太陽能電池及太陽能電池模組的制作方法

本發明涉及一種太陽能電池及太陽能電池模組。

背景技術：

太陽能電池用半導體基板通常利用提拉法(czochraskimethod，cz法)制造，所述cz法能夠用相對低的成本來制造大直徑的單晶。例如，通過利用cz法制作摻有硼的單晶硅，并將此單晶切成薄片，能夠獲得p型半導體基板。

單晶硅太陽能電池(使用單晶硅基板的太陽能電池)的以往的結構是一種整個背面(與受光面相對的表面)隔著背面場(backsurfacefield，bsf)結構而與電極接觸的結構。

上述bsf結構利用絲網印刷法能夠很容易地制造，因此，廣泛普及，并成為當前的單晶硅太陽能電池的主流結構。

為了進一步提高效率，對上述bsf結構導入鈍化發射極背面接觸太陽能電池(passivatedemitterandrearcontactsolarcell，perc)結構、鈍化發射極背面局部擴散太陽能電池(passivatedemitterandrearlocallydiffusedsolarcell，perl)結構。

上述perc結構及perl結構是積極地減小背面側的少數載流子再結合比例，也就是降低背面側的有效的表面再結合速率的方法之一。

圖9是示意性表示以往的perc型太陽能電池的剖面圖。如圖9所示，太陽能電池110在摻有硼的硅基板(以下也稱為摻硼基板。)113的受光面側具備n型層112。在此n型層112上具備受光面電極111。多數情況下，在受光面上設有受光面鈍化膜115。另外，在背面上具備背面鈍化膜116。另外，在背面上具備背面電極114。另外，摻硼基板113具有與背面電極114接觸的接觸區域117。

圖10是示意性地表示以往的perl型太陽能電池的剖面圖。如圖10所示，相對于上述太陽能電池110，太陽能電池110′在背面電極114的正下方(以背面電極114作為表面側來觀察時)具備p⁺層(也就是以比周圍區域(p型硅基板)更高的濃度摻有p型摻雜劑的層)119。另外，也可以在受光面電極111的正下方具備n⁺層(也就是以比周圍的n型層112更高的濃度摻有n型摻雜劑的層)118。其它構造與圖9的具有perc結構的太陽能電池相同，因此，省略說明。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第wo00/073542號小冊子。

技術實現要素：

發明所要解決的課題

根據將太陽能電池制成上述具有perc結構或perl結構的太陽能電池，即使減小背面側的少數載流子再結合比例，但如果基板為摻硼基板，晶格之間殘留的氧原子和硼原子也會因光鍵合，在基板塊體內生成再結合能級，少數載流子壽命變短，太陽能電池的特性下降。這種現象還被稱作使用摻硼基板的太陽能電池的光劣化。

perc結構、perl結構的太陽能電池將背面的電極局域化(局部化)。因此，在觸點附近(也就是基板與背面電極接觸的接觸區域)產生電流集中，容易產生電阻損失，因此，如果為perc結構、perl結構的太陽能電池，最好將基板設為低電阻。但是，當采用低電阻基板的情況也就是含有更多硼原子的狀況下，由于硼原子和氧原子的鍵合增加，因此，上述劣化(光劣化)變顯著。

相反，在采用高電阻基板的情況下，上述劣化減輕。但是，如果為perc結構、perl結構的太陽能電池，如上所述，電流在背面觸點附近集中，從而產生電阻損失，結果，在這種情況下特性也會下降。

為了抑制上述光劣化，在專利文獻1中，提出有使用鎵代替硼來作為p型摻雜劑。但是，僅使用摻有鎵的硅基板(以下也稱為摻鎵基板)作為perc結構或perl結構的太陽能電池的基板，也不能充分抑制電阻損失。

本發明是鑒于上述問題而完成的，目的在于提供一種太陽能電池及太陽能電池模組，該太陽能電池使用一種光劣化得到抑制的基板，且抑制電阻損失，轉換效率優異。

解決課題的技術方案

為了實現上述目的，本發明提供一種太陽能電池，其特征在于，其具備p型硅基板，所述p型硅基板以一個主表面為受光面并以另一個主表面為背面，在前述背面上具備部分地形成的多個背面電極，前述p型硅基板在前述受光面的至少一部分具有n型層，且前述p型硅基板具有與前述背面電極接觸的接觸區域，所述太陽能電池的特征在于，

前述p型硅基板是摻有鎵的硅基板，

前述p型硅基板的電阻率為2.5ω·cm以下，

前述多個背面電極的背面電極間距prm[mm]與前述p型硅基板的電阻率rsub[ω·cm]滿足由下式(1)表示的關系。

log(rsub)≦-log(prm)+1.0…(1)

這種太陽能電池由于基板為摻鎵基板，因此，會抑制光劣化。另外，由于基板為低電阻基板，因此，在接觸區域不易產生電流集中，從而不易產生電阻損失。另外，由于perc結構的太陽能電池具備低電阻基板，因此，能夠充分減小背面側的少數載流子再結合比例。除具有這些結構之外，背面電極的間距(以下也稱為背面電極間距。)與基板的電阻率還滿足由上述式(1)表示的關系的太陽能電池，能夠將由電流集中引起的電阻損失抑制在最小限度，并能夠進一步增加發電量。

另外，優選為，前述p型硅基板的電阻率為0.2ω·cm以上。

如果是這種太陽能電池，即使在多個太陽能電池(太陽能電池單元)之間電阻率產生差異，也能夠獲得相對同水平的電流。因此，將這些太陽能電池單元制成模組時，能夠降低額外的損失。

另外，優選為，前述多個背面電極的背面電極間距為10mm以下。

如果是這種太陽能電池，則能夠更可靠地形成轉換效率優異的太陽能電池。

另外，優選為，前述接觸區域中的p型摻雜劑的濃度高于前述接觸區域以外的區域中的p型摻雜劑的濃度。

如果這種所謂的perl結構的太陽能電池具有p⁺層，轉換效率更加優異。

另外，優選為，前述接觸區域的面積的總和為整個前述背面的20％以下。

如果為這種太陽能電池，就能夠使基板和電極充分接觸，并且能夠更加減少由基板和電極的接觸引起的載流子的再結合。

而且，本發明提供一種太陽能電池模組，其特征在于，具備上述本發明的太陽能電池。

本發明的太陽能電池抑制住光劣化及電阻損失，且轉換效率優異。因此，具備本發明的太陽能電池的太陽能電池模組抑制住光劣化及電阻損失，且轉換效率優異。

發明效果

本發明的太陽能電池由于基板為摻鎵基板，因此，抑制住光劣化。另外，由于基板為低電阻基板，因此，在接觸區域不易產生電流集中，從而不易產生電阻損失。另外，由于perc結構的太陽能電池具備低電阻基板，因此，能夠充分減小背面側的少數載流子再結合比例。除具有這些結構以外，背面電極的間距(下面也稱為背面電極間距。)與基板的電阻率還滿足由上述式(1)表示的關系的太陽能電池，能夠將因電流集中引起的電阻損失抑制在最小限度，并能夠進一步增加發電量。

附圖說明

圖1是表示本發明的太陽能電池的一個例子的剖面圖。

圖2是在圖1所示的太陽能電池中透過p型硅基板進行表示的示意圖。

圖3是表示本發明的太陽能電池的一個例子的剖面圖。

圖4是在圖3所示的太陽能電池中透過p型硅基板進行表示的示意圖。

圖5是表示本發明的制造太陽能電池的方法的一個例子的流程圖。

圖6是表示改變充分地照射光后的摻鎵基板的基板電阻率及背面電極間距時的太陽能電池的轉換效率的平均值的圖。

圖7是表示改變充分地照射光后的摻硼基板的基板電阻率及背面電極間距時的太陽能電池的轉換效率的平均值的圖。

圖8是表示改變摻鎵基板的基板電阻率及背面電極間距時的太陽能電池的短路電流密度的平均值的圖。

圖9是示意性地表示以往的perc型太陽能電池的剖面圖。

圖10是示意性地表示以往的perl型太陽能電池的剖面圖。

具體實施方式

以下對本發明更詳細地進行說明。

如上所述，尋求一種太陽能電池，所述太陽能電池使用光劣化得到抑制的基板，抑制電阻損失，轉換效率優異。在此，作為能夠提高轉換效率的結構，提出有一種perc結構、perl結構。但是，作為perc結構或perl結構的太陽能電池的基板，僅使用能夠抑制光劣化的摻鎵基板，不能充分抑制電阻損失，不能制成轉換效率優異的太陽能電池。

本發明人為了解決上述問題而潛心研究。結果發現，具備低電阻的摻鎵基板，且背面電極間距與基板的電阻率滿足特定的關系的太陽能電池，也就是perc結構或perl結構的太陽能電池，能夠解決上述課題，從而完成了本發明的太陽能電池及太陽能電池模組。

以下，參照附圖對本發明的實施方式具體地進行說明，但本發明不限定于這些實施方式。

[太陽能電池]

圖1是表示本發明的太陽能電池的一個例子的剖面圖。圖2是在圖1所示的太陽能電池中透過p型硅基板13進行表示的示意圖。如圖1及圖2所示，本發明的太陽能電池10具備p型硅基板(摻鎵基板)13，所述p型硅基板以一個主表面為受光面并以另一個主表面為背面。另外，在p型硅基板13的背面上具備部分地形成的多個背面電極14。另外，p型硅基板13在受光面的至少一部分具有n型層12。另外，p型硅基板13具有與背面電極14接觸的接觸區域17。另外，在n型層12上通常具備受光面電極11。

在本發明中，p型硅基板13為摻鎵基板。如此一來，通過將p型摻雜劑由硼換成鎵，能夠抑制光劣化。另外，p型硅基板13的電阻率(比電阻)為2.5ω·cm以下。如果電阻率超過2.5ω·cm，在背面側的p型硅基板13中的與背面電極14接觸的部位附近有可能產生電流集中，產生電阻損失。

如此一來，本發明的太陽能電池具備低電阻的摻鎵基板(也就是鎵濃度較高的基板)。此處，perc結構或perl結構的太陽能電池在具備低電阻基板時轉換效率非常優異。因此，本發明的太陽能電池轉換效率特別優異。進一步，如果是具備低電阻的摻鎵基板的本發明的太陽能電池，就不易發生會在低電阻的摻硼基板(也就是硼濃度較高的基板)上產生的光劣化，因而能夠維持高效率。

另外，本發明的太陽能電池10的多個背面電極14的背面電極間距prm[mm]與p型硅基板13的電阻率rsub[ω·cm]滿足由下式(1)表示的關系。

log(rsub)≦-log(prm)+1.0…(1)

圖1中圖示背面電極間距20。當背面電極間距20與摻鎵基板13的電阻率不滿足由上述式(1)表示的關系時，不能充分抑制由電流集中引起的電阻損失，導致發電量下降。上述式(1)的關系根據以下的計算機模擬結果獲得。

使用計算機，對使圖1所示的在太陽能電池中分別改變背面電極間距與摻鎵基板的電阻率時的太陽能電池的轉換效率的變化進行模擬。其結果如圖6所示。

另外，使用計算機，對圖9所示的在太陽能電池中分別改變背面電極間距與摻硼基板的電阻率時的太陽能電池的轉換效率的變化進行模擬。其結果如圖7所示。此外，圖6及圖7中的轉換效率的大小用顏色的濃淡表示。另外，以曲線將形成特定轉換效率(基板的電阻率、背面電極間距)的組合的點連結，以等高線的形式表示。

圖6是表示改變充分地照射光后的摻鎵基板的基板電阻率及背面電極間距時的太陽能電池的轉換效率的平均值的圖。如圖6所示，當摻鎵基板的電阻率為2.5ω·cm以下，背面電極間距與摻鎵基板的電阻率滿足由上述式(1)表示的關系時，結果轉換效率優異。另一方面，如圖6所示，當電阻率超過2.5ω·cm時，或不滿足上述式(1)時，轉換效率急劇變差。

圖7是表示改變充分地照射光后的摻硼基板的基板電阻率及背面電極間距時的太陽能電池的轉換效率的平均值的圖。如圖7所示，當使用摻硼基板時，與使用摻鎵基板時相比，結果轉換效率變差。其表示光劣化帶來的影響。另外，此時，有時即使背面電極間距與摻硼基板的電阻率滿足由上述式(1)表示的關系，轉換效率也會急劇下降。

另外，對在圖1所示的太陽能電池中分別改變背面電極間距與摻鎵基板的電阻率時的太陽能電池的短路電流密度進行模擬。其結果如圖8所示。圖8是表示改變摻鎵基板的基板電阻率及背面電極間距時的太陽能電池的短路電流密度的平均值的圖。此外，圖8中的短路電流密度的大小用顏色的濃淡表示。另外，以曲線將形成特定短路電流密度(基板的電阻率、背面電極間距)的組合的點連結，以等高線的形式表示。如圖8所示，摻鎵基板的電阻率為2.5ω·cm以下，當背面電極間距與摻鎵基板的電阻率滿足由上述式(1)表示的關系時，短路電流密度的變化相對基板電阻率的變化減小。

進一步，當摻鎵基板的電阻率為0.2ω·cm以上時，短路電流密度的變化相對于基板電阻率的變化減小。由該結果可知，如果為電阻率為0.2ω·cm以上且2.5ω·cm以下，滿足由上述式(1)表示的關系的太陽能電池單元，即使太陽能電池單元間的電阻率不均勻，也能夠獲得相對同水平的電流。因此可知，將這些太陽能電池單元制成模組時能夠減輕額外的損失。如此一來，優選為，p型硅基板(摻鎵基板)13的電阻率為0.2ω·cm以上。

p型硅基板13的厚度沒有特別限定，例如，能夠設成100～200μm的厚度。p型硅基板13的主面的形狀及面積沒有特別限定。

另外，優選為多個背面電極的背面電極間距20為10mm以下。如果為這種太陽能電池，如圖6所示，轉換效率會更加優異。背面電極間距20的下限沒有特別限定，例如能夠設為1mm。

另外，優選為，接觸區域17中的p型摻雜劑的濃度高于接觸區域17以外的區域中的p型摻雜劑。作為這種perl結構的太陽能電池的一個例子，能夠列舉如圖3及圖4所示的太陽能電池。圖3是表示本發明的太陽能電池的一個例子的剖面圖。圖4是在圖3所示的太陽能電池中透過p型硅基板13進行表示的示意圖。在如圖3及圖4所示的太陽能電池中，與圖1所示的太陽能電池相同的構成元素標注相同的參考編號，并省略說明。如圖3及圖4所示，相對于上述太陽能電池10，太陽能電池10′還在受光面電極11的正下方具備n⁺層18，在背面電極14的正下方(接觸區域17的附近)具備p⁺層19。如果是這種perl結構的太陽能電池，就能夠制成轉換效率更加優異的太陽能電池。

另外，優選為接觸區域17的面積的總和為整個背面的20％以下。如果是這種太陽能電池，就能夠使基板與電極充分接觸，能夠進一步減少由基板與電極的接觸引起的載流子的再結合。接觸區域17的面積的總和的下限沒有特別限定，但能夠設為例如5％。受光面電極11及背面電極14的電極寬度沒有特別限定，但能夠設為例如15～100μm。

如圖1所示，本發明的太陽能電池10通常在背面上具備背面鈍化膜16。在受光面上能夠具備受光面鈍化膜15。受光面鈍化膜15也能作為抗反射膜等發揮作用。作為這些鈍化膜，能夠使用能夠利用等離子化學氣相沉積(chemicalvapordeposition，cvd)裝置形成的sinx膜(硅氮化膜)、sio2膜等，也能使用熱氧化膜。抗反射膜的膜厚在85～105nm其反射率降低效果最大，從而優選。

此外，通過在背面鈍化膜16的上部的整個面具備鋁等金屬，也能夠形成多個背面電極14彼此互相連接而成的結構(即背面電極14一體化而成的結構)。

作為n型層12及n⁺層18中所包含的n型摻雜劑，能夠列舉p(磷)、sb(銻)、as(砷)、bi(鉍)等。作為p⁺層19中所包含的p型摻雜劑，能夠列舉b(硼)、ga(鎵)、al(鋁)、in(銦)等。

[太陽能電池模組]

接下來，對本發明的太陽能電池模組進行說明。本發明的太陽能電池模組具備上述本發明的太陽能電池。作為具體例，能夠列舉例如使用內部連線將排列的多個本發明的太陽能電池串聯連接構成的太陽能電池模組，但不限于此，可應用于各種模組結構。這種太陽能電池模組會抑制住光劣化及電阻損失，且轉換效率優異。

[太陽能電池的制造方法]

接下來，參照圖5對制造本發明的太陽能電池的方法進行說明。圖5是表示制造本發明的太陽能電池的方法的一個例子的流程圖。以下所說明的方法為典型例，制造本發明的太陽能電池的方法不限定于此。首先，如圖5(a)所示，準備電阻率為2.5ω·cm以下的摻鎵基板作為以一個主表面為受光面并以另一個主表面為背面的p型硅基板。

優選為，步驟(a)中準備的摻鎵基板的電阻率為0.2ω·cm以上。當準備摻鎵基板時，鎵的偏析系數高，因此利用cz法提拉而成的晶棒的電阻率在頭部和尾部產生6倍左右的差。在以低成本制造太陽能電池中，期待對這些晶棒整根使用，因此，最好從設計階段考慮基板的電阻率差。根據將步驟(a)中準備的摻鎵基板的電阻率設為0.2ω·cm以上，當制造多個perc結構或perl結構的太陽能電池單元時，即使這些太陽能電池單元間的電阻率差在6倍左右，也能夠獲得相對同水平的電流，將這些太陽能電池單元制成模組時能夠降低額外的損失。由此，能夠以更低成本制造太陽能電池模組。測量摻鎵基板的電阻率的方法沒有特別限定，能夠列舉例如四探針法。

切出摻鎵基板的單晶硅能夠例如如上所述使用cz法進行制造。此時，只要將鎵和多晶原料一起放入坩堝中，形成原料熔液即可。特別是在大規模生產時需要進行精細的濃度調整，因此，理想的是，先制造高濃度的摻鎵單晶硅，并將其粉碎制作摻雜劑，且以使其與成為cz原料的多晶硅熔融后成為所需濃度的方式來進行調整并投入。根據將這樣獲得的鎵摻雜單晶硅切成薄片能夠獲得摻鎵基板。

接下來，如圖5(b)所示，能夠使用濃度5～60％的氫氧化鈉或氫氧化鉀這種高濃度的堿、或氫氟酸和硝酸的混酸等進行蝕刻來去除基板表面的切片損傷。

接著，如圖5(c)所示，能夠在基板表面形成被稱為紋理的微小凹凸。紋理是用于降低太陽能電池的反射率的有效方法。利用浸漬在加熱的氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等堿溶液(濃度1～10％、溫度60～100℃)中10分鐘至30分鐘左右而制成紋理。在大多數情況下，在上述溶液中溶解特定量的2-丙醇(ipa：異丙醇)，來促進反應。

優選為，在蝕刻除去損傷及蝕刻形成紋理后，如圖5(d)所示，清洗基板。能夠在例如鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸等或者這些混合液的酸性水溶液中進行或者使用純水進行清洗。

接下來，如圖5(e)所示，在摻鎵基板的受光面形成n型層。

在步驟(e)中形成n型層的方法沒有特別限定。能夠列舉例如使摻雜劑熱擴散的方法。此時，能夠使用氣相擴散法和涂布擴散法等，所述氣相擴散法將pocl3(三氯氧磷)等與載氣一起導入熱處理爐內使其擴散，所述涂布擴散法將包含磷等的材料涂布在基板上后進行熱處理。作為涂布擴散法中的涂布方法能夠列舉旋涂法、噴涂法、噴墨法、絲網印刷法等。

當使用涂布擴散法時，能夠根據在受光面上涂布包含n型摻雜劑的材料并熱處理來形成n型層。此處，作為包含n型摻雜劑的材料，能夠使用根據熱處理而玻璃化的磷擴散劑。該磷擴散劑能夠使用公知的磷擴散劑，也能夠通過例如混合p2o5、純水、聚乙烯醇(polyvinylalcohol，pva)、原硅酸四乙酯(tetraethylorthosilicate，teos)獲得。

作為制造一種在受光面側具備n⁺層、在背面側具備p⁺層的perl結構的太陽能電池的方法，能夠列舉如下方法，先對受光面側局部涂布包含上述n型摻雜劑的材料，并對背面側局部涂布包含p型摻雜劑的材料，然后對基板進行熱處理的方法。此時，為了防止自動摻雜，能夠在受光面上或背面上形成擴散掩膜，或者實施多次熱處理。

作為上述包含p型摻雜劑的材料，能夠使用通過熱處理而玻璃化的硼擴散劑。該硼擴散劑能夠使用公知的硼擴散劑，也能夠通過混合例如b2o3、純水、pva來獲得。

接下來，如圖5(f)所示，使用等離子蝕刻機進行pn接合的分離。在此工序中，對樣品進行堆疊，以便等離子或自由基不會侵入受光面或背面，在此狀態下，對端面切削幾微米。根據等離子蝕刻進行的pn分離可以在去除硼玻璃及磷玻璃之前進行，也可以在去除后進行。作為pn分離的代替方法，也可以根據激光來形成槽。

如果進行上述步驟(e)，則在基板的表面形成了不少玻璃層。因此，如圖5(g)所示，利用氫氟酸等來去除表面的玻璃。

接下來，如圖5(h)所示，能夠在摻鎵基板的受光面上形成受光面鈍化膜。作為受光面鈍化膜，能夠使用與上述太陽能電池項中所述的相同的受光面鈍化膜。

接下來，如圖5(i)所示，能夠在摻鎵基板的背面上形成背面鈍化膜。作為背面鈍化膜，能夠使用與上述太陽能電池的項目中所述的相同的背面鈍化膜。

接下來，如圖5(j)所示，能夠僅對要形成背面電極的部分去除背面鈍化膜。能夠使用例如光刻法或蝕刻漿料等去除背面鈍化膜。此種蝕刻漿料包含例如選自由磷酸、氟化氫、氟化銨及氟化氫銨組成的組中的至少一種作為蝕刻成分，并包含水、有機溶劑及增稠劑。

此時，能夠根據步驟(a)中準備的摻鎵基板的電阻率和由上述式(1)表示的關系，決定步驟(j)中去除背面鈍化膜的間隔(相當于接觸區域的間隔。)。由此，能夠可靠地制造轉換效率優異的太陽能電池。另外，也能夠正確地決定能夠獲得該太陽能電池的背面電極間距prm[mm]與電阻率rsub[ω·cm]的上限和下限。

接下來，如圖5(k)所示，在摻鎵基板的背面上印刷背面電極用漿料，并進行干燥。例如，在上述基板的背面上絲網印刷漿料，所述漿料是用有機粘結劑將鋁(al)粉末混合而成。背面電極材料也能夠使用銀(ag)等。只要至少在接觸區域上形成背面電極即可。其中，也可以在整個背面上一體地形成背面電極。此時，實際上基板與背面電極相連的區域還是接觸區域。

接下來，如圖5(l)所示，在摻鎵基板的受光面上印刷受光面電極用漿料，并進行干燥。例如，在上述基板的受光面絲網印刷ag漿料，所述ag漿料是將ag粉末和玻璃料與有機粘結劑混合而成。也可以顛倒步驟(k)與步驟(l)的順序。

進行過以上的電極印刷后，如圖5(m)所示，對受光面電極用漿料和背面電極用漿料進行燒制。如此一來，利用印刷漿料后進行燒制，來形成受光面電極和背面電極。燒制通常根據在700～800℃的溫度條件下進行5～30分鐘的熱處理來進行。根據此種熱處理，使ag粉末貫穿(燒穿)受光面側的鈍化膜，使受光面電極與摻鎵基板導通。背面電極和受光面電極的燒制也能分別進行。

如此一來，能夠制造圖1及圖3所示的太陽能電池。另外，根據將如此一來獲得的太陽能電池制成模組，能夠獲得本發明的太陽能電池模組。

另外，本發明并不限定于上述實施方式。上述實施方式為例示，具有與本發明的權利要求書所述的技術思想實質上相同的構成、并發揮相同作用效果的技術方案均包含在本發明的技術范圍內。