太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术的主要目的在于，能够进行在成膜时缺陷少且不含过量的氢的薄膜形成，进而，能够在成膜后对在成膜时产生的缺陷进行补偿，以减少界面及薄膜中的缺陷，由此，实现长载流子寿命。本发明专利技术是具有在结晶硅基板(50)上形成有硅薄膜(52)的结构的太阳能电池的制造方法。所述制造方法包括：薄膜形成工序，其通过由电感耦合生成等离子体的电感耦合型等离子体CVD法，在结晶硅基板(50)上，形成包含微小的硅结晶的微晶硅薄膜，以作为硅薄膜(52)；以及水蒸气热处理工序，其在5×105Pa以上压力的水蒸气环境中，对形成有该微晶硅薄膜的基板实施热处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有在结晶硅(silicon)基板上形成有硅薄膜的结构的、所谓混合(hybrid)型的。
技术介绍
作为具有在结晶娃基板上层叠有非晶质(无定形(amorphous))娃薄膜的结构的太阳能电池的一例，被广泛知晓的是如下结构的太阳能电池，即:在结晶硅基板的两面形成i型(即，本征(intrinsic))非晶质娃薄膜,且在其中之一的i型非晶质娃薄膜的表面形成P型非晶质硅薄膜，而在另一 i型非晶质硅薄膜的表面形成η型非晶质硅薄膜(例如参照专利文献I)。在上述P型、η型非晶质硅薄膜的更外侧，分别形成有透明导电膜及用于导出光电流的梳型电极。先前，上述非晶质硅薄膜是通过如下方式而形成，即:其通过由电容耦合生成等离子体(plasma)的电容稱合型等离子体化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)法，使用娃烧气体(silane gas) (SiH4)及氢气(H2)作为原料气体,通过电解而使该原料气体堆积于基板上。而且，在形成P型、η型的掺杂(dope)薄膜时，分别在上述原料气体中少量混合六氢化二硼(diborane) (B2H6)、三氢化磷(phosphine) (PH3)来使用。已知有如下方案:在结晶硅基板上，在该结晶硅基板与作为接触(contact)层的上述P型、η型非晶质硅薄膜之间，插入未掺杂杂质的上述i型非晶质硅薄膜，从而能够延长界面上的载流子(carrier)寿命，由此,能够增大太阳能电池的开路电压(open circuitvoltage)，提高转换效率。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开平10-135497号公报(段落0038-0040，图4)
技术实现思路
专利技术要解决的问题如在非晶质硅的物性方面广泛知晓的，薄膜中的氢会补偿硅的未键结键，从而大幅有助于作为半导体的特性呈现及性能提高。因而，对于结晶硅与非晶质硅薄膜的界面而言，氢对于成膜过程中及成膜后的界面的帮助也大。但是，大量的氢反而会产生缺陷，从而导致载流子寿命降低。因此，存在如下课题:结晶硅/ I型薄膜/掺杂(P型、η型)薄膜的氢浓度分布的微妙结构成为必要，成膜工艺(process)的控制甚为困难。而且，已知的是:在先前作为成膜方法而使用的电容耦合型的等离子体CVD法中，一般要对等离子体施加高电压，因此等离子体电位高。其结果，朝向基板表面的入射离子(ion)的能量(energy)高，朝向基板与薄膜的界面及成膜过程中的薄膜表面的离子冲击大，因此存在如下课题:容易在界面及堆积薄膜中产生缺陷，这会导致载流子寿命降低。进而，电容耦合型的等离子体CVD法中的借由高频放电的气体分解效率低，因此在以作为氢化物的硅烷及氢为原料的成膜工序中，将在薄膜中含有过量的氢，这也成为导致载流子寿命降低的因素。因此，本专利技术的主要目的在于提供一种太阳能电池的制造方法，能够进行在成膜时缺陷少且不含过量的氢的薄膜形成，进而，能够在成膜后对在成膜时产生的缺陷进行补偿，以减少界面及薄膜中的缺陷，由此，能够实现长载流子寿命。解决问题的技术手段本专利技术的制造方法是具有在结晶硅基板上形成有硅薄膜的结构的太阳能电池的制造方法，其特征在于包括:薄膜形成工序，其通过由电感耦合生成等离子体的电感耦合型等离子体CVD法，在所述结晶硅基板上，形成包含微小的硅结晶的微晶硅薄膜，以作为所述硅薄膜；以及水蒸气热处理工序，其在5 X IO5Pa以上压力的水蒸气环境中，对形成有所述微晶硅薄膜的所述结晶硅基板实施热处理。优选的是，将所述薄膜形成工序中的所述结晶硅基板的温度设为100°C?300°C。优选的是，将所述水蒸气热处理工序中的温度设为150°C?300°C，水蒸气压力设为5 X IO5Pa?1.5 X IO6Pa,处理时间设为0.5小时?3小时。当所述太阳能电池具有如下结构时，S卩，在结晶硅基板的两面形成有i型硅薄膜，且在其中之一的i型娃薄膜的表面形成有P型娃薄膜，而在另一 i型娃薄膜的表面形成有η型硅薄膜时，也可通过所述薄膜形成工序，形成相应型的所述微晶硅薄膜，以作为所述i型硅薄膜、P型硅薄膜及η型硅薄膜中的至少一者，随后实施所述水蒸气热处理工序。当所述太阳能电池具有如下结构时，S卩，在结晶硅基板上形成有i型硅薄膜，且在所述硅薄膜上形成功函数互不相同的第I电极及第2电极时，也可通过所述薄膜形成工序，形成i型的所述微晶硅薄膜，以作为所述i型硅薄膜，随后执行所述水蒸气热处理工序。专利技术的效果根据技术方案I所述的专利技术，由于在薄膜形成工序中使用电感耦合型等离子体CVD法，因此气体的分解效率高，且能够将等离子体电位抑制得低。因而，能够进行在成膜时缺陷少且不含过量的氢的薄膜形成。由此，能够实现长载流子寿命。进而，通过在成膜后实施水蒸气热处理，能够对在成膜时产生的缺陷进行补偿，因此能够减少界面及薄膜中的缺陷。由此，能够实现更长的载流子寿命。而且，通过将微晶硅薄膜的形成与水蒸气热处理加以组合，与将非晶质硅薄膜的形成与水蒸气热处理加以组合的情况相比，能够实现更长的载流子寿命。并且，不同于前述的需要界面的氢浓度分布的微妙控制的现有技术，只要利用在结晶硅基板上形成微晶硅薄膜，进而实施水蒸气热处理这样简单的工艺，便能够实现非常长的载流子寿命。能够如上所述般延长载流子寿命的结果是，能够获得开路电压大且转换效率高的太阳能电池。根据技术方案2所述的专利技术，进一步起到如下效果。即，通过将薄膜形成工序中的结晶硅基板的温度设为100°c?300°C，能够抑制成膜过程中的薄膜中的氢的脱离及扩散，因此能够形成缺陷更少的微晶硅薄膜。因而，能够实现更长的载流子寿命。根据技术方案3所述的专利技术，进一步起到如下效果。即，通过将水蒸气热处理工序中的温度设为150°C?300°C，水蒸气压力设为5X105Pa?1.5X IO6Pa,处理时间设为0.5小时?3小时,从而能够有效地发挥前述的水蒸气热处理的作用效果。根据技术方案4所述的专利技术，进一步起到如下效果。即，该太阳能电池中的i型硅薄膜的主要目的在于，防止杂质从掺杂成P型或η型的硅薄膜扩散，以延长界面上的载流子寿命；通过所述薄膜形成工序，形成i型的所述微晶硅薄膜，以作为该i型硅薄膜，随后执行所述水蒸气热处理工序，由此，如上所述能够减少界面及薄膜中的缺陷，以延长载流子寿命，因此能够更有效地达成i型薄膜的上述主要目的。根据技术方案5、6所述的专利技术，进一步起到如下效果。即，掺杂成η型或ρ型的非晶质硅薄膜存在如下课题，即，杂质的活化率小而难以形成低电阻膜，若为了实现低电阻化而增加杂质，则该杂质会造成缺陷而缩短载流子寿命，与此相对，掺杂成η型或ρ型的微晶硅薄膜的杂质的活化率高，能够以较少的杂质量来形成低电阻膜。因而，能够减小缺陷形成概率，因此能够获得开路电压及短路电流大且转换效率高的太阳能电池。根据技术方案7所述的专利技术，进一步起到如下效果。即，通过所述薄膜形成工序，形成i型的所述微晶硅薄膜以作为i型硅薄膜，随后执行所述水蒸气热处理工序，由此，能够如上所述般减少界面及薄膜中的缺陷，以实现长载流子寿命，因此能够获得转换效率更高的太阳能电池。根据技术方案8所述的专利技术，基于上述理由，能够实现高转换效率的太阳能电池。【附图说明】图1是表示能够用于薄膜形成工序的电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池具有在结晶硅基板上形成有硅薄膜的结构，其特征在于，包括：薄膜形成工序，其通过由电感耦合生成等离子体的电感耦合型等离子体CVD法，在所述结晶硅基板上，形成包含微小的硅结晶的微晶硅薄膜，以作为所述硅薄膜；以及水蒸气热处理工序，其在5×105Pa以上压力的水蒸气环境中，对形成有所述微晶硅薄膜的所述结晶硅基板实施热处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.11 JP 2011-1525621.一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池具有在结晶硅基板上形成有硅薄膜的结构，其特征在于，包括: 薄膜形成工序，其通过由电感耦合生成等离子体的电感耦合型等离子体CVD法，在所述结晶硅基板上，形成包含微小的硅结晶的微晶硅薄膜，以作为所述硅薄膜；以及 水蒸气热处理工序，其在5X IO5Pa以上压力的水蒸气环境中，对形成有所述微晶硅薄膜的所述结晶硅基板实施热处理。2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于， 将所述薄膜形成工序中的所述结晶硅基板的温度设为100°C?300°C。3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于， 将所述水蒸气热处理工序中的温度设为150°C?300°C，水蒸气压力设为5 X IO5Pa?1.5 X IO6Pa,处理时间设为0.5小时?3小时。4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于， 所述太阳能电池具有如下结构:在结晶硅基板的两面形成有i型硅薄膜，且在其中之一的i型娃薄膜的表面形成有P型娃薄膜，而在另一 i型娃薄膜的表面形成有η型娃薄膜；通过所述薄膜形成工序，形成i型的所述微晶硅薄膜，以作为所述i型硅薄膜， 随后执行所述水蒸气热处理工序。5.根据权利要求1、2或...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲛岛俊之，安东靖典，
申请(专利权)人：国立大学法人东京农工大学， 日新电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP