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TW201218401A - Crystalline photovoltaic cell and method of manufacturing crystalline photovoltaic cell - Google Patents

Crystalline photovoltaic cell and method of manufacturing crystalline photovoltaic cell Download PDF

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TW201218401A
TW201218401A TW100132892A TW100132892A TW201218401A TW 201218401 A TW201218401 A TW 201218401A TW 100132892 A TW100132892 A TW 100132892A TW 100132892 A TW100132892 A TW 100132892A TW 201218401 A TW201218401 A TW 201218401A
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TW
Taiwan
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semiconductor layer
crystalline
solar cell
layer
crystalline substrate
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TW100132892A
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English (en)
Inventor
Miwa Tanaka
Makoto Kikuchi
Hiroaki Katagiri
Takashi Komatsu
Yukio Kikuchi
Shuji Osono
Osamu Nishikata
Makiko Takagi
Keisuke Kanazawa
Yosuke Sakao
Shin Asari
Kazuya Saito
Atsushi Ota
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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Description

201218401 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種結晶太陽能電池及其製造方法。 本申請案係基於2010年9月13日於日本提出申請之特願 2010-204734號而主張優先權，且其内容引用於此。 【先前技術】 利用太陽光能量進行發電之太陽能電池係作為化石燃料 之代替技術而受到期待之發電系統。又，太陽能電池亦自 可保全地球環境之觀點而言，具有使其生產量急速增加之 傾向。因此，正在積極開發各種結構•構成之太陽能電 池。其中，結晶矽（Si)系之太陽能電池因其光電轉換效率 等性能及製造成本之優勢性等而最普遍地進行生產。 作為結晶矽系太陽能電池中之光電轉換元件之結構，已 知例如於受光面不具有電極之背觸點結構、及利用單晶石夕 與非晶石夕之異質接面之pin結構等。藉由採用上述各種結 構而實現提昇結晶矽系太陽能電池之轉換效率。 而且’近年來已知一種可藉由改善半導體接面特性而提 昇光電轉換效率之所謂HIT(Heter〇juncti〇n whh intdnsic
Thin-Layer ’薄本質層異質接面）型之太陽能電池。例如專 利文獻1中記載所述，ΗΙΤ型太陽能電池係藉由一導電型 (例如η型）之結晶系結晶性基板與另一導電型（例如ρ型）之 非晶系半導體層而形成半導體接面。於該半導體接面上， 在一導電型之結晶系結晶性基板與另一導電型之非晶系半 導體層之間’實質性插入有本質之非晶系半導體層。 158716.doc 201218401 如此提昇太喊能電池（結晶碎系太陽能電池）之光電轉換 效率為極其重要之主題，且正在日益發展其之研究。 [先行技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1:曰本專利特開2010-34162號公報 [非專利文獻] 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 本發明係鑒·於上述情形考量完成者，其目的在於提供一 種使光電轉換特性進一步提昇之太陽能電池及其製造方 法。 [解決問題之技術手段] 本發明係為解決上述課題達成相關目的而採用以下方 法。即， [1 ]本發明之一態樣之結晶太陽能電池包含··平板狀之結晶 性基板，其包含P型或n型之單晶或多晶矽，且具有光電轉 換功能；第一半導體層，其係配置於上述結晶性基板之受 光面側’且包含非晶或微晶矽；第二半導體層，其係配置 於上述結晶性基板之與上述受光面相反之背面側，且包含 與上述第一半導體層為相反導電型之非晶或微晶矽；及第 一氧化矽層，其係配置於上述結晶性基板與上述第一半導 體層之間、及上述結晶性基板與上述第二半導體層之間中 之一者。 [2]如上述[丨]之結晶太陽能電池，其中亦可在上述結晶性 158716.doc 201218401 基板與上述第一半導體層之間'及上述結晶性基板與上述 第二半導體層之間中之另一者，配置有第二氧化矽層。 [3] 如上述[1]之結晶太陽能電池，其中上述第一氧化矽層 之膜厚可為ίο A〜30 A。 [4] 如上述[丨]之結晶太陽能電池，其中上述結晶性基板之 側面可由第三氧化矽層覆蓋。 [5] 如上述⑴之結晶太陽能電池，其可更包含：透明導電 膜，其配置於上述第一半導體層之上述受光面側及上述第 一半導體層之上述背面側之至少一側；及梳狀電極，其係 配置於上述透明導電膜上。 [6] 如上述[1]之結晶太陽能電池，其中亦可於上述第二半 導體層之上述背面側配置使自上述結晶性基板之上述背面 j穿透之光朝向上述結晶性基板側反射之白色塗膜或反射 層。 [7] 如上述[1 ]之結晶太陽能電池，其中亦可以覆蓋上述第 二半導體層之上述背面側之方式配置背面電極。 [8] 本發明之一態樣之結晶太陽能電池之製造方法係包含具 有光電轉換功能且含有p型或n型之單晶或多晶矽之平板狀 之結晶性基板的結晶太陽能電池之製造方法，且可包括以 下步驟：於上述結晶性基板之受光面側、或與該受光面相 反之背面側形成第一氧化矽層；及於上述受光面側形成包 含非晶或微晶矽之第一半導體層，且於上述背面側形成包 含與上述第一半導體層為相反導電型之非晶或微晶矽之第 一半導體層》 158716.doc
S 201218401 [9] 如上述[8]之結晶太陽能電池之製造方法，其中可以i 〇 Α〜3Ο Α之膜厚形成上述第一氧化石夕層。 [10] 如上述[8]之結晶太陽能電池之製造方法，其中在形成 上述第一氧化石夕層之步驟、與形成上述第一半導體層及上 述第二半導體層之步驟之間，亦可包括以下步驟，即，使 上述第一氧化矽層之表面曝露於包含所需之處理氣體之電 漿中。 [11 ]本發明之一態樣之結晶太陽能電池包含：平板狀之結 晶性基板’其係包含p型或η型之單晶或多晶矽，且具有光 電轉換功能；第一半導體層’其係配置於上述結晶性基板 之受光面側’且包含非晶或微晶矽；第二半導體層，其係 配置於上述結晶性基板之與上述受光面相反之背面側，且 包含與上述第一半導體層為相反導電型之非晶或微晶矽； 及第一碳化矽層’其係配置於上述結晶性基板與上述第一 半導體層之間、及上述結晶性基板與上述第二半導體層之 間中之一者。 [12] 如上述[11]之結晶太陽能電池’其中亦可於上述结晶 性基板與上述第一半導體層之間、及上述結晶性基板與上 述第二半導體層之間中之另一者，配置有第二碳化矽層。 [13] 如上述[U]之結晶太陽能電池，其中上述結晶性基板 之側面可由第三碳化矽層覆蓋。 [14] 如上述[u]之結晶太陽能電池，其可更包含：透明導 電膜，其係配置於上述第一半導體層之上述受光面側及上 述第二半導體層之上述背面側之至少一側；及梳狀電極， 1587I6.doc 201218401 其係配置於上述透明導電膜上。 [15]如上述[11]之結晶太陽能電池，其中亦可於上述第二 半導體層之上述背面側配置使自上述結晶性基板之上述背 面側穿透之光朝向上述結晶性基板側反射之白色塗膜或反 射層。 [16] 如上述[11]之結晶太陽能電池，其中亦可以覆蓋上述 第二半導體層之上述背面側之方式配置背面電極。 [17] 本發明之一態樣之結晶太陽能電池之製造方法係包含 具有光電轉換功能且含有p型或η型之單晶或多晶矽之平板 狀之結晶性基板的結晶太陽能電池之製造方法，且包括以 下步驟：於上述結晶性基板之受光面側、或與該受光面相 反之背面側形成碳化矽層；及於上述受光面側，形成包含 與上述結晶性基板為相反或相同導電型之非晶或微晶矽之 第一半導體層，且於上述背面側形成包含與上述第一半導 體層為相反導電型之非晶或微晶矽之第二半導體層。 [18]如上述[17]之結晶太陽能電池之製造方法其中在形 成上述碳化矽層之步驟、與形成上述第一半導體層及上述 第二半導體層之步驟之間，亦可包括實施以下處理之= 驟，即，使上述碳化石夕層之表面曝露於包含所需 體之電漿中。 & [19]本發明之一態樣之結晶太陽能電池亦可包含：平板狀 之結晶性基板’其係包含ρ型或。型之單晶或多晶石夕，且且 有光電轉換功能，·第一半導體層，其係配置於上述結晶性 基板之受光面m含非晶或微晶⑦；第二半導體層， 158716.doc 201218401 其係配置於上述結晶性基板之與上述受光面相反之背面 側且包3與上述第-半導體層為相反導電型之非晶或微 晶^且包含第-氧化銘層，其係配置於上述結晶性基板 與上述第-半導體層之間、及上述結晶性基板與上述第二 半導體層之間中之一者。 [20] 如上述[19]之結晶太陽能電池，#中可在上述結晶性 基板與上述第一半導體層之間、及上述結晶性基板與上述 第二半導體層之間中之另—者，配置有第二氧化紹層。 [21] 如上述[19]之結晶太陽能電池，以上述結晶性基板 之側面可由第三氧化鋁層覆蓋。 [22] 如上述[19]之結晶太陽能電池，其可更包含··透明導 電膜’其係配置於上述第-半導體層之上述受光面側、及 上述第二半導體層之上述背面側之至少一側；及梳狀電 極’其係配置於上述透明導電膜上。 [23] 如上述[19]之結晶太陽能電池，其中亦可於上述第二 半導體層之上述背面側配置使自上述結晶性基板之上述背 面側穿透之光朝向上述結晶性基板側反射之白色塗膜或反 射層。 [24] 如上述[19]之結晶太陽能電池，其中亦可以覆蓋上述 第二半導體層之上述背面側之方式配置背面電極。 [25] 本發明之一態樣之結晶太陽能電池之製造方法係包含 具有光電轉換功能且含有p型或n型之單晶或多晶矽之平板 狀之結晶性基板的結晶太陽能電池之製造方法，且包括以 下步驟：於上述結晶性基板之受光面側、或與該受光面相 158716.doc 201218401 反之背面側形成氧化紹層；及於上述受光面側形成包含與 上述結晶性基板為相反或相同導電型之非晶或微晶矽之第 一半導體層，且於上述背面侧形成包含與上述第一半導體 層為相反導電型之非晶或微晶矽之第二半導體層。 [26]如上述[25]之結晶太陽能電池之製造方法，其中在形 成上述氧化鋁層之步驟、與形成上述第一半導體層及上述 第二半導體層之步驟之間，可包括實施以下處理之步驟， 即，使上述氧化鋁層之表面曝露於包含所需之處理氣體之 電漿中。 [發明之效果] 根據上述[1]〜[7]中記載之結晶太陽能電池，由於在上述 結晶性基板與上述第一半導體層之間、及上述結晶性基板 與上述第二半導體層之間中之一者配置有第一氧化矽層， 故而穿隧電流流動《藉此，上述結晶性基板與上述第一半 導體層之界面、及上述結晶性基板與上述第二半導體層之 界面中之一界面的界面能態密度減少。因此，上述界面十 之能帶彎曲，產生鈍化效果。根據以上所述，可提供一種 使光電轉換特性提昇之結晶太陽能電池。 又，上述[8]〜[1 〇]中記載之結晶太陽能電池之製造方法 係於結晶性基板之受光面側、或背面側形成第一氧化矽層 之後，形成第一半導體層與第二半導體層，藉此產生上述 鈍化效果。因此’可穩定地製作使光電轉換特性提昇之結 晶太陽能電池。 尤其於上述[10]中記載之結晶太陽能電池之製造方法之 158716.doc
S •10· 201218401
It形時’藉由對第-氧化妙層之表面實施電漿處理而獲得 使光電轉換特性進一步提昇之結晶太陽能電池。 & 又，根據上述[11]〜[16]中記載之結晶太陽能電池，由於 在上述結晶性基板與上述第一半導體層之間、及上述結晶 性基板與上述第二半導體層之間中之一者配置有第一碳化 石夕層’故而穿隨電流流動。藉此，上述結晶性基板與上述 第-半導體層之界面、及上述結晶性基板與上述第二半導 體層之界面中之一界面的界面能態密度減少。因此，上述 界面中之能帶彎曲’產生純化效果。根據以上所述，可提 供一種使光電轉換特性提昇之結晶太陽能電池。 又’上述[17H18]令記载之結晶太陽能電池之製造方法 係於結晶性基板之受光面側、或f面側形成第—碳化石夕層 之後’形成第-半導體層與第二半導體層，藉此取得上述 鈍化效果。因&，可穩定地製作使光電轉換特性提昇之結 晶太陽能電池。 尤其於上述[18]中記載之結晶太陽能電池之製造方法之 情形時’#由對第-碳化矽層之表面實施電漿處理，而獲 得光電轉換特性進一步改善之結晶太陽能電池。 又，根據上述[19]〜[24]中記載之結晶太陽能電池，在上 述結晶性基板與上述第一半導體層之間、或者上述結晶性 基板與上述第二半導體層之間配置有氧化㈣，故而穿随 電流流動。藉此，上述結晶性基板與上述第一半導體層之 界面、及上述結晶性基板與上述第二半導體層之界面中之 -界面的界面能態密度減少。因此，上述界面令之能帶f 158716.doc •11· 201218401 曲，產生鈍化效果。根據以上所述，可提供一種使光電轉 換特性提昇之結晶太陽能電池。 又，上述[25]〜[26]中記載之結晶太陽能電池之製造方法 係於結晶性基板之受光面側、或背面側形成氧化銘層之 後，形成第一半導體層與第二半導體層，藉此產生上述鈍 化效果。由此，可穩定地製作使光電轉換特性提昇之結晶 太陽能電池。 尤其於上述[26]中記載之結晶太陽能電池之製造方法之 情形時，藉由對氧化鋁層之表面實施電漿處理，而獲得光 電轉換特性進一步改善之結晶太陽能電池。 【實施方式】 以下，參照圖式，對本發明之結晶太陽能電池（結晶矽 系太陽能電池）之第一實施形態進行說明。 <第一實施形態> 圖1係示意性表示本發明之結晶太陽能電池之一構成例 的剖面立體圖。 士圖1所示，結晶太陽能電池丨A(丨）係概略性包含結晶性 基板（基體）10、第一氧化矽層（20a)20、第一半導體層u、 第二半導體層12、透明導電膜13、第一電極14、透明導電 膜15、及第二電極16。將結晶太陽能電池ια(ι)之接受光 之側設為受光面1〇[，將與受光面比對向之面（與受光面h 相反之側）設為背面丨β。 結晶性基板10係具有光電轉換功能之半導體基板。作為 結晶性基板10，可使用例如50 μηι〜2〇〇 μηι厚度之包含ρ型 158716.doc
S 201218401 或η型之單晶或多晶矽（si)之平板狀基體。作為此種基體， 可利用自藉由拉晶法而形成之單晶矽之晶錠中切取之晶 圓、或自藉由鑄造技術而形成之多晶矽之晶錠中切取之晶 圓等。 第一氧化石夕層20a係包含氧化碎（si〇x或SiOx : Η，其 ' 中’ 0<x$ 2) ’且以覆蓋結晶性基板1 〇之受光面1 α側之表 面10a及背面1β側之表面i〇b之至少一表面的方式形成。藉 此，第一氧化矽層20a成為配置於結晶性基板1〇與第一半 導體層11之間、及結晶性基板10與第二半導體層12之間中 之一者的構成。 圖1所示之例係表示在結晶性基板丨0與第二半導體層【2 之間配置有氧化矽層20之情形，但本發明並不限定於此， 亦可於結晶性基板1〇與第一半導體層丨丨之間配置第一氧化 矽層20a。 第一氧化矽層20a之厚度並無尤其限定，只要達到穿隧 電流流動程度之厚度即可。具體而言，上述厚度較佳為例 如10〜30 A之範圍。若第一氧化矽層2〇a之厚度小於ι〇 A， 則能帶之彎曲變小，鈍化效果變小而較為欠佳。另一方 ' 面，若第一氧化矽層20a之厚度超過30 A，則穿隧電流降 低，故而光電轉換效率下降。因此，第一氧化矽層2(^之 厚度之較佳範圍為1 〇〜3 〇 A。 包含與結晶性基板1〇為相反或相同導電型之非晶或微晶 矽之第一半導體層11係配置於結晶性基板10之受光面1α 側。 158716.doc -13· 201218401 例如於使用包含η型矽之基體作為結晶性基板1〇之情形 時，第一半導體層丨〗包含p型之非晶矽、p型之微 晶矽（P-gc-Si)、η型之非晶矽（n_a_Si)、及n型之微晶矽 (n-pc-Si)。 包含與第一半導體層11為相反I電型之非晶或微晶石夕之 第一半導體層12係配置於結晶性基板10之背面1 β側。 例如於第一半導體層Ugp型之情形時，第二半導體層 12包含n型之非晶矽（n_a_Si)4n型之微晶矽（n卞cSi)。 透明導電膜13係包含具有透光性（穿透太陽光）之導電材 料’且配置於第一半導體層丨丨之受光面1α側。 作為此種透明導電膜13之構成材料，例如不僅可使用將 氧缺陷控制之氧化辞、氧化錫、氧化銦等導電性氧化物， 而且可使用以氧化辞為主成分之透明導電膜即Αζ〇(掺A1 之 ZnO)、BZO(摻 B之 ZnO)、FZO(摻 F之 ZnO)、GZO(摻 Ga 之ZnO)等；以氧化錫為主成分之透明導電膜即AT〇(摻Sb 之Sn〇2)、FTO(摻F之Sn〇2)等；或者以氧化銦為主成分之 透明導電膜即ITO(摻Sb之ln203)、IFO(摻F之Ιη203)等。 又’作為透明導電膜13之構成材料，亦可使用以可獲得高 遷移率之IGZO(InGaZnO)為主之所謂TAOS(透明非晶氧化 物半導體）。 尤其適宜作為透明導電膜13之構成材料係藉由熱 CVD(Chemical Vapor Deposition ’ 化學氣相沈積）法或 MOCVD(Metallo-organic Chemical Vapor Deposition，金屬 有機化學氣相沈積）法而成膜之Sn02或ZnO系之材料。包含 158716.doc
S 201218401 。亥等材料之透明導電膜13係於其表面形成有稱為絨面之凹 凸。因此，於透明導電膜13之表面容易引起光散射。而 藉由配置於光之入射側或反射側之透明導電膜1 3而使 光徑彎曲，使得通過結晶性基板10之距離變長。因此，載 子生成效率提昇，光電轉換特性進一步提昇。 梳狀第一電極14係形成於上述透明導電膜13之受光面1α 侧。 卞為第電極14之構成材料’可根據結晶太陽能電池 1Α(1)之結構或製程設計而適當選擇導電材料。作為此種 構成材料’例如可以抑制電力損耗為目的而使用鋁、或使 用銀等低電阻材料。 透明導電膜15係配置於第二半導體層12之上述背面ιρ 侧。 作為透明導電膜15之構成材料，可使用例如氧化鋅、氧 化錫、氧化錫銦（ΙΤΟ)等。 梳狀第二電極16係形成於上述透明導電膜15之背面ΐβ 側。作為第二電極16之構成材料，可根據結晶太陽能電池 1Α(1)之結構或製程設計而適當選擇導電材料。作為此種 - 構成材料’例如可以抑制電力損耗為目的而使用鋁、或使 用銀等低電阻材料。 又’白色塗膜或反射層係以覆蓋第二半導體層12之背面 1 β側及第二電極16之方式形成。 該白色塗膜或反射層係用以使自結晶性基板10之背面 l〇b側穿透之光朝向該結晶性基板丨〇側反射之層（膜）。此 158716.doc •15· 201218401 處，以於上述第一電極16上形成有白色塗膜17之情形為例 進行說明。 白色塗膜17係於結晶性基板1〇之吸收波長之區域具有較 高反射率之白色塗膜。作為白色塗膜17之白色成分，可使 用例如包含選自由硫酸鋇、氧化鎂及氧化鈦所組成之群中 之至少一種的化合物。 白色塗膜17係藉由將包含上述白色成分之微粒子、黏合 劑及溶劑之白色塗料塗佈於上述第二半導體層12之上述背 面側而形成。包含此種構成之白色塗膜丨7係作為使穿透結 晶性基板10之光（太陽光）之一部分朝向結晶性基板丨〇之背 面1 Ob側漫反射之反射面發揮功能。 右結晶太陽能電池1 A( 1)之表面1 α側之面（受光面）受到太 陽光照射’則自表面入射之太陽光由結晶性基板丨〇吸收。 然而’為降低結晶太陽能電池1所需之原料使用量而將結 晶性基板10之厚度形成為較薄時，將導致無法由結晶性基 板10吸收之光量變咼。因此’太陽光之一部分變得容易穿 透結晶性基板10。 如此般，若太陽光之一部分穿透結晶性基板丨〇，則該一 部分太陽光亦會穿透第二半導體層丨2、透明電極i 5而到達 白色塗膜17。此時，到達白色塗膜17之光因白色塗膜17所 具有之光反射性而朝向表面Ια側反射。而且，經白色塗膜 17反射之該光再次穿透透明電極15、第二半導體層12而由 結晶性基板10吸收。即，穿透結晶性基板1〇之光之一部分 藉由白色塗膜17之光反射功能而轉換為電能。 158716.doc -16- 201218401 可藉由以此方式設置具有光反射功能之白色塗膜17而提 昇結B曰太％能電池1中之光利用效率。 又，白色塗膜17之構成材料、膜厚、位置等係可根據作 為其他構成要件之結晶性基板丨〇、第一電極14及第二電極 16之光學特性而變更。可藉由適當選擇此種白色塗膜丨了之 構成而更適當地實現穿透光之再利用。因此，對於結晶性 基板10、第一電極14、及第二電極16，無需強行變更其構 成材料或設計規則等便可提昇光之利用效率。 再者’將石夕基板用作結晶性基板1〇之情形時，較佳為， 上述白色塗膜17構成為尤其於5〇〇 nm〜1200 nm之波長區域 中具有90%以上之反射率。白色塗膜17若為具有此種反射 率之構成’則可自穿透結晶性基板丨〇之光中’有效地反射 可由結晶性基板1 〇再次吸收之光。 又，於代替上述白色塗膜17而配置反射層之情形時，該 反射層可包含例如鋁、銀、或銅等之膜。 於此種結晶太陽能電池1A(1)中，若對結晶太陽能電池 1A(1)之受光面ία侧之表面（受光面）照射太陽光（圖1之箭 線）’則自受光面入射之太陽光將穿透透明導電膜13後， 穿透第一半導體層11 ’進而到達結晶性基板1〇之表面 10a。此時，結晶性基板1 〇之表面1 〇a作為接受太陽光之受 光面發揮功能。而且，穿透結晶性基板1〇之太陽光亦進入 第二半導體層12。 如此般，於太陽光穿透結晶太陽能電池1A(1)之各層 時，由結晶性基板10之各部吸彳冬之光生成作為載子之電子 158716.doc -17· 201218401 或電洞。繼而，所生成之載子根據結晶性基板i 〇與第二半 導體層12之接面部即pn接面或異質接面部之電位梯度而分 離至第一半導體層丨丨與第二半導體層丨2。以此方式分離之 載子係由第一電極14及第二電極16收集而轉換為電能。 即，由結晶性基板10吸收之光藉由結晶性基板10之光電轉 換功能而轉換為電能。 此時，本發明之結晶太陽能電池1A(1).於結晶性基板 與上述第一半導體層U之間、及上述結晶性基板1〇與上 述第二半導體層12之間中之一者配置有第一氧化矽層 2〇a，故而，藉由該第一氧化矽層2〇a而使穿隧電流流動。 因此，更高能量之載子將由第一電極14或第二電極16收 集其、’、。果本發明之結晶太陽能電池1A(1)成為光電轉 換特性進一步提昇者。 又，由於在結晶性基板10與上述第一半導體層u之間、 及上述結晶性基板10與上述第二半導體層i 2之間中之—者 配置有第一氧化矽層20a，因此，界面能態密度減少及界 面中之能帶彎曲。藉此，產生鈍化效果，使得本發明之結 晶太陽能電池1A(〗）成為光電轉換特性提昇者。 進而，由於在結晶性基板10與上述第一半導體層丨1之 間、及上述結晶性基板i0與上述第二半導體層丨2之間中之 者配置有第一氧化矽層2〇a，故而，矽/氧化矽界面之缺 陷數變少。因此，無需進行追加摻雜便可使能帶彎曲。 再者，較佳為，上述第一半導體層u之厚度及第二半導 體層12之厚度構成為形成P型半導體層之方之層（例如第一 158716.doc
S -18- 201218401 半導體層u)相對較厚’而形成n型半導體層之方之層(例如 第二半導體層12)相對較薄。若為以此方式更改第一半 體層U與第·"半導體層12之厚度之構成，㈣為在形成p 型半導體層之層（例如第-半導體層u)中生成之載子之再 結合減輕之形態，從而使轉換效率提昇。 <第二實施形態> 其次，對本發明之第二實施形態進行說明。 圖2係示意性表示本實施形態之太陽能電池ib(i)之一構 成例的剖面圖。再者，於以下說明中，主要對與上述第一 實施形態不同之部分進行說明，對於與第—實施形態相同 之部分省略說明。 第二實施形態之結晶太陽能電池13(1)係於結晶性基板 10與上述第一半導體層u之間、及上述結晶性基板1〇與上 述第二半導體層12之間之兩者中，配置有第一氧化矽層 20a或第二氧化矽層2〇b。此處，例如表示在結晶性基板1〇 與上述第一半導體層U之間設置有第一氧化矽層2〇a，且 在結晶性基板10與上述第二半導體層12之間設置有第二氧 化矽層20b之例。 如此般，由於在結晶性基板1 〇與上述第一半導體層丨j之 間、及上述結晶性基板10與上述第二半導體層12之間之兩 者中配置有第一氧化矽層2〇a或第二氧化矽層20b，故而將 收集更多咼能量載子》因此，可進一步提昇太陽能電池 1Β(1)之光電轉換效率。 <第三實施形態> 158716.doc -19- 201218401 、-人’對本發明之第三實施形態進行說明。圖3係示意 性表不本實施形態之太陽能電池1C(1)之一構成例的剖面 圖再者，於以下說明中，主要對與上述第一實施形態不 同之°卩分進行說明，對於與第一實施形態相同之部分省略 說明。 上述第一實施形態係於第二半導體層12上配置有透明導 電膜15,且於該透明導電膜15上，配置有形成為梳形之第 一電極16。相對於此’第三實施形態之結晶太陽能電池 ic(i)係背面電極16以覆蓋第二半導體層12之背面ιρ側之 整面的方式進行配置。 <第四實施形態> 其次’對本發明之第三實施形態進行說明。圖4係示意 性表不本實施形態之太陽能電池1D(1)之一構成例的剖面 圖。再者，於以下說明中，主要對與上述第一實施形態不 同之部分進行說明，對於與第一實施形態相同之部分省略 說明。 第四實施形態之結晶太陽能電池1〇(1)係除結晶性基板 10與上述第一半導體層11之間、及上述結晶性基板10與上 述第二半導體層12之間之兩者外，結晶性基板1〇之側面 l〇c由氧化矽層20(第三氧化矽層2〇c)覆蓋。 如此般，亦於結晶性基板10之侧面1 〇c配置有第三氧化 矽層20c ’藉此，使結晶性基板1 〇之表面缺陷變得更少。 因此，可進一步提昇光電轉換效率。 其次，對如上所述之太陽能電池（結晶太陽能電池）之製 158716.doc •20- 201218401 造方法進行說明。第一實施形態之結晶太陽能電池1A(1) 係藉由例如以下之製造步驟而形成。 <第一實施形態> 首先’對結晶性基板1〇(包含矽之基體）藉由進行濕式蝕 刻或乾式钱刻而形成未圖示之稱為絨面之表面之微細凹 凸。其次’對結晶性基板10之表面實施清洗處理。 其次’於形成有絨面之結晶性基板丨〇之表面上，形成氧 化碎膜20。於結晶性基板1〇之表面上形成氧化矽膜2〇之方 法並無特別限定。作為此種方法，可列舉例如水蒸氣或氧 之熱氧化、電漿CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣 相沈積）、或ALD(atomic layer deposition，原子層沈積）等 沈積法。其中，作為控制性良好地形成優質之極薄氧化膜 之方法’可使用例如日本專利特開2〇〇2 〇64〇93號公報中 記載之方法。 此種方法具體而言係將例如使半導體基板（結晶性基 板）1〇浸潰於氧化性藥液中進行氧化處理之方法作為基本 構成。藉此，於結晶性基板10之表面形成極薄之氧化膜。 如此般，藉由將結晶性基板1 〇浸潰於氧化性之藥液中進行 化學性氧化處理而使氧化膜之膜厚控制變得容易。 再者，較佳為，在將結晶性基板10浸潰於氧化性之藥液 中之前，進行將結晶性基板10表面之自然氧化膜或雜質去 除之處理。藉此，可穩定地形成高品質之極薄氧化膜。 其後，視需要，亦可使該氧化膜於惰性氣體環境中進行 熱處理而改質。藉由以此方式對氧化膜進行熱處理而使漏 158716.doc 201218401 電流密度降低。通常，經化學性氧化之熱處理前之氧彳匕膜 為次氧化狀態、即缺氧之狀態。因此，該狀態之氧化膜中 漏電流易變大，但可藉由以此方式進行熱處理而減少欠氧 化，且可藉由熱處理而使基板與氧化膜之界面更平滑。因 此’可使氧化膜之漏電流密度降低。其中，於結晶太陽能 電池1之製造步驟中，即便不進行該熱處理，亦無妨實用 性。 可藉由如此地形成氧化膜’而於結晶性基板丨〇之表面上 容易形成漏電流較少之高品質之膜厚為〇_3〜3 nm之氧化 膜。又，可藉由調節浸潰有結晶性基板10之氧化性藥液之 種類與溫度而簡單地控制氧化膜之膜厚。其原因在於具有 如下特徵，即，若使結晶性基板1 〇浸潰於藥液中之時間達 到固定時間以上，則所形成之極薄氧化膜之膜厚幾乎不產 生變化。再者，該固定時間係因藥液不同而不同，故而亦 可根據藥液之種類與溫度而適當設定。 又，上述藥液之種類較佳為選自硝酸、臭氧溶解水、過 氧化氫水、鹽酸及過氧化氫水之混合溶液、硫酸及過氧化 虱水之混合溶液、氨及過氧化氫水之混合溶液、硫酸及硝 酸之混合溶液、過氣酸、沸水中之至少一種藥液。其原因 在於’可藉由使㈣等藥液而以較高之膜厚控制性形成膜 厚為0.3〜3 nm範圍之多種厚度之極薄氧化膜。 又上述惰性氣體較佳為選自氮、氬、氖、氳或其等之 混〇氣體中之至少一種氣體。其原因在於於使用該等惰 性氣體進行熱處理之情形時，不會因加熱而於氧化膜中產 158716.doc -22· 201218401 生新的氧化。因此’可防止熱處理中之氧化膜之膜厚變 化。 又，熱處理中之惰性氣體之加熱溫度較佳為5〇〇〜i2〇(rc 之範圍。可藉由於該溫度範圍内加熱氧化膜而提昇氧化膜 之膜質’使漏電流密度減少。 藉由以上方法，而於包含矽之結晶性基板1〇之表面形成 氧化膜（氧化矽層20)。 再者’當僅於結晶性基板丨〇之單面（一面，例如表面 1 〇b)上形成上述氧化膜之情形時，例如使用如下方法：將 結晶性基板10之非成膜面（另一面，例如表面10a)作為遮罩 進行成膜；或者，藉由濕式蝕刻（利用由蝕刻劑潤濕之輥 進行單面塗佈等）而僅將兩面形成有氧化膜之結晶性基板 1(>之非成膜面（另一面）的氧化膜去除。 其次，形成第一半導體層n與第二半導體層12。再者， 於形成第一半導體層u與第二半導體層12之前，亦可進行 將氧化矽層20(第一氧化矽層2〇a)之表面曝露於包含所需處 理氣體之電漿中的處理（以下，亦稱為「電漿處理」）。 於第一半導體層U或第二半導體層12為p型半導體之情 形時，使用含硼（B)氣體（例如等作為電漿處理之處理 氣體。另一方面，於第一半導體層11或第二半導體層12為 n型半導體之情形時，使用含磷（P)氣體（例如PH3)等作為虚 理氣體。 如此，對氧化膜（第一氧化矽層20a)之表面實施曝露於所 需電漿中之處理，藉此，氧化膜（第一氧化矽層20a)之經電 158716.doc -23- 201218401 漿處理後之表面、與形成於該表面上之第一半導體層11或 2二半導體層12之間之電性障壁下降。因此，氧化膜（第 氧化矽層20a)表面與第一半導體層u或第二半導體層12 ]之整流性變尚，電荷之流動變得更順利。藉此，獲得 發電效率之提昇。換言之，使氧化膜（第-氧切層20a)之 曝露於所需電漿中之處理有助於提昇發電效率。 其人對結晶性基板1 〇之表面1 0a實施例如使用有CVD 法之成膜處理，藉此形成第一半導體層U。 一繼而對形成有氧化矽層2〇之結晶性基板1 〇之背面1 〇b 實施例如使用有CVD法之成膜處理，藉此，形成第二半導 體層12。 繼之對第一半導體層11表面及第二半導體層12表面實 施使用有濺鍵法之成膜處理。藉此，於第一 +導體層"之 表面Ια側形成透明導電膜13，於第二半導體層以之背面π 側形成透明導電膜丨5。 繼而對透明導電膜13與透明導電膜15實施使用有濺鍍 法、印刷法或塗佈法之成膜處理。由以上方法，形成第-電極14與第二電極16。 繼之使用利用白色塗料之塗佈法，對第士電極i 6上實 施成膜處理。藉此，形成白色塗膜17。 以上述方式’獲得圖1所示之結晶太陽能電池1A(1)。， <第一實施形態> 、下對第一實施形態之結晶太陽能電池丨B(l)之製造 方法進行說明。 158716.doc -24· 201218401 圖2係示意性表示本實施形態之太陽能電池1B⑴之一構 成例的剖面圖。再者，於以下說明中，主要對與上述第一 實施形態不同之部分進行說明’對於與第-實施形態相同 之部分省略說明。 上述第一實施形態係僅於結晶性基板1〇之單面（一面， 例如表面10b)上形成氧化膜（第一氧化矽層2〇a)，但本實施 形態之結晶太陽能電池1B(1)之製造方法係於結晶性基板 10之兩面（表面l〇a、10b)形成分別配置之氧化矽層2〇(第一 氧化矽層20a、第二氧化矽層20b)o此處’例如表示於表 面lObtx置有第一氧化石夕層2〇&且於表面i〇a設置有第二氧 化矽層20b之例》 可藉由以此方式’在結晶性基板10與上述第一半導體層 11之間、及上述結晶性基板10與上述第二半導體層12之間 之兩者分別形成氧化矽層20(第一氧化矽層20a、第二氧化 石夕層20b) ’而收集更多之高能量之載子。因此，可進一步 提昇光電轉換效率。 <第三實施形態> 以下’對第三實施形態之結晶太陽能電池1 C(丨）之製造 方法進行說明。 圖3係示意性表示本實施形態之太陽能電池1匸（1)之一構 成例的剖面圖。再者，於以下說明中，主要對與上述第一 實施形態不同之部分進行說明，對於與第一實施形態相同 之部分省略說明。 上述第一實施形態係於上述第二半導體層12上形成透明 158716.doc • 25- 201218401 導電膜15 ’且於該透明導電膜15上形成梳形第一電極16。 相對於此，本實施形態之結晶太陽能電池1C(1)之製造方 法係以覆蓋第二半導體層12之背面1 β側之整面的方式形成 背面電極16。 <第四實施形態> 以下’對第四實施形態之結晶太陽能電池1D(1)之製造 方法進行說明。 圖4係示意性表示本實施形態之結晶太陽能電池1 D(丨）之 一構成例的剖面圖。再者，於以下說明中，主要對與上述 第二實施形態不同之部分進行說明，對於與第二實施形態 相同之部分省略說明。 上述第二實施形態係以覆蓋結晶性基板10兩面（表面 l〇a、l〇b)之方式形成氧化矽層2〇(第一氧化矽層2〇a、第二 氧化矽層20b)。相對於此，本實施形態之結晶太陽能電池 1D(1)之製造方法係以覆蓋結晶性基板1〇之侧面i〇c之方式 形成氧化矽層20(第三氧化矽層2〇c)。 如此般亦於結晶性基板1 〇之側面1 〇 c配置—體形成有第 一氧化矽層20a及第二氧化矽層2〇b之第三氧化矽層2〇c， 藉此，結晶性基板1〇之表面缺陷變得更少。因此，可進一 步提昇光電轉換效率。 表I係對上述包含氧化矽層2〇之各種構成之結晶太陽能 電池1分析發電效率所得之結果。 表1之「氧化矽層20」欄中，所謂「上表面部」係指在 結晶性基板10之表面1〇a、即結晶性基板1〇與第一半導體 158716.doc •26- 201218401 層11之間設置有氧化矽層20之情形。又，所謂「下表面 部」係指在結晶性基板10之表面l〇b、即結晶性基板1〇與 第二半導體層12之間設置有氧化矽層20之情形。而且，所 謂「側面部」係指於結晶性基板1 0之側面1 0c設置有氧化 矽層20之情形。〇符號係表示設置有氧化矽層2〇，χ符號 係表示未設置氧化矽層20。 又，於表1之「電漿處理」攔中，〇符號係指已實施所 需之電漿處理’ X符號係指未實施該電漿處理。 [表1] 實驗例 相應之 圖式 氧化矽層20 電漿處理 發電效率 [%] 上表面部 下表面部 側面部 1 X X X X 14.0 2 圖1 X 〇 X X 14.7 3 〇 X X X 15.0 4 圖2 〇 〇 X X 16.4 5 圖4 〇 〇 〇 X 16.6 6 圖4 〇 〇 〇 〇 16.8 由表1而明確以下方面。 (1) 與分析先前之構成（完全不包含本發明之氧化石夕層2〇)之 結晶太陽能電池之發電效率（實驗例1)相比，於結晶性基板 10之至少一部分（上表面部、下表面部、側面部之任一部 分）上設置有乳化珍層20之結晶太陽能電池1之發電效率提 昇。 (2) 於貫驗例2、3、4、5之間，可知存在編號越大則發電效 158716.doc •27· 201218401 率越南之傾向。又，由實驗例3、4、5可知存在結晶性基 板10由氧化矽層2〇覆蓋得越多，則發電效率越高之傾向。 (3)與實驗例5相比，實驗例6之發電效率增加，由此可知電 聚處理有助於發電效率之增加。 以上’於本發明之結晶太陽能電池1中，對在結晶性基 板10與第一半導體層11之間、或結晶性基板1〇與第二半導 體層12之間設置有氧化石夕層2〇(si〇x，其中，〇<χ⑼之構 成例進行了詳細說明，但於圖卜圖4中設置有氧化矽層2〇 之位置上，即便取代氧化石夕而設置包含碳化碎（say或 S!Cy · Η ’其巾’ 〇<_)之碳化石夕層、或包含氧化銘 (ΑΙΟζ或A10z : Η，其中，5)之氧化鋁層亦可取 得相同之作用、效果。即，即便於結晶性基板1〇表面設置 有碳化矽層或氧化鋁層，亦可使界面能態密度減少。因 此於界面上，產生能帶彎曲之鈍化效果。根據以上所 述，可提供一種使光電轉換特性提昇之結晶矽太陽能電池 (結晶太陽能電池1)。 又，亦於取代氧化矽層20而設置碳化矽層或氧化鋁層之 情形時，上述電漿處理有效，可獲得發電效率之提昇。 以上對本發明之結晶太陽能電池進行了說明，但本發 明並不限定於該等例，於不脫離發明精神之範圍内可進行 適當變更。 [產業上之可利用性] 本發明可廣泛應用於結晶太陽能電池。 【圖式簡單說明】 158716.doc •28- 201218401 圖1係本發明之結晶太陽能電池之一構成例（第一實施形 態）的圖。 圖2係本發明之結晶太陽能電池之一構成例（第二實施形 態）的剖面圖。 圖3係本發明之結晶太陽能電池之一構成例（第三實施形 態）的剖面圖。 圖4係本發明之結晶太陽能電池之一構成例（第四實施形 態）的剖面圖。 【主要元件符號說明】 1、ΙΑ、1B、1C、1D 結晶太陽能電池 10 結晶性基板 10a、i〇b 表面 10c 側面 11 12 13 14 15 16 17 20 20a 20b 20c la Ιβ 第一半導體層 第二半導體層 透明導電膜 第一電極 透明導電膜 第二電極 白色塗膜 氧化·^層 第一氧化矽層 第二氧化矽層 第三氧化矽層 受光面 背面 158716.doc ，29_

Claims (1)

  1. 201218401 七、申請專利範園： 1. 一種結晶太陽能電池，其特徵在於包含： 平板狀之結晶性基板，其係包含P型或η型之單晶或多 晶矽，且具有光電轉換功能； 第一半導體層，其係配置於上述結晶性基板之受光面 側，且包含非晶或微晶矽； 第二半導體層，其係配置於上述結晶性基板之與上述 受光面相反之背面側，且包含與上述第一半導體層為相 反導電型之非晶或微晶石夕；及 第一氧化石夕層，其係配置於上述結晶性基板與上述第 一半導體層之間、及上述結晶性基板與上述第二半導體 層之間中之一者。 2·如請求^之結晶太陽能電池，纟中於上述結晶性基板 與上述第一半導體層之間、及上述結晶性基板與上述第 二半導體層之間中之另一者，配置有第二氧化矽層。 3.如吻求項1之結晶太陽能電池，其中上述第一氧化矽層 之膜厚係為1 〇 Α〜3 0 Α。 4_如請求項丨之結晶太陽能電池，其中上述結晶性基板之 侧面係由第三氧化矽層覆蓋。 5 ·如請求項1之結晶太陽能電池’其更包含： 透明導電膜，、其係配置於上述第一半導體層之上述受 光面側及上述第二半導體層之上述背面側之至少一侧；及 梳狀電極，其係配置於上述透明導電膜上。 6.如凊求項1之結晶太陽能電池，其中於上述第二半導體 158716.doc 201218401 層之上述背面側設置使自上述結晶性基板之上述背面側 穿透之光朝向上述結晶性基板側反射之白色塗膜或反射 層。 7. 如凊求項1之結晶太陽能電池，其中以覆蓋上述第二半 導體層之上述背面側之方式配置背面電極。 8. 一種結晶太陽能電池之製造方法，其係包含具有光電轉 換功能且含有p型或η型之單晶或多晶矽之平板狀之結晶 性基板的結晶太陽能電池之製造方法，且包括以下步 驟： 於上述結晶性基板之受光面側、或與該受光面相反之 背面側，形成第一氧化石夕層；及 於上述受光面側形成包含非晶或微晶矽之第一半導體 層，且於上述背面側形成包含與上述第—半導體層為相 反導電型之非晶或微晶石 夕之第二半導體層。 9. 如請求項8之結晶太陽能電池之製造方法，其中以1〇 Α〜30 Α之膜厚形成上述第一氧化石夕層。 10. 如請求項8之結晶太陽能電池之製造方法，其中於形成 上述第一氧化矽層之步驟、與形成上述第一半導體層及 上述第二半導體層之步驟之間，包括使上述第一氧化矽 層之表面曝露於包含所需之處理氣體之電漿中之步驟。 11. 一種結晶太陽能電池，其特徵在於包含： 平板狀之結晶性基板，其係包含p型或n型之單晶或多 晶矽，且具有光電轉換功能； 第-半導體層，其係配置於上述結晶性基板之受光面 158716.doc 201218401 侧’且包含非晶或微晶矽； 第二半導體層，其係配置於上述結晶性基板之與上述 受光面相反之背面側，且包含與上述第一半導體層為相 反導電型之非晶或微晶矽；及 第一碳化矽層，其係配置於上述結晶性基板與上述第 一半導體層之間、及上述結晶性基板與上述第二半導體 層之間中之一者。 12. 如吻求項11之結晶太陽能電池，其中於上述結晶性基板 與上述第一半導體層之間、及上述結晶性基板與上述第 二半導體層之間中之另一者，配置有第二碳化矽層。 13. 如請求項丨丨之結晶太陽能電池，其中上述結晶性基板之 側面係由第三碳化矽層覆蓋。 14. 如請求項11之結晶太陽能電池，其更包含： 透明導電膜，其係配置於上述第一半導體層之上述受 光面側及上述第二半導體層之上述背面側之至少一側；及 梳狀電極’其係配置於上述透明導電膜上。 15. 如清求項11之結晶太陽能電池，其中於上述第二半導體 層之上述背面側設置使自上述結晶性基板之上述背面側 穿透之光朝向上述結晶性基板側反射之白色塗膜或反射 層。 1 6.如請求項11之結晶太陽能電池，其中以覆蓋上述第二半 導體層之上述背面側之方式配置背面電極。 17. —種結晶太陽能電池之製造方法，其係包含具有光電轉 換功能且含有ρ型或η型之單晶或多晶矽之平板狀之結晶 158716.doc 201218401 性基板的結晶太陽能電池之製造方法，且包括以下步 驟： 於上述、·Ό Ba )±基板之受光面側、或與該受光面相反之 背面側形成碳化石夕層；及 於上述觉光面侧，形成包含與上述結晶性基板為相反 或相同導電型之非晶或微晶矽之第一半導體層，且於上 述背面侧形成包含與上述第—半導體層為相反導電型之 非晶或微晶石夕之第二半導體層。 18. 如請求項17之結晶太陽能電池之製造方法其中在形成 上述碳化矽層之步驟、與形成上述第一半導體層及上述 第二半導體層之步驟之間’包括實施使上述碳化石夕層之 表面曝露於包含所需之處理氣體之電聚中之處理的步 驟。 19. 一種結晶太陽能電池，其特徵在於包含： 平板狀之結晶性基板，其係包含P型或η型之單晶或多 Β日石夕’且具有光電轉換功能； 第一半導體層，其係配置於上述結晶性基板之受光面 側且包含非晶或微晶石夕； <第一半導體層’其係、配置於上述結晶性基板之與上述 又光面相反之背面側’且包含與上述第一半導體層為相 反導電型之非晶或微晶矽； 且包3第一氧化鋁層，其係配置於上述結晶性基板與 述第半導體層之間、及上述結晶性基板與上述第二 半導體層之間中之一者。 158716.doc 201218401 20·如請求項19之結晶太陽能電池，其中於上述結晶性基板 與上述第一半導體層之間、及上述結晶性基板與上述第 二半導體層之間中之另一者，配置有第二氧化鋁層。 21. 如請求項19之結晶太陽能電池，其中上述結晶性基板之 側面係由第三氧化鋁層覆蓋。 22. 如請求項19之結晶太陽能電池，其更包含： 透明導電膜，其係配置於上述第一半導體層之上述受 光面側、及上述第二半導體層之上述背面側之至少一 側；及 梳狀電極，其係配置於上述透明導電膜上。 23. 如a青求項19之結晶太陽能電池，其中於上述第二半導體 層之上述背面侧設置使自上述結晶性基板之上述背面側 穿透之光朝向上述結晶性基板側反射之白色塗膜或反射 層。 24. 如請求項19之結晶太陽能電池，其中以覆蓋上述第二半 導體層之上述背面側之方式配置背面電極。 25. —種結晶太陽能電池之製造方法，其係包含具有光電轉 換功能且含有p型或n型之單晶或多晶矽之平板狀之結晶 性基板的結晶太陽能電池之製造方法，且包括以下步 驟： 於上述結晶性基板之受光面側、或與該受光面相反之 背面側形成氧化鋁層；及 於上述受光面側形成包含與上述結晶性基板為相反或 相同導電型之非晶或微晶矽之第一半導體層，且於上述 158716.doc , 201218401 背面側形成匕3與上述第—半導體層為相反導電型之非 晶或微晶石夕之第二半導體層。 26·如μ求項25之結晶太陽能電池之製造方法，其中於形成 上述氧化鋁層之步驟、輿 第二半導體層之步驟之門逑第—半導體層及上述 表面曝露於包含所需;1理包，括實施使上述氧化紹層之 驟》 瑕*體之電漿中之處理的步 1587J6.doc
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