TWI650872B - 太陽能電池及其製造方法、太陽能電池模組及太陽能電池發電系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種太陽能電池，在結晶矽基板的第1主表面，配置具有p型導電型之p型領域、與具有n型導電型且賦予n型導電型之添加不純物的基板深度方向之最大濃度為5×1018atoms/cm3以上之n型領域，以覆蓋p型領域與n型領域之方式配置第1保護膜，在第1主表面的相反側的表面即第2主表面，以覆蓋第2主表面之方式配置第2保護膜之背面電極型太陽能電池，其特徵係第1保護膜與第2保護膜是由包含氧化鋁之化合物所構成之太陽能電池。藉此，提供便宜且光電變換效率高之太陽能電池。

Description

太陽能電池及其製造方法、太陽能電池模組及太陽能電池發電系統
本發明係有關高光電變換效率太陽能電池及高光電變換效率太陽能電池之製造方法。
作為使結晶矽太陽能電池之光電變換效率提高之手.法，近年，廢除受光面的電極而免除由於電極的影子所造成的光學上損失之所謂的背面電極型太陽能電池受到廣泛探討研究。
圖10係顯示背面電極型太陽能電池之基本構造之剖面模式圖。在圖10，受光面於該圖中係向下表示。在背面電極型太陽能電池1000，在基板1001的非受光面，形成被高濃度擴散賦予p型導電性的添加物之p型領域1002，以鄰接此之方式形成被高濃度擴散賦予n型導電性的添加物之n型領域1003。
p型領域1002與n型領域1003之上及其相反側之面(受光面)，分別由供減低因被光激發的載體再結合所造成之損失用之保護膜1004、1005覆蓋著。接著，正電極1006與負電極1007是貫通保護膜1004而形成的。 此外，圖10未顯示，但在基板1001的受光面，被形成具有數微米凹凸之供把光封入用之紋理。
在背面電極型太陽能電池因為在受光面沒有電極，所以有必要使主要利用短波長光被激發的電荷載體、不會再結合而到達背面。由於實際上在基板表面成為電荷載體再結合中心之懸鍵(矽的未鍵結電子對)為高密度存在，所以，對保護膜1005要求非常高的保護性能。
可是，電荷載體的再結合比例，係在結晶塊體的塊體再結合比例、與在結晶表面的表面再結晶比例之和。一般而言，在結晶矽使添加不純物濃度(室溫下的電荷載體濃度)提高時，塊體再結合會增加。這是起因於添加不純物的結晶缺陷、或隨著載體濃度提高而使歐傑程序(Auger process)之直接再結合顯著化之緣故。因此，一般上，在p型領域1002及n型領域1003之類的高濃度領域，係藉由將基板深度方向的最大添加不純物濃度控制在例如1018atoms/cm3程度的前半、將其表面以有效的保護膜覆蓋，來抑制背面之載體再結合損失。
此外，在表面保護層係具有化學終端與場效應2個要素。場效應，係一種利用被內藏在保護膜的固定電荷而在基板表面產生電場，減少表面附近的電荷載體濃度、減低在表面的再結合之效果。在太陽能電池，一般常以具正電荷之氮化矽或具負電荷之氧化鋁用作場效應型保護層。
場效應型保護層之保護效果，原理上無關於 適用的基板表面的導電型皆可獲得。但是，適用具有與基板表面的多數載體相同極性的固定電荷之膜、且往同面形成電極時，少數載體會朝與本來應被收集的電極的相反極性之電極流入，降低太陽能電池的輸出係屬已知。
對於這問題，在專利文獻1，記載著在背面電極型太陽能電池的p型領域表面形成氧化鋁膜、在n型領域表面適用氧化矽，還在受光面適用氮化矽之例。
另一方面，在化學終端型保護層，列舉氧化矽作為代表例。氧化矽具有正電荷，雖也隨製法不同而異，但從與一般的氮化矽比起來固定電荷密度會低1~2位數、與結晶矽的邊界面之缺陷密度會比較低之特徵而言，被認為是在p型表面與n型表面皆可使用之素材。在非專利文獻1(Mulligan)之例，在使用n型基板之太陽能電池的受光面與背面之雙方適用氧化矽。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-010746號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]William P. Mulligan et al., Proceedings of 19th EUPVSEC pp.387-390(2004)。
然而，專利文獻1的太陽能電池之背面構造，保護效果雖高，另一方面，由於必須要圖案化而使步驟複雜，結果，有成本變高的問題。此外，適用於受光面的保護層之氮化矽，由於正的固定電荷密度高雖可以期待場效應，另一方面，懸鍵終端能力一般而言並不高。因此，問題在於在電阻率高的基板利用場效應可以得到充分的保護效果，但在可以期待更高的輸出電壓之低電阻基板則保護效果顯著降低。
此外，在氧化矽膜的形成，一般而言700℃~1100℃之熱處理是必要的，因而，會有或高濃度擴散層的添加不純物再擴散、或是由於往熱氧化膜的偏析而再分布，而使太陽能電池特性降低之問題。另一方面，也有使基板浸漬在室溫的硝酸溶液，暴露在從200℃到450℃左右的臭氧氛圍後形成氧化矽膜之方法，但有並未能得到充分的保護效果，品質不安定的問題。
因此，在適用氧化矽保護層時，係如在非專利文獻1記載的太陽能電池可看到的，一直採用往受光面側進而形成表面電場層(FSF：Front Surface Field)對受光面表面賦予場效應而改善太陽能電池性能之方法。
但是，FSF為了抑制因自由載體吸收造成之長波長光損失，而以相較於在背面形成之高濃度層使不純物濃度低1~2位數之方式使硼或磷熱擴散來形成。因此，有必要追加FSF形成步驟，而有太陽能電池之製造成 本提高之問題。
本發明係有鑑於上述問題點而作成，目的在於提供光電變換效率高且便宜的太陽能電池。此外，本發明之目的在於提供製造簡便而保護效果高，高光電變換效率高之太陽能電池之製造方法。
為了達成上述目的，本發明提供一種太陽能電池，在結晶矽基板的第1主表面，配置具有p型導電型之p型領域、與具有n型導電型且賦予n型導電型之添加不純物的基板深度方向之最大濃度為5×1018atoms/cm3以上之n型領域，以覆蓋前述p型領域與前述n型領域之方式配置第1保護膜，在前述第1主表面的相反側的表面即第2主表面，以覆蓋該第2主表面之方式配置第2保護膜之背面電極型太陽能電池， 其特徵係前述第1保護膜與前述第2保護膜是由包含氧化鋁之化合物所構成之太陽能電池。
以此方式，藉由第1保護膜與第2保護膜是由包含氧化鋁之化合物所構成，而在第1及第2主表面之雙方使保護效果提高，因此可以作成光電變換效率高的太陽能電池。此外，由於製造簡便而可以作成便宜的太陽能電池。
此時，前述第2主表面之至少一部分，最好是具有與前述結晶矽基板的塊體之導電型及導電率相同之 導電型及導電率。
如以此方式，前述第2主表面之至少一部分，是與基板的塊體之導電型及導電率相同之導電型及導電率，則沒有在第2主表面設置擴散層等之必要，可以作出構造簡單且便宜的太陽能電池。
此外，最好是在前述第2保護膜上、進而配置反射防止膜。
以此方式，藉由在第2保護膜上配置反射防止膜，可以作出受光面的反射被抑制、光電變換效率更高的太陽能電池。
此外，最好是在前述第1保護膜上、進而配置反射膜。
以此方式，藉由在第1保護膜上配置反射膜，可以作出背面的反射被促進、光電變換效率更高的太陽能電池。
此外，前述反射防止膜及前述反射膜，最好是包含氧化矽、氟化鎂、氮化矽、氧化錫、及氧化鈦之至少任何一種。
以此方式，如果是包含氧化矽、氟化鎂、氮化矽、氧化錫、及氧化鈦之至少任何一種之反射膜及反射防止膜，則適宜作為背面電極型太陽能電池之反射膜及反射防止膜，可以作成特性更佳的太陽能電池。
此外，最好是前述第一主表面之前述p型領域的占有面積比前述n型領域的占有面積還大。
由於因氧化鋁所形成的保護效果係對p型領域而言比n型領域還大，所以如果p型領域的占有面積較大，則可以作成光電變換效率更高的太陽能電池。
此外，本發明係提供一種太陽能電池模組，其特徵係將上述之太陽能電池電性地接續而成之太陽能電池模組。
以此方式，可以將本發明之太陽能電池電性地接續而作成太陽能電池模組。
此外，本發明係提供一種太陽能電池發電系統，其特徵係將上述之太陽能電池模組電性地複數接續而成之太陽能電池發電系統。
以此方式，電性地接續本發明之太陽能電池之太陽能電池模組，可以電性地複數接續而作成太陽能電池發電系統。
為了達成上述目的，本發明係提供一種太陽能電池之製造方法，具有：在結晶矽基板的第1主表面、形成具有p型導電型之p型領域之步驟，在前述第1主表面、形成具有n型導電型且賦予該n型導電型之添加不純物的基板深度方向之最大濃度為5×1018atoms/cm3以上之n型領域之步驟，以覆蓋前述p型領域與前述n型領域之方式形成第1保護膜之步驟，在前述第1主表面的相反側的表面即第2主表面、以覆蓋該第2主表面之方式形成第2保護膜之步驟， 形成接在前述p型領域的表面之正電極之步驟，與形成接在前述n型領域的表面之負電極之步驟之背面電極型太陽能電池之製造方法，其特徵係將前述第1保護膜與前述第2保護膜、利用包含氧化鋁之化合物來形成。
以此方式，藉由將第1保護膜與第2保護膜利用包含氧化鋁之化合物來形成，而在第1及第2主表面之雙方使保護效果提高，因此可以製造出光電變換效率高的太陽能電池。此外，由於製造步驟簡便使生產性高、可以製造出便宜的太陽能電池。
此時，最好是具有在前述第2保護膜上、進而形成反射防止膜之步驟。
以此方式，藉由在第2保護膜上形成反射防止膜，可以製造出受光面的反射被抑制、光電變換效率更高的太陽能電池。
此外，最好是具有在前述第1保護膜上、進而形成反射膜之步驟。
以此方式，藉由在第1保護膜上形成反射膜，可以製造出背面的反射被促進、光電變換效率更高的太陽能電池。
此外，形成前述正電極之步驟及形成前述負電極之步驟，最好是具有：在前述第1保護膜或前述反射膜上塗布導電性糊之子步驟，與 將已塗布前述導電性糊之前述結晶矽基板、在溫度700℃以上890℃以下、於1秒以上10分鐘以下進行熱處理之子步驟。
若以此作法形成正電極及負電極，則可以簡便地形成電極，能使生產性提高、製造出便宜的太陽能電池。
若是本發明之太陽能電池，則可以作成便宜且光電變換效率高的太陽能電池。此外，根據本發明之太陽能電池之製造方法，可以提高保護膜之保護效果、可以簡便地製造出來，因而，能夠便宜地製造出光電變換效率高的太陽能電池。
100、200、300、400‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧結晶矽基板
102‧‧‧p型領域
103‧‧‧n型領域
104‧‧‧第1保護膜
105‧‧‧第2保護膜
106‧‧‧正電極
107‧‧‧負電極
108‧‧‧反射防止膜
109‧‧‧反射膜
圖1係顯示關於本發明之背面電極型太陽能電池之一實施態樣之剖面模式圖。
圖2係顯示關於本發明之背面電極型太陽能電池之另一實施態樣之剖面模式圖。
圖3係顯示關於本發明之背面電極型太陽能電池之再另一實施態樣之剖面模式圖。
圖4係顯示關於本發明之背面電極型太陽能電池之再另一實施態樣之剖面模式圖。
圖5係顯示關於本發明之背面電極型太陽能電池之製造方法之一例之步驟流程圖。
圖6係圖示不純物之基板深度方向的濃度分布之一例。
圖7係顯示關於本發明之背面電極型太陽能電池之背面構造之模式圖。
圖8係顯示關於本發明之太陽能電池模組之一例之概觀圖。
圖9係關於本發明之太陽能電池發電系統之模式圖。
圖10係一般的背面電極型太陽能電池之剖面模式圖。
如上述，近年，在背面電極型太陽能電池作成可以簡便地得到高保護效果成為一問題。本發明人等，針對得到這樣的高保護效果之對策加以銳意檢討，遂完成本發明。
以下，針對本發明，參照圖式同時詳細說明，但本發明並不以此為限。
以下，用圖1具體地說明本發明之太陽能電池之實施態樣。本發明之太陽能電池，係在結晶矽基板101的第1主表面(背面)，配置具有p型導電型之p型領域102、與具有n型導電型且賦予該n型導電型之添加不純物的基板深度方向之最大濃度為5×1018atoms/cm3以上 之n型領域103，以覆蓋p型領域102與n型領域103之方式配置第1保護膜104，在第1主表面的相反側的表面即第2主表面，以覆蓋該第2主表面之方式配置第2保護膜105之背面電極型太陽能電池100，其特徵係第1保護膜104與第2保護膜105是由包含氧化鋁之化合物所構成的保護膜。又，在p型領域102與n型領域103上分別配置正電極106與負電極107。
以此方式，藉由第1保護膜104與第2保護膜105是由包含氧化鋁之化合物所構成，而在第1及第2主表面之雙方使保護效果提高，因此可以作成光電變換效率高的太陽能電池。此外，由於製造簡便而可以作成便宜的太陽能電池。
此時，第2主表面之至少一部分，最好是具有與結晶矽基板101的塊體之導電型及導電率相同之導電型及導電率。如以此方式，第2主表面之至少一部分是與基板的塊體之導電型及導電率相同之導電型及導電率，則沒有在第2主表面設置擴散層(FSF層等)等之必要，可以作出構造簡單且便宜的太陽能電池。
參照圖2~圖4，說明本發明更進一步之態樣。在圖2~圖4，與圖1之太陽能電池同樣的構成要素使用相同圖號來表示。
如圖2所示，本發明之太陽能電池200，最好是在第2保護膜105上、進而配置反射防止膜108。以此方式，藉由在第2保護膜105上配置反射防止膜108，可 以作出受光面的反射被抑制、光電變換效率更高的太陽能電池。
此外，如圖3所示，本發明之太陽能電池300，最好是在第1保護膜104上、進而配置反射膜109。以此方式，藉由在第1保護膜104上配置反射膜109，可以作出背面的反射被促進、光電變換效率更高的太陽能電池。
此外，如圖4所示，本發明之太陽能電池400，也可以作成在第2保護膜105上配置反射防止膜108，在第1保護膜104上配置反射膜109之構成。藉由作成這樣的構成，可以作出光電變換效率更高的太陽能電池。
此外，反射防止膜108及反射膜109，最好是包含氧化矽、氟化鎂、氮化矽、氧化錫、及氧化鈦之至少任何一種。如果是此類之反射膜及反射防止膜，則適宜作為背面電極型太陽能電池之反射膜及反射防止膜，可以作成特性更佳的太陽能電池。
此外，在圖1~圖4任何態樣之太陽能電池，也最好是第一主表面之p型領域102的占有面積比n型領域103的占有面積還大。由於因氧化鋁所形成的保護效果係對p型領域而言比n型領域還大，所以如果p型領域的占有面積較大，則可以作成光電變換效率更高的太陽能電池。
其次，針對本發明之太陽能電池之製造方法 加以說明。本發明之太陽能電池之製造方法，具有：在結晶矽基板的第1主表面、形成具有p型導電型之p型領域之步驟，在第1主表面、形成具有n型導電型之n型領域之步驟，以覆蓋p型領域與n型領域之方式形成第1保護膜之步驟，在第1主表面的相反側的表面即第2主表面、以覆蓋第2主表面之方式形成第2保護膜之步驟，形成接在p型領域的表面之正電極之步驟，與形成接在n型領域的表面之負電極之步驟之背面電極型太陽能電池之製造方法，其特徵係將第1保護膜與第2保護膜、利用包含氧化鋁之化合物來形成。
以下，參照圖5，說明本發明之太陽能電池(圖1之態樣)之製造方法之一例，但本發明並不以此為限。
圖5(a)之基板101，例如，係電阻率為0.1~10Ω‧cm之具有p型或n型導電型之結晶矽。未圖示出來，但最好是在基板表面形成把光關在裡面用之凹凸構造(紋理)。凹凸構造，可藉由把基板101浸漬在酸性或鹼性溶液一定時間而得到。酸性溶液一般上使用氟硝酸與醋酸、磷酸、硫酸、水等之混合酸溶液，在將基板101浸漬於該溶液時，基板加工時龜裂的表面之微細溝會優先地被蝕刻等，形成凹凸構造。此外，鹼溶液，係使用氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，或者四甲基氫氧化銨水溶液。鹼蝕刻係藉由形成Si-OH結合而進行蝕刻，因此蝕刻速度依存於結晶面方位，得到蝕刻速度慢的面露出來之凹凸構造。
在基板101的非受光面，凹凸構造並非必要。毋寧說藉由平坦化使表面積減少而可期待減低載體再結合損失之效果。在該場合，可以利用使用包含氟硝酸的藥液之旋轉蝕刻或沿線(in-line)型單面洗淨機。
凹凸構造形成後，最好是在鹽酸、硫酸、硝酸、氟酸等，或者這些的混合液之酸性水溶液中進行洗淨。由成本以及特性上的觀點而言，以在鹽酸中洗淨為佳。為了提高清淨度，在鹽酸溶液中混合0.5~5%的過氧化氫，加溫至60~90℃進行洗淨亦可。
其次，如圖5(b)所示，在基板101的單面(第1主表面)形成p型領域102。若是含有III族元素的擴散源則可以使用於p型領域形成，但是從電性的特性與裝置簡易性而言，以使用例如溴化硼並於900~1000℃下進行氣相擴散者為佳。本發明之太陽能電池係必須將p型領域僅在背面形成，為達成此而最好是施以或在將基板們2枚疊合在一起之狀態下進行擴散、或在受光面側形成氮化矽等擴散障壁，使硼不會擴散到受光面之辦法。此外，除了氣相擴散之外，也可以在將硼化合物塗布到基板101並乾燥之後，於900~1000℃下進行熱擴散而形成p型領域102。根據該方法，可以比較容易抑制硼往非塗布面擴散。
p型領域102的添加不純物濃度，於基板深度方向的最大值下設定成5×1018atoms/cm3以上5×1020atoms/cm3以下為佳，更好是設定在8×1018atoms/cm3以上 5×1019atoms/cm3以下左右。當未滿5×1018atoms/cm3時基板101與電極的接觸電阻會增加，當超過5×1020atoms/cm3時，因p+領域中的缺陷與歐傑再結合(Auger recombination)導致之電荷載體的再結合會變得顯著並使太陽能電池的輸出降低。
其次，如圖5(c)所示，在p型領域102上，形成擴散障壁510。在這裏，可適宜使用以化學氣相體積法或物理蒸鍍法得到之氮化矽膜或氧化矽膜。雖也依膜的製造方法之不同而異，最好是形成大致厚度50~400nm的膜。除了這些，也可以使用以熱處理得到之氧化矽膜。該場合，將基板101於700~1100℃之氧或水蒸氣氛圍中進行熱處理，使氧化矽成長20~200nm。
接著，如圖5(d)所示將n型領域形成處之擴散障壁510部分地去除而形成開口部511，露出p型領域102。擴散障壁510之去除，係可以藉由將例如蝕刻糊網版印刷於指定處、進行在100~400℃之熱處理而實現。此外，也可以採用步驟更簡單的雷射剝蝕(laser ablation)。
又，此時的開口面積，根據基板101導電型之不同而謀求最適的設計，而一般上成為發射的高濃度層的面積與太陽能電池特性係成正比的關係。於本發明採用之氧化鋁也可以適用在n型領域，但是對p型領域而言效果更好。該性質上，本發明在使用n型基板之背面電極型太陽能電池可以期待更高的效果。
其次，如圖5(e)所示，在擴散障壁的開口部 511，形成n型領域103。如此作法，在基板101的第1主表面，形成具有n型導電型之n型領域。若是含有V族元素的擴散源則可以形成n型領域103，但是從電性的特性與裝置簡易性而言，以使用例如***並於800~980℃下進行氣相擴散者為佳。本發明之太陽能電池係必須將n型領域103僅在背面(第1主表面)形成，為達成此而最好是施以或在將基板們2枚疊合在一起之狀態下進行擴散、或在受光面側形成氮化矽等擴散障壁(不圖示)，使磷不會擴散到受光面之辦法。此外，除了氣相擴散之外，也可以在將磷化合物塗布到基板並乾燥之後，於800~980℃下進行熱擴散而形成n型領域103。根據該方法，可以比較容易抑制磷往非塗布面擴散。
磷擴散，除了上述方法，也可以是把在擴散障壁(例如氧化膜)的開口部511露出來之p型領域102蝕刻去除之後進行。該場合，藉由將例如基板101浸漬在氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液，使在表面被形成的氧化膜作用為遮罩，可以只將p型領域102的露出部去除。
n型領域103的不純物濃度，由與以下敘述的氧化鋁膜的場效應之關係而言，最好是在基板深度方向的最大值下設成5×1018atoms/cm3以上。
依場效應形成之保護能力，係由氧化鋁之固定電荷密度與基板表面之載體密度所決定。當在添加不純物濃度為未滿5×1018atoms/cm3之n型領域表面有負的固定電荷時，少數載體的正電孔會在表面匯集而大大地傾向 反轉狀態。藉此使n型領域表面的載體再結合比例降低。但是，另一方面，於電極再結合之少數載體會增加，結果變成太陽能電池的特性降低。於添加不純物濃度為5×1018atoms/cm3以上之領域下場效應雖會降低，但氧化鋁由於結晶矽表面的化學終端能力也高而讓保護效果被維持。該效果，被認為是在氧化鋁製膜時會在矽與氧化鋁之界面形成數原子層左右的氧化矽膜之緣故。
另一方面，當添加不純物濃度超過1×1021atoms/cm3時，有因n型領域中的缺陷與歐傑再結合所導致之電荷載體的再結合會變得顯著造成之太陽能電池的輸出降低之疑慮。因此，添加不純物濃度最好是設在1×1021atoms/cm3以下。
上述p型領域102與n型領域103之不純物濃度，可以利用二次離子質量分析法而容易測定。圖6係顯示利用此方法測定之硼濃度分布(圖6中的(a))與磷濃度分布(圖6中的(b))之例。依不同的添加不純物或擴散條件，濃度分布的形狀不同，而同圖中以箭頭所示之數值是添加不純物的基板深度方向之最大濃度。
p型領域與n型領域之形成圖案，也可以是例如以圖7(a)所示方式使p型領域102與n型領域103直線狀地鄰接之形式。此外，也可以是如圖7(b)所示在p型領域702中形成島狀的n型領域703之形式，抑或如圖7(c)所示在n型領域713中形成島狀的p型領域712之形式。
又，p型領域的形成步驟與n型領域的形成步 驟之順序相反也沒關係。
磷擴散後，將在擴散面被形成的硼玻璃、擴散障壁、磷玻璃用氟酸等去除。為了保持基板101表面的清淨性，更好是，將氨水或四甲基氫氧化銨水溶液與0.5~5%的過氧化氫混合、加溫到60~90℃而洗淨亦可。除此之外，進而將鹽酸、硫酸、硝酸、或該等之混合液、或者該等與0.5~5%的過氧化氫混合，加溫到60~90℃而洗淨亦可。此外，最好是在洗淨的最後階段利用氟酸水溶液將基板表面的氧化膜去除。
其次，如圖5(f)所示，在p型領域102與n型領域103上形成第1保護膜104，再者，在其相反面(第2主表面)形成第2保護膜105。任一保護膜都是由包含氧化鋁之化合物所形成之膜。在氧化鋁之製膜方法上，除了原子層堆積法之外，主要採用電漿CVD、大氣壓CVD、或者減壓CVD等之化學氣相堆積法。在該等手法，使用四甲基鋁作為前驅體，此外，在將運載氣體導入前驅體之場合一般上係使用氫或氬或者氮。在鋁的氧化劑，可以使用氧、二氧化碳、氧化亞氮、水或臭氧等。
此外，在包含氧化鋁的保護膜之形成，也可以採用真空蒸鍍法或濺鍍法。此外，藉由使用鋁烷氧化物等化合物之溶膠-凝膠法來形成亦可。
第1保護膜104與第2保護膜105或可將雙面同時形成，或可單面單面形成。在同時形成之場合，適用原子層堆積法。該場合，藉由往保持在100~350℃左 右的反應室、以雙面會接觸到反應氣體之方式設置基板101，且朝此將氧化氣體與前驅體交互地導入及進行氣體置換，而形成氧化鋁膜。
也可以改變第1保護膜104與第2保護膜105之組成。在此類之單片單片的膜形成，適用從前型的平板型電漿CVD或濺鍍及溶膠-凝膠法等。
第1保護膜104與第2保護膜105之厚度係0.5nm以上，最好是作成3nm~30nm(3nm以上30nm以下)。藉由將第1及第2保護膜之膜厚作成在該膜厚範圍，可以同時地得到保護膜對基板101之覆蓋性與保護效果。
此外，在使第1保護膜104，兼作使到達太陽能電池背面的光再度往基板內反射之反射膜之功能之場合，最好是將膜厚作成70nm以上200nm以下、更好是80nm以上100nm以下。如果膜厚為70nm以上200nm以下，則可以適宜發揮作為反射膜之功能。
為了改善基板背面的光反射，也可以如圖3所示在第1保護膜104上，進而形成由氧化鋁以外的化合物所構成的反射膜109。在反射膜109可以使用氧化矽、氟化鎂、氮化矽、氧化錫、氧化鈦等。該等之膜可以利用化學氣相堆積或濺鍍、真空蒸鍍等手法來形成。反射膜109之膜厚，也會因第1保護膜104的膜厚或反射膜109的折射率不同而異，但可以作成大致80~250nm。
另一方面，在使第2保護膜105兼作反射防 止膜之功能之場合，最好是將膜厚作成70nm以上200nm以下、更好是80nm以上150nm以下。如果第2保護膜105的膜厚為70nm以上200nm以下，則可以適宜發揮作為反射膜之功能。
此外，為了改善受光面的反射防止效果，也可以如圖2所示在第2保護膜105上，進而形成由氧化鋁以外的化合物所構成的反射防止膜108。在反射防止膜108可以使用氧化矽、氟化鎂、氮化矽、氧化錫、氧化鈦等。該等之膜可以利用化學氣相堆積或濺鍍、真空蒸鍍等手法來形成。反射防止膜108之膜厚，也會因第2保護膜105的膜厚或反射防止膜的折射率不同而異，但可以作成大致50~120nm。
此外，如圖4所示，也可以合併圖2與圖3之特徵，而在太陽能電池的背面形成保護膜104與反射膜109之層積體、在受光面形成保護膜105與反射防止膜108之層積體。
氧化鋁膜，隨製法之不同而異，但習知藉由施以300~600℃的熱處理會改善保護效果。在製膜溫度比該等的溫度帶低之場合，最好是在氧化鋁製膜後，在反射膜或反射防止膜之層積前於上述溫度帶的惰性氣體氛圍或氫濃度2~10%的氫混合氮氛圍下進行5~20分鐘的熱處理。
其次，如圖5(g)所示，在p型領域102上形成正電極106、在n型領域103上形成負電極107。形成 該正電極106之步驟及形成負電極107之步驟，最好是具有在第1保護膜104或反射膜109上塗布導電性糊之子步驟，與將已塗布導電性糊之結晶矽基板101、在700℃以上890℃以下之溫度於1秒以上10分鐘以下進行熱處理之子步驟。在此，對於電極之形成方法並沒有特別限制，但從生產性之觀點而言，以導電性糊之網版印刷或投放器形成為佳。具體而言，正電極106及負電極107，係藉由將混合銀粉末及玻璃料與有機結合劑之銀膏、介著保護膜104往p型領域102與n型領域103上塗布並乾燥後，於1秒以上30分鐘以下、最好是1秒以上10分鐘以下、溫度700℃以上890℃左右進行燒成而被形成。利用這熱處理讓保護膜104、或保護膜104與反射膜被銀膏侵蝕，電極與矽電性地接觸。
此外，電極的形成也可以適用電鍍。該場合由於有必要使電極形成處之基板表面露出來，而可以將該處的保護膜104、用例如雷射剝蝕進行去除。
藉由將上述之本發明之太陽能電池、複數電性地接續起來而可以得到太陽能電池模組。圖8，係顯示電性地接續本發明之太陽能電池而成之太陽能電池模組16的非受光面之構成之一例之概觀圖。太陽能電池的正電極26是利用耳片12而在鄰接之太陽能電池的負電極27電性地被接續起來，將指定輸出所必要的枚數之太陽能電池11連結。被接續之太陽能電池11並未圖示，是利用覆蓋玻璃與充填劑、進而背板而被密封。在覆蓋玻璃廣 泛使用鈉鈣玻璃。此外，在充填劑使用乙烯醋酸乙烯酯或聚烯烴或者聚矽氧等。在背板，一般上採用使用聚對苯二甲酸乙二醇酯之機能性薄膜。又，1個太陽能電池的正電極26係被接續在太陽能電池模組16的正極端子13，另外1個太陽能電池的負電極27係被接續在太陽能電池模組16的負極端子14。
圖9係圖示連結本發明之太陽能電池模組16之太陽能電池發電系統之基本構成。本發明之太陽能電池發電系統，係將上述之本發明之太陽能電池模組16電性地複數接續而成之太陽能電池發電系統。如圖9所示，複數太陽能電池模組16用配線15串聯地被連結，經由反相器17而對外部負載電路18供給發電電力。雖同圖未圖示，該系統係可以進而具備儲蓄已發電之電力之2次電池。
[實施例]
以下，顯示實施例及比較例等進而更具體地說明本發明，但本發明並不以這些為限。
(實施例1)
150mm見方、厚度200μm、比電阻1Ω‧cm之磷摻雜<100>n型原切割矽基板，在利用熱濃氫氧化鉀水溶液將損傷層去除後，把基板浸漬於80℃的5%氫氧化鉀水溶液中20分鐘，形成隨機錐狀紋理，接著於鹽酸/過氧化氫 混合溶液中進行洗淨。
其次，在基板背面旋轉塗布硼化合物與結合劑之混合物，於1000℃，藉30分鐘的熱處理使硼擴散、形成P型領域。之後，進而繼續進行1000℃、2小時的氧化熱處理，形成氧化膜(氧化矽膜)。氧化膜形成後，將形成基板背面的n型領域之處的氧化膜、以波長532nm的雷射照射線狀地去除。
其次，將面對受光面並作成2枚1組之基板裝填到石英舟，用***於820℃下進行30分鐘的熱處理，形成n型領域。該步驟之後，在任意抽出之樣本，用二次離子質譜測定法測定p型領域與n型領域的基板深度方向之峰值不純物濃度時，p型領域為5×1019atoms/cm3、n型領域為3×1019atoms/cm3。
將該基板浸漬於10%的HF水溶液並將玻璃層與氧化膜去除之後，進而依序浸漬到80℃的鹽酸水與過氧化氫水的混合液與2%的HF水溶液、加以洗淨，在用純水清洗後予以乾燥。
在洗淨後的基板的受光面利用原子層堆積法形成膜厚100nm的氧化鋁，再者，在該裏側形成膜厚10nm的氧化鋁。之後，將基板於450℃、氮氛圍下進行15分鐘熱處理。在基板背面，進而利用電漿CVD，形成膜厚90nm的氮化矽膜。
在上述p型領域與n型領域上，利用網版印刷塗布銀膏，進行800℃、3秒鐘的熱處理後使銀膏硬 化，得到太陽能電池。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(實施例2)
在實施例1形成p型領域與n型領域之基板的背面，利用原子層堆積法形成膜厚100nm的氧化鋁，再者，在受光面形成膜厚10nm的氧化鋁。之後，將該基板於450℃、氮氛圍下進行15分鐘熱處理。在基板受光面，進而利用電漿CVD，形成膜厚90nm的氮化矽膜。
在上述p型領域與n型領域上，利用網版印刷塗布銀膏，進行800℃、3秒鐘的熱處理後使銀膏硬化，得到太陽能電池。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(實施例3)
在實施例1形成p型領域與n型領域之基板的雙面，利用原子層堆積法形成膜厚10nm的氧化鋁，之後，將基板於450℃、氮氛圍下進行15分鐘熱處理。在基板雙面，進而利用電漿CVD，形成膜厚90nm的氮化矽膜。
在上述p型領域與n型領域上，利用網版印刷塗布銀膏，進行800℃、3秒鐘的熱處理後使銀膏硬化，得到太陽能電池。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(實施例4)
使用150mm見方、厚度200μm、比電阻1Ω‧cm之硼摻雜<100>p型原切割矽基板，製作與實施例1同樣的太陽能電池。之後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(實施例5)
在150mm見方、厚度200μm、比電阻1Ω‧cm之磷摻雜<100>n型原切割矽基板，在利用熱濃氫氧化鉀水溶液將損傷層去除後，於80℃的5%氫氧化鉀水溶液中浸漬20分鐘，形成隨機錐狀紋理，接著於鹽酸/過氧化氫混合溶液中進行洗淨。
其次，在基板背面旋轉塗布硼酸化合物與結合劑之混合物，於1000℃，藉30分鐘的熱處理使硼擴散、形成p型領域。之後，進而繼續進行1000℃、2小時的氧化熱處理，形成氧化膜。氧化膜形成後，將形成基板背面的n型領域之處的氧化膜、以波長532nm的雷射照射島狀地去除。又，此時的n型領域之占有面積相比於實施例1削減25%。
其次，將面對受光面並作成2枚1組之基板裝填到石英舟，用***於820℃下進行30分鐘的熱處理，形成n型領域。該步驟之後，在任意抽出之樣本，用二次離子質譜測定法測定p型領域與n型領域的基板深度方向之峰值不純物濃度時，p型領域為5×1019 atoms/cm3、n型領域為3×1019atoms/cm3。
將該基板浸漬於10%的HF水溶液並將玻璃層與氧化膜去除之後，進而依序浸漬到80℃的鹽酸水與過氧化氫水的混合液與2%的HF水溶液、加以洗淨，在用純水清洗後予以乾燥。
在基板的雙面，利用原子層堆積法形成膜厚10nm的氧化鋁，之後，將基板於450℃、氮氛圍下進行15分鐘熱處理。在基板雙面，進而利用電漿CVD，形成膜厚90nm的氮化矽膜。
在上述p型領域與n型領域，利用網版印刷塗布銀膏，進行800℃、3秒鐘的熱處理後使銀膏硬化，得到太陽能電池。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(比較例1)
在實施例1形成p型領域與n型領域之基板的背面，利用原子層堆積法形成膜厚10nm的氧化鋁。其次，利用網版印刷將p型領域以抗酸劑(acid registant)覆蓋並使之乾燥後，將露出來的n型領域上的氧化鋁用2%氟酸水溶液去除。抗酸劑去除及基板洗淨後，將基板於450℃、氮氛圍下進行15分鐘熱處理。在基板雙面，進而利用電漿CVD，形成膜厚90nm的氮化矽膜。
在上述p型領域與n型領域，利用網版印刷塗布銀膏，進行800℃、3秒鐘的熱處理後使銀膏硬化， 得到太陽能電池。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(比較例2)
在實施例1形成p型領域與n型領域之基板的受光面塗布混合磷化合物與結合劑之磷擴散源，於面對塗布面之狀態下進行820℃、10分鐘的熱處理，在受光面形成FSF層。其次，將基板浸漬於10%的HF水溶液並將玻璃層去除之後，進而依序浸漬到80℃的鹽酸水與過氧化氫水的混合液與2%的HF水溶液、加以洗淨，在用純水清洗後予以乾燥。
之後，在基板的雙面利用原子層堆積法形成膜厚10nm的氧化鋁。其次，利用網版印刷將p型領域以抗酸劑(acid registant)覆蓋並使之乾燥後，將露出來的n型領域上的氧化鋁用2%氟酸水溶液去除。抗酸劑去除及基板洗淨後，將基板於450℃、氮氛圍下進行15分鐘熱處理。在基板雙面，進而利用電漿CVD，形成膜厚90nm的氮化矽膜。
在上述p型領域與n型領域，利用網版印刷塗布銀膏，進行800℃、3秒鐘的熱處理後使銀膏硬化，得到太陽能電池。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(比較例3)
在實施例1形成p型領域與n型領域之基板的受光面塗布混合磷化合物與結合劑之磷擴散源，於面對塗布面之狀態下進行820℃、10分鐘的熱處理，在受光面形成FSF層。其次，將基板浸漬於10%的HF水溶液並將玻璃層去除之後，進而依序浸漬到80℃的鹽酸水與過氧化氫水的混合液與2%的HF水溶液、加以洗淨，在用純水清洗後予以乾燥。
之後，將基板於900℃、氧氛圍下進行10分鐘熱處理，在基板的雙面形成氧化矽膜(膜厚約10nm)。在基板雙面，進而利用電漿CVD，形成膜厚90nm的氮化矽膜。
在上述p型領域與n型領域，利用網版印刷塗布銀膏，進行800℃、3秒鐘的熱處理後使銀膏硬化，得到太陽能電池。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(比較例4)
在與實施例3同樣的步驟下製作出的太陽能電池，調整磷擴散條件，將n型領域的基板深度方向之峰值不純物濃度設為3×1018atoms/cm3。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
(比較例5)
在實施例4形成p型領域與n型領域之基板的受光 面，利用原子層堆積法形成膜厚10nm的氧化鋁，將基板於450℃、氮氛圍下進行15分鐘熱處理。在基板雙面，進而利用電漿CVD，形成膜厚90nm的氮化矽膜。
在上述p型領域與n型領域，利用網版印刷塗布銀膏，進行800℃、3秒鐘的熱處理後使銀膏硬化，得到太陽能電池。最後，使用氙氣燈光源式之模擬太陽光，測定太陽能電池的輸出特性。
匯集上述實施例1~5及比較例1~5之太陽能電池的特性後顯示在下述的表1。在表1，Jsc為短路電流、Voc為開放電壓、FF為曲線要素、Eff.為變換效率。根據本發明之太陽能電池之變換效率皆為22.0%以上，顯示出比比較例高的變換效率。此外，由實施例5的結果顯示，本發明係在p型領域的占有面積較大的太陽能電池構造特別有效。
又，本發明並不以前述實施形態為限定。前述實施形態僅為例示，與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想具有實質上相同的構成，可以發揮同樣的作用效果者，均被包含於本發明的技術範圍。

Claims (14)

  1. 一種太陽能電池，其特徵係在結晶矽基板的第1主表面，配置具有p型導電型之p型領域、與具有n型導電型且賦予該n型導電型之添加不純物的基板深度方向之最大濃度為5×1018atoms/cm3以上之n型領域，以覆蓋前述p型領域與前述n型領域之方式配置第1保護膜，在前述第1主表面的相反側的表面即第2主表面，以覆蓋該第2主表面之方式配置第2保護膜之背面電極型太陽能電池，前述第1保護膜與前述第2保護膜是由包含氧化鋁之化合物所構成之物；前述第2主表面之至少一部分，係具有與前述結晶矽基板的塊體之導電型及導電率相同之導電型及導電率。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之太陽能電池，其中在前述第2保護膜上、進而配置反射防止膜。
  3. 如申請專利範圍第1項記載之太陽能電池，其中在前述第1保護膜上、進而配置反射膜。
  4. 如申請專利範圍第2項記載之太陽能電池，其中前述反射防止膜，係包含氧化矽、氟化鎂、氮化矽、氧化錫、及氧化鈦之至少任何一種。
  5. 如申請專利範圍第3項記載之太陽能電池，其中前述反射膜，係包含氧化矽、氟化鎂、氮化矽、氧化錫、及氧化鈦之至少任何一種。
  6. 如申請專利範圍第1至5項任1項記載之太陽能電池，其中前述第一主表面之前述p型領域的占有面積係比前述n型領域的占有面積還大。
  7. 一種太陽能電池模組，其特徵係將申請專利範圍第1至5項任1項記載之太陽能電池電性地接續而成之太陽能電池模組。
  8. 一種太陽能電池模組，其特徵係將申請專利範圍第6項記載之太陽能電池電性地接續而成之太陽能電池模組。
  9. 一種太陽能電池發電系統，其特徵係將申請專利範圍第7項記載之太陽能電池模組電性地複數接續而成之太陽能電池發電系統。
  10. 一種太陽能電池之製造方法，其特徵為具有：在結晶矽基板的第1主表面、形成具有p型導電型之p型領域之步驟，在前述第1主表面、形成具有n 型導電型且賦予該n型導電型之添加不純物的基板深度方向之最大濃度為5×1018atoms/cm3以上之n型領域之步驟，以覆蓋前述p型領域與前述n型領域之方式形成第1保護膜之步驟，在前述第1主表面的相反側的表面即第2主表面、以覆蓋該第2主表面之方式形成第2保護膜之步驟，形成接在前述p型領域的表面之正電極之步驟，與形成接在前述n型領域的表面之負電極之步驟之背面電極型太陽能電池之製造方法，將前述第1保護膜與前述第2保護膜、利用包含氧化鋁之化合物來形成。
  11. 如申請專利範圍第10項記載之太陽能電池之製造方法，其中具有在前述第2保護膜上、進而形成反射防止膜之步驟。
  12. 如申請專利範圍第10項記載之太陽能電池之製造方法，其中具有在前述第1保護膜上、進而形成反射膜之步驟。
  13. 如申請專利範圍第11項記載之太陽能電池之製造方法，其中具有在前述第1保護膜上、進而形成反射膜之步驟。
  14. 如申請專利範圍第12或13項記載之太陽能電池之製 造方法，其中形成前述正電極之步驟及形成前述負電極之步驟，係具有在前述第1保護膜或前述反射膜上塗布導電性糊之子步驟，與將已塗布前述導電性糊之前述結晶矽基板、在700℃以上890℃以下之溫度於1秒以上10分鐘以下進行熱處理之子步驟。
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