太阳能电池及其制造方法技术

根据本发明专利技术的第一方面的太阳能电池是采用硅单晶基片的ＯＥＣＯ太阳能电池，其中每条凹槽的最小深度ｈ总是满足关系式ｈ≥Ｗ↓［１］ｔａｎθ，此处θ代表沿着半导体单晶基片的厚度方向，当沿着垂直于各个凹槽纵方向的任意截面观看时，形成在一条在所有凹槽中具有最大深度凹槽的电极的低端部和没有在其上形成电极的同一凹槽的内侧面的上端部连接的一根直线，和垂直于厚度方向的参考线间的夹角，而Ｗ↓［１］代表在凹槽的两个开口边缘间的距离。根据本发明专利技术的第二方面的制造太阳能电池的方法，在如下描述的在从硅单晶锭上切割的ｐ型硅单晶基片的第一主表面上形成许多凹槽。首先，凹槽刻划刀片的刀口部分以一预定的高度，从工作台的平坦的基片进料表面上突出。ｐ型硅单晶基片沿着基片进料表面朝着转动的凹槽刻划刀片移动，而保持其第一主表面与基片进料表面紧密接触。然后在凹槽的横着方向的如此刻划的凹槽内侧面的只有一侧上形成电极。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能电池及一种制造该太阳能电池的方法。
技术介绍
最近对太阳能电池的要求同时涉及较高的效率和较低的成本。在本文中的OECO(斜蒸发接触)工艺吸引了人们的注意。OECO工艺是由德国Institut furSolarenergieforschung GmbH Hameln/Emmerthal(ISFH)r R.Heze等人提出的制造太阳能电池的方法，并有代表性的公开在Renewble Energy，Vol 14，p83(1989)上(由OECO工艺制造的太阳能电池在下文中往往简称为OECO电池)。OECO的制造方法将参考附图说明图12作一简要解释。OECO电池构筑成使得有多条平行沟槽2’(具有矩形，半圆，三角形或其相似的截面形式)刻在硅单晶基片24’(在下文中简称为“半导体单晶基片”，或更简单称为“基片”)的主表面上，这个主表面以后作为光接收表面，因此每条沟槽2’在沿着横方向看时的一侧的内侧面2’a上具有用于获得输出的电极b’。通常是用切割锯来刻划凹槽2’的。具体地说，把硅单晶基片24’放在工作台面上，通过水平移动切割锯而保持与工作台表面离开一恒定的距离，在硅单晶基片24’的凹槽形成表面(光接收表面)上刻划凹槽2’。每条凹槽2’的一侧面2’a上电极6’的形成由真空蒸发来实现，该蒸发相对于半导体单晶基片24’的以后用作光接收表面1’a的主表面斜着进行。该工艺能使电极材料有选择地沉积在凹槽诸侧面2’a上和突出的降起物的顶表面2’b上，这是基于通过凹槽本身施加在待沉积金属上的阴影效应。这种沉积金属的厚度在突出的隆起物顶表面2’b的区域和在内侧2’a的区域有差别，因此，接着蒸发工艺的腐蚀过程能成功除去该金属因而只在侧面上留下电极，其厚度等于在侧面2’a上厚度的顶表面2’b上厚度的差一样厚。该结构成功地把太阳能电池的阴影损耗减小到约总光接收面积的5％。因为具有用丝网印刷法形成电极的一般太阳能电池，通常要遭受到约12％大的阴影损耗，所以，可以知道OECO太阳能电池具有明显减小的阴影损耗，从而获得大的能量转换效率。目前付之实用的太阳能电池可通过源材料分类，分为硅基(单晶，多晶和无定形)，基于化合物半导体，及其它。在其它材料中，最为广泛制造的是单晶硅基底的，这是由于它们有优良的能量转换效应和低的生产成本。用于太阳能电池的硅单晶基片，通常是用金属线锯切割单晶锭来制备的，而单晶锭是由直拉法(在下文简称为“CZ法”)或浮熔区法(在下文简称为F2法)获得的。通过切割锯切割出来的基片当作由切割成的基片来使用。但是，用金属线锯切割是不利的，由于保留在工作位置上的磨料粒子数量在切入进锭内的深度增加时而增加，而这些逐渐增加切割宽度。因此，半导体单晶基片24’将会有这样的厚度，即从开始切割边(在图中的左手侧)向结束切割边(图中的右手侧)减小。因此可以理解由切割成的半导体单晶基片24’在通过缩短工艺时间把生产成本减少到相当大的程度方面是有利的，但是在使半导体单晶基片24’非均匀的方面是不利的。对4英寸直径基片厚度的均匀度可达象20到30μm那样多，而随着基片直径的增加，这非均匀度变得更大。在用于制造太阳能电池的基片24’上刻划凹槽的任何常规方法在从光接收表面1’在整个表面上测量的得到凹槽2’的恒定深度是不会成功的，这是因为基片24’中厚度不均匀的原故。更准确地说，用上刀口型切割锯来切割，它保持其下面刀口在高度上的恒定基准上，将在基片24’的较厚部分把凹槽2’刻划得更深。在具有非均匀深度的基片24’，通过上述的气相沉积工艺在凹槽侧面2’a上电极6’的形成，将导致电极6’的高度比设计值小，或不需要的金属沉积也会在凹槽底表面2c’上。具有比设计值小的高度的电极6’将会在电极6’上产生较大的电导损耗。在凹槽底表面的金属形成将会增加阴影损耗，因而破坏能量转换效率。但是，用于除去金属过分沉积的腐蚀将会减小电极形成的面积，因而将会增加电阻损耗。作为正常的结果，阴影损耗和电阻损耗这两者都导致能量转换效率的降低。除了上述的OECE太阳能电池之外，如果在基片24’中刻划的凹槽深度是不均匀的，还有其它类型的太阳能电池可能造成在特性上的变化。在一个在太阳能电池的后表面上刻划的用于电极接触的凹槽深度大于设计值的示范例情况下，在电极和基片间的边界面积增加了，而这导致在边界处的复合率增加。与此相反，深度小于设计值，这导致电极和基片间的不良接触，而这会增加接触电阻。在另一个太阳能电池的光接收表面上刻划的凹槽深度为非均匀的情况下，边界面积的变化造成在厚度方向和垂直平面内法线方向上的复合率差异。在特性上的这些变化导致输出电压的变化，而最终可能降低太阳能电池的输出。所以，本专利技术的第一目的是根据OECO工艺提供具有合适地形成的电极，以便确实地抑制阴影损耗和电阻损耗。本专利技术的第二目的是提供一种具有在诸如OECO太阳能电池中形成凹槽的制造太阳能电池的方法，能容易地使凹槽深度均匀、以及能以低成本实现太阳能电池的较高效率。
技术实现思路
为完成前面提到的第一目的，根据本专利技术第一方面的太阳能电池是具有光接收表面的一种太阳能电池，该光接收表面是由具有在其上形成的多个几乎平行凹槽的半导体单晶基片的第一主表面构成的，每个凹槽具有用于引出输出的电极，该电极配置在其横差方向仅有一侧面的内侧面上，其中每条凹槽的最小深度h满足下面的关系式h≥W1tanθ ……(1)此外，θ代表沿着半导体单晶基片的厚度方向，形成在一条沿着垂直于各个凹槽纵方向的任意部段来看的在所有凹槽间具有最大深度凹槽上的电极的下端部连接没有电极形成在其上的同一凹槽内侧面上端部的一根直线和垂直于厚度方向的参考线之间的夹角，而W1代表由凹槽的两个开口边缘间距离定义的凹槽宽度。如图4所示，在沿着半导体单晶基片24的厚度方向，形成在凹槽2的一个侧面2a的电极6的下端部LE和没有在其上形成电极的同一凹槽的内侧面2c的上端部相连接的一条直线和垂直于基片的厚度方向的一根参考线之间的角θ，对应于在通过斜角气相沉积形成电极6时，电极材料的气相入射(沉积角)角。每个凹槽2的最小深度h涉及一个在其纵向有厚度分布的、在一发现最小深度位置上测到的凹槽深度。本专利技术人通过广泛的研究后发现，诸如在凹槽底表面上电极的形成和电极的不光分形成面积的不一致性，如果凹槽的最小深度h，凹槽的宽度W1和角θ满意由公式(1)表出的条件，是可有效地避免的。这样构筑成的太阳能电池，即使对形成在具有非均匀厚度的基片的最薄位置上形成的短凹槽具有相对于厚度方向正确形成的电极，和具有永不超过所需要值的电阻损耗来说，是能保证凹槽的足够深度的。该太阳能电池在减小阴影损耗效应方向也是优良的，这也是OECO太阳能电池的真正目的。为了要保证太阳能电池本身足够的机械强度，必须要保证硅单晶基片的厚度，例如，如150到300左右μm那样厚。为要减少太阳能电池的生产成本，当然需要降低基片厚度，为形成深凹槽的一个仅仅是简单的策略可能不如愿地造成太阳能电池不能保持足够的机械强度。这就是说，宁可把机械强度保持在高水准上，而保证由本专利技术规定的凹槽深度。而且，如果凹槽是这样形成的，使得留下半导体单晶基片在该部段观察到的各个凹槽底部位置的均匀厚度，则可使在平面内的机械强度均匀，而这就成功地消除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，其特征在于，它有接收光的表面，这个接收光的表面是由在其上具有多个近于平行的凹槽的半导体单晶基片的第一主表面构成的，每个凹槽具有在凹槽的横着方向上配置在它的内侧面中只有一侧上的用于引出输出的电极，其中　　　　每个凹槽的最小深度ｈ满足下列关系式：　　　　ｈ≥Ｗ↓［１］ｔａｎθ　　　　此外θ代表在沿着半导体单晶基片的厚度方向，形成在一条沿着垂直于各个凹槽纵方向的任意横截面来看的、在所有凹槽间具有最大深度的凹槽上的电极的下端部连接没有电极形在其上的同一凹槽内侧面上端部的一根直线和垂直于厚度方向的参考线之间的夹角，而以代表由凹槽的两个开口边缘间的距离所定义的凹槽宽度。

【技术特征摘要】
JP 2001-3-19 078257/2001;JP 2001-3-19 079303/011.一种太阳能电池，其特征在于，它有接收光的表面，这个接收光的表面是由在其上具有多个近于平行的凹槽的半导体单晶基片的第一主表面构成的，每个凹槽具有在凹槽的横着方向上配置在它的内侧面中只有一侧上的用于引出输出的电极，其中每个凹槽的最小深度h满足下列关系式h≥W1tanθ此外θ代表在沿着半导体单晶基片的厚度方向，形成在一条沿着垂直于各个凹槽纵方向的任意横截面来看的、在所有凹槽间具有最大深度的凹槽上的电极的下端部连接没有电极形在其上的同一凹槽内侧面上端部的一根直线和垂直于厚度方向的参考线之间的夹角，而以代表由凹槽的两个开口边缘间的距离所定义的凹槽宽度。2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述在各个凹槽的底面部分，在这部段观察到的半导体单晶基片的厚度是均匀的。3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，所述各个凹槽的纵方向位于与参考线平行，或成45°倾角或略为偏离，该参考线被定义为沿着基片的第一主表面，连接半导体基片的最厚位置和最薄位置的一根直线。4.如权利要求3所述太阳能电池，其特征在于，所述第一主表面具有横越各个凹槽形成在其上的汇流条电极，以便与形成在凹槽上的电极彼此电接触，此处决定汇流电极形成的位置是更为接近于最厚位置而不是接近于较薄位置。5.如权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，假设半导体单晶基片由垂直地通过连接最厚位置和最薄位置的直线中点所画的一根直线二等分，汇流条电极的全部位置落在最厚位置所属的一半之内。6.如权利要求4或5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：生岛聪之，大塚宽之，高桥正俊，渡部武纪，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]