TWI415280B - Light power device and manufacturing method thereof - Google Patents

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TWI415280B
TWI415280B TW099143445A TW99143445A TWI415280B TW I415280 B TWI415280 B TW I415280B TW 099143445 A TW099143445 A TW 099143445A TW 99143445 A TW99143445 A TW 99143445A TW I415280 B TWI415280 B TW I415280B
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Description

光起電力裝置及其製造方法
本發明是關於光起電力裝置及其製造方法。
近年的光起電力裝置中，以提高輸出功率為目標，持續進行原材料、製程的改善。因此，為了謀求更進一步地提高輸出功率，藉由進入光起電力裝置的光侷限(optical confinement)、位於正面‧背面的載子的再結合速度的抑制等，以使以前無法充分活用的波長區的光用來發電的構造、製法等的實現變得重要。因此，身為其一環的基板的背面構造的改善，是非常重要。
因此有人提出一種技術，其以位於基板的背面側的反射、位於基板的背面的再結合速度等的抑制為目標，例如局部性地印刷‧燒結後進行再結合速度抑制膜的形成(例如請參考專利文獻1)。亦有人提出其他技術，例如在基板的背面形成再結合速度抑制膜後，在其一部分設置開口，再全面地印刷‧燒結背面電極膏(例如請參考專利文獻2)。
【先行技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】特開6-169096號公報
【專利文獻2】特開2002-246625號公報
然而，在上述專利文獻1的方法中，印刷‧燒結背面電極之後，進行再結合速度抑制膜的成膜。此情況特別在燒結之時，對於基板背面之汙染物質的附著、固定等會惡化，而有難以以降低為目標抑制位於基板背面的載子的再結合速度的問題。
另外，上述專利文獻2的方法中，以覆蓋再結合速度抑制膜的大致全面的形式印刷電極膏而形成兼具光反射功能的背面電極，而部分地成為上述背面電極與基板的背面的接點。然而，以含有例如代表性的材料之鋁(Al)的膏狀物構成背面電極的情況中，而會有無法提高在背面的光反射率、而無法得到充分的進入光起電力裝置的光侷限效應之問題。另外，以含有例如代表性的材料之銀(Ag)的膏狀物構成背面電極的情況中，在電極的燒結處理之時，即使原來的接觸部分以外的區域也會因為再結合速度抑制膜的燒結貫通(fire through)而受到侵蝕，而有無法獲得充分的載子的再結合速度的抑制效果的問題。
另一方面，從太陽電池單元加工至太陽電池模組之時，是隔著金屬襯片(tab)以串聯或串聯‧並聯並用而連接複數個單元。一般而言，在單元側的連接用電極，是藉由使用含銀金屬膏的燒結貫通來形成。藉由燒結貫通的使用，可以兼得矽基板與電極間的電性連接及物理性接著強度。
但是由於在銀電極與矽的界面的再結合速度非常大，在矽太陽電池的背面會成為這個使用燒結貫通技術的電池的形成的問題。也就是在矽太陽電池的背面構造中，會因為銀電極與矽基板的矽結晶的電性連接，而有開路電壓(Voc)及光電轉換效率低落的情況。
有鑑於此，本發明的目的在完成一種光起電力裝置及其製造方法，其具有低再結合速度與高背面反射率，且光電轉換效率優異。
為了解決上述問題及達成目的，本發明相關的光起電力裝置是包含：第一導電型的一半導體基板，在其一面側具有已擴散有第二導電型的不純物元素之一不純物擴散層；一抗反射膜，形成於上述不純物擴散層上；一第一電極，其貫通上述抗反射膜而電性連接上述不純物擴散層；一背面絕緣膜，形成於上述半導體基板的另一面側，並具有到達上述半導體基板的另一面側的複數個開口部；一第二電極，形成於上述半導體基板的另一面側；以及一背面反射膜，由氣相成長法所形成的金屬膜所構成、或包含金屬箔所構成，並覆蓋至少上述背面絕緣膜上而形成；其特徵在於：上述第二電極是由一鋁系電極與一銀系電極所構成；上述鋁系電極是由含鋁材料所構成，且在上述半導體基板的另一面側中埋入於至少上述開口部，而連接上述半導體基板的另一面側；上述銀系電極是由含銀材料所構成，在上述半導體基板的另一面側中設於上述開口部間的區域，上述銀系電極的至少一部分貫通上述背面絕緣膜而電性連接上述半導體基板的另一面側的同時，隔著上述背面反射膜而與上述鋁系電極電性連接；以及位於上述半導體基板的面內的上述銀系電極的面積、與上述銀系電極的圖形在上述半導體基板的面內中之以位於上述半導體基板內的載子的擴散長度的值的程度而向外側擴張而成的周邊區域的面積之和，是上述半導體基板的另一面側的面積的10%以下。
若藉由本發明，達成了完成兼具低再結合速度與高背面反射率的背面構造、達成提高光電轉換效率的太陽電池單元之效果。而且若藉由本發明，達成了可以防止起因於背面銀電極與半導體基板的電性連接之開路電壓(Voc)及光電轉換效率低落的功效。
【用以實施發明的形態】
以下，根據圖式來詳細說明本發明相關的光起電力裝置及其製造方法的實施例。而本發明並未受限於以下敘述內容，只要在不脫離本發明的精神的範圍內，可作適當變更。另外，在以下所示的圖式中，為了容易理解，各部件的縮放會與實際不同，各圖式間亦是同樣。
實施形態1
第1-1~1-3圖是顯示本實施形態的光起電力裝置之戴陽電池單元的構造，第1-1圖為一主要部分剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的剖面構造，第1-2圖為從本發明的實施形態1之太陽電池單元的受光面側看過去的俯視圖，第1-3圖為從本發明的實施形態1之太陽電池單元的背面側看過去的仰視圖。第1-1圖是第1-2圖的線段A-A之處的主要部分剖面圖。
本實施形態之太陽電池單元是如第1-1~1-3圖所示，具有一半導體基板1、一抗反射膜4、一受光側電極5、一背面絕緣膜8、一背面鋁電極9、與一背面反射膜10。半導體基板1是具有光電轉換功能的太陽電池基板，並具有pn接合。抗反射膜4是由氮化矽膜(SiN膜)所構成，此氮化矽膜是形成於半導體基板1的受光面側之面(正面)，防止受光面之處的入射光的反射。受光側電極5是在半導體基板1的受光面側之面(正面)中受到抗反射膜4的圍繞而形成的第一電極。背面絕緣膜8是由氮化矽膜(SiN膜)所構成，此氮化矽膜是形成於與半導體基板1的受光面側為相反側的面(背面)。背面鋁電極9是在半導體基板1的背面中受到背面絕緣膜8的圍繞而形成的第二電極。背面反射膜10是設於半導體基板1的背面，而覆蓋背面絕緣膜8與背面鋁電極9。
半導體基板1是藉由第一導電型層的p型多晶矽基板2、與藉由磷擴散而形成於半導體基板1的受光面側之第二導電型的不純物擴散層(n型不純物擴散層)3的pn接合所構成。n型不純物擴散層3的表面片電阻為30~100Ω/□。
受光側電極5是包含太陽電池單元的柵(grid)極6及匯流排(bus)電極7，並電性連接於n型不純物擴散層3。柵極6是為了對由半導體基板1發電的電能作集電，而局部性地設置在受光面。匯流排電極7是為了取出由柵極6所集電的電能，而設置為與柵極6大致直交。
另一方面，背面鋁電極9的一部分是埋設於設置在遍及半導體基板1的背面全部的背面絕緣膜8。也就是在背面絕緣膜8中，設置有到達半導體基板1的背面之大致圓形的點狀的開口部8a。然後，設置由含鋁、玻璃等的電極材料構成的背面鋁電極9，使其在掩埋上述開口部8a的同時還具有在背面絕緣膜8的面內方向中大於開口部8a的直徑的外形。
背面絕緣膜8是由氮化矽膜(SiN膜)所構成，而是藉由電漿CVD(化學氣相沉積)法形成於半導體基板1的背面的大致全面。藉由使用以電漿CVD(化學氣相沉積)法形成的氮化矽膜(SiN膜)來作為背面絕緣膜8，可以得到半導體基板1的背面中的良好的載子的再結合速度的抑制效果。
背面反射膜10是設置為在半導體基板1的背面覆蓋背面鋁電極9及8。藉由具備覆蓋背面絕緣膜8的背面反射膜10，可以反射穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線而使其回到半導體基板1，而可以得到良好的光侷限效果。而在本實施形態中，背面反射膜10是由以氣相成長法形成的金屬膜之以濺鍍法形成的銀(Ag)膜(銀濺鍍膜)所構成。由於背面反射膜10並非由使用電極膏的印刷法所形成的薄膜、而是由濺鍍膜所構成，可以實現高於以印刷法形成的銀(Ag)膜的光反射，而可以將穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線多反射一些而使其回到半導體基板1。因此，本實施形態之太陽電池單元，是藉由具備銀濺鍍膜構成的背面反射膜10，而得到優異的光侷限效果。
作為背面反射膜10的材料者，較好為使用對於波長1100nm左右的光線的反射率為90%以上、更好為95%以上的金屬材料。藉此，可以實現具有高度長波長感度、對長波長帶的光線的光侷限效果優異的太陽電池單元。亦即，雖然亦與半導體基板1的厚度相關，但可以將波長900nm以上、特別是1000nm~1100nm左右的長波長的光線以良好的效率引入半導體基板1而實現高產生電流，而可以提升輸出功率特性。可使用銀(Ag)的其他例如鋁(Al)來作為上述材料。
另外，在本實施形態之太陽電池單元中，如上所述在半導體基板1的背面形成有微細的背面鋁電極9，並在其上形成有背面反射膜10。因此，在第1-3圖所示的背面反射膜10實際上會因為背面鋁電極9而形成有微細的凹凸，但在第1-3圖中省略了此微細的凹凸的記載。
另外，在半導體基板1的背面側的區域也就是連接背面鋁電極9的區域及其附近，形成有鋁-矽(Al-Si)合金部11。還有在其外圈部，形成有與p型多晶矽基板2相同導電型的高濃度擴散層之BSF(背面電場(back surface field)層)12，而圍繞上述鋁-矽(Al-Si)合金部11。
在如上述構成的太陽電池單元中，一旦太陽光從太陽電池單元的受光面側照射於半導體基板1，會生成電洞與電子。藉由pn接合部(p型多晶矽基板2與n型不純物擴散層3的接合面)的電場，生成的電子是向n型不純物擴散層3移動、電洞則向p型多晶矽基板2移動。藉此，在n型不純物擴散層3成為電子過剩、在p型多晶矽基板2成為電洞過剩的結果，產生光起電力。此光起電力是產生於使pn接合為順向偏壓的方向，連接於n型不純物擴散層3的受光側電極5則成為負極，連接於p型多晶矽基板2的背面鋁電極9則成為正極，電流流向未圖示的外部電路。
第2圖為一特性圖，顯示具有不同的背面構造的三種試樣中的位於半導體基板的背面的反射率。在第2圖中，是顯示入射於試樣的光的波長與反射率的關係。另外，各試樣是以太陽電池單元為模型而製作，背面構造以外的基本構造是與本實施形態之太陽電池單元相同。各試樣的背面構造的細節如下所述。
(試樣A)
在遍及半導體基板的背面全面備有從含鋁(Al)的電極膏形成的鋁(Al)膏電極(相當於習知的一般構造)。
(試樣B)
遍及半導體基板的背面全面形成氮化矽(SiN)構成的背面絕緣膜，在上述背面絕緣膜的全面備有從含鋁(Al)的電極膏形成的鋁(Al)膏電極(相當於先行技術(專利文獻2))。
(試樣C)
遍及半導體基板的背面全面形成氮化矽(SiN)構成的背面絕緣膜，且在半導體基板的背面的局部具有含鋁(Al)的電極膏形成的鋁(Al)膏電極，再於上述背面絕緣膜上的全面備有銀濺鍍膜構成的高反射膜(相當於本實施形態之太陽電池單元)。
由於各試樣僅有背面構造不同、而其他構造為相同，可以從第2圖確認「矽(半導體基板)-背面構造」間的反射率的不同。為了觀察背面反射的狀態，較好為比較幾乎未被矽吸收的波長1200nm附近。這是因為在1100nm以下的波長中，由於有被矽吸收的情況而已供作發電，而不適用於背面反射的比較。另外，第2圖中所示的反射率，嚴格來說是在背面的多重反射的結果，而再度逸至半導體基板的表面的成分。
從第2圖瞭解到，相當於先行技術(專利文獻2)的試樣B，與相當於習知的一般構造的試樣A相比，反射率有些許的改善，但反射率改善效果仍不夠。另一方面，相當於本實施形態之太陽電池單元的試樣C，其反射率比試樣A及試樣B還大，且認可「矽(半導體基板)-背面構造」間的反射率，而瞭解到其適用於根據在背面的光侷限作用的高效率化。
第3圖為一特性圖，顯示與上述試樣C同樣以本實施形態之太陽電池單元為模型而製作的試樣中的背面電極的面積率(半導體基板的背面中背面電極所佔比例)與開路電壓(Voc)的關係。另外，第4圖為一特性圖，顯示與上述試樣C同樣以本實施形態之太陽電池單元為模型而製作的試樣中的背面電極的面積率(半導體基板的背面中背面電極所佔比例)與短路電流密度(Jsc)的關係。
從第3圖及第4圖瞭解到，隨著背面電極之鋁(Al)膏電極的面積率的減少，也就是隨著本實施形態之高反射膜的面積率的增加，開路電壓(Voc)、短路電流密度(Jsc)均提升，而所認可得到了半導體基板的背面中良好的載子的再結合速度的抑制效果。因此瞭解到：藉由本實施形態之太陽電池單元的構造，可兼顧背面反射改善與半導體基板的背面中的載子的再結合速度的抑制；以及本實施形態之高反射膜的面積率愈高，上述效果就愈顯著。
在如以上構成的實施形態1之太陽電池單元中，由於具有以電漿CVD法形成於半導體基板1的背面之氮化矽膜(SiN膜)來作為背面絕緣膜8，在半導體基板1的背面中可以得到良好的載子的再結合速度的抑制效果。藉此，在本實施形態之太陽電池單元中，達成了輸出功率特性的提升，實現了高度的光電轉換效率。
另外，在實施形態1之太陽電池單元中，藉由具有覆蓋背面絕緣膜8且由銀濺鍍膜構成的背面反射膜10，可以實現比習知的印刷法形成的銀(Ag)膜還高的光反射，而可以將穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線多反射一些而使其回到半導體基板1。因此，本實施形態之太陽電池單元中，可得到優異的光侷限效果，達成了輸出功率特性的提升，實現了高度的光電轉換效率。
因此，實施形態1之太陽電池單元中，藉由兼具低再結合速度與高背面反射率的背面的構造，而實現了達成長波長感度優異、光電轉換效率高效率化的太陽電池單元。
接下來，針對上述太陽電池單元的製造方法的一例，參考第5-1~5-9圖來作說明。第5-1~5-9圖是一系列之剖面圖，用以說明本實施形態之太陽電池單元的製造步驟。
首先，準備例如以民生用太陽電池為對象最常使用的p型多晶矽基板(以下稱為「p型多晶矽基板1a」)，作為半導體基板1(第5-1圖)。作為p型多晶矽基板1a者，是使用含例如硼(B)等的III族元素、電阻為0.5~3Ωcm左右的多晶矽基板。
p型多晶矽基板1a，由於是將熔融矽冷卻固化而完成的鑄錠以線鋸切割而製造，其表面殘留有切割時的損傷。因此，首先亦一併除去此損傷層，藉由將p型多晶矽基板1a浸漬在酸或已加熱的鹼溶液中例如氫氧化鈉水溶液而作表面蝕刻，將裁切矽基板時產生之存在於p型多晶矽基板1a的表面附近的損傷區移除。移除損傷後的p型多晶矽基板1a的厚度例如為200μm、尺寸例如為150mm×150mm。
另外，在移除損傷的同時、或是接續移除損傷的步驟，亦可在p型多晶矽基板1a的受光側的表面形成微小凹凸來作為紋理(texture)構造。藉由在半導體基板1的受光側形成這樣的紋理構造，在太陽電池單元的表面發生光的多重反射，而可以使入射至太陽電池單元的光有效率地由p型多晶矽基板1a的內部所吸收，而可以實際地降低反射率而提升轉換效率。
另外，由於本發明是光起電力裝置的背面構造的相關發明，針對紋理構造的形成方法、形狀等並無特別限制。例如使用含異丙醇(isopropyl alcohol)的鹼性水溶液、主要為氟酸、硝酸的混合液構成的酸蝕刻等方法；將局部設有開口的罩幕材料形成於p型多晶矽基板1a的表面，並隔著此罩幕材料藉由蝕刻而在p型多晶矽基板1a的表面完成蜂巢構造、逆金字塔構造等的方法；或使用反應性離子蝕刻(reactive ion etching；RIE)的手法等任何的手法均無妨。
接下來，將此p型多晶矽基板1a投入至熱擴散爐，在n型不純物的磷(P)的氣氛下加熱。藉由此步驟使磷(P)在p型多晶矽基板1a的表面擴散，形成n型不純物擴散層3而形成pn接合(第5-2圖)。在本實施形態中，是將p型多晶矽基板1a置於氧氯化磷(POCl3 )氣體氣氛中，藉由在例如800℃~850℃的溫度下加熱，而形成n型不純物擴散層3。在此處，控制加熱處理，而使n型不純物擴散層3的表面片電阻成為例如30~80Ω/□、較好為40~60Ω/□。
在此處，在n型不純物擴散層3的剛形成後的表面，由於形成有以磷的氧化物為主成分的磷玻璃層，而使用氟酸溶液等將其去除。
接下來，在已形成n型不純物擴散層3的p型多晶矽基板1a的受光面側，為了改善光電轉換效率，形成氮化矽膜(SiN膜)作為抗反射膜4(第5-3圖)。關於抗反射膜4的形成，是使用例如電漿CVD法，並使用矽烷與氨的混合氣體而形成氮化矽膜作為抗反射膜4。抗反射膜4的膜厚及折射率，是設定為最能抑制光反射的值。另外，亦可層積不同折射率的二層以上的薄膜，作為抗反射膜4。另外，關於抗反射膜4的形成，亦可使用濺鍍法等不同的成膜方法。另外，亦可形成氧化矽膜作為抗反射膜4。
接下來，移除藉由磷(P)的擴散而形成於p型多晶矽基板1a的背面的n型不純物擴散層3。藉此，完成藉由第一導電型層的p型多晶矽基板2、與形成於半導體基板1的受光面側的第二導電型層之不純物擴散層(n型不純物擴散層)3而構成pn接合的半導體基板1(第5-4圖)。
形成於p型多晶矽基板1a的背面的n型不純物擴散層3的移除，是使用例如單面蝕刻裝置來進行。或者是活用抗反射膜4來作為罩幕，將p型多晶矽基板1a的全體浸漬於蝕刻液的方法。蝕刻液可使用將氫氧化鈉、氫氧化鉀等的水溶液加熱至室溫~95℃、較好為50℃~70℃者。另外，亦可使用硝酸與氟酸的混合水溶液作為蝕刻液。
在移除n型不純物擴散層3的蝕刻步驟之後，為了在後文所述成膜步驟保持低再結合速度，洗淨曝露於半導體基板1的背面的矽面。洗淨步驟是使用例如RCA洗淨、或是1%~20%左右的氟酸水溶液。
接下來，在半導體基板1的背面側，形成氮化矽膜(SiN膜)構成的背面絕緣膜8(第5-5圖)。對於曝露在半導體基板1的背面側的矽面，藉由電漿CVD形成折射率1.9~2.2、厚度60nm~300nm的氮化矽膜(SiN膜)構成的背面絕緣膜8。藉由使用電漿CVD，在半導體基板1的背面側可確實地形成氮化矽膜構成的背面絕緣膜8。然後藉由形成這樣的背面絕緣膜8，可以抑制位於半導體基板1的背面的載子的再結合速度，而在半導體基板1的背面的矽(Si)與氮化矽膜(SiN膜)的界面得到100cm/秒以下的再結合速度。藉此，可以實現對於高輸出功率化的目的而言為充分的背面界面。
若背面絕緣膜8的折射率不在1.9~2.2，難以使氮化矽膜(SiN膜)的成膜環境穩定，還使氮化矽膜(SiN膜)的膜質惡化，其結果亦使其與矽(Si)的界面的再結合速度惡化。另外，背面絕緣膜8的厚度小於60nm的情況，其與矽(Si)的界面不穩定，使載子的再結合速度惡化。背面絕緣膜8的厚度大於300nm的情況，並無功能上的問題但是耗費成膜時間，由於增加成本從產能的觀點來看較不建議。
另外，背面絕緣膜8亦可以是例如熱氧化形成的氧化矽膜(矽的熱氧化膜：SiO2 膜)與氮化矽膜(SiN膜)之層積二層的層積構造。此處的氧化矽膜(SiO2 膜)並非在步驟中形成於半導體基板1的背面側的自然氧化膜，而是藉由熱氧化而有目的性地形成的氧化矽膜(SiO2 膜)。藉由使用這樣的氧化矽膜(SiO2 膜)，可以比氮化矽膜(SiN膜)還穩定而得到位於半導體基板1的背面的載子的再結合速度的抑制效果。
另外，藉由熱氧化而有目的性地形成的氧化矽膜(SiO2 膜)的厚度較好為10nm~50nm左右。藉由熱氧化形成的氧化矽膜(SiO2 膜)的厚度小於10nm的情況，其與矽(Si)的界面不穩定，使載子的再結合速度惡化。藉由熱氧化形成的氧化矽膜(SiO2 膜)的厚度大於50nm的情況，並無功能上的問題但是耗費成膜時間，由於增加成本從產能的觀點來看較不建議。另外，若為了縮短時間而在高溫下進行成膜處理，結晶矽本身的品質會降低，而造成壽命的降低。
之後，為了取得與半導體基板1的背面側的接觸，在背面絕緣膜8的一部分或全面，形成具有既定間隔的點狀的開口部8a(第5-6圖)。開口部8a是藉由例如對背面絕緣膜8照射雷射，而進行直接的圖形化而形成。
為了形成與半導體基板1的背面側的良好的接觸，叫好為加大開口部8a在背面絕緣膜8的面內方向的截面積、提高開口部8a的在背面絕緣膜8的面內的開口密度。然而，為了在半導體基板1的背面側中得到較高的光反射率(背面反射率)，反而是較好為縮小開口部8a的截面積、降低開口部8a的開口密度。因此，開口部8a的形狀及密度，較好為止於為了實現良好的接觸所需的最小限度之水準。
具體而言，可列舉出作為開口部8a的形狀者，是直徑或寬度為20μm~200μm的大小、鄰接的開口部8a間的間隔為0.5mm~2mm的大致圓形的點狀或大致矩形。另外，可列舉出作為開口部8a的其他形狀者，是寬度為20μm~200μm的大小、鄰接的開口部8a間的間隔為0.5mm~3mm的條紋狀。在本實施形態中，是藉由對背面絕緣膜8照射雷射而形成點狀的開口部8a。
接下來，將背面鋁電極9的電極材料也就是含鋁、玻璃等的背面鋁電極材料膏9a，在掩埋開口部8a的同時在背面絕緣膜8的面內方向覆蓋些許寬於開口部8a的直徑的區域，且藉由模板印刷法作限定性的塗布並乾燥，使掩埋鄰接的開口部8a的背面鋁電極材料膏9a不會接觸(圖5-7)。背面鋁電極材料膏9a的塗布形狀、塗布量等，可因為後文所述的燒結步驟中的Al-Si合金部11與BSF 12中的鋁的擴散濃度等的各個條件而變更。
確保在開口部8a中的充分的膏材的量，而在燒結步驟中有必要確實地形成Al-Si合金部11與BSF 12。另一方面，在半導體基板1的背面上的背面絕緣膜8(氮化矽膜)與背面鋁電極9的層積區域中的背面鋁電極9提供的光反射率(背面反射率)並不夠。因此，若位於背面絕緣膜8上的背面鋁電極9的形成區域變廣，則侷限至光起電力裝置內的光侷限效果就降低。因此，印刷背面鋁電極材料膏9a的區域，在取得Al-Si合金部11及BSF 12的形成條件及侷限至光起電力裝置內的光侷限效果的平衡方面，有必要節制在所需的最小限度。
在本實施形態中，是將含鋁(Al)的背面鋁電極材料膏9a，以從開口部8a的邊緣起算各20μm的寬度的程度重疊在背面絕緣膜8上的形式，以20μm的厚度進行印刷。此一情況，藉由重疊在背面絕緣膜8上，具有防止所形成的 背面鋁電極9在背面絕緣膜8的開口部8a剝離的效果。第6-1與6-2圖為一系列之平面圖，顯示位於背面絕緣膜8上的背面鋁電極材料膏9a的印刷區域的例子。第6-1圖是顯示使開口部8a為大致圓形的點狀的例子，第6-2圖是顯示使開口部8a為大致矩形的例子。
重疊量較好為控制在從開口部8a的邊緣起算截面積為200μm2 ~1000μm2 、更好為400μm2 ~1000μm2 的範圍。在本實施形態中，由於含鋁(Al)的背面鋁電極材料膏9a的膏材厚度為20μm，以重疊寬度的表現來說，是相當於從開口部8a的邊緣起算各10μm~50μm、較好為20μm~50μm的範圍。若重疊寬度不滿10μm，不僅僅未發揮防止背面絕緣膜8的剝離的效果，在燒結也就是形成合金時，鋁的供應無法順利進行，而會產生未良好地形成BSF構造的部分。另一方面，若重疊面積大於50μm，膏材印刷部分所佔面積比率增加，也就是高反射膜的面積率會減少，大幅偏離本發明的目的。
如第6-1圖所示，開口部8a為大致圓形的點狀的情況，是藉由模板印刷法將背面鋁電極材料膏9a限定式地塗布於背面絕緣膜8上，成為包含位於背面絕緣膜8上的開口部8a的外圍之寬度20μm的環狀重疊區9b的大致圓形。例如開口部8a的直徑d為200μm的情況，背面鋁電極材料膏9a是印刷成具有「200μm+20μm+20μm=240μm」的直徑的大致圓形。
另外，如第6-2圖所示，開口部8a為大致矩形的形狀，是在位於背面絕緣膜8上的開口部8a的外圍設置寬度20μm的框狀的重疊區9b，藉由模板印刷法將背面鋁電極材料膏9a限定式地塗布於背面絕緣膜8上。例如開口部8a的寬度W為100μm的情況，背面鋁電極材料膏9a是印刷成具有「100μm+20μm+20μm=140μm」的寬度的大致矩形。
接下來，在半導體基板1的抗反射膜4上，將受光側電極5的電極材料也就是含銀(Ag)、玻璃等的受光面電極材料膏5a，藉由模板印刷法選擇性地塗布成受光側電極5的形狀，並予以乾燥(第5-7圖)。受光面電極材料膏5a是印刷例如寬80μm~150μm、間隔2mm~3mm的長條狀的柵極6的圖形，並在與此圖形大致直交的方向印刷寬1mm~3mm、間隔5mm~10mm的帶狀的匯流排電極7的圖形。然而關於受光側電極5的形狀，由於與本發明無直接關係，可在電極電阻與印刷遮光率之間取得平衡之下而作自由設定。
之後，使用例如紅外線爐加熱器而在峰值溫度760℃~900℃下進行燒結。藉此，在形成受光側電極5及背面鋁電極9的同時，在半導體基板1的背面側的區域也就是連接背面鋁電極9的區域及其附近，形成Al-Si合金部11。還有在其外圍部，形成鋁已從背面鋁電極9高濃度地擴散的P+區之BSF層12而圍繞此Al-Si合金部11，並電性連接此BSF層12與背面鋁電極9(第5-8圖)。另外在此連接處，界面的再結合速度會惡化，但BSF層12可使此影響無效化。另外，受光側電極5中的銀會貫通抗反射膜4，而電性連接n型不純物擴散層3與受光側電極5。
此時，在半導體基板1的背面中未塗布背面鋁電極材料膏9a的區域由於受到氮化矽膜(SiN膜)構成的背面絕緣膜8的保護，在來自燒結的加熱過程中對於半導體基板1的背面的汙染物質的附著、固定等仍不會惡化，而不會使再結合速度劣化，維持良好的狀態。
接下來，在半導體基板1的背面側形成高反射構造。也就是藉由濺鍍法在半導體基板1的背面的全面形成銀(Ag)膜(銀濺鍍膜)作為背面反射膜10，而覆蓋背面鋁電極9及背面絕緣膜8(第5-9圖)。藉由以濺鍍法形成背面反射膜10，可以形成緻密的背面反射膜10，而可以形成實現光反射高於印刷法形成的銀(Ag)膜之背面反射膜10。又背面反射膜10也可藉由蒸著法而形成。另外在此處，是在半導體基板1的背面的全面形成背面反射膜10，但亦可將背面反射膜10形成為覆蓋至少位於半導體基板1的背面側的背面絕緣膜8。
藉由以上內容，製作了第1-1~1-3圖所示的實施形態1之太陽電池單元。另外，在受光面側與背面側的電極材料之膏材的塗布順序亦可互換。
如上所述，在實施形態1之太陽電池單元的製造方法中，由於是在半導體基板1的背面形成具有開口部8a的背面絕緣膜8後，塗布背面鋁電極材料膏9a再進行燒結，未塗布背面鋁電極材料膏9a的區域是受到背面絕緣膜8的保護。藉此，在來自燒結的加熱過程中對於半導體基板1的背面的汙染物質的附著、固定等仍不會惡化，而不會使再結合速度劣化，維持良好的狀態，而提升光電轉換效率。
另外，在實施形態1之太陽電池單元的製造方法中，是在半導體基板1的背面形成背面反射膜10，而至少覆蓋背面絕緣膜8。藉此，可以在背面反射膜10反射穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線而使其回到半導體基板1，而可以得到良好的光侷限效果，因此達成輸出功率特性的提升，而可以實現高度的光電轉換效率。
另外，在實施形態1之太陽電池單元的製造方法中，是藉由濺鍍法形成背面反射膜10。不是以使用電極膏的印刷法、而是以濺鍍膜形成背面反射膜10，藉此可形成緻密的背面反射膜10，而可以形成實現光反射高於印刷法形成膜之背面反射膜10，可以得到優異的光侷限效果。
因此，若藉由實施形態1之太陽電池單元的製造方法，可以得到兼具低再結合速度與高背面反射率的背面的構造，而可以製作長波長感度優異、達成光電轉換效率的高效率化的太陽電池單元。還有，為了謀求太陽電池單元的光電轉換效率的高效率化，可將半導體基板1薄板化，而可達成製造成本的降低，而可以廉價地製作電池單元特性優異之高品質的太陽電池單元。
實施形態2
在實施形態2中，是針對以金屬箔構成背面反射膜10來作為背面反射膜10的其他形態的情況來作說明。第7圖為一主要部分剖面圖，用以說明本實施形態之太陽電池單元的剖面構造，對應於第1-1圖。實施形態2之太陽電池單元與實施形態1之太陽電池單元的不同點，在於背面反射膜不是銀濺鍍膜，而是以鋁箔(aluminum foil)所構成。除此之外的結構由於與實施形態1之太陽電池單元相同，而省略其詳細說明。
如第7圖所示，在本實施形態之太陽電池單元中，鋁箔構成的背面反射膜22，是藉由配置在半導體基板1的背面中的背面鋁電極9上的導電性接著劑21而設置並覆蓋背面鋁電極9及背面絕緣膜8的同時，經由此導電性接著劑21電性連接於背面鋁電極9。在這樣的結構中，與實施形態1的情況相同，可以反射穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線而使其回到半導體基板1，而亦可以得到廉價的結構且良好的光侷限效果。
而且在本實施形態中，背面反射膜22是由金屬箔之鋁箔所構成。由於背面反射膜22不是以使用電極膏的印刷法所形成的薄膜、而是由金屬箔所構成，可以形成實現光反射高於印刷法所形成的金屬膜，而可以將穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線多反射一些而使其回到半導體基板1。因此，本實施形態之太陽電池單元是藉由具備由金屬箔之鋁箔所構成之背面反射膜22，可以得到與實施形態1的情況同樣的優異的光侷限效果。
作為背面反射膜22者，可使用可加工成箔的金屬材料，與背面反射膜10的情況同樣，較好為使用例如對於波長1100nm左右的光線的反射率為90%以上、更好為95%以上的金屬材料。藉此，可以實現具有高度長波長感度、對長波長帶的光線的光侷限效果優異的太陽電池單元。亦即，雖然亦與半導體基板1的厚度相關，但可以將波長900nm以上、特別是1000nm~1100nm左右的長波長的光線以良好的效率引入半導體基板1而可實現高產生電流，而可以提升輸出功率特性。可使用鋁(Al)的其他例如銀(Ag)來作為上述材料。
如上述構成的本實施形態之太陽電池單元的製作，可在實施形態1中以第5-1~5-8圖說明的步驟之後，在背面鋁電極9上塗布導電性接著劑21，藉由此導電性接著劑21而設置背面反射膜22而覆蓋背面鋁電極9及背面絕緣膜8。另外，此情況亦可以覆蓋至少位於半導體基板1的背面側的背面絕緣膜8的方式來形成背面反射膜22。
在如上述構成的實施形態2之太陽電池單元中，是藉由在半導體基板1的背面具備電漿CVD法形成的氮化矽膜(SiN膜)來作為背面絕緣膜8，可以得到在半導體基板1的背面中良好的載子的再結合速度的抑制效果。藉此，在本實施形態之太陽電池單元中，實現了輸出功率特性的提升、實現了高度的光電轉換效率。
另外，在實施形態2之太陽電池單元中，藉由具有覆蓋背面絕緣膜8且由金屬箔之鋁箔構成的背面反射膜22，可以實現比習知的印刷法形成的金屬膜還高的光反射，而可以將穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線多反射一些而使其回到半導體基板1。因此，本實施形態之太陽電池單元中，可得到優異的光侷限效果，達成了輸出功率特性的提升，實現了高度的光電轉換效率。
因此，實施形態2之太陽電池單元中，藉由兼具低再結合速度與高背面反射率的背面的構造，而實現了達成長波長感度優異、光電轉換效率高效率化的太陽電池單元。
另外，在實施形態2之太陽電池單元的製造方法中，由於是在半導體基板1的背面形成具有開口部8a的背面絕緣膜8後，塗布背面鋁電極材料膏9a再進行燒結，未塗布背面鋁電極材料膏9a的區域是受到背面絕緣膜8的保護。藉此，在來自燒結的加熱過程中對於半導體基板1的背面的汙染物質的附著、固定等仍不會惡化，而不會使再結合速度劣化，維持良好的狀態，而提升光電轉換效率。
另外，在實施形態2之太陽電池單元的製造方法中，是在半導體基板1的背面形成背面反射膜22，而至少覆蓋背面絕緣膜8。藉此，可以在背面反射膜22反射穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線而使其回到半導體基板1，而可以得到良好的光侷限效果，因此達成輸出功率特性的提升，而可以實現高度的光電轉換效率。
另外，在實施形態2之太陽電池單元的製造方法中，是藉由在背面鋁電極9上裝設金屬箔之鋁箔而形成背面反射膜22。不是以使用電極膏的印刷法、而是以作為背面反射膜22之金屬箔之鋁箔來形成背面反射膜22，藉此可形成緻密的背面反射膜22，而可以形成實現光反射高於印刷法形成膜之背面反射膜22，可以得到優異的光侷限效果。
因此，若藉由實施形態2之太陽電池單元的製造方法，可以得到兼具低再結合速度與高背面反射率的背面的構造，而可以製作長波長感度優異、達成光電轉換效率的高效率化的太陽電池單元。還有，為了謀求太陽電池單元的光電轉換效率的高效率化，可將半導體基板1薄板化，而可達成製造成本的降低，而可以廉價地製作電池單元特性優異之高品質的太陽電池單元。
另外，在上述的實施形態中，是針對使用p型矽基板作為半導體基板的情況來作說明，但亦可以是使用n型矽基板而形成p型擴散層的相反導電型的太陽電池單元。另外，是使用多晶矽基板作為半導體基板，但亦可使用單晶矽基板。另外上述內容中，半導體基板的基板厚度為200μm，但亦可使用可自行維持程度的基板厚度例如薄型化至50μm左右的半導體基板。還有上述內容中，半導體基板的尺寸是150mm×150mm，但是半導體基板的尺寸並不限於此。
實施形態3
在實施形態3中，是針對在上述的實施形態1及實施形態2的太陽電池單元中具有連接用電極的背面構造來作說明，上述連接用電極是用於連接金屬襯片，上述金屬襯片是在將太陽電池單元模組化之時連接太陽電池單元之間。
在結晶矽太陽電池的高功率化中，背面的再結合速度的抑制，在近年來，其重要性特別地增加中。單晶矽太陽電池及多晶矽太陽電池的二者，載子擴散長度超過矽基板厚度的例子均不罕見。因此，矽基板的背面的再結合速度的大小，對太陽電池單元的特性有重大影響。
另一方面，從裝置單位的太陽電池單元加工至實際製品之太陽電池模組時，是隔著金屬襯片(tab)以串聯或串聯、並聯並用的方式連接複數個太陽電池單元。在上述將太陽電池單元模組化為太陽電池模組的具體手法中，使用含銀的金屬膏作為設於單元側的連接用電極的原材料的情況較多。
這儘管與成本面有關，但更大的原因是與燒結貫通(fire-through)有關。燒結貫通是指隨著膏材的塗布、燒結，包含於膏材的銀、玻璃等成分與矽相互反應而侵蝕進入矽結晶內，而可以兼得矽基板與電極間的電性連接及物理性的接著強度。
此現象對於氮化矽膜(SiN膜)等的矽的化合物也會同樣發生。藉由在氮化矽膜(SiN膜)上直接塗布、燒結金屬膏，包含於膏材的銀、玻璃等成分以侵蝕突穿氮化矽膜(SiN膜)的狀態貫通，而可以不圖形化而達成電極與矽結晶的連接。因此，燒結貫通對太陽電池製成的簡化有重大貢獻。燒結貫通亦實施於實施形態中的第5-7~5-8圖所示的步驟。
然而，在銀電極與矽的界面，再結合速度非常大。因此，在矽太陽電池的背面中，以此燒結貫通來形成電極會造成大問題。特別是開路電壓(Voc)，即使是背面銀電極與矽基板的些微接觸，會有顯著下降的情況。也就是在矽太陽電池的背面構造中，會有因為背面銀電極與矽結晶的電性連接，而降低開路電壓(Voc)及光電轉換效率的情況。因此，在矽太陽電池的背面構造中，較好為一面確保背面銀電極與矽基板的背面側的物理性的接著強度，一面迴避背面銀電極與矽基板的電性連接所造成的影響。
在以下，針對即使燒結貫通造成的背面銀電極的侵蝕到達矽基板的背面的矽(Si)結晶、而仍抑制背面銀電極與矽基板的電性連接所造成的影響、而在實用上無妨礙的構造來作說明，作為上述問題的解決方案。作為具體的實施形態者，可列舉出的有對背面銀電極的面積比例與形狀設限。
第8-1~8-3圖是顯示實施形態3之光起電力裝置的太陽電池單元的構造；第8-1圖為一主要部分剖面圖，用以說明太陽電池單元的剖面構造；第8-2圖為從太陽電池單元的受光面側看過去的俯視圖；第8-3圖為從太陽電池單元之與受光面的反面側(背面側)看過去的仰視圖。第8-1圖是第8-2圖的線段B-B之處的主要部分剖面圖。
實施形態3之太陽電池單元與實施形態1之太陽電池單元的不同點，是在半導體基板1的背面側具有以銀(Ag)為主成分的背面銀電極31。也就是實施形態3之太陽電池單元，是在半導體基板1的背面側具有以鋁(Al)為主成分的背面鋁電極9與以銀(Ag)為主成分的背面銀電極31，作為背面側電極。除此之外的結構由於與實施形態1之太陽電池單元相同，而省略其詳細說明。
背面銀電極31是與金屬襯片連接，此金屬襯片是在將太陽電池單元模組化之時連接於太陽電池單元間。背面銀電極31是在半導體基板1的背面側中的鄰接的背面鋁電極9之間的區域，以大致平行於匯流排電極7的延伸方向延伸，並設置例如二根的背面銀電極31。另外，背面銀電極31是從背面反射膜10的表面突出的同時，貫通背面絕緣膜8且其至少一部分物理性及電性連接半導體基板1的背面。背面銀電極31的寬度，例如是與匯流排電極7同樣程度的尺寸。
矽太陽電池單元的連接電極材料，通常是使用銀膏，並添加有例如鉛硼玻璃。此玻璃是熔塊(frit)狀的玻璃，是由例如鉛(Pb)、硼(B)、矽(Si)、氧(O)的組成所構成，亦有還混合鋅(Zn)、鎘(Cd)等的情況。背面銀電極31是藉由塗布、燒結這樣的銀膏及燒結貫通而形成。
這樣的背面銀電極31，可以實施形態1中的第5-7圖的步驟在背面絕緣膜8上的區域以模板印刷將電極材料膏之銀膏塗布、乾燥成背面銀電極31的形狀、再以第5-8圖的步驟的燒結而以燒結貫通來製作。而上述步驟以外，則藉由與實施形態1的情況同樣而實施第5-1~5-9圖的步驟，而可以製作實施形態3之太陽電池單元。
接下來，針對背面銀電極31的形狀造成的太陽電池的開路電壓(Voc)的不同來作說明。首先，使用外觀尺寸15cm的的p型多晶矽基板2，製作具有第8-1~8-3圖所示構造的試樣D~試樣F的太陽電池單元。另外，除了不形成背面銀電極31以外，與試樣D~試樣F同樣而製作試樣G的太陽電池單元，作為對照組。各試樣的背面銀電極的圖形(銀膏的印刷圖形)是以下列的條件製作。
(試樣D)：寬100μm×長148mm×75根(2mm間隔)
(試樣E)：寬3.5mm×長148mm×2根(75mm間隔)
(試樣F)：寬7.5mm×長10mm×7處×2列(75mm間隔)
(試樣G)：未印刷背Ag膏(參考：對照組)
第9圖為一特性圖，顯示試樣D~試樣F的太陽電池單元中的開路電壓(Voc)。第10圖是顯示試樣D~試樣F的太陽電池單元中的背面銀電極的電極面積比例。電極面積比例是背面銀電極31之相對於p型多晶矽基板2的背面的面積之比例。另外，背面銀電極31的面積是使用形成背面銀電極31之時的銀膏的印刷面積。根據第9圖，在上述四種試樣之中瞭解到，試樣D的開路電壓(Voc)大幅劣於其他試樣。另一方面，根據第10圖瞭解到，試樣D~試樣F的太陽電池單元的電極面積比率均為4.6~4.7而大致相等。因此，僅僅根據背面銀電極31的面積比例的不同，無法說明第9圖中的開路電壓(Voc)的不同。因此如下文所述，背面銀電極31的形狀與擴散長度的關係性變得重要。
實施形態3之太陽電池單元的構造，是為了得到高效率的構造，所使用的單晶或多晶矽的擴散長度大，是列舉出作為事實上的前提條件。為了有意義地獲得得到高效率的效果，是要求至少300μm以上、較好為500μm以上的擴散長度。以下，以例如擴散長度為500μm的事例為例來作說明。
如前述的說明，對於背面銀電極31的開路電壓(Voc)的影響，是起因於其界面的再結合速度的大小。在此處所稱的「影響所及」，是意指已產生的載子藉由太陽電池基板的半導體材料本身的成批(bulk)再結合而快速地擴散至界面而再結合的情況。因此，影響所及範圍亦非無限大，而與產生載子的可擴散距離也就是擴散長度有密切的關連性。
在p型多晶矽基板2的背面的面內中，針對包含以擴散長度：500μm的值的程度將背面銀電極31的圖形向其外側擴張而成的周邊區域之「背面銀電極31造成的影響區域」，將在各試樣的面積比例的計算結果一併示於第10圖。面積比例是相對於p型多晶矽基板2的背面的面積之背面銀電極31造成的影響區域的面積的比例。第11圖為一平面圖，是代表性地顯示背面銀電極31造成的影響區域。在第11圖中，是穿透背面反射膜10來看。另外，第11圖為平面圖，但為了容易觀察圖面而附加影線(hatching)。如第11圖所示，背面銀電極31造成的影響區域，是包含背面銀電極31的圖形區域與周邊區域32。周邊區域32是在p型多晶矽基板2的背面中已形成背面絕緣膜8的區域的一部分的區域。
從第10圖瞭解到，試樣E與試樣F中的背面銀電極31造成的影響區域的面積比例為5%強。另一方面，試樣D中的背面銀電極31造成的影響區域則超過50%。根據此結果與第9圖的結果，在相對於p型多晶矽基板2的背面的面積之背面銀電極31造成的影響區域的面積的比例大的情況中，可以說是開路電壓(Voc)低落。如上述所瞭解，為了維持高開路電壓(Voc)，不僅僅是背面銀電極31的圖形本身，抑制其影響所及的範圍的面積比例是重要事項。
在p型多晶矽基板2的背面中，混有開路電壓(Voc)高的區域(高開路電壓區)也就是在p型多晶矽基板2的背面中高度地形成保護(passivation)的區域、與開路電壓(Voc)低的區域(低開路電壓區)也就是在p型多晶矽基板2的背面中大幅受到背面銀電極31造成的影響之區域的情況，全體的開路電壓(Voc)可認為是以並聯為基礎。
第12圖為一特性圖，顯示矽基板的背面中的低開路電壓區的比例與開路電壓(Voc)的關係的一例。在第12圖中，假設例如將高開路電壓區的電壓固定於655mV、將低開路電壓區的電壓固定於580mV，計算出二者的比例造成的全體開路電壓(Voc)的變化。如上所述由於全體的開路電壓(Voc)是根據並聯、加上位於二極體的電流-電壓的關係是以指數函數為基礎，即使低開路電壓區的比例小，全體開路電壓(Voc)的影響一點也不小。
為了本實施形態之太陽電池單元的高效率化，要求開路電壓(Voc)至少為635mV以上、較好為640mV以上。根據上述事項，低開路電壓區的面積比例的上限參考第12圖，要求大至10%以下、較好為8%以下。
另一方面，關於背面銀電極31，在連接襯片之時與金屬襯片直接連接是其主要功能，因此為了確保其接著性，較好為具有3%左右以上的面積比例。另外，在進行與鄰接的其他的太陽電池單元的相互連接的關係上，較好為連續式或斷續式的線狀、帶狀或矩形的形狀部分佔一半以上。
另外，關於形成於p型多晶矽基板2的背面的氮化矽膜(SiN膜)構成的背面絕緣膜8的厚度，為了充分獲得背面側的再結合速度的抑制效果，需要60nm以上的膜厚。另一方面，背面絕緣膜8的厚度為160nm以上的情況，形成背面銀電極31之時的燒結貫通會變得難以到達p型多晶矽基板2的背面。而背面絕緣膜8的厚度在240nm以上的情況，會變成燒結貫通完全未到達p型多晶矽基板2的背面。因此，在160nm以上、厚至240nm以上的膜厚下，並未產生本發明的設計本身的必要性。較厚的膜厚當然會對產能造成阻礙，本實施形態之背面絕緣膜8的厚度的上限，是設定為不滿160nm、最厚不滿240nm。
在如上述構成的實施形態3之太陽電池單元中，是藉由在半導體基板1的背面具備電漿CVD法形成的氮化矽膜(SiN膜)來作為背面絕緣膜8，可以得到在半導體基板1的背面中良好的載子的再結合速度的抑制效果。藉此，在本實施形態之太陽電池單元中，實現了輸出功率特性的提升、實現了高度的光電轉換效率。
另外，在實施形態3之太陽電池單元中，藉由具有覆蓋背面絕緣膜8且由銀濺鍍膜構成的背面反射膜10，可以實現比習知的印刷法形成的銀(Ag)膜還高的光反射，而可以將穿透半導體基板1及背面絕緣膜8而過來的光線多反射一些而使其回到半導體基板1。因此，本實施形態之太陽電池單元中，可得到優異的光侷限效果，達成了輸出功率特性的提升，實現了高度的光電轉換效率。
另外，在實施形態3之太陽電池單元中，背面銀電極31造成的影響區域的面積之相對於p型多晶矽基板2的背面的面積的比例為10%以下、較好為8%以下。藉此，即使燒結貫通造成的侵蝕到達p型多晶矽基板2的背面的矽(Si)結晶，仍抑制背面銀電極31與矽結晶的電性連接造成的影響，防止開路電壓(Voc)及光電轉換效率的降低。也就是可以一面確保p型多晶矽基板2的背面與背面銀電極31的物理性接著強度、一面迴避背面銀電極31與p型多晶矽基板2的背面的矽結晶之電性連接造成的開路電壓(Voc)及光電轉換效率的降低。
因此，實施形態3之太陽電池單元中，藉由兼具低再結合速度與高背面反射率的背面的構造，而實現了達成長波長感度及開路電壓(Voc)優異、光電轉換效率高效率化的太陽電池單元。
另外，本實施形態，亦可適用於實施形態2的構造，在此情況中亦得到與上述同樣的效果。
【產業上的可利用性】
如上所述，本發明之光起電力裝置，是藉由低再結合速度與高背面反射率，而有助於實現高效率的光起電力裝置。
1．．．半導體基板
1a．．．p型多晶矽基板
2．．．p型多晶矽基板
3．．．n型不純物擴散層
4．．．抗反射膜
5．．．受光側電極
5a．．．受光面電極材料膏
6．．．柵極
7．．．匯流排電極
8．．．背面絕緣膜
8a．．．開口部
9．．．背面鋁電極
9a．．．背面鋁電極材料膏
9b．．．重疊區
10．．．背面反射膜
11．．．鋁-矽(Al-Si)合金部
12．．．背面電場層
21．．．導電性接著劑
22．．．背面反射膜
31．．．背面銀電極
32．．．周邊區域
第1-1圖為一主要部分剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的剖面構造。
第1-2圖為從本發明的實施形態1之太陽電池單元的受光面側看過去的俯視圖。
第1-3圖為從本發明的實施形態1之太陽電池單元的背面側看過去的仰視圖。
第2圖為一特性圖，顯示具有不同的背面構造的三種試樣中的位於半導體基板的背面的反射率。
第3圖為一特性圖，顯示以本發明的實施形態1之太陽電池單元為模型而製作的試樣中的背面電極的面積率與開路電壓(Voc)的關係。
第4圖為一特性圖，顯示以本發明的實施形態1之太陽電池單元為模型而製作的試樣中的背面電極的面積率與短路電流密度(Jsc)的關係。
第5-1圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第5-2圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第5-3圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第5-4圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第5-5圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第5-6圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第5-7圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第5-8圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第5-9圖為一剖面圖，用以說明本發明的實施形態1之太陽電池單元的製造步驟。
第6-1圖為一平面圖，顯示本發明的實施形態1之太陽電池單元的位於背面絕緣膜上的背面鋁電極材料膏的印刷區域的例子。
第6-2圖為一平面圖，顯示本發明的實施形態1之太陽電池單元的位於背面絕緣膜上的背面鋁電極材料膏的印刷區域的例子。
第7圖為一主要部分剖面圖，用以說明本發明的實施形態2之太陽電池單元的剖面構造。
第8-1圖為一主要部分剖面圖，用以說明本發明的實施形態3之太陽電池單元的剖面構造。
第8-2圖為從本發明的實施形態3之太陽電池單元的受光面側看過去的俯視圖。
第8-3圖為從本發明的實施形態3之太陽電池單元的背面側看過去的仰視圖。
第9圖為一特性圖，顯示試樣D~試樣F的太陽電池單元中的開路電壓。
第10圖是顯示試樣D~試樣F的太陽電池單元中的背面銀電極的電極面積比例。
第11圖為一平面圖，是代表性地顯示本發明的實施形態3之背面銀電極造成的影響區域。
第12圖為一特性圖，顯示矽基板的背面中的低開路電壓區的比例與開路電壓的關係的一例。
1．．．半導體基板
2．．．p型多晶矽基板
3．．．n型不純物擴散層
4．．．抗反射膜
5．．．受光側電極
8．．．背面絕緣膜
8a．．．開口部
9．．．背面鋁電極
10．．．背面反射膜
11．．．鋁-矽(Al-Si)合金部
12．．．背面電場層

Claims (29)

  1. 一種光起電力裝置，包含：第一導電型的一半導體基板，在其一面側具有已擴散有第二導電型的不純物元素之一不純物擴散層；一抗反射膜，形成於該不純物擴散層上；一第一電極，其貫通該抗反射膜而電性連接該不純物擴散層；一背面絕緣膜，形成於該半導體基板的另一面側，並具有到達該半導體基板的另一面側的複數個開口部；一第二電極，形成於該半導體基板的另一面側；以及一背面反射膜，由覆蓋至少該背面絕緣膜上而形成的金屬所構成；其特徵在於：該第二電極是由一鋁系電極與一銀系電極所構成；該鋁系電極是由含鋁材料所構成，且在該半導體基板的另一面側中埋入於至少該些開口部，而連接該半導體基板的另一面側；該銀系電極是由含銀材料所構成，在該半導體基板的另一面側中設於該些開口部間的區域，該銀系電極的至少一部分貫通該背面絕緣膜而電性連接該半導體基板的另一面側的同時，隔著該背面反射膜而與該鋁系電極電性連接；以及位於該半導體基板的面內的該銀系電極的面積、與該銀系電極的圖形在該半導體基板的面內中之以位於該半導體基板內的載子的擴散長度的值的程度而向外側擴張而成的周邊區域的面積之和，是該半導體基板的另一面側的面 積的10%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光起電力裝置，其特徵在於：該背面反射膜是由氣相成長法所形成的金屬膜所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光起電力裝置，其特徵在於：該背面反射膜是由包含金屬箔所構成。
  4. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該銀系電極與該周邊區域的和，是該半導體基板的另一面側的面積的8%以下。
  5. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該半導體基板為矽基板，該擴散長度為500μm以上。
  6. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該半導體基板為矽基板，該擴散長度為300μm以上。
  7. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該背面絕緣膜是電漿CVD法形成的氮化矽膜。
  8. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該背面絕緣膜是熱氧化形成的氧化矽膜與電漿CVD法形成的氮化矽膜從該半導體基板的另一面側層積而成的層積膜。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光起電力裝置，其中該氧化矽膜的厚度是10nm以上、50nm以下。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之光起電力裝置，其中 該氮化矽膜的折射率是1.9以上、2.2以下，厚度是60nm以上、不到240nm。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之光起電力裝置，其中該氮化矽膜的折射率是1.9以上、2.2以下，厚度是60nm以上、不到240nm。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之光起電力裝置，其中該氮化矽膜的折射率是1.9以上、2.2以下，厚度是60nm以上、不到160nm。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之光起電力裝置，其中該氮化矽膜的折射率是1.9以上、2.2以下，厚度是60nm以上、不到160nm。
  14. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該些開口部是直徑或寬度為20μm~200μm的大小、鄰接的該些開口部間的間隔為0.5mm~2mm之大致圓形的點狀或大致矩形。
  15. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該些開口部是寬度為20μm~200μm的大小、鄰接的該些開口部間的間隔為0.5mm~3mm之條紋狀。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之光起電力裝置，其中該鋁系電極是埋入該些開口部的同時重疊於該背面絕緣膜上而形成。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之光起電力裝置，其中該鋁系電極是埋入該些開口部的同時重疊於該背面絕緣膜上而形成。
  18. 如申請專利範圍第16或17項所述之光起電力裝置，其中該鋁系電極是以從該些開口部的端部以10μm~50μm的寬度重疊於該背面絕緣膜上而形成。
  19. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該金屬箔為鋁箔。
  20. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中該金屬箔是藉由導電性接著劑黏著於該鋁系電極、並隔著該導電性接著劑電性連接該鋁系電極。
  21. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之光起電力裝置，其中由氣相成長法形成的該金屬膜是金屬的濺鍍膜或蒸鍍膜。
  22. 一種光起電力裝置的製造方法，包含：一第一步驟，在第一導電型的一半導體基板的一面側形成已擴散有第二導電型的不純物元素之一不純物擴散層；一第二步驟，在該不純物擴散層上形成一抗反射膜；一第三步驟，在該半導體基板的另一面側形成一背面絕緣膜；一第四步驟，在該背面絕緣膜的至少一部分形成到達該半導體基板的另一面側的複數個開口部；一第五步驟，在該抗反射膜上塗布一第一電極材料；一第六步驟，在該半導體基板的另一面側塗布含鋁的第一種第二電極材料，而掩埋至少該些開口部；一第七步驟，在該背面絕緣膜上塗布含銀的第二種第 二電極材料；一第八步驟，燒結該第一電極材料、該第一種第二電極材料及該第二種第二電極材料，而形成一第一電極與一第二電極，其中該第一電極是貫通該抗反射膜而電性連接該不純物擴散層，該第二電極是由一鋁系電極與一銀系電極所構成，該鋁系電極含鋁、且在該半導體基板的另一面側中埋入於至少該些開口部而電性連接該半導體基板的另一面側，該銀系電極含銀而在該半導體基板的另一面側中設於該些開口部間的區域，該銀系電極的至少一部分貫通該背面絕緣膜而電性連接該半導體基板的另一面側；以及一第九步驟，形成金屬構成的一背面反射膜而覆蓋至少該背面絕緣膜上而電性連接該鋁系電極與該銀系電極；其特徵在於：位於該半導體基板的面內的該第二種第二電極材料的塗布面積、與該第二種第二電極材料的塗布圖形在該半導體基板的面內中之以位於該半導體基板內的載子的擴散長度的值的程度而向外側擴張而成的周邊區域的面積之和，是該半導體基板的另一面側的面積的10%以下。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之光起電力裝置的製造方法，其中在該第九步驟中，是形成藉由氣相成長法形成的金屬膜構成的該背面反射膜。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之光起電力裝置的製造方法，其中在該第九步驟中，是形成包含金屬箔所構成的該背面反射膜。
  25. 如申請專利範圍第22至24項任一項所述之光起電力裝置的製造方法，其中在該第三步驟中，是藉由電漿CVD法形成氮化矽膜作為該背面絕緣膜。
  26. 如申請專利範圍第22至24項任一項所述之光起電力裝置的製造方法，其中在該第三步驟中，是藉由熱氧化在該半導體基板的另一面側形成氧化矽膜、再藉由電漿CVD法在該氧化矽膜上形成氮化矽膜作為該背面絕緣膜。
  27. 如申請專利範圍第22至24項任一項所述之光起電力裝置的製造方法，其中在該第六步驟中，以在掩埋該些開口部的同時、從該些開口部的端部以10μm~50μm的寬度重疊於該背面絕緣膜上的方式塗布該第二電極材料。
  28. 如申請專利範圍第24項所述之光起電力裝置的製造方法，其中該金屬箔為鋁箔。
  29. 如申請專利範圍第23項所述之光起電力裝置的製造方法，其中由氣相成長法形成的該金屬膜是金屬的濺鍍膜或蒸鍍膜。
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