剥离层，由此在第二区域形成图案化的第二导电型半导体层的第二半导体层形成工序。在第二半导体层形成工序中使半导体基板的背面侧与蚀刻溶液的液面相对并与蚀刻溶液接触，在蚀刻溶液的液面上输送半导体基板。

Description

太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及背面电极型(背接触型)的太阳能电池的制造方法。
背景技术
作为使用半导体基板的太阳能电池，具有在受光面侧以及背面侧的两面形成有电极的两面电极型的太阳能电池、和仅在背面侧形成有电极的背面电极型的太阳能电池。在两面电极型的太阳能电池中，由于在受光面侧形成电极，所以太阳光被该电极遮挡。另一方面，在背面电极型的太阳能电池中，由于没有在受光面侧形成电极，所以与两面电极型的太阳能电池比较太阳光的受光率高。在专利文献1中公开了背面电极型的太阳能电池。
专利文献1所记载的太阳能电池具备：作为光电转换层发挥功能的半导体基板、在半导体基板的背面侧的一部分依次层叠的第一导电型半导体层和第一电极层、以及在半导体基板的背面侧的另一部分依次层叠的第二导电型半导体层和第二电极层。
专利文献1：日本特开2014-75526号公报
一般，在第一导电型半导体层的刻画图案(第一次刻画图案)以及第二导电型半导体层的刻画图案(第二次刻画图案)中，利用使用了光刻技术的蚀刻法。然而，在使用了光刻技术的蚀刻法中，例如需要由旋涂法进行的光致抗蚀剂涂敷、光致抗蚀剂干燥、光致抗蚀剂曝光、光致抗蚀剂显影、将光致抗蚀剂作为掩模使用的半导体层的蚀刻、以及光致抗蚀剂剥离的工序，工序复杂。
关于该点，在专利文献1记载了在第二次刻画图案中，通过使用了剥离层(牺牲层)的剥离法，实现刻画图案的工序的简化的技术。在剥离法中，存在被剥离后的除去物再次附着于太阳能电池的受光面这样的问题。若被剥离后的除去物再次附着于太阳能电池的受光面，则太阳能电池的性能降低，外观受损。
发明内容
本发明目的在于提供一种即使进行制造工序的简化，也抑制太阳能电池的性能降低以及太阳能电池的外观受损的太阳能电池的制造方法。
本发明的太阳能电池的制造方法是具备半导体基板、在上述半导体基板的与一个主面侧相反的一侧的另一个主面侧的一部分亦即第一区域依次层叠的第一导电型半导体层和第一电极层、以及在上述半导体基板的上述另一个主面侧的另一部分亦即第二区域依次层叠的第二导电型半导体层和第二电极层的背面电极型的太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池的制造方法包含以下工序：第一半导体层材料膜形成工序，在上述半导体基板的上述另一个主面侧形成上述第一导电型半导体层的材料膜；剥离层形成工序，在上述第一导电型半导体层的材料膜上形成剥离层；第一半导体层形成工序，除去上述第二区域的上述剥离层以及上述第一导电型半导体层的材料膜，由此在上述第一区域形成图案化的上述第一导电型半导体层以及上述剥离层；第二半导体层材料膜形成工序，在上述第一区域的上述剥离层以及上述第二区域上形成上述第二导电型半导体层的材料膜；以及第二半导体层形成工序，除去上述剥离层，由此除去上述第一区域的上述第二导电型半导体层的材料膜，在上述第二区域形成图案化的上述第二导电型半导体层，在上述第二半导体层形成工序中，使上述半导体基板的上述另一个主面侧与蚀刻溶液的液面相对并与蚀刻溶液接触，在上述蚀刻溶液的液面上输送上述半导体基板。
根据本发明，即使进行太阳能电池的制造工序的简化，也能够抑制太阳能电池的性能降低以及太阳能电池的外观受损。
附图说明
图1是从背面侧观察本实施方式的太阳能电池的图。
图2是图1的太阳能电池的II-II线剖视图。
图3A是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第一半导体层材料膜形成工序以及剥离层形成工序的图。
图3B是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第一半导体层形成工序的图。
图3C是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第一半导体层形成工序的图。
图3D是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第一半导体层形成工序的图。
图3E是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第二半导体层材料膜形成工序的图。
图3F是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第二半导体层形成工序的图。
图4是用于说明图3F所示的第二半导体层形成工序的蚀刻工序的图。
图5A是说明图3F所示的第二半导体层形成工序的蚀刻工序用的图。
图5B是用于说明图3F所示的第二半导体层形成工序的蚀刻工序的图。
图6是用于说明图3F所示的第二半导体层形成工序的蚀刻工序的图。
具体实施方式
以下，参照附加的附图对本发明的实施方式的一个例子进行说明。此外，在各附图中对相同或者相当的部分标注相同的附图标记。另外，方便起见，有时也省略了阴影、部件附图标记等，在这种情况下，参照其它附图。
(太阳能电池)
图1是从背面侧观察本实施方式的太阳能电池的图。图1所示的太阳能电池1是背面电极型的太阳能电池。太阳能电池1具备具有两个主面的半导体基板11，在半导体基板11的主面具有第一区域7和第二区域8。
第一区域7呈所谓的梳型的形状，具有相当于梳齿的多个指部7f、和相当于梳齿的支承部的母线部7b。母线部7b沿着半导体基板11的一个边部向第一方向(X方向)延伸，指部7f从母线部7b向与第一方向(X方向)交叉的第二方向(Y方向)延伸。
同样，第二区域8是所谓的梳型的形状，具有相当于梳齿的多个指部8f、和相当于梳齿的支承部的母线部8b。母线部8b沿着与半导体基板11的一个边部对置的另一个边部向第一方向(X方向)延伸，指部8f从母线部8b向第二方向(Y方向)延伸。
指部7f与指部8f在第一方向(X方向)上交替地设置。
此外，第一区域7以及第二区域8也可以形成为条纹状。
图2是图1的太阳能电池的II-II线剖视图。如图2所示，太阳能电池1具备：半导体基板11、在半导体基板11的主面中的受光侧的一个主面亦即受光面侧依次层叠的本征半导体层13以及光学调整层15。另外，太阳能电池1具备：在半导体基板11的主面中的受光面的相反侧的另一个主面亦即背面侧的一部分(第一区域7)依次层叠的第一本征半导体层23、第一导电型半导体层25以及第一电极层27。另外，太阳能电池1具备：在半导体基板11的背面侧的另一部分(第二区域8)依次层叠的第二本征半导体层33、第二导电型半导体层35以及第二电极层37。
半导体基板11由单晶硅或者多晶硅等结晶硅材料形成。半导体基板11例如是在结晶硅材料中掺杂了n型掺杂剂的n型半导体基板。作为n型掺杂剂例如可举出磷(P)。
半导体基板11作为吸收来自受光面侧的入射光而生成光载流子(电子以及空穴)的光电转换基板发挥功能。
作为半导体基板11的材料使用结晶硅，由此即使在暗电流比较小，入射光的强度低的情况下，也能够得到比较高的输出(与照度无关地稳定的输出)。
本征半导体层13形成于半导体基板11的受光面侧。第一本征半导体层23形成于半导体基板11的背面侧的第一区域7。第二本征半导体层33形成于半导体基板11的背面侧的第二区域8。本征半导体层13、第一本征半导体层23以及第二本征半导体层33例如由以本征(i型)非晶硅为主要成分的材料形成。
本征半导体层13、第一本征半导体层23以及第二本征半导体层33作为所谓的钝化层发挥功能，抑制由半导体基板11生成的载流子的再结合，提高载流子的回收效率。
光学调整层15形成于半导体基板11的受光面侧的本征半导体层13上。光学调整层15作为防止入射光的反射的反射防止层发挥功能，并且作为保护半导体基板11的受光面侧以及本征半导体层13的保护层发挥功能。光学调整层15例如由氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)或者氮氧化硅(SiON)那样的它们的复合物等绝缘体材料形成。
第一导电型半导体层25形成于第一本征半导体层23上、即半导体基板11的背面侧的第一区域7。即、第一导电型半导体层25呈所谓的梳型的形状，具有相当于梳齿的多个指部、和相当于梳齿的支承部并连接了多个指部的一端的母线部。母线部与第一区域7的母线部7b对应，沿着半导体基板11的X方向的一个端侧的边部向Y方向延伸。指部与第一区域7的指部7f对应，从母线部向X方向延伸。
第二导电型半导体层35形成于第二本征半导体层33上、即半导体基板11的背面侧的第二区域8。即、第二导电型半导体层35呈所谓的梳型的形状，具有相当于梳齿的多个指部、和相当于梳齿的支承部并连接了多个指部的一端的母线部。母线部与第二区域8的母线部8b对应，沿着半导体基板11的X方向的另一个端侧的边部向Y方向延伸。指部与第二区域8的指部8f对应，从母线部向X方向延伸。
第一导电型半导体层25例如由非晶硅材料形成。第一导电型半导体层25例如是在非晶硅材料中掺杂了p型掺杂剂的p型半导体层。作为p型掺杂剂例如可举出硼(B)。
第二导电型半导体层35例如由非晶硅材料形成。第二导电型半导体层35例如是在非晶硅材料中掺杂了n型掺杂剂(例如、上述的磷(P))的n型半导体层。
此外，第一导电型半导体层25也可以是n型半导体层，第二导电型半导体层35也可以是p型半导体层。
另外，半导体基板11也可以是在结晶硅材料中掺杂了p型掺杂剂(例如，上述的硼(B))的p型半导体基板。
第一电极层27形成于第一导电型半导体层25上、即半导体基板11的背面侧的第一区域7。第二电极层37形成于第二导电型半导体层35上、即半导体基板11的背面侧的第二区域8。
第一电极层27以及第二电极层37也可以包含透明电极层和金属电极层，也可以仅包含金属电极层。在本实施方式中，第一电极层27具有在第一导电型半导体层25上依次层叠的透明电极层28和金属电极层29。第二电极层37具有在第二导电型半导体层35上依次层叠的透明电极层38和金属电极层39。
透明电极层28以及金属电极层29呈所谓的梳型的形状，具有相当于梳齿的多个指部、和相当于梳齿的支承部并连接了多个指部的一端的母线部。母线部与第一区域7的母线部7b对应，沿着半导体基板11的X方向的一个端侧的边部向Y方向延伸。指部与第一区域7的指部7f对应，从母线部向X方向延伸。
透明电极层38以及金属电极层39呈所谓的梳型的形状，具有相当于梳齿的多个指部、和相当于梳齿的支承部并连接了多个指部的一端的母线部。母线部与第二区域8的母线部8b对应，沿着半导体基板11的X方向的另一个端侧的边部向Y方向延伸。指部与第二区域8的指部8f对应，从母线部向X方向延伸。
透明电极层28、38由透明的导电性材料形成。作为透明导电性材料可举出ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟以及氧化锡的复合氧化物)、ZnO(Zinc Oxide：氧化锌)。
金属电极层29、39由金属材料形成。作为金属材料例如可使用Cu、Ag、Al以及它们的合金。金属电极层29、39例如也可以由含有银等金属粉末的导电膏材料形成。
(太阳能电池的制造方法)
接下来，参照图3A～图3F对图1以及图2所示的本实施方式的太阳能电池1的制造方法进行说明。图3A是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的本征半导体层形成工序、光学调整层形成工序、第一半导体层材料膜形成工序以及剥离层形成工序的图，图3B～图3D是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第一半导体层形成工序的图。图3E是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第二半导体层材料膜形成工序的图，图3F是表示本实施方式的太阳能电池的制造方法的第二半导体层形成工序的图。
首先，如图3A所示，例如使用CVD法(化学气相堆积法)，在半导体基板11的受光面侧的整个面上层叠(制膜)本征半导体层13(本征半导体层形成工序)。接下来，例如使用CVD法，在半导体基板11的受光面侧的本征半导体层13上的整个面上层叠(制膜)光学调整层15(光学调整层形成工序)。
另外，例如使用CVD法，在半导体基板11的背面侧依次层叠(制膜)第一本征半导体层材料膜23Z以及第一导电型半导体层材料膜25Z(第一半导体层材料膜形成工序)。
接下来，例如使用CVD法，在半导体基板11的背面侧的整个面上，具体而言在第一导电型半导体层材料膜25Z上的整个面上层叠(制膜)剥离层(牺牲层)40(剥离层形成工序)。
剥离层40由氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)或者氮氧化硅(SiON)那样的它们的复合物等材料形成。
接下来，如图3B～图3D所示，例如使用抗蚀剂90，在半导体基板11的背面侧除去第二区域8的第一本征半导体层材料膜23Z、第一导电型半导体层材料膜25Z以及剥离层40，由此在第一区域7形成图案化的第一本征半导体层23、第一导电型半导体层25以及剥离层40(第一半导体层形成工序)。
具体而言，使用光刻法，在半导体基板11的两面侧的整个面上涂敷光致抗蚀剂之后，使用掩模使背面侧的第二区域8的光致抗蚀剂曝光以及显影而除去。由此，如图3B所示，形成覆盖半导体基板11的背面侧的第一区域7以及受光面侧的整个面的抗蚀剂90。
然后，如图3C所示，将抗蚀剂90作为掩模，对第二区域8的剥离层40、第一导电型半导体层材料膜25Z以及第一本征半导体层材料膜23Z进行蚀刻，由此在第一区域7形成图案化的第一本征半导体层23、第一导电型半导体层25以及剥离层40。作为针对剥离层40、第一导电型半导体层材料膜25Z以及第一本征半导体层材料膜13Z的蚀刻溶液例如使用氢氟酸和硝酸的混合液等酸性溶液。
然后，如图3D所示，除去抗蚀剂90。作为针对抗蚀剂90的剥离溶液与抗蚀剂的种类对应，例如使用丙酮等有机溶剂。
接下来，如图3E所示，例如使用CVD法，在半导体基板11的背面侧的整个面上依次层叠(制膜)第二本征半导体层材料膜33Z以及第二导电型半导体层材料膜35Z(第二半导体层材料膜形成工序)。
接下来，如图3F所示，利用使用了剥离层(牺牲层)的剥离法，在半导体基板11的背面侧除去第一区域7的第二本征半导体层材料膜33Z以及第二导电型半导体层材料膜35Z，由此在第二区域8形成图案化的第二本征半导体层33以及第二导电型半导体层35(第二半导体层形成工序)。
具体而言，除去剥离层40，由此除去剥离层40上的第二本征半导体层材料膜33Z以及第二导电型半导体层材料膜35Z，在第二区域8形成第二本征半导体层33以及第二导电型半导体层35。作为剥离层40的除去溶液与剥离层的结构对应，例如使用氢氟酸或者盐酸等酸性溶液。
接下来，在半导体基板11的背面侧形成第一电极层27以及第二电极层37(电极层形成工序)。
具体而言，例如使用溅射法等PVD法(物理气相生长法)，在半导体基板11的背面侧的整个面上层叠(制膜)透明电极层材料膜。然后，例如使用蚀刻膏的蚀刻法，除去透明电极层材料膜的一部分，由此形成图案化的透明电极层28、38。作为针对透明电极层材料膜的蚀刻溶液例如使用盐酸或者氯化铁水溶液。
然后，例如使用图案印刷法或者涂敷法，在透明电极层28上形成金属电极层29，在透明电极层38上形成金属电极层39，由此形成第一电极层27以及第二电极层37。
通过以上的工序，完成图1以及图2所示的本实施方式的背面电极型的太阳能电池1。
如以上说明那样，根据本实施方式的太阳能电池的制造方法，在第二半导体层形成工序中，利用使用了剥离层(牺牲层)的剥离法来进行第二导电型半导体层35的刻画图案，所以太阳能电池的制造工序的简化、缩短化、低成本化成为可能。
这里，在剥离法中，存在被剥离后的除去物再次附着于太阳能电池的受光面以及背面这样的问题。若被剥离后的除去物再次附着于太阳能电池的受光面以及背面，则太阳能电池的性能降低，或外观受损。
关于该点，在本实施方式中，第二半导体层形成工序包含以下所示的蚀刻工序和冲洗工序。
在蚀刻工序中，如图4所示，使半导体基板11的背面侧与蚀刻溶液的液面相对并与蚀刻溶液接触，在蚀刻溶液的液面上输送半导体基板11。例如，在蚀刻溶液的液面附近配置管子，使管子旋转，由此输送半导体基板11。由此，半导体基板11一边浮于蚀刻溶液(图5A)、或者与管子接触(图5B)，一边通过与管子的摩擦而被输送。如上所述，蚀刻溶液例如使用氢氟酸或者盐酸等酸性溶液。
在冲洗工序中，使用冲洗溶液，冲洗半导体基板11的表面。作为冲洗溶液使用以水(H2O)为主要成分的溶液。
由此在蚀刻工序中，仅半导体基板11的背面侧的单面与蚀刻溶液接触，半导体基板的受光面不与蚀刻溶液接触，所以能够避免半导体基板11的受光面不必要地暴露在蚀刻溶液的情况，能够避免被剥离后的除去物再次附着于半导体基板的受光面的情况。因此，能够避免因被剥离后的除去物再次附着于半导体基板的受光面而使太阳能电池的外观受损的情况。
这样，即使利用剥离法进行太阳能电池的制造工序的简化，也能够抑制太阳能电池的性能降低以及太阳能电池的外观受损。
在蚀刻工序中，优选以第一导电型半导体层25的梳齿状的指部(图案)的长边方向(图1中、Y方向)沿着输送方向的方式输送半导体基板11。通过使长边方向沿着溢流、由输送引起的液流，具有蚀刻液容易均匀浸透，利用来自液流的力容易进行剥离这样的优点。
另外，在蚀刻工序中，如图6所示，也可以使蚀刻溶液溢流。在图6的例子中，具备充满蚀刻溶液的内槽、和从内槽接受溢流出的蚀刻溶液的外槽。溢流出的蚀刻溶液返回内槽的中央部，在内槽中从下向上送液。由此，蚀刻溶液具有液流。在图6的例子中，蚀刻溶液具有从内槽的中央部相互背离的两个液流。
此时，设为使蚀刻溶液的液流方向沿着半导体基板11的输送方向。由此，蚀刻溶液具有在沿着输送方向的方向上相互背离的两个液流。
由此，容易使半导体基板11与新的蚀刻溶液接触。其结果是，能够抑制被剥离后的除去物再次附着于半导体基板11的背面，能够抑制由被剥离后的除去物再次附着于半导体基板的背面导致的太阳能电池的性能降低。
另外，蚀刻溶液或者冲洗溶液中的至少一方也可以添加有调整液性的液性调整剂。液性调整剂也可以包含至少一种表面活性剂。由此，能够使被剥离后的除去物分散在溶液中，能够抑制被剥离后的除去物再次附着于半导体基板11的背面的情况。因此，能够抑制由被剥离后的除去物再次附着于半导体基板的背面导致的太阳能电池的性能降低。
另外，液性调整剂也可以包含在蚀刻溶液中或者冲洗溶液中，使被除去后的剥离层或者第二导电型半导体层的材料膜中的至少一方凝结那样的液性调整剂。例如，在冲洗溶液中，若凝结后的凝结物的比重大于水，则凝结物沉淀。由此，能够使被剥离后的除去物凝结，能够抑制被剥离后的除去物再次附着于半导体基板11的背面的情况。因此，能够抑制由被剥离后的除去物再次附着于半导体基板的背面导致的太阳能电池的性能降低。
以上，虽说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，能够进行各种改变以及变形。例如，在上述实施方式中，如图2所示，虽例示了异质结型的太阳能电池1的制造方法，但本发明的特征并不限于异质结型的太阳能电池，也可以适用于同质结型的太阳能电池等各种太阳能电池的制造方法。
另外，在上述实施方式中，虽例示了具有结晶硅基板的太阳能电池，但并不限于此。例如，太阳能电池也可以具有砷化镓(GaAs)基板。
附图标记的说明
1…太阳能电池
7…第一区域
7b、8b…母线部
7f、8f…指部
8…第二区域
11…半导体基板
13…本征半导体层
15…光学调整层
23…第一本征半导体层
23Z…第一本征半导体层材料膜
25…第一导电型半导体层
25Z…第一导电型半导体层材料膜
27…第一电极层
28、38…透明电极层
29、39…金属电极层
33…第二本征半导体层
33Z…第二本征半导体层材料膜
35…第二导电型半导体层
35Z…第二导电型半导体层材料膜
37…第二电极层
40…剥离层(牺牲层)
90…掩模。

Claims (7)

1.一种太阳能电池的制造方法，其是具备半导体基板、在上述半导体基板的与一个主面侧相反的一侧的另一个主面侧的一部分亦即第一区域依次层叠的第一导电型半导体层和第一电极层、以及在上述半导体基板的上述另一个主面侧的另一部分亦即第二区域依次层叠的第二导电型半导体层和第二电极层的背面电极型的太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池的制造方法包含以下工序：
第一半导体层材料膜形成工序，在上述半导体基板的上述另一个主面侧形成上述第一导电型半导体层的材料膜；
剥离层形成工序，在上述第一导电型半导体层的材料膜上形成剥离层；
第一半导体层形成工序，除去上述第二区域的上述剥离层以及上述第一导电型半导体层的材料膜，由此在上述第一区域形成图案化的上述第一导电型半导体层以及上述剥离层；
第二半导体层材料膜形成工序，在上述第一区域的上述剥离层以及上述第二区域上形成上述第二导电型半导体层的材料膜；以及
第二半导体层形成工序，除去上述剥离层，由此除去上述第一区域的上述第二导电型半导体层的材料膜，在上述第二区域形成图案化的上述第二导电型半导体层，
在上述第二半导体层形成工序中，使上述半导体基板的上述另一个主面侧与蚀刻溶液的液面相对并与蚀刻溶液接触，在上述蚀刻溶液的液面上输送上述半导体基板，
图案化的上述第一导电型半导体层包含梳齿状的图案，
在上述第二半导体层形成工序中，将上述半导体基板向沿着上述梳齿状的图案的长边方向的输送方向输送。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其中，
上述蚀刻溶液具有液流，
上述蚀刻溶液的液流方向是沿着上述输送方向的方向。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的制造方法，其中，
上述蚀刻溶液具有在沿着上述输送方向的方向上相互背离的两个上述液流。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池的制造方法，其中，
上述第二半导体层形成工序包含：
蚀刻工序，在上述蚀刻溶液的液面上输送上述半导体基板；以及
冲洗工序，使用冲洗溶液来冲洗上述半导体基板的表面，
上述冲洗溶液作为主要成分包含水，
上述蚀刻溶液或者上述冲洗溶液中的至少一方添加了调整液性的液性调整剂。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池的制造方法，其中，
上述液性调整剂包含至少一种表面活性剂。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池的制造方法，其中，
在添加了上述液性调整剂的蚀刻溶液中或者冲洗溶液中，被除去后的剥离层或者第二导电型半导体层的材料膜中的至少一方凝结。
7.根据权利要求4所述的太阳能电池的制造方法，其中，
凝结后的凝结物的比重大于水。
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