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JP7445053B1 - 太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュール - Google Patents

太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】本願は太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールを提供する。【解決手段】前記太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の後側表面に位置するトンネル層と、前記トンネル層の表面に位置する水素バリア層と、前記水素バリア層の表面に位置する軽ドープ導電層と、前記軽ドープ導電層の少なくとも一部の表面に位置するグリッド状ドープ導電層とを含み、前記グリッド状ドープ導電層は、積層設置された重ドープ導電層及び金属バリア層を含む。本願に係る太陽電池によれば、電池の変換効率を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本願は、光電池の技術分野に関し、具体的には、太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールに関する。
ＴＯＰＣｏｎ（ｔｕｎｎｅｌ ｏｘｉｄｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｃｏｎｔａｃｔ）電池は、全称してトンネル酸化パッシベーションコンタクト電池と呼ばれ、そのコアは、裏面の極薄のトンネル酸化層及び重ドープのポリシリコン層にあり、極薄酸化層は、電子をポリシリコン層にトンネルさせて進入させつつ、正孔の輸送を遮断し、複合速度を低下させ、電池のパッシベーション効果及び変換効率を向上させることができる。重ドープポリシリコンは、また一定の寄生光吸収を有し、裏面の厚いポリシリコン層によって、電池短絡電流の低下をもたらす。
現在、太陽電池で金属電極を製造することは、一般的にスクリーン印刷方式を採用し、金属化ペーストを高温焼結した後、オーミックコンタクトの役割を果たす細グリッド線における銀が約３０ｎｍの深さのポリシリコンを侵食することになる。ポリシリコン層の全体を厚くすることで金属化プロセスによるドープポリシリコン層のパッシベーション損失が改善されるが、高濃度にドープされたポリシリコンは、寄生光吸収を引き起こす。また、スクリーン印刷金属化プロセスに用いられる高い温度焼成ステップは、パッシベーション及びコンタクト領域におけるリンドープポリシリコン構造のパッシベーション品質を低下させ、さらにパッシベーション効果を低下させ、光電変換効率の低下をもたらす。
これに鑑みて、本願は、太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールを提供し、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
第１態様では、本願は、太陽電池を提供し、前記太陽電池は、
半導体基板と、前記半導体基板の後側表面に位置するトンネル層と、
前記トンネル層の表面に位置する水素バリア層と、
前記水素バリア層の表面に位置する軽ドープ導電層と、
前記軽ドープ導電層の少なくとも一部の表面に位置するグリッド状ドープ導電層であって、積層配置された重ドープ導電層及び金属バリア層を含む前記グリッド状ドープ導電層と、を含む。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記グリッド状ドープ導電層は、さらに前記金属バリア層の表面に位置する第３ドープ導電層を含む。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記水素バリア層は、酸窒化シリコン層、酸化ハフニウム層及び酸化タンタル層のうちの少なくとも一つを含む。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記水素バリア層の厚さは、０．２ｎｍ～１ｎｍである。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記水素バリア層の誘電率は、４．０～２８である。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記水素バリア層の屈折率は、１．６～２．６である。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記金属バリア層は、Ｍの窒化物、Ｍの酸化物、Ｍの炭化物、Ｍの窒素酸化物、Ｍ金属、炭化シリコンおよび窒化シリコンのうちの少なくとも一つを含み、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ及びＷから選択される少なくとも一つである。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記金属バリア層は、窒化タンタル層、窒化チタン層、炭化チタン層、炭化タングステン層および炭化シリコン層のうちの少なくとも一つを含む、
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記金属バリア層は、酸化チタンアルミニウム層と酸化チタン層との積層構造である。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記金属バリア層の厚さは、１ｎｍ～５ｎｍである。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記金属バリア層の抵抗率は、１．５ｍΩ・ｃｍ未満である。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記軽ドープ導電層のドープ濃度は、０．８Ｅ２０ｃｍ－３～４Ｅ２０ｃｍ－３であり、前記重ドープ導電層のドープ濃度は、４Ｅ２０ｃｍ－３～２Ｅ２１ｃｍ－３である。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記重ドープ導電層のバンドギャップは、１．４ｅＶ～１．８ｅＶであり、及び／又は、前記軽ドープ導電層と前記重ドープ導電層との結晶化率は、７０％よりも大きい。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記グリッド状ドープ導電層の幅は、７０μｍ～１１０μｍであり、前記グリッド状ドープ導電層の総厚さは、２０ｎｍ～５０ｎｍである。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記太陽電池は、さらに第１パッシベーション層及び第１電極を含み、前記第１パッシベーション層は、前記グリッド状ドープ導電層の間に位置し、前記第１電極は、少なくとも一部の前記グリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する。
第１態様と合わせて、いくつかの実施形態において、前記太陽電池は、さらに第１パッシベーション層及び第１電極を含み、前記第１パッシベーション層は、前記グリッド状ドープ導電層の間及び前記グリッド状ドープ導電層の表面に位置し、前記第１電極は、前記第１パッシベーション層を貫通して少なくとも一部の前記グリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する。
第２態様では、本願は、太陽電池の製造方法を提供し、前記製造方法は、
半導体基板にテクスチャリング処理を行うステップと、
前記半導体基板の後側表面にトンネル層を形成するステップと、
前記トンネル層の表面に水素バリア層を堆積して形成するステップと、
前記水素バリア層の表面に第１ポリシリコン層を堆積して形成するステップと、
前記第１ポリシリコン層の表面にマスクを形成し、前記マスクに被覆されない領域にグリッド状第２ポリシリコン層を堆積して形成しながら、インサイチュドーピング処理を行って第２ドープ導電層を形成し、前記第２ドープ導電層の表面に金属バリア層を堆積して形成するステップと、
前記第１ポリシリコン層と前記第２ドープ導電層に対して二次ドーピング処理を行って、軽ドープ導電層及び重ドープ導電層を得るステップと、を含む。
第３態様では、本願は、光起電力モジュールを提供し、前記光起電力モジュールは、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、上記した太陽電池を含む。
本願の技術案は、少なくとも以下の有益な効果を有する。
本願において、太陽電池の後側表面に選択的パッシベーションコンタクト構造を形成することにより、電池充填因子効率を向上させることができ、かつトンネル層と軽ドープ導電層との間に水素バリア層が設けられ、水素バリア層によってアニール処理過程における水素のオーバーフローが回避され、アニール後のトンネル層界面の水素濃度を向上させ、パッシベーション効果を向上させ、グリッド状ドープ導電層に積層配置された重ドープ導電層及び金属バリア層を構築することで、金属バリア層によって、金属電極が重ドープ導電層を侵食することを回避することができ、さらに太陽電池のパッシベーションポリシリコン層全体の厚さを低減して、光電変換効率を向上させることができ、それによって、太陽電池は、選択的パッシベーションコンタクト構造、水素バリア層及び金属バリア層の相乗作用で、一般的なＴＯＰＣｏｎ電池に比べて、充填因子効率を向上させ、太陽エネルギー変換効率を向上させることができる。
本願の実施例又は従来技術の技術案をより明瞭に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、以下に記載される図面は、本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力を要することなく、これらの図面に基づいて他の図面を取得することもできる。
本願の実施例による太陽電池の概略構成図である。 本願の実施例による太陽電池の別の概略構成図である。 本願の実施例による光起電力モジュールの概略構成図である。 本願の実施例による太陽電池の製造方法のフローチャートである。 本願の比較例３による太陽電池の概略構成図である。
本願の技術案をより良く理解するために、以下に図面を参照しながら本願の実施例を詳細に説明する。
明らかなように、説明される実施例は、本願の一部の実施例だけであり、全ての実施例ではない。本願における実施例に基づいて、当業者が創造的な労力を要さずに想到し得る他の実施例は、いずれも本願の保護範囲に属する。
本願の実施例において用いられる用語は、特定の実施例を記述することのみを目的としており、本願を限定することを意図するものではない。本願の実施例及び添付された特許請求の範囲に用いられる単数の形式の「一種」、「前記」及び「当該」は、文脈から明らかにそうでない場合を除き、多数の形式も含むことを意図するものとする。
本明細書に用いられる用語「及び／又は」は、関連対象を記述する関連関係だけであり、三種類の関係が存在してもよいことを示し、例えば、Ａ及び／又はＢは、Ａが単独で存在する場合、Ａ及びＢが同時に存在する場合、Ｂが単独で存在する場合という三種類の態様を示すことができると理解されるべきである。また、本明細書におけるキャラクター「／」は、一般的に前後関連対象が「又は」の関係であることを示す。
ＴＯＰＣｏｎ（ｔｕｎｎｅｌ ｏｘｉｄｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｃｏｎｔａｃｔ）電池は、全称してトンネル酸化パッシベーションコンタクト電池と呼ばれ、そのコアは、裏面の極薄のトンネル酸化層及び重ドープのポリシリコン層にあり、極薄酸化層は、電子をポリシリコン層にトンネルさせて進入させつつ、正孔の輸送を遮断し、複合速度を低下させ、電池のパッシベーション効果及び変換効率を向上させることができる。重ドープポリシリコンは、また一定の寄生光吸収を有し、裏面の厚いポリシリコン層によって、電池短絡電流の低下をもたらす。
現在、一般的に使用されるスクリーン印刷方式の金属化ペーストの高温焼結により、銀が約３０ｎｍの深さのポリシリコンを侵食する。しかしながら、ポリシリコン層全体が厚いこと又は高濃度にドープされたポリシリコンは、寄生光吸収を引き起こす。また、スクリーン印刷金属化プロセスに用いられる高温焼成ステップは、パッシベーションとコンタクト領域におけるリンドープポリシリコン構造のパッシベーション品質を低下させ、さらにパッシベーション効果を低下させ、光電変換効率の低下をもたらす。
これに基づいて、第１態様では、本願は、太陽電池を提供し、図１に示すように、太陽電池は、
半導体基板１０と、
半導体基板の後側表面に位置するトンネル層２０と、
トンネル層２０の表面に位置する水素バリア層３０と、
水素バリア層３０の表面に位置する軽ドープ導電層４０と、
軽ドープ導電層４０の少なくとも一部の表面に位置するグリッド状ドープ導電層であって、積層配置された重ドープ導電層５０及び金属バリア層６０を含むグリッド状ドープ導電層と、を含む。
上記の解決案において、太陽電池の後側表面に選択的パッシベーションコンタクト構造を形成することにより、電池効率を向上させることができ、かつトンネル層と軽ドープ導電層との間に水素バリア層が設けられ、水素バリア層によってアニール処理過程後の水素のオーバーフローが回避され、アニール後のトンネル層界面の水素濃度を向上させ、パッシベーション効果を向上させ、グリッド状ドープ導電層に積層配置された重ドープ導電層及び金属バリア層を構築することで、金属バリア層によって、金属電極が重ドープ導電層を侵食することを回避することができ、さらに太陽電池のパッシベーションポリシリコン層全体の厚さを低減して、電池の光吸収を強化することができ、それによって、太陽電池は、選択的パッシベーションコンタクト構造、水素バリア層及び金属バリア層の相乗作用で、一般的なＴＯＰＣｏｎ電池に比べて、変換効率を向上させることができる。
半導体基板１０の前側表面は、受光面、すなわち太陽光線の照射を受ける表面（受光面）を指すことができ、半導体基板１０の後側表面は、前側表面と対向する表面を指す。いくつかの実施例において、形成された太陽電池は、片面電池であり、前側表面は、受光面を指してもよく、後側表面は、背光面を指してもよい。いくつかの実施例において、形成された太陽電池は、両面電池であり、前側表面及び後側表面は、いずれも受光面であってもよい。
本願の好ましい技術案として、半導体基板１０は、Ｎ型結晶シリコン基板（又はシリコンウェハ）であり、高温拡散、ペーストドーピング又はイオン注入のうちのいずれか一種又は複数種のプロセスを採用して、半導体基板の前側表面にＰ型ドープ層を形成することにより、半導体基板１０にＰＮ接合を形成することができる。いくつかの実施例において、半導体基板１０は、単結晶シリコン基板、ポリシリコン基板、微結晶シリコン基板、又は炭化シリコン基板のうちの一種であってもよい。
いくつかの実施例において、Ｐ型ドープ層は、ボロンドープ拡散層である。ボロンドープ拡散層は、ホウ素源を利用して拡散プロセスによりホウ素原子を前側表面の一定の深さまで拡散させて形成されたＰ型ドープ層（すなわち、Ｐ＋層）である。例えば、ホウ素源は、液体三臭化ホウ素であってもよい。
いくつかの実施例において、半導体基板１０の前側表面は、テクスチャー構造を有し、テクスチャー構造は、半導体基板にテクスチャリングプロセスを行うことにより形成することができる。テクスチャプロセスの方式は、化学エッチング、レーザエッチング、機械法、プラズマエッチングなどであってもよい。テクスチャー構造によって、金属ペーストをスクリーン印刷して電極を形成するときにテクスチャー構造により良く充填させ、より優れた電極コンタクトを取得することができ、電池の直列抵抗を効果的に低減し、充填因子を向上させることができる。
図１に示すように、半導体基板１０の後側表面に位置するトンネル層２０であって、トンネル層２０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一種又は複数種の積層構造であってもよい。他の実施例において、トンネル層２０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。
トンネル層２０の厚さは、０．８ｎｍ～２．５ｎｍである。具体的には、トンネル層２０の厚さは、０．８ｎｍ、０．９ｎｍ、１．０ｎｍ、１．２ｎｍ、１．４ｎｍ、１．６ｎｍ、１．８ｎｍ、２ｎｍ又は２．５ｎｍなどである。トンネル層２０の厚さとは、形成面に対するトンネル層の厚さである。トンネル層２０の厚さが大きすぎると、トンネル層のコンタクト抵抗を低減することに不利である。トンネル層の厚さを制御することにより、コンタクト抵抗による充填因子の低下を抑制することができる。トンネル層の厚さが大きすぎると、多数のキャリアのトンネル効果が影響され、キャリアがトンネル層２０を通過するように伝送しにくく、電池の光電変換効率が徐々に低下する。トンネル層２０の厚さが小さすぎると、パッシベーション作用を果たすことができない。好ましくは、トンネル層２０は、酸化シリコン層であり、トンネル層２０の厚さは、０．６ｎｍ～１．６ｎｍである。
いくつかの実施形態では、図１に示すように、水素バリア層３０は、トンネル層２０の半導体基板１０から離間する表面全体に設けられる。
いくつかの実施形態において、水素バリア層３０の材質は、高誘電率の酸化物であり、具体的には、水素バリア層３０は、酸窒化シリコン層、酸化ハフニウム層および酸化タンタル層のうちの少なくとも一つを含む。水素バリア層は、高誘電率を有するため、その正電荷密度がトンネル層の材質よりも高く、焼結及びアニール処理した後、水素の大部分は、半導体基板内に入り、又はトンネル層の半導体基板から離間する側の表面に拡散し、水素バリア層３０の設置により、アニール処理中に水素が軽ドープ導電層にオーバーフローすることを防止することができ、水素の外への拡散を阻止し、アニール後にトンネル層界面の水素濃度を向上させ、パッシベーション効果を向上させる作用を果たすことができる。
水素バリア層３０の厚さは、０．２ｎｍ～１ｎｍである。具体的には、水素バリア層３０の厚さは、０．２ｎｍ、０．３ｎｍ、０．３５ｎｍ、０．４ｎｍ、０．５ｎｍ、０．７ｎｍ、０．９ｎｍ又は１．０ｎｍなどであり、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。厚さを上記範囲内に制御することによって、水素拡散を防止する効果を満たすことができるだけでなく、電子のトンネリングに影響を与えることはない。
水素バリア層３０の誘電率は、４．０～２８であり、具体的には、水素バリア層３０の誘電率は、４．０、５、６、６．５、７、９、１０又は２５などであり、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。誘電率が高すぎると、水素バリア層３０の絶縁導電性が悪くなる。
水素バリア層３０の屈折率は、１．６～２．６であり、具体的には、水素バリア層３０の屈折率は、１．６、１．８、１．９、２．１、２．２、２．４又は２．６などであり、上記範囲内の他の値であってもよい。
いくつかの実施形態において、軽ドープ導電層４０は、水素バリア層３０の半導体基板１０から離間する表面に位置する。
いくつかの実施形態において、軽ドープ導電層４０は、半導体基板１０と同じ導電型のドープ元素を有する。半導体基板１０がＮ型単結晶シリコン基板である場合、軽ドープ導電層４０は、Ｎ型ドープポリシリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層又はＮ型ドープ炭化シリコン層であり、ドープ元素は、リンなどのＮ型ドープ元素であってもよい。
図１に示すように、軽ドープ導電層４０のドープ濃度は、０．８Ｅ２０ｃｍ－３～４Ｅ２０ｃｍ－３であり、具体的には、０．８Ｅ２０ｃｍ－３、１．０Ｅ２０ｃｍ－３、１．２Ｅ２０ｃｍ－３、１．５Ｅ２０ｃｍ－３、１．８Ｅ２０ｃｍ－３、２．０Ｅ２０ｃｍ－３、２．５Ｅ２０ｃｍ－３、３．０Ｅ２０ｃｍ－３又は３．９Ｅ２０ｃｍ－３などであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。
軽ドープ導電層４０の厚さは、４０ｎｍ～１１０ｎｍであり、具体的には、軽ドープ導電層４０は、Ｎ型ドープポリシリコン層であり、ドープ導電層４０の屈折率範囲は、３．５～４．５である。
さらに、グリッド状ドープ導電層は、軽ドープ導電層４０の少なくとも一部の表面に位置し、すなわち、グリッド状ドープ導電層は、金属グリッド線領域に対応し、グリッド状ドープ導電層は、積層配置された重ドープ導電層５０及び金属バリア層６０を含む。
いくつかの実施形態において、重ドープ導電層５０のドープ濃度は、４Ｅ２０ｃｍ－３～１２Ｅ２０ｃｍ－３であり、具体的には、４Ｅ２０ｃｍ－３、５Ｅ２０ｃｍ－３、６Ｅ２０ｃｍ－３、７Ｅ２０ｃｍ－３、８Ｅ２０ｃｍ－３、９Ｅ２０ｃｍ－３、１０Ｅ２０ｃｍ－３、１１Ｅ２０ｃｍ－３又は１２Ｅ２０ｃｍ－３などであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。重ドープ導電層５０の厚さが相対的に厚い場合に電池の開放電圧を向上させることができ、薄い場合に寄生光吸収を低減し、電池の短絡電流を向上させることに有利であり、重ドープ導電層５０の局所ドーピング濃度を向上させると、電池の充填因子及び開放電圧を向上させることができる。
重ドープ導電層５０のバンドギャップは、１．４ｅＶ～１．８ｅＶであり、具体的には、１．４ｅＶ、１．５ｅＶ、１．６ｅＶ、１．６５ｅＶ、１．７ｅＶ又は１．８ｅＶなどであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。
いくつかの実施形態において、軽ドープ導電層４０及び重ドープ導電層５０は、結晶化率が７０％よりも大きく、結晶化率が高いことは、導電層における結晶内の欠陥が少なく、電気光学特性が良好であり、電池の光電変換効率を向上させることができることを示す。
さらに、金属バリア層６０は、重ドープ導電層５０の半導体基板から離間する表面に位置する。理解されるように、太陽電池は、金属化処理して電極を形成するときに、重ドープ導電層に局所的な損傷又は侵食を引き起こしやすく、侵食深さが大きいほど、電池の開放電圧が低くなるが、厚すぎる重ドープ導電層となると、また寄生光吸収をもたらし、短絡電流の低下及び電池の両面率の低下をもたらす。金属バリア層の設定により、金属電極が重ドープ導電層に侵入することを回避でき、さらに太陽電池全体の厚さを低減し、光電変換効率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、金属バリア層６０の材質は、融点が高くかつ負電荷がない物質である。金属バリア層６０は、Ｍの窒化物、Ｍの酸化物、Ｍの炭化物、Ｍの窒素酸化物、Ｍ金属、炭化シリコンおよび窒化シリコンのうちの少なくとも一つを含み、ここで、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ及びＷから選択される少なくとも一つである。
具体的には、金属バリア層は、窒化タンタル層、窒化チタン層、炭化チタン層、炭化タングステン層および炭化シリコン層のうちの少なくとも一つを含む。例示的には、窒化タンタルは、融点が３０９０℃であり、抵抗率が１２８μΩ・ｃｍであり、窒化チタンは、融点が２９５０℃であり、抵抗率が２２μΩ・ｃｍであり、炭化チタンは、融点が３１４０℃であり、抵抗率が６０μΩ・ｃｍである。製造プロセスの利便性及び製造コストを考慮すると、好ましくは、金属バリア層は、炭化シリコン層であり、ここで炭化シリコンにおける炭素の質量含有量は、２０％未満である。
いくつかの実施形態では、金属バリア層６０は、酸化チタンアルミニウム層と酸化チタン層との積層構造である。このような積層構造は、低い生産コストを兼ね備えることができ、かつ金属バリア層の侵食防止効果を確保することができる。
いくつかの実施形態において、金属バリア層６０の厚さは、０．５ｎｍ～５ｎｍであり、具体的には、０．５ｎｍ、０．７ｎｍ、０．９ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ又は５ｎｍであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。
いくつかの実施形態において、金属バリア層の抵抗率は、１．５ｍΩ・ｃｍ未満であり、具体的には、１．４５ｍΩ・ｃｍ、１．３ｍΩ・ｃｍ、１．２５ｍΩ・ｃｍ、１．１５ｍΩ・ｃｍ、１．１ｍΩ・ｃｍ、１．０ｍΩ・ｃｍ又は０．８ｍΩ・ｃｍなどであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。すなわち、金属バリア層は、重ドープ導電層（重ドープポリシリコン層）よりも導電率に優れ、コンタクトを改善し、電池の充填因子を向上させることができる。
さらに、金属バリア層６０をより良く保護するために、グリッド状ドープ導電層は、さらに金属バリア層の表面に位置する第３ドープ導電層７０を含む。第３ドープ導電層７０の材質は、重ドープ導電層の材質と同じであってもよく、異なってもよい。具体的には、第３ドープ導電層７０は、Ｎ型ドープポリシリコン層である。
いくつかの実施形態において、第３ドープ導電層７０のドープ濃度は、高ドープ導電層５０のドープ濃度よりも高い。
図１に示すように、グリッド状ドープ導電層の幅Ｄは、７０μｍ～１１０μｍであり、幅の値は、具体的に、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ、８５μｍ、９０μｍ、９５μｍ、１００μｍ又は１１０μｍなどであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。
グリッド状ドープ導電層の総厚さＨは、２０ｎｍ～５０ｎｍであり、総厚さは、具体的に、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍ、４０ｎｍ、４５ｎｍ又は５０ｎｍなどであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。重ドープ導電層５０と第３ドープ導電層７との厚さは、一般的に、２０ｎｍよりも大きく、重ドープ導電層５０の具体的な厚さ値は、特に限定されず、グリッド状ドープ導電層の総厚さＨを上記範囲内に制御すればよい。
さらに、太陽電池は、さらに第１パッシベーション層８１及び第１電極８２を含む。第１パッシベーション層８１は、グリッド状ドープ導電層の間に位置し、第１電極８２は、少なくとも一部のグリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する。図１に示すように、第１電極８２は、金属バリア層６０の表面に位置し、オーミックコンタクトを形成する。第１パッシベーション層８１の厚さは、グリッド状ドープ導電層の厚さよりも大きく、かつグリッド状ドープ導電層の表面の第１電極８２と段差を形成する。
いくつかの実施形態において、第１パッシベーション層８１は、グリッド状ドープ導電層の間及びグリッド状ドープ導電層の表面に位置し、第１電極８２は、第１パッシベーション層８１を貫通して、少なくとも一部のグリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する。図２に示すように、第１電極８２は、第１パッシベーション層８１を貫通して第３ドープ導電層７０とオーミックコンタクトを形成する。
いくつかの実施例において、第１パッシベーション層８１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一つを含む。
引き続き図１を参照し、太陽電池１００は、さらに半導体基板１０の前側表面に位置する第２パッシベーション層９１及び第２電極９２を含む。
いくつかの実施形態において、第２パッシベーション層９１及び第２電極９２は、半導体基板１０の前側表面に交互に設けられる。第２パッシベーション層９１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一種または複数種の積層構造を含む。
いくつかの実施例において、第２パッシベーション層９１の厚さ範囲は、１０ｎｍ～１２０ｎｍであり、具体的には、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ又は１２０ｎｍなどであってもよく、当然のことながら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。
いくつかの実施例において、第２パッシベーション層９１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。酸化アルミニウム層は、半導体基板１０の前側表面に設けられ、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。
ここで、第２電極９２は、半導体基板１０の前側表面のＰ型ドープ層（例えば、ボロンドープ拡散層）とオーミックコンタクトを形成し、第１電極８２は、グリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する。第１電極８２及び第２電極９２は、金属導電ペーストを塗布して焼成することにより形成することができる。いくつかの実施例において、第１電極８２又は第２電極９２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。
第２態様では、本願の実施例は、光起電力モジュールを提供し、光起電力モジュールは、複数の太陽電池ストリングを含む。
図３に示すように、光起電力モジュールは、第１カバープレート１と、第１封止接着剤層２と、太陽電池ストリング３と、第２封止接着剤層４と、第２カバープレート５とを含む。
ここで、太陽電池ストリング３は、複数の太陽電池（図１に示すような太陽電池）を含み、太陽電池の間は、導電ストリップ（図示せず）により接続される。太陽電池の間の接続方式は、部分的に積層されてもよく、つなぎ合わせされてもよい。
第１カバープレート１及び第２カバープレート５は、例えば、ガラスカバープレート、プラスチックカバープレートなどの透明又は不透明のカバープレートであってもよい。
第１封止接着剤層２の両側は、それぞれ第１カバープレート１、太陽電池ストリング３と接触して貼り合わせ、第２封止接着剤層４の両側は、それぞれ第２カバープレート５、太陽電池ストリング３と接触して貼り合わせる。ここで、第１封止接着剤層２及び第２封止接着剤層４は、それぞれエチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）接着フィルム、ポリエチレンオクテンコエラストマー（ＰＯＥ）接着フィルム又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）接着フィルムであってもよい。
光起電力モジュールは、さらに側辺全包囲式封止を採用することができ、すなわち、封止テープを用いて光起電力モジュールの側辺を完全に被覆して封止することにより、光起電力モジュールに積層過程で積層ずれの現象が生じることを防止する。
さらに、光起電力モジュールは、さらに縁部封止部材を含み、当該縁部封止部材は、光起電力モジュールの一部の縁部に固定的に封止される。当該縁部封止部材は、光起電力モジュールにおけるコーナーに近い縁部に固定的に封止することができる。当該縁部封止部材は、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、積層過程において分解又は脱落が発生せず、光起電力モジュールへの確実な封止を保証することができる。ここで、耐高温テープの両端は、それぞれ第２カバープレート５と第１カバープレート１に固定される。当該耐高温テープの両端は、それぞれ第２カバープレート５と第１カバープレート１に接着することができ、その中部は、光起電力モジュールの側辺への位置制限を実現して、光起電力モジュールに積層過程で積層ずれが生じることを防止することができる。
第３態様では、本願は、上記太陽電池を製造するための太陽電池の製造方法をさらに提供し、図４に示すように、製造方法は、
ステップＳ１０であって、半導体基板にテクスチャリング処理を行うステップと、
ステップＳ２０であって、半導体基板の後側表面にトンネル層を形成するステップと、
ステップＳ３０であって、トンネル層の表面に水素バリア層を堆積して形成するステップと、
ステップＳ４０であって、水素バリア層の表面に第１ポリシリコン層を堆積して形成するステップと、
ステップＳ５０であって、第１ポリシリコン層の表面にマスクを形成し、マスクに被覆されない領域にグリッド状第２ポリシリコン層を堆積して形成しながら、インサイチュドーピング処理を行って第２ドープ導電層を形成し、第２ドープ導電層の表面に金属バリア層を堆積して形成するステップと、
ステップＳ６０であって、第１ポリシリコン層と第２ドープ導電層に対して二次ドーピング処理を行って、軽ドープ導電層及び重ドープ導電層を得るステップと、を含む。
以下、本案を具体的に説明する。
ステップＳ１０では、半導体基板にテクスチャリング処理を行う。
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、ポリシリコン基板、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一種であり、本願の実施例は、半導体基板の具体的なタイプを限定しない。いくつかの実施例において、半導体基板は、Ｎ型結晶シリコン基板（又はシリコンウェハ）であり、半導体基板の厚さは、６０ｕｍ～２４０ｕｍであり、具体的には、６０ｕｍ、８０ｕｍ、９０ｕｍ、１００ｕｍ、１２０ｕｍ、１５０ｕｍ、２００ｕｍ又は２４０ｕｍなどであってもよく、ここで特に限定されない。半導体基板のドーパント元素は、リン、窒素などであってもよい。
なお、本願は、テクスチャリングの具体的な操作形態について限定されない。例えば、湿式テクスチャリングプロセスでＮ型基板をテクスチャリングすることができるがそれに限定されず、Ｎ型半導体基板がＮ型単結晶シリコン基板である場合、水酸化カリウム溶液のようなアルカリ性溶液を用いてテクスチャリングすることができる。
テクスチャプロセスの方式は、化学エッチング、レーザエッチング、機械法、プラズマエッチングなどであってもよい。テクスチャー構造によって、金属ペーストをスクリーン印刷して電極を形成するときにテクスチャー構造により良く充填させ、より優れた電極コンタクトを取得することができ、電池の直列抵抗を効果的に低減し、充填因子を向上させることができる。
ステップＳ２０の前に、方法は、さらに以下のステップを含む。
テクスチャリング後の半導体基板の前側表面にドーピング処理を行い、ドーピング層を形成する。
具体的な実施形態において、半導体基板１０がＮ型基板である場合、高温拡散、ペーストドーピング又はイオン注入のうちのいずれか一種又は複数種のプロセスを採用して、半導体基板の前側表面にＰ型ドープ層を形成することにより、半導体基板１０にＰＮ接合を形成することができる。
いくつかの実施例において、Ｐ型ドープ層は、ボロンドープ拡散層である。ボロンドープ拡散層は、ホウ素源を利用して拡散プロセスによりホウ素原子を前側表面の一定の深さまで拡散させて形成されたＰ型ドープ層（すなわち、Ｐ＋層）である。例えば、ホウ素源は、液体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の微結晶シリコン相は、ポリシリコン相に転移する。半導体基板の表面が高濃度のホウ素を有するため、一般的にホウケイ酸ガラス層（ＢＳＧ）を形成する。
ステップＳ２０では、半導体基板の後側表面にトンネル層を形成する。
いくつかの実施可能な実施形態において、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を用いて半導体基板に対して後側表面エッチングを行った後に処理を行い、トンネル層２０を形成することができる。
いくつかの実施例において、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側表面にトンネル層２０を堆積して形成する。堆積過程において、昇温速度を０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎとし、堆積温度を５６０℃～６２０℃とし、堆積時間を３ｍｉｎ～１０ｍｉｎとするように制御する。
具体的には、堆積過程において、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などであってもよく、当然のことながら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。
好ましくは、低圧化学気相堆積法を用いて半導体基板の後側表面にトンネル層２０を堆積して形成し、これによって、後続の高温ドーピング処理ときに薄いトンネル層２０の局所ドーピング濃度が高すぎることによる影響を低減し、開放電圧の変動を低減し、変温式プロセス及び低圧化学気相堆積法によりトンネル層２０を堆積して形成することができる。
トンネル層２０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一種又は複数種の積層構造であってもよい。他の実施例において、トンネル層２０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。トンネル層２０の厚さは、０．８ｎｍ～２．５ｎｍである。
ステップＳ３０では、トンネル層２０の表面に水素バリア層３０を堆積して形成する。
具体的には、トンネル層２０の表面に水素バリア層３０を堆積して形成し、水素バリア層３０の材質は、高誘電率の酸化物であり、具体的には、水素バリア層３０は、酸窒化シリコン層、酸化ハフニウム層および酸化タンタル層のうちの少なくとも一つを含む。水素バリア層３０の設定によって、アニール処理中に半導体基板内の水素が外へ拡散することを防止し、アニール後のトンネル層界面の水素濃度を向上させ、水素が水素ドープ導電層又はグリッド状ドープ導電層までにオーバーフローすることを回避し、パッシベーション効果を向上させることができる。
水素バリア層３０の厚さは、０．２ｎｍ～１ｎｍである。具体的には、水素バリア層３０の厚さは、０．２ｎｍ、０．３ｎｍ、０．３５ｎｍ、０．４ｎｍ、０．５ｎｍ、０．７ｎｍ、０．９ｎｍ又は１．０ｎｍなどであり、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。厚さを上記範囲内に制御することによって、水素拡散を防止する効果を満たすことができるだけでなく、かつ電子のトンネリングに影響を与えることはない。
水素バリア層３０の誘電率は、４．０～２８であり、具体的に、水素バリア層３０の誘電率は、４．０、５、６、６．５、７、９、１０又は２５などであり、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。誘電率が高すぎると、水素バリア層３０の絶縁導電性が悪くなる。
水素バリア層３０の屈折率は、１．６～２．６であり、具体的に、水素バリア層３０の屈折率は、１．６、１．８、１．９、２．１、２．２、２．４又は２．６などであり、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。
水素バリア層の材質が酸窒化シリコンである場合、アンモニアガス、二酸化窒素及びシランの混合ガスをガス源として用いてプラズマ強化化学気相堆積を行うことができ、堆積温度を４５０℃～６００℃に制御する。他の実施形態において、低圧化学気相堆積法又は物理気相堆積法を用いて水素バリア層を堆積して形成することもできる。
ステップＳ４０では、水素バリア層の表面に第１ポリシリコン層を堆積して形成する。
いくつかの実施形態において、物理気相堆積法、化学気相堆積法、プラズマ強化化学気相堆積法、原子層堆積法のうちのいずれか一つの方法を用いて水素バリア層の表面に第１ポリシリコン層を堆積して形成する。化学気相成長法は、低圧化学気相成長法であってもよく、常圧化学気相成長法であってもよい。
いくつかの実施形態において、シランをガス源としてプラズマ強化化学気相堆積を行うことができ、堆積温度を４９０℃～５６０℃に制御する。他の実施形態において、シランをガス源として低圧化学気相堆積又は物理気相堆積を行って第１ポリシリコン層を形成し、堆積温度を５９０℃～６４０℃に制御することもできる。
いくつかの実施形態において、第１ポリシリコン層の堆積厚さは、４０ｎｍ～１１０ｎｍである。
ステップＳ５０では、第１ポリシリコン層の表面にマスクを形成し、マスクに被覆されない領域にグリッド状第２ポリシリコン層を堆積して形成しながら、インサイチュドーピング処理を行って第２ドープ導電層を形成し、第２ドープ導電層の表面に金属バリア層を堆積して形成する。
いくつかの実施形態において、物理気相堆積法、化学気相堆積法、プラズマ強化化学気相堆積法、原子層堆積法のうちのいずれか一つの方法を用いて第１ポリシリコン層の表面におけるマスクに被覆されない領域内にグリッド状第２ポリシリコン層を堆積して形成しながら、インサイチュドーピング処理を行って第２ドープ導電層を形成する。
具体的な実施形態において、グリッド状第２ポリシリコン層の堆積及びグリッド状第２ポリシリコン層のインサイチュドーピングは、いずれも低圧化学気相堆積装置で形成される。
いくつかの実施形態において、図１に示すように、グリッド状第２ポリシリコン層の幅Ｄは、７０μｍ～１１０μｍであり、幅の値は、具体的に、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ、８５μｍ、９０μｍ、９５μｍ、１００μｍ又は１１０μｍなどであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。
さらに、インサイチュドーピングされたグリッド状第２ポリシリコン層の表面に金属バリア層６０を堆積して形成する。理解されるように、太陽電池は、金属化処理して電極を形成するときに、重ドープ導電層に局所的な損傷又は侵食を引き起こしやすく、侵食深さが大きいほど、電池の開放電圧が低くなるが、厚すぎる重ドープ導電層となると、また寄生光吸収をもたらし、短絡電流の低下及び電池の両面率の低下をもたらす。金属バリア層の設定により、金属電極が重ドープ導電層に侵入することを回避でき、さらに太陽電池全体の厚さを低減し、光電変換効率を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、金属バリア層６０の材質は、融点が高くかつ負電荷がない物質である。金属バリア層６０は、Ｍの窒化物、Ｍの酸化物、Ｍの炭化物、Ｍの窒素酸化物、Ｍ金属、炭化シリコンおよび窒化シリコンのうちの少なくとも一つを含み、ここで、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ及びＷから選択される少なくとも一つである。
具体的には、金属バリア層は、窒化タンタル層、窒化チタン層、炭化チタン層、炭化タングステン層および炭化シリコン層のうちの少なくとも一つを含む。例示的には、窒化タンタルは、融点が３０９０℃であり、抵抗率が１２８μΩ・ｃｍであり、窒化チタンは、融点が２９５０℃であり、抵抗率が２２μΩ・ｃｍであり、炭化チタンは、融点が３１４０℃であり、抵抗率が６０μΩ・ｃｍである。製造プロセスの利便性及び製造コストを考慮すると、好ましくは、金属バリア層は、炭化シリコン層であり、ここで炭化シリコンにおける炭素の質量含有量は、２０％未満である。
金属バリア層の材質が窒化タンタル、窒化チタン又は金属である場合、マグネトロンスパッタリング方法を用いて金属バリア層を製造して形成することができ、金属バリア層における金属チタン、タンタルは、シリコンと接触して低抵抗のオーミックコンタクトを形成することができる。
金属バリア層の材質が例えば炭化カルシウム、炭化クロム、炭化タンタル、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、炭化タングステンなどのＭの炭化物である場合、マグネトロンスパッタリング方法を用いて金属バリア層を製造して形成することもできる。
いくつかの実施形態では、金属バリア層６０は、酸化チタンアルミニウム層と酸化チタン層との積層構造である。このような積層構造は、低い生産コストを兼ね備えることができ、かつ金属バリア層の侵食防止効果を確保することができる。実際の製造過程において、原子層堆積法を用いて製造して得ることができる。
いくつかの実施形態において、金属バリア層６０の厚さは、１ｎｍ～５ｎｍであり、具体的には、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ又は５ｎｍであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。
いくつかの実施形態において、金属バリア層の抵抗率は、１．５ｍΩ・ｃｍ未満であり、具体的には、１．４５ｍΩ・ｃｍ、１．３ｍΩ・ｃｍ、１．２５ｍΩ・ｃｍ、１．１５ｍΩ・ｃｍ、１．１ｍΩ・ｃｍ、１．０ｍΩ・ｃｍ又は０．８ｍΩ・ｃｍなどであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよい。すなわち、金属バリア層は、重ドープ導電層（重ドープポリシリコン層）よりも導電率に優れ、コンタクトを改善し、電池の充填因子を向上させることができる。
グリッド状ドープ導電層の総厚さＨは、２０ｎｍ～５０ｎｍであり、総厚さは、具体的に、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍ、４０ｎｍ、４５ｎｍ又は５０ｎｍなどであってもよく、当然のことながら上記範囲内の他の値であってもよく、グリッド状ドープ導電層の総厚さＨを上記範囲内に制御すればよい。
ステップＳ６０では、第１ポリシリコン層と第２ドープ導電層に対して二次ドーピング処理を行い、軽ドープ導電層及び重ドープ導電層を得る。
理解されるように、マスクを除去した後、第１ポリシリコン層は、ドーピング処理により軽ドープ導電層を形成し、第２ドープ導電層は、二次ドーピング処理により重ドープ導電層を形成し、それと同時に、重ドープ導電領域及び軽ドープ導電領域の一部のドープ元素は、水素バリア層中へ拡散する。
ステップＳ６０の後かつステップＳ７０の前に、上記方法は、さらに以下のステップを含む。
二次ドーピングの後、高温アニール処理及び洗浄処理を行った。
本願の実施例は、この高温アニール処理及び洗浄処理の具体的な操作形態について限定されない。例示的には、当該高温アニール処理で処理されるのは、堆積されたポリシリコン層であり、ポリ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。
高温アニール処理により、五価のリン原子が拡散してドープ導電層を形成し、アニール処理した後、結晶シリコンのシリコン相がポリシリコン相に変換し、リンが半導体基板の表面に堆積してリンシリケートガラス（ＰＳＧ）を形成する。ここで、軽ドープ導電層４０及び重ドープ導電層５０の結晶化率は、７０％よりも大きく、結晶化率が高いことは、導電層における結晶内の欠陥が少なく、電気光学特性が良好であり、電池の光電変換効率を向上させることができることを示す。好ましくは、軽ドープ導電層の結晶化率は、８８％よりも大きく、重ドープ導電層５０の結晶化率は、８０％よりも大きい。
洗浄処理は、ドーピング中に形成されたリンシリケートガラス層（ＰＳＧ）を除去するためである。理解されるように、リンが拡散したとき、半導体基板の表面が高濃度のリンを有するため、一般的にリンシリケートガラス層（ＰＳＧ）を形成し、この層のリンシリケートガラス層が金属ゲッタリング作用を有し、太陽電池の正常な動作に影響を与え、除去する必要がある。
具体的には、酸洗洗浄でリンシリケートガラス層を除去することができる。なお、酸洗した後に水洗する必要があり、水洗時間が１０～２０ｓであり、水洗温度が１５℃～２５℃であってもよく、当然のことながら、水洗した後に半導体基板を乾燥処理してもよい。
ステップＳ７０では、グリッド状ドープ導電層の表面に第２マスクを覆い、グリッド状ドープ導電層の間に第１パッシベーション層を堆積して形成し、半導体基板の前側表面に第２パッシベーション層を形成する。
いくつかの実施例において、プラズマ強化化学気相堆積法を用いて第１パッシベーション層及び第２パッシベーション層を堆積することができ、当然のことながら、例えば有機化学気相堆積法などの他の方法を用いることもできる。本願の実施例は、第１パッシベーション層、第２パッシベーション層の具体的な実施形態について特に限定されない。上記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成することができ、電池の変換効率を向上させることに寄与する。
ステップＳ８０では、第２マスクを除去し、グリッド状ドープ導電層の表面に第１電極を形成し、半導体基板の前側表面に第２電極を形成する。
いくつかの実施例において、第１電極及び第２電極は、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金属導電性ペーストを焼結することにより形成することができる。第１電極又は第２電極の材料は、銀、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属材料を含む。第２電極は、半導体基板の前側表面のＰ型ドープ層（例えば、ボロンドープ拡散層）とオーミックコンタクトを形成し、第１電極は、グリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する。
図２に示すように、製造する必要がある太陽電池において、第１パッシベーション層８１は、グリッド状ドープ導電層の間及びグリッド状ドープ導電層の表面に位置し、第１電極８２は、第１パッシベーション層８１を貫通して、少なくとも一部のグリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する。その製造プロセスが上記ステップと異なる点は、以下のとおりである。
ステップＳ７０では、グリッド状ドープ導電層の表面に第１パッシベーション層を堆積して形成し、このとき、第１パッシベーション層８１は、グリッド状ドープ導電層の間及びグリッド状ドープ導電層の表面に位置し、かつ、半導体基板の前側表面に第２パッシベーション層を形成する。
ステップＳ８０では、第１パッシベーション層の表面に第１電極を形成し、半導体基板の前側表面に第２電極を形成し、ここで、第１電極８２は、第１パッシベーション層８１を貫通して、少なくとも一部のグリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する。ここで説明を省略する。
選択されたシリコンウェハ基板のサイズがＭ１０仕様であり、辺長が一般的に１８２～１８２．３ｍｍであり、上記方法に基づいて太陽電池の実施例１～７が製造され、太陽電池構造の一部のパラメータは、表１に示すとおりである。
ここで、実施例１～６におけるグリッド状ドープ導電層は、積層配置された重ドープ導電層及び金属バリア層を含み、実施例７におけるグリッド状ドープ導電層は、さらに金属バリア層の表面に位置する第３ドープ導電層を含む。
比較例１の太陽電池の後側表面にはトンネル層及びトンネル層の表面に位置するグリッド状ドープ導電層、第１パッシベーション層及び第１電極が順に積層されており、グリッド状ドープ導電層は、積層配置された重ドープ導電層及び金属バリア層を含む。
比較例２の太陽電池の後側表面にはトンネル層、水素バリア層及び水素バリア層の表面に位置するグリッド状ドープ導電層、第１パッシベーション層及び第１電極が順に積層されており、グリッド状ドープ導電層は、重ドープ導電層である。
比較例３の太陽電池は、従来のＴＯＰＣｏｎであり、その構造は、図５に示すとおりであり、ここで、トンネル層２０の表面がドープ導電層４０’であり、そのドープ濃度が実施例１における軽ドープ導電領域のドープ濃度と同じである。
Figure 0007445053000002
製造された太陽電池の試験結果は、表２に示すとおりである。
Figure 0007445053000003
実施例１～７の試験結果から分かるように、ＴＯＰＣｏｎ型太陽電池は、水素バリア層、選択的パッシベーションコンタクト構造、水素バリア層及び金属バリア層の相乗作用で、一般的なＴＯＰＣｏｎ電池に比べて、充填因子効率を向上させ、太陽エネルギー変換効率を向上させることができる。そして、トンネル層とドープ導電層との間に水素バリア層を設けて、水素バリア層を利用してアニール処理過程における水素のオーバーフローを回避し、アニール後のトンネル層界面の水素濃度を向上させ、パッシベーション効果を向上させる。グリッド状ドープ導電層には積層配置された重ドープ導電層及び金属バリア層を構築し、金属バリア層は、金属電極が重ドープ導電層を侵食することを回避することができ、さらに太陽電池のパッシベーションポリシリコン層全体の厚さを低減し、光電変換効率を向上させることができる。
比較例１で製造された太陽電池は、水素バリア層が設けられず、トンネル層のトンネル効果にわずかな影響を与え、太陽電池の開放電圧、充填因子及び太陽エネルギー変換効率のいずれにも影響を与える。
比較例２で製造された太陽電池は、重ドープ導電層の表面に金属バリア層が設けられず、金属電極が重ドープ導電層を侵食してしまい、太陽電池の開放電圧、充填因子及び太陽エネルギー変換効率のいずれにも影響を与える。
比較例３は、従来のＴＯＰＣｏｎ電池であり、太陽電池の総合性能は、実施例１～７のデータよりも低い。
本願は、好ましい実施例で以上のように開示されたが、請求項を限定するものではなく、当業者であれば、本願の構想から逸脱することなく、いくつかの可能な変動及び修正を行うことが可能であるため、本願の保護範囲は、本願の請求項によって定められた範囲を基準とすべきである。

Claims (11)

  1. 太陽電池であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の後側表面に位置するトンネル層と、
    前記トンネル層の前記半導体基板から離間する表面に位置する水素バリア層と、
    前記水素バリア層の前記半導体基板から離間する表面に位置する軽ドープ導電層と、
    前記軽ドープ導電層の少なくとも一部の表面に位置するグリッド状ドープ導電層であって、積層配置された重ドープ導電層及び金属バリア層を含む前記グリッド状ドープ導電層と、を含み、
    前記トンネル層は、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、酸化ハフニウム層のうちの一種又は複数種の積層構造であり、
    前記水素バリア層は、酸窒化シリコン層、酸化ハフニウム層及び酸化タンタル層のうちの少なくとも一つを含み、
    前記水素バリア層の厚さが０．２ｎｍ～１ｎｍであり、前記水素バリア層の誘電率が４．０～２８であり、前記水素バリア層の屈折率が１．６～２．６である、ことを特徴とする太陽電池。
  2. 前記グリッド状ドープ導電層は、さらに前記金属バリア層の表面に位置する第３ドープ導電層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記金属バリア層は、Ｍの窒化物、Ｍの酸化物、Ｍの炭化物、Ｍの窒素酸化物、Ｍ金属、炭化シリコン及び窒化シリコンのうちの少なくとも一つを含み、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ及びＷから選択される少なくとも一つである、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記太陽電池は、
    （１）前記金属バリア層が、窒化タンタル層、窒化チタン層、炭化チタン層、炭化タングステン層、酸化チタンアルミニウム層及び炭化シリコン層のうちの少なくとも一つを含むことと、
    （２）前記金属バリア層が、酸化チタンアルミニウム層と酸化チタン層との積層構造であることと、
    （３）前記金属バリア層の厚さが０．５ｎｍ～５ｎｍであることと、
    （４）前記金属バリア層の抵抗率が１．５ｍΩ・ｃｍ未満であることとのうちの少なくとも一つを満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記軽ドープ導電層のドープ濃度は、０．８Ｅ２０ｃｍ －３ ～４Ｅ２０ｃｍ －３ であり、前記重ドープ導電層のドープ濃度は、４Ｅ２０ｃｍ －３ ～２Ｅ２１ｃｍ －３ である、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  6. 前記重ドープ導電層の光学バンドギャップは、１．４ｅＶ～１．８ｅＶであり、及び／又は、前記軽ドープ導電層と前記重ドープ導電層とのアニール後の結晶化率は、７０％よりも大きい、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  7. 前記グリッド状ドープ導電層の幅は、７０μｍ～１１０μｍであり、前記グリッド状ドープ導電層の総厚さは、２０ｎｍ～５０ｎｍである、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  8. 前記太陽電池は、さらに第１パッシベーション層及び第１電極を含み、前記第１パッシベーション層は、前記グリッド状ドープ導電層の間に位置し、前記第１電極は、少なくとも一部の前記グリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  9. 前記太陽電池は、さらに第１パッシベーション層及び第１電極を含み、前記第１パッシベーション層は、前記グリッド状ドープ導電層の間及び前記グリッド状ドープ導電層の表面に位置し、前記第１電極は、前記第１パッシベーション層を貫通して、少なくとも一部の前記グリッド状ドープ導電層とオーミックコンタクトを形成する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  10. 請求項１～４のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法であって、
    半導体基板にテクスチャリング処理を行うステップと、
    前記半導体基板の後側表面にトンネル層を形成するステップと、
    前記トンネル層の表面に水素バリア層を堆積して形成するステップと、
    前記水素バリア層の表面に第１ポリシリコン層を堆積して形成するステップと、
    前記第１ポリシリコン層の表面にマスクを形成し、前記マスクに被覆されない領域にグリッド状第２ポリシリコン層を堆積して形成しながらインサイチュドーピング処理を行って第２ドープ導電層を形成し、かつ前記第２ドープ導電層の表面に金属バリア層を堆積して形成するステップと、
    前記第１ポリシリコン層と前記第２ドープ導電層に対して二次ドーピング処理を行い、軽ドープ導電層及び重ドープ導電層を得るステップと、を含む、ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
  11. 光起電力モジュールであって、
    前記光起電力モジュールは、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、請求項１～４のいずれか一項に記載の太陽電池を含む、ことを特徴とする光起電力モジュール。
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