專利名稱：太陽能電池及太陽能電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池和太陽能電池的制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及具有改進的最大電功率的太陽能電池及該太陽能電池的制造方法。
背景技術(shù)：
最近，期望清潔能源的開發(fā)來解決例如能源枯竭和空氣中的CO2增加的全球性環(huán)境問題。具體而言，使用硅基板的太陽能電池(此后稱為硅太陽能電池)作為新的能源已經(jīng)得到開發(fā)并投入實際使用，尋求開發(fā)道路。
為了提高硅太陽能電池的最大電功率，已經(jīng)致力于防止硅基板內(nèi)部和硅基板表面上的少數(shù)載流子的損失。具體而言，為了防止硅基板表面上的少數(shù)載流子的損失，開發(fā)了在硅基板表面上形成氧化硅膜以防止少數(shù)載流子復(fù)合的鈍化技術(shù)(例如見非專利文獻1)。此外，還開發(fā)了在硅基板表面上形成氮化硅膜的鈍化技術(shù)(例如見非專利文獻2)。
非專利文獻1Jianhua Zhao，Aihua Wang，Martin A.Green，“24.7％EFFICIENT PERL SILICON SOLAR CELLS AND OTHER HIGHEFFICIENCY SOLAR CELL AND MODULE RESEARCH AT THEUNIVERSITY OF NEW SOUTH WALES”，ISES Solar World Congress，Jerusalem，Israel，1999.
非專利文獻2Jan Schmidt，Mark Kerr，Andres Cuevas，“Surfacepassivation of silicon solar cells using plasma-enhancedchemical-vapour-deposited SiN films and thin thermal SiO2/plasma SiN stacks”，Semicond.Sci.Technol.，16(2001)，pp 164-170.
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題當(dāng)如非專利文獻1所述，氧化硅膜形成在硅基板表面上作為防止硅基板表面上的少數(shù)載流子的復(fù)合的鈍化膜時，氧化硅膜也用作防止太陽光反射的抗反射膜。然而，由于氧化硅膜在防止太陽光反射方面不是很有效，且對太陽光具有高反射系數(shù)，因此不能獲得足夠的最大電功率。
此外，當(dāng)如非專利文獻2所述，氮化硅膜形成在硅基板表面上作為鈍化膜時，該氮化硅膜也用作防止太陽光反射的抗反射膜。雖然隨著氮化硅膜的折射率增加，鈍化效果(防止硅基板表面上的少數(shù)載流子的復(fù)合)也提高，但由于具有高折射率的氮化硅膜中的吸收，損失相當(dāng)多的太陽光。因此，不能獲得足夠的最大電功率。
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有提高的最大電功率的太陽能電池和該太陽能電池的制造方法。
解決問題的方法本發(fā)明的太陽能電池包括形成在硅基板的光接收表面上的鈍化膜和形成在該鈍化膜上的抗反射膜，其中該鈍化膜具有高于抗反射膜的折射率。
在本發(fā)明的太陽能電池中，鈍化膜和抗反射膜均可以由氮化硅膜制成。
此外，在本發(fā)明的太陽能電池中，鈍化膜優(yōu)選具有不超過10nm的膜厚。
此外，在本發(fā)明的太陽能電池中，鈍化膜優(yōu)選具有不小于2.6的折射率。
此外，制造根據(jù)上述任何一個的太陽能電池的本發(fā)明的方法包括的步驟為通過使用第一氣體的等離子CVD在硅基板的光接收表面上形成鈍化膜；和通過使用具有不同于第一氣體的組分的第二氣體的等離子CVD在該鈍化膜上形成抗反射膜。在制造本發(fā)明的太陽能電池的方法中，只要構(gòu)成第二氣體的至少一種成分類型和成分之間的數(shù)量關(guān)系不同于第一氣體即可。
在制造根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的方法中，形成鈍化膜的RF功率密度優(yōu)選低于形成抗反射膜的RF功率密度。
此外，在制造本發(fā)明的太陽能電池的方法中，用于形成鈍化膜的膜形成腔不同于用于形成抗反射膜的膜形成腔。
此外，在制造本發(fā)明的太陽能電池的方法中，第一氣體和第二氣體可以包括硅烷氣體和氨氣。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有提高的最大電功率的太陽能電池及制造該太陽能電池的方法。
圖1是本發(fā)明的示例性太陽能電池的部分的示意性截面圖；圖2示出當(dāng)使用SiH4氣體和NH3氣體通過等離子體CVD形成氮化硅膜時引入的氣體之間的流量比(NH3/SiH4)與形成的氮化硅膜的折射率之間的關(guān)系；圖3示出當(dāng)具有不同折射率的氮化硅膜通過等離子體CVD形成在硅基板表面上時，氮化硅膜的折射率與少數(shù)載流子壽命之間的關(guān)系；圖4是在本發(fā)明的示例中用于形成鈍化膜和抗反射膜的示例性設(shè)備的示意性截面圖；圖5是在本發(fā)明的示例1中制造的太陽能電池的后表面的示意性平面圖；圖6是沿VI-VI所取的圖5所示的太陽能電池的示意性截面圖。
附圖標(biāo)記描述1硅基板，2、6鈍化膜，3抗反射膜，4p+層，5n+層，7p電極，8n電極，9膜形成腔，10下電極，11上電極，12氣體入口具體實施方式
此后，將描述本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的附圖中，相同或相應(yīng)部分將通過相同附圖標(biāo)記表示。
圖1是本發(fā)明的示例性太陽能電池的部分的示意性截面圖。本發(fā)明的太陽能電池包括硅基板1、形成在硅基板1的光接收表面(太陽光入射的表面)上的由氮化硅膜制成的鈍化膜2、和形成在鈍化膜2上的由氮化硅膜制成的抗反射膜3。該太陽能電池具有鈍化膜2的折射率高于抗反射膜3的特點。
采用此結(jié)構(gòu)，通過由折射率高于抗反射膜3的氮化硅膜制成的鈍化膜2，能夠有效防止硅基板1的光接收表面上的少數(shù)載流子的復(fù)合，同時沒有降低由氮化硅膜制成的抗反射膜3防止太陽光反射的效果。結(jié)果，可以提高太陽能電池的最大電功率。
圖2示出了當(dāng)使用硅烷(SiH4)氣體和氨氣(NH3)通過等離子體CVD形成氮化硅膜時引入的氣體之間的流量比(NH3/SiH4)與形成的氮化硅膜的折射率之間的關(guān)系?？v坐標(biāo)軸代表形成的氮化硅膜的折射率，且橫坐標(biāo)軸代表NH3氣體與SiH4氣體的流量比(NH3/SiH4)。
如圖2所示，形成的氮化硅膜的折射率傾向于隨著氣體(NH3/SiH4)之間流量比的增加而降低。因此，通過改變引入等離子體CVD設(shè)備中的氣體的組分，可以通過等離子體CVD在硅基板的光接收表面上形成由具有高折射率的氮化硅膜制成的鈍化膜，并在鈍化膜上形成由具有低折射率的氮化硅膜制成的抗反射膜。通過使用以He-Ne激光(波長632.8nm)作為光源的偏振光橢圓率測量儀的橢圓偏光法測量圖2所示的氮化硅膜的折射率。
圖3示出通過改變氣體組分在硅基板的表面上通過等離子體CVD形成具有不同折射率的氮化硅膜時，氮化硅膜的折射率與少數(shù)載流子壽命之間的關(guān)系。縱坐標(biāo)軸代表少數(shù)載流子的壽命，且橫坐標(biāo)軸代表氮化硅膜的折射率。
如圖3所示，少數(shù)載流子的壽命傾向于隨著形成在硅基板表面上的氮化硅膜的折射率的增加而增加。具體而言，當(dāng)?shù)枘さ恼凵渎什恍∮?.6更優(yōu)選不小于2.9時，少數(shù)載流子的壽命傾向于顯著增加。
如此，存在當(dāng)形成在硅基板的光接收表面上的氮化硅膜具有高折射率時，能夠進一步防止少數(shù)載流子的復(fù)合的趨勢。然而，由于具有高折射率的氮化硅膜容易吸收太陽光，所以優(yōu)選形成在硅基板的光接收表面上的氮化硅膜具有不超過10nm的膜厚，以減少由吸收導(dǎo)致的太陽光損耗。此外，為了減小由反射導(dǎo)致的太陽光損耗，更優(yōu)選形成具有不小于1.8且不超過2.3的折射率和不小于50nm且不超過100nm的膜厚的氮化硅膜作為鈍化膜上的抗反射膜。
通過使用以He-Ne激光(波長632.8nm)作為光源的偏振光橢圓率測量儀的橢圓偏光法測量圖3所示的氮化硅膜的折射率。通過使用具有904nm波長的激光的壽命測量設(shè)備的微波反射計測量圖3所示的少數(shù)載流子的壽命。
此外，優(yōu)選將通過等離子體CVD在硅基板的光接收表面上形成鈍化膜的RF(射頻)功率設(shè)置得盡可能低。這樣，當(dāng)在其上形成鈍化膜時，硅基板可以被較少地?fù)p壞，且因此可以形成具有優(yōu)異的鈍化效果的氮化硅膜。
示例示例1首先，為了從切割為具有250μm厚度的12.5cm×12.5cm的方形n型單晶硅基板消除切割損傷，用NaOH溶液蝕刻硅基板表面直到硅基板具有200μm厚度。然后，在硅基板的光發(fā)射表面和后表面的每個上形成氧化硅膜用作擴散掩模(diffusion mask)。接著，在硅基板后表面上的氧化硅膜上通過光刻而構(gòu)圖抗酸性的抗蝕劑，并用氫氟酸蝕刻暴露的氧化硅膜。接著，在970℃的氣氛中進行BBr3的氣相擴散50分鐘，以在硅基板的被蝕刻的后表面上形成梳狀p+層。
此后，在硅基板的前表面和后表面的每個上再次形成氧化硅膜，且蝕刻硅基板后表面上的氧化硅膜到期望的形狀，方式與形成p+層相同。接著，在970℃的氣氛中進行POCl3的氣相擴散20分鐘，以在硅基板的被蝕刻的后表面上形成梳狀n+層，該梳狀n+層面對p+層從而彼此不交疊。
接著，為了在與硅基板的后表面相對的前表面(光接收表面)上形成織構(gòu)(texturing)，通過APCVD(大氣壓力化學(xué)氣相沉積)在硅基板的后表面上形成具有800nm厚度的氧化硅膜作為保護膜，且硅基板被浸入80℃的具有2.5％質(zhì)量濃度的KOH的KOH溶液中45分鐘，從而在硅基板的光接收表面上形成織構(gòu)。此后，用具有10％質(zhì)量濃度的HF的HF溶液除去硅基板后表面上的保護膜。
接著，硅基板放置在800℃的氧氣氛中30分鐘以在硅基板的光接收表面和后表面的每個上形成10nm厚度的氧化硅膜，作為鈍化膜。然后，通過APCVD在硅基板的后表面上的鈍化膜上形成400nm厚度的氧化硅膜作為保護膜。此后，為了在硅基板的光接收表面上形成氮化硅膜，硅基板被浸入具有10％質(zhì)量濃度的HF的HF溶液中一分鐘，以除去硅基板的光接收表面上的氧化硅膜。
接著，使用圖4的示意截面圖中所示的設(shè)備通過等離子體CVD在與其上形成有p+層和n+層的后表面相對的硅結(jié)構(gòu)的前表面(光接收表面)上形成由氮化硅膜制成的鈍化膜。圖4所示的設(shè)備包括膜形成腔9和設(shè)置在膜形成腔9內(nèi)部的下電極10和上電極11。其上形成有p+層和n+層的硅基板1放置在膜形成腔9內(nèi)部的下電極10上，且SiH4和NH3氣體以0.2的流量比(NH3/SiH4)從氣體入口12引入。然后，射頻電壓在350W/m2的RF功率密度施加到下電極10和上電極11上。因此，在硅基板1的光接收表面上形成5nm膜厚的氮化硅膜(折射率3.3)作為鈍化膜。
此后，膜形成腔9被一次排空，然后SiH4氣體和NH3氣體以3的流量比(NH3/SiH4)從氣體入口12再次引入。然后，射頻電壓在350W/m2的RF功率密度施加到下電極10和上電極11上。因此，具有73nm膜厚的氮化硅膜(折射率2.2)形成為鈍化膜上的抗反射膜。
在其上形成有上述鈍化膜的硅基板的后表面上通過光刻構(gòu)圖抗酸性抗蝕劑，且該抗酸性抗蝕劑和鈍化膜被氫氟酸蝕刻以形成暴露其中形成p+層和n+層的部分的接觸孔。接著，Ti(鈦)薄膜、Pd(鈀)薄膜和Ag(銀)薄膜從硅基板的后表面依次沉積在硅基板的整個后表面上，然后除去該抗酸性抗蝕劑。結(jié)果，通過提升(lift-off)形成圖5的示意性平面圖所示的梳狀p電極7和n電極8。
此后，沿電極將硅基板切割為12.5cm×12.5cm的方形。如此完成太陽能電池。
圖6是沿VI-VI所取的圖5所示的太陽能電池的示意性截面圖。如圖6所示，在示例1的太陽能電池中，鈍化膜2和抗反射膜3依次形成在n型硅基板1的光接收表面上，且p+層4和n+層5形成在硅基板1的后表面上。此外，鈍化膜6形成在硅基板1的后表面上，且p電極7和n電極8分別形成在p+層4和n+層5上。應(yīng)該注意在圖6中示意性地示出了部分太陽能電池。
表1示出了太陽能電池的測試性質(zhì)結(jié)果。太陽能電池具有37.50mA/cm2的短路電流密度(Jsc)，0.650V的開路電壓(Voc)，0.770的占空因數(shù)(fill factor，F(xiàn).F)，和1.694W的最大電功率(Pmax)。
示例2太陽能電池在與示例1相同的條件下制造，除了在硅基板的光接收表面上形成鈍化膜的RF功率密度設(shè)為140W/m2以外。太陽能電池的測試性質(zhì)的結(jié)果也在表1中示出。太陽能電池具有37.80mA/cm2的短路電流密度(Jsc)，0.651V的開路電壓(Voc)，0.776的占空因數(shù)(F.F)，和1.725W的最大電功率(Pmax)。
對比例1SiH4氣體和NH3氣體以3的流量比(NH3/SiH4)引入從而形成具有37nm膜厚和2.2折射率的氮化硅膜，作為硅基板的光接收表面上的鈍化膜。此后，具有37nm膜厚和2.2折射率的氮化硅膜形成為鈍化膜上的抗反射膜，而不改變SiH4氣體與NH3氣體的流量比(NH3/SiH4)。除了上述之外，太陽能電池在與示例1相同的條件下制造。太陽能電池的測試性質(zhì)的結(jié)果在表1中示出。太陽能電池具有37.50mA/cm2的短路電流密度(Jsc)，0.648V的開路電壓(Voc)，0.770的占空因數(shù)(F.F)，和1.689W的最大電功率(Pmax)。
表1
如表1所示，在其中作為硅基板的光接收表面上的鈍化膜的氮化硅膜的折射率(3.3)高于作為形成在鈍化膜上的抗反射膜的氮化硅膜的折射率(2.2)的示例1和2的太陽能電池中，最大電功率與對比例1的太陽能電池相比提高了，在對比例1中，形成為鈍化膜的氮化硅膜和形成為抗反射膜的氮化硅膜具有相同的折射率(2.2)。因為具有高折射率的氮化硅膜形成在硅基板的光接收表面上，且能夠防止硅基板的光接收表面上的少數(shù)載流子的復(fù)合，所以可以獲得這一改進。
此外，如表1所示，在其中形成作為鈍化膜的氮化硅膜的RF功率密度設(shè)為低于形成作為抗反射膜的氮化硅膜的RF功率密度的示例2中的太陽能電池中，最大電功率與示例1的太陽能電池相比提高了，在示例1中鈍化膜和抗反射膜均在相同的RF功率密度下形成。因為形成鈍化膜的RF功率密度低且因此硅基板在形成鈍化膜時較不易損傷，所以可以獲得這一改進。
雖然在上述示例中NaOH溶液用于蝕刻的硅基板，但HF溶液和HNO3溶液的混合酸可以用于蝕刻。
此外，雖然在上述示例中通過光刻構(gòu)圖抗酸性抗蝕劑，但抗酸性蝕刻劑可以通過印刷而構(gòu)圖。
此外，雖然在上述示例中進行BBr3的氣相擴散以形成p+層，p+層也可以通過在硅基板上通過旋涂施加含硼化合物的醫(yī)學(xué)溶液然后在700℃到1000℃退火該硅基板而形成。此外，p+層也可以通過圖案印刷鋁漿料和焙燒該漿料而形成。
此外，雖然在上述示例中進行POCl3的氣相擴散以形成n+層，但n+層也可以通過旋涂在硅基板的表面上施加含磷化合物的醫(yī)學(xué)溶液然后在700℃到1000℃退火該硅基板而形成。
此外，雖然在上述示例中p+層和n+層均形成為梳形，但p+層和n+層可以形成為點或線的形狀。此外，p+層和n+層可以具有不同形狀。
此外，雖然在上述示例中n+層在p+層形成之后形成，但形成這些層的順序不限于此順序，且p+層可以在n+層形成之后形成。
此外，雖然在上述示例中沉積Ti薄膜、Pd薄膜和Ag薄膜然后除去抗酸性抗蝕劑以通過提升形成梳狀p電極和n電極，但p電極和n電極也可以通過在p+層和n+層上印刷銀漿料、干燥該漿料，然后在400℃到750℃焙燒該漿料1到100分鐘而形成。
此外，雖然在上述示例中使用單晶硅基板，但也可以使用多晶硅基板。
此外，雖然在上述示例中使用n型硅基板，但也可以使用p型硅基板。
此外，雖然在上述示例中使用相同的膜形成腔形成鈍化膜和抗反射膜，但用于形成鈍化膜的膜形成腔可以不同于用于形成抗反射膜的膜形成腔。
此外，雖然在上述示例中氮化硅膜形成為硅基板的光接收表面上的鈍化膜，但氧化硅膜也可以形成為硅基板的光接收表面上的鈍化膜。
此外，在上述示例中，可以通過提高形成在硅基板的后表面上的鈍化膜的折射率來提高硅基板的后表面上的鈍化效果。
應(yīng)該理解，上述公開的實施例和示例從任何意義上來說都僅是示例性的且不是用于限制。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求設(shè)定而不是上述描述，且本發(fā)明旨在覆蓋權(quán)利要求和等同物的精神和范圍內(nèi)的所有變化。
工業(yè)適用性本發(fā)明的太陽能電池包括形成在硅基板的光接收表面上的鈍化膜和形成在鈍化膜上的抗反射膜，且鈍化膜具有高于抗反射膜的折射率。因此，可以提高最大電功率。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括形成在硅基板(1)的光接收表面上的鈍化膜(2)；和形成在所述鈍化膜(2)上的抗反射膜(3)，其中所述鈍化膜(2)具有高于所述抗反射膜(3)的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述鈍化膜(2)和所述抗反射膜(3)均由氮化硅膜制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述鈍化膜(2)具有不超過10nm的膜厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述鈍化膜(2)具有不小于2.6的折射率。
5.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池的方法，包括的步驟為通過使用第一氣體的等離子體CVD在所述硅基板(1)的光接收表面上形成所述鈍化膜；和通過使用具有不同于所述第一氣體的組分的第二氣體的等離子體CVD在所述鈍化膜(2)上形成所述抗反射膜(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池的制造方法，其中形成所述鈍化膜(2)的RF功率密度低于形成所述抗反射膜(3)的RF功率密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池的制造方法，其中用于形成所述鈍化膜(2)的膜形成腔不同于用于形成所述抗反射膜(3)的膜形成腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造太陽能電池的方法，其中所述第一氣體和所述第二氣體包括硅烷氣體和氨氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池，其包括形成在硅基板(1)的光接收表面上的鈍化膜(2)和形成在該鈍化膜(2)上的抗反射膜(3)，其中該鈍化膜(2)的折射率高于抗反射膜(3)的折射率。還公開了制造這樣的太陽能電池的方法。在該太陽能電池中，鈍化膜(2)和抗反射膜(3)均可以由氮化硅膜構(gòu)成。
文檔編號H01L31/04GK101044630SQ200580035580
公開日2007年9月26日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月27日
發(fā)明者伊坂隆行, 安彥義哉, 殿村嘉章 申請人:夏普株式會社