專利名稱：光電動勢裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電動勢裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
在近年來的光電動勢裝置中，以高輸出化為目標，原材料、制造工藝得到了改善。因此，為了實現(xiàn)進一步的高輸出化，實現(xiàn)通過向光電動勢裝置內(nèi)的光封閉、表面、背面中的載流子的復(fù)合速度的抑制而使以往無法充分有效利用的波長域的光對發(fā)電作出貢獻的構(gòu)造、制造方法變得重要。因此，承擔(dān)其部分作用的基板的背面構(gòu)造的改善非常重要。因此，以基板的背面?zhèn)戎械姆瓷?、基板的背面中的?fù)合速度的抑制為目標，例如提出了在對背面電極局部地進行印刷、燒成之后進行抑制復(fù)合速度的膜的成膜的技術(shù)(例如，參照專利文獻I)。另外，例如提出了在基板的背面進行了抑制復(fù)合速度的膜的成膜之后，在其一部分設(shè)置開口部，進而在整個面進行印刷、燒成背面電極膏的技術(shù)(例如，參照專利文獻2)。專利文獻1:日本特開平6-169096號公報專利文獻2:日本特開2002-246625號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述專利文獻I的方法中，在進行了背面電極的印刷、燒成之后，進行抑制復(fù)合速度的膜的成膜。在該情況下，特別在燒成時，針對基板的背面，發(fā)生污染物質(zhì)的附著、固定，所以存在如下問題:將基板的背面中的載流子的復(fù)合速度有意地抑制得低是極其困難這樣的問題。另外，在上述專利文獻2的方法中，按照覆蓋抑制復(fù)合速度的膜的大致整個面的形式印刷電極膏來形成兼具光反射功能的背面電極，該背面電極和基板的背面部分性地接觸。但是，在例如由包含作為代表性的材料的鋁(Al)的膏構(gòu)成了背面電極的情況下，存在如下問題:無法提高背面中的光反射率，無法得到充分的向光電動勢裝置內(nèi)的光封閉效果。另外，在例如由包含作為代表性的材料的銀(Ag)的膏構(gòu)成了背面電極的情況下，存在如下問題:在電極的燒成處理時，在本來的接觸部分以外的區(qū)域中，抑制復(fù)合速度的膜也由于射穿(fire through)而被侵蝕,而無法得到充分的載流子的復(fù)合速度的抑制效果。另一方面，在從太陽能電池單元向太陽能電池模塊加工時，多個單元經(jīng)由金屬片而串聯(lián)或者串聯(lián)、并聯(lián)并用地連接。一般，單元側(cè)中的連接用電極通過使用了包含銀的金屬膏的射穿而形成。通過使用射穿，在硅基板與電極之間得到電連接以及物理上的粘接強度這兩者。但是，在銀電極與硅的界面中，復(fù)合速度非常大，所以在硅太陽能電池的背面中，通過該射穿進行的電極形成成為問題。即，在硅太陽能電池的背面構(gòu)造中，背面銀電極和硅基板的硅晶體電連接，從而開路電壓(Voc)以及光電轉(zhuǎn)換效率有時降低。本發(fā)明是鑒于上述而完成的，其目的在于得到一種具備低的復(fù)合速度和高的背面反射率、光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)良的光電動勢裝置及其制造方法。為了解決上述課題并達成目的，本發(fā)明的光電動勢裝置的特征在于，具備 第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板，在一面?zhèn)染哂袛U散了第2導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)擴散層；反射防止膜，形成于所述雜質(zhì)擴散層上；第I電極，貫通所述反射防止膜而與所述雜質(zhì)擴散層電連接；背面絕緣膜，具有到達所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)鹊亩鄠€開口部而形成于所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)?’第2電極，形成于所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)?；以及背面反射膜，由通過氣相生長法形成的金屬膜構(gòu)成、或者包括金屬箔而構(gòu)成，至少在所述背面絕緣膜上覆蓋地形成，所述第2電極包括:鋁類電極，由包含鋁的材料構(gòu)成，在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)戎辽俦宦袢氲剿鲩_口部而與所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)冗B接；以及銀類電極，由包含銀的材料構(gòu)成，在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)仍O(shè)置于所述開口部之間的區(qū)域，至少一部分貫通所述背面絕緣膜而與所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)入娺B接，并且經(jīng)由所述背面反射膜而與所述鋁類電極電連接，所述半導(dǎo)體基板的面內(nèi)的所述銀類電極的面積、和使所述銀類電極的圖案在所述半導(dǎo)體基板的面內(nèi)向外側(cè)擴張了與所述半導(dǎo)體基板內(nèi)的載流子的擴散長度相應(yīng)大小的周邊區(qū)域的面積之和是所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)鹊拿娣e的10%以下。根據(jù)本發(fā)明，起到如下效果:能夠得到具有低的復(fù)合速度和高的背面反射率這兩者的背面的構(gòu)造、實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換效率的高效化的太陽能電池單元。另外，根據(jù)本發(fā)明，起到如下效果:能夠防止背面銀電極與半導(dǎo)體基板的電連接所引起的開路電壓(Voc)以及光電轉(zhuǎn)換效率的降低。



圖1-1是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的剖面構(gòu)造的主要部分剖面圖。圖1-2是從受光面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的俯視圖。圖1-3是從背面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的仰視圖。圖2是示出具有不同的背面構(gòu)造的3種試樣中的半導(dǎo)體基板的背面中的反射率的特性圖。圖3是示出模仿實施方式I的太陽能電池單元而制作的試樣中的背面電極的面積率與開路電壓(Voc)的關(guān)系的特性圖。圖4是示出模仿實施方式I的太陽能電池單元而制作的試樣中的背面電極的面積率與短路電流密度(Jsc)的關(guān)系的特性圖。圖5-1是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖5-2是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖5-3是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖5-4是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖5-5是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖5-6是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖5-7是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖5-8是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖5-9是用于說明本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。
圖6-1是示出本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的背面絕緣膜上的背面鋁電極材料膏的印刷區(qū)域的例子的平面圖。圖6-2是示出本發(fā)明的實施方式I的太陽能電池單元的背面絕緣膜上的背面鋁電極材料膏的印刷區(qū)域的例子的平面圖。圖7是用于說明本發(fā)明的實施方式2的太陽能電池單元的剖面構(gòu)造的主要部分剖面圖。圖8-1是用于說明本發(fā)明的實施方式3的太陽能電池單元的剖面構(gòu)造的主要部分剖面圖。圖8-2是從受光面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實施方式3的太陽能電池單元的俯視圖。圖8-3是從背面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實施方式3的太陽能電池單元的仰視圖。圖9是示出試樣D 試樣F的太陽能電池單元的開路電壓的特性圖。圖10是示出試樣D 試樣F的太陽能電池單元中的背面銀電極的電極面積比例的圖。圖11是示意地示出本發(fā)明的實施方式3的背面銀電極的影響區(qū)域的平面圖。圖12是示出硅基板的背面中的低開路電壓區(qū)域的比例與開路電壓的關(guān)系的一個例子的特性圖。(符號說明)1:半導(dǎo)體基板；la:p型多晶娃基板；2:p型多晶娃基板；3:n型雜質(zhì)擴散層；4:反射防止膜；5:受光面?zhèn)入姌O；5a:受光面電極材料膏；6:柵電極；7:匯流電極；8:背面絕緣膜；8a:開口部；9:背面鋁電極；9a:背面鋁電極材料膏；9b:重疊區(qū)域；10:背面反射膜；
11:鋁-硅(Al-Si)合金部；12:BSF層；21:導(dǎo)電性粘接劑；22:背面反射膜；31:背面銀電極；32:周邊區(qū)域。
具體實施例方式以下，根據(jù)附圖，詳細說明本發(fā)明的光電動勢裝置及其制造方法的實施例。另外，本發(fā)明不限于以下的記述，能夠在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)適宜變更。另外，在以下所示的附圖中，為易于理解，各部件的縮尺有時與實際不同。在各附圖之間也是同樣的。實施方式1.
圖1-1 圖1-3是示出作為本實施方式的光電動勢裝置的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的圖，圖1-1是用于說明太陽能電池單元的剖面構(gòu)造的主要部分剖面圖，圖1-2是從受光面?zhèn)扔^察的太陽能電池單元的俯視圖，圖1-3是從與受光面相反的一側(cè)(背面?zhèn)?觀察的太陽能電池單元的仰視圖。圖1-1是圖1-2的線段A-A中的主要部分剖面圖。本實施方式的太陽能電池單元如圖1-1 圖1-3所示，具備:半導(dǎo)體基板1，是具有光電轉(zhuǎn)換功能的太陽能電池基板且具有Pn結(jié)；反射防止膜4，形成于半導(dǎo)體基板I的受光面?zhèn)鹊拿?表面)，由作為防止受光面中的入射光的反射的絕緣膜的氮化硅膜(SiN膜)構(gòu)成；作為第I電極的受光面?zhèn)入姌O5，在半導(dǎo)體基板I的受光面?zhèn)鹊拿?表面)，被反射防止膜4包圍而形成；背面 絕緣膜8，由在半導(dǎo)體基板I的與受光面相反的一側(cè)的面(背面)形成的氮化硅膜(SiN膜)構(gòu)成；作為第2電極的背面鋁電極9，在半導(dǎo)體基板I的背面被背面絕緣膜8包圍而形成；以及背面反射膜10，在半導(dǎo)體基板I的背面覆蓋背面絕緣膜8和背面鋁電極9而設(shè)置。在半導(dǎo)體基板I中，由作為第I導(dǎo)電類型層的P型多晶硅基板2、和在半導(dǎo)體基板I的受光面?zhèn)韧ㄟ^磷擴散形成的作為第2導(dǎo)電類型層的雜質(zhì)擴散層(η型雜質(zhì)擴散層)3構(gòu)成了 ρη結(jié)。在η型雜質(zhì)擴散層3中，表面薄片電阻為30 100 Ω / 口。受光面?zhèn)入姌O5包括太陽能電池單元的柵電極6以及匯流電極7，與η型雜質(zhì)擴散層3電連接。為了對在半導(dǎo)體基板I中發(fā)電的電進行集電而在受光面局部地設(shè)置了柵電極
6。為了取出在柵電極6中集電的電，與柵電極6大致正交地設(shè)置了匯流電極7。另一方面，背面鋁電極9的一部分埋設(shè)于在半導(dǎo)體基板I的背面整體設(shè)置的背面絕緣膜8。即，在背面絕緣膜8中，設(shè)置了到達半導(dǎo)體基板I的背面的大致圓形的點狀的開口部8a。另外，以掩埋該開口部8a并且在背面絕緣膜8的面內(nèi)方向上具有比開口部8a的直徑寬的外形的方式，設(shè)置了由包含鋁、玻璃等的電極材料構(gòu)成的背面鋁電極9。背面絕緣膜8由氮化硅膜(SiN膜)構(gòu)成，在半導(dǎo)體基板I的背面的大致整個面通過等離子體CVD (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積)法形成。作為背面絕緣膜8通過使用利用等離子體CVD法形成的氮化硅膜(SiN膜)，能夠在半導(dǎo)體基板I的背面得到良好的載流子的復(fù)合速度的抑制效果。在半導(dǎo)體基板I的背面，覆蓋背面鋁電極9以及背面絕緣膜8而設(shè)置了背面反射膜10。通過具備覆蓋背面絕緣膜8的背面反射膜10，能夠使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光進行反射而返回半導(dǎo)體基板1，能夠得到良好的光封閉效果。另外，在本實施方式中，背面反射膜10是由作為通過氣相生長法形成的金屬膜的、通過濺射法形成的銀(Ag)膜(銀濺射膜)構(gòu)成的。背面反射膜10并非是通過使用了電極膏的印刷法形成的膜，而是由濺射膜構(gòu)成的，所以能夠?qū)崿F(xiàn)比通過印刷法形成的銀(Ag)膜高的光反射，能夠使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光更多地被反射而返回半導(dǎo)體基板I。因此，本實施方式的太陽能電池單元通過具備由銀濺射膜構(gòu)成的背面反射膜10，能夠得到優(yōu)良的光封閉效果。作為背面反射膜10的材料，理想的是使用例如針對波長為IlOOnm附近的光的反射率為90%以上、優(yōu)選為95%以上的金屬材料。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高的長波長靈敏度、且針對長波長區(qū)域的光的光封閉效果優(yōu)良的太陽能電池單元。即，雖然還取決于半導(dǎo)體基板I的厚度，但能夠?qū)⒉ㄩL為900nm以上、特別是IOOOnm IlOOnm左右的長波長的光高效地取入半導(dǎo)體基板1，能夠?qū)崿F(xiàn)高的發(fā)生電流，提高輸出特性。作為這樣的材料，除了銀(Ag)以外例如還能夠使用鋁(Al)。另外，在本實施方式的太陽能電池單元中，如上述那樣在半導(dǎo)體基板I的背面形成微細的背面鋁電極9，并在其上形成背面反射膜10。因此，在圖1-3所示的背面反射膜10中，實際上形成了背面鋁電極9所引起的微細的凹凸，但在圖1-3中省略了該微細的凹凸的記載。另外，在作為半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)鹊膮^(qū)域的與背面鋁電極9相接的區(qū)域及其附近，形成了鋁-硅(Al-Si)合金部11。進而，在其外周部，包圍該鋁-硅(Al-Si)合金部11，而形成了作為與P型多晶硅基板2相等的導(dǎo)電類型的高濃度擴散層的BSF(Back SurfaceFiled，焉面場層)12。在這樣構(gòu)成的太陽能電池單元中，如果陽光從太陽能電池單元的受光面?zhèn)日丈涞桨雽?dǎo)體基板1，則生成空穴和電子。通過ρη結(jié)部(P型多晶硅基板2與η型雜質(zhì)擴散層3的接合面)的電場，所生成的電子朝向η型雜質(zhì)擴散層3移動，空穴朝向P型多晶硅基板2移動。由此，在η型雜質(zhì)擴散層3中電子變得過剩，在P型多晶硅基板2中空穴變得過剩，其結(jié)果，發(fā)生光電動勢。在使ρη結(jié)正向偏置的方向上產(chǎn)生該光電動勢，與η型雜質(zhì)擴散層3連接的受光面?zhèn)入姌O5成為負極，與P型多晶硅基板2連接的背面鋁電極9成為正極，而在未圖示的外部電路中流過電流。圖2是示出具有不同的背面構(gòu)造的3種試樣中的半導(dǎo)體基板的背面中的反射率的特性圖。在圖2中，示出向試樣入射的光的波長與反射率的關(guān)系。另外，各試樣是模仿太陽能電池單元而制作的，背面構(gòu)造以外的基本的構(gòu)造與本實施方式的太陽能電池單元相同。各試樣的背面構(gòu)造的細節(jié)如下所述。(試樣Α)在半導(dǎo)體基板的整個背面具備由包含鋁(Al)的電極膏形成的鋁(Al)膏電極(相當于以往的一般的構(gòu)造)。(試樣B)在半導(dǎo)體基板的整個背面形成由氮化硅膜(SiN)構(gòu)成的背面絕緣膜，在該背面絕緣膜上的整個面具備由包含鋁(Al)的電極膏形成的鋁(Al)膏電極(相當于現(xiàn)有技術(shù)(專利文獻2)) ο(試樣C)在半導(dǎo)體基板的整個背面形成由氮化硅膜(SiN)構(gòu)成的背面絕緣膜，并且在半導(dǎo)體基板的背面的局部具有由包含鋁(Al)的電極膏形成的鋁(Al)膏電極，進而在該背面絕緣膜上的整個面具備由銀濺射膜構(gòu)成的高反射膜(相當于本實施方式的太陽能電池單元)O各試樣僅背面構(gòu)造不同，其他構(gòu)造相同，所以能夠從圖2確認“硅(半導(dǎo)體基板)_背面構(gòu)造”之間的反射率的差異。為了觀察背面反射的狀態(tài)，比較幾乎不會被硅吸收的波長1200nm附近即可。其原因為，在IlOOnm以下的波長中有被硅吸收而已經(jīng)對發(fā)電作出了貢獻，所以不適合于背面反射的比較。另外，在圖2中示出的反射率嚴格而言是背面中的多重反射的結(jié)果再次漏到半導(dǎo)體基板的表面的成分。如從圖2可知，相當于現(xiàn)有技術(shù)(專利文獻2)的試樣B相比于相當于以往的一般的構(gòu)造的試樣A存在一些反射率改善，但還不能說反射率改善效果充分。另一方面，可知相當于本實施方式的太陽能電池單元的試樣C相比于試樣A以及試樣B，反射率大，確認了“硅(半導(dǎo)體基板)_背面構(gòu)造”之間的反射率高，適用于基于背面中的光封閉作用的高效化。圖3是示出與上述試樣C同樣地模仿本實施方式的太陽能電池單元而制作的試樣中的背面電極的面積率(在半導(dǎo)體基板的背面中背面電極所占的比例)與開路電壓(Voc)的關(guān)系的特性圖。另外，圖4是示出與上述試樣C同樣地模仿本實施方式的太陽能電池單元而制作的試樣中的背面電極的面積率(在半導(dǎo)體基板的背面中背面電極所占的比例)與短路電流密度(Jsc)的關(guān)系的特性圖。如從圖3以及圖4可知，伴隨作為背面電極的鋁(Al)膏電極的面積率的減少、即伴隨本實施方式的高反射膜的面積率的增加，開路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)都提高，在半導(dǎo)體基板的背面得到良好的載流子的復(fù)合速度的抑制效果。由此，通過本實施方式的太陽能電池單元的構(gòu)造，可知能夠?qū)崿F(xiàn)背面反射改善和半導(dǎo)體基板的背面中的載流子的復(fù)合速度的抑制這兩者，越提高本實施方式的高反射膜的面積率，越顯著地得到上述效果。在如以上那樣構(gòu)成的實施方式I的太陽能電池單元中，作為背面絕緣膜8，在半導(dǎo)體基板I的背面具備通過等離子體CVD法形成的氮化硅膜(SiN膜)，從而能夠在半導(dǎo)體基板I的背面得到良好的載流子的復(fù)合速度的抑制效果。由此，在本實施方式的太陽能電池單元中，輸出特性提高，實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在實施方式I的太陽能電池單元中，通過具備覆蓋背面絕緣膜8而由銀濺射膜構(gòu)成的背面反射膜10，能夠?qū)崿F(xiàn)比通過以往的印刷法形成的銀(Ag)膜更高的光反射，能夠使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光更多地被反射而返回半導(dǎo)體基板I。因此，在本實施方式的太陽能電池單元中，能夠得到優(yōu)良的光封閉效果，輸出特性提高，實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，在實施方式I的太陽能電池單元中，通過具備具有低的復(fù)合速度和高的背面反射率這兩者的背面的構(gòu)造，實現(xiàn)長波長靈敏度優(yōu)良、光電轉(zhuǎn)換效率高效化的太陽能電池單元。接下來，參照圖5-1 圖5-9，說明這樣的太陽能電池單元的制造方法的一個例子。圖5-1 圖5-9是用于說明本實施方式的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。首先，作為半導(dǎo)體基板1，準備例如面向民用太陽能電池最廣泛使用的P型多晶硅基板(以下，稱為P型多晶硅基板Ia)(圖5-1)。作為P型多晶硅基板la，使用例如含有硼
(B)等III族元素的電阻為0.5 3Qcm左右的多晶硅基板。用線鋸對使熔融的硅冷卻固化而成的坯料進行切片來制造P型多晶硅基板la，所以P型多晶硅基板Ia在表面殘留切片時的損傷。因此，首先，還兼作該損傷層的去除，而將P型多晶硅基板Ia浸潰到酸或者加熱了的堿溶液中例如氫氧化鈉水溶液中來對表面進行蝕刻，從而去除在硅基板的切出時發(fā)生而在P型多晶硅基板Ia的表面附近存在的損傷區(qū)域。損傷去除后的P型多晶硅基板Ia的厚度例如是200 μ m、尺寸例如是150_X 150_。另外，也可以與損傷去除同時、或者接著損傷去除，在P型多晶硅基板Ia的受光面?zhèn)鹊谋砻孀鳛榧y理構(gòu)造形成微小凹凸。通過在半導(dǎo)體基板I的受光面?zhèn)刃纬蛇@樣的紋理構(gòu)造，能夠在太陽能電池單元的表面產(chǎn)生光的多重反射，使P型多晶硅基板Ia的內(nèi)部高效地吸收入射到太陽能電池單元的光，能夠?qū)嵭У亟档头瓷渎识岣咿D(zhuǎn)換效率。另外，本發(fā)明是涉及光電動勢裝置的背面構(gòu)造的發(fā)明，所以對于紋理構(gòu)造的形成方法、形狀，沒有特別限制。例如，可以利用使用含有異丙醇的堿水溶液或主要由氟酸和硝酸的混合液構(gòu)成的酸蝕刻的方法、在P型多晶硅基板Ia的表面形成部分性地設(shè)置開口的掩模材料并通過經(jīng)由該掩模材料的蝕刻在P型多晶硅基板Ia的表面得到蜂窩構(gòu)造、逆金字塔構(gòu)造的方法、或者使用了反應(yīng)性氣體蝕刻(RIE:Reactive 1n Etching,反應(yīng)離子蝕刻)的方法等任意方法。接下來，將該P型多晶硅基板Ia投入熱擴散爐，在作為η型的雜質(zhì)的磷(P)的氣氛下加熱。通過該工序使磷(P)擴散到P型多晶硅基板Ia的表面，形成η型雜質(zhì)擴散層3而形成半導(dǎo)體ρη結(jié)(圖5-2)。在本實施方式中，針對P型多晶娃基板Ia,在三氯氧化磷(POCl3)氣體氣氛中，在例如800°C 850°C的溫度下加熱，從而形成η型雜質(zhì)擴散層3。此處，以使η型雜質(zhì)擴散層3的表面薄片電阻成為例如30 80 Ω / □、優(yōu)選成為40 60 Ω / □的方式，控制加熱處理。
此處，在剛剛形成η型雜質(zhì)擴散層3之后的表面形成了以磷的氧化物為主成分的磷玻璃層，所以使用氟酸溶液等來去除。接下來，在形成了 η型雜質(zhì)擴散層3的P型多晶硅基板Ia的受光面?zhèn)?，為了改善光電轉(zhuǎn)換效率，作為反射防止膜4形成氮化硅膜(SiN膜)(圖5-3)。在反射防止膜4的形成中，使用例如等離子體CVD法，使用硅烷和氨的混合氣體，作為反射防止膜4形成氮化硅膜。將反射防止膜4的膜厚以及折射率設(shè)定為最抑制光反射的值。另外，作為反射防止膜4，也可以層疊折射率不同的2層以上的膜。另外，在反射防止膜4的形成中，也可以使用濺射法等不同的成膜方法。另外，作為反射防止膜4，也可以形成氧化硅膜。接下來，通過磷(P)的擴散，去除在P型多晶硅基板Ia的背面形成的η型雜質(zhì)擴散層3。由此，得到由作為第I導(dǎo)電類型層的P型多晶硅基板2、和在半導(dǎo)體基板I的受光面?zhèn)刃纬傻淖鳛榈?導(dǎo)電類型層的雜質(zhì)擴散層(η型雜質(zhì)擴散層)3構(gòu)成了 ρη結(jié)的半導(dǎo)體基板I (圖5-4)。例如，使用單面蝕刻裝置，去除在P型多晶硅基板Ia的背面形成的η型雜質(zhì)擴散層3?；蛘撸部梢允褂脤⒎瓷浞乐鼓?有效利用為掩模材料，在蝕刻液中浸潰整個P型多晶硅基板Ia的方法。對于蝕刻液，使用將氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿水溶液加熱到室溫 95°C、優(yōu)選為50°C 70°C而得到的液體。另外，作為蝕刻液，也可以使用硝酸和氟酸的混合水溶液。在η型雜質(zhì)擴散層3的去除的蝕刻之后，為了在后述成膜中將復(fù)合速度保持得較低，對在半導(dǎo)體基板I的背面露出的硅面進行清洗。例如利用RCA清洗、或者I % 20%左右的氟酸水溶液來進行清洗。接下來，在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)?，形成由氮化硅?SiN膜)構(gòu)成的背面絕緣膜8(圖5-5)。針對在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)嚷冻龅墓杳?，通過等離子體CVD形成由折射率為
1.9 2.2、厚度為60nm 300nm的氮化硅膜(SiN膜)構(gòu)成的背面絕緣膜8。通過使用等離子體CVD，能夠在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)?，可靠地形成由氮化硅膜?gòu)成的背面絕緣膜8。然后，通過形成這樣的背面絕緣膜8，能夠抑制半導(dǎo)體基板I的背面中的載流子的復(fù)合速度，在半導(dǎo)體基板I的背面的硅(Si)和氮化硅膜(SiN膜)的界面中，得到IOOcm/秒以下的復(fù)合速度。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)用于高輸出化而充分的背面界面。如果背面絕緣膜8的折射率偏離1.9 2.2，則氮化硅膜(SiN膜)的成膜環(huán)境難以穩(wěn)定，并且氮化硅膜(SiN膜)的膜質(zhì)惡化，其結(jié)果，與硅(Si)的界面的復(fù)合速度也惡化。另外，在背面絕緣膜8的厚度小于60nm的情況下，與硅(Si)的界面不穩(wěn)定，載流子的復(fù)合速度惡化。在背面絕緣膜8的厚度大于300nm的情況下，雖然無功能上的缺陷，但在成膜中花費時間，成本增加，所以從生產(chǎn)性的觀點而言不優(yōu)選。另外，背面絕緣膜8也可以是例如通過熱氧化形成的氧化硅膜(熱氧化硅膜=SiO2膜)和氮化硅膜(SiN膜)層疊的2層的層疊構(gòu)造。此處的氧化硅膜(SiO2膜)并非是在工序中在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)刃纬傻淖匀谎趸ぃO(shè)為例如通過熱氧化有意地形成的氧化硅膜(3102膜)。通過使用這樣的氧化硅膜(SiO2膜)，能夠比氮化硅膜(SiN膜)穩(wěn)定地得到半導(dǎo)體基板I的背面中的載流子的復(fù)合速度的抑制效果。另外，通過熱氧化有意地形成的氧化娃膜(SiO2膜)的厚度優(yōu)選為IOnm 50nm左右。在通過熱氧化形成的氧化硅膜(SiO2膜)的厚度小于IOnm的情況下，與硅(Si)的界面不穩(wěn)定，載流子的復(fù)合速度惡化。在通過熱氧化形成的氧化硅膜(SiO2膜)的厚度大于50nm的情況下，雖然無功能上的缺陷，但在成膜中花費時間，成本增加，所以從生產(chǎn)性的觀點而言不優(yōu)選。另外，如果為了縮短時間而在高溫下進行成膜處理，則晶體硅自身的品質(zhì)降低，導(dǎo)致壽命降低。之后，為了實現(xiàn)與半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)鹊慕佑|，在背面絕緣膜8的一部分或者整個面形成具有規(guī)定的間隔的點狀的開口部8a(圖5-6)。例如，通過針對背面絕緣膜8的激光照射，直接進行圖案形成而形成開口部8a。為了形成與半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)鹊牧己玫慕佑|，優(yōu)選增大背面絕緣膜8的面內(nèi)方向上的開口部8a的剖面面積，提高背面絕緣膜8的面內(nèi)的開口部8a的開口密度。但是，為了在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)鹊玫礁叩墓夥瓷渎?背面反射率)，相反地優(yōu)選減小開口部8a的剖面面積，降低開口部8a的開口密度。因此，優(yōu)選將開口部8a的形狀以及密度決定為用于實現(xiàn)良好的接觸的必要最小限的水平。具體而言，作為開口部8a的形狀，可以舉出直徑或者寬度為20 μ m 200 μ m的大小、相鄰的開口部8a之間的間隔為0.5mm 2mm的大致圓形的點狀或者大致矩形形狀。另夕卜，作為其他開口部8a的形狀，可以舉出寬度為20μπι 200μπκ相鄰的開口部8a之間的間隔為0.5mm 3mm的條紋狀的形狀。在本實施方式中，通過針對背面絕緣膜8的激光照射形成點狀的開口部8a。接下來，以掩埋開口部8a并且在背面絕緣膜8的面內(nèi)方向上覆蓋比開口部8a的直徑略寬的區(qū)域、且不與掩埋相鄰的開口部8a的f接觸的方式，通過絲網(wǎng)印刷法，限定地涂敷作為背面鋁電極9的電極材料的包含鋁、玻璃等的背面鋁電極材料膏9a并使其干燥(圖5-7)。能夠在后述燒成工序中，通過Al-Si合金部11和BSF12中的鋁的擴散濃度等諸多條件，變更背面鋁電極材料膏9a的涂敷形狀、涂敷量等。需要在開口部8a中確保充分的膏量，而在燒成工序中可靠地形成Al-Si合金部11和BSF層12。另一方面，在半導(dǎo)體基板I的背面上層疊了背面絕緣膜8 (氮化硅膜)和背面鋁電極9的區(qū)域中的背面鋁電極9的光反射率(背面反射率)不充分。因此，如果背面絕緣膜8上的背面鋁電極9的形成區(qū)域變寬，則向光電動勢裝置內(nèi)的光封閉效果降低。因此，需要在取得了 Al-Si合金部11以及BSF12的形成條件和向光電動勢裝置內(nèi)的光封閉效果的平衡之后，將印刷背面鋁電極材料膏9a的區(qū)域縮小為必要最小限。在本實施方式中，使含鋁(Al)的背面鋁電極材料膏9a從開口部8a的端分別以20 μ m的寬度按照在背面絕緣膜8上重疊的形式以厚度20 μ m進行印刷。在該情況下，通過在背面絕緣膜8上重疊，具有防止所形成的背面電極9在背面絕緣膜8的開口部8a部中剝離的效果。圖6-1以及圖6-2是示出背面絕緣膜8上的背面鋁電極材料膏9a的印刷區(qū)域的例子的平面圖。圖6-1示出使開口部8a成為大致圓形的點狀的例子，圖6-2示出使開口部8a成為大致矩形形狀的例子。理想的是從開口部8a的端以剖面面積在200 μ m2至1000 μ m2、優(yōu)選為400 μ m2至1000 μ m2的范圍控制重疊量。在本實施方式中，含鋁(Al)的背面鋁電極材料膏9a的膏厚是20 μ m，所以如果利用重疊的寬度這樣的表現(xiàn)來進行說明，則相當于從開口部8a的端起分別為10 μ m至50 μ m、優(yōu)選為20 μ m至50 μ m的范圍。在重疊的寬度小于10 μ m時,不僅不發(fā)揮防止背面絕緣膜8的剝離的效果，而且在燒成時即合金形成時，鋁(Al)的供給也不順利，而發(fā)生未良好地形成BSF構(gòu)造的部分。另一方面，如果重疊的寬度大于50 μ m,則膏印刷的部分所占的面積比例增加、即高反射膜的面積率減少，而大幅偏離本發(fā)明的意圖。如圖6-1所示，在開口部8a是大致圓形的點狀的情況下，在背面絕緣膜8上的開口部8a的外周部，通過絲網(wǎng)印刷法，將背面鋁電極材料膏9a在背面絕緣膜8上限定地涂敷成包括寬度為20 μ m的環(huán)狀的重疊區(qū)域9b的大致圓形形狀。例如，在開口部8a的直徑d是200 μ m的情況下，背面鋁電極材料膏9a被印刷為具有“200 μ m+20 μ m+20 μ m = 240 μ m”的直徑的大致圓形形狀。另外，如圖6-2所示，在開口部8a是大致矩形形狀的情況下，在背面絕緣膜8上的開口部8a的外周部，設(shè)置寬度為20 μ m的框狀的重疊區(qū)域％，通過絲網(wǎng)印刷法，在背面絕緣膜8上限定地涂敷背面鋁電極材料膏9a。例如，在開口部8a的寬度w是100 μ m的情況下，背面鋁電極材料膏9a被印刷為具有“100 μ m+20 μ m+20 μ m = 140 μ m”的寬度的大致矩形形狀。接下來，在半導(dǎo)體基板I的反射防止膜4上，選擇性地通過絲網(wǎng)印刷法將作為受光面?zhèn)入姌O5的電極材料的包含銀(Ag)、玻璃等的受光面電極材料膏5a涂敷成受光面?zhèn)入姌O5的形狀，并使其干燥(圖5-7)。對于受光面電極材料膏5a，例如印刷80 μ m 150 μ m寬度、2mm 3mm間隔的長條紋狀的柵電極6的圖案、和在與該圖案大致正交的方向上Imm 3mm寬度、5mm IOmm間隔的帶狀的匯流電極7的圖案。但是，對于受光面?zhèn)入姌O5的形狀，與本發(fā)明無直接關(guān)系，所以也可以在電極電阻與印刷遮光率之間取得平衡的同時自由地設(shè)定。之后，例如使用紅外爐加熱器在峰值溫度760°C 900°C下進行燒成。由此，形成受光面?zhèn)入姌O5以及背面鋁電極9，并且在作為半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)鹊膮^(qū)域的與背面鋁電極9相接的區(qū)域及其附近形成Al-Si合金部11。進而，在其外周部，包圍該Al-Si合金部11，形成作為從背面鋁電極9高濃度地擴散鋁的p+區(qū)域的BSF層12，且該BSF層12和背面鋁電極9電連接(圖5-8)。另外，在該連接部位，界面的復(fù)合速度惡化，但BSF層12能夠使該影響無效化。另外，受光面?zhèn)入姌O5中的銀貫通反射防止膜4，而η型雜質(zhì)擴散層3和受光面?zhèn)入姌O5電連接。此時，在半導(dǎo)體基板I的背面未涂敷背面鋁電極材料膏9a的區(qū)域被由氮化硅膜(SiN膜)構(gòu)成的背面絕緣膜8保護，所以即使在利用燒成的加熱中，針對半導(dǎo)體基板I的背面，也不發(fā)生污染物質(zhì)的附著、固定，不會使復(fù)合速度劣化，而維持良好的狀態(tài)。接下來，在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)刃纬筛叻瓷錁?gòu)造。即，以覆蓋背面鋁電極9以及背面絕緣膜8的方式，在半導(dǎo)體基板I的背面的整個面，通過濺射法形成銀(Ag)膜(銀濺射膜)，作為背面反射膜10 (圖5-9)。通過利用濺射法形成背面反射膜10，能夠形成致密的背面反射膜10，能夠形成實現(xiàn)比通過印刷法形成的銀(Ag)膜高的光反射的背面反射膜10。另外，背面反射膜10也可以通過蒸鍍法形成。另外，此處，在半導(dǎo)體基板I的背面的整個面形成了背面反射膜10，但背面反射膜10形成為至少覆蓋半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)戎械谋趁娼^緣膜8即可。通過以上，制作圖1-1 圖1-3所示的實施方式I的太陽能電池單元。另外，也可以在受光面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)戎g調(diào)換作為電極材料的膏的涂敷順序。如上述那樣，在實施方式I的太陽能電池單元的制造方法中，在半導(dǎo)體基板I的背面形成了具有開口部8a的背面絕緣膜8之后，涂敷背面鋁電極材料膏9a并進行燒成，所以未涂敷背面鋁電極材料膏9a的區(qū)域被背面絕緣膜8保護。由此，即使在利用燒成的加熱中，針對半導(dǎo)體基板I的背面，也不會發(fā)生污染物質(zhì)的附著、固定，不會使復(fù)合速度劣化，而維持良好的狀態(tài)，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在實施方式I的太陽能電池單元的制造方法中，以至少覆蓋背面絕緣膜8的方式，在半導(dǎo)體基板I的背面形成背面反射膜10。由此，能夠使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光在背面反射膜10中反射而返回半導(dǎo)體基板1，能夠得到良好的光封閉效果，所以能夠提高輸出特性，實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在實施方式I的太陽能電池單元的制造方法中，通過濺射法形成背面反射膜10。并非通過使用了電極膏的印刷法，而是通過濺射膜形成背面反射膜10，從而能夠形成致密的背面反射膜10，能夠形成實現(xiàn)比通過印刷法形成的膜高的光反射的背面反射膜
10,能夠得到優(yōu)良的光封閉效果。因此，根據(jù)實施方式I的太陽能電池單元的制造方法，能夠得到具有低的復(fù)合速度和高的背面反射率這兩者的背面的構(gòu)造，能夠制作長波長靈敏度優(yōu)良、光電轉(zhuǎn)換效率高效化的太陽能電池單元。進而，太陽能電池單元的光電轉(zhuǎn)換效率高效化，所以能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體基板I的薄板化，能夠降低制造成本，能夠廉價地制作電池單元特性優(yōu)良的高品質(zhì)的太陽能電池單元。實施方式2.
在實施方式2中，作為背面反射膜10的其他方式，說明利用金屬箔構(gòu)成背面反射膜10的情況。圖7是用于說明本實施方式的太陽能電池單元的剖面構(gòu)造的主要部分剖面圖，是與圖1-1對應(yīng)的圖。實施方式2的太陽能電池單元與實施方式I的太陽能電池單元不同的點為背面反射膜并非銀濺 射膜而是由鋁箔(鋁薄片)構(gòu)成這點。其以外的結(jié)構(gòu)與實施方式I的太陽能電池單元相同，所以省略詳細的說明。如圖7所示，在本實施方式的太陽能電池單元中，在半導(dǎo)體基板I的背面通過在背面鋁電極9上配置的導(dǎo)電性粘接劑21以覆蓋背面鋁電極9以及背面絕緣膜8的方式附著設(shè)置由鋁薄片構(gòu)成的背面反射膜22，并且經(jīng)由該導(dǎo)電性粘接劑21而與背面鋁電極9電連接。即使在這樣的結(jié)構(gòu)中，也能夠與實施方式I的情況同樣地，使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光進行反射而返回半導(dǎo)體基板1，能夠通過廉價的結(jié)構(gòu)得到良好的光封閉效果。另外，在本實施方式中，背面反射膜22通過作為金屬箔的鋁薄片構(gòu)成。背面反射膜22并非是通過使用了電極膏的印刷法形成的膜，而是通過金屬箔構(gòu)成的，所以能夠?qū)崿F(xiàn)比通過印刷法形成的金屬膜高的光反射，能夠使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光更多地反射而返回半導(dǎo)體基板I。因此，本實施方式的太陽能電池單元通過具備由作為金屬箔的鋁薄片構(gòu)成的背面反射膜22，能夠與實施方式I的情況同樣地得到優(yōu)良的光封閉效果O作為背面反射膜22的材料，能夠使用可加工為箔的金屬材料，與背面反射膜10的情況同樣地，理想的是使用例如針對波長為IlOOnm附近的光的反射率為90%以上、優(yōu)選為95%以上的金屬材料。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高的長波長靈敏度、且針對長波長區(qū)域的光的光封閉效果優(yōu)良的太陽能電池單元。即，雖然還取決于半導(dǎo)體基板I的厚度，但能夠?qū)⒉ㄩL為900nm以上、特別是IOOOnm IlOOnm左右的長波長的光高效地取入到半導(dǎo)體基板1，實現(xiàn)高的發(fā)生電流，能夠提高輸出特性。作為這樣的材料，除了鋁(Al)以外例如還能夠使用銀(Ag)。在實施方式I中使用圖5-1 圖5-8而說明的工序之后，在背面鋁電極9上涂敷導(dǎo)電性粘接劑21，利用該導(dǎo)電性粘接劑21以覆蓋背面鋁電極9以及背面絕緣膜8的方式附著設(shè)置背面反射膜22，從而能夠制作這樣構(gòu)成的本實施方式的太陽能電池單元。另外，即使在該情況下，背面反射膜22也形成為至少覆蓋半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)戎械谋趁娼^緣膜8即可。在如以上那樣構(gòu)成的實施方式2的太陽能電池單元中，作為背面絕緣膜8，在半導(dǎo)體基板I的背面具備通過等離子體CVD法形成的氮化硅膜(SiN膜)，從而能夠在半導(dǎo)體基板I的背面得到良好的載流子的復(fù)合速度的抑制效果。由此，在本實施方式的太陽能電池單元中，輸出特性提高，實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在實施方式2的太陽能電池單元中，通過覆蓋背面絕緣膜8地具備由作為金屬箔的鋁薄片構(gòu)成的背面反射膜22，能夠?qū)崿F(xiàn)比通過以往的印刷法形成的金屬膜高的光反射，能夠使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光更多地反射而返回半導(dǎo)體基板I。因此，在本實施方式的太陽能電池單元中，能夠得到優(yōu)良的光封閉效果，輸出特性提高，實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，在實施方式2的太陽能電池單元中，通過具備具有低的復(fù)合速度和高的背面反射率這兩者的背面的構(gòu)造，實現(xiàn)長波長靈敏度優(yōu)良、且光電轉(zhuǎn)換效率高效化的太陽能電池單元。另外，在實施方式2的太陽能電池單元的制造方法中，在半導(dǎo)體基板I的背面形成了具有開口部8a的背面絕緣膜8之后涂敷背面鋁電極材料膏9a并進行燒成，所以未涂敷背面鋁電極材料膏9a的區(qū)域被背面絕緣膜8保護。由此，即使在利用燒成的加熱中，針對半導(dǎo)體基板I的背面，也不會發(fā)生污染物質(zhì)的附著、固定，不會使復(fù)合速度劣化，而維持良好的狀態(tài)，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在實施方式2的太陽能電池單元的制造方法中，以至少覆蓋背面絕緣膜8的方式，在半導(dǎo)體基板I的背面形成背面反射膜22。由此，能夠使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光在背面反射膜22中反射而返回半導(dǎo)體基板1，能夠得到良好的光封閉效果，所以能夠提高輸出特性，實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在實施方式2的太陽能電池單元的制造方法中，通過在背面鋁電極9上附著設(shè)置作為金屬箔的鋁薄片，形成背面反射膜22。并非通過使用了電極膏的印刷法，而作為背面反射膜22使用作為金屬箔的鋁薄片來形成背面反射膜22，從而能夠形成致密的背面反射膜22，能夠形成實現(xiàn)比通過印刷法形成的膜高的光反射的背面反射膜22，能夠得到優(yōu)良的光封閉效果。因此，根據(jù)實施方式2的太陽能電池單元的制造方法，能夠得到具有低的復(fù)合速度和高的背面反射率這兩者的背面的構(gòu)造，能夠制作長波長靈敏度優(yōu)良、且光電轉(zhuǎn)換效率高效化的太陽能電池單元。進而，太陽能電池單元的光電轉(zhuǎn)換效率高效化，所以能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體基板I的薄板化，能夠降低制造成本，能夠廉價地制作電池單元特性優(yōu)良的高品質(zhì)的太陽能電池單元。另外，在上述實施方式中，說明了作為半導(dǎo)體基板使用P型的硅基板的情況，但也可以設(shè)為使用η型的硅基板來形成p型擴散層的相反導(dǎo)電類型的太陽能電池單元。另外，作為半導(dǎo)體基板使用了多晶硅基板，但也可以使用單晶硅基板。另外，在上述中使半導(dǎo)體基板的基板厚度為200 μ m，但還能夠使用薄型化至可自身保持的程度的基板厚度、例如50 μ m左右的半導(dǎo)體基板。而且，在上述中將半導(dǎo)體基板的尺寸設(shè)為150mmX 150mm,但半導(dǎo)體基板的尺寸不限于此。實施方式3.
在實施方式3中，說明如下的背面構(gòu)造:在上述實施方式I以及在實施方式2的太陽能電池單元中，具備在對太陽能電池單元進行模塊化時用于連接對單元間進行連接的金屬片的連接用電極。在結(jié)晶類硅太陽能電池的高效化中，近年來，特別是背面的復(fù)合速度的抑制變得越來越重要。在單晶硅太陽能電池以及多晶硅太陽能電池這兩者中，載流子擴散長度超過硅基板的厚度的事例并不少。因此，硅基板的背面的表面復(fù)合速度的大小較大地影響太陽能電池單元的特性。另一方面，在從作為器件單位的太陽能電池單元向作為實際的產(chǎn)品的太陽能電池模塊加工時，經(jīng)由金屬片而串聯(lián)或者串聯(lián)、并聯(lián)并用地連接多個太陽能電池單元。在這樣對太陽能電池單元進行太陽能電池模塊化的具體的方法中，在單元側(cè)設(shè)置的連接用電極的原材料中，使用包含銀的金屬膏的情況較多。從成本上的側(cè)面自不必言，還大幅依賴于射穿的特征。射穿是指，通過膏的涂敷、燒成，膏中包含的銀、玻璃成分等與硅相互反應(yīng)而向硅晶體內(nèi)侵蝕，在硅基板與電極之間得到電連接以及物理性粘接強度這兩者。針對氮化硅膜(SiN膜)等硅化合物也同樣地產(chǎn)生該現(xiàn)象。通過在氮化硅膜(SiN膜)上直接涂敷、燒成金屬膏，膏中包含的銀、玻璃成分等以侵透(eat into)那樣的形態(tài)貫通氮化硅膜(SiN膜)，無需圖案形成而能夠?qū)崿F(xiàn)電極和硅晶體的連接。因此，射穿對太陽能電池制造工藝的簡化有大的貢獻。在實施方式I中在圖5-7 圖5-8所示的工序中也實施
射穿。 但是，在銀電極和硅的界面中，復(fù)合速度非常大。因此，在硅太陽能電池的背面中，該射穿所致的電極形成成為大的問題。特別是，開路電壓(Voc)即使在背面銀電極和硅基板的少量的接觸中有時也顯著降低。即，通過在硅太陽能電池的背面構(gòu)造中使背面銀電極和硅基板的硅晶體電連接，開路電壓(Voc)以及光電轉(zhuǎn)換效率有時降低。因此，在硅太陽能電池的背面構(gòu)造中，優(yōu)選在確保背面銀電極和硅基板的背面?zhèn)鹊奈锢硇哉辰訌姸鹊耐瑫r，避免背面銀電極和硅基板的電連接所致的影響。以下，作為這樣的問題的解決方法，說明如下構(gòu)造:即使射穿所致的背面銀電極的侵蝕到達至硅基板的背面的硅(Si)晶體，仍抑制背面銀電極和硅晶體的電連接所致的影響而實用上無障礙。作為具體的實施方式，可以舉出對背面銀電極的面積比例和形狀設(shè)置限制。圖8-1 圖8-3是示出作為實施方式3的光電動勢裝置的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)的圖，圖8-1是用于說明太陽能電池單元的剖面構(gòu)造的主要部分剖面圖，圖8-2是從受光面?zhèn)扔^察的太陽能電池單元的俯視圖，圖8-3是從與受光面相反的一側(cè)(背面?zhèn)?觀察的太陽能電池單元的仰視圖。圖8-1是圖8-2的線段B-B中的主要部分剖面圖。
實施方式3的太陽能電池單元與實施方式I的太陽能電池單元的不同點在于，在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)龋邆湟糟y(Ag)為主成分的背面銀電極31。即，在實施方式3的太陽能電池單元中，作為背面?zhèn)入姌O，在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)染哂幸凿X(Al)為主成分的背面鋁電極9和以銀(Ag)為主成分的背面銀電極31。其以外的結(jié)構(gòu)與實施方式I的太陽能電池單元相同，所以省略詳細的說明。對背面銀電極31連接了在對太陽能電池單元進行模塊化時連接單元間的金屬片。在半導(dǎo)體基板I的背面?zhèn)戎械南噜彽谋趁驿X電極9間的區(qū)域中，在與匯流電極7的延伸方向大致平行的方向上延伸地例如設(shè)置了 2根背面銀電極31。另外，背面銀電極31從背面反射膜10的表面突出，并且貫通背面絕緣膜8而至少一部分與半導(dǎo)體基板I的背面物理以及電連接。背面銀電極31的寬度成為與例如匯流電極7相同程度的尺寸。在硅太陽能電池單元的連接電極材料中，通常使用銀膏，例如添加了鉛硼玻璃。該玻璃是燒結(jié)狀，例如，由鉛(Pb)、硼⑶、娃(Si)、氧(O)的組成構(gòu)成，進而，有時還混合了鋅(Zn)、鎘(Cd)等。涂敷、燒成這樣的銀膏并通過射穿而形成背面銀電極31。在實施方式I中，在圖5-7的工序中，在背面絕緣膜8上的區(qū)域中，通過絲網(wǎng)印刷將作為電極材料膏的銀膏涂敷、干燥為背面銀電極31的形狀，在圖5-8的工序中燒成，從而通過射穿，能夠制作這樣的背面銀電極31。另外，其以外通過與實施方式I的情況同樣地實施圖5-1 圖5-9的工序，能夠制作實施方式3的太陽能電池單元。接下來，說明背面銀電極31的形狀所致的硅太陽能電池單元的開路電壓(Voc)的差異。首先，使用15cm見方尺寸的P型多晶硅基板2，制作出具有圖8-1 圖8_3所示的構(gòu)造的試樣D 試樣F的太陽能電池單元。另外，除了不形成背面銀電極31以外，與試樣D 試樣F同樣地，作為比較對照制作出試樣G的太陽能電池單元。在以下的條件下，制作出各試樣的背面銀電極的圖案(銀膏的印刷圖案)。(試樣D):寬度 ΙΟΟμπιΧ 長度 148_X75 根(2mm 間隔)(試樣E):寬度 3.5mmX 長度 148mmX2 根(75mm 間隔)(試樣F):寬度7.5mmX長度IOmmX7個部位X2列(75mm間隔)(試樣G):沒有背Ag膏印刷(參考:比較對象)圖9是示出試樣D 試樣F的太陽能電池單元的開路電壓(Voc)的特性圖。圖10是示出試樣D 試樣F的太陽能電池單元中的背面銀電極31的電極面積比例的圖。電極面積比例是背面銀電極31的面積相對P型多晶硅基板2的背面的面積的比例。另外，關(guān)于背面銀電極31的面積，使用形成背面銀電極31時的銀膏的印刷面積。根據(jù)圖9可知，在上述4種試樣中，相比于其他，試樣D的開路電壓(Voc)更大幅劣化。另一方面，根據(jù)圖10可知，試樣D 試樣F的太陽能電池單元的電極面積比例都是4.6% 4.7%，大致相等。因此，僅僅通過背面銀電極31的面積比例的差異，無法說明圖9中的開路電壓(Voc)的差異。因此，如下所述，背面銀電極31的形狀和擴散長度的關(guān)系性變得重要。實施方式3的太陽能電池單元的構(gòu)造是為了實現(xiàn)高效率的構(gòu)造，可以舉出所使用的單晶硅或者多晶硅的擴散長度大而作為事實上的前提條件。為了有意義地得到取得高效率的效果，要求至少300 μ m以上、優(yōu)選為500 μ m以上的擴散長度。以下，例如以擴散長度是500 μ m的事例為例子而進行說明。如上述說明，背面銀電極31對開路電壓(Voc)的影響起因于其界面的復(fù)合速度的大小。此處所稱的“影響”是指，所發(fā)生的載流子比太陽能電池基板的半導(dǎo)體材料自身的大量(bulk)復(fù)合更快地向界面擴散而復(fù)合。因此，影響波及的范圍也并非無限大，而與發(fā)生載流子可擴散的距離、即擴散長度存在密切的關(guān)聯(lián)性。在P型多晶硅基板2的背面的面內(nèi)，對于包括使背面銀電極31的圖案向其外側(cè)擴張了擴散長度:500μπι的周邊區(qū)域的“背面銀電極31所致的影響區(qū)域”，在圖10中一并示出計算各試樣中的面積比例而得到的結(jié)果。面積比例是背面銀電極31所致的影響區(qū)域的面積相對P型多晶硅基板2的背面的面積的比例。圖11是示意地示出背面銀電極31所致的影響區(qū)域的平面圖。在圖11中，透過背面反射膜10來進行觀察。另外，圖11是平面圖，為了易于理解地觀察附圖而附加了陰影線。如圖11所示，背面銀電極31所致的影響區(qū)域包括背面銀電極31的圖案區(qū)域和周邊區(qū)域32。周邊區(qū)域32是在P型多晶硅基板2的背面形成了背面絕緣膜8的區(qū)域的一部分區(qū)域。根據(jù)圖10可知，試樣E和試樣F中的背面銀電極31所致的影響區(qū)域的面積比例是大致5%或大于5%。另一方面，試樣D中的背面銀電極31所致的影響區(qū)域的面積比例超過50%。根據(jù)該結(jié)果和圖9的結(jié)果，可以說在背面銀電極31所致的影響區(qū)域相對P型多晶硅基板2的背面的面積的面積比例大的情況下，開路電壓(Voc)降低。由此可知，為了將開路電壓(Voc)維持得較高，不僅是背面銀電極31的圖案自身，而且抑制其影響波及的范圍的面積比例也是重要的。在P型多晶硅基板2的背面中，開路電壓(Voc)高的區(qū)域(高開路電壓區(qū)域)即在P型多晶硅基板2的背面高度地形成鈍化的區(qū)域、和開路電壓(Voc)低的區(qū)域(低開路電壓區(qū)域)即在P型多晶硅基板2的背面大幅受到背面銀電極31所致的影響的區(qū)域混合存在的情況下，能夠根據(jù)并聯(lián)連接考慮整體的開路電壓(Voc)。圖12是示出硅基板的背面中的低開路電壓區(qū)域的比例和開路電壓(Voc)的關(guān)系的一個例子的特性圖。在圖12中，例如將高開路電壓區(qū)域的電壓臨時固定為655mV、將低開路電壓區(qū)域的電壓臨時固定為580mV，計算出基于兩者的比例的整體開路電壓(Voc)的變化。如上所述，整體的開路電壓(Voc)基于并聯(lián)連接、并且二極管中的電流-電壓的關(guān)系基于指數(shù)函數(shù)，所以即使低開路電壓區(qū)域的比例小，整體開路電壓(Voc)的影響也決不小。為了本實施方式的太陽能電池單元的高效化，開路電壓(Voc)要求至少635mV以上、優(yōu)選為640mV以上。由此，對于低開路電壓區(qū)域的面積比例的上限，參照圖12，要求最大為10%以下、優(yōu)選為8%以下。另一方面，背面銀電極31的本來的主要功能為在片連接時與金屬片直接連接，所以為了確保其粘接性，優(yōu)選具有3%左右以上的面積比例。另外，從與相鄰的其他單元進行相互連接的關(guān)系而言，優(yōu)選連續(xù)或者間斷的線狀、帶狀或者矩形形狀的形狀的部分占據(jù)一半以上。另外，對于在P型多晶硅基板2的背面形成的由氮化硅膜(SiN膜)構(gòu)成的背面絕緣膜8的厚度，為了充分得到背面?zhèn)鹊谋砻鎻?fù)合速度的抑制效果，需要60nm以上的膜厚。另一方面，在背面絕緣膜8的厚度是160nm以上的情況下，形成背面銀電極31時的射穿不易到達至P型多晶硅基板2的背面。另外，在背面絕緣膜8的厚度是240nm以上的情況下，射穿完全不會到達P型多晶娃基板2的背面。因此，在160nm以上、最厚為240nm以上的I旲厚中，不發(fā)生本發(fā)明的更改自身的必要性。厚的膜厚當然阻礙生產(chǎn)性，本實施方式的背面絕緣膜8的厚度的上限被設(shè)定為小于160nm、最厚也為小于240nm。在如以上那樣構(gòu)成的實施方式3的太陽能電池單元中，作為背面絕緣膜8，在半導(dǎo)體基板I的背面具備通過等離子體CVD法形成的氮化硅膜(SiN膜)，從而能夠在半導(dǎo)體基板I的背面得到良好的載流子的復(fù)合速度的抑制效果。由此，在本實施方式的太陽能電池單元中，輸出特性提高，實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在實施方式3的太陽能電池單元中，通過具備覆蓋背面絕緣膜8并由銀濺射膜構(gòu)成的背面反射膜10，能夠?qū)崿F(xiàn)比通過以往的印刷法形成的銀(Ag)膜更高的光反射，能夠使透過半導(dǎo)體基板I以及背面絕緣膜8的光更多地反射而返回半導(dǎo)體基板I。因此，在本實施方式的太陽能電池單元中，能夠得到優(yōu)良的光封閉效果，輸出特性提高，實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在實施方式3的太陽能電池單元中，背面銀電極31所致的影響區(qū)域的面積相對P型多晶硅基板2的背面的面積的比例是10%以下、優(yōu)選為8%以下。由此，即使射穿所致的背面銀電極31的侵蝕到達至P型多晶硅基板2的背面的硅(Si)晶體，仍抑制背面銀電極31和硅晶體的電連接所致的影響，而防止開路電壓(Voc)以及光電轉(zhuǎn)換效率的降低。即，能夠在確保P型多晶硅基板2的背面和背面銀電極31的物理性粘接強度，并且避免背面銀電極31和P型多晶硅基板2的背面的硅晶體的電連接所致的開路電壓(Voc)以及光電轉(zhuǎn)換效率的降低。因此，在實施方式3的太陽能電池單元中，實現(xiàn)了具備具有低的復(fù)合速度和高的背面反射率這兩者的背面的構(gòu)造，長波長靈敏度以及開路電壓(Voc)優(yōu)良、光電轉(zhuǎn)換效率高效化的太陽能電池單元。另外，本實施方式也可以應(yīng)用于實施方式2的構(gòu)造，在該情況下也得到與上述同樣的效果。產(chǎn)業(yè)上的可利用性如以上那樣，本發(fā)明的光電動勢裝置適用于通過低的復(fù)合速度和高的背面反射率實現(xiàn)高效的光電動勢裝置的情況。
權(quán)利要求
1.一種光電動勢裝置，其特征在于，具備: 第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板，在一面?zhèn)染哂袛U散了第2導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)擴散層； 反射防止膜，形成于所述雜質(zhì)擴散層上； 第I電極，貫通所述反射防止膜而與所述雜質(zhì)擴散層電連接； 背面絕緣膜，具有到達所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)鹊亩鄠€開口部而形成于所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)龋? 第2電極，形成于所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)?；以? 背面反射膜，由通過氣相生長法形成的金屬膜構(gòu)成、或者包括金屬箔而構(gòu)成，至少在所述背面絕緣膜上覆蓋地形成， 所述第2電極包括: 鋁類電極，由包含鋁的材料構(gòu)成，在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)戎辽俦宦袢氲剿鲩_口部而與所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)冗B接；以及 銀類電極，由包含銀的材料構(gòu)成，在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)仍O(shè)置于所述開口部之間的區(qū)域，至少一部分貫通所述背面絕緣膜與所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)入娺B接，并且經(jīng)由所述背面反射膜與所述鋁類電極電連接， 所述半導(dǎo)體基板的面內(nèi)的所述銀類電極的面積、和使所述銀類電極的圖案在所述半導(dǎo)體基板的面內(nèi)向外側(cè)擴張了與所述半導(dǎo)體基板內(nèi)的載流子的擴散長度相應(yīng)大小的周邊區(qū)域的面積之和是所述半導(dǎo) 體基板的另一面?zhèn)鹊拿娣e的10%以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述銀類電極的面積和所述周邊區(qū)域之和是所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)鹊拿娣e的8%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體基板是硅基板，所述擴散長度是500 μ m以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體基板是硅基板，所述擴散長度是300 μ m以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述背面絕緣膜是通過等離子體CVD法形成的氮化硅膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述背面絕緣膜是通過熱氧化形成的氧化硅膜和通過等離子體CVD法形成的氮化硅膜從所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)葘盈B了的層疊膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述氧化娃膜的厚度是IOnm以上且50nm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述氮化硅膜的折射率是1.9以上且2.2以下，厚度是60nm以上且小于240nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述氮化硅膜的折射率是1.9以上且2.2以下，厚度是60nm以上且小于160nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述開口部的直徑或者寬度是20 μ m 200 μ m的大小，相鄰的所述開口部之間的間隔是0.5mm 2mm的大致圓形的點狀或者大致矩形形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述開口部的寬度是20 μ m 200 μ m,相鄰的所述開口部之間的間隔是0.5mm 3mm的條紋狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述鋁類電極被埋入到所述開口部并且在所述背面絕緣膜上重疊地形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光電動勢裝置，其特征在于， 從所述開口部的端部以10 μ m 50 μ m的寬度在所述背面絕緣膜上重疊地形成了所述鋁類電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述金屬箔是鋁箔。
15.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述金屬箔通過導(dǎo)電性粘接劑附著設(shè)置于所述鋁類電極并且經(jīng)由所述導(dǎo)電性粘接劑與所述鋁類電極電連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的光電動勢裝置，其特征在于， 通過所述氣相生長法形成的金屬膜是金屬的濺射膜或者蒸鍍膜。
17.一種光電動勢裝置的制造方法，其特征在于，包括: 第I工序，在第I導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板的一面?zhèn)龋纬蓴U散了第2導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)擴散層； 第2工序，在所述雜質(zhì)擴散層上形成反射防止膜； 第3工序，在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)刃纬杀趁娼^緣膜； 第4工序，在所述背面絕緣膜的至少一部分形成到達所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)鹊亩鄠€開口部； 第5工序，在所述反射防止膜上涂敷第I電極材料； 第6工序，以至少掩埋所述多個開口部的方式，在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)韧糠蟀X的第I個第2電極材料； 第7工序，在所述背面絕緣膜上涂敷包含銀的第2個第2電極材料； 第8工序，對所述第I電極材料、所述第I個第2電極材料以及所述第2個第2電極材料進行燒成，形成貫通所述反射防止膜而與所述雜質(zhì)擴散層電連接的第I電極、和包括鋁類電極以及銀類電極的第2電極，其中，所述鋁類電極包含鋁且在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)戎辽俦宦袢氲剿鲩_口部而與所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)入娺B接，所述銀類電極包含銀且在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)仍O(shè)置于所述開口部之間的區(qū)域而至少一部分貫通所述背面絕緣膜而與所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)入娺B接；以及 第9工序，以使所述鋁類電極和所述銀類電極電連接的方式，至少在所述背面絕緣膜上覆蓋地形成由通過氣相生長法形成的金屬膜構(gòu)成、或者包括金屬箔而構(gòu)成的背面反射膜， 將所述半導(dǎo)體基板的面內(nèi)的所述第2個第2電極材料的涂敷面積、和將所述第2個第2電極材料的涂敷圖案在所述半導(dǎo)體基板的面內(nèi)向外側(cè)擴張了與所述半導(dǎo)體基板內(nèi)的載流子的擴散長度相應(yīng)大小的周邊區(qū)域的面積之和設(shè)為所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)鹊拿娣e的10%以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于， 在所述第3工序中，通過等離子體CVD法形成氮化硅膜而作為所述背面絕緣膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于， 在所述第3工序中，在所述半導(dǎo)體基板的另一面?zhèn)韧ㄟ^熱氧化形成氧化硅膜，進而在所述氧化硅膜上通過等離子體CVD法形成氮化硅膜，作為所述背面絕緣膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于， 在所述第6工序中，掩埋所述開口部并且從所述開口部的端部以ΙΟμπι 50μπι的寬度在所述背面絕緣膜上重疊地涂敷所述第2電極材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于， 所述金屬箔是鋁箔。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于， 通過所述氣相生長法形 成的金屬膜是金屬的濺射膜或者蒸鍍膜。
全文摘要
半導(dǎo)體基板(基板)，具有雜質(zhì)擴散層；第1電極，貫通形成在雜質(zhì)擴散層上的反射防止膜而與雜質(zhì)擴散層電連接；背面絕緣膜，具有到達基板的另一面?zhèn)鹊亩鄠€開口部而形成；第2電極，形成于基板的另一面?zhèn)?；以及背面反射膜，由通過氣相生長法形成的金屬膜構(gòu)成、或者包括金屬箔而構(gòu)成，至少在背面絕緣膜上覆蓋地形成，第2電極包括Al類電極，在基板的另一面?zhèn)缺宦袢氲介_口部而與基板的另一面?zhèn)冗B接；以及Ag類電極，在基板的另一面?zhèn)仍O(shè)置于開口部之間的區(qū)域而至少一部分貫通背面絕緣膜與基板的另一面?zhèn)入娺B接，基板的面內(nèi)的Ag類電極的面積、和使銀類電極的圖案在基板的面內(nèi)向外側(cè)擴張了與載流子的擴散長度相應(yīng)大小的周邊區(qū)域的面積之和是基板的另一面?zhèn)鹊拿娣e的10％以下。
文檔編號H01L31/04GK103180964SQ20108006917
公開日2013年6月26日 申請日期2010年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月5日
發(fā)明者濱本哲 申請人:三菱電機株式會社