[发明专利]太阳能电池和太阳能电池模件

说明书

技术领域

本发明涉及价格低、高效率的太阳能电池和太阳能电池模件。

背景技术

将使用了单晶硅基板、多晶硅基板的一般的大量生产型太阳能电池的概观示于图1。在单晶硅中添加了B、Ga等掺杂剂的p型硅基板101的受光面侧，形成使对硅基板101赋予n型的导电型的P、Sb等掺杂剂通过热处理高浓度扩散的发射极层102，具有多个与上述发射极层102相接、将光生成的电荷从基板101向外部取出的数百～数十μm宽的取出电极104，此外，作为用于将用取出电极104收集的电荷集成、将太阳能电池单元连接的电极，具有多根数mm宽的集电极105。作为这些电极的形成方法，从成本方面出发，已广泛使用如下方法：将Ag等金属微粒混合在有机粘结剂中的金属糊使用丝网版等印刷，在几百～850℃左右进行热处理，与基板粘接。此外，在受光面的相反面，通过使用Al、Ag等金属微粒混合在有机粘结剂中的金属糊，采用丝网印刷和700～850℃左右的烧成形成与受光面侧电极极性相反的背面电极107。此外，在硅基板101与背面电极107之间，为了将在背面侧产生的电荷更高效率地向外部取出，形成电场层106，其高浓度地含有赋予与基板相同的p型的导电型的Al、B或Ga等掺杂剂。此外，在光入射太阳能电池的区域中，形成了用于光封闭的钝化膜103。钝化膜广泛使用采用化学气相沉积（CVD）等形成的氮化硅膜等。

此外，作为钝化膜的更重要的功能，有硅表面的终端化。结晶内部的硅原子在邻接的原子之间共价键合，处于稳定的状态。但是，在作为原子排列的末端的表面，由于应键合的邻接原子不存在，因此出现称为未键合端或悬空键的不稳定的能级。悬空键由于具有电活性，因此在硅内部捕捉光生成的电荷而消灭，使太阳能电池的特性受损。因此，对于太阳能电池，实施某种表面终端化处理或者形成电场以使光生成载流子不被悬空键捕捉的处理。广泛使用了用CVD形成的氮化硅膜，是因为除了光学的特性适合硅太阳能电池以外，膜自身具有正的固定电荷，而且含有大量具有悬空键的终端效果的氢，具有高的钝化效果。

另一方面，在发射极层中，由于电荷以高密度存在，因此称为俄歇再结合的电子和空穴的直接再结合变得显著，使太阳能电池的特性降低。此外，称为自由载流子吸收的自由电荷产生的光吸收现象也变得显著，光生成的电荷量减少。因此，希望发射极层的掺杂剂浓度尽可能降低，或者使发射极层的深度变浅。但是，另一方面，由于掺杂剂的低浓度化使硅与金属电极的接触电阻增大，因此存在产生的电力的电阻损失变大的问题，此外，由于浅的发射极层的形成难以控制，因此在大量生产水平上维持高收率困难，即使能够形成，也频发下述现象：与烧成相伴的电极形成时电极将发射极层贯通，连太阳能电池的特性也不能获得。

作为避免这些问题的方法，有将掺杂剂向电极形成区域选择性地高浓度添加，并且在电极的非形成区域不进行掺杂剂添加的手法（所谓局部掺杂）、或者进行比较低的浓度的掺杂的手法（所谓双重掺杂）。

局部掺杂构造或双重掺杂构造的一般的形成方法，有在基板表面形成膜厚数百nm的硅氧化膜、硅氮化膜等介电体膜作为扩散屏蔽，将电极形成部分的介电体膜采用光刻法（例如J.Knobloch，A.Noel，E.Schaffer，U.Schubert，F.J.Kamerewerd，S.Klussmann，W.Wettling，Proc.the23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference，第271页，1993.）、蚀刻糊（例如特表2003-531807号公报）、或者激光照射开口，用热处理炉使掺杂剂只向上述开口部气相扩散的方法等。但是，该方法的工序复杂，材料、设备的成本升高，因此完全不适合大量生产。

作为更简单、适合大量生产的方法，提出了在作为电极的材料的导电性糊中预先混合掺杂剂的方法（例如D.L.Meier，H.P.Davis，R.A.Garcia，J.A.Jessup，Proc.the28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference，第69页，2000.）。根据该方法，在Ag糊中添加例如作为掺杂剂的P，在硅基板印刷后，在Ag和Si的共熔点以上烧成，从而涂覆Ag糊的部分的硅熔解，在冷却时再结晶化的过程中，Ag糊中的P进入硅中，紧挨电极形成部分且在其下形成高浓度P掺杂区域。该方法一般称为自掺杂，实现其的导电性糊称为自掺杂糊。上述文献中，报道了实际上采用该手法获得了Ag和Si的良好的电接触。