專利名稱：太陽能電池單元的制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池單元的制造方法，特別是涉及一種對作為太陽能電池襯底的多晶硅襯底的背面進行鈍化(惰性化)的太陽能電池單元的制造方法。
背景技術(shù)：
在太陽能電池的高效化中，需要抑制載流子的復合。當前，市場上常見的結(jié)晶系硅太陽能電池的大部分是如下在太陽能電池的襯底的背面設置導電類型與該襯底的導電類型相同的高濃度擴散層，通過根據(jù)該結(jié)的內(nèi)置電位來從襯底的背面排除少數(shù)載流子，從而抑制襯底的背面中的復合。將該襯底背面的高濃度擴散層稱作BSF(BackSurface Filed 背場)層。在一般的硅太陽能電池中，使用了 ρ型襯底和在該P型襯底的背面擴散了鋁(Al) 的BSF層這樣的組合。即，在一般的硅太陽能電池中，通過將鋁(Al)膏印刷/焙燒在襯底背面來形成背面電極并且在襯底背面擴散鋁(Al)來形成BSF(下面，記述為A1-BSF)層。然而，近年來隨著市場規(guī)模的擴大，造成太陽能電池用的硅材料缺乏這樣的狀況， 制造商各公司努力實現(xiàn)太陽能電池的薄型化。但是，硅(Si)和Al-Si合金(A1-BSF層)的熱膨脹率不同，因此隨著硅襯底變薄，太陽能電池單元的翹曲變大，對之后的組件制作工序帶來影響。即，對于薄型的硅襯底，極不適合使用Al-BSF層。因此，進行了代替Al-BSF層的背面鈍化方法的開發(fā)。雖然還處于研究階段，但是在單晶硅太陽能電池的領域中開發(fā)了代替Al-BSF層的背面鈍化方法來實現(xiàn)太陽能電池的高效化。由新南威爾士大學開發(fā)的PERC(Passivated Emitter and Rear Cell 鈍化發(fā)射區(qū)和背面單元)單元、PERL (Passivated Emitter Rear Locally diffused :鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴散)單元相當于此。這些太陽能電池通過熱氧化在硅襯底的背面形成氧化硅膜(SiO2)來鈍化硅襯底的背面。但是，基于熱氧化的氧化硅膜(SiO2)的形成工序是1000°C以上的高溫處理，當應用于當前市場主流的多晶硅中時導致結(jié)晶品質(zhì)顯著劣化，因此無法應用于使用了多晶硅襯底的太陽能電池中。因此，Schultz等通過800°C的濕氧化在硅襯底的背面形成氧化硅膜(SiO2)來鈍化硅襯底的背面，實現(xiàn)多晶硅太陽能電池的高效化(例如，參照非專利文獻1)。但是，基于濕氧化的氧化硅膜(SiO2)的形成工序?qū)⒑馁M數(shù)小時的氧化時間，因此并非是批量生產(chǎn)性好的處理。因此，在多晶硅太陽能電池中，需要能夠以低溫處理來形成、批量生產(chǎn)性高、且鈍化特性好的膜。在多晶硅太陽能電池中，兼?zhèn)淞朔婪瓷淠さ谋砻驸g化膜中使用基于PECVD(PlaSma Enhanced Chemical Vapor D印osition :等離子體增強化學氣相沉積法)的氮化硅膜(SiN 膜，下面記述為PECVD-SiN膜)。這是因為包含在PECVD-SiN膜中的氫在電極的焙燒過程中擴散到結(jié)晶晶粒邊界來鈍化硅襯底的缺陷，具有改善轉(zhuǎn)換效率的效果。因此自然地會考慮到用PECVD-SiN膜來鈍化硅襯底的背面，多個研究團隊進行了研究。非專利文獻1 0. Schultz et. al, "THERMAL OXIDATION PROCESSES FOR HIGH-EFFICIENCY MULT I CRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS" Proceedings of the 19th EU-PVSC, Paris, FRANCE 7-11 June 2004非專利文獻2 :M. Hofman et. al, "SILICON NITRIDE-SILICON OXIDE STACKS FOR SOLAR CELL REAR SIDE PASSIVATION"Proceedings of the 19th EU-PVSC,Paris,FRANCE 7-11 June 2004非專利文獻3 :M. MCCann, et. al, "ANGLED BURIEDCONTACTS :A FRONT CONTACTING SCHEME FOR HIGH EFFICIENCY CELLS WITH LOW SHADING LOSSES"Proceedings of the 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, Spain 6-10June 2005，p.73
發(fā)明內(nèi)容
然而，使用了 PECVD-SiN膜的硅襯底的背面的鈍化技術(shù)還未達到實用階段。作為其主要原因之一，能夠舉出PECVD-SiN膜中的固定電荷的影響。PECVD-SiN膜中存在固定電荷。因此，可以說當將PECVD-SiN膜形成在ρ型硅上時，在PECVD-SiN膜和ρ型硅之間的界面中形成翻轉(zhuǎn)層，導致界面的鈍化特性劣化。可以說通過使用富硅(折射率n > 2. 9) 的PECVD-SiN膜來減輕固定電荷的影響，但是富硅(折射率n > 2. 9)的PECVD-SiN膜都是接近非晶硅(a-Si)的膜(例如，參照非專利文獻2)。防反射膜用的PECVD-SiN膜以及富硅的PECVD-SiN膜中的任一個膜都能夠由 PECVD來成膜，但是由于為了太陽能電池用而形成非晶硅(a-Si)膜的裝置和為了防反射膜用而形成PECVD-SiN膜的裝置不同，所以難以由相同的裝置(防反射膜形成用的PECVD裝置)來形成兩種膜，即使能夠成膜也難以獲得穩(wěn)定的特性。另外，在使用富硅的PECVD-SiN膜的情況下，太陽能電池的制作處理也是復雜的。 在硅襯底的背面和鈍化膜之間不能插入η型的擴散層。但是，在使用三氯氧磷(POCl3)來在硅襯底的表面形成擴散層(η層)的情況下，在硅襯底的背面也會形成η型的擴散層。在使用Al-BSF層的情況下，即使在硅襯底的背面形成擴散層，也由于鋁(Al)的擴散而背面的擴散層消失，因此如果在單元的端面等進行隔離就不會特別成為問題。但是，在以絕緣膜來鈍化硅襯底的背面的結(jié)構(gòu)中，必須只去除背面的η型的擴散層。另外，PECVD-SiN膜中的氫在400°C以上的溫度下從膜中脫離。因此，如果瞄準 PECVD-SiN膜中的基于氫的結(jié)晶晶粒邊界的鈍化效果，則PECVD-SiN膜形成后的高溫處理必須只是一個工序，實際上必須只是電極焙燒處理。當考慮這些情況時，在用PECVD-SiN膜來鈍化硅襯底的背面的情況下的制造處理，與使用Al-BSF層的情況下的制造處理相比變得復雜。并且，在硅襯底的背面的擴散層的去除中也存在問題。即，必須只去除硅襯底的背面的擴散層，但是目前為止還未發(fā)現(xiàn)其恰當?shù)姆椒ā＠缭谕ㄟ^濕蝕刻來去除硅襯底的背面的擴散層的情況下，需要只將背面浸漬在藥液中以使得藥液不流入硅襯底的表面。但是， 該作業(yè)是極為困難的作業(yè)。另外，考慮如下方法在擴散層形成之后，進行背面的擴散層的去除之前形成防反射膜，將該防反射膜作為掩模而蝕刻去除。但是證實了 在一般用作防反射膜的PECVD-SiN 膜中存在小孔(Pin hole)。因此，如果將硅襯底全體浸漬在藥液中，則在表面的擴散層中也會產(chǎn)生被去除的部位。而且，如果在該表面的擴散層中去除的部位形成表電極，則會產(chǎn)生泄漏通道，導致太陽能電池的特性劣化(例如，參照非專利文獻3)。另外，例如在通過干蝕刻來去除硅襯底的背面的擴散層的情況下，存在如下問題 批量生產(chǎn)性差，在硅襯底的背面中堆積蝕刻殘渣，由于使用氟系氣體因此環(huán)境負荷大等問題。本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，其目的在于獲得一種太陽能電池單元的制造方法，能夠以簡化工序通過PECVD-SiN膜鈍化(惰性化)結(jié)晶系硅襯底的背面來實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的高效化。為了解決上述的課題來達成目的，本發(fā)明的太陽能電池單元的制造方法，其特征在于，包括第1工序，在第1導電類型的多晶硅襯底的一面?zhèn)韧ㄟ^等離子體CVD法來形成由氮化硅膜構(gòu)成的鈍化膜；第2工序，在所述多晶硅襯底的另一面?zhèn)韧ㄟ^熱擴散使第2導電類型的元素擴散而形成擴散層，形成Pn結(jié)部；第3工序，在所述擴散層上通過等離子體CVD 法來形成由氮化硅膜構(gòu)成的防反射膜；第4工序，在所述多晶硅襯底的另一面?zhèn)扰渲玫?電極膏；第5工序，在所述鈍化膜上配置第2電極膏；以及第6工序，焙燒所述第1電極膏以及所述第2電極膏來形成電極。根據(jù)本發(fā)明，在多晶硅襯底的一面?zhèn)韧ㄟ^等離子體CVD法來形成由氮化硅膜構(gòu)成的鈍化膜作為鈍化膜之后，通過熱擴散工序來在多晶硅襯底的另一面?zhèn)刃纬蓴U散層，因此起到如下效果能夠以簡化工序鈍化(惰性化)多晶硅襯底的一面?zhèn)葋碇谱鞴怆娹D(zhuǎn)換效率優(yōu)異的太陽能電池。


圖1是用于說明本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造方法的流程圖。圖2-1是表示通過本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造方法來制作的太陽能電池單元的概略結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2-2是表示通過本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造方法來制作的太陽能電池單元的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2-3是表示通過本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造方法來制作的太陽能電池單元的概略結(jié)構(gòu)的仰視圖。圖3-1是用于說明本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖3-2是用于說明本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖3-3是用于說明本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖3-4是用于說明本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖3-5是用于說明本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造工序的剖面圖。圖4是表示太陽能電池單元的開路電壓Voc的測量結(jié)果的特性圖。圖5是表示太陽能電池單元的短路光電流密度Jsc的測量結(jié)果的特性圖。圖6是表示比較例1的太陽能電池單元的概略結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖7是用于說明比較例1的太陽能電池單元的制造方法的流程圖。
圖8是用于說明比較例2的太陽能電池單元的制造方法的流程圖。圖9是表示太陽能電池單元的開路電壓Voc的特性圖。圖10是表示太陽能電池單元的短路光電流密度Jsc的特性圖。圖11是表示太陽能電池單元的曲線因子FF的特性圖。圖12是用于說明比較例2的太陽能電池單元的表面狀態(tài)的剖面圖。圖13是用于說明實施例2的太陽能電池單元的表面狀態(tài)的剖面圖。圖14是表示太陽能電池單元的開路電壓Voc的特性圖。圖15是表示太陽能電池單元的短路光電流密度Jsc的特性圖。圖16是表示實施例3以及實施例4的太陽能電池單元的內(nèi)部量子效率的特性圖。附圖標記說明1 太陽能電池單元；11 半導體襯底；13 φ型多晶硅襯底；15 :n型擴散層；17 防反射膜；19 受光面?zhèn)入姌O；21 背面鈍化膜；23 背面?zhèn)入姌O；25 表銀柵電極(front silver grid electrode) ；27 :表銀總線電極(front silver bus electrode) ；31 :n 型擴散層；111 半導體襯底；113 :p型多晶硅襯底；115 :n型擴散層；117 防反射膜；119 受光面?zhèn)入姌O；121 =Al-BSF層；123 背面?zhèn)入姌O；213 :p型多晶硅襯底；215 :n型擴散層。
具體實施例方式下面，根據(jù)附圖來詳細地說明本發(fā)明的太陽能電池單元的制造方法的實施例。此外，本發(fā)明不限于下面的記述，能夠在不超出本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進行適當變更。另外， 在下面所示的附圖中，為了容易理解，各構(gòu)件的比例尺有時與實際不同。在各附圖間也同樣。實施方式1.圖1是用于說明本發(fā)明的實施方式1的太陽能電池單元的制造方法的流程圖。如圖1所示，與本實施方式有關的太陽能電池單元的制造方法包括損傷層去除以及紋理形成工序(步驟S110)、背面鈍化膜(PECVD-SiN)形成工序(步驟S120)、擴散層形成(pn結(jié)的形成)工序(步驟S130)、防反射膜(PECVD-SiN)形成工序(步驟S140)、電極配置工序 (步驟S150)、以及焙燒工序(步驟S160)。圖2-1 圖2-3是表示根據(jù)與本實施方式有關的太陽能電池單元的制造方法來制作出的太陽能電池單元1的概略結(jié)構(gòu)的圖，圖2-1是太陽能電池單元1的剖面圖，圖2-2是從受光面?zhèn)瓤吹奶柲茈姵貑卧?的俯視圖，圖2-3是從受光面的相反側(cè)看的太陽能電池單元1的仰視圖。圖2-1是圖2-3的線段A-A中的剖面圖。如圖2-1 圖2-3所示，太陽能電池單元1具備半導體襯底11，是具有光電轉(zhuǎn)換功能的太陽能電池襯底，所述半導體襯底11具有Pn結(jié)；防反射膜17，形成在半導體襯底11 的受光面?zhèn)鹊拿?表面)來防止受光面中的入射光的反射；受光面?zhèn)入姌O19，在半導體襯底11的受光面?zhèn)鹊拿?表面)中被防反射膜17包圍而形成；背面鈍化膜21，形成在半導體襯底11的受光面的相反側(cè)的面(背面)；以及背面?zhèn)入姌O23，以由半導體襯底11發(fā)電的電的取出和入射光的反射為目的在半導體襯底11的背面中被背面鈍化膜21包圍而形成。半導體襯底11具有ρ型(第1導電類型)多晶硅襯底13、以及該ρ型多晶硅襯底13的表面的導電類型翻轉(zhuǎn)了的η型(第2導電類型)擴散層15，通過這些來構(gòu)成pn結(jié)。
6作為受光面?zhèn)入姌O19，包含太陽能電池單元的表銀柵電極25以及表銀總線電極27。為了對由半導體襯底11發(fā)電的電進行集電，在受光面局部地設有表銀柵電極25。為了取出由表銀柵電極25集電的電，與表銀柵電極25大致垂直地設有表銀總線電極27。另外，背面?zhèn)入姌O23形成為與受光面?zhèn)入姌O19的電極圖案大致相等的梳型形狀。另外，作為背面鈍化膜21，通過PECVD法來形成PECVD-SiN膜。在這樣構(gòu)成的太陽能電池單元1中，當太陽能光從太陽能電池單元1的受光面?zhèn)日丈涞桨雽w襯底11的pn結(jié)面(P型多晶硅襯底13和η型擴散層15之間的結(jié)面)時，生成空穴和電子。通過Pn結(jié)部的電場，所生成的電子朝向η型擴散層15進行移動，空穴朝向 P型多晶硅襯底13進行移動。由此，在η型擴散層15中電子變得過剩，在ρ型多晶硅襯底 13中空穴變得過剩，其結(jié)果產(chǎn)生光電動勢。該光電動勢朝向使pn結(jié)向順方向偏置的方向產(chǎn)生，連接于η型擴散層15的受光面?zhèn)入姌O19成為負極，連接于ρ型多晶硅襯底13的背面?zhèn)入姌O23成為正極，電流流向未圖示的外部電路。如以上那樣構(gòu)成的實施方式1的太陽能電池單元，通過在半導體襯底11的受光面的背面作為背面鈍化膜21而具備進行加熱處理的PECVD-SiN膜，從而可靠地鈍化ρ型多晶硅襯底13的背面?zhèn)龋哂信c以往的具有Al-BSF層的太陽能電池單元相同程度的開路電壓、短路光電流密度。因而，在實施方式1的太陽能電池單元中，不具備Al-BSF層而通過 PECVD-SiN膜來鈍化ρ型多晶硅襯底13的背面?zhèn)?，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的高效化。接著，參照圖3-1 圖3-5來說明這種太陽能電池單元1的制造方法的一個例子。 圖3-1 圖3-5是用于說明實施方式1的太陽能電池單元1的制造工序的剖面圖。首先，如圖3-1所示，作為半導體襯底11準備ρ型多晶硅襯底13。ρ型多晶硅襯底 13是通過用鋼絲鋸來切割對熔融的硅進行冷卻固化而成的結(jié)晶塊來制造的，因此表面中殘留切割時的損傷。因此，首先兼?zhèn)湓摀p傷層的去除，通過將P型多晶硅襯底13浸漬到加熱的堿溶液中，例如氫氧化鈉水溶液中來蝕刻表面，從而在去除硅襯底的切出時產(chǎn)生并存在于P型多晶硅襯底13的表面附近的損傷區(qū)域的同時，在ρ型多晶硅襯底13的表面形成紋理(未圖示)(步驟S110)。接著，如圖3-2所示，在ρ型多晶硅襯底13的背面通過PECVD法來形成PECVD-SiN 膜而作為背面鈍化膜21 (步驟S120)。在該ρ型多晶硅襯底13的背面形成的背面鈍化膜21 是用于鈍化P型多晶硅襯底13的背面的鈍化膜，與此同時還起到背面的擴散掩模的作用。 即，還起到用于在之后的擴散層的形成工序中不使擴散層形成于P型多晶硅襯底13的背面的掩模的作用。作為該PECVD-SiN膜，形成折射率n = 2. 0 2. 2、膜厚80nm 90nm左右的 PECVD-SiN 膜。成膜為背面鈍化膜21的折射率n = 2. 0的PECVD-SiN膜是與用于防反射膜17的 PECVD-SiN膜相等的折射率的PECVD-SiN膜，能夠由用于形成防反射膜17的裝置來成膜。 因此，背面鈍化膜21能夠使用現(xiàn)有的裝置來成膜，不需要新的設備投資。接著，通過在三氯氧磷(POCl3)氣體氛圍中大約以800°C 900°C左右對該ρ型多晶硅襯底13進行加熱，從而如圖3-3所示那樣在ρ型多晶硅襯底13的表面形成η型擴散層15來形成半導體pn結(jié)(步驟S130)。這樣，在實施方式1的太陽能電池單元的制造方法中，具有如下較大的特征在P型多晶硅襯底13的表面形成了紋理之后，在該ρ型多晶硅襯底13的背面形成PECVD-SiN膜而作為背面鈍化膜21，之后進行擴散層的形成。由此，PECVD-SiN膜被熱壓配合，變得堅固，作為背面鈍化膜的PECVD-SiN膜和硅襯底之間的密接性增加，由此鈍化效果提高。接著，如圖3-4所示在ρ型多晶硅襯底13的表面通過PECVD法來以同樣的厚度形成氮化硅膜(PECVD-SiN膜)而作為防反射膜17(步驟S140)。該防反射膜17兼?zhèn)渥鳛棣?型多晶硅襯底13的表面的鈍化膜的功能。進而，將受光面?zhèn)入姌O19的圖案、即表銀柵電極25和表銀總線電極27的圖案通過銀(Ag)膏絲網(wǎng)印刷在η型擴散層15上，例如以100°C 300°C來進行干燥，形成表銀柵電極25和表銀總線電極27 (焙燒前)。接著，在ρ型多晶硅襯底13的背面?zhèn)韧ㄟ^鋁(Al)膏絲網(wǎng)印刷背面?zhèn)入姌O23的圖案，以100°C 300°C進行干燥(步驟S150)。這里，如果將ρ型多晶硅襯底13的背面的整面設為背面?zhèn)入姌O23，則焙燒時作為背面鈍化膜21的PECVD-SiN膜被破損，導致鈍化效果消失。因此，將背面?zhèn)入姌O23的圖案設為如受光面?zhèn)入姌O19的圖案那樣的梳型形狀。而且，通過例如以700°C 1000°C來焙燒ρ型多晶硅襯底13，從而如圖3_5所示那樣形成背面?zhèn)入姌O23并且焙燒受光面?zhèn)入姌O19(步驟S160)。通過實施如以上那樣的工序，能夠制作如圖2-1 圖2-3所示的實施方式1的太陽能電池單元1。接著，說明具體的實施例。通過上述的實施方式1的太陽能電池單元的制造方法來實際制作太陽能電池單元(實施例1)，并評價了特性。作為太陽能電池襯底，使用了摻雜硼的P型多晶硅襯底(15 X 15cm角，厚度280 μ m,電阻率1 Ω cm 3 Ω cm)。另外，作為背面鈍化膜21的PECVD-SiN膜，形成了折射率n = 2. 0、膜厚80nm 90nm的PECVD-SiN 膜。太陽能電池單元的大小是4cm2。使用這種實施例1的太陽能電池單元，使電池實際工作，作為太陽能電池輸出特性測量了開路電壓Voc(V)、短路光電流密度JSC(mA/Cm2)。其結(jié)果表示在圖4以及圖5中。 圖4是表示太陽能電池單元的開路電壓Voc (V)的測量結(jié)果的特性圖。圖5是表示太陽能電池單元的短路光電流密度JSC(mA/Cm2)的測量結(jié)果的特性圖。另外，作為比較對象，制作了如圖6所示那樣在太陽能電池襯底的背面配置了 Al-BSF層的以往的太陽能電池單元(比較例1)。圖6是表示比較例1的太陽能電池單元的概略結(jié)構(gòu)的剖面圖。比較例1的太陽能電池單元的基本結(jié)構(gòu)，除了代替背面鈍化膜而具有Al-BSF層、背面?zhèn)入姌O設置在半導體襯底的背面的大致整面以外，與實施例1的太陽能電池單元同樣。S卩，如圖6所示，比較例1的太陽能電池單元具備半導體襯底111，是具有光電轉(zhuǎn)換功能的太陽能電池襯底，具有pn結(jié)；防反射膜117，形成在半導體襯底111的受光面?zhèn)鹊拿?表面)來防止受光面中的入射光的反射；受光面?zhèn)入姌O119，在半導體襯底111的受光面?zhèn)鹊拿?表面)中被防反射膜117包圍而形成；以及背面?zhèn)入姌O123，以由半導體襯底11 發(fā)電的電的取出和入射光的反射為目的設置在半導體襯底11的背面的大致整面。半導體襯底111具有p型多晶硅襯底113、翻轉(zhuǎn)了該ρ型多晶硅襯底113的表面的導電類型的η型擴散層115、以及在該ρ型多晶硅襯底113的背面?zhèn)戎泻懈邼舛入s質(zhì)的 Al-BSF層121。受光面?zhèn)入姌O119與實施例1的太陽能電池單元同樣地包含太陽能電池單元的總線電極以及柵電極，在圖6中表示出與總線電極的縱向方向大致垂直的方向中的剖
8面圖。另外，背面?zhèn)入姌O123設置在半導體襯底111的背面的大致整面。以圖7所示的以往的處理來制作了比較例1的太陽能電池單元。圖7是用于說明比較例1的太陽能電池單元的制造方法的流程圖。即，作為太陽能電池襯底準備P型多晶硅襯底113，將ρ型多晶硅襯底113浸漬到加熱的堿溶液中，例如氫氧化鈉水溶液中來蝕刻表面，從而在去除硅襯底的切出時產(chǎn)生并存在于P型多晶硅襯底113的表面附近的損傷區(qū)域的同時，在P型多晶硅襯底113的表面形成紋理(步驟S210)。接著，通過在三氯氧磷(POCl3)氣體氛圍中以約800°C 900°C左右對該ρ型多晶硅襯底113進行加熱，從而在ρ型多晶硅襯底113的表面形成η型擴散層115來形成半導體Pn結(jié)(步驟S220)。接著，在ρ型多晶硅襯底113的表面通過PECVD法來以同樣的厚度形成氮化硅膜 (PECVD-SiN膜)作為防反射膜117(步驟S230)。進而，將受光面?zhèn)入姌O119的圖案、即表銀柵電極和表銀總線電極的圖案通過銀 (Ag)膏絲網(wǎng)印刷在η型擴散層115上，例如以100°C 300°C來進行干燥，形成表銀柵電極和表銀總線電極(焙燒前)。受光面?zhèn)入姌O119的圖案與實施例1的太陽能電池單元相同。接著，在ρ型多晶硅襯底113的背面?zhèn)韧ㄟ^鋁(Al)膏絲網(wǎng)印刷背面?zhèn)入姌O123的圖案，以100°C 300°C來進行干燥(步驟S240)。然后，通過例如以700°C 1000°C焙燒ρ 型多晶硅襯底113，形成背面?zhèn)入姌O123并且使鋁(Al)擴散在ρ型多晶硅襯底113的背面?zhèn)葋硇纬葾l-BSF層121。此時，受光面?zhèn)入姌O119也同時被焙燒(步驟S250)。通過實施如以上那樣的工序，制作了如圖6所示那樣的比較例1的太陽能電池單元。太陽能電池單元的大小是與實施例1的太陽能電池單元相同的4cm2。使用這種比較例1的太陽能電池單元，使電池實際工作，作為太陽能電池輸出特性測量了開路電壓Voc (V)以及短路光電流密度JSC(mA/Cm2)。將其結(jié)果一并表示在圖4以及圖5中。圖4以及圖5中的值是平均值，通過直線連接了平均值。如從圖4以及圖5可知， 實施例1的太陽能電池單元的開路電壓Voc (V)以及短路光電流密度JSC(mA/Cm2)低一些， 但是表示出與比較例1的太陽能電池單元大致相等的值。即，可知在實施方式1的太陽能電池單元的制造方法中，能夠制作具有與以往的配置了 Al-BSF層的太陽能電池單元相等的輸出特性的太陽能電池單元。由此，實施方式1的太陽能電池單元的制造方法可以說是代替Al-BSF層的背面鈍化技術(shù)。本發(fā)明人以外的其它團隊到目前為止的研究中，為了瞄準PECVD-SiN膜中的基于氫的鈍化效果，將對硅襯底的背面形成PECVD-SiN膜以后的加熱處理限定為只有一次(實際上只有電極焙燒處理)。與此相對，通過在P型多晶硅襯底的背面形成了 PECVD-SiN膜作為背面鈍化膜之后進行擴散工序，放棄PECVD-SiN膜中的基于氫的鈍化效果，取而代之簡化了處理。其它團隊認為背面鈍化膜的PECVD-SiN膜中的基于氫的鈍化效果是必要的，考慮將對背面形成PECVD-SiN膜以后的加熱處理限定為只有一次。然而，當從上述的結(jié)果考慮時，即使沒有背面的PECVD-SiN膜中的基于氫的鈍化效果，太陽能電池單元的輸出特性也不存在問題。這認為是因為結(jié)晶晶粒邊界的鈍化是通過來自作為防反射膜的硅襯底的表面的PECVD-SiN膜的氫來充分進行的。
另外，當以高溫對PECVD-SiN膜進行加熱時氟酸中的蝕刻率變得極小。這認為是因為=PECVD-SiN膜被熱壓配合而變得堅固。因而，在實施方式1的太陽能電池單元的制造方法中，通過擴散層形成的加熱工序而作為背面鈍化膜的PECVD-SiN膜和硅襯底之間的密接性增加，從而鈍化效果提高，認為這是出現(xiàn)本次結(jié)果的一個原因。如上述那樣，根據(jù)實施方式1的太陽能電池單元的制造方法，在ρ型多晶硅襯底13 的背面形成PECVD-SiN膜作為背面鈍化膜21之后，通過熱擴散工序來在ρ型多晶硅襯底13 的表面形成Pn結(jié)。這里所使用的PECVD-SiN膜是折射率與用作防反射膜17的PECVD-SiN 膜相等的膜。通過該方法，能夠可靠地鈍化P型多晶硅襯底13的背面，能夠制作表示與在 P型多晶硅襯底113的背面配置了 Al-BSF層的太陽能電池單元相等的特性的、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，在實施方式1的太陽能電池單元的制造方法中不形成Al-BSF層，因此能夠解決硅襯底的薄型化中成為問題的太陽能電池單元的翹曲的問題，能夠制作對硅襯底的薄型化即硅原料的用量減少和太陽能電池的發(fā)電成本的降低有貢獻的、具有高效率的太陽能電池。另外，根據(jù)實施方式1的太陽能電池單元的制造方法，在ρ型多晶硅襯底13的背面沒有形成背面擴散層(η型擴散層)，因此不需要背面擴散層的去除工序，實現(xiàn)處理的簡便化，能夠高效率地制作太陽能電池。另外，不使用氟等，因此不產(chǎn)生生產(chǎn)工序自身的環(huán)境負荷。另外，背面鈍化膜21是具有與用于防反射膜17的PECVD-SiN膜相等的折射率的 PECVD-SiN膜。因而，背面鈍化膜21能夠使用現(xiàn)有的裝置來制造，不需要新的設備投資。另外，根據(jù)實施方式1的太陽能電池單元的制造方法，不使用熱氧化等的1000°C 以上的高溫處理，因此不使P型多晶硅襯底13的結(jié)晶品質(zhì)劣化就能夠制作光電轉(zhuǎn)換特性優(yōu)異的多晶硅太陽能電池。如上，實施方式1的太陽能電池單元的制造方法可以說是能夠代替Al-BSF層來實現(xiàn)作為太陽能電池襯底的多晶硅襯底的背面的鈍化的方法。實施方式2.在實施方式2中，為了調(diào)查在實施方式1中說明的太陽能電池單元的制造方法的優(yōu)越性，以與實施例1的太陽能電池單元相同的處理來制作了實施例2的太陽能電池單元。 實施例2的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)與實施例1的太陽能電池單元相同，太陽能電池單元的大小是4cm2。另外，制作比較例2的太陽能電池單元來進行了輸出特性的比較。比較例2 的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)與實施例2的太陽能電池單元相同，太陽能電池單元的大小是與實施例2的太陽能電池單元相同的km2。比較例2的太陽能電池單元是以圖8所示的以往的處理來制作的。圖8是用于說明比較例2的太陽能電池單元的制造方法的流程圖。即，作為太陽能電池襯底準備ρ型多晶硅襯底，通過將P型多晶硅襯底浸漬到加熱的堿溶液中例如氫氧化鈉水溶液中來蝕刻表面，從而去除硅襯底的切出時產(chǎn)生且存在于P型多晶硅襯底的表面附近的損傷區(qū)域的同時，在P型多晶硅襯底的表面形成紋理(步驟S310)。接著，通過在三氯氧磷(POCl3)氣體氛圍中以約800°C 900°C左右對該ρ型多晶硅襯底進行加熱，在P型多晶硅襯底的表面形成η型擴散層來形成半導體ρη結(jié)(步驟 S320)。
接著，在ρ型多晶硅襯底的表面通過PECVD法以同樣的厚度形成氮化硅膜 (PECVD-SiN膜)作為防反射膜(步驟S330)。接著，將ρ型多晶硅襯底浸漬到藥液中來去除形成在P型多晶硅襯底的背面的η型擴散層(步驟S340)。接著，通過在ρ型多晶硅襯底的背面通過PECVD法形成PECVD-SiN作為背面鈍化膜(步驟S350)。作為該PECVD-SiN膜，形成折射率n = 2. 2、膜厚80nm 90nm左右的 PECVD-SiN 膜。進而，將受光面?zhèn)入姌O的圖案、即表銀柵電極和表銀總線電極的圖案通過銀(Ag) 膏絲網(wǎng)印刷在η型擴散層上，例如以100°C 300°C來進行干燥，形成表銀柵電極和表銀總線電極(焙燒前)。受光面?zhèn)入姌O的圖案與實施例1的太陽能電池單元相同。接著，在ρ型多晶硅襯底的背面?zhèn)韧ㄟ^鋁(Al)膏絲網(wǎng)印刷背面?zhèn)入姌O的圖案，以 100°C 300°C進行干燥(步驟S360)。這里，當將ρ型多晶硅襯底的背面的整面作為背面?zhèn)入姌O時，導致焙燒時作為背面鈍化膜的PECVD-SiN膜被破損，導致鈍化效果消失。因此， 將背面?zhèn)入姌O的圖案設為與實施例2的太陽能電池單元相同的梳型形狀。然后，通過例如以700°C 1000°C來焙燒ρ型多晶硅襯底，形成背面?zhèn)入姌O并且焙燒受光面?zhèn)入姌O(步驟S370)。通過實施以上的工序，制作出了具有與實施例2的太陽能電池單元相同結(jié)構(gòu)的比較例2的太陽能電池單元。使用這種比較例2的太陽能電池單元以及實施例2的太陽能電池單元，使電池實際工作，作為太陽能電池輸出特性測量了開路電壓Voc (V)、短路光電流密度Jsc (mA/cm2)以及曲線因子FF。其結(jié)果一并表示在圖9 圖11中。圖9是表示太陽能電池單元的開路電壓Voc(V)的測量結(jié)果的特性圖。圖10是表示太陽能電池單元的短路光電流密度Jsc (mA/ cm2)的測量結(jié)果的特性圖。圖11是表示太陽能電池單元的曲線因子FF的特性圖。在實施方式1中實施例1和比較例1的太陽能電池單元的背面?zhèn)入姌O的形狀不同，因此無法比較曲線因子FF，但是在實施方式2中實施例2和比較例2的太陽能電池單元的電極形狀相同， 因此能夠比較曲線因子FF。與圖4以及圖5同樣地，圖中的值是平均值，通過直線來連接了平均值。如從圖9 以及圖10可知，在實施例2的太陽能電池單元和比較例2的太陽能電池單元中，開路電壓 Voc(V)以及短路光電流密度JSC(mA/Cm2)表示大致相同程度的值。然而，如從圖11可知， 在實施例2的太陽能電池單元和比較例2的太陽能電池單元中，曲線因子FF之差大，若是圖8所示的以往的處理則曲線因子FF發(fā)生較大偏差，與此相對，若是本發(fā)明的處理則獲得穩(wěn)定的曲線因子FF。由此可知，本發(fā)明的太陽能電池單元的制造方法比圖8所示的以往的處理優(yōu)異，能夠制作輸出特性良好的太陽能電池。認為該曲線因子FF之差是如上述那樣PECVD-SiN膜中的小孔引起的。如圖12所示，在圖8所示的以往的處理(比較例幻中，在步驟S340的背面擴散層的去除時將ρ型多晶硅襯底全體浸漬在藥液中，因此在P型多晶硅襯底213的表面的PECVD-SiN膜(防反射膜)217中與開有小孔的部位相對應的表面的η型擴散層215中也產(chǎn)生被去除的部位。在這種情況下，在P型多晶硅襯底213的表面的PECVD-SiN膜(防反射膜)217中開有小孔的部位露出P型多晶硅襯底213。而且，如果在該表面的η型擴散層中被去除的部位形成電極則產(chǎn)生泄漏通道，導致太陽能電池的特性劣化。圖12是用于說明比較例2的太陽能電池單元的表面狀態(tài)的剖面圖。
另一方面，如圖13所示，在實施方式1的太陽能電池單元的制造方法(實施例2) 中，當步驟S130的擴散層形成時，在ρ型多晶硅襯底13的背面的背面鈍化膜(PECVD-SiN 膜)21中開有小孔的部位形成η型擴散層31。圖13是用于說明實施例2的太陽能電池單元的表面狀態(tài)的剖面圖。由光產(chǎn)生的載流子通過ρη結(jié)分離為電子和空穴。比較例2的太陽能電池單元中， P型多晶硅襯底213的表面的大部分為η型擴散層215，η型擴散層215和ρ型多晶硅襯底 213的露出部在表面中所占的比例為“η型擴散層215 > ρ型多晶硅襯底213的露出部”。 因此，大部分的載流子通過ρη結(jié)分離為電子和空穴。另一方面，實施例2的太陽能電池單元中，只是在ρ型多晶硅襯底13的背面的一部分中形成η型擴散層31，面積也小，η型擴散層31和背面鈍化膜(PECVD-SiN膜)21在背面中所占的比例為“η型擴散層31 <背面鈍化膜(PECVD-SiN膜)21”。因而，通過η型擴散層31和ρ型多晶硅襯底13的ρη結(jié)分離的載流子與通過表面的η型擴散層15和ρ型多晶硅襯底13的ρη結(jié)分離的載流子相比，絕對地少。因此，在實施例2的太陽能電池單元中， 即使在背面鈍化膜(背面的PECVD-SiN膜)的小孔部位中位有背面?zhèn)入姌O23，對復合有貢獻的載流子也少，認為曲線因子FF是穩(wěn)定的。實施方式3.在實施方式3中，為了調(diào)查作為背面鈍化膜的PECVD-SiN膜的膜質(zhì)依賴性，將折射率m = 2. 0的PECVD-SiN膜以膜厚80nm 90nm形成在ρ型多晶硅晶片的背面來制作了實施例3的太陽能電池單元。另外，將折射率m = 2. 2的PECVD-SiN膜以膜厚80nm 90nm形成在ρ型多晶硅晶片的背面來制作了實施例4的太陽能電池單元。實施例3以及實施例4的太陽能電池單元是以與實施例1的太陽能電池單元相同的處理來制作的。實施例3以及實施例4的太陽能電池單元的結(jié)構(gòu)與實施例1的太陽能電池單元相同，太陽能電池單元的大小為4cm2。另外，作為比較對象，通過圖7所示的處理來制作了如圖6所示那樣在太陽能電池襯底的背面配置了 Al-BSF層的以往的太陽能電池單元(比較例幻。太陽能電池單元的大小是與實施例3以及實施例4的太陽能電池單元相同的km2。使用如以上那樣的實施例3、實施例4的太陽能電池單元以及比較例3的太陽能電池單元，使電池實際工作，作為太陽能電池輸出特性，測量了開路電壓Voc (V)、以及短路光電流密度JsC(mA/Cm2)。其結(jié)果一并表示在圖14以及圖15中。圖14是表示太陽能電池單元的開路電壓Voc(V)的特性圖。圖15是表示太陽能電池單元的短路光電流密度Jsc (mA/ cm2)的特性圖。與圖4以及圖5同樣地，圖中的值是平均值，通過該直線來連接了平均值。從圖14以及圖15可知，使用了折射率n = 2. 2的PECVD-SiN膜作為背面鈍化膜的實施例4的太陽能電池單元的特性比使用了折射率n = 2. O的PECVD-SiN膜作為背面鈍化膜的太陽能電池單元差。為了更詳細地調(diào)查該現(xiàn)象，將測量了實施例3以及實施例4的太陽能電池單元的內(nèi)部量子效率的結(jié)果表示在圖16中。圖16是表示實施例3以及實施例 4的太陽能電池單元的內(nèi)部量子效率的特性圖。從圖16可知，使用了折射率n = 2. O的PECVD-SiN膜的實施例3的太陽能電池單元的一方，900nm以后的波長中的靈敏度高，鈍化特性高。這認為是因為化學計量的氮化硅膜(Si3N4)的折射率n為2. 05，折射率n = 2. 0的PECVD-SiN膜接近于該值，即接近于化學計量的氮化硅膜。因而，可以說作為背面鈍化膜特別優(yōu)選是折射率m = 2. 0的PECVD-SiN 膜。此外，即使是折射率n = 2. 2的PECVD-SiN膜，也能夠使用為背面鈍化膜，但是還是折射率:n = 2.0的PECVD-SiN膜優(yōu)選。此外，通過熱CVD成膜的氮化硅膜是Si3N4，因此代替將該膜使用為背面鈍化膜的 PECVD-SiN膜而使用該膜，也能夠獲得相同的效果。實施方式4.在實施方式1 實施方式3中，說明了在背面?zhèn)入姌O的形成中使用鋁(Al)膏的情況，但是在進行太陽能電池單元的相互連接來實現(xiàn)模塊化的情況下，在背面?zhèn)入姌O的形成中優(yōu)選使用銀鋁(AgAl)膏。在以往的太陽能電池單元中，為了在ρ型多晶硅晶片的背面形成BSF層，必須由鋁 (Al)來構(gòu)成背面?zhèn)入姌O，在考慮到太陽能電池單元的相互連接的情況下，相互連接用的銀 (Ag)電極在ρ型多晶硅晶片的背面中也是需要的。然而，在實施方式1 實施方式3的太陽能電池單元的制造方法中，P型多晶硅晶片的背面是由PECVD-SiN膜來進行鈍化，因此背面?zhèn)入姌O不需要是鋁(Al)。如以往那樣設置鋁(Al)電極和銀(Ag)電極的組合即用鋁(Al)電極來形成梳型電極并用于相互連接而設置銀(Ag)也能夠制作太陽能電池單元，但是如果使用能夠進行焊接的銀鋁(AgAl)膏則能夠節(jié)省相互連接用的銀(Ag)膏的印刷工序，能夠?qū)ば虻暮喕约暗统杀净鞒鲐暙I。實施方式5.在實施方式1 實施方式3中，ρ型多晶硅襯底的背面是由作為背面鈍化膜的 PECVD-SiN膜來進行鈍化的，但是也可以在PECVD-SiN膜與硅(Si)的界面中插入通過 PECVD法成膜的氧化硅膜(下面，記述為PECVD-SiO膜)。已知一般在氧化硅膜(SiO)與硅(Si)的界面、特別是通過熱氧化形成的氧化硅膜(SiO)與硅(Si)的界面形成能級少即復合中心少的良好的界面。由此，通過在PECVD-SiN膜與硅(Si)的界面中插入通過PECVD法形成的氧化硅膜來進一步改善P型多晶硅襯底的背面的鈍化特性。這里，限定為PECVD-SiO膜的原因在于是能夠以低溫形成、批量生產(chǎn)性較高的裝置，并且能夠連續(xù)地進行PECVD-SiO膜、 PECVD-SiN膜的成膜。通過在形成于ρ型多晶硅襯底的背面的PECVD-SiO膜之上形成PECVD-SiN膜， PECVD-SiN膜成為η型擴散層形成時的掩模，并且還起到保護PECVD-SiO膜的保護膜的作用。通常，在形成η型擴散層之前，為了去除形成在P型多晶硅襯底的表面的自然氧化膜而實施使用了氟酸(HF)的預處理，但是PECVD-SiN膜作為保護膜發(fā)揮功能，從而防止該工序中的PECVD-SiO膜的溶解。在PECVD-SiO膜的形成中，能夠?qū)⒐柰?、乙硅烷等使用為成膜原料。此外，正硅酸乙?TEOS)作為成膜原料是不恰當?shù)?。如果使用TEOS則在PECVD-SiO膜與硅(Si)的界面中殘留碳，有可能使界面特性惡化。產(chǎn)業(yè)上的可利用性如以上那樣，本發(fā)明的太陽能電池單元的制造方法對作為太陽能電池襯底的多晶硅襯底薄型化的太陽能電池的制造中有用。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池單元的制造方法，其特征在于，包括第1工序，在第1導電類型的多晶硅襯底的一面?zhèn)韧ㄟ^等離子體CVD法來形成由氮化硅膜構(gòu)成的鈍化膜；第2工序，在所述多晶硅襯底的另一面?zhèn)韧ㄟ^熱擴散使第2導電類型的元素擴散而形成擴散層，形成pn結(jié)部；第3工序，在所述擴散層上通過等離子體CVD法來形成由氮化硅膜構(gòu)成的防反射膜； 第4工序，在所述多晶硅襯底的另一面?zhèn)扰渲玫?電極膏； 第5工序，在所述鈍化膜上配置第2電極膏；以及第6工序，焙燒所述第1電極膏以及所述第2電極膏來形成電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元的制造方法，其特征在于， 所述鈍化膜以及所述防反射膜是折射率為2. 0 2. 2的氮化硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元的制造方法，其特征在于，所述第1導電類型的多晶硅襯底是P型多晶硅襯底，所述擴散層是η型擴散層， 作為所述第2電極膏使用銀鋁(AgAl)膏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元的制造方法，其特征在于，在所述第1工序之前，具有在所述第1導電類型的多晶硅襯底的一面?zhèn)韧ㄟ^等離子體 CVD法來形成氧化硅膜的工序，所述第1工序中，在所述氧化硅膜上形成所述鈍化膜。
全文摘要
包括第1工序，在第1導電類型的多晶硅襯底的一面?zhèn)韧ㄟ^等離子體CVD法來形成由氮化硅膜構(gòu)成的鈍化膜；第2工序，在所述多晶硅襯底的另一面?zhèn)韧ㄟ^熱擴散來使第2導電類型的元素擴散，形成擴散層，形成pn結(jié)部；第3工序，在所述擴散層上通過等離子體CVD法來形成由氮化硅膜構(gòu)成的防反射膜；第4工序，在所述多晶硅襯底的另一面?zhèn)扰渲玫?電極膏；第5工序，在所述鈍化膜上配置第2電極膏；以及第6工序，焙燒所述第1電極膏以及所述第2電極膏來形成電極。
文檔編號H01L31/04GK102239565SQ20088013219
公開日2011年11月9日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者西本陽一郎 申請人:三菱電機株式會社