太陽能電池單元及其制造方法、太陽能電池模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及太陽能電池單元及其制造方法、太陽能電池模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前在地球上使用的電力用太陽能電池的主流是使用了硅基板的襯底型(bulktype)的硅太陽能電池。另外，關(guān)于硅太陽能電池的量產(chǎn)級下的工藝流程，為了盡量實(shí)施簡化來降低制造成本，進(jìn)行了各種研究。
[0003]一般，通過以下那樣的方法，制作了以往的襯底型硅太陽能電池單元(以下有時稱為太陽能電池單元)。首先，作為例如第I導(dǎo)電類型的基板，準(zhǔn)備P型硅基板。然后，將在硅基板中從鑄造鑄錠進(jìn)行切片時發(fā)生的硅表面的損傷層用例如幾Wt%? 20wt%的氫氧化鈉、氫氧化鉀那樣的堿溶液除去10 μ m?20 μ m厚。
[0004]接下來，在除去了損傷層的表面制作被稱為紋理的表面凸凹構(gòu)造。在太陽能電池單元的表面?zhèn)?受光面?zhèn)?，通常，為了抑制光反射而將陽光盡可能多地取入到P型硅基板上，形成這樣的紋理。作為紋理的制作方法，有被稱為例如堿紋理法的方法。在堿紋理法中，用在幾wt%的氫氧化鈉、氫氧化鉀那樣的低濃度堿液中添加了 IPA(異丙醇)等促進(jìn)各向異性蝕刻的添加劑的溶液進(jìn)行各向異性蝕刻，以使硅(111)面露出的方式形成紋理。
[0005]接下來，作為擴(kuò)散處理，針對P型硅基板在例如三氯氧磷(POCl3)、氮、氧的混合氣體氣氛下，在例如800°C?900°C下，處理幾十分鐘，在整個表面中，作為第2導(dǎo)電類型的雜質(zhì)層均勻地形成η型雜質(zhì)擴(kuò)散層。在無特別處理的情況下，η型雜質(zhì)擴(kuò)散層形成于P型硅基板的整個面。均勻地形成在硅表面的η型雜質(zhì)擴(kuò)散層的薄層電阻是幾十Ω/ □左右，η型雜質(zhì)擴(kuò)散層的深度被設(shè)為0.3μηι?0.5μηι左右。
[0006]此處，η型雜質(zhì)擴(kuò)散層被均勻地形成在硅表面，所以表面和背面是被電連接了的狀態(tài)。為了切斷該電連接，通過例如干蝕刻來蝕刻P型硅基板的端面區(qū)域。另外，作為其他方法，還有時通過激光進(jìn)行P型硅基板的端面分離。之后，將P型硅基板浸漬到氫氟酸水溶液，將在擴(kuò)散處理中在表面上堆積了的玻璃質(zhì)(PSG)蝕刻除去。
[0007]接下來，作為以防止反射為目的的絕緣膜(防反射膜)，在η型雜質(zhì)擴(kuò)散層的表面，以均勻的厚度形成氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鈦膜等絕緣膜。在作為防反射膜而形成氮化硅膜的情況下，通過例如等離子體CVD法，將硅烷(SiH4)氣體以及氨(NH3)氣作為原材料，在300°C以上、減壓下的條件下，進(jìn)行成膜形成。防反射膜的折射率是2.0?2.2左右，最佳的膜厚是70nm?90nm左右。另外，應(yīng)注意這樣形成的防反射膜是絕緣體，僅通過在其上簡單地形成受光面?zhèn)入姌O，不會作為太陽能電池起作用。
[0008]接下來，在防反射膜上，按照柵電極以及匯流電極的形狀，通過絲網(wǎng)印刷法，涂覆成為受光面?zhèn)入姌O的銀膏并使其干燥。此處，受光面?zhèn)入姌O用的銀膏形成于以防止反射為目的的絕緣膜上。
[0009]接下來，在基板的背面，分別按照背面鋁電極的形狀以及背面銀匯流電極的形狀，通過絲網(wǎng)印刷法，涂覆成為背面鋁電極的背面鋁電極膏、以及成為背面銀匯流電極的背面銀膏并使其干燥。
[0010]接下來，通過數(shù)秒鐘的峰值溫度成為700°C?900°C的幾分至十幾分鐘的燒結(jié)溫度分布圖對在硅基板的表背面涂覆了的電極膏同時進(jìn)行燒成。由此，在硅基板的表面?zhèn)茸鳛槭芄饷鎮(zhèn)入姌O形成柵電極以及匯流電極，在硅基板的背面?zhèn)茸鳛楸趁鎮(zhèn)入姌O形成背面鋁電極以及背面銀匯流電極。此處，在硅基板的受光面?zhèn)龋谟捎阢y膏中包含的玻璃材料而防反射膜熔融的期間，銀材料與硅接觸并再凝固。由此，確保受光面?zhèn)入姌O和硅基板(η型雜質(zhì)擴(kuò)散層)的導(dǎo)通。這樣的工藝被稱為燒成貫通法(fire through method)。關(guān)于被用作電極的金屬膏，使用使作為主成分的金屬粉和玻璃粉末分散到有機(jī)賦形劑而得到的厚膜膏組成物。通過在金屬膏中包含的玻璃粉與硅面反應(yīng)粘著，確保電極的機(jī)械性的強(qiáng)度。
[0011]另外，在燒成中鋁從背面鋁電極膏中作為雜質(zhì)擴(kuò)散到硅基板的背面?zhèn)龋员裙杌甯叩臐舛劝辛俗鳛殡s質(zhì)的P+層(BSF(Back Surface Field:背場))形成于背面鋁電極的正下。通過實(shí)施這樣的工序，形成襯底型硅太陽能電池單元。
[0012]作為這樣的太陽能電池單元中的低成本化的努力，自以往以來持續(xù)研究著降低太陽能電池的構(gòu)成材料成本的嘗試。在太陽能電池單元的構(gòu)成材料中最昂貴的構(gòu)成材料是硅基板。因此，針對硅基板，自以往以來持續(xù)努力薄壁化。關(guān)于硅基板的厚度，在開始了太陽能電池的量產(chǎn)的當(dāng)初，厚為350 μπι左右是主要的厚度，但當(dāng)前，生產(chǎn)厚為160μπι左右的硅基板。
[0013]另外，意圖低成本化涉及構(gòu)成太陽能電池的所有材料。在太陽能電池單元的構(gòu)成材料中，僅次于硅基板昂貴的材料是銀(Ag)電極，開始了銀(Ag)電極的替代品的研究。
[0014]例如，在非專利文獻(xiàn)1中，示出了在用作防反射膜的氮化硅膜中，利用激光除去形成梳狀電極的部分從而設(shè)置開口部，之后，針對該開口部，按照鎳(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)的順序進(jìn)行鍍覆。即，在非專利文獻(xiàn)1中，公開了有作為銀(Ag)的替代而能夠使用銅(Cu)的可能性。
[0015]另一方面，在非專利文獻(xiàn)2中，示出了在通過以往的絲網(wǎng)印刷形成了銀(Ag)膏電極之后，再次鍍覆銀(Ag)，公開了鍍覆作為電極形成方法的一個手法是有效的。
[0016]另外，在非專利文獻(xiàn)2所示的銀(Ag)的鍍覆的替代中，提出了在通過絲網(wǎng)印刷進(jìn)行了印刷、燒成的Ag膏電極上進(jìn)一步依次涂覆鎳(Ni)、銅(Cu)、錫(Sn)從而實(shí)現(xiàn)低成本化的方法，例如從作為Besi公司的子公司的荷蘭的Meco公司開始設(shè)備的銷售(參照例如非專利文獻(xiàn)3)。
[0017]非專利文獻(xiàn)1:L.Tous，et al.“Large area copper plated silicon solarcell exceeding 19.5% efficiency，，，3rd Workshop on Metallizat1n for CrystallineSilicon Solar cells 25-26 October 2011，Chaleroi，Belgium
[0018]非專利文獻(xiàn)2:E.Wefringhaus，et al.〃ELECTR0LESS SILVER PLATING OF SCREENPRINTED GRIFD FINGERS AS A TOOL FOR ENHANCEMENT OF SOLAR EFFICIENCY “，22ndEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference，3_7 September 2007，Milan， Italy
[0019]非專利文獻(xiàn)3:[日本平成25年4月4日檢索]、因特網(wǎng)〈URL:http://www.bes1.com/products-and-technology/plating/solar-plating-equi pment/meco-cpl-more-power-out-of-your-cell-at-a-lower-cost-38>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]但是，在非專利文獻(xiàn)1的情況下，將氮化硅膜用激光除去時的加工的再現(xiàn)性、均勻性作為課題被舉出。在利用激光進(jìn)行的氮化硅膜的加工中，在激光的功率高的情況下，設(shè)想在η型雜質(zhì)擴(kuò)散層中產(chǎn)生熱性的損傷的可能性，在激光的功率低的情況下，設(shè)想無法充分進(jìn)行氮化硅膜的加工的可能性。
[0021]另外，在非專利文獻(xiàn)1的情況下，除了上述那樣的激光加工的工業(yè)上的穩(wěn)定性的課題以外，還有晶片的厚度變動、紋理表面的硅構(gòu)造的凹凸、激光掃描梳形形狀時的機(jī)械性的變動等課題。因此，非專利文獻(xiàn)1的方法一般未被廣泛流傳。另外，在太陽能電池中，作為可靠性，要求耐濕性、耐溫度循環(huán)性能。但是，關(guān)于通過非專利文獻(xiàn)1的方法形成的電極構(gòu)造，如果包括在市場廣泛流傳的例子來考慮，則無法說是充分地證實(shí)了可靠性的構(gòu)造。
[0022]另一方面，在非專利文獻(xiàn)2中，在通過以往的絲網(wǎng)印刷進(jìn)行了 Ag電極的細(xì)線化之后，進(jìn)而通過鍍覆使Ag電極生長，有效利用鍍覆，從而想要比以往的僅絲網(wǎng)印刷的電極構(gòu)造實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步細(xì)線化。另外，在非專利文獻(xiàn)2中，使鍍覆前的電極寬度成為60 μ m?85 μ m，想要將鍍覆之后的電極寬度抑制為小于100 μπι。另外，使以往的僅通過絲網(wǎng)印刷形成了的電極的寬度成為120 μm，所以電極被細(xì)線化，光電變換效率提高了。但是，在100 μm左右的電極寬度下，在實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的高光電變換效率上，電極的細(xì)線化不夠。
[0023]另外，在非專利文獻(xiàn)3中，最初通過絲網(wǎng)印刷形成的Ag膏電極的寬度成為至少50 μ??左右以上，所以鍍覆之后的電極寬度仍成為小于ΙΟΟμπ?左右。但是，在ΙΟΟμπ?左右的電極寬度下，在實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的高光電變換效率上，電極的細(xì)線化不夠。
[0024]如以上那樣，關(guān)于受光面?zhèn)入姌O的形成方法，花費(fèi)各種工夫，太陽能電池的高光電變換效率化、低成本化得到發(fā)展。S卩，通過使用鍍覆的技術(shù)，進(jìn)行了替代材料的使用、高光電變換效率化(細(xì)線化)的嘗試。但是，如上所述，意圖低成本化的非專利文獻(xiàn)1的方法在制造中的再現(xiàn)性、可靠性等中存在課題。另外，意圖高光電變換效率化的非專利文獻(xiàn)2以及非專利文獻(xiàn)3的方法處于以往的絲網(wǎng)印刷的延伸上，細(xì)線化不夠。
[0