本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池及太陽(yáng)能電池的制造方法。

背景技術(shù)：

使用了以硼(B)為摻雜劑的硅基板而制成的太陽(yáng)能電池，存在其轉(zhuǎn)換效率隨著光照射逐漸下降的問(wèn)題，相對(duì)于此，已知使用了以鎵(Ga)為摻雜劑的硅基板而制成的太陽(yáng)能電池不會(huì)光劣化(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。

另一方面，作為硅基板的表面鈍化方法，從以前就已知熱氧化硅膜具有優(yōu)良的特性。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利第3679366號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，摻雜有鎵的硅基板(以下也稱(chēng)作“摻雜鎵的基板”)具有以下性質(zhì)：當(dāng)進(jìn)行熱氧化時(shí)，由于鎵在硅中與在氧化硅中的擴(kuò)散系數(shù)(diffusion coefficient)以及溶解度的不同，基板表面的摻雜劑濃度會(huì)大幅下降。因此，如果將摻雜鎵的基板使用于太陽(yáng)能電池，由于基板表面的摻雜劑濃度的下降會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降，因此有難以對(duì)摻雜鎵的基板應(yīng)用熱氧化的問(wèn)題。

本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題點(diǎn)而完成的，其目的在于，提供一種太陽(yáng)能電池、以及提供一種制造這種太陽(yáng)能電池的方法，所述太陽(yáng)能電池具有作為基板表面鈍化膜的熱氧化硅膜，并且可以抑制光劣化，同時(shí)具有高轉(zhuǎn)換效率。

解決課題的技術(shù)方案

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池，其具有摻雜有鎵且形成有pn結(jié)的硅基板，所述太陽(yáng)能電池的特征在于，在所述硅基板的主表面中的至少具有p型區(qū)域的第一主表面設(shè)置有熱氧化硅膜，并且所述硅基板進(jìn)一步摻雜有硼。

具有這種構(gòu)成的太陽(yáng)能電池的硅基板被摻雜鎵，因此可以抑制光劣化。此外，此太陽(yáng)能電池的硅基板進(jìn)一步被摻雜硼，因此即使在硅基板的主表面中的至少具有p型區(qū)域的第一主表面設(shè)置有熱氧化硅膜，也能夠防止基板表面的摻雜劑濃度大幅下降，并且能夠防止初始轉(zhuǎn)換效率下降。進(jìn)一步地，通過(guò)構(gòu)成為在硅基板表面設(shè)置有作為基板表面鈍化膜的具有優(yōu)良特性的熱氧化硅膜，能夠制成一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池可以提高轉(zhuǎn)換效率，并且可靠性高且為高質(zhì)量。

此時(shí)優(yōu)選為，至少所述硅基板的所述第一主表面的整個(gè)面為p型。

對(duì)于設(shè)置有熱氧化硅膜的硅基板的第一主表面的整個(gè)面為p型的太陽(yáng)能電池，可以合適地應(yīng)用本發(fā)明。

此時(shí)優(yōu)選為，所述硅基板中的硼濃度為5×10¹⁴原子/cm³以上且1×10¹⁶原子/cm³以下。

如果硅基板中的硼濃度在如上所述的范圍內(nèi)，能夠更有效地提高太陽(yáng)能電池的初始特性，也可以高度保持光照射后的轉(zhuǎn)換效率。

此外，本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，其包括以下工序：準(zhǔn)備摻雜有鎵和硼的硅基板的工序、在所述硅基板內(nèi)形成pn結(jié)的工序、以及在所述硅基板的主表面中的至少具有p型區(qū)域的第一主表面形成熱氧化硅膜的工序。

通過(guò)以這種方式使用被摻雜了鎵的硅基板，能夠抑制所制造的太陽(yáng)能電池的光劣化。此外，所使用的硅基板進(jìn)一步被摻雜硼，因此即使在硅基板的主表面中的至少具有p型區(qū)域的第一主表面形成熱氧化硅膜，也能夠防止基板表面的摻雜劑濃度大幅下降，并且能夠防止太陽(yáng)能電池的初始轉(zhuǎn)換效率下降。進(jìn)一步地，通過(guò)在硅基板表面形成作為基板表面鈍化膜的具有優(yōu)良特性的熱氧化硅膜，能夠制造一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池可以提高轉(zhuǎn)換效率，并且可靠性高且為高質(zhì)量。

此時(shí)優(yōu)選為，將所述準(zhǔn)備的硅基板的硼濃度設(shè)為5×10¹⁴原子/cm³以上且1×10¹⁶原子/cm³以下。

如果使用具有這樣的范圍的硼濃度的硅基板，能夠更有效地提高所制造的太陽(yáng)能電池的初始特性，也能夠高度保持光照射后的轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明的效果

如上所述，本發(fā)明的太陽(yáng)能電池，具有作為基板表面鈍化膜的熱氧化硅膜，并且能夠抑制光劣化，同時(shí)具有高轉(zhuǎn)換效率。此外，本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的制造方法，能夠制造這種太陽(yáng)能電池。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例的剖面圖。

圖2是表示本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例的工序剖面圖。

圖3是表示本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例的工序剖面圖。

圖4是表示本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的實(shí)施方式的其他實(shí)例的剖面圖。

圖5是表示硅基板中的硼濃度與使用該硅基板而制成的太陽(yáng)能電池的初始轉(zhuǎn)換效率、劣化后轉(zhuǎn)換效率以及劣化率的關(guān)系的圖表。

具體實(shí)施方式

以下，作為實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此實(shí)施方式。

如前所述，使用了以硼(B)為摻雜劑的硅基板而制成的太陽(yáng)能電池，存在其轉(zhuǎn)換效率隨著光照射逐漸下降的問(wèn)題，相對(duì)于此，已知使用了以鎵(Ga)為摻雜劑的硅基板而制成的太陽(yáng)能電池不會(huì)光劣化。另一方面，作為硅基板的表面鈍化方法，從以前就已知熱氧化硅膜具有優(yōu)良的特性，但摻雜鎵的基板具有當(dāng)進(jìn)行熱氧化時(shí)基板表面的摻雜劑濃度會(huì)大幅下降的性質(zhì)，由于基板表面的摻雜劑濃度的下降會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降，因此被認(rèn)為難以對(duì)摻雜鎵的基板應(yīng)用熱氧化。

因此，本發(fā)明人反復(fù)地努力探討關(guān)于一種太陽(yáng)能電池，其具有作為基板表面鈍化膜的熱氧化硅膜，并且能夠抑制光劣化，同時(shí)具有高轉(zhuǎn)換效率。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用一種摻雜有鎵并且被摻雜硼的硅基板作為太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換層用基板，并在此基板表面設(shè)置熱氧化硅膜，由此，具有作為基板表面鈍化膜的熱氧化硅膜，并且能夠抑制光劣化，同時(shí)具有高轉(zhuǎn)換效率，從而完成本發(fā)明。

以下，一邊參照?qǐng)D1一邊說(shuō)明本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例。

圖1的太陽(yáng)能電池10構(gòu)成為：具備摻雜有鎵和硼的硅基板(例如p型硅基板)11、設(shè)置在硅基板11的表面(第二主表面19)的發(fā)射極層15、以及設(shè)置在硅基板11的背面(第一主表面18)的熱氧化硅膜12，并且由p型的硅基板11與形成于硅基板11的表面部分的發(fā)射極層15形成pn結(jié)。發(fā)射極層15例如是n型擴(kuò)散層。另外，在硅基板11的雙面(第一主表面18和第二主表面19)可以設(shè)置有熱氧化硅膜12、12’。此外，以抗反射為目的，在熱氧化硅膜12、12’上可以設(shè)置有氮化硅膜13、13’。此處，“第一主表面”是指硅基板的具有p型區(qū)域的主表面，“第二主表面”是指“第一主表面”的相反側(cè)的主表面。此外，p型區(qū)域有時(shí)位于兩主表面，但此時(shí)將任一表面定義為“第一主表面”，其相反側(cè)的主表面定義為“第二主表面”。在任何情況下，本發(fā)明在具有p型區(qū)域的主表面具有熱氧化硅膜。

圖1的太陽(yáng)能電池10，在硅基板11的表面(第二主表面19)側(cè)能夠具有經(jīng)由開(kāi)口部21來(lái)與發(fā)射極層15電連接的電極14，并且在硅基板11的背面(第一主表面18)側(cè)可以具有經(jīng)由開(kāi)口部22來(lái)與硅基板11電連接的電極16。

太陽(yáng)能電池10的硅基板11被摻雜鎵，因此能夠抑制光劣化。此外，硅基板11進(jìn)一步被摻雜硼，因此即使在硅基板11的主表面中的至少具有p型區(qū)域的第一主表面18設(shè)置有熱氧化硅膜12，也能夠防止基板表面的摻雜劑濃度大幅下降，并且能夠防止初始轉(zhuǎn)換效率下降。進(jìn)一步地，通過(guò)構(gòu)成為在硅基板11表面設(shè)置有作為基板表面鈍化膜的具有優(yōu)良特性的熱氧化硅膜12，能夠制成一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池的可靠性高且為高質(zhì)量。

優(yōu)選為，太陽(yáng)能電池10的至少硅基板11的第一主表面18的整個(gè)面為p型。

對(duì)于設(shè)置有熱氧化硅膜12的硅基板11的第一主表面18的整個(gè)面為p型的太陽(yáng)能電池，可以合適地應(yīng)用本發(fā)明。

優(yōu)選為，硅基板11中的硼濃度為5×10¹⁴原子/cm³以上且1×10¹⁶原子/cm³以下。

如果硅基板中的硼濃度在如上所述的范圍內(nèi)，能夠更有效地提高太陽(yáng)能電池的初始特性，也能夠高度保持光照射后的轉(zhuǎn)換效率。尤其，如果硼濃度超過(guò)5×10¹⁴原子/cm³，由于硼摻雜劑的存在而導(dǎo)致發(fā)生因光照射而造成轉(zhuǎn)換效率下降的情況(光劣化)。然而，能夠?qū)诫s鎵的基板賦予基于熱氧化硅膜的鈍化效果，因此當(dāng)硼濃度在5×10¹⁴原子/cm³以上且1×10¹⁶原子/cm³以下的范圍內(nèi)時(shí)，改善初始效率的效果大于光劣化。因此，相較于硼摻雜量更少的情況(即摻雜硼不會(huì)導(dǎo)致光劣化的情況)，光劣化后的轉(zhuǎn)換效率較高。

上述說(shuō)明的本發(fā)明的太陽(yáng)能電池，具有作為基板表面鈍化膜的熱氧化硅膜，并且能夠抑制光劣化，同時(shí)具有高轉(zhuǎn)換效率。

接著，一邊參照?qǐng)D2和圖3一邊說(shuō)明本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例。

首先，準(zhǔn)備摻雜有鎵和硼的硅基板(例如p型硅基板)11(參照?qǐng)D2(a))。通過(guò)例如以下方式能夠獲得摻雜有鎵和硼的硅基板：利用柴氏拉晶法(CZ法)和懸浮區(qū)熔法(FZ法)并摻雜鎵與硼，來(lái)培育單晶硅棒，并將其切片后，施加規(guī)定的加工。硅基板11優(yōu)選為，制成太陽(yáng)能電池時(shí)在至少受光面?zhèn)?即圖1中的第二主表面19側(cè))施加絨面(texture)處理以減少反射率，所述絨面處理可形成被稱(chēng)作絨面的微細(xì)凹凸。

接著，在硅基板11的第二主表面19側(cè)，通過(guò)形成發(fā)射極層15來(lái)形成pn結(jié)(參照?qǐng)D2(b))。通過(guò)例如利用磷擴(kuò)散來(lái)形成n型擴(kuò)散層，能夠形成發(fā)射極層15。此時(shí)，形成有發(fā)射極層15的表面是指第一主表面18的相反側(cè)的主表面。

接著，在氧氣環(huán)境中，通過(guò)對(duì)硅基板11進(jìn)行熱氧化，在硅基板11的至少第一主表面18形成硅熱氧化膜12(參照?qǐng)D2(c))。另外，也可以在硅基板11的雙面(即第一主表面18和第二主表面19)形成熱氧化硅膜12、12’。摻雜有鎵的硅基板，當(dāng)進(jìn)行熱氧化時(shí)，由于鎵在單晶硅中與在氧化硅膜中的擴(kuò)散系數(shù)以及溶解度的不同，因而具有基板表面的鎵濃度會(huì)大幅下降的性質(zhì)，因此根據(jù)所述熱氧化，硅基板11的第一主表面18附近及第二主表面19附近的鎵濃度會(huì)低于硅基板11內(nèi)部的鎵濃度。然而，硅基板11也摻雜有p型摻雜劑也就是硼，因此能夠使硅基板11的第一主表面18附近及第二主表面19附近的p型摻雜劑的總濃度比僅摻雜有鎵的情況高。

另外，在形成熱氧化硅膜后，以抗反射為目的，在已形成于硅基板11的第一主表面18的熱氧化硅膜12以及已形成于第二主表面19的熱氧化硅膜12’上，分別可以形成氮化硅膜13、13’(參照?qǐng)D3(a))。

在形成氮化硅膜后，在硅基板11的第二主表面19上可以形成用以形成表面電極14的金屬膜(參照?qǐng)D3(b))。優(yōu)選為利用銀來(lái)形成表面電極14。表面電極14的形成方法，可以使用公知的方法，例如可以通過(guò)以下方式進(jìn)行：網(wǎng)版印刷包含銀(Ag)的膏并干燥，然后進(jìn)行燒成。此時(shí)，以不使熱氧化硅膜12’和氮化硅膜13’開(kāi)口的方式，在膜表面印刷銀膏，并在燒成時(shí)使其穿透這些膜，由此，能夠使表面電極14與發(fā)射極15電連接。

在形成表面電極后，去除已形成于硅基板11的第一主表面18的熱氧化硅膜12及氮化硅膜13的一部分，然后在硅基板11的第一主表面18上形成用以形成背面電極16的金屬膜。優(yōu)選利用鋁來(lái)形成背面電極16。背面電極16的形成方法，可以使用公知的方法，例如可以通過(guò)以下方式進(jìn)行：對(duì)整面蒸鍍鋁。以這樣的方式進(jìn)行來(lái)形成背面電極16，能夠獲得圖1的太陽(yáng)能電池10。

通過(guò)以上述方式使用被摻雜鎵的硅基板，能夠抑制光劣化。此外，硅基板進(jìn)一步被摻雜硼，因此即使在硅基板的主表面中的至少具有p型區(qū)域的第一主表面形成熱氧化硅膜，也能夠防止基板表面的摻雜劑濃度大幅下降，并且能夠防止初始轉(zhuǎn)換效率下降。進(jìn)一步地，通過(guò)在硅基板表面形成作為基板表面鈍化膜的具有優(yōu)良特性的熱氧化硅膜，能夠制造一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池的可靠性高且為高質(zhì)量。

此外，優(yōu)選為，將所使用的硅基板的硼濃度設(shè)為5×10¹⁴原子/cm³以上且1×10¹⁶原子/cm³以下。

如果使用具有這樣的范圍的硼濃度的硅基板，能夠更有效地提高所制造的太陽(yáng)能電池的初始特性，光劣化也較少，也能夠高度保持光照射后的轉(zhuǎn)換效率。

根據(jù)上述說(shuō)明的本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的制造方法，即使形成有作為基板表面鈍化膜的熱氧化硅膜，也能夠制造一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池可以抑制光劣化，同時(shí)具有高轉(zhuǎn)換效率。

接著，一邊參照?qǐng)D4一邊說(shuō)明本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的實(shí)施方式的其他實(shí)例。

發(fā)射極層15被設(shè)置于背面?zhèn)?第二主表面19)，除了這一點(diǎn)以外，圖4的太陽(yáng)能電池10’與圖1的太陽(yáng)能電池10相同。另外，發(fā)射極層15被形成于背面?zhèn)?第二主表面19)，除了這一點(diǎn)以外，能夠利用與使用圖2說(shuō)明的制造方法相同的制造方法，來(lái)制造圖4的太陽(yáng)能電池10’。其中，圖4的太陽(yáng)能電池10’的表面電極14優(yōu)選為由鋁(Al)形成，背面電極16優(yōu)選為由銀形成。

圖4的太陽(yáng)能電池10’中，也與圖1的太陽(yáng)能電池10同樣地具有作為基板表面鈍化膜的熱氧化硅膜，并且能夠抑制光劣化，同時(shí)具有高轉(zhuǎn)換效率。

[實(shí)施例]

以下，示出實(shí)施例來(lái)更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于此實(shí)施例。

(實(shí)施例)

通過(guò)圖2和圖3所示的制造工序來(lái)制作圖1所示的本發(fā)明的太陽(yáng)能電池10。

首先，準(zhǔn)備多片厚度200μm、電阻率1Ω·cm、晶面方向{100}的摻雜鎵和硼的p型原切割(as-cut)硅基板作為硅基板11(參照?qǐng)D2(a))。此處，利用CZ法改變硼摻雜量，來(lái)制作多個(gè)單晶硅棒，并從所制作的單晶硅棒切出硅基板，然后預(yù)先測(cè)量電阻率并篩選硅基板，以使任意硼摻雜量的硅基板的電阻率都成為1Ω·cm。另外，鎵摻雜量是依據(jù)硼摻雜量，并以電阻率成為1Ω·cm的方式進(jìn)行調(diào)整。

接著，如下所述地進(jìn)行絨面處理。利用熱濃氫氧化鉀水溶液去除硅基板11的損傷層后，浸泡在氫氧化鉀和2-丙醇的水溶液中，進(jìn)行絨面的形成。

接著，在氧氯化磷環(huán)境下，通過(guò)以870℃對(duì)硅基板11進(jìn)行熱處理，來(lái)進(jìn)行磷擴(kuò)散。此時(shí)，在將多片硅基板11的背面彼此重疊的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理。擴(kuò)散后利用氫氟酸進(jìn)行磷玻璃層的去除，清洗后使其干燥。以這樣的方式進(jìn)行，在硅基板11的第二主表面19側(cè)形成n型擴(kuò)散層也就是發(fā)射極層15(參照?qǐng)D2(b))。

接著，如下所述地進(jìn)行熱氧化。在鹽酸/過(guò)氧化氫混合溶液中清洗后，在氧氣環(huán)境下，進(jìn)行900℃、40分鐘的熱處理，在硅基板11的背面(第一主表面18)形成15nm的熱氧化硅膜12(參照?qǐng)D2(c))。此時(shí)，在硅基板11的表面(第二主表面19)也形成有熱氧化硅膜12’。

接著，如下所述地進(jìn)行氮化硅膜的形成。使用等離子體化學(xué)氣相沉積(plasma chemical vapor deposition)裝置，在SiH₄、NH₃、H₂的混合氣體環(huán)境下，在硅基板11的背面?zhèn)?第一主表面18側(cè))和硅基板11的表面?zhèn)?第二主表面19側(cè))的熱氧化硅膜12、12’上形成膜厚80nm的氮化硅膜13、13’(參照?qǐng)D3(a))。

接著，在將銀膏進(jìn)行網(wǎng)版印刷后使其干燥，由此進(jìn)行用以形成表面電極14的銀膜的形成。

接著，在780℃的空氣環(huán)境下進(jìn)行燒成，形成表面電極14。此時(shí)，表面電極14穿透氮化硅膜13’與熱氧化硅膜12’，并與發(fā)射極層15接觸(參照?qǐng)D3(b))。

接著，利用激光，以1mm間隔的線狀的方式去除硅基板11的背面(第一主表面18)側(cè)的氮化硅膜13和熱氧化硅膜12。

接著，通過(guò)對(duì)硅基板11的背面(第一主表面18)整個(gè)面蒸鍍鋁，從而進(jìn)行背面電極16的形成。由此，制造圖1所示的太陽(yáng)能電池10。

對(duì)于如上所述地制作的太陽(yáng)能電池10，在25℃條件下進(jìn)行輻射照度量100mW/cm²、光譜AM1.5G(global)的模擬太陽(yáng)光照射時(shí)的電特性的測(cè)量。電特性，是對(duì)于初始特性(即初始轉(zhuǎn)換效率)與劣化后特性(即連續(xù)照光2小時(shí)后在與初始轉(zhuǎn)換效率相同條件下測(cè)量的劣化后轉(zhuǎn)換效率)進(jìn)行測(cè)量。此處，轉(zhuǎn)換效率是(來(lái)自太陽(yáng)能電池的輸出/入射至太陽(yáng)能電池的光能)×100。測(cè)量結(jié)果示出于圖5中。圖5中，劣化率設(shè)為(劣化后轉(zhuǎn)換效率/初始轉(zhuǎn)換效率)×100。

從圖5可知，如果硅基板中的硼濃度超過(guò)5×10¹⁴原子/cm³，由于基板表面附近的p型摻雜劑濃度的增加、以及基于氧化膜的提高鈍化的效果而導(dǎo)致初始轉(zhuǎn)換效率提高，但也開(kāi)始光劣化。然而，當(dāng)硅基板中的硼濃度為5×10¹⁴～1×10¹⁶原子/cm³的范圍時(shí)，改善初始效率的效果大于光劣化，因此可知，相較于硼量少(不會(huì)劣化)的情況，劣化后轉(zhuǎn)換效率也變得較高，上述范圍的硼濃度特別優(yōu)選。

另外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式。上述實(shí)施方式為示例，具有與本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)所述的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)相同的結(jié)構(gòu)并發(fā)揮相同作用效果的技術(shù)方案，均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。