專利名稱：太陽電池單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽電池單元，特別涉及具有當太陽電池單元被朝反方向施加偏壓時， 通過在pn接合的一部分所形成的P+n+接合而流通電流的反向導通特性者。
背景技術：
一般而言，具有可產生光電動勢的pn接合的太陽電池單元，因為平均一個太陽電池單元 所產生的光電動勢的最大輸出電壓較低，因而以將多個太陽電池單元串聯(lián)連接而提高光電 動勢最大輸出電壓的狀態(tài)使用。
如圖24所示，在將多個太陽電池單元串聯(lián)連接的太陽電池陣列中，當任一太陽電池單元 進入陰影中而不可產生光電動勢時，便對該太陽電池單元朝反方向施加偏壓，該偏壓為相 等于以其它太陽電池單元所產生光電動勢總和的電壓。
當施加電壓達太陽電池單元的反方向耐壓以上的情況，該太陽電池單元有遭破壞的顧慮， 但是即便施加電壓是在太陽電池單元的反方向耐壓以下，若對太陽電池單元施加高電壓而 流通著較多電流，則該太陽電池單元將會發(fā)熱，而有太陽電池單元本體或其周邊構件出現(xiàn) 劣化的顧慮。
因此，如圖25所示，考慮依每個太陽電池單元設置一個外部旁路二極管，并將旁路二極 管分別反向并聯(lián)地與各太陽電池單元相連接，當反方向施加偏壓時，藉由使太陽電池單元 中流通的電流成為旁路狀態(tài)，俾保護該太陽電池單元。但是，若對所有的太陽電池單元分 別設置旁路二極管，則太陽電池陣列構造將趨于復雜且制造成本將成高價。
所以，便有如圖26所示，采用將n個太陽電池單元串聯(lián)連接的太陽電池陣列，在每個由 m個太陽電池單元構成的區(qū)塊中，反向并聯(lián)連接著一個旁路二極管的構造。此情況下，若 區(qū)塊內的一個太陽電池單元進入陰影中，則在其它區(qū)塊中流通的電流(即在(n-m)個太陽電 池單元中流通的電流)便不會流入進入陰影中的太陽電池單元所屬區(qū)塊的其它太陽電池單 元，而是通過該區(qū)塊的旁路二極管而流通。
所以，在進入陰影中的太陽電池單元所屬區(qū)塊中，即使其它的太陽電池單元發(fā)電，但因 為并未從該區(qū)塊對負載供應電力，因此僅供應由(n-m)個太陽電池單元所發(fā)電的電力而已，
4導致太陽電池陣列的發(fā)電效率降低。
再者，就進入陰影中的太陽電池單元而言，因為其余的(m-l)個太陽電池單元的開放電壓， 加上由在旁路二極管中流通電流所產生的電壓降后的電壓，將朝反方向施加偏壓，因而必 需屬于能承受高耐反向電壓性能的太陽電池單元。
專利文獻l所公開的積體式太陽電池單元，系在同一硅晶圓上設置作為太陽電池的pn 接合、以及與該pn接合介隔著隔離區(qū)域(isolation region)而朝反方向形成pn接合的并 聯(lián)(旁路)二極管。因為太陽電池單元中已積體化設置旁路二極管，因此太陽電池單元便不 需要再電氣式連接外部的旁路二極管。
再者，本案發(fā)明者在專利文獻2中公開將多個球狀太陽電池單元進行并聯(lián)且串聯(lián)連接的 太陽電池模塊。該太陽電池模塊是將球狀太陽電池單元與導電方向一致而配置成多個行多 個行，并與相鄰太陽電池單元進行并聯(lián)且串聯(lián)連接。所以，即便在任一太陽電池單元進入 陰影之情況，于太陽電池模塊中任一太陽電池單元發(fā)電并殘留電流通路的前提下，并不會 對該太陽電池單元朝反方向施加一個太陽電池單元的開放電壓以上的電壓的偏壓。 專利文獻1:美國專利4323719號公報 專利文獻2: W02003/017382號公報

發(fā)明內容
(發(fā)明所欲解決之問題)
但是，專利文獻l所記載的太陽電池單元，因為與太陽電池的pn接合介隔著隔離區(qū)域而 設置反向并聯(lián)的pn接合，因此硅晶圓內需要對發(fā)電無作用的空間，而導致構造大型化。且， 在發(fā)電時，因為從太陽電池的pn接合亦對隔離區(qū)域的電阻(parasitic shunt resistance) 流通著電流，因此有開放電壓降低的缺點。
專利文獻2所記載的太陽電池模塊，若并聯(lián)連接的任一行整體進入陰影中而停止發(fā)電則 電流通路消失，對該行的太陽電池單元所串聯(lián)連接的其它太陽電池單元的總發(fā)電電壓朝反 方向施加偏壓，因此有該行太陽電池單元遭破壞，或因發(fā)熱而劣化的顧慮。此情況，必需 采取諸如設置旁路二極管等方法，以確保電流通路。
本發(fā)明的目的在于提供一種不需要電氣式連接于外部的旁路二極管，具有當反方向施加 偏壓時，可流通電流的反向導通特性的太陽電池單元；并提供一種小型且不致降低發(fā)電效 率的太陽電池單元；更提供一種當使用該太陽電池單元進行太陽電池模塊制造時，能降低制造成本的太陽電池單元等。 (解決問題之方式)
本發(fā)明的太陽電池單元為在半導體基材上設有可產生光電動勢的pn接合的太陽電池單 元；其中，其構成為在上述pn接合的一部分上，設置由經高濃度摻雜雜質的p+型導電層 與n+型導電層所構成的p+n+接合；并具有當上述太陽電池單元被朝反方向施加偏壓時，通 過上述pV接合而流通電流的反向導通特性。 (發(fā)明效果)
根據本發(fā)明的太陽電池單元，因為在pn接合的一部分上設置由經高濃度摻雜雜質的P+ 型導電層與n+型導電層所構成的P+n+接合；并具有下述構造當太陽電池單元被朝反方向 施加偏壓時，可通過p+n+接合而流通電流的反向導通特性，因此可獲得與在太陽電池單元 上反向并聯(lián)連接著旁路二極管的情況相同的效果。
艮P，當使用該太陽電池單元進行太陽電池模塊制造時，于任一太陽電池單元進入陰影時， 因為通過該太陽電池單元的P+n+接合而流通著電流，因而可防止該太陽電池單元發(fā)熱與劣 化，且可防止太陽電池模塊整體的發(fā)電效率降低。此外，因為不需要設置新的旁路二極管， 因此可使構造小型化并能降低制造成本。
本發(fā)明除上述構造之外，尚可采用下述各種構造
(1) 上述pn接合為pn+接合或p+n接合。
(2) 上述pV接合具有由隧穿效應所產生的反向二極管特性。
(3) 上述pV接合具有利用與上述pn接合的開放電壓同等或以下之低電壓而進行導通的 特性。
(4) 將上述半導體基材形成為球狀，并在距該半導體基材表面一定深度位置處，設置實質 上為球面狀的上述pn接合，并設置隔著上述半導體基材中心而呈相對向的一對電極，其為 連接于上述pn接合二端的一對電極。
(5) 上述p+n+接合系設置于其中一電極外周附近部中，較上述電極更靠近半導體基材側部 分。
(6) 介隔著上述半導體基材表面部所形成的n+型導電層，而形成上述pn接合，上述^11+ 接合的至少一部分系由在其中一電極之上述半導體基材側的內面部所形成的P+型導電層、 以及接觸該P+型導電層的上述n+型導電層部分所構成。
(7) 上述電極系形成為面積較大于上述p+n+接合。(8) 上述p+n+接合的至少一部分系由接合于另一電極的n+型導電層部分、以及接合于該n+ 型導電層部分的P+型導電層所構成。
(9) 上述半導體基材系形成為圓柱狀，并在距該半導體基材表面一定深度位置處，設置實 質上為圓筒狀的pn接合。
(10) 在上述其中一電極內面部所形成的p+型導電層系由上述其中一金屬制電極與上述半 導體基材的共晶反應所形成之再結晶層而形成。
(11) 上述半導體基材系形成為平板狀，在該半導體基材靠太陽光入射側的單面附近部形 成上述pn接合；在上述半導體基材靠上述單面與相反側面上形成格子狀電極；在上述半導 體基材靠上述單面形成不會被上述電極遮光的受光窗；在上述半導體基材中未緊鄰上述受 光窗的全部表面上形成以與該半導體基材相同的導電型來施行高濃度雜質摻雜的高濃度導 電層；在上述單面?zhèn)鹊碾姌O背面?zhèn)炔糠纸楦糁鲜龈邼舛葘щ妼佣纬缮鲜鯬+n+接合。


圖1為實施例1形成有平坦面的球狀P形硅單結晶的剖視圖。 圖2為形成有p+擴散層的p形硅單結晶剖視圖。
圖3為由n+擴散層、pn+接合及p+n+接合所形成的P形硅單結晶剖視圖。
圖4為太陽電池單元的剖視圖。
圖5為太陽電池單元的重要部份的放大剖視圖。
圖6為太陽電池單元的等效電路圖。
圖7為p+n+接合的能帶構造(熱平衡狀態(tài))說明圖。
圖8為pV接合的能帶構造(反方向施加偏壓狀態(tài))說明圖。
圖9為以往太陽電池單元與本發(fā)明太陽電池單元的電壓電流特性線圖。
圖10為具有BSF構造的太陽電池單元的能帶構造圖。
圖11為具有多個太陽電池單元的太陽電池模塊之等效電路圖。
圖12為實施例2形成有平坦面的p形硅單結晶的剖視圖。
圖13為形成有p+擴散層的p形硅單結晶剖視圖。
圖14為由n+擴散層、pn+接合及pV接合所形成的p形硅單結晶剖視圖。
圖15為太陽電池單元與引線框架的剖視圖。
圖16為太陽電池單元與引線框架的重要部份的放大剖視圖。
7圖17為實施例3之形成有p+擴散層的p形硅單結晶晶圓平面圖。
圖18為圖17中的xvin-xvni線剖視圖。
圖19為實施例3的太陽電池單元平面圖。
圖20為實施例3的太陽電池單元剖視圖。
圖21為實施例4的太陽電池單元立體示意圖。
圖22為圖21中的XXII-XXII線剖視圖。
圖23為太陽電池單元的重要部份放大剖視圖。
圖24為以往技術中將n個太陽電池單元串聯(lián)連接的太陽電池陣列電路圖。 圖25為以往技術中每個太陽電池單元反向并聯(lián)連接著一個旁路二極管的太陽電池陣列 電路圖。
圖26為以往技術中之每個區(qū)塊反向并聯(lián)連接著一個旁路二極管的太陽電池陣列電路圖。
符號說明
1、 12、31、51太陽電池單元
2、 13、52P形硅單結晶
3、 14、53平坦面
4、 15、34、54P+擴散層
5、 16、35、55n+擴散層
6、 17、36、56pn+接合
7、 18、21、37、 57P+n+接合
8、 19、38、58正電極
9、 22、39、59負電極
10、 23-> 41,,60抗反射膜
11太陽電池模塊
20p+硅再結晶層
24引線框架
32p形硅單結晶晶圓
33受光窗
40背面反射膜52 硅單結晶
具體實施例方式
以下，針對實施本發(fā)明的最佳形態(tài)，根據圖式進行說明。
其次，針對實施例l的太陽電池單元l，根據圖1 圖5進行說明。 該球狀太陽電池單元1系在球狀p形硅單結晶2上所形成的pn+接合6 —部分，形成由經 高濃度雜質摻雜的P+擴散層4與n+擴散層5所構成p+n+接合7。 首先，針對太陽電池單元1的構造進行說明。
如圖4、圖5所示，太陽電池單元1具備有球狀p形硅單結晶2(其相當于半導體基材)、 在硅單結晶2 —端部所形成的平坦面3、在除該平坦面3以外的硅單結2表面處上所形 成的n+擴散層5(其相當于n+導電層)、隔著硅單結晶2中心且相對向的一對電極8、 9、在 正電極8靠硅單結晶2側的內面部所形成的p+擴散層4(其相當于p+導電層)、覆蓋著太陽 電池單元1表面中除正電極8與負電極9以外的部分的抗反射膜10。此外，正電極8設置 于平坦面3上。
在硅單結晶2的表面處，形成可產生光電動勢且具有pn接合功能的pn+接合6，該pn+接 合6除平坦面3之外，在距硅單結晶2表面一定深度位置處實質形成球面狀。在pn+接合6 二端連接有點狀的一對電極8、 9。在正電極8外周附近處中，較正電極8更靠硅單結晶2 側部分處，環(huán)狀形成具有由隧穿效應所產生的反向二極管特性的P+n+接合7，該太陽電池單 元1的等效電路系如圖6所示。此外，正電極8形成面積大于p+n+接合7。
其次，針對該太陽電池單元l的制造方法進行說明。
如圖l所示，第1工序中，在直徑1.8隱半導體基材的球狀p形硅單結晶2(電阻率約l Qcm)下端處，形成直徑約0.8mm的平坦面3，該平坦面3屬于基準面，在后續(xù)工序中將被 利用于硅單結晶2的定位。第2工序中，將除硅單結晶2的平坦面3以外處利用Si02膜進 行屏蔽后，再將硼施行熱擴散，便如圖2所示，在平坦面3內面部形成厚度約lum的薄圓 盤狀，且具有高雜質濃度((1 3) X 102°cm—3)的p+擴散層4。
如圖3所示，第3工序中，在包括p+擴散層4在內的硅單結晶2球體整面上形成Si02膜 之后，依略小于P+擴散層4直徑且平坦面3中心處由Si02膜屏蔽而殘留的方式，將Si02膜 施行蝕刻而去除后，再將磷施行熱擴散，便在球面部分與平坦面3的周緣處，形成厚度約0.5um且具有高雜質濃度((4 6)X102Vm—3)的略球狀n+擴散層5。結果，平坦面3便在p+ 擴散層4的周緣處，形成鄰接pn+接合6的環(huán)狀p+n+接合7。接著，將n+擴散層5表面中僅 蝕刻0. 1 0. 2 P m而去除，便將因形成高雜質濃度層所造成的表面缺陷去除。
如圖4、圖5所示，第4工序中，整體形成厚度l 2um的抗反射膜10(例如SiO2膜)之 后，再于平坦面3靠p+擴散層4的中心處施行含鋁的樹脂糊劑涂布，且在n+擴散層5的球 面頂部施行含銀的樹脂糊劑涂布，然后施行加熱處理，便形成與P+擴散層4呈低電阻接觸 的正電極8、以及與n+擴散層5呈低電阻接觸的負電極9。電極8、9的直徑優(yōu)選設定為0. 4 0.6mm。結果，在正電極8、負電極9間，分別形成通過pn+接合6的電路、與通過p+n+接合 7的電路，便完成具有反向導通特性的球狀太陽電池單元l。
其次，針對太陽電池單元l所具有的反向導通特性進行說明。
圖7、圖8所示系p+n+接合7的能帶構造圖，圖7所示系熱平衡狀態(tài)，圖8所示系朝反方 向施加偏壓的狀態(tài)。
如圖7所示，p+n+接合7在熱平衡狀態(tài)下的費米能級(Fermi level)橫跨p+區(qū)域與n+區(qū)域 的二區(qū)域，并屬于同一能級。該能級在p+區(qū)域中系位于價電帶的正上方，在n+區(qū)域中則位 于傳導帶的正下方，且P+n+接合7的過渡區(qū)域寬度非常薄。
如圖8所示，若施加以p+側為負、以n+側為正的反向偏壓電壓V， p+區(qū)域與n+區(qū)域的電位 差便將變大，P+n+接合7的過渡區(qū)域寬度便會變得更薄，將因隧穿效應而使p+區(qū)域的價電子 帶電子e穿過過渡區(qū)域，直接朝n+區(qū)域的傳導帶移動而流通電流。BP， pV接合7將具有由 隧穿效應所產生的反向二極管特性，故當對太陽電池單元1朝反方向施加偏壓時，便通過 pV接合7而流通電流。
其次，針對太陽電池單元l的電壓電流特性、作用、及效果進行說明。
圖9所示為以往一般太陽電池單元與本發(fā)明太陽電池單元1的電壓電流特性線圖。如圖 9中的實線與單點鎖線所示，在阻斷太陽光的狀態(tài)(進入陰影中的狀態(tài))，二者太陽電池單 元的順方向電壓電流特性為若超過既定閾值電壓，電流便將急遽增加。就反方向電壓電流 特性來說，以往太陽電池單元顯示出經過電流不易流動的區(qū)域，進入從既定電壓起電流 便急速增加的擊穿范圍(breakdown region)的特性，但本發(fā)明的太陽電池單元1，則因 為P+n+接合7具有由隧穿效應所產生的反向二極管特性，因此并無阻止電流流動的區(qū)域， 而立即進入導通區(qū)域。
另一方面，在接受太陽光的狀態(tài)下，將如圖9中第四象限的虛線與二點鎖線所示，本發(fā)明的太陽電池單元1因為具有如同以往太陽電池單元相同的輸出電壓電流特性，因此與以 往太陽電池單元同樣會產生光電動勢。
依此的話，本發(fā)明的太陽電池單元1在接受太陽光的情況，將如同以往太陽電池般的產 生光電動勢，而當太陽電池單元l進入陰影并被反方向施加偏壓的情況，在正電極8與負 電極9之間，將屬于「電動勢產生部分」的pn+接合6與具有反向二極管特性的p+n+接合7 并聯(lián)連接，并具有通過P+n+接合7而流通電流的反向導通特性，藉此便可避免太陽電池單 元1出現(xiàn)因反向電壓而遭受破壞、或者因發(fā)熱而導致太陽電池單元1本體或其周邊構件出 現(xiàn)劣化的狀況。
當將太陽電池單元1串聯(lián)連接使用的情況，若任一太陽電池單元1進入陰影中而無法產 生光電動勢時，電流通路便瞬間自動切換至P+n+接合7的部分，其它的發(fā)電單元輸出電流 則以低電阻通過，便可毫無浪費地將輸出持續(xù)供應給負載。因為太陽電池單元1具有反向 導通特性，因而將不需要如以往般連接于外部的旁路二極管，將可使構造小型化并降低制 造成本。
再者，因為具有球面狀pn+接合6，因此即使直射太陽光的入射角有變化，仍可確保一定 的受光面積，除接受太陽光的指向性較寬廣之外，尚可利用來自周圍的反射光。因為pn+ 接合6的緣端并未出現(xiàn)于包括n+擴散層5在內的p形硅單結晶2表面上，而是p+n+接合7 出現(xiàn)于表面，因此包括n+擴散層5在內的p形硅單結晶2表面上的再結合電流將減少，有 助于太陽電池單元1的開放電壓與短路電流的提升。
再者，P+擴散層4除與正電極8呈低電阻接觸之外，尚如圖10所示，對p形區(qū)域呈電子 能量較高的能級，產生擊退由光激發(fā)所產生的電子e的BSF(back surface field)效應， 因此將可提高開放電壓與短路電流。因為隔著P形硅單結晶2中心并在二側點狀設置正電 極8與負電極9，因此將可在太陽電池單元1中除電極8、 9以外的表面處接受入射光并發(fā) 電，俾可維持高發(fā)電效率。且，因為無法由硅吸收的長波長熱線容易穿透太陽電池單元l， 因此太陽電池單元1的溫度上升較少。
其次，針對將多個太陽電池單元l相連接的太陽電池模塊ll的作用、效果進行說明。如 圖11所示，太陽電池模塊11中，例如25個太陽電池單元1整合于導電方向配置5行5列， 各列的多個太陽龜池單元1將電氣式串聯(lián)連接，而各行的多個太陽電池單元1將電氣式并 聯(lián)連接，形成25個太陽電池單元1利用篩網狀串聯(lián)并聯(lián)電路而電氣式連接。此外，圖11 將省略圖標在各太陽電池單元1中所內建的旁路二極管。
11該太陽電池模塊11為即使并聯(lián)連接的多個行中，出現(xiàn)1行全部的太陽電池單元1進入陰 影的情況，仍將通過該行太陽電池單元的pV接合7而流通旁路電流。所以，藉由多個太 陽電池單元l利用篩網狀串聯(lián)并聯(lián)電路進行電氣式連接，而構成太陽電池模塊ll，即使產 生任何形狀的陰影(日蔭)，仍可在無損失的情況下取出發(fā)電功率，亦不致對各個太陽電池 單元1造成不良影響。此外，因為并無需要在太陽電池單元1中形成平坦面3，因此將可 省略設置。 [實施例2]
其次，針對實施例2的太陽電池單元12進行說明。
如圖12 圖16所示，實施例2的球狀太陽電池單元12在平行于負電極22且被負電極 22遮蔽的位置處，設置p+擴散層15與p+n+接合18，并利用鋁合金制的正電極19與p形硅 單結晶13的共晶反應，而形成p+硅再結晶層20。
首先，針對太陽電池單元12的構造進行說明。
如圖15、圖16所示，太陽電池單元12具備有:球狀p形硅單結晶13、在該p形硅單結 晶13表面處所形成的n+擴散層16、隔著p形硅單結晶13中心且相對向的一對電極19、 22、 在負電極22靠p形硅單結晶13側的內面部所形成的p+擴散層15、在正電極19靠p形硅 單結晶13側的內面部所形成的p+硅再結晶層20、以及覆蓋著太陽電池單元12表面中除正 電極19與負電極22以外的部分的抗反射膜23。
由負電極22所接合的n+擴散層16部分以及該n+擴散層16 —部分所接合的p+擴散層15 構成圓形p+n+接合18,并利用正電極19靠p形硅單結晶13側的內面部的p+硅再結晶層 20以及該p+硅再結晶層20所接觸的n+擴散層16部分構成環(huán)狀pV接合21。
其次，針對該太陽電池單元12的制造方法進行說明。
如圖12所示，第1工序中，將如同實施例1的第1工序，在作為半導體基材，且電阻率 1 Q cm左右、直徑1. 8mm的p形硅單結晶13上，形成直徑約0. 8mm的平坦面14。
第2工序中，p形硅單結晶13頂部除直徑約0.4mm的部分之外，整體利甩Si02膜施行屏 蔽，并進行硼的熱擴散，便如圖13所示，形成厚度約lum且具有高雜質濃度((1 3)X102。cm—3)的p+擴散層15。
如圖14所示，第3工序中，對p形硅單結晶13的全表面施行磷的熱擴散，便在p形硅 單結晶13的整體球面上形成厚度約0. 5nm且具有高雜質濃度((4 5) X102Vnf3)的n+擴散 層16。藉此，便形成組合于pn+接合17、與n+擴散層16頂部靠p形硅單結晶13側的內面部的p+n+接合18。接著，將n+擴散層16表面中以蝕刻去除僅約0.1 0.2um，便將因高濃
度雜質層的形成而造成的表面缺陷去除。
如圖15所示，第4工序中，在例如形成寬0. 9mm、厚0. 2mm的鐵鎳合金(鐵58%、鎳42%) 制的引線框架24上，載置著由第3工序所獲得的球狀體，并利用鋁合金進行固接。具體而 言，在球狀體的平坦面14與引線框架24之間，重迭著鋁合金(含有硼0. 1%、硅約0.2%) 圓板(例如直徑0.6mm、厚度約0. liran)的狀態(tài)下夾入，并在真空或惰性氣體中，急速加熱至 約830'C后便馬上急速冷卻，以使鋁合金與硅產生共晶反應。
利用鋁合金與硅的共晶反應，便貫通平坦面14靠n+擴散層16的部分而形成p+硅再結晶 層20,該p+硅再結晶層20中靠正電極19外周側的部分鄰接n+擴散層16，而形成環(huán)狀pV 接合21。 p+硅再結晶層20系以硼與鋁為雜質且含有高濃度，由鋁與硅構成的合金部分固接 引線框架24而作成正電極19。此外，在該第4工序中，為形成負電極22,便預先在頂部 的n+擴散層16表面上，將含銻約0. 5%的銀糊施行點陣狀涂布，便在正電極19形成的同時， 亦形成負電極22。然后，利用公知濺鍍法在太陽電池單元12除電極19、 22以外的表面上， 形成既定厚度的抗反射膜23。
雖未圖標，但太陽電池單元12可同時將多數(shù)太陽電池單元12載置于引線框架24上，并 施行上述操作，然后，將頂部的負電極22利用引線框架進行并聯(lián)連接，便可制得模塊。此 外，太陽電池單元12的電壓電流特性大致如同實施例1的情況。
依此的話，太陽電池單元12在相較于實施例1的太陽電池單元1之下，因為p+n+接合18、 21的面積較大，因此將可流通較多的反向電流，將特別提高對太陽電池單元12朝反方向 施加偏壓時的保護性能。因為在平行負電極22且被負電極22遮蔽的位置處設置pV接合 18，并利用負電極22有效利用入射光遭遮蔽的區(qū)域，便不致犧牲光發(fā)電區(qū)域的空間。因為 在正電極19外周面的相對向位置處設置環(huán)狀p+n+接合21，因而將可減少反向導通時的串聯(lián) 電阻。
再者，因為同時施行p+硅再結晶層20的形成、正電極19的形成、及與引線框架24間的 連接，因此制造工序將簡單化，并可減輕制造成本。此外，并不需要在該太陽電池單元12 上所形成的平坦面14，因而亦可省略。 [實施例3]
其次，針對實施例3的太陽電池單元31，根據圖17 圖20進行說明。
如圖19、圖20所示，平板狀太陽電池單元31系在平板狀p形硅單結晶晶圓32上，于靠太陽光入射側的單面附近處形成pn+接合36，并在靠負電極39背面?zhèn)炔糠痔?，介設p+擴 散層34而形成p+n+接合37。
首先，針對太陽電池單元31的構造進行說明。
如圖19、圖20所示，太陽電池單元31具備有平板狀p形硅單結晶晶圓32、在硅單結 晶晶圓32靠太陽光入射側的單面上所形成的格子狀負電極39以及在硅單結晶晶圓32相反 側面上所形成的格子狀正電極38、在硅單結晶晶圓32的上述單面上所形成且未被負電極 39遮光的受光窗33、硅單結晶晶圓32中未緊鄰受光窗33的全表面上所形成p+擴散層34、 在硅單結晶晶圓32靠上述單面?zhèn)缺砻嫣幩纬傻膎+擴散層35、覆蓋受光窗33表面的抗反 射膜41、以及太陽電池單元31靠上述相反側面的表面中覆蓋除正電極38以外的部分的背 面反射膜40。在硅單結晶晶圓32靠上述單面附近處形成pn+接合36，在靠上述單面?zhèn)鹊呢?電極39背面?zhèn)炔糠纸樵Op+擴散層34而形成pV接合37。
其次，針對太陽電池單元31的制造方法進行說明。
第1工序中，首先半導體基材準備電阻率約lQcm的p形硅單結晶晶圓32。該硅單結晶 晶圓32形成厚度0. 25mm的既定尺寸(例如2cmX2cm)平板狀，亦可應用各種尺寸。
其次，在第2工序中，如圖17、圖18所示，對硅單結晶晶圓32以氧化硅膜為屏蔽并將 硼選擇性施行熱擴散，便格子狀形成厚度0. 5 1 w m且具有高雜質濃度((1 3) X 102°cm—3) 的P+擴散層34。藉此，在硅單結晶晶圓32靠太陽光入射側的表面處形成4個正方形受光 窗33，而靠太陽光入射側的表面處中除該部分以外的部分，利用經施行硼熱擴散的P+擴散 層34來覆蓋。
如圖19、圖20所示，在第3工序中，僅就硅單結晶晶圓32靠太陽光入射側的表面施行 磷熱擴散，便形成厚度0. 4 0. 5 u m且具有高雜質濃度((4 5) X 102°cm 3)的n+擴散層35。 藉此，在硅單結晶晶圓32靠上述單面附近處形成pn+接合36,同時形成格子狀p+n+接合37。 此外，pn+接合36的緣端系鄰接p+n+接合37，并未接觸到包含n+擴散層35在內的硅單結晶 晶圓32外面。
接著，在第4工序中，在硅單結晶晶圓32靠上述相反側面的p+擴散層34表面上，將金 屬膜蒸鍍成點陣狀并施行加熱處理，便形成低電阻接觸的正電極38,在上述相反側面的口+ 擴散層34表面中，除已形成正電極38的部分以外處，將形成將從外面所入射的光朝內部 反射且由氧化硅膜等構成的背面反射膜40。此外，在n+擴散層35表面上，將金屬膜蒸鍍 成格子狀并施行加熱處理，便形成低電阻接觸的負電極39。該負電極39的格子寬度形成若干大于P+擴散層34的格子寬度。接著，在受光窗33表面形成由氧化硅膜等構成的抗反射膜41，便完成具有反向導通特性的平面狀太陽電池單元31。
依此的話，因為太陽電池單元31除受光窗33以外的硅單結晶晶圓32全表面均利用p+擴散層34進行覆蓋，因此便具有依在硅內部由光激發(fā)所產生的電子不致在表面或電極接口處消失之方式，于周圍整體進行擊退的BSF效果。
結果，將可提升開放電壓與短路電流。且，因為pV接合37形成于負電極39背面?zhèn)炔糠种袩o法受光的部分處，因此將可在不致減少太陽電池單元31有效受光面積的情況下實施。
其次，針對實施例4的太陽電池單元51進行說明。
如圖21 圖23所示，本實施例的太陽電池單元51系具有大致圓形截面的桿形太陽電池單元。
首先，針對太陽電池單元51的構造進行說明。
如圖21 圖23所示，太陽電池單元51具備有桿形p形硅單結晶52(相當于半導體基材)、在硅單結晶52軸心正交方向的一端部上橫跨全長而成形的平坦面53、除該平坦面53之外形成于硅單結晶52表面處的部分圓筒形n+擴散層55、 一對電極58、 59 (其為隔著硅單結晶52中心，相對向且呈帶狀的一對電極58、 59，并橫跨硅單結晶52全長)、在平坦面53靠硅單結晶52側的內面部形成的p+擴散層54、以及在太陽電池單元51表面中覆蓋著除正電極58與負電極59以外的部分的抗反射膜60。此外，正電極58設置于平坦面53上。
在硅單結晶52表面處形成部分圓筒形pn+接合56，在pn+接合56 二端連接有朝硅單結晶52長度方向延伸的一對電極58、 59。在p+擴散層54寬度方向二端處則形成p+n+接合57。
該桿形太陽電池單元51對軸心具有大致的對稱性，因為可接受來自各種方向的太陽光，因此具有廣角度的受光感度。此外，優(yōu)選將p形硅單結晶52的直徑設定在1. 8mm以下，p形硅單結晶52的長度優(yōu)選設定為該直徑的2倍以上，平坦面53的寬度優(yōu)選設定在0. 8mm以下，電極58、 59的寬度優(yōu)選設定為0.4 0.6mm。此外，因為并不需要在該太陽電池單元51上形成平坦面53,因此亦可省略。
在此，針對部分變更上述實施例的例子進行說明。亦可取代p+n+接合7、 17、 20、 37所具有由隧穿效應所產生的反向導通特性，改為形
15成利用具有依與p+n+接合7、 17、 20、 37并排的pn+接合6、 16、 36的開放電壓同等或以下的低電壓，雪崩式增加反向電流的低電壓擊穿特性的P+n+接合。此情況，因為擊穿電壓較小，因此將可減少反向偏壓時的功率損耗，可避免因發(fā)熱而造成太陽電池單元1、 11、 31或模塊劣化等故障肇因。半導體基材亦可由多結晶構成。亦可取代p型半導體基材，改為采用n型半導體基材，且作為將上述實施例的p與n各自替代的構造，亦可取代pn+接合改為形成P+n接合。亦可將半導體基材由硅構成，取代成由諸如Ge、 GaAs、 InP、 GaN等III-V族、或CIS、CIGS等I-III-Vl2化合物半導體構成。亦可將依熱擴散導入雜質，取代成利用離子植入法導入雜質。上述實施例1、 2的太陽電池單元1、 12中，硅單結晶2、 13的直徑優(yōu)選設定在1. 8mm以下，平坦面3、 14的直徑優(yōu)選設定在0. 8mm以下，且，電極8、 9、 19、 22的直徑優(yōu)選設定在0.8mm以下，并小于平坦面3、 14的直徑。(產業(yè)上之可利用性)
由于提供一種當反方向施加偏壓時具有反向導通特性的太陽電池單元，因此在具有多個太陽電池單元的太陽電池模塊中，便可防止任一太陽電池單元進入陰影時，產生太陽電池單元發(fā)熱與劣化情況，且能防止太陽電池模塊整體的發(fā)電效率降低。
權利要求
1.一種太陽電池單元，為在半導體基材上設有可產生光電動勢的pn接合的太陽電池單元，其特征在于在上述pn接合的一部分上，設置由經高濃度摻雜雜質的p+型導電層與n+型導電層所構成的p+n+接合；并具有當上述太陽電池單元被朝反方向施加偏壓時，會通過上述p+n+接合而流通電流的反向導通特性。
2. 根據權利要求1的太陽電池單元，其特征在于，上述pn接合為pn+接合或p+n接合。
3. 根據權利要求1的太陽電池單元，其特征在于，上述p+n+接合具有由隧穿效應所產生 的反向二極管特性。
4. 根據權利要求1的太陽電池單元，其特征在于，上述p+n+接合具有依與上述pn接合的 開放電壓同等或以下的低電壓而進行導通的特性。
5. 根據權利要求1的太陽電池單元，其特征在于，上述半導體基材形成為球狀，在距該 半導體基材表面一定深度位置處，設有實質上為球面狀的上述pn接合；并設有隔著上述半導體基材中心而相對向的一對電極，其為連接于上述pn接合二端的一 對電極。
6. 根據權利要求5的太陽電池單元，其特征在于，上述pV接合系設置于其中一電極的 外周附近部中，較上述電極更靠近半導體基材側部分。
7. 根據權利要求5的太陽電池單元，其特征在于，介隔著在上述半導體基材表面部所形 成的n+型導電層而形成上述pn接合；上述p+n+接合的至少一部分系由在其中一電極的上述 半導體基材側的內面部所形成的P+型導電層、以及該P+型導電層所接觸的上述n+型導電層 的部分所構成。
8. 根據權利要求6的太陽電池單元，其特征在于，上述電極系形成為面積大于上述p+n+ 接合。
9. 根據權利要求7的太陽電池單元，其特征在于，上述p+n+接合的至少一部分系由接合 于另一電極的n+型導電層部分、及接合于該n+型導電層部分的p+型導電層所構成。
10. 根據權利要求1至4中任一項的太陽電池單元，其特征在于，上述半導體基材系形成 為圓柱狀，在距該半導體基材表面一定深度位置處，設置實質上為圓筒狀的pn接合。
11. 根據權利要求7的太陽電池單元，其特征在于，在上述其中一電極內面部所形成的 P+型導電層系由再結晶層所形成；該再結晶層系由上述其中一金屬制電極與上述半導體基 材的共晶反應而形成。
12. 根據權利要求1至4中任一項的太陽電池單元，其特征在于，上述半導體基材系形成 為平板狀，在該半導體基材靠太陽光入射側的單面附近部形成上述pn接合，在上述半導體 基材的上述單面與相反側面上形成格子狀的電極，在上述半導體基材的上述單面上形成未 被上述電極所遮光的受光窗；在上述半導體基材中未緊鄰上述受光窗的全表面上形成以與該半導體基材相同的導電型 來施行高濃度雜質摻雜的高濃度導電層；上述單面?zhèn)鹊碾姌O背面?zhèn)炔糠纸楦糁鲜龈邼舛葘щ妼佣纬缮鲜鯬+n+接合。
全文摘要
本發(fā)明的太陽電池單元在p形硅單結晶上具備可產生光電動勢的pn接合；以及由對pn接合的一部分施行高濃度雜質摻雜的p⁺擴散層與n⁺擴散層構成的p⁺n⁺接合；并具有當太陽電池單元被朝反方向施加偏壓時，會通過p⁺n⁺接合而流通電流的反向導通特性。當使用多個太陽電池單元制造太陽電池模塊時，可在未連接外部的旁路二極管的情況下，防止當任一太陽電池單元進入陰影時太陽電池單元的發(fā)熱與劣化，且可防止太陽電池模塊整體發(fā)電效率的降低。
文檔編號H01L31/04GK101689571SQ20078005366
公開日2010年3月31日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權日2007年7月18日
發(fā)明者中田仗祐 申請人:京半導體股份有限公司