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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023024274
(43)【公開日】2023-02-16
(54)【発明の名称】太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュール
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0236 20060101AFI20230209BHJP
H01L 31/068 20120101ALI20230209BHJP
H01L 31/0216 20140101ALI20230209BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 280
H01L31/06 300
H01L31/04 240
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022084397
(22)【出願日】2022-05-24
(62)【分割の表示】P 2021137285の分割
【原出願日】2021-08-25
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-11-17
(31)【優先権主張番号】202110895225.8
(32)【優先日】2021-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】521376620
【氏名又は名称】上海晶科緑能企業管理有限公司
(71)【出願人】
【識別番号】519095522
【氏名又は名称】ジョジアン ジンコ ソーラー カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】于 ▲くん▼
(72)【発明者】
【氏名】劉 長 明
(72)【発明者】
【氏名】張 ▲きん▼ 宇
【テーマコード（参考）】
5F151
5F251
【Ｆターム（参考）】
5F151AA02
5F151DA03
5F151GA04
5F151HA05
5F151JA07
5F251AA02
5F251DA03
5F251GA04
5F251HA05
5F251JA07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池は、後面に第１テクスチャ構造１２を有する半導体基板１０と、半導体基板の前面に位置する第１パッシベーション層２０と、第１テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層３０と、トンネル酸化層の表面に位置するドープ導電層４０と、ドープ導電層の表面に位置する第２パッシベーション層５０とを含み、第１テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、後面から遠く離れ且つ後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が、２μｍ以下である。太陽電池の開放電圧を向上し、接触抵抗を低下することができる。
【選択図】図１
【解決手段】太陽電池は、後面に第１テクスチャ構造１２を有する半導体基板１０と、半導体基板の前面に位置する第１パッシベーション層２０と、第１テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層３０と、トンネル酸化層の表面に位置するドープ導電層４０と、ドープ導電層の表面に位置する第２パッシベーション層５０とを含み、第１テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、後面から遠く離れ且つ後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が、２μｍ以下である。太陽電池の開放電圧を向上し、接触抵抗を低下することができる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
後面に第１テクスチャ構造、前面に第２テクスチャ構造を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前面における第２テクスチャ構造に位置する第１パッシベーション層と、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層と、
前記トンネル酸化層の表面に位置するドープ導電層と、
前記ドープ導電層の表面に位置する第２パッシベーション層と、を含む太陽電池であって、
前記第１テクスチャ構造は、非ピラミッド状の微構造形状を呈し、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、
前記第１サブ構造の頂部表面は、多角形平面であり、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造のうち、最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が４５μｍ以下であり、
前記第２テクスチャ構造は、ピラミッド状の微構造を含み、
前記ピラミッド状の微構造は、前記半導体基板の前面から遠く離れる頂部と、前記半導体基板の前面に近づく底部とを有し、
前記前面から遠く離れ且つ前記前面に垂直である方向において、前記ピラミッド状の微構造の頂部と底部との距離が５μｍ以下である、ことを特徴とする太陽電池。
前記半導体基板の前面における第２テクスチャ構造に位置する第１パッシベーション層と、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層と、
前記トンネル酸化層の表面に位置するドープ導電層と、
前記ドープ導電層の表面に位置する第２パッシベーション層と、を含む太陽電池であって、
前記第１テクスチャ構造は、非ピラミッド状の微構造形状を呈し、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、
前記第１サブ構造の頂部表面は、多角形平面であり、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造のうち、最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が４５μｍ以下であり、
前記第２テクスチャ構造は、ピラミッド状の微構造を含み、
前記ピラミッド状の微構造は、前記半導体基板の前面から遠く離れる頂部と、前記半導体基板の前面に近づく底部とを有し、
前記前面から遠く離れ且つ前記前面に垂直である方向において、前記ピラミッド状の微構造の頂部と底部との距離が５μｍ以下である、ことを特徴とする太陽電池。
【請求項2】
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が２μｍ以下である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項3】
前記第１サブ構造の頂部表面は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形、略台形のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項4】
前記最外側の第１サブ構造の頂部表面上のトンネル酸化層の厚さは、前記最外側の第１サブ構造の側部表面上のトンネル酸化層の厚さよりも小さい、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項5】
前記第１テクスチャ構造は、さらに互いに積み重ねられずに隣接して配列される２つ又は複数の第２サブ構造を含み、前記後面から遠く離れる前記第２サブ構造の頂部表面の１次元寸法は、４５μｍ以下である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項6】
前記第２サブ構造の頂部表面は、多角形平面である、請求項５に記載の太陽電池。
【請求項7】
前記トンネル酸化層は、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層、及び酸化ハフニウム層のうちの少なくとも１つを含み、
前記トンネル酸化層の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記トンネル酸化層の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項8】
前記第２パッシベーション層は、窒化シリコン層、酸化シリコン層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つを含み、
前記第２パッシベーション層の厚さは、７０ｎｍ～１２０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記第２パッシベーション層の厚さは、７０ｎｍ～１２０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項9】
前記第１パッシベーション層は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項10】
前記第１パッシベーション層は、酸化アルミニウム層と窒化シリコン層との積層パッシベーション構造であり、
前記酸化アルミニウム層の厚さは２ｎｍ～１０ｎｍであり、前記窒化シリコン層の厚さは５０ｎｍ～１１０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記酸化アルミニウム層の厚さは２ｎｍ～１０ｎｍであり、前記窒化シリコン層の厚さは５０ｎｍ～１１０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項11】
前記第１パッシベーション層は、順に積層設置された酸化アルミニウム層、窒化シリコン層及び酸窒化シリコンの積層パッシベーション構造であり、
前記酸化アルミニウム層の厚さ範囲は２ｎｍ～１０ｎｍであり、前記窒化シリコン層の厚さ範囲は４０ｎｍ～８０ｎｍであり、前記酸窒化シリコン層の厚さ範囲は１０ｎｍ～６０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記酸化アルミニウム層の厚さ範囲は２ｎｍ～１０ｎｍであり、前記窒化シリコン層の厚さ範囲は４０ｎｍ～８０ｎｍであり、前記酸窒化シリコン層の厚さ範囲は１０ｎｍ～６０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項12】
前記半導体基板は、Ｎ型単結晶シリコン基板であり、
前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープ多結晶シリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、又はＮ型ドープアモルファスシリコン層であり、
前記ドープ導電層の厚さは、６０ｎｍ～２００ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープ多結晶シリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、又はＮ型ドープアモルファスシリコン層であり、
前記ドープ導電層の厚さは、６０ｎｍ～２００ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれか１項に記載の太陽電池を含む太陽電池ストリングを複数備える太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、光起電力効果による電池の技術分野に関し、具体的に、太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
Ｎ型ＴＯＰＣｏｎ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｏｘｉｄｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ；トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト）電池は、「トンネル効果」により後面パッシベーションコンタクトを実現する。ＴＯＰＣｏｎ電池を製造する際に、シリコン片表面にホウ素を拡散させた後、ホウケイ酸ガラスが形成され、その洗浄除去の難度は、通常のＰＥＲＣ電池におけるリンケイ酸ガラスよりも難しい。通常、Ｎ型電池の後面におけるホウケイ酸ガラスは、酸化性を有する混酸溶液で除去され、表面の洗浄乾燥後、トラフ式又はチェーン式の酸性添加剤による後面研磨を行う。研磨後のシリコン片の後面は、平坦な構造を有し、研磨後の後面の構造は、トンネル酸化層及び多結晶シリコン層の製造に影響を直接に与えられ、さらに電池のパッシベーション性能及び電池の変換効率に影響を与えることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記に鑑みて、本発明は、電池基板の表面上のテクスチャ構造のマッチングにより、太陽電池の開放電圧を向上させ、金属電極の接触抵抗を低下させ、電池の変換効率を向上させることが可能な太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第１態様により、太陽電池を提供する。
【0005】
該太陽電池は、
後面に第１テクスチャ構造を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前面に位置する第１パッシベーション層と、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造に位置するトンネル酸化層と、
前記トンネル酸化層の表面に位置する、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層と、
前記ドープ導電層の表面に位置する第２パッシベーション層と、を含み、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を有し、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離は、２μｍ以下であり、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法は、４５μｍ以下であることを特徴とする。
後面に第１テクスチャ構造を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前面に位置する第１パッシベーション層と、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造に位置するトンネル酸化層と、
前記トンネル酸化層の表面に位置する、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層と、
前記ドープ導電層の表面に位置する第２パッシベーション層と、を含み、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を有し、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離は、２μｍ以下であり、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法は、４５μｍ以下であることを特徴とする。
【0006】
１つの可能な実施形態では、前記半導体基板の前面は、第２テクスチャ構造を有する。該第２テクスチャ構造は、ピラミッド状の微構造を有し、該ピラミッド状の微構造は、前記半導体基板の前面から遠く離れる頂部と、前記半導体基板の前面に近づく底部とを含む。前記ピラミッド状の微構造は、前記前面から遠く離れ且つ前記前面に垂直である方向において、頂部と底部との距離が５μｍ以下である。
【0007】
１つの可能な実施形態では、前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が、０．３μｍ～１．２μｍである。
【0008】
１つの可能な実施形態では、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の平均１次元寸法は、１０μｍ～１５μｍである。
【0009】
１つの可能な実施形態では、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面におけるトンネル酸化層の厚さは、前記最外側の第１サブ構造の側部表面におけるトンネル酸化層の厚さよりも小さい。
【0010】
１つの可能な実施形態では、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面におけるトンネル酸化層と前記最外側の第１サブ構造の側部表面におけるトンネル酸化層との厚さの差は、０．１５ｎｍ以下である。
【0011】
１つの可能な実施形態では、前記第１テクスチャ構造は、さらに互いに積み重ねられずに隣接する２つ又は複数の第２サブ構造を有し、前記後面から遠く離れる前記第２サブ構造の頂部表面の１次元寸法は、４５μｍ以下である。
【0012】
１つの可能な実施形態では、前記第１サブ構造及び／又は前記第２サブ構造の頂部表面は、多角形平面である。
【0013】
１つの可能な実施形態では、前記多角形平面の形状は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形、略台形のうちの少なくとも１つを含む。
【0014】
１つの可能な実施形態では、前記トンネル酸化層は、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層及び酸化ハフニウム層のうちの少なくとも１つを含む。前記トンネル酸化層の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍである。
【0015】
１つの可能な実施形態では、前記第２パッシベーション層は、窒化シリコン層、酸化シリコン層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つを含む。前記第２パッシベーション層の厚さは、７０ｎｍ～１２０ｎｍである。
【0016】
１つの可能な実施形態では、前記第１パッシベーション層は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つを含む。
【0017】
１つの可能な実施形態では、前記半導体基板は、Ｎ型単結晶シリコン基板であり、前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープ多結晶シリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、又はＮ型ドープアモルファスシリコン層であり、前記ドープ導電層の厚さは、６０ｎｍ～２００ｎｍである。
【0018】
本発明の第２態様により、太陽電池モジュールを提供する。該太陽電池モジュールは、複数の太陽電池ストリングを含み、前記太陽電池ストリングは、上記第１態様にかかる太陽電池を含む。
【0019】
本発明の第３態様により、太陽電池の製造方法を提供する。該太陽電池の製造方法は、
半導体基板に対してテクスチャリング処理を行い、前記半導体基板の前面に、ピラミッド状の微構造を含む第２テクスチャ構造を形成する工程と、
テクスチャリング後の半導体基板の前面に対してドーピング処理を行い、ドープ層を形成する工程と、
アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行うことで、前記半導体基板の後面に第１テクスチャ構造を形成する工程と、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上にトンネル酸化層を形成する工程と、
前記トンネル酸化層の表面に多結晶シリコン層を堆積形成し、前記多結晶シリコン層に対してドーピング処理を行い、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層を形成する工程と、
前記半導体基板の前面に第１パッシベーション層を形成する工程と、
前記ドープ導電層の表面に第２パッシベーション層を形成する工程とを含み、
前記第１テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を有し、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が２μｍ以下であり、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が４５μｍ以下であることを特徴とする。
半導体基板に対してテクスチャリング処理を行い、前記半導体基板の前面に、ピラミッド状の微構造を含む第２テクスチャ構造を形成する工程と、
テクスチャリング後の半導体基板の前面に対してドーピング処理を行い、ドープ層を形成する工程と、
アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行うことで、前記半導体基板の後面に第１テクスチャ構造を形成する工程と、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上にトンネル酸化層を形成する工程と、
前記トンネル酸化層の表面に多結晶シリコン層を堆積形成し、前記多結晶シリコン層に対してドーピング処理を行い、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層を形成する工程と、
前記半導体基板の前面に第１パッシベーション層を形成する工程と、
前記ドープ導電層の表面に第２パッシベーション層を形成する工程とを含み、
前記第１テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を有し、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が２μｍ以下であり、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が４５μｍ以下であることを特徴とする。
【0020】
１つの可能な実施形態では、前記アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行うことは、
５質量％～１５質量％のアルカリ溶液を用いて前記半導体基板の後面を洗浄し、多孔質シリコンを除去することと、
スプレー方式で前記アルカリ溶液の微小液滴を前記半導体基板の後面に滴下して粗化処理を行い、そして５質量％～１０質量％のフッ化水素酸で予備洗浄を行うことと、
研磨液を用いて前記半導体基板の後面に対して研磨を行い、研磨温度が、７０℃～８０℃であり、研磨時間が２６０ｓ未満であり、ただし、前記研磨液は、ＮａＯＨを１質量％～１５質量％、ＫＯＨを１質量％～１５質量％、及び添加剤を０．５質量％～２．５質量％含むことと、
水酸化カリウムを５質量％～１５質量％、及び過酸化水素を１５質量％～４０質量％含む混合液を用いて前記研磨液に含まれる有機成分を除去することと、
研磨後の半導体基板を水洗、乾燥処理することとを含む。
５質量％～１５質量％のアルカリ溶液を用いて前記半導体基板の後面を洗浄し、多孔質シリコンを除去することと、
スプレー方式で前記アルカリ溶液の微小液滴を前記半導体基板の後面に滴下して粗化処理を行い、そして５質量％～１０質量％のフッ化水素酸で予備洗浄を行うことと、
研磨液を用いて前記半導体基板の後面に対して研磨を行い、研磨温度が、７０℃～８０℃であり、研磨時間が２６０ｓ未満であり、ただし、前記研磨液は、ＮａＯＨを１質量％～１５質量％、ＫＯＨを１質量％～１５質量％、及び添加剤を０．５質量％～２．５質量％含むことと、
水酸化カリウムを５質量％～１５質量％、及び過酸化水素を１５質量％～４０質量％含む混合液を用いて前記研磨液に含まれる有機成分を除去することと、
研磨後の半導体基板を水洗、乾燥処理することとを含む。
【0021】
１つの可能な実施形態では、前記トンネル酸化層を形成する工程は、以下の特徴（１）～（５）のうちの少なくとも１つを満たす。
【0022】
（１）変温式プロセス及び化学気相堆積法によって前記半導体基板の後面の第１テクスチャ構造上に前記トンネル酸化層を堆積形成する；
（２）前記トンネル酸化層を堆積形成する過程中に、昇温速度を０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎに、堆積温度を５６０℃～６２０℃に、堆積時間を３ｍｉｎ～１０ｍｉｎに制御する；
（３）前記トンネル酸化層の堆積温度は、前記多結晶シリコン層の堆積温度よりも低い；
（４）前記トンネル酸化層は、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層及酸化ハフニウム層のうちの少なくとも１種を含む；
（５）前記トンネル酸化層の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍである。
（２）前記トンネル酸化層を堆積形成する過程中に、昇温速度を０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎに、堆積温度を５６０℃～６２０℃に、堆積時間を３ｍｉｎ～１０ｍｉｎに制御する；
（３）前記トンネル酸化層の堆積温度は、前記多結晶シリコン層の堆積温度よりも低い；
（４）前記トンネル酸化層は、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層及酸化ハフニウム層のうちの少なくとも１種を含む；
（５）前記トンネル酸化層の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍである。
【発明の効果】
【0023】
本発明は、少なくとも以下の優れた効果を有する。
【0024】
半導体基板の後面における第１テクスチャ構造中のサブ構造の距離を適合な範囲内に制御することにより、半導体基板の後面の粗さを適切な範囲にさせることを確保することができ、第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層の均一性を向上することに有利であり、形成されたトンネル酸化層は、性能がより良くなり、さらにドープ導電層の局所ドーピング濃度が高くなることを抑制し、接触抵抗率を低下し、太陽電池の開放電圧を向上し、フィルファクター及び光電変換効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
本発明の実施例又は従来技術の方案をより明確に説明するために、以下には実施例又は従来技術の方案に関する説明に必要な図面を簡単に説明する。当業者であれば明らかに分かるように、以下に説明する図面は、本発明の一部の実施例を示すものであり、創造的労力を必要とせずにこれらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
【図1】本願の一つの実施例による太陽電池の製造方法の構造模式図である。
【図2】本願の一つの実施例による太陽電池の半導体基板の前面における第２テクスチャ構造の電子顕微鏡写真である。
【図3】本願の一つの実施例による太陽電池の半導体基板の後面における第１テクスチャ構造の電子顕微鏡写真である。
【図4a】本願の一つの実施例による太陽電池の半導体基板の後面における第１テクスチャ構造中の第１サブ構造の構造模式図である。
【図4b】本願の一つの実施例による太陽電池の半導体基板の後面における第１テクスチャ構造中の別の第１サブ構造の構造模式図である。
【図5】本願の一つの実施例による太陽電池の半導体基板の後面における第１テクスチャ構造中のサブ構造の構造模式図である。
【図6】本願の一つの実施例による太陽電池の半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上のトンネル酸化層の構造模式図である。
【図7a】本願の一つの実施例による太陽電池モジュールの構造模式図である。
【図7b】本願の一つの実施例による太陽電池モジュールの上面図である。
【図8】本願の一つの実施例による太陽電池の製造方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明をよりよく理解するために、以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。
【0027】
なお、説明する実施例は、本願の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。当業者が本発明の実施例に基づき創造的労力を必要とせずに得られる他の全ての実施例は、本願の保護範囲に収まると理解される。
【0028】
本発明の実施例に使用される用語は、特定の実施例を説明するためのものであり、本発明を限定するために使用することを意図しない。本発明の実施例及び添付の特許請求の範囲に使用される単数形の「前記」及び「当該」は、文脈により特に他の意味を示すことがない限り、複数形の意味も含むと理解される。
【0029】
なお、ここで使用される用語「及び／又は」は、単に関連対象を記述する関連関係を示し、３つの関係があり得ると意味する。例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａが単独で存在し、ＡとＢが同時に存在し、Ｂが単独で存在するという３つの状況を示すことができる。また、ここで、符号「／」は、一般的に前後に関連する対象が「又は」の関係であると意味する。
【0030】
ＴＯＰＣｏｎ電池は、「トンネル効果」によって後面のパッシベーション化を実現する。従来のＴＯＰＣｏｎ電池の後面の構造は、内から外に、半導体基板、トンネル酸化層、ドープ導電層、後面パッシベーション層の順である。Ｎ型ＴＯＰＣｏｎ電池（接触パッシベーション電池）の製造中には、ホウ素が拡散してＢＳＧホウケイ酸ガラスが形成された後、ホウケイ酸ガラスの洗浄除去は、リンケイ酸ガラスよりも難しく、通常、酸化性を有する混酸溶液を用いてその除去を行い、表面の洗浄乾燥後、後面研磨を行う。現在、半導体基板の後面の研磨後の状態は、ナノレベルの厚さを有する極薄トンネル酸化層に一定の影響を与えることができ、トンネル酸化層と半導体基板との間の接触抵抗率が高くなることを引き起こしやすく、太陽電池のフィルファクターの不安定さを引き起こしやすく、電池の光電変換効率に影響を与えることが可能である。
【0031】
上記に基づき、本発明の第１態様により、図１に示される太陽電池を提供する。該太陽電池は、
後面に第１テクスチャ構造１２を有し、前面にピラミッド状の微構造を含んでもよい第２テクスチャ構造１１を有する半導体基板１０と、
半導体基板１０の前面に位置する第１パッシベーション層２０と、
半導体基板１０の後面における第１テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層３０と、
トンネル酸化層３０の表面に位置する、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層４０と、
ドープ導電層４０の表面に位置する第２パッシベーション層５０と、を含み、
前記第１テクスチャ構造１２は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離は、２μｍ以下であり、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法は、４５μｍ以下であることを特徴とする。
後面に第１テクスチャ構造１２を有し、前面にピラミッド状の微構造を含んでもよい第２テクスチャ構造１１を有する半導体基板１０と、
半導体基板１０の前面に位置する第１パッシベーション層２０と、
半導体基板１０の後面における第１テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層３０と、
トンネル酸化層３０の表面に位置する、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層４０と、
ドープ導電層４０の表面に位置する第２パッシベーション層５０と、を含み、
前記第１テクスチャ構造１２は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離は、２μｍ以下であり、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法は、４５μｍ以下であることを特徴とする。
【0032】
半導体基板１０の前面とは、受光面、即ち、太陽光線による照射を受ける表面（受光面）を指し、半導体基板１０の後面とは、前記前面に反対する表面を指す。いくつかの実施例では、前記形成された太陽電池は、片面型であり、前記前面は受光面、後面は非受光面であってもよい。いくつかの実施例では、前記形成された太陽電池は、両面型であり、前記前面及び後面は、いずれも受光面であってもよい。
【0033】
本発明の選択可能な方案として、半導体基板１０は、Ｎ型結晶シリコン基板（又はシリコン片）であり、高温拡散、ペーストによるドーピング、又はイオン注入のうちのいずれか１つまたは複数のプロセスにより、半導体基板の前面にＰ型ドープ層を形成して、前記半導体基板１０にＰＮ接合を形成する。いくつかの実施例では、前記半導体基板１０は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、微結晶シリコン基板、又は炭化シリコン基板のうちの１つであってもよい。
【0034】
いくつかの実施例では、前記Ｐ型ドープ層は、ホウ素ドープ拡散層である。ホウ素ドープ拡散層は、ホウ素源を用いて拡散プロセスによりホウ素原子を前面に一定の深さまで拡散させて形成されたＰ型ドープ層（即ち、Ｐ＋層）である。ホウ素源は、例えば、液状の三臭化ホウ素であってもよい。
【0035】
いくつかの実施例では、図２に示されるように、半導体基板１０の前面には、ピラミッド状の微構造１１１を含む第２テクスチャ構造１１を有する。ピラミッド状の微構造１１１は、四面体、略四面体、五面体、略五面体などの構造であってもよい。ピラミッド状の微構造１１１は、半導体基板に対してテクスチャリングプロセスを行うことで形成されてもよい。テクスチャリングプロセスの方式は、化学エッチング、レーザーエッチング、機械法、プラズマエッチングなどであってもよい。前記ピラミッド状の微構造により、金属ペーストを用いてスクリーン印刷により電極を形成する際に、前記微構造により良く充填させることができ、より優れた電極接触が得られ、電池の直列電気抵抗を効果的に低下することができ、フィルファクターを向上させることもできる。
【0036】
いくつかの実施例では、前記ピラミッド状の微構造１１１は、半導体基板の前面から遠く離れる頂部と、半導体基板の前面に近づく底部とを有し、前記ピラミッド状の微構造は、前面から遠く離れ且つ前記前面に垂直である方向において、頂部と底部との距離（又は高さ）は、５μｍ以下であり、好ましくは、前記距離の範囲は、２μｍ～５μｍである。具体的に、２μｍ、２．５μｍ、２．８μｍ、３μｍ、３．５μｍ、３．８μｍ、４μｍ、４．２μｍ、４．５μｍ、４．８μｍ、又は５μｍなどであってもよい。ピラミッド状の微構造１１１の前記距離の範囲が５μｍ以内、例えば、２μｍ～５μｍに制御される場合、前記ピラミッド状の微構造１１１は、反射率が低く、金属と接する際に界面のキャリア再結合速度が低く、充填が容易であるなどの特性を有し、これにより、電池の光電変換効率を向上する。
【0037】
理解できるように、前面のシリコン結晶の結晶方向は、異方性を有するため、前面に形成されたピラミッド状の微構造の数は、計算や確認することができない。ここで、ピラミッド状の微構造１１１の距離は、特定の領域においてランダムに選択されたピラミッド状の微構造１１１の突出する頂部の最高点と凹みの最低点との距離であってもよい。例えば、ピラミッド状の微構造１１１の距離は、原子力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて半導体基板の表面形状を測定することで確認することができる。例えば、前面において４０μｍ×４０μｍ程度の走査範囲を選択し、原子力顕微鏡によって選択された範囲内で半導体基板の前面を走査することによって、前面におけるピラミッド状の微構造の形状寸法を測定し、高さｈを計算して取得する。具体的に、測定された形状寸法（ＡＦＭ画像）から選択されたピラミッド状の微構造の突出する頂部の最高点をｈａに、頂部に対応する底部の最低点をｈｂにすると、ｈ＝ｈａ－ｈｂとなる。他の実施形態では、第２テクスチャ構造における複数のピラミッド状の微構造をランダムに選出し、それらの高さを測定して平均値を計算し、該平均値をピラミッド状の微構造の高さと定義する。例えば、４つのピラミッド状の微構造１１１をランダムに選択し、それらの高さをそれぞれｈ１、ｈ２、ｈ３及びｈ４と記すると、ピラミッド状の微構造１１１の高さは、（ｈ１＋ｈ２＋ｈ３＋ｈ４）／４の値である。つまり、複数のピラミッド状の微構造１１１の平均距離は、前面におけるピラミッド状の微構造の距離とみなすことができ、前面のテクスチャ特徴を表すことに用いられる。
【0038】
本発明の選択可能な技術案として、第１パッシベーション層２０は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つ、又は複数からなる積層構造を含む。
【0039】
いくつかの実施例では、前記第１パッシベーション層２０の厚さの範囲は、１０ｎｍ～１２０ｎｍであり、具体的に、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、又は１２０ｎｍなどであってもよく、無論、上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
【0040】
好ましくは、前記第１パッシベーション層２０は、酸化アルミニウム層と窒化シリコン層との積層パッシベーション構造である。前記酸化アルミニウム層は、半導体基板１０の前面に設けられ、前記窒化シリコン層は、酸化アルミニウム層の表面に設けられる。いくつかの実施例では、酸化アルミニウム層は、厚さが２ｎｍ～１０ｎｍ、屈折率が１．５～１．８であり、また、前記窒化シリコン層は、厚さが５０ｎｍ～１１０ｎｍ、屈折率が１．６５～２．２５である。前記第１パッシベーション層２０の全体の屈折率は、１．９～２．０である。いくつかの実施例では、前記酸化アルミニウム層又は窒化シリコン層は、複数のサブ層を含んでもよく、例えば、窒化シリコン層は、２～５個の窒化シリコンサブ層からなる。
【0041】
好ましくは、前記第１パッシベーション層は、順に積層設置された酸化アルミニウム層、窒化シリコン層及び酸窒化シリコンの積層パッシベーション構造であり、その中で、酸化アルミニウム層は、厚さの範囲が２ｎｍ～１０ｎｍ、屈折率の範囲が１．５～１．８であり、前記窒化シリコン層は、厚さの範囲が４０ｎｍ～８０ｎｍ、屈折率の範囲が１．９～２．３であり、酸窒化シリコン層は、厚さの範囲が１０ｎｍ～６０ｎｍ、屈折率の範囲が１．５～１．７５である。
【0042】
さらに、半導体基板１０の後面には、第１テクスチャ構造１２を有する。具体的に、第１テクスチャ構造１２は、アルカリ研磨処理によって形成することができる。
【0043】
本発明の選択可能な技術案として、図３は、本発明の実施例で提供される半導体基板の後面における第１テクスチャ構造１２の電子顕微鏡写真である。図３に示されるように、第１テクスチャ構造１２は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造１２１を含む。前記第１テクスチャ構造１２は、非ピラミッド状の微構造形状を呈する。例えば、前記第１テクスチャ構造は、略「階段」状の形状を呈し、第１サブ構造１２１は、「階段」の一段とみなすことができる。
【0044】
【0045】
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造１２１は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向（積み重ねる方向と理解してもよい。）において、最外側の第１サブ構造の頂部表面１２１ａとそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面１２１ｂとの距離Ｈは、２μｍ以下であり、具体的に、２μｍ、１．８μｍ、１．５μｍ、１．２μｍ、１．１μｍ、１．０μｍ、０．８μｍ、０．５μｍ、０．３μｍ、０．２μｍ、又は０．１μｍなどであってもよい。距離Ｈが２μｍを超えると、第１テクスチャ構造の粗さが大きすぎ、第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層３０の厚さが大きくなり、高緻密度及び高均一性を有するトンネル酸化層の形成に不利であり、さらにトンネル酸化層３０によるトンネル効果とパッシベーション効果に影響を与えることがある。また、第１テクスチャ構造の粗さが小さすぎると、第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層の厚さが小さくなり、電極ペーストとの接触に不利である。好ましくは、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面１２１ａとそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面１２１ｂとの距離Ｈは、０．３μｍ～１．２μｍの範囲である。
【0046】
なお、積層設置された３層の第１サブ構造の場合、いずれかの１層の第１サブ構造の頂部表面１２１ａとそれに隣接する１層の第１サブ構造の頂部表面１２１ｂとの距離Ｈは、２μｍ以下である。
【0047】
理解できるように、最外側の第１サブ構造の頂部表面１２１ａとそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面１２１ｂとの距離を２μｍ以下に制御することで、第１テクスチャ構造の粗さを所望の範囲内に制御することができ、第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層の均一性の向上に有利であり、形成されたトンネル酸化層の性能はより良くなり、さらにリンの拡散によって局所的なリン濃度が高すぎることを抑制し、接触抵抗率を低下し、太陽電池の開放電圧を向上し、フィルファクター及び光電変換効率を向上することができる。
【0048】
前記最外側の第１サブ構造の頂部表面１２１ａの１次元寸法Ｌは、４５μｍ以下、即ち、０＜Ｌ≦４５μｍであり、好ましくは、前記１次元寸法Ｌは、２μｍ～４５μｍの範囲である。ここで、前記頂部表面の１次元寸法Ｌは、具体的に、表面の縦、横、又は対角線の長さや、円形の場合の直径などであってもよく、ここで限定されない。いくつかの実施例で、前記１次元寸法は、基板の後面における所定範囲の領域内において、複数の最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法の平均値であってもよい。最外側の第１サブ構造の頂部表面の平均１次元寸法は、具体的に、２μｍ、５μｍ、８μｍ、１２μｍ、１５μｍ、１８μｍ、２０μｍ、２５μｍ、２８μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４２μｍ、４０μｍ、又は４５μｍなどであってもよい。好ましくは、最外側の第１サブ構造の頂部表面の平均１次元寸法は、１０μｍ～１５μｍの範囲である。
【0049】
一つの具体的な実施例では、図３に示されるように、前記第１テクスチャ構造は、さらに、互いに積み重ねられずに隣接して配列される２つ又は複数の第２サブ構造１２２を含み、前記後面から遠く離れる前記第２サブ構造１２２の頂部表面は、１次元寸法Ｌが４５μｍ以下、即ち、０＜Ｌ≦４５μｍである。好ましくは、前記第２サブ構造１２２の１次元寸法Ｌは、２μｍ～４５μｍであり、具体的に、２μｍ、５μｍ、８μｍ、１２μｍ、１５μｍ、１８μｍ、２０μｍ、２５μｍ、２８μｍ、３０μｍ、３２μｍ、３５μｍ、又は４５μｍなどであってもよい。
【0050】
後面の前記第１サブ構造及び／又は前記第２サブ構造の頂部表面は、前面におけるピラミッド状の微構造と異なり、多角形平面である。前記多角形平面の形状は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形、略台形のうちの少なくとも１つを含む。理解できるように、実際の製造過程中に、前記第１サブ構造又は第２サブ構造の頂部表面の形状は、不規則な多角形平面を呈するが、全体的に菱形、方形、台形に近似する形状特徴を呈する。
【0051】
いくつかの実施例では、後続のパッシベーション膜層の製造、例えば、第１パッシベーション層２０、トンネル酸化層３０、ドープ導電層４０などの製造によって、第２テクスチャ構造及び第１テクスチャ構造の初期構造を一定程度で破壊する可能性はある。例えば、量産の太陽電池において、前記第２テクスチャ構造中に少量の非ピラミッド状の微構造が存在する可能性があり、前記非ピラミッド状の微構造は、ピラミッド状の微構造の尖った頂部が破壊されたことにより形成される。
【0052】
いくつかの実施例では、前記太陽電池の第２テクスチャ構造又は第１テクスチャ構造を示すテクスチャの寸法特徴を測定する際に、例えば第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法や、互いに隣接する第１サブ構造同士の表面の間の距離は、試験装置（光学顕微鏡、原子力顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡など）によって膜層表面を直接に測定して確認することができる。一つの場合には、膜層の厚さがナノレベルであるため、前記テクスチャの寸法特徴の値は、第２テクスチャ構造又は第１テクスチャ構造に対応する膜層の測定データを直接利用して取得することができ、ただし、前記膜層の測定データは、膜層厚さとテクスチャ寸法特徴の値の総和である。別の１つの場合には、前記テクスチャの寸法特徴の値は、上記膜層の測定データから膜層厚さデータを引いて取得してもよい。以上の測定手段は、例に過ぎず、本発明においてこれに限定されない。
【0053】
図１及び図６に示されるように、トンネル酸化層３０は、半導体基板１０の後面における第１テクスチャ構造１２上に位置し、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層、酸化ハフニウム層のうちの１つ、又は複数からなる積層構造であってもよい。他の実施例では、トンネル酸化層３０は、酸素含有窒化シリコン層、酸素含有炭化シリコン層などであってもよい。トンネル酸化層３０の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍであり、具体的に、０．８ｎｍ、０．９ｎｍ、１．０ｎｍ、１．２ｎｍ、１．４ｎｍ、１．６ｎｍ、１．８ｎｍ、又は２ｎｍなどであってもよい。トンネル酸化層３０の厚さとは、該トンネル酸化層の、その形成面に対する厚さである。第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層３０の厚さは、サブ構造の斜面の法線方向を厚さ方向とする場合に、断面を観察して計算することで得られる。トンネル酸化層３０の厚さが大きすぎると、トンネル酸化層の接触抵抗の低下に不利である。トンネル酸化層の厚さを制御することで、接触抵抗に起因するフィルファクターの低下を抑制することができる。
【0054】
具体的に、トンネル酸化層３０のバンドギャップ幅は、３．０ｅＶ超であり、キャリアは、一般的に、熱放射により輸送されてトンネル酸化層３０を通過することが困難であるものの、トンネル酸化層３０が非常に薄い場合、キャリアがトンネル効果によってトンネル酸化層３０を通過可能であるため、厚さが０．８ｎｍ～２ｎｍのトンネル酸化層は、多数キャリアの輸送を阻害しない。トンネル酸化層の厚さが徐々に大きくなるにつれて、多数キャリアのトンネル効果が影響を受け、キャリアが輸送されてトンネル酸化層３０を通過しにくくなり、電池の光電変換効率が徐々に低下する。しかしながら、トンネル酸化層の厚さが小さすぎると、パッシベーションの役割を果たすことができなくなる。好ましくは、トンネル酸化層３０は、酸化シリコン層であり、厚さが０．８ｎｍ～１．５ｎｍである。
【0055】
本発明の選択可能な技術案として、図６に示されるように、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面上におけるトンネル酸化層の厚さＤ１は、前記最外側の第１サブ構造の側部表面上に形成されたトンネル酸化層の厚さＤ２よりも小さい。具体的に、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面上におけるトンネル酸化層と、前記最外側のサブ構造の側部表面上に形成されたトンネル酸化層との厚さの差（Ｄ２－Ｄ１）は、０．１５ｎｍ以下である。前
記厚さの差は、具体的に、０．１４ｎｍ、０．１３ｎｍ、０．１２ｎｍ、０．１１ｎｍ、０．１０ｎｍ、０．０９ｎｍ、０．０８ｎｍ、０．０７ｎｍ、０．０６ｎｍ、０．０５ｎｍ、０．０４ｎｍなどであってもよい。最外側の第１サブ構造の頂部表面上におけるトンネル酸化層と、最外側のサブ構造の側部表面上に形成されたトンネル酸化層との厚さの差が大きすぎると、トンネル酸化層の厚さの均一性が劣り、太陽電池の電流密度が影響を受けやすく、太陽電池の開放電圧が低下する。
記厚さの差は、具体的に、０．１４ｎｍ、０．１３ｎｍ、０．１２ｎｍ、０．１１ｎｍ、０．１０ｎｍ、０．０９ｎｍ、０．０８ｎｍ、０．０７ｎｍ、０．０６ｎｍ、０．０５ｎｍ、０．０４ｎｍなどであってもよい。最外側の第１サブ構造の頂部表面上におけるトンネル酸化層と、最外側のサブ構造の側部表面上に形成されたトンネル酸化層との厚さの差が大きすぎると、トンネル酸化層の厚さの均一性が劣り、太陽電池の電流密度が影響を受けやすく、太陽電池の開放電圧が低下する。
【0056】
いくつかの実施例では、半導体基板の前後の面に異なる形状のテクスチャ構造を設ける、つまり、前面にピラミッド状のテクスチャ構造を形成し、また、後面に非ピラミッドテクスチャ構造を形成することにより、形成された電池は、前面と後面に異なる光閉じ込め構造を有し、光の有効接触面積を増加させる。さらに、後面に形成された第１テクスチャ構造について、最外側の第１サブ構造の頂部表面と、それに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離を２μｍ以下に制御することで、トンネル酸化層中の空孔密度（ｐｉｎｈｏｌｅ）の減少に有利であり、さらにトンネル酸化層の緻密度及び均一性を向上することができ、またさらにトンネル酸化層の表面上のドープ導電層の局所ドーピング濃度が高くなることを抑制し、接触抵抗率を低下し、太陽電池の開放電圧を向上し、フィルファクター及び光電変換効率を向上することができる。
【0057】
いくつかの実施例で、ドープ導電層４０は、ドープ多結晶シリコン層、ドープ微結晶シリコン層、又はドープアモルファスシリコン層であってもよく、前記ドープ導電層４０は、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を含む。
【0058】
半導体基板１０がＮ型単結晶シリコン基板である場合、ドープ導電層４０は、Ｎ型ドープ多結晶シリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、又はＮ型ドープアモルファスシリコン層であり、含まれるドーピング元素は、リンなどのＮ型ドーピング元素であってもよい。
【0059】
いくつかの実施例では、前記ドープ導電層４０は、厚さの範囲が６０ｎｍ～２００ｎｍであり、例えばＮ型ドープ多結晶シリコン層であり、屈折率の範囲が３．５～４．５である。
【0060】
本発明の選択可能な技術案として、第２パッシベーション層５０は、窒化シリコン層、酸化シリコン層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つを含む。前記第２パッシベーション層５０の厚さは、７０ｎｍ～１２０ｎｍである。例えば、前記第２パッシベーション層５０は、窒化シリコン層である。該窒化シリコン層は、シリコン／窒素の比が低く、また、屈折率の範囲が１．７～２．１であり、１．７、１．８、１．９、２．０、又は２．１などであってもよく、無論、上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。窒化シリコン層の屈折率を制御し、窒化シリコン層に含まれるシリコン／窒素の比を低くすることによって、形成された第２パッシベーション層５０を金属化処理する際に、接触抵抗率を低下させることができ、さらに太陽電池の接触抵抗率を低下させることができる。
【0061】
いくつかの実施例では、第２パッシベーション層５０が積層設置された窒化シリコン層と酸化シリコン層、又は積層設置された窒化シリコン層と酸窒化シリコン層である場合に、窒化シリコン層は、ドープ導電層の表面に位置し、酸化シリコン層又は酸窒化シリコン層は、窒化シリコン層の表面に位置する。
【0062】
さらに、太陽電池は、さらに第１電極６０及び第２電極７０を含む。第１電極６０は、第１パッシベーション層２０を貫通して半導体基板１０の前面におけるＰ型ドープ層（例えば、ホウ素ドープ拡散層）とオーミック接触を形成し、第２電極７０は、第２パッシベーション層５０を貫通してドープ導電層４０とオーミック接触を形成し、ドープ導電層４０とトンネル酸化層３０は、パッシベーション接触構造を構成する。前記第１電極６０及び第２電極７０は、第１パッシベーション層及び第２パッシベーション層の表面に塗布された導電性金属ペーストを焼結することで形成することができる。いくつかの実施例では、前記第１電極６０又は第２電極７０の材料は、銀、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属材料を含む。
【0063】
図１に示されるように形成された太陽電池、即ち、半導体基板１０の前面にピラミッド状の微構造を有する第２テクスチャ構造が形成され、半導体基板の後面に非ピラミッド状の微構造を有する第１テクスチャ構造が形成され、前記第２テクスチャ構造上に、マッチングした第１パッシベーション層２０（例えば、酸化アルミニウム層と窒化シリコン層の積層パッシベーション構造）が形成され、前記第１テクスチャ構造に、マッチングしたトンネル酸化層３０、ドープ導電層４０及び第２パッシベーション層５０（例えば、窒化シリコン層）が形成された太陽電池の構造により、高い光電変換効率を示すことができる。
【0064】
本発明の第２態様について、本発明の実施例において、複数の太陽電池ストリングを含む太陽電池モジュールを提供する。
【0065】
【0066】
また、太陽電池ストリング３は、複数の太陽電池（例えば、図１に示される太陽電池）、太陽電池同士は導電性リボン（未図示）により接続される。太陽電池同士の間の接続方式は、シングリング（例えば、部分的に積層すること）であってもよく、スプライシングであってもよい。
【0067】
第１シート１、第２シート５は、透明又は不透明のシート、例えばガラスシート、プラスチックシートであってもよい。
【0068】
第１封止接着層２の両側は、それぞれ第１シート１、シート状電池３と接触して貼り合わせており、第２封止接着層４の両側は、それぞれ第２シート５、シート状電池３と接触して貼り合わせている。なお、第１封止接着層２、第２封止接着層４は、それぞれエチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）接着膜、ポリエチレンオクテン共弾性体（ＰＯＥ）接
着膜、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）接着膜であってもよい。
着膜、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）接着膜であってもよい。
【0069】
太陽電池モジュールは、全部の側辺を取り囲む形で封止され、即ち、封止テープを用いて太陽電池モジュールの側辺を完全に被覆して封止してもよく、それにより、太陽電池モジュールに積層過程中において積層ずれが生じることを防止する。
【0070】
さらに、太陽電池モジュール（図７ｂに示される太陽電池モジュール１００）は、さらに、太陽電池モジュールの一部の辺縁に固定されてそれを封止するための辺縁封止部材６を含む。図７ｂに示されるように、当該辺縁封止部材６は、太陽電池モジュールにおける角部に近い辺縁に固定されて封止作用を発揮する。当該辺縁封止部材６は、耐高温テープであってもよい。当該耐高温テープは、優れた耐高温特性を有し、積層過程中において分解したり、脱落したりすることがなく、太陽電池モジュールを確実に封止することを確保することができる。なお、耐高温テープの両端は、それぞれ第２シート５と第１シート１に固定されている。当該耐高温テープの両端は、それぞれ第２シート５と第１シート１に接着されてもよく、その中間部は、太陽電池モジュールの側辺を位置規制することができ、これにより太陽電池モジュールに積層過程中において積層ずれが生じることを防止する。
【0071】
本発明の第３態様により、さらに、上記太陽電池を製造するための太陽電池の製造方法を提供する。図８に示されるように、当該製造方法は、以下の工程を含む。
【0072】
工程Ｓ１０：半導体基板に対してテクスチャリング処理を行い、半導体基板の前面に第２テクスチャ構造を形成し、該第２テクスチャ構造は、ピラミッド状の微構造を含んでもよい；
工程Ｓ２０：テクスチャリング後の半導体基板の前面に対してドーピング処理を行い、ドープ層を形成する；
工程Ｓ３０：アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行うことで、半導体基板の後面に第１テクスチャ構造を形成し、前記第１テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、また、前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が２μｍ以下であり、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が４５μｍ以下である；
工程Ｓ４０：半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上にトンネル酸化層を形成する；
工程Ｓ５０：トンネル酸化層の表面に多結晶シリコン層を堆積形成し、多結晶シリコン層に対してドーピング処理を行い、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層を形成する；
工程Ｓ６０：半導体基板の前面に第１パッシベーション層を形成する；
工程Ｓ７０：ドープ導電層の表面に第２パッシベーション層を形成する。
工程Ｓ２０：テクスチャリング後の半導体基板の前面に対してドーピング処理を行い、ドープ層を形成する；
工程Ｓ３０：アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行うことで、半導体基板の後面に第１テクスチャ構造を形成し、前記第１テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、また、前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が２μｍ以下であり、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が４５μｍ以下である；
工程Ｓ４０：半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上にトンネル酸化層を形成する；
工程Ｓ５０：トンネル酸化層の表面に多結晶シリコン層を堆積形成し、多結晶シリコン層に対してドーピング処理を行い、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層を形成する；
工程Ｓ６０：半導体基板の前面に第１パッシベーション層を形成する；
工程Ｓ７０：ドープ導電層の表面に第２パッシベーション層を形成する。
【0073】
上記技術案では、アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行う。これにより、半導体基板の前面と後面に、異なる形状のテクスチャ構造を形成する、つまり、前面にピラミッド状テクスチャ構造を形成し、後面に非ピラミッドテクスチャ構造を形成することによって、形成された電池の前面と後面に異なる光閉じ込め構造を有させることができ、光の有効接触面積を増加し、さらに、後面に形成された第１テクスチャ構造について、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離を２μｍ以下に制御することは、トンネル酸化層中の空孔密度（ｐｉｎｈｏｌｅ）の減少に有利であり、さらにトンネル酸化層の緻密度と均一性を向上し、さらにトンネル酸化層の表面上のドープ導電層の局所ドーピング濃度が高くなることを抑制し、接触抵抗率を低下し、太陽電池の開放電圧を向上し、フィルファクター及び光電変換効率を向上することができる。
【0074】
以下、本技術案を具体的に説明する。
【0075】
工程Ｓ１０において、半導体基板に対してテクスチャリング処理を行い、半導体基板の前面に、ピラミッド状の微構造を含む第２テクスチャ構造を形成する。
【0076】
半導体基板は、結晶シリコン基板（シリコン基板）であってもよく、例えば多結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板、微結晶シリコン基板、又は炭化シリコン基板のうちの１つであってもよいが、本発明の実施例において、半導体基板の具体的なタイプは限定されない。いくつかの実施例では、半導体基板は、Ｎ型結晶シリコン基板（又はシリコン片）であり、厚さが６０μｍ～２４０μｍであり、具体的に、６０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、又は２４０μｍなどであってもよく、ここで限定されない。半導体基板のドーピング元素は、リン、窒素などであってもよい。
【0077】
なお、本発明において、テクスチャリングの具体的な操作方式は限定されない。例えば、湿式法テクスチャリングプロセスを選択してＮ型基板に対してテクスチャリングを行うことができるが、該操作方式に限定されない。Ｎ型半導体基板がＮ型単結晶シリコン基板である場合、アルカリ性溶液、例えば水酸化カリウム溶液を用いてテクスチャリングを行うことができ、また、ＮａＯＨ溶液の腐食が異方性を示すため、ピラミッド状の微構造を製造することができる。
【0078】
図２に示されるように、半導体基板１０の前面には、ピラミッド状の微構造１１１を含む第２テクスチャ構造１１を有する。ピラミッド状の微構造１１１は、四面体、略四面体、五面体、略五面体などの構造であってもよい。ピラミッド状の微構造１１１は、半導体基板に対してテクスチャリングプロセスを行うことで形成可能である。テクスチャリングプロセスの方式は、化学エッチング、レーザーエッチング、機械法、プラズマエッチングなどが挙げられる。前記ピラミッド状の微構造は、金属ペーストを用いてスクリーン印刷により電極を形成する際に、前記微構造によりよく充填することができ、より優れた電極接触が得られ、電池の直列電気抵抗を効果的に低下し、フィルファクターを向上することができる。
【0079】
工程Ｓ２０において、テクスチャリング後の半導体基板の前面に対してドーピング処理を行うことで、ドープ層を形成する。
【0080】
一つの具体的な実施形態では、半導体基板１０がＮ型基板である場合、高温拡散、ペーストによるドーピング、又はイオン注入のうちのいずれか１種又は複数種のプロセスにより、半導体基板の前面にＰ型ドープ層を形成してもよく、これにより、前記半導体基板１０中にＰＮ接合を形成する。
【0081】
いくつかの実施例では、前記Ｐ型ドープ層は、ホウ素ドープ拡散層である。ホウ素ドープ拡散層は、ホウ素源を用いて拡散プロセスによってホウ素原子を前面に一定の深さまで拡散させて形成したＰ型ドープ層（即ち、Ｐ＋層）である。例えば、ホウ素源は、液状の三臭化ホウ素であってもよい。ホウ素拡散処理された基板中の微結晶シリコン相は、多結晶シリコン相に変換される。半導体基板の表面に高濃度のホウ素を有するため、通常、ホウケイ酸ガラス層（ＢＳＧ）が形成される。
【0082】
さらに、工程Ｓ３０においてアルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行う前に、前記太陽電池の製造方法はさらに以下の工程を含む。
【0083】
調製された混酸で半導体基板の後面におけるホウケイ酸ガラス層を除去し、前記混酸は、フッ化水素を０．１質量％～１０質量％、硫酸を１０質量％～２０質量％、及び硝酸を２５質量％～５０質量％を含む。
【0084】
酸洗後の半導体基板の後面を水洗、乾燥処理する。
【0085】
理解できるように、ホウ素拡散処理の際に、半導体基板の後面にも回り込む効果により一部のホウケイ酸ガラスが形成されるため、この部分のホウケイ酸ガラスを除去する必要がある。なお、酸洗後の半導体基板の後面には、多孔質構造が形成される。
【0086】
具体的に、酸洗時間は、１０ｓ～１８０ｓであり、酸洗温度は、７℃～２０℃であり、即ち、常温状態下で半導体基板の後面におけるホウケイ酸ガラスを酸洗して除去し、半導体基板本体を露出させる。
【0087】
工程Ｓ３０においては、アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行うことによって、半導体基板の後面に第１テクスチャ構造が形成される。
【0088】
具体的に、濃度が５質量％～１５質量％のアルカリ溶液を用いて半導体基板の後面を洗浄して、多孔質シリコンを除去し、
さらに、スプレー方式でアルカリ溶液の微小液滴を半導体基板の後面に滴下して粗化処理を行い、そして５質量％～１０質量％のフッ化水素酸で予備洗浄を行い、
研磨液を用いて半導体基板の後面に対して研磨を行い、研磨温度が７０℃～８０℃であり、研磨時間が２６０ｓ未満であり、ただし、研磨液は、ＮａＯＨを１質量％～１５質量％、ＫＯＨを１質量％～１５質量％、及び添加剤を０．５質量％～２．５質量％含み、
水酸化カリウムを５質量％～１５質量％、及び過酸化水素を１５質量％～４０質量％を含む混合液を用いてエッチング液に含まれる有機成分を除去し、
研磨後の半導体基板を水洗、乾燥処理する。
さらに、スプレー方式でアルカリ溶液の微小液滴を半導体基板の後面に滴下して粗化処理を行い、そして５質量％～１０質量％のフッ化水素酸で予備洗浄を行い、
研磨液を用いて半導体基板の後面に対して研磨を行い、研磨温度が７０℃～８０℃であり、研磨時間が２６０ｓ未満であり、ただし、研磨液は、ＮａＯＨを１質量％～１５質量％、ＫＯＨを１質量％～１５質量％、及び添加剤を０．５質量％～２．５質量％含み、
水酸化カリウムを５質量％～１５質量％、及び過酸化水素を１５質量％～４０質量％を含む混合液を用いてエッチング液に含まれる有機成分を除去し、
研磨後の半導体基板を水洗、乾燥処理する。
【0089】
いくつかの実施例では、後面研磨処理時に、半導体基板の前面におけるホウケイ酸ガラス層を保護する必要があり、例えば、マスクによりホウケイ酸ガラス層を保護してもよい。
【0090】
一つの具体的な実施例では、半導体基板の後面におけるホウ素濃度が低いため、アルカリ溶液を用いてエッチングすることで、エッチング効率を効果的に向上することができる。アルカリ溶液には、有機塩基及び／又は无機塩基が含まれ、无機塩基としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｇａ（ＯＨ）２、ＮＨ３・Ｈ２Ｏが挙げられ、有機塩基としては、トリエチルアミン、ニトロフェノール、ピリジン、キニーネ、コルヒチンが挙げられる。研磨液に含まれる添加剤は、スルホン酸ナトリウム、無水マレイン酸、アルキルグリコシドなどからなる緩衝液であってもよい。
【0091】
研磨温度は、具体的に７０℃、７２℃、７４℃、７５℃、７８℃、７９℃、８０℃などであってもよく、研磨時間は、２５０ｓ、２４０ｓ、２３０ｓ、２２０ｓ、２００ｓ、１８０ｓ、１６０ｓ、１４０ｓ、１２０ｓ、１００ｓ、８０ｓなどであってもよいが、無論、上記範囲内の他の値であってもよい。
【0092】
いくつかの実施例では、半導体基板の研磨減量は、０．３ｇ未満である。
【0093】
研磨時間と研磨温度を制御することにより、研磨後の第１テクスチャ構造中のサブ構造の形状を調整することができ、これにより、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造のうち、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離は、２μｍ以下となり、半導体基板の後面の粗さを増大することができる。
【0094】
いくつかの実施例では、熱風で半導体基板の表面を乾燥させて非ピラミッド状の微構造を含む第１テクスチャ構造を形成することができる。
【0095】
本発明の選択可能な技術案として、図３は、本発明の実施例で提供される半導体基板の後面における第１テクスチャ構造１２の電子顕微鏡写真である。図３に示されるように、第１テクスチャ構造１２は、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造１２１を含む。
【0096】
【0097】
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造１２１は、前記後面に遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面１２１ａとそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面１２１ｂとの距離Ｈは、２μｍ以下であり、具体的に、２μｍ、１．８μｍ、１．５μｍ、１．２μｍ、１．１μｍ、１．０μｍ、０．８μｍ、０．５μｍ、０．３μｍ、０．２μｍ、又は０．１μｍなどであってもよい。距離Ｈが２μｍを超えると、第１テクスチャ構造の粗さが大きすぎ、第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層３０の厚さが大きくなり、高緻密度及び高均一性を有するトンネル酸化層の形成に不利であり、さらにトンネル酸化層３０によるトンネル効果とパッシベーション効果に影響を与えることができる。また、第１テクスチャ構造の粗さが小さすぎると、第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層の厚さが小さくなり、電極ペーストとの接触に不利である。好ましくは、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面１２１ａとそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面１２１ｂとの距離Ｈは、０．３μｍ～１．２μｍの範囲である。
【0098】
なお、積層設置された３層の第１サブ構造の場合に、いずれかの１層の第１サブ構造の頂部表面１２１ａと、それに隣接する１層の第１サブ構造の頂部表面１２１ｂとの距離Ｈは、２μｍ以下である。
【0099】
理解できるように、最外側の第１サブ構造の頂部表面１２１ａとそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面１２１ｂとの距離を２μｍ以下に制御することで、第１テクスチャ構造の粗さを所望の範囲内に制御することができ、第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層の均一性の向上に有利であり、形成されたトンネル酸化層の性能はより良くなり、さらにリンの拡散による局所リン濃度が高くなることを抑制し、接触抵抗率を低下し、太陽電池の開放電圧を向上し、フィルファクター及び光電変換効率を向上することができる。
【0100】
前記最外側の第１サブ構造の頂部表面１２１ａの１次元寸法Ｌは、４５μｍ以下であり、好ましくは、前記１次元寸法Ｌは、２μｍ～４５μｍである。ここで、前記頂部表面の１次元寸法Ｌは、具体的に、表面の縦、横、又は対角線の長さや、円形の場合の直径などであってもよく、ここで限定されない。いくつかの実施例では、前記１次元寸法は、基板の後面における所定範囲の領域内において、複数の最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法の平均値を指す。最外側の第１サブ構造の頂部表面の平均１次元寸法は、具体的に、２μｍ、５μｍ、８μｍ、１２μｍ、１５μｍ、１８μｍ、２０μｍ、２５μｍ、２８μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４２μｍ、４０μｍ又は４５μｍなどであってもよい。好ましくは、最外側の第１サブ構造の頂部表面の平均１次元寸法は、１０μｍ～１５μｍの範囲である。
【0101】
一つの具体的な実施例では、図３に示されるように、前記第１テクスチャ構造は、さらに、互いに積み重ねられずに隣接して配列される２つ又は複数の第２サブ構造１２２を含む。前記後面から遠く離れる前記第２サブ構造１２２の頂部表面の１次元寸法Ｌは、４５μｍ以下である。好ましくは、前記第２サブ構造１２２の１次元寸法Ｌは、２μｍ～４５μｍの範囲であり、具体的に、２μｍ、５μｍ、８μｍ、１２μｍ、１５μｍ、１８μｍ、２０μｍ、２５μｍ、２８μｍ、３０μｍ、３２μｍ、３５μｍ、又は４５μｍなどであってもよい。
【0102】
後面における前記第１サブ構造及び／又は前記第２サブ構造の頂部表面は、前面の典型的なピラミッド状の微構造と異なり、多角形平面である。前記多角形平面の形状は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形、略台形のうちの少なくとも１つを含む。理解できるように、実際の製造プロセスにおいては、前記第１サブ構造又は第２サブ構造の頂部表面の形状は、不規則な多角形平面を呈するが、全体的には、菱形、方形、台形に近似した形状特徴を呈するとも言える。
【0103】
工程Ｓ４０において、半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上にトンネル酸化層を形成する。
【0104】
いくつかの可能な実施形態では、半導体基板に対して後面のエッチングを行った後に、オゾン酸化法、高温熱酸化法、硝酸酸化法、化学気相堆積法、低圧化学気相堆積法によって処理を行い、トンネル酸化層３０を形成することができる。
【0105】
いくつかの実施例では、変温式プロセス及び化学気相堆積法を用いて半導体基板の後面にトンネル酸化層３０を堆積形成することができる。堆積過程中に、昇温速度を０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎに、堆積温度を５６０℃～６２０℃に、堆積時間を３ｍｉｎ～１０ｍｉｎに制御する。
【0106】
具体的に、堆積過程中に、堆積温度は、５６０℃、５７０℃、５８０℃、５９０℃、６００℃、６１０℃、６１５℃、又は６２０℃などであってもよく、堆積時間は、３ｍｉｎ、４ｍｉｎ、５ｍｉｎ、６ｍｉｎ、７ｍｉｎ、８ｍｉｎ、９ｍｉｎ、又は１０ｍｉｎなどであってもよく、昇温速度は、０．５℃／ｍｉｎ、０．８℃／ｍｉｎ、１．０℃／ｍｉｎ、１．２℃／ｍｉｎ、１．５℃／ｍｉｎ、２．０℃／ｍｉｎ、２．５℃／ｍｉｎ、又は３℃／ｍｉｎなどであってもよいが、無論、上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
【0107】
好ましくは、低圧化学気相堆積法により半導体基板の後面にトンネル酸化層３０を堆積形成することにより、後続の高温ドーピング処理時に薄いトンネル酸化層３０の局所ドーピング濃度が高すぎることによる影響を軽減でき、開放電圧の不安定さを低下させることができる。また、変温式プロセス及び低圧化学気相堆積法によって堆積形成されたトンネル酸化層３０により、太陽電池の開放電圧を４ｍＶ～６ｍＶ高めることが可能である。
【0108】
トンネル酸化層３０は、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層、酸化ハフニウム層のうちの１つ又は複数の積層構造であってもよい。他の実施例では、トンネル酸化層３０は、酸素含有窒化シリコン層、酸素含有炭化シリコン層などであってもよい。トンネル酸化層３０の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍである。具体的に、トンネル酸化層３０の厚さは、０．８ｎｍ、０．９ｎｍ、１．０ｎｍ、１．２ｎｍ、１．４ｎｍ、１．６ｎｍ、１．８ｎｍ、又は２ｎｍなどであってもよい。トンネル酸化層３０の厚さとは、トンネル酸化層の形成面に対する厚さである。第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層３０の厚さは、サブ構造の斜面の法線方向を厚さ方向とし、断面を観察して計算することで得られる。トンネル酸化層３０の厚さが大きすぎると、トンネル酸化層の接触抵抗の低下に不利である。トンネル酸化層の厚さを制御することで、接触抵抗に起因するフィルファクターの低下を抑制することができる。
【0109】
具体的に、トンネル酸化層３０のバンドギャップ幅は、３．０ｅＶ超であり、キャリアは、一般的に、熱放射によって輸送されてトンネル酸化層３０を通過することが困難であるものの、トンネル酸化層３０が非常に薄い場合に、キャリアは、トンネル効果によってトンネル酸化層３０を通過可能であるため、厚さが０．８ｎｍ～２ｎｍのトンネル酸化層は、多数キャリアの輸送を阻害しない。トンネル酸化層の厚さが徐々に大きくなるにつれて、多数キャリアのトンネル効果が影響を受けるため、キャリアが輸送されてトンネル酸化層３０を通過しにくくなり、電池の光電変換効率が徐々に低くなる。トンネル酸化層の厚さが小さすぎると、パッシベーションの役割を果たすことができない。好ましくは、トンネル酸化層３０は、酸化シリコン層であり、厚さが０．８ｎｍ～１．５ｎｍである。
【0110】
本願の選択可能な技術案として、図６に示されるように、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面上におけるトンネル酸化層の厚さＤ１は、前記最外側の第１サブ構造の側部表面上に形成されたトンネル酸化層の厚さＤ２よりも小さい。具体的に、前記最外側の第１サブ構造の頂部表面上におけるトンネル酸化層と、前記最外側のサブ構造の側部表面上に形成されたトンネル酸化層との厚さの差（Ｄ２－Ｄ１）は、０．１５ｎｍ以下である。前記
厚さの差は、具体的に、０．１４ｎｍ、０．１３ｎｍ、０．１２ｎｍ、０．１１ｎｍ、０．１０ｎｍ、０．０９ｎｍ、０．０８ｎｍ、０．０７ｎｍ、０．０６ｎｍ、０．０５ｎｍ、０．０４ｎｍなどであってもよい。最外側の第１サブ構造の頂部表面上におけるトンネル酸化層と、最外側のサブ構造の側部表面上に形成されたトンネル酸化層との厚さの差が大きすぎると、トンネル酸化層の厚さの均一性が劣り、太陽電池の電流密度が影響を受けやすく、太陽電池の開放電圧が低下する。
厚さの差は、具体的に、０．１４ｎｍ、０．１３ｎｍ、０．１２ｎｍ、０．１１ｎｍ、０．１０ｎｍ、０．０９ｎｍ、０．０８ｎｍ、０．０７ｎｍ、０．０６ｎｍ、０．０５ｎｍ、０．０４ｎｍなどであってもよい。最外側の第１サブ構造の頂部表面上におけるトンネル酸化層と、最外側のサブ構造の側部表面上に形成されたトンネル酸化層との厚さの差が大きすぎると、トンネル酸化層の厚さの均一性が劣り、太陽電池の電流密度が影響を受けやすく、太陽電池の開放電圧が低下する。
【0111】
工程Ｓ５０において、トンネル酸化層の表面に多結晶シリコン層を堆積形成し、多結晶シリコン層に対してドーピング処理を行ってドープ導電層を形成する。ドープ導電層の導電型は、半導体基板の導電型と同じである。
【0112】
いくつかの可能な実施形態では、物理気相堆積法、化学気相堆積法、プラズマ支援化学気相堆積法、原子層堆積法のうちのいずれかの方法により、トンネル酸化層の表面に多結晶シリコン層を堆積形成する。化学気相堆積法は、低圧化学気相堆積法又は常圧化学気相堆積法であってもよい。
【0113】
一つの具体的な実施形態では、トンネル酸化層と多結晶シリコン層の堆積、及び多結晶シリコン層へのドーピングは、いずれも低圧化学気相堆積装置で形成される。
【0114】
具体的に、該工程は、
まず、アルカリによる研磨後の半導体基板を堆積装置に置き、２０Ｌ～６０Ｌの酸素源（例えば、酸素、亜酸化窒素、オゾンであってもよい）を流し、０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎの昇温速度で、堆積装置内の温度を５６０℃～６２０℃まで加熱し、堆積時間を３ｍｉｎ～１０ｍｉｎとし、トンネル酸化層３０を形成すること、
酸素を流した後、恒温段階に入り、そして、適量のシランガスを流し、多結晶シリコン層を形成すること、及び
最後に、多結晶シリコン層に対してｉｎ－ｓｉｔｕドーピングを行い、ドープ導電層４０を形成することを含む。
まず、アルカリによる研磨後の半導体基板を堆積装置に置き、２０Ｌ～６０Ｌの酸素源（例えば、酸素、亜酸化窒素、オゾンであってもよい）を流し、０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎの昇温速度で、堆積装置内の温度を５６０℃～６２０℃まで加熱し、堆積時間を３ｍｉｎ～１０ｍｉｎとし、トンネル酸化層３０を形成すること、
酸素を流した後、恒温段階に入り、そして、適量のシランガスを流し、多結晶シリコン層を形成すること、及び
最後に、多結晶シリコン層に対してｉｎ－ｓｉｔｕドーピングを行い、ドープ導電層４０を形成することを含む。
【0115】
いくつかの実施例では、ドープ導電層４０は、ドープ多結晶シリコン層であってもよく、前記ドープ導電層４０と前記半導体基板とは、同じ導電型のドーピング元素を含む。
【0116】
他の実施例では、トンネル酸化層３０の表面に微結晶シリコン層又はアモルファスシリコン層を堆積形成し、ｉｎ－ｓｉｔｕドーピングを行い、ドープ微結晶シリコン層又はドープアモルファスシリコン層であるドープ導電層４０を形成することができる。
【0117】
半導体基板１０がＮ型単結晶シリコン基板である場合、ドープ導電層４０はＮ型ドープ多結晶シリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、又はＮ型ドープアモルファスシリコン層であり、ドーピング元素は、リンなどのＮ型ドーピング元素であってもよい。
【0118】
いくつかの実施例では、前記ドープ導電層４０は、厚さの範囲が６０ｎｍ～２００ｎｍであり、例えばＮ型ドープ多結晶シリコン層であり、屈折率の範囲が３．５～４．５である。
【0119】
工程Ｓ５０の後、且つ工程Ｓ６０の前に、上記太陽電池の製造方法は、さらに、 ｉｎ－ｓｉｔｕドーピングされた多結晶シリコン層を堆積した後、高温アニール処理及び洗浄処理を行う。
【0120】
本発明の実施例においては、この高温アニール処理及び洗浄処理の具体的な操作方式が限定されない。例えば、この高温アニール処理で処理するのは、堆積された多結晶シリコン層であり、これにより、多結晶シリコン層をより良く結晶化させることができ、アニールの温度範囲は、７００℃～１０００℃であってもよい。
【0121】
高温アニール処理により、５価のリン原子を拡散させてドープ多結晶シリコン層を形成し、アニール処理後に、結晶シリコンにおける微結晶シリコン相が多結晶シリコン相に変換し、リンが半導体基板の表面に堆積されてリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）が形成される。
【0122】
洗浄処理は、リンドーピング過程中に形成されたリンケイ酸ガラス層（ＰＳＧ）を除去するためである。理解できるように、リンを拡散させる際に、半導体基板の表面に高濃度のリンを含むため、通常、リンケイ酸ガラス層（ＰＳＧ）が形成され、このリンケイ酸ガラス層は、ゲッタリング作用を有し、太陽電池の正常動作に影響を与え、除去する必要がある。
【0123】
一つの具体的な実施例では、半導体基板の後面を下に向けるように、半導体基板をチェーン式酸洗装置（チェーン式装置の帯の速度は、１．０ｍ／ｍｉｎ～２．０ｍ／ｍｉｎである）内に置く。半導体基板は酸槽に入り、後面のリン拡散によって形成されたリンケイ酸ガラス層（ＰＳＧ）がエッチングにより除去される。酸槽内に調製された混酸が注入されており、前記混酸は、２質量％～１０質量％のフッ化水素、及び２質量％～１０質量％の塩化水素を含み、酸洗温度は１５℃～２５℃であり、酸洗時間は約３０ｓ～６０ｓである。半導体基板の前面は、水膜で被覆され、且つ半導体基板の前面におけるホウケイ酸ガラス層（ＢＳＧ）も保護層として機能することができ、リンケイ酸ガラス層（ＰＳＧ）の除去過程中に、半導体基板の前面の混酸との反応を回避することができる。
【0124】
なお、酸洗後に水洗が必要であり、水洗時間は１０～２０ｓ、水洗温度は１５℃～２５℃であってもよく、無論、水洗後に、半導体基板を乾燥処理してもよい。
【0125】
工程Ｓ６０において、半導体基板の前面に第１パッシベーション層を形成する。
【0126】
いくつかの実施例では、プラズマ支援化学気相堆積法により第１パッシベーション層２０を堆積することができるが、無論、他の方法、例えば有機化学気相堆積法などを使用してもよい。本発明の実施例では、第１パッシベーション層２０についての具体的な実施形態が限定されない。
【0127】
第１パッシベーション層２０は、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、酸化シリコン層などの単層又は積層構造を含んでもよいが、これらに限定されない。無論、第１パッシベーション層として、他のパッシベーション層を使用してもよく、本発明において、第１パッシベーション層を構成する具体的な材質が限定されない。例えば、他の実施例では、第１パッシベーション層は、シリカと窒化シリコンの積層構造などであってもよい。上記第１パッシベーション層は、半導体基板に対して良好なパッシベーション効果を生じ、電池の変換効率の向上に役立つ。
【0128】
工程Ｓ７０において、ドープ導電層の表面に第２パッシベーション層を形成する。
【0129】
プラズマ支援化学気相堆積法により第２パッシベーション層５０を堆積してもよいが、無論、他の方法、例えば有機化学気相堆積法などを使用してもよい。本発明の実施例において、第２パッシベーション層５０についての具体的な実施形態が限定されない。
【0130】
本発明の選択可能な技術案として、第２パッシベーション層５０は、窒化シリコン層、酸化シリコン層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つを含む。前記第２パッシベーション層５０の厚さは、７０ｎｍ～１２０ｎｍである。例えば、前記第２パッシベーション層５０は、窒化シリコン層であり、前記窒化シリコン層は、低いシリコン／窒素の比を有し、その屈折率の範囲は、１．７～２．１であり、具体的に、１．７、１．８、１．９、２．０、又は２．１などであってもよく、無論、上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。窒化シリコン層の屈折率を制御し、低いシリコン／窒素の比を有させることによって、形成された第２パッシベーション層５０は、金属化処理時に、接触抵抗率が低くなり、さらに太陽電池の接触抵抗率を低下させることができる。
【0131】
いくつかの実施例では、第２パッシベーション層５０が、積層設置された窒化シリコン層と酸化シリコン層、又は積層設置された窒化シリコン層と酸窒化シリコン層である場合、窒化シリコン層は、ドープ導電層の表面に位置し、酸化シリコン層又は酸窒化シリコン層は、窒化シリコン層の表面に位置する。
【0132】
さらに、工程Ｓ７０の後に、前記太陽電池の製造方法は、さらに、半導体基板に対して、スクリーン印刷を行って焼結することで電極を形成する。
【0133】
いくつかの実施例では、太陽電池は、さらに第１電極６０及び第２電極７０を含む。第１電極６０は、第１パッシベーション層２０を貫通して半導体基板１０の前面におけるＰ型ドープ層（例えば、ホウ素ドープ拡散層）とオーミック接触を形成し、第２電極７０は、第２パッシベーション層５０を貫通してドープ導電層４０とオーミック接触を形成し、ドープ導電層４０とトンネル酸化層３０は、パッシベーション接触構造を構成する。前記第１電極６０及び第２電極７０は、第１パッシベーション層及び第２パッシベーション層の表面に塗布された導電性金属ペーストを焼結することで形成することができる。いくつかの実施例では、前記第１電極６０又は第２電極７０を構成する材料として、銀、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属材料が挙げられる。
【0134】
以下、上記方法に基づいて太陽電池の実施例１～１３、及び比較例１～４を製造し、具体的なプロセスパラメータは表１に示される。
【0135】
【表1】
【0136】
表２においては、各実施例と各比較例で製造した太陽電池中のトンネル酸化層及びその上の多結晶シリコン層の堆積プロセスパラメータを示す。具体的には、処理されたシリコン基板をＬＰＣＶＤ低圧拡散設備内に装入し、真空に引いて昇温し、「酸素源ガス導入時の温度」に達した酸素源ガス（例えば、酸素ガス）を設備内に導入し、酸化温度１、２、３の下で３段階の酸化を、それぞれ１．２分間、１．３分間、１．５分間行い、シリコン基板上にトンネル酸化層を形成した。その後、設備内の酸素源ガスを吸い出し、窒素ガス雰囲気に置換した後、設備内で予備堆積温度に昇温して「シランガス導入時の温度」に達したシランガスを導入し、導入されたシランガスが、「多結晶シリコン層の堆積温度」に達したシリコン基板のトンネル酸化層上に１８分間分解、堆積し、多結晶シリコン層を形成した。
【0137】
【表2】
【0138】
【表3】
【0139】
実施例１～実施例１３から、半導体基板の後面における第１テクスチャ構造中のサブ構造同士の間の距離を適合的な範囲に制御したことで、半導体基板の後面の粗さが適切な範囲にあることを確保することができ、第１テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層の均一性の向上に有利であり、形成されたトンネル酸化層の性能はより良くなり、さらにドープ導電層の局所ドーピング濃度が高くなることを抑制し、接触抵抗率を効果的に低下し、太陽電池の開放電圧を向上し、フィルファクター及び光電変換効率を向上することができた。
【0140】
比較例１の太陽電池中の第１テクスチャ構造においては、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が２μｍよりも大きかった。また、最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が小さいほど、堆積形成されたトンネル酸化層が厚くなり、トンネル酸化層の均一性が低下し、それによって、トンネル酸化層の表面に形成されたドープ導電層の局所ドーピング濃度が高くなり、接触抵抗率は実施例１と比べて大きくなり、その結果、太陽電池の開放電圧が低下し、フィルファクター及び光電変換効率も低下した。
【0141】
比較例２の太陽電池は、テクスチャリング後に、アルカリによる研磨処理を経ず、後面は、ピラミッド状の微構造であり、ピラミッド状の微構造上に堆積されたトンネル酸化層の均一性が低下し、トンネル酸化層の表面に形成されたドープ導電層の局所ドーピング濃度を高くさせやすく、接触抵抗率が、実施例１と比べて大きくなり、それによって、太陽電池の開放電圧が低下し、フィルファクター及び光電変換効率も低下した。
【0142】
比較例３の太陽電池は、第１テクスチャ構造中のサブ構造を形成する処理により、ドープ導電層の局所ドーピング濃度が高くなることを抑制できたが、高いシリコン／窒素の比を有する窒化シリコン層を使用したため、金属化処理の過程中に、接触抵抗率をさらに低下させることが困難であった。実施例１に比べて、半導体基板の後面における第１テクスチャ構造中のサブ構造同士の間の距離を制御し、且つ第２パッシベーション層の屈折率を制御することで、両者が相乗作用を発揮し、接触抵抗率をよりよく低下させ、太陽電池の開放電圧、フィルファクター及び光電変換効率を向上させることができた。
【0143】
比較例４の太陽電池は、第１テクスチャ構造のサブ構造を形成する処理により、ドープ導電層の局所ドーピング濃度が高くなることを抑制できたが、全体的な屈折率の低い酸化アルミニウム層及び窒化シリコン層の組み合わせを第１パッシベーション層として使用したため、金属化処理の過程中に、接触抵抗率が向上した。
【0144】
本発明の好ましい実施例は、以上のように開示されたが、特許請求の範囲を限定するものではなく、当業者であれば、本願の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更と修正を行うことができるため、本願の保護範囲は、添付の特許請求の範囲で定められた範囲を基準とすべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2022-09-09
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
後面に第１テクスチャ構造、前面に第２テクスチャ構造を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前面における第２テクスチャ構造上に位置する第１パッシベーション層と、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層と、
前記トンネル酸化層の表面に位置するドープ導電層と、
前記ドープ導電層の表面に位置する第２パッシベーション層と、を含む太陽電池であって、
前記第１テクスチャ構造は、非ピラミッド状の微構造形状を呈し、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、
前記第１サブ構造の頂部表面は、多角形平面であり、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造のうち、最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が４５μｍ以下であり、
前記第２テクスチャ構造は、ピラミッド状の微構造を含み、
前記ピラミッド状の微構造は、前記半導体基板の前面から遠く離れる頂部と、前記半導体基板の前面に近づく底部とを有し、
前記前面から遠く離れ且つ前記前面に垂直である方向において、前記ピラミッド状の微構造の頂部と底部との距離が５μｍ以下である、ことを特徴とする太陽電池。
前記半導体基板の前面における第２テクスチャ構造上に位置する第１パッシベーション層と、
前記半導体基板の後面における第１テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層と、
前記トンネル酸化層の表面に位置するドープ導電層と、
前記ドープ導電層の表面に位置する第２パッシベーション層と、を含む太陽電池であって、
前記第１テクスチャ構造は、非ピラミッド状の微構造形状を呈し、少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造を含み、
前記第１サブ構造の頂部表面は、多角形平面であり、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造のうち、最外側の第１サブ構造の頂部表面の１次元寸法が４５μｍ以下であり、
前記第２テクスチャ構造は、ピラミッド状の微構造を含み、
前記ピラミッド状の微構造は、前記半導体基板の前面から遠く離れる頂部と、前記半導体基板の前面に近づく底部とを有し、
前記前面から遠く離れ且つ前記前面に垂直である方向において、前記ピラミッド状の微構造の頂部と底部との距離が５μｍ以下である、ことを特徴とする太陽電池。
【請求項2】
前記少なくとも部分的に積み重ねられた２つ又は複数の第１サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第１サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第１サブ構造の頂部表面との距離が２μｍ以下である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項3】
前記第１サブ構造の頂部表面は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形、略台形のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項4】
前記最外側の第１サブ構造の頂部表面上のトンネル酸化層の厚さは、前記最外側の第１サブ構造の側部表面上のトンネル酸化層の厚さよりも小さい、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項5】
前記第１テクスチャ構造は、さらに互いに積み重ねられずに隣接して配列される２つ又は複数の第２サブ構造を含み、前記後面から遠く離れる前記第２サブ構造の頂部表面の１次元寸法は、４５μｍ以下である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項6】
前記第２サブ構造の頂部表面は、多角形平面である、請求項５に記載の太陽電池。
【請求項7】
前記トンネル酸化層は、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層、及び酸化ハフニウム層のうちの少なくとも１つを含み、
前記トンネル酸化層の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記トンネル酸化層の厚さは、０．８ｎｍ～２ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項8】
前記第２パッシベーション層は、窒化シリコン層、酸化シリコン層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つを含み、
前記第２パッシベーション層の厚さは、７０ｎｍ～１２０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記第２パッシベーション層の厚さは、７０ｎｍ～１２０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項9】
前記第１パッシベーション層は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項10】
前記第１パッシベーション層は、酸化アルミニウム層と窒化シリコン層との積層パッシベーション構造であり、
前記酸化アルミニウム層の厚さは２ｎｍ～１０ｎｍであり、前記窒化シリコン層の厚さは５０ｎｍ～１１０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記酸化アルミニウム層の厚さは２ｎｍ～１０ｎｍであり、前記窒化シリコン層の厚さは５０ｎｍ～１１０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項11】
前記第１パッシベーション層は、順に積層設置された酸化アルミニウム層、窒化シリコン層及び酸窒化シリコン層の積層パッシベーション構造であり、
前記酸化アルミニウム層の厚さ範囲は２ｎｍ～１０ｎｍであり、前記窒化シリコン層の厚さ範囲は４０ｎｍ～８０ｎｍであり、前記酸窒化シリコン層の厚さ範囲は１０ｎｍ～６０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記酸化アルミニウム層の厚さ範囲は２ｎｍ～１０ｎｍであり、前記窒化シリコン層の厚さ範囲は４０ｎｍ～８０ｎｍであり、前記酸窒化シリコン層の厚さ範囲は１０ｎｍ～６０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項12】
前記半導体基板は、Ｎ型単結晶シリコン基板であり、
前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープ多結晶シリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、又はＮ型ドープアモルファスシリコン層であり、
前記ドープ導電層の厚さは、６０ｎｍ～２００ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープ多結晶シリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、又はＮ型ドープアモルファスシリコン層であり、
前記ドープ導電層の厚さは、６０ｎｍ～２００ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれか１項に記載の太陽電池を含む太陽電池ストリングを複数備える太陽電池モジュール。