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CN107078177A - 太阳能电池元件 - Google Patents

太阳能电池元件 Download PDF

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CN107078177A
CN107078177A CN201580048834.2A CN201580048834A CN107078177A CN 107078177 A CN107078177 A CN 107078177A CN 201580048834 A CN201580048834 A CN 201580048834A CN 107078177 A CN107078177 A CN 107078177A
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CN
China
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silicon substrate
electrode
aluminum
silicon
passivation layer
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Application number
CN201580048834.2A
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English (en)
Inventor
松岛德彦
手岛良太
井藤刚
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

本发明的太阳能电池元件具备：硅基板(1)，在一主面具有多个凹陷部(11)；钝化层(9)，配置在硅基板(1)的所述一主面上，在与凹陷部(11)对应的部位具有孔部(91)；第1导体部(13)，配置于钝化层(9)的孔部(91)；电极，配置在钝化层(9)上，与第1导体部(13)连接，且含有铝；第2导体部(14)，配置在硅基板(1)的凹陷部(11)内，并且分别与硅基板(1)及第1导体部(13)连接，且含有铝和硅；以及空隙部(12)，位于硅基板(1)的凹陷部(11)内，且未配置第2导体部(14)。

Description

太阳能电池元件
技术领域
本发明涉及太阳能电池元件。
背景技术
作为太阳能电池元件的构造之一，已知PERC(Passivated Emitter and RearCell)构造(例如参照JP特开2005-150609号公报)。该太阳能电池元件在硅基板上配置了钝化层。在钝化层设置有放入由铝构成的电极材料的孔部。因此，通过烧固配置在钝化层上的导电性膏，从而不仅在钝化层上形成电极，在上述孔部内也形成电极。
在烧固导电性膏来形成电极时，在烧固温度下硅向铝中的扩散速度大于铝向硅中的扩散速度。因此，容易在硅基板与电极的接触面形成空隙(void)。
因此，提出了通过使用添加了铝-硅合金粉末和硅粉末的导电性膏，由铝-硅合金填充上述空隙的太阳能电池元件(例如，参照JP特开2013-143499号公报)。
发明内容
发明要解决的课题
但是，在由铝-硅合金填充空隙的情况下，由于铝-硅合金和硅基板的热膨胀率不同，容易在铝-硅合金与硅基板的边界部分产生应力集中。因此，硅基板上会产生裂缝，可能会产生太阳能电池元件的输出降低。
本发明的一个目的是，提供一种维持光电转换效率的同时可靠性出色的太阳能电池元件。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的一方式涉及的太阳能电池元件具备：硅基板，在一主面具有多个凹陷部；钝化层，配置在该硅基板的所述一主面上，且在与所述凹陷部对应的部位具有孔部；第1导体部，配置于该钝化层的所述孔部；电极，配置在所述钝化层上，与所述第1导体部连接，且含有铝；第2导体部，配置在所述硅基板的所述凹陷部内，并且分别与所述硅基板以及所述第1导体部连接，且含有铝以及硅；以及空隙部，位于所述硅基板的所述凹陷部内，且未配置所述第2导体部。
发明效果
根据上述结构的太阳能电池元件，能够维持光电转换效率且可靠性出色。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式涉及的太阳能电池元件的第1主面侧的外观的俯视图。
图2是表示本发明的一实施方式涉及的太阳能电池元件的第2主面侧的外观的俯视图。
图3是图1以及图2的III-III线的点划线部分处的剖视图。
图4是将与图3的IV部相当的部位放大表示的放大剖视图。
图5是表示与图4不同的方式的放大剖视图。
图6是表示与图4不同的方式的放大剖视图。
图7是表示与图4不同的方式的放大剖视图。
图8(a)～(e)分别是表示本发明的一实施方式涉及的太阳能电池元件的制造方法的部分剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明涉及的太阳能电池元件的实施方式。另外，附图是示意性表示。
<太阳能电池元件的结构>
图1～3示出了本实施方式的太阳能电池元件10。太阳能电池元件10具有：光主要入射的受光面(表面)、即第1主面10a；和位于该第1主面10a的相反侧的主面(背面)、即第2主面10b。
如图3所示，硅基板1具有：第1主面1a；和位于该第1主面的相反侧的第2主面1b。此外，硅基板1具有：作为一导电型(例如p型)半导体区域的第1半导体层2；和设置于第1半导体层2的第1主面1a侧的作为相反导电型(例如n型)半导体区域的第2半导体层3。此外，硅基板1在该第2主面1b具有多个凹陷部11，在该凹陷部11内配置作为BSF(Back SurfaceField：背表明场)层的第3半导体层4。进一步地，太阳能电池元件10在硅基板1的第1主面1a侧具备反射防止层5以及表面电极6，在第2主面1b侧具备背面电极7以及钝化层9。
以下，说明使用p型硅基板作为硅基板1(或者第1半导体层2)的太阳能电池元件的一例。硅基板1能够使用多晶或者单晶的基板。此外，硅基板1能够使用例如厚度在250μm以下的基板，进一步能够使用厚度在150μm以下的薄基板。并不特别限定硅基板1的形状。在将第1半导体层2设为p型的情况下，使硅基板1含有硼或镓等杂质作为掺杂元素。
第2半导体层3例如层叠在第1半导体层2的第1主面1a侧。此外，第2半导体层3是与第1半导体层2相反的导电型(本实施方式中n型)的半导体层。在第1半导体层2与第2半导体层3之间形成pn结部。第2半导体层3能够使硅基板1的第1主面1a侧含有磷等杂质作为掺杂元素。
如图3所示，可以在硅基板1的第1主面1a侧设置用于降低所照射的光的反射率的微细的凹凸构造(纹理)。纹理的凸部的高度是0.1～10μm程度，相邻的凸部的顶部间的距离是0.1～20μm程度。另外，所谓上述凸部的高度是指，例如在图3中是以下距离：以通过凹部的底面的直线为基准线，在与该基准线垂直的方向上从基准线到凸部的顶为止的距离。纹理的凹部可以是大致球面状，凸部可以是金字塔形状。
反射防止层5降低照射至太阳能电池元件10的第1主面10a的光的反射率。反射防止层5例如由氧化硅、氧化铝或氮化硅层等绝缘膜、或者它们的层叠膜构成。反射防止层5适当采用具有以下折射率以及厚度的层即可，即，能够针对太阳光当中可被硅基板1吸收并为发电作贡献的波长范围的光实现低反射条件的折射率以及厚度。例如，能够将反射防止层5的折射率设为1.8～2.5程度，将其厚度设为20～120nm程度。
第3半导体层4配置在硅基板1的第2主面1b侧，且具有与第1半导体层2相同的导电型(本实施方式中是p型)。并且，第3半导体层4所含有的掺杂物的浓度高于第1半导体层2所含有的掺杂物的浓度。在第3半导体层4中，掺杂元素以比第1半导体层2的掺杂元素的浓度高的浓度存在。第3半导体层4在硅基板1的第2主面1b侧形成内部电场。由此，第3半导体层4就很难在硅基板1的第2主面1b的表面附近产生少数载流子的再结合引起的光电转换效率的降低。第3半导体层4例如能够通过使硼或者铝等掺杂元素扩散到硅基板1的第2主面1b侧来形成。第1半导体层2以及第3半导体层4所含有的掺杂元素的浓度可分别设为5×1015～1×1017atoms/cm3、1×1018～5×1021atoms/cm3。
表面电极6是设置在硅基板1的第1主面1a侧的电极。如图1所示，表面电极6具有：多条(例如，图1中为3条)在Y轴方向上延伸的直线状的表面第1电极6a；和在与表面第1电极6a正交的方向(X轴方向)上延伸的多个直线状的表面第2电极6b。表面第1电极6a是用于在硅基板1的第1主面1a将通过光电转换得到的电输出到太阳能电池元件10的外部的电极。表面第1电极6a例如具有1～3mm程度的宽度。表面第1电极6a的至少一部分与表面第2电极6b电连接。表面第2电极6b是用于在硅基板1的第1主面1a从硅基板1收集电的电极。表面第2电极6b例如具有50～200μm程度的宽度。此外，相互隔着1～3mm程度的间隔来设置相邻的表面第2电极6b。这样，表面第2电极6b的宽度比表面第1电极6a的宽度小。表面电极6的厚度是10～40μm程度。表面电极6例如能够在利用丝网印刷等将以银为主成分的第1银膏涂敷成期望的形状后，进行烧固来形成。另外，在本实施方式中，所谓主成分表示所含比率相对整体成分在50％以上，以下也相同。另外，可以在硅基板1的周缘部，设置具有与表面第2电极6b相同的宽度的线状的表面第3电极6c，由此将表面第2电极6b彼此电连接。
背面电极7配置在硅基板1的第2主面1b侧。如图2所示，背面电极7具有：在Y轴方向上不连续地配置成直线状的背面第1电极7a；和配置在硅基板1的第2主面1b侧的大致整个面的背面第2电极7b。
背面第1电极7a是用于在硅基板1的第2主面1b将通过光电转换得到的电输出到太阳能电池元件10的外部的电极。背面第1电极7a的厚度是10～30μm程度，其宽度是1～7mm程度。此外，背面第1电极7a作为主成分而含有银。该背面第1电极7a例如能够通过丝网印刷等将以银为主成分的第2银膏涂敷成期望的形状后，进行烧固来形成。
背面第2电极7b是用于在硅基板1的第2主面1b从硅基板1收集通过光电转换得到的电的电极，被设置成与背面第1电极7a电连接。只要背面第1电极7a的至少一部分与背面第2电极7b连接即可。此外，背面第2电极7b的厚度是15～50μm程度。背面第2电极7b例如形成在硅基板1的第2主面1b的、除了形成有背面第1电极7a的区域的一部分的大致整个面上。此外，背面第2电极7b通过后述的第1导体部13而与硅基板1电连接，该第1导体部13位于后述的贯通钝化层9的一部分的孔部91中。另外，背面第2电极7b例如可以是多条直线状。在该情况下，背面第2电极7b在其短边方向上例如具有100～500μm程度的宽度，且相互隔着1～3mm程度的间隔而设置多个。
此外，背面第2电极7b作为主成分而含有铝。这样的背面第2电极7b例如能够在将以铝为主成分的铝膏涂敷成期望的形状以及厚度后，在规定的温度分布下进行烧固来形成。
钝化层9配置在硅基板1的第2主面1b。钝化层9在其与硅基板1的界面处降低成为少数载流子的再结合的原因的缺陷能级(defect level)。钝化层9例如由氧化硅、氧化铝或氮化硅层等绝缘膜、或者它们的层叠膜构成。钝化层9的厚度是10～200nm程度。
若第1半导体层2是p型层，则适于使用由ALD(Atomic Layer Deposition)法形成的氧化铝等具有负的固定电荷的材料来作为钝化层9。在该情况下，由于因电场效应而使作为少数载流子的电子远离了硅基板1与钝化层9的界面，因此界面处的少数载流子的再结合得以降低。同样的理由，若第1半导体层2是n型层，则使用由PECVD(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition)法形成的氮化硅等具有正的固定电荷的膜即可。
为了利用背面第2电极7b从硅基板1收集电，需要通过将钝化层9的一部分区域贯通的孔部91来电连接背面第2电极7b和硅基板1。因此，在针对形成于硅基板1的第2主面1b的钝化层9，例如利用激光照射或者蚀刻等方法形成贯通钝化层9的孔部91之后，形成背面第2电极7b即可。这样的孔部91的形状可以是不连续的点状(虚线状)，也可以是连续的实线状。孔部91(第1孔部91a)的直径(或者宽度)是10～150μm程度，间距是0.05～2mm程度即可。
在本实施方式中，钝化层9只要配置在硅基板1的至少第2主面1b上即可。但是，钝化层9也可以还配置在第1主面1a以及硅基板1的侧面。
如图4～7所示，孔部91位于与硅基板1的凹陷部11对应的部位。
在硅基板1的凹陷部11与具有孔部91的钝化层9之间，配置有空隙部12和含有铝和硅的第2导体部14。该第2导体部14分别与硅基板1及第1导体部13连接。此外，优选将第2导体部14设置在凹陷部11的壁面与钝化层9之间，与硅基板1以及钝化层9这两者都接触。
空隙部12位于硅基板1的凹陷部11内，且位于未配置第2导体部14的部位。空隙部12也可以还配置在凹陷部11的底部11b。
凹陷部11、空隙部12以及第2导体部14都与背面第2电极7b的形成同时地形成即可。但是，凹陷部11的一部分也可以另行通过激光器等来形成。如前所述，背面第2电极7b在以期望的形状及厚度涂敷铝膏之后，在规定的温度分布下进行烧固来形成。涂敷的铝膏经由作为形成于钝化层9的接触孔的孔部91，与硅基板1相连。在具有铝的熔点以上的最高温度的规定的温度分布下，对铝膏进行烧固，由此形成含铝的背面第2电极7b。另外，在铝膏中的铝与硅基板1之间产生相互扩散。此时，形成第3半导体层4和含有铝及硅的第2导体部14，其中，第3半导体层4是在硅基板1中铝以比第1半导体层2更高的浓度扩散而形成。在此，铝-硅合金的共晶点比铝及硅的熔点低。因此，铝-硅合金在铝膏的烧固中一旦熔化后会再次固化。在该情况下，硅向铝的扩散量比铝向硅的扩散量大。根据这样的扩散量的不同，在硅基板1的表面形成凹陷部11，在硅基板1与钝化层9之间形成空隙部12。然后，铝-硅合金在与硅基板1以及钝化层9这两者都接触的状态下固化，形成第2导体部14。
例如，如图4所示，在硅基板1以及背面电极7的厚度方向上，在钝化层9的硅基板1侧(图4中的上侧)形成第2导体部14。然后，在第2导体部14的旁边形成空隙部12。另外，孔部91附近的背面第2电极7b形成不仅含有铝而且还含有从硅基板1扩散的硅的第1导体部13。
这样，通过使第2导体部14与硅基板1及钝化层9这两者都接触，从而在硅基板1与背面第2电极7b之间得到良好的电接触。由此，能够提供光电转换效率高的太阳能电池元件。这是因为，通过钝化层9与熔融的铝-硅合金相连，从而钝化层9的绝缘电阻降低。或者认为是因为，通过配置于钝化层9的孔部91中的第1导体部13，在第2导体部14与背面第2电极7b之间实现了电导通。
并且，在本实施方式的太阳能电池元件10中，凹陷部11内的区域并没有被第2导体部14完全填充，空隙部12位于第2导体部14以外的区域。因此，即使在恶劣的环境的温度变化下，也能够减轻因第2导体部14和硅基板1的热膨胀率不同而产生的应力集中。由此，很难在硅基板1产生微小裂缝等裂缝，因而能够提供长期可靠性出色的太阳能电池元件10。
凹陷部11在钝化层9侧具有开口部11a。通常，凹陷部11的开口部的尺寸(开口部面积或者剖面中的最大开口长度)大于钝化层9的孔部91(第1孔部91a)的尺寸(开口部面积或者剖面中的最大开口长度)，但是相反也可以是小于的关系。例如，凹陷部11的开口部11a的直径(或者宽度)是5～200μm程度，孔部91(第1孔部91a)的直径(或者宽度)是10～150μm程度。但是，在开口部11a的尺寸大于孔部91的尺寸的情况下，由于能够在凹陷部11与钝化层9之间形成具有用于使空隙部12和第2导体部14共存的足够体积的空间，所以是优选的。另外，关于上述开口部面积以及最大开口长度，例如能够在去除背面电极7和钝化层9、或者背面电极7之后，利用光学显微镜或者电子显微镜观察凹陷部11的开口部11a或者孔部91，这样来测定。或者，能够在对该部位取样后，树脂包埋厚进行适当的剖面研磨，利用光学显微镜或者电子显微镜进行观察，这样来测定。
此外，在凹陷部11与钝化层9之间，若第2导体部14的体积比空隙部12的体积小，则能够进一步减轻第2导体部14与硅基板1的边界部分的应力集中。另外，凹陷部11的深度是5～50μm程度。
此外，第2导体部14可以从凹陷部11的开口部11a起至连续存在至钝化层9的孔部91的下部为止。由此，第2导体部14与背面第2电极7b的电接触的路径进一步增加，太阳能电池元件10的可靠性进一步得以提高。
如图4所示，第2导体部14不仅存在于钝化层9的硅基板1侧，还可以是一直到比钝化层9的孔部91的内周更靠内侧都存在。由此，能够使钝化层9以及背面第2电极7b与第2导体部14的连接良好。
此外，如图5所示，孔部91可以包含：在宽广区域内在背面电极7与硅基板1之间得到电连接的第1孔部91a；和比第1孔部91a小的第2孔部91b。第2孔部91b可以是在钝化层9的形成过程中在钝化层9的一部分产生的孔。并且，第1导体部13可以在第1孔部91a内配置主第1导体部13a，在第2孔部91b内配置副第1导体部13b。第2导体部14不与主第1导体部13a直接连接，而是与副第1导体部13b连接。由此，第2导体部14与背面第2电极7b的电接触的路径会增加。另外，第2导体部14优选与主第1导体部13a和副第2导体部13b双方直接连接。第1孔部91a的直径(或者宽度)是10～150μm程度，间距是0.05～2mm程度即可。此外，第2孔部91b的直径(或者宽度)是1～20μm程度即可。
此外，如图6以及图7所示，可以在太阳能电池元件10的第2主面1b侧，在硅基板1以及背面电极7的厚度方向上，从钝化层9的孔部91朝向凹陷部11的底部11b侧，依次配置第2导体部14、空隙部12、第2导体部14以及第3半导体层4。由此，第2导体部14作用下的至背面第2电极7b的导通变得良好，因空隙部12的存在引起的硅基板1(第1半导体层2)与第2导体14的边界部分处的应力集中进一步得到缓解。
此外，凹陷部11的剖面形状可以例如如图4～6所示那样，是凹陷部11的开口部11a和底部11b的横向长度几乎相同的矩形状，也可以如图7所示那样，是从开口部11a起图示横向长度越靠近底部11b越短的梯形状，还可以是圆弧状。若是图7所示的方式，则通过增加第3半导体层4与第2导体14的接触面积，从而能够使第3半导体层4与第2导体14的接触电阻降低，提高光电转换效率。
<太阳能电池元件的制造方法>
接着，详细说明太阳能电池元件10的制造方法的各工序。
图8(a)所示的硅基板1可以是单晶也可以是多晶。用于制作硅基板1的铸块例如可利用CZ法(Czochralski method)或者铸造法等来制造。以下，说明使用p型多晶硅基板作为硅基板1的例子。
首先，例如利用铸造法来制作多晶硅的铸块。铸块的电阻率是1～5Ω·cm程度即可。作为掺杂元素，例如添加硼即可。接着，使用钢丝锯(wire saw)装置等，将铸块切成例如250μm以下的厚度，由此制作硅基板1。然后，清洁硅基板1的切断面的机械损坏层以及污染层。为此，可以利用NaOH、KOH、氢氟酸或者氟硝酸等的水溶液对硅基板1的表面进行极微量的蚀刻。
接着，如图8(b)所示，在硅基板1的第1主面1a形成纹理。作为纹理的形成方法，能够利用使用了NaOH等碱溶液或者氟硝酸等酸溶液的湿法蚀刻方法、或者使用了RIE(Reactive Ion Etching)法等的干法蚀刻方法。
接着，如图8(c)所示，在具有纹理的硅基板1的第1主面1a，形成n型的第2半导体层3。第2半导体层3能够通过将变成膏状的P2O5涂敷到硅基板1的表面并使其热扩散的涂敷热扩散法、或者以变成气体状的POCl3(磷酰氯)为扩散源的气相热扩散法等来形成。该第2半导体层3形成为具有0.1～2μm程度的厚度、40～200Ω/□程度的薄膜电阻值。例如，在气相热扩散法中，在具有由POCl3等构成的扩散气体的气氛中在600～800℃程度的温度下，对硅基板1进行5～30分钟程度的热处理。由此，在硅基板1的表面形成磷硅玻璃(PSG)。然后，在氩或者氮等惰性气体气氛中在800～900℃程度高的温度下，对硅基板1进行10～40分钟程度的热处理。由此，磷从PSG扩散到硅基板1，在硅基板1的第1主面1a侧形成第2半导体层3。
在第2半导体层3的形成工序中，在第2主面1b侧也形成了第2半导体层3的情况下，仅蚀刻去除形成于第2主面1b侧的第2半导体层3。由此，在第2主面1b侧使p型的导电型区域露出。例如，仅将硅基板1的第2主面1b侧浸到氟硝酸溶液中，去除形成于第2主面1b侧的第2半导体层3。然后，蚀刻去除在形成第2半导体层3时附着在硅基板1的第1主面1a侧的PSG。此时，也可以一并去除形成在硅基板1的侧面的第2半导体层3。
此外，在上述第2半导体层3的形成工序中，首先，在第2主面1b侧形成扩散掩模。接着，利用气相热扩散法等来形成第2半导体层3。然后，即使去除扩散掩模，也能够形成具有与上述相同构造的第2半导体层3。在该情况下，如上所述，由于在第2主面1b侧没有形成第2半导体层3，因此不需要进行去除第2主面1b侧的第2半导体层3的工序。
通过以上工序，在第1主面1a侧配置作为n型半导体层的第2半导体层3。并且，能够准备在表面形成了纹理且包含第1半导体层2的多晶硅基板1。
接着，如图8(d)所示，在第1半导体层2的第2主面1b上形成由氧化铝构成的钝化层9。此外，在硅基板1的第1主面1a侧形成由氮化硅膜构成的反射防止层5。
首先，作为钝化层9的形成方法，例如，使用ALD法、PECVD法。此时，可以在包含第1半导体层2的第1主面1a和硅基板1的侧面的整个周围形成钝化层9。
在基于ALD法的钝化层9的形成工序中，首先，在成膜装置的腔内，搭载已形成第2半导体层3的硅基板1。然后，在以100℃～250℃的温度范围对硅基板1进行了加热的状态下，重复多次铝原料的供给、铝原料的排气去除、氧化剂的供给、氧化剂的排气去除这些工序。由此，在硅基板1上形成由氧化铝构成的钝化层9。作为ALD法的铝原料，例如能够使用三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)等。此外，作为氧化剂，例如可以使用水、臭氧气体等。
此外，也可以在形成于第2主面1b的氧化铝上，利用PECVD等方法进一步形成氮化硅、氧化硅等膜。由此，能够形成同时具有氧化铝所具有的界面钝化功能、和氮化硅及氧化硅等所具有的作为保护膜的功能的钝化层9。
在钝化层9中设置用于获得背面电极7与硅基板1的电连接的孔部91。孔部91例如能够通过激光束照射来形成，还能够通过使用图案化的蚀刻掩模来进行蚀刻的方法等来形成。
接着，在硅基板1的第1主面1a侧的第2半导体层3上，形成由氮化硅膜构成的反射防止层5。反射防止层5例如使用PECVD法或者溅射法来形成。若是使用PECVD法的情况，则事先以高于成膜中的温度的温度对硅基板1进行加热。然后，用氮(N2)稀释硅烷(SiH4)和氨(NH3)的混合气体后将其供给到加热后的硅基板1。然后，将反应压力设为50～200Pa，利用辉光放电分解等离子化之后，使得产生反应、堆积，由此能够形成反射防止层5。此时的成膜温度是350～650℃程度。此外，作为辉光放电所需的高频电源的频率，使用10～500kHz的频率。
此外，根据反应室的大小等，适当决定气体流量。例如，优选将气体的流量设为150～6000sccm的范围，且硅烷的流量A与氨的流量B的流量比B/A是0.5～15即可。
接着，如图8(e)所示，通过以下方式形成表面电极6(表面第1电极6a和表面第2电极6b)和背面电极7(背面第1电极7a和背面第2电极7b)。
表面电极6例如使用含有作为主成分而含银的金属粉末、有机载体以及玻璃粉的金属膏(第1银膏)来制作。首先，在硅基板1的第1主面1a涂敷该第1银膏。然后，以最高温度600～850℃烧固数十秒～数十分钟程度，形成表面电极6。作为该涂敷法，可以使用丝网印刷法等。然后，可以在涂敷后，在规定的温度下使溶剂蒸发来进行干燥。另外，表面电极6具有表面第1电极6a和表面第2电极6b，可通过使用丝网印刷，在一道工序内形成表面第1电极6a和表面第2电极6b。
背面第1电极7a使用含有作为主成分而含银的金属粉末、有机载体以及玻璃粉等的金属膏(第2银膏)来制作。作为第2银膏的涂敷法，例如可以使用丝网印刷法等。在涂敷后，可以在规定的温度下，使溶剂蒸发来进行干燥。在烧固炉内，以最高温度为600～850℃的条件，将涂敷了第2银膏的硅基板1烧固数十秒～数十分钟程度。由此，在硅基板1的第2主面1b侧形成背面第1电极7a。
背面第2电极7b使用含有作为主成分而含铝的金属粉末、有机载体以及玻璃粉的金属膏(铝膏)来制作。在第2主面1b上涂敷该铝膏，使得该铝膏与预先涂敷的第2银膏的一部分相接触。此时，也可以在第2主面1b上的未形成背面第1电极7a的部位的几乎整个面涂敷该铝膏。作为该涂敷法，可以使用丝网印刷法等。在涂敷后，可以在规定的温度下，使溶剂蒸发来进行干燥。在烧固炉内，以最高温度为600～850℃的条件，将涂敷了铝膏的硅基板1烧固数十秒～数十分钟程度，从而在硅基板1的第2主面1b侧形成背面第2电极7b。
伴随背面第2电极7b的形成，形成第3半导体层4、凹陷部11、空隙部12、第1导体部13以及第2导体部14。所涂敷的铝膏在形成于钝化层9的作为接触孔的孔部91中与硅基板1的第2主面1b相接。在具有铝的熔点以上的最高温度的规定的温度分布下，对铝膏进行烧固，从而形成包含铝的背面第2电极7b。
第3半导体层4、凹陷部11、空隙部12、第2导体部14的形状及大小能够利用铝膏的组成、印刷条件(涂敷厚度等)来调整。硅向铝的扩散量比铝向硅的扩散量大。因此，在硅基板1的表面与钝化层9的孔部91相对地形成凹陷部11。此时，在扩散时间短且硅向铝的扩散量也相当大的情况下，在凹陷部11内不形成第2导体部14，而仅形成被凹陷部11和钝化层9包围的空隙部12。在本实施方式中，采用在铝膏中添加硅或者铝-硅合金等、减小铝膏的涂敷厚度、或者减小升温时速度等方法。由此，硅就很难从硅基板1扩散到含铝的电极。并且，能够在凹陷部11内形成空隙部12和第2导体部14这两者。进一步地，由于硅很难从硅基板1扩散到含铝的电极，所以能够增加第2导体部14在凹陷部11内所占的区域。
此外，在与凹陷部11钝化层9这两者都接触的状态下形成第2导体部14的理由是，烧固时变成熔化的液体的铝-硅合金在表面张力的影响下容易与凹陷部11及钝化层9这两者接触，并在该状态下固化。因此，在本实施方式中，如图4所示，在硅基板1以及背面电极7的厚度方向上，在钝化层9的硅基板1侧配置第2导体部14。空隙部12从该第2导体部14起位于凹陷部11的底部11b侧。
如图4所示，从凹陷部11的开口部11a至钝化层9的孔部91连续设置第2导体部14。在该情况下，例如，使用相对于铝粉末100质量部包含30～60质量部的80质量％铝-20质量％硅合金的粉末且包含1～3质量部的硅粉末的铝膏。然后，将这样的铝膏例如印刷成平均约为30μm的厚度，在烧固炉内以硅基板1的最高温度为730～800℃、升温时速度具有80℃/秒的区域的条件进行烧固。由此，能够形成图4所示的第2导体部14。
此外，图5所示的第2导体部14仅设置在凹陷部11的壁面与钝化层9之间。在该情况下，例如，使用相对于铝粉末100质量部包含30～50质量部的80质量％铝-20质量％硅合金的粉末且包含1～3质量部的硅粉末的铝膏。然后，将这样的铝膏例如印刷成平均约为40μm的厚度，在烧固炉内以硅基板1的最高温度为800～840℃、升温时速度具有85℃/秒的区域的条件进行烧固。由此，能够形成图5所示的第2导体部14。
此外，图6所示的第2导体部14设置在凹陷部11的整个周围。在该情况下，例如，使用相对于铝粉末100质量部包含70～90质量部的80质量％铝-20质量％硅合金的粉末且包含1～3质量部的硅粉末的铝膏。然后，将这样的铝膏例如印刷成平均约为30μm的厚度，在烧固炉内以硅基板1的最高温度为730～800℃、升温时速度具有80℃/秒的区域的条件进行烧固。由此，能够形成图6所示的第2导体部14。
通过以上的工序，能够制作太阳能电池元件10。
另外，也可以在形成背面第2电极7b后形成背面第1电极7a。此外，背面第1电极7a可以与硅基板1直接接触，也可以在背面第1电极7a与硅基板1之间配置钝化层9。
此外，也可以在涂敷各导电性膏之后同时烧固来形成表面电极6、背面第1电极7a以及背面第2电极7b。由此，能够提高生产性，同时减少硅基板1的热历程，使太阳能电池元件10的输出特性得到提高。
实施例
以下，说明将上述的实施方式具体化的实施例。首先，使用具有p型第1半导体层2的很多硅基板1作为半导体基板。硅基板1是俯视下正方形的一边约为156mm角、厚度约为200μm的多晶硅基板。利用NaOH水溶液来蚀刻这些硅基板1，之后进行清洗。然后，对硅基板1进行以下的处理。
首先，在硅基板1的第1主面1a侧使用RIE法形成纹理。
接着，通过以变成气体状的POCl3(磷酰氯)为扩散源的气相热扩散法，在硅基板1的表面形成PSG，并使磷从PSG扩散。由此，形成薄膜电阻为90Ω/□程度的n型第2半导体层3。另外，利用氟硝酸溶液来去除形成于硅基板1的第2主面1b侧的第2半导体层3，之后利用氢氟酸溶液蚀刻去除PSG。
接着，在硅基板1的第2主面1b侧使用ALD法形成氧化铝，在其上使用等离子CVD法形成具有作为保护膜的功能的氮化硅，从而形成层叠构造的钝化层9。
在此，将硅基板1搭载到成膜装置的腔内，使硅基板1的表面温度维持100～200℃程度。然后，使用TMA作为铝源材料，使用臭氧气体作为氧化剂，形成约30nm厚度的氧化铝。
然后，在硅基板1的第1主面1a上，使用等离子CVD法形成由氮化硅构成的反射防止层5。
接着，通过激光束照射在钝化层9形成多个孔部91。
然后，在第1主面1a侧将银膏涂敷成图1所示的表面电极6的图案，在第2主面1b侧将银膏涂敷成图2所示的背面第1电极7a的图案。此外，在第2主面1b侧，将铝膏涂敷成图2所示的背面第2电极7b的图案。然后，以最高温度为750℃来烧固这些导电性膏。由此，形成第3半导体层4、表面电极6、背面第1电极7a、背面第2电极7b以及第1导体部13，制作出太阳能电池元件10。
在实施例中，关于铝膏，相对于铝粉末100质量部不含玻璃粉末，而是分别包含40质量部的80质量％铝-20质量％硅的合金粉末、2质量部的硅粉末。然后，将铝膏印刷成平均约为30μm的厚度。另外，以升温时速度具有80℃/秒的区域的条件来烧固。由此，制作在图5所示的这样的凹陷部11中具有空隙部12和第2导体部14的太阳能电池元件10。
另一方面，在比较例中，关于铝膏，相对于铝粉末100质量部，分别包含7质量部的玻璃粉末、400质量部的75质量％铝-25质量％硅的合金粉末、33质量部的硅粉末。然后，将铝膏印刷成平均约为30μm的厚度。另外，以升温时速度具有76℃/秒的区域的条件来烧固。由此，制作在凹陷部11未形成空隙部12的太阳能电池元件10。
接着，进行了实施例以及比较例的太阳能电池元件10的初始最大输出(以下，称为Pm)的测定。该测定以JIS C 8913为基准，在AM(Air Mass)1.5以及100mW/cm2的条件下进行。此外，可靠性试验通过制作使用了实施例以及比较例的太阳能电池元件10的太阳能电池模块来进行。将太阳能电池模块投入到温度为125℃、湿度为95％的恒温恒湿试验机内，在150小时后以及450小时后，测定自Pm的输出降低率。关于太阳能电池元件10的Pm，以比较例为100将实施例的测定结果归一化。实施例中的太阳能电池元件10的Pm是平均100。
此外，比较例的太阳能电池模块的输出降低率是150小时3％、450小时10％。相对于此，实施例的太阳能电池模块的输出降低率是150小时2％、450小时5％。根据该结果可知，在实施例中，通过在凹陷部11中形成空隙部12，从而减轻了因硅基板1和第2导电部14的热膨胀率的不同引起的应力向硅基板1的集中。
符号说明
1：硅基板
1a：第1主面
1b：第2主面
2：第1半导体层(p型半导体层)
3：第2半导体层(n型半导体层)
4：第3半导体层(BSF层)
5：反射防止层
6：表面电极
6a：表面第1电极
6b：表面第2电极
6c：表面第3电极
7：背面电极
7a：背面第1电极
7b：背面第2电极
9：钝化层
91：孔部
91a：第1孔部
91b：第2孔部
10：太阳能电池元件
10a：第1主面
10b：第2主面
11：凹陷部
12：空隙部
13：第1导体部
14：第2导体部

Claims (4)

1.一种太阳能电池元件，具备：
硅基板，在一主面具有多个凹陷部；
钝化层，配置在该硅基板的所述一主面上，且在与所述凹陷部对应的部位具有孔部；
第1导体部，配置于该钝化层的所述孔部；
电极，配置在所述钝化层上，与所述第1导体部连接，且含有铝；
第2导体部，配置在所述硅基板的所述凹陷部内，并且分别与所述硅基板及所述第1导体部连接，且含有铝和硅；以及
空隙部，位于所述硅基板的所述凹陷部内，且未配置所述第2导体部。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池元件，其中，
所述空隙部位于所述硅基板的所述凹陷部的底部与所述第2导体部之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池元件，其中，
所述第2导体部还配置在所述硅基板的所述凹陷部的底部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池元件，其中，
在所述硅基板的所述凹陷部内还配置有与所述第2导体部相接的背表面场层。
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