太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】目的在于得到一種抑制缺陷的產(chǎn)生、光電變換效率高的太陽能電池。該太陽能電池具備形成有金字塔狀的凹凸部P的n型單晶硅基板1的單晶體等的硅基板、和在該單晶硅基板上形成的非晶質(zhì)或者微晶半導(dǎo)體層，在所述單晶硅基板的表面設(shè)置的金字塔狀的凹凸部P的谷部形成了平坦部F。通過該結(jié)構(gòu)，能夠使由大致(111)面形成的70～85°的陡峭的凹部角度廣角化為115～135°。因此，能夠消除由倒角形狀所引起的原子臺階狀的形狀變化，能夠抑制非晶質(zhì)或者微晶半導(dǎo)體層中的外延生長以及缺陷。
【專利說明】太陽能電池及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池及其制造方法，特別涉及使用了具有構(gòu)成防反射構(gòu)造的紋 理構(gòu)造的晶體系的硅基板的太陽能電池及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在將入射的光通過光電變換部變換為電的太陽能電池中，如果表面的光反射大， 則入射到太陽能電池內(nèi)部的光減少，得到的電力也變少。因此，為了提高太陽能電池的光電 變換效率，重要的是降低表面的光反射率，取入更大量的光。為了降低光反射率，有效的是 在例如太陽能電池的表面設(shè)置反射防止膜。
[0003] 然而，即使使用反射防止膜，也產(chǎn)生入射光的幾％的反射所致的損失，所以還在太 陽能電池的表面形成被稱為紋理的微小的凹凸，實現(xiàn)由于陷光效應(yīng)（optical confinement effect)所致的反射率降低。
[0004] 例如，關(guān)于單晶硅，通過使用堿性溶液來進(jìn)行各向異性蝕刻，能夠容易地形成隨機(jī) 的金字塔形狀的凹凸構(gòu)造作為紋理。通過這些方法，能夠大幅降低太陽能電池的表面的光 反射率，但作為實現(xiàn)進(jìn)一步降低反射率的方法，已知規(guī)則地配置有金字塔型的開口部的紋 理構(gòu)造。作為金字塔型的開口部的制造方法，已知在單晶硅的表面形成蝕刻掩模，隔著該蝕 刻掩模進(jìn)行各向異性蝕刻的方法。這樣，通過在受光面規(guī)則地設(shè)置金字塔型的紋理，相比于 隨機(jī)地設(shè)置的紋理，能夠進(jìn)一步提高多重散射所致的陷光效應(yīng)。
[0005] 以往，在使用單晶硅基板等晶體系硅基板的太陽能電池中，通過各向異性蝕刻對 硅（100)基板的表面進(jìn)行蝕刻，從而形成起因于（111)面的金字塔狀的凹凸形狀（紋理）。
[0006] 另一方面，公開了在單晶硅基板上層疊非晶硅層或者微晶硅層，形成了 PN結(jié)的異 質(zhì)結(jié)型太陽能電池技術(shù)（專利文獻(xiàn)1)。然而，在這樣的異質(zhì)結(jié)構(gòu)造中，存在在異質(zhì)結(jié)界面大 量地產(chǎn)生缺陷、得不到高變換效率這樣的問題。因此，公開了在單晶硅基板與非晶硅基板之 間夾持薄的本征非晶硅層，而降低了異質(zhì)結(jié)界面中的缺陷的構(gòu)造的太陽能電池技術(shù)（專利 文獻(xiàn)2)。
[0007] 在上述那樣的太陽能電池構(gòu)造中，由于形成于硅基板的金字塔狀的陡峭的凹凸形 狀，存在在基板上形成的非晶硅層產(chǎn)生缺陷、或者產(chǎn)生膜厚的不均勻性這樣的問題，導(dǎo)致輸 出特性降低。因此，在專利文獻(xiàn)3中，公開了對帶金字塔狀凹凸的基板實施各向同性蝕刻處 理，對谷部設(shè)置倒角，從而解決上述問題的技術(shù)。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開昭59-175170號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本特公平7-95603號公報
[0012] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利第3271990號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0014] 然而，作為深入研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)即使如專利文獻(xiàn)3那樣對紋理的谷附加倒角，有 時也不能提高性能。這是由于通過對紋理的谷的底部形狀附加倒角，出現(xiàn)原子臺階（step) 上的形狀變化，所以在紋理底部，非晶硅層易于外延生長。另外，認(rèn)為由于在底部出現(xiàn)（100) 面，所以非晶硅層易于外延生長，易于形成缺陷。因此，本發(fā)明的目的在于得到一種能夠再 現(xiàn)性良好地降低紋理構(gòu)造的谷的形狀所引起的特性劣化的太陽能電池及其制造方法。
[0015] 解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0016] 為了解決上述課題并達(dá)到目的，本發(fā)明提供一種晶體系太陽能電池，在第一導(dǎo)電 類型的晶體系硅基板的表面形成第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，其中在該第一導(dǎo)電類型的晶體 系硅基板的表面形成有大量金字塔狀的凹凸部，該太陽能電池的特征在于，在所述晶體系 硅基板的表面設(shè)置的金字塔狀的凹凸部的谷部具有平坦部。
[0017] 發(fā)明效果
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，由于使得在金字塔狀的凸部的谷部具有平坦部，所以起到能夠比以 現(xiàn)有的技術(shù)提高開路電壓（Voc)以及曲線因子（F.F.)、能夠降低晶體太陽能電池的谷的形 狀所引起的特性劣化、提高輸出特性這樣的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖2-1是本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的η型單晶硅基板的截面影 像圖。
[0021] 圖2-2是本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的η型單晶硅基板的平面影 像圖。
[0022] 圖3是示出本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的η型單晶硅基板的谷部 截面TEM像的圖。
[0023] 圖4是說明本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于形成 具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的流程圖。
[0024] 圖5-1是說明本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于形 成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0025] 圖5-2是說明本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于形 成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0026] 圖5-3是說明本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于形 成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0027] 圖5-4是說明本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于形 成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0028] 圖6-1是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的本發(fā)明的實施方式1的 晶體系硅太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0029] 圖6-2是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的本發(fā)明的實施方式1的 晶體系硅太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0030] 圖6-3是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的本發(fā)明的實施方式1的 晶體系硅太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0031] 圖6-4是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的本發(fā)明的實施方式1的 晶體系硅太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0032] 圖6-5是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的本發(fā)明的實施方式1的 晶體系硅太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0033] 圖7是通過各向異性蝕刻實施了凹凸加工的晶體硅基板的平面影像圖。
[0034] 圖8是示出通過各向異性蝕刻形成的金字塔狀凹凸部的谷部截面TEM像的圖。
[0035] 圖9是示出在通過各向異性蝕刻形成的金字塔狀凹凸部實施了各向同性蝕刻的 情況下的谷部截面TEM像的圖。
[0036] 圖10-1是不出本發(fā)明的實施方式1的歸一化反射率和歸一化Voc的關(guān)系的曲線 圖。
[0037] 圖10-2是示出本發(fā)明的實施方式1的谷部平坦部長和歸一化Voc的關(guān)系的曲線 圖。
[0038] 圖11-1是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的ρ型單晶硅基板的本發(fā)明的實施方式2 的晶體系硅太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0039] 圖11-2是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的ρ型單晶硅基板的本發(fā)明的實施方式2 的晶體系硅太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0040] 圖11-3是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的P型單晶硅基板的本發(fā)明的實施方式2 的晶體系硅太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0041] 圖12-1是本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的η型單晶硅基板的截面 影像圖。
[0042] 圖12-2是本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的η型單晶硅基板的平面 影像圖。
[0043] 圖13是說明本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于形 成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的流程圖。
[0044] 圖14-1是說明本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于 形成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0045] 圖14-2是說明本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于 形成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0046] 圖14-3是說明本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于 形成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0047] 圖14-4是說明本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于 形成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0048] 圖14-5是說明本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于 形成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0049] 圖14-6是說明本發(fā)明的實施方式3的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于 形成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的工序截面圖。
[0050] 符號說明
[0051] I :η型單晶娃基板；Ip :ρ型單晶娃基板；2a、2b :i型非晶娃層；3 :ρ型非晶娃層； 3d :n型娃擴(kuò)散層；4 :n型非晶娃層；5a、5b :透光性電極；6 :集電極；7 :背面電極；8 :電介體 膜；P :凹凸部；F :平坦部；S :側(cè)面；15 :p型娃擴(kuò)散層；16 :受光面?zhèn)入姌O；17 :背面電極。

【具體實施方式】
[0052] 以下，根據(jù)附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的太陽能電池及其制造方法的實施方式。另外， 本發(fā)明不限于以下的記述，能夠在不脫離本發(fā)明的要點的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)刈兏?。另外，在以?所示的附圖中，為易于理解，各部件的比例尺有時與實際不同。在各附圖之間也是同樣的。
[0053] 實施方式1.
[0054] 圖1是示出本發(fā)明的太陽能電池的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的概略結(jié)構(gòu) 的圖。圖2-1、圖2-2是示出作為構(gòu)成該太陽能電池的晶體系硅基板的、η型單晶硅基板1 的截面影像圖、以及平面影像圖的圖。在該硅太陽能電池中，作為晶體系的硅基板，使用了 電阻率是1?10 Ω · cm，主表面由（100)面構(gòu)成，厚度是50 μ m以上且300 μ m以下的η型 單晶硅基板1。在該η型單晶硅基板1的表面，隨機(jī)地排列了大量谷部的頂點構(gòu)成平坦部F 的金字塔狀的凹凸部Ρ。該凹凸部P成為在谷部具有平坦部F的金字塔狀，成為在金字塔形 狀具有的4個底邊中的3邊以上具有平坦部F的結(jié)構(gòu)。S表示金字塔狀的凸部的側(cè)面。該 η型單晶硅基板1的表面具有凹凸部Ρ，但實際上，可以認(rèn)為是在（100)表面重疊地配置了 金字塔狀的凸部的結(jié)構(gòu)。
[0055] 另外，在形成了該紋理的η型單晶硅基板1的兩側(cè)的表面，形成了 i型的非晶硅層 2a、2b。在i型非晶硅層2a上，形成厚度為約5nm的p型非晶硅層3。在i型非晶硅層2b 上，形成厚度為約5nm的η型非晶硅層4。此處，i型非晶硅層2a、2b對修復(fù)基板表面的缺 陷來提高光電變換效率發(fā)揮作用。另外，隔著i型非晶硅層2b形成的η型非晶硅4是用于 高效地捕獲產(chǎn)生的載流子的BSF(Back Surface Field,背面電場）層,但不是一定必須形成 這些i型非晶硅層2a、2b以及η型非晶硅4。另外，關(guān)于紋理構(gòu)造，也可以僅形成于受光面 側(cè)。
[0056] 另外，在ρ型非晶硅層3上，形成了厚度為約70nm的ITO(氧化銦錫）等透光性電 極5a，在所述透光性電極5a上，形成了由銀（Ag)構(gòu)成的厚度為約60 μ m的集電極6。另一 方面，在η型非晶硅層4上，隔著透光性電極5b，在整個面形成了厚度約300nm的由銀（Ag) 構(gòu)成的背面電極7。
[0057] 圖2-1示出本發(fā)明的實施方式1的經(jīng)凹凸加工的η型單晶硅基板1的截面影像圖， 圖2-2示出平面影像圖。另外，圖3示出該η型單晶硅基板1的谷部的截面TEM像。如圖 2-1以及圖2-2所示，可知在大致所有的、以四角錐為基本的紋理構(gòu)造的凹凸部P的谷部的 底部之間的間隙，形成微細(xì)的寬度的平坦部F，換言之，可知大部分的紋理的谷部的4邊被 細(xì)的平坦部包圍。此處，平坦部F是用粗線表示的區(qū)域。另外，根據(jù)圖3能夠確認(rèn)，通過在η 型單晶硅基板（硅基板）1的谷部形成平坦部F，凹部角度被廣角化為115?135°，并且， 未形成原子臺階狀的形狀變化。另外，此處，M是觀察用的保護(hù)膜。
[0058] 接下來，說明本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的制造方法。圖4是說 明本發(fā)明的實施方式1的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于形成具有紋理構(gòu)造的η 型單晶硅基板的紋理形成工序的步驟的流程圖。圖5-1?圖5-4是說明本發(fā)明的實施方式 1的晶體系硅太陽能電池的制造方法中的用于形成具有紋理構(gòu)造的η型單晶硅基板的紋理 形成工序的步驟的工序截面圖。圖6-1?圖6-5是示出使用了具有該紋理構(gòu)造的η型單晶 娃基板的晶體系娃太陽能電池的制造工序的工序截面圖。
[0059] 在本實施方式的太陽能電池的制造方法中，不形成抗蝕刻膜，而直接在第一導(dǎo)電 類型的晶體系硅基板的（100)表面實施蝕刻，形成在（100)表面重疊地配置了金字塔狀的 凸部的紋理。即，其特征在于，形成紋理構(gòu)造的工序包括：第一工序（步驟S30)，對硅基板 的表面實施各向異性蝕刻，形成多個金字塔型的凹凸部；第二工序（步驟S40)，實施各向同 性蝕刻，對金字塔型的凹凸部的角部附加倒角；以及第三工序（步驟S50)，接下來實施各向 異性蝕刻，在所述金字塔型的凹凸部的谷部形成平坦部。
[0060] 首先，作為基板，準(zhǔn)備主面的晶面取向（crystal face orientation)為（100)的η 型單晶硅基板I (圖5-1)。η型單晶硅基板1是從摻雜成期望的濃度的η型的單晶硅錠用 多線鋸切片而得到的。
[0061] 接下來，對η型單晶硅基板1的受光面?zhèn)鹊谋砻鎸嵤└飨虍愋晕g刻。在該各向異 性蝕刻中，例如，將包含適量的有機(jī)物的堿性溶液供給到η型單晶硅基板1的表面。作為堿 性溶液，使用例如氫氧化鈉（NaOH)水溶液、氫氧化鉀（KOH)水溶液等。這些水溶液的濃度 根據(jù)添加的有機(jī)物的種類而適當(dāng)?shù)刈兏?，而例如堿濃度優(yōu)選為1重量％以上且10重量％以 下，作為有機(jī)物，也可以使用例如異丙醇（IPA)等醇、有機(jī)磺酸、有機(jī)酯等，也可以添加界面 活性劑、醚等。另外，蝕刻時的這些水溶液的溫度優(yōu)選為70°C以上且90°C以下。蝕刻時間 優(yōu)選為20?40分鐘。通過添加磺酸，能夠?qū)崿F(xiàn)表面的平滑化。
[0062] 如果通過堿性水溶液對η型單晶硅基板1的表面進(jìn)行各向異性蝕刻，則在蝕刻速 度快的（100)面等中蝕刻進(jìn)展，如果形成僅由蝕刻速度極其慢的（111)面構(gòu)成的凹凸部Ρ， 則蝕刻的進(jìn)展變慢。這樣，形成金字塔型的凹凸部P(步驟S30、圖5-2)。圖5-2示出形成 了具有晶面取向為（111)的斜面的金字塔型的凹凸部P的狀態(tài)。
[0063] 該金字塔型的凹凸部P具有晶面取向為（111)的斜面。金字塔型的凹凸部P是在 將η型單晶硅基板1的受光面設(shè)為上側(cè)時形成四角錐形狀的突出部的結(jié)構(gòu)，俯視時成為正 方形形狀，也被稱為金字塔型構(gòu)造。各金字塔型的凹凸部P是4個斜面交叉而形成的，其底 部形成凹部形狀的最深部Ε。
[0064] 像這樣，如圖5-2所示，進(jìn)行表面加工，以使得在η型單晶硅基板1的表面具有由 被稱為紋理的大致（111)面形成的金字塔狀的凹凸部Ρ。圖7示出此時的經(jīng)凹凸加工的η 型單晶硅基板1的平面影像圖，圖8示出紋理谷部的TEM像。此時，由（111)面構(gòu)成70? 85°的陡峭的截面V字狀的槽。在蝕刻中，也可以攪拌蝕刻溶液。另外，在該例子中，在η 型單晶硅基板1的受光面?zhèn)纫约氨趁鎮(zhèn)冗@兩面形成了凹凸部Ρ，但也可以僅在受光面?zhèn)刃?成凹凸部Ρ。另外，還有根據(jù)紋理，形成被稱為逆金字塔構(gòu)造的凹凸部P的方法，本實施方 式的方法對于帶逆金字塔構(gòu)造的紋理的基板也是有效的。另一方面，也可以在形成凹凸部 P之前，為了抑制蝕刻不均，實施基板的收納清洗（initial cleaning)。進(jìn)而，也可以實施 用使用了酸性或者堿性溶液的濕法蝕刻來去除切片時的基板表面的損傷層的工序。另外， 在損傷層去除工序之后，期望為了提高性能而實施基板內(nèi)雜質(zhì)的吸氣處理。作為吸氣處理， 使用磷擴(kuò)散處理等。
[0065] 接下來，如圖5-3 (步驟S40)所示，對形成有凹凸部P的η型單晶硅基板1實施各 向同性蝕刻，在谷部形成倒角。圖9示出此時的紋理谷部的TEM像。平面影像圖與圖2-2 相同。作為各向同性蝕刻溶液，能夠使用氫氟酸（HF)和硝酸（HNO3)的混合液、或者氫氟酸 (HF)、硝酸（HNO3)以及醋酸（CH3COOH)的混合液等。由于通過調(diào)整濃度或者處理時間，能夠 控制谷部倒角形狀，所以對濃度或者處理時間的條件不作限定。在將例如氫氟酸（HF)和硝 酸（HNO 3)以1 :10?I :100的比例混合的水溶液中，將形成有所述凹凸部P的η型單晶硅 基板1浸漬10秒?5分鐘為好。在蝕刻中，也可以攪拌蝕刻溶液。另外，各向同性蝕刻不 限于濕法蝕刻，還能夠通過干法蝕刻進(jìn)行。
[0066] 進(jìn)而，對形成有谷部被倒角了的凹凸部P的η型單晶硅基板1，實施短時間的各向 異性蝕刻處理，在谷部形成平坦部F (步驟S50)。像這樣，得到如圖5-4所示形成有在谷部 具有平坦部F的凹凸部P的η型單晶硅基板1。
[0067] 在本實施方式中，新發(fā)現(xiàn)如下這樣的現(xiàn)象：通過進(jìn)行堿性蝕刻，倒角了的谷部成為 平坦形狀。作為各向異性蝕刻溶液，期望使用氫氧化鈉（NaOH)以及氫氧化鉀（KOH)等堿金 屬氫氧化物的水溶液、碳酸鈉（Na2CO3)以及碳酸鉀（K2CO 3)等堿金屬碳酸鹽的水溶液。例 如，在常溫的0. 1?15wt%的氫氧化鈉（NaOH)水溶液中，將帶有谷部被倒角了的凹凸部的 η型單晶硅基板1浸漬5?60秒。在蝕刻中，也可以攪拌蝕刻溶液。由此，蝕刻的進(jìn)展變得 均勻。
[0068] 像這樣，在形成了在谷部具有平坦部F的凹凸部P之后，如圖6-1所示，在η型單 晶硅基板1的單面，使用化學(xué)氣相生長（CVD)法，依次形成i型非晶硅層2a、ρ型非晶硅層 3。i型非晶硅層2a、p型非晶硅層3各自的膜厚是5nm。在本實施方式中，將膜厚設(shè)為5nm， 但根據(jù)層的形成條件，也可以是3nm以上且IOnm以下的范圍的膜厚。作為CVD，優(yōu)選使用等 離子體CVD、熱CVD法等。為了針對作為光電變換層的η型單晶硅基板1產(chǎn)生充分的內(nèi)置 電場，P型非晶硅層3的帶隙、活性化能量分別需要I. 7eV以上、0. 4eV以下。另外，也可以 代替i型非晶硅層2a，而使用i型非晶質(zhì)碳化硅層、i型非晶質(zhì)氧化硅層或者層疊了它們的 多層膜。另外，也可以代替P型非晶硅層4而使用ρ型非晶質(zhì)碳化硅層、ρ型非晶質(zhì)氧化硅 層、P型微晶硅層或者層疊了它們的多層膜等。
[0069] 由此，由（111)面構(gòu)成了70?85°的陡峭的截面V字狀的槽的凹凸部P的底部通 過構(gòu)成平坦部F而能夠廣角化為115?135°。因此，相比于使槽的底部倒角了的基板，能 夠?qū)ⅲ?00)面降低10?20%。
[0070] 這樣，在η型單晶硅基板1的單面形成了 i型非晶硅層2a、ρ型非晶硅層3之后， 如圖6-2所示，在η型單晶硅基板1的受光面的相反側(cè)，使用化學(xué)氣相生長（CVD)法，依次形 成i型非晶硅層2b、n型非晶硅層4。i型非晶硅層2b、n型非晶硅層4各自的膜厚是5nm。 在本實施方式中，將膜厚設(shè)為5nm，但根據(jù)層的形成條件，也可以是3nm以上且20nm以下的 范圍的膜厚。作為CVD，優(yōu)選使用等離子體CVD、熱CVD法等。為了針對作為光電變換層的η 型單晶硅基板1產(chǎn)生充分的內(nèi)置電場，η型非晶硅層4的帶隙、活化能量分別需要I. 7eV以 上、0. 3eV以下。另外，也可以代替i型非晶硅層2b而使用i型非晶質(zhì)碳化硅層、i型非晶 質(zhì)氧化硅層或者將它們層疊而成的多層膜。另外，也可以代替η型非晶硅層4而使用η型 非晶質(zhì)碳化硅層、η型非晶質(zhì)氧化硅層、η型微晶硅層或者將它們層疊而成的多層膜等。
[0071] 也可以在η型單晶硅基板1的單面形成了 i型非晶硅層2b、n型非晶硅層4之后， 為了降低i型非晶硅層和η型單晶硅基板1的界面缺陷，在惰性氣體或者用惰性氣體稀釋 了的氫氣中，實施熱退火處理。期望退火溫度為200°C以下。
[0072] 在熱退火處理之后，如圖6-3所示，在p型非晶硅層3、η型非晶硅層4上，用濺射 法或者蒸鍍法形成透光性電極5a、5b。關(guān)于透光性電極5a、5b的膜厚，根據(jù)降低反射率的觀 點，期望為約7〇nm。作為透光性電極材料，使用氧化銦錫（IT0:Indium Tin Oxide)、或者氧 化銦（In2O3 :Indium Oxide)等透光性導(dǎo)電膜（TCO:Transparent Conductive Oxide)。另 夕卜，期望透光性電極5a、5b的電阻率低，但如果承擔(dān)導(dǎo)電性的載流子密度高，則光吸收率會 增加。因此，用作透光性電極5a、5b的材料必須是高移動度。為了以70nm的膜厚達(dá)到充分 低的電阻率，期望移動度為lOOcmVVs以上。另外，作為下層側(cè)的透光性電極材料，也可以 使用添加了錯（Al)、鎵（Ga)等的氧化鋅（ZnO :Zinc Oxide)。
[0073] 在η型非晶硅層4上形成了透光性電極5b之后，如圖6-4所示，在透光性電極5b 上用濺射法或者蒸鍍法形成由Ag構(gòu)成的背面電極7。背面電極7的膜厚是約300nm，作為 材料使用Ag。也可以不是形成背面電極7,而是在透光性電極5b上用絲網(wǎng)印刷法或者電鍍 法等形成由Ag構(gòu)成的集電極。關(guān)于背面電極7的材料，期望具有高反射率以及導(dǎo)電性，也 可以代替Ag而使用鋁（Al)、金（Au)、銅（Cu)等。
[0074] 在p型非晶硅層3上形成了透光性電極5a之后，如圖6-5所示，在透光性電極5a 上用絲網(wǎng)印刷法形成由Ag構(gòu)成的集電極6。另外，關(guān)于構(gòu)成集電極6的柵格電極（grid electrode)的寬度，為了抑制遮光，越窄越好，但電阻會增加。因此，關(guān)于柵格電極，期望寬 度窄，且膜厚大。在本實施方式中，將寬度設(shè)為50μπι，將膜厚設(shè)為60μπι。另外，除了絲網(wǎng) 印刷以外，還可以用電鍍法等來形成集電極6。在印刷了集電極6之后，在200°C以下進(jìn)行 燒制。關(guān)于這樣形成的晶體系硅太陽能電池的凹凸構(gòu)造的谷部形狀，通過TEM觀察確認(rèn)到： 從圖8所示的比較例1的晶體系硅太陽能電池 Ref-I以及圖9所示的比較例2的晶體系硅 太陽能電池 Ref-II的形狀，變成具有圖3所示那樣的平坦部F的形狀。
[0075] 接下來，表1示出準(zhǔn)備根據(jù)上述方法制造的晶體系硅太陽能電池、比較例1的晶體 系硅太陽能電池 Ref-I和比較例2的晶體系硅太陽能電池 Ref-II，測定太陽能電池特性的 結(jié)果，其中比較例1的晶體系硅太陽能電池 Ref-I是在η型單晶硅基板1僅形成金字塔狀 的凹凸且按照與本實施方式的太陽能電池相同的條件制作的，比較例2的晶體系硅太陽能 電池 Ref-II是在η型單晶硅基板1形成谷部被倒角了的凹凸部P且按照與本發(fā)明相同的 條件制作的。
[0076] [表 1]
[0077]

【權(quán)利要求】
1. 一種晶體系太陽能電池，在第一導(dǎo)電類型的晶體系硅基板的表面形成有第二導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體層，其中在該第一導(dǎo)電類型的晶體系硅基板的表面形成有大量金字塔狀的凹凸 部，該太陽能電池的特征在于， 在所述晶體系硅基板的表面設(shè)置的金字塔狀的凹凸部的谷部具有平坦部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于， 所述金字塔狀的凹凸部是在第一導(dǎo)電類型的晶體系硅基板的（100)表面重疊地配置 金字塔狀的凸部而構(gòu)成的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于， 所述金字塔狀的凹凸部是規(guī)則地排列逆金字塔狀的凹部而構(gòu)成的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任意一項所述的太陽能電池，其特征在于， 所述晶體系硅基板是單晶硅基板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層是非晶質(zhì)或者微晶半導(dǎo)體層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中的任意一項所述的太陽能電池，其特征在于， 所述凹凸部的谷部的平坦部的一邊為600nm以下。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層是通過CVD法形成的非晶質(zhì)或者微晶半導(dǎo)體層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池，其特征在于， 所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層是通過雜質(zhì)擴(kuò)散形成的， 在所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的表面形成了電介體層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其特征在于， 所述電介體層由氮化硅、氧化硅、或氧化鋁中的某一個、或者包含至少一個的材料構(gòu) 成。
10. -種太陽能電池的制造方法，包括： 在第一導(dǎo)電類型的晶體硅系基板表面形成紋理構(gòu)造的工序；以及 在所述晶體系硅基板表面形成第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的工序， 其特征在于， 形成所述紋理構(gòu)造的工序包括： 第一工序，實施各向異性蝕刻，形成所述金字塔型的凹凸部； 第二工序，實施各向同性蝕刻，對所述金字塔型的凹凸部的角部附加倒角；以及 第三工序，實施各向異性蝕刻，在所述金字塔型的凹凸部的谷部形成平坦部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 形成所述紋理構(gòu)造的工序是 不形成抗蝕刻膜，而直接對第一導(dǎo)電類型的晶體系硅基板的（100)表面實施蝕刻，形 成重疊地配置了金字塔狀的凸部的凹凸部的工序。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 形成所述紋理構(gòu)造的工序包括： 在所述晶體系硅基板的表面，形成具有以一定間隔規(guī)則地排列的開口部的抗蝕刻膜的 工序； 第一工序，將所述抗蝕刻膜作為掩模，實施各向異性蝕刻，形成多個逆金字塔型的凹凸 部； 第二工序，實施各向同性蝕刻，對逆金字塔型的凹凸部的角部附加倒角；以及 第三工序，實施各向異性蝕刻，在所述逆金字塔型的凹凸部的谷部形成平坦部。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10?12中的任意一項所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 所述晶體硅系基板是單晶硅基板。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10?13中的任意一項所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 形成所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的工序是在具有所述紋理構(gòu)造的基板表面形成非 晶質(zhì)或者微晶半導(dǎo)體層的工序。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10?14中的任意一項所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 所述第三工序是進(jìn)行各向異性蝕刻以使所述凹凸部的谷部的平坦部的一邊成為600nm 以下的工序。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 所述第二工序是將至少包含氫氟酸和硝酸的混合溶液用作蝕刻液的蝕刻工序， 所述第三工序是將堿性水溶液用作蝕刻液的蝕刻工序。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 形成所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的工序是通過CVD法形成非晶質(zhì)或者微晶半導(dǎo)體 層的工序。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 形成所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的工序是雜質(zhì)擴(kuò)散工序， 還包括在所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層的表面形成電介體層的工序。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于， 形成所述電介體層的工序是包括CVD工序，形成由窒化硅、氧化硅、或氧化鋁中的某一 個、或者包含至少一個的材料構(gòu)成的膜的工序。
【文檔編號】H01L31/074GK104350607SQ201280073884
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】西山綾, 渕上宏幸, 時岡秀忠 申請人:三菱電機(jī)株式會社