半導體基板及其制造方法、太陽能電池元件、以及太陽能電池的制作方法
【專利說明】半導體基板及其制造方法、太陽能電池元件、以及太陽能電池
[0001 ]本申請是2012年7月24日向中國國家知識產權局遞交的題為“半導體基板及其制造方法、太陽能電池元件、以及太陽能電池”的申請No: 201280036330.5的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及半導體基板及其制造方法、太陽能電池元件、以及太陽能電池。
【背景技術】
[0003]對以往的硅太陽能電池元件的η型擴散層的制造工序進行說明。
[0004]首先，為了促進陷光效應而實現高效率化，準備形成有紋理結構的ρ型硅基板，接下來，在三氯氧磷(P0C13)、氮氣、氧氣的混合氣體氣氛中在800°C?900°C下進行數十分鐘的處理，均勻地形成η型擴散層。在該以往的方法中，硅表面被氧化，并且形成PSG(phosphosilicate glass，磷娃酸鹽玻璃)的非晶質膜，僅磷原子擴散到娃基板中，形成存在高濃度的磷原子的η型擴散層。
[0005]另外，在半導體的制造領域中，提出了通過涂布含有五氧化二磷(Ρ205)或者磷酸二氫銨(ΝΗ4Η2Ρ04)等磷酸鹽的溶液來形成η型擴散層的方法(例如參照日本特開2002-75894號公報)。在該方法中，也可以與上述使用混合氣體的氣相反應法同樣地形成η型擴散層。
[0006]進而，在上述的任意一種方法中，磷的擴散還到達側面以及背面，不僅在表面形成η型擴散層，而且在側面、背面也形成η型擴散層。
[0007]背面的η型擴散層需要轉變為ρ+型擴散層。為此，在背面的η型擴散層上賦予含有作為第13族元素的鋁的鋁糊劑之后，進行熱處理，并通過鋁的擴散而從η型擴散層轉變成ρ+型擴散層，同時得到了歐姆接觸。
[0008]此外，還提出了代替鋁而使用硼化合物作為擴散源的方法(例如參照日本特開2002-539615號公報)。進而，提出了被分散在有機溶劑中的含有Β203、Α1203或Ρ205的擴散劑組合物(例如參照日本特開2011-71489號公報)。
【發明內容】
[0009]發明要解決的問題
[0010]如上所述，在形成η型擴散層及ρ+型擴散層時，作為η型雜質原子的磷原子等或作為Ρ型雜質原子的硼原子等與硅原子置換而向硅基板中擴散。尤其對于磷原子及硼原子而言，由于其原子半徑顯著小于硅原子的原子半徑，因此能夠以高濃度與硅原子置換。但是，隨著磷原子或硼原子的置換，大量產生晶格應變(晶格缺陷)，由此塑性變形的程度也增大。在太陽能電池元件中，該缺陷引起光生載流子復合，光轉換特性可能下降。
[0011]本發明正是鑒于以上的以往問題點而完成的發明，其課題在于，提供光轉換效率優異的半導體基板及其制造方法、以及使用該半導體基板而形成的太陽能電池元件及太陽能電池。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]用于解決上述課題的具體手段如下所示，本發明包括以下方案。
[0014]〈1> 一種半導體基板，其具有半導體層和雜質擴散層，所述雜質擴散層含有:選自1(、恥、1^、8&、5『、0&、]\%、86、211、？13、0(1、￥、511、2『、]\10、1^、恥、丁&、￥、11、2『、66、丁6及1^中的至少一種金屬原子；以及選自η型雜質原子及ρ型雜質原子中的至少一種雜質原子。
[0015]〈2>如上述〈1>所述的半導體基板，其中，上述雜質擴散層的表面的上述金屬原子的含量為1 X 1017atoms/cm3以上。
[0016]〈3>如上述〈1>或〈2>所述的半導體基板，其中，上述η型雜質原子為選自P(磷)以及Sb(鋪)中的至少一種。
[0017]〈4>如上述〈1>或〈2>所述的半導體基板，其中，上述ρ型雜質原子為選自B(硼)以及Ga(鎵)中的至少一種。
[0018]〈5>如上述〈1>?〈3>中任一項所述的半導體基板，其中，上述雜質擴散層包含η型雜質原子且通過對被賦予到上述半導體層的至少一個面上的玻璃粉末進行熱處理而形成，所述玻璃粉末包含含有η型雜質的物質和玻璃成分物質，所述含有η型雜質的物質選自Ρ203、Ρ205及Sb203中的至少一種，所述玻璃成分物質選自Si02、K20、Na20、Li20、Ba0、Sr0、Ca0、Mg0、BeO、ZnO、PbO、CdO、V2O5、SnO、Zr02 及 M0O3 中的至少一種。
[0019]〈6>如上述〈1>、〈2>或〈4>所述的半導體基板，其中，上述雜質擴散層包含ρ型雜質原子且通過對被賦予到上述半導體層的至少一個面上的玻璃粉末進行熱處理而形成，所述玻璃粉末包含含有P型雜質的物質和玻璃成分物質，所述含有P型雜質的物質選自B203及6&203中的至少一種，所述玻璃成分物質選自5丨02、1(20、似20、1^20、830、3抑工30、]\^0、860、ZnO、PbO、CdO、V2O5、SnO、Zr02 及 M0O3 中的至少一種。
[°02°] 〈7>—種太陽能電池元件，其具備上述〈1>?〈6>中任一項所述的半導體基板、和配置在上述雜質擴散層上的電極。
[0021]〈8>—種太陽能電池，其具備上述〈7>所述的太陽能電池元件、和配置在上述電極上的極耳線布線材料。
[0022]〈9> 一種上述〈1>?〈6>中任一項所述的半導體基板的制造方法，其具有:在半導體層的至少一個面上賦予含有玻璃粉末和分散介質的雜質擴散層形成用組合物的工序，所述玻璃粉術包含選自η型雜質原子及ρ型雜質原子中的至少一種雜質原子;和對所述賦予后的雜質擴散層形成用組合物進行熱擴散處理而形成雜質擴散層的工序。
[0023]發明效果
[0024]根據本發明，可以提供光轉換效率優異的半導體基板及其制造方法、以及使用該半導體基板而形成的太陽能電池元件及太陽能電池。
【附圖說明】
[0025]圖1是示意性地表示本發明涉及的太陽能電池元件的制造工序的一例的截面圖。
[0026]圖2Α是從表面觀察本發明涉及的太陽能電池元件而得到的俯視圖。
[0027]圖2Β是放大表示圖2Α所示的太陽能電池元件的一部分的立體圖。
【具體實施方式】
[0028]本說明書中，用語“工序”不僅是獨立的工序，而且還有無法明確區別于其他工序的情況，在該情況下只要能實現該工序的預期目的，則也包含在本用語中。另外，使用“?”示出的數值范圍表示含有“?”的前后所記載的數值分別作為最小值及最大值的范圍。進而，關于組合物中的各成分的量，在組合物中存在多種相當于各成分的物質的情況下，只要沒有特別說明，則均是指組合物中存在的該多種物質的總量。
[0029]〈半導體基板〉
[0030]本發明的半導體基板具有半導體層和雜質擴散層，所述雜質擴散層含有:選自由1(、恥、1^、8&、5廣0&、]\%、86、211、？13、0(1、￥、511、2匕]\10、1^、恥、丁&、￥、11、2廣66、丁6及1^組成的組(以下也稱為“特定金屬原子組”)中的至少一種金屬原子；以及選自由η型雜質原子以及P型雜質原子組成的組中的至少一種雜質原子。通過使雜質擴散層中包含從特定金屬原子組中選擇的至少一種金屬原子，可以構成光轉換效率優異的半導體基板。可認為其原因在于:由于例如使雜質擴散層中的應變松弛，故可以體現出優異的光轉換特性。
[0031 ]進而，以高效率為目的，現在正在研發如下的太陽能電池元件，所述太陽能電池元件具備雜質濃度不同的兩種雜質擴散層，并且具有在雜質濃度高的雜質擴散層上形成有電極的所謂選擇發射結構、或者在背面形成有η型和ρ型這兩種擴散層的背接觸結構。此時，在以往的方法中，難以識別形成有雜質擴散層的區域。因此，使得在雜質濃度高的雜質擴散層上、或者在形成于同一面的η型和ρ型這兩種雜質擴散層上形成的電極的對位變得困難，結果會有導致特性下降的情況。
[0032]但是，在本發明的半導體基板中，雜質擴散層含有從特定金屬原子組中選擇的至少一種金屬原子(以下也簡稱為“特定金屬原子”)，由此可以識別形成有擴散層的區域。因此，能夠以優異的對位精度在上述半導體基板的雜質擴散層上容易地形成電極。即，通過使用上述半導體基板，能夠在不招致特性下降的情況下高效制造具有選擇發射結構及背接觸結構的太陽能電池元件。
[0033]上述半導體層可以是ρ型半導體層及η型半導體層中的任一種。其中，優選ρ型半導體層，更優選Ρ型硅層。
[0034]上述半導體基板的雜質擴散層含有從上述特定金屬原子組中選擇的至少一種金屬原子，其中，從應變松弛和識別性的觀點出發，優選含有從1(、他、1^』&、5廣0&、1%、211、？13、〇(1、￥、311、2^]\10、1^、恥、了3、￥、1^、66、了6及1^中選擇的至少一種金屬原子，更優選含有從1(、他、1^、1^、03、]\%、211、511、1';[、16、￥及?13中選擇的至少一種金屬原子，進一步優選含有從Ca及Mg中選擇的至少一種金屬原子。
[0035]另外，關于上述雜質擴散層中所含的特定金屬原子的含量，只要能獲得本發明的效果，就沒有特別限制。其中，從應變松弛和識別性的觀點出發，在雜質擴散層表面的含量優選為 1 X 1017atoms/cm3 以上，更優選為 1 X 1017atoms/cm3 ?1 X 102Qatoms/cm3o
[0036]需要說明的是，雜質擴散層中的特定金屬原子的種類和含量可以通過使用頂S-7F(CAMECA公司制)并利用常規方法進行二次離子質譜分析(SMS分析)來進行測定。
[0037]具體而言，邊沿著深度方向對成為測定對象的規定面積的區域進行切削，邊進行二次離子質譜分析，從而測定特定金屬原子的種類和濃度。其中，關于表面的特定金屬原子的含量，設定為在從表面開始測定而到達深度0.025μηι的時刻所測定的特定金屬原子的濃度。
[0038]另外，上述半導體基板可以利用例如以下說明的半導體基板的制造方法來進行制造。
[0039][半導體基板的制造方法]
[0040]本發明的半導體基板的制造方法具有如下工序并根據需要還具有其他工序而構成，g卩，在半導體層的至少一個面上賦予含有玻璃粉末和分散介質的雜質擴散層形成用組合物的工序，所述玻璃粉末含有從η型雜質原子以及ρ型雜質原子中選擇的至少一種雜質原子；和對上述所賦予的雜質擴散層形成用組合物進行熱擴散處理而形成雜質擴散層的工序。
[0041]在上述半導體基板的制造方法中使用含有玻璃粉末和分散介質的雜質擴散層形成用組合物，所述玻璃粉末為含有從η型雜質原子(以下也稱為“施主元素”)及ρ型雜質原子(以下也稱為“受主元素”)中選擇的至少一種雜質原子的玻璃粉末(以下有時會簡稱為“玻璃粉末”)。就上述雜質擴散層形成用組合物而言，也可以進一步考慮涂布性等而根據需要含有其他的添加劑。
[0042]在此，所謂雜質擴散層形成用組合物，是指含有從η型雜質原子及ρ型雜質原子中選擇的至少一種雜質原子、且可通過涂布到半導體基板上后使這些雜質原子熱擴散而形成雜質擴散層的材料。如果應用本發明的雜質擴散層形成用組合物，則不需要以往廣泛采用的氣相反應法中必須的側向蝕刻工序，使工序得到簡化。另外，例如在利用氣相法在ρ型半導體基板上形成η型擴散層的情況下，也不需要將在背面形成的η型擴散層轉變為ρ+型擴散層的工序。因此，對背面的Ρ+型擴散層的形成方法和背面電極的材質、形狀及厚度沒有限制，而使所應用的制造方法、材質、形狀的選擇范圍變寬。另外，如果在形成Ρ+型擴散層時應用Ρ型的雜質擴散層形成用組合物，則可以抑制由背面電極的厚度引起的半導體基板內的內部應力的產生，還可以抑制半導體基板的翹曲。
[0043]需要說明的是，上述雜質擴散層形成用組合物所含的玻璃粉末會因燒成而熔融，并在雜質擴散層上形成玻璃層。但是，在以往的氣相反應法或涂布含有磷酸鹽的溶液的方法中也會在雜