(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池シートの熱処理プロセスであって、
ａ）印刷焼成後の太陽電池シートから、変換効率が１８％未満、かつフィルファクタが７０％以上である電池シートを選別することと、
ｂ）選別された電池シートの変換効率を向上させるように、前記選別された電池シートに焼結温度よりも低い温度で低温焼鈍を行うことと、
ｃ）低温焼鈍後の電池シートに仕分けテストを行って、フィルファクタが低下した電池シートを選別することと、
ｄ）電池シートのフィルファクタを向上させるように、前記ステップｃ）で選別された電池シートに焼結温度と同じ温度で再焼結を行うことと、
ｅ）再焼結された電池シートに仕分けテストを行って、変換効率が１８％未満である電池シートを選別し、ステップｂ）に戻して、選別された大部又は全部の電池シートの変換効率がいずれも１８％より高く、かつフィルファクタが７０％以上になるまで進行することと、
を含むことを特徴とする太陽電池シート熱処理プロセス。
【請求項２】
前記電池シートの下地材が単結晶シリコンであって、前記選別された電池シートは、単結晶シリコンの引き上げ過程に導入される欠陥による変換効率の低い太陽電池シートであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理プロセス。
【請求項３】
印刷焼成の前に、更に、電池シートの表面テクスチャリング過程と、拡散による接合の作製過程と、周辺プラズマエッチング過程とを含み、
前記拡散による接合の作製過程は、電池シートの正面に拡散によって接合を作製し、電池シートの背面に拡散によって裏面電界を作製する過程であることを特徴とする請求項２に記載の熱処理プロセス。
【請求項４】
周辺プラズマエッチング過程の後に、更に、反射防止膜堆積過程と電極印刷過程とを含み、
前記反射防止膜堆積過程が、電池シートの正面と背面のいずれにも前後に反射防止膜の堆積を行う過程であることを特徴とする請求項３に記載の熱処理プロセス。
【請求項５】
前記電池シートを作製する下地材はＮ型単結晶シリコンであることを特徴とする請求項４に記載の熱処理プロセス。
【請求項６】
前記低温焼鈍の時間が３０ｓ〜４ｍｉｎの範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の熱処理プロセス。
【請求項７】
前記低温焼鈍の温度が２５０℃〜５５０℃の範囲内であることを特徴とする請求項６に記載の熱処理プロセス。
【請求項８】
前記反射防止膜は、水素リッチな窒化シリコン薄膜、水素リッチな酸窒化シリコン薄膜、水素リッチな窒化チタン薄膜の少なくとも一種であることを特徴とする請求項７に記載の熱処理プロセス。
【請求項９】
前記低温焼鈍過程は、非酸化性雰囲気で行うことができることを特徴とする請求項１に記載の熱処理プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年９月２９日に中国特許局に提出された、出願番号２０１１１０３０１５３６.３、発明の名称「太陽電池シート及びその熱処理プロセス」の中国特許出願の優先権を主張し、その全ての内容を本出願に援用する。
【０００２】
本発明は、太陽電池の生産加工分野に関し、より具体的には、太陽電池シート及びその熱処理プロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池は、光電池とも呼ばれ、太陽の光エネルギーを直接に電気エネルギーに変換する半導体部品である。太陽電池は、グリーン製品であるため、環境汚染を起こすことがなく、かつ、再生可能な資源であるため、現在のエネルギー不足の状況において、広範な開発の将来性がある新型のエネルギーである。現在、太陽電池の８０％以上が結晶シリコン（単結晶シリコン及び多結晶シリコン）材料により製造されており、よって、太陽発電の大規模の使用には、高効率の結晶シリコン太陽電池の作製が大きな意義を持っている。
【０００４】
現在、結晶シリコン太陽電池の生産過程が規格化されており、その主なステップは以下のとおりである。
【０００５】
ステップＳ１１  シリコンウェハー表面の化学洗浄及び表面テクスチャリング処理（即ち、表面テクスチャリング）：光の吸収を増強させるために、化学反応によって元の平滑なシリコンウェハー表面に凹凸の構造を形成させる。
【０００６】
ステップＳ１２  拡散によるＰＮ接合の作製：Ｐ型（又はＮ型）シリコンウェハーを拡散炉内に入れて、Ｎ型（又はＰ型）不純物原子をシリコンウェハー表面層に接触させ、シリコン原子の間の間隙を通してシリコンウェハーの内部へ浸透・拡散させ、ＰＮ接合を形成して、電子と正孔が流動した後に元の位置に戻さないようにして、電流を形成し、即ち、シリコンウェハーに光起電力効果を持たせる。拡散の濃度、接合深さ及び拡散の均一性は直接的に太陽電池の電気性能に影響を及ぼす。拡散された不純物の総量はシート抵抗で判断し、不純物の総量が少ないほど、シート抵抗が高く、変換効率が低下する。通常のＰ型結晶シリコン太陽電池においては、一般に電池の正面だけで拡散してＰＮ接合を作製し、Ｎ型結晶シリコン太陽電池においては、さらに電池の背面でも拡散プロセスを採用して裏面電界を形成する。前記Ｐ型結晶シリコンは、Ｐ型単結晶シリコンと多結晶シリコンを含む。同じように、前記Ｎ型結晶シリコンはＮ型の単結晶シリコンと多結晶シリコンとを含む。
【０００７】
ステップＳ１３  周辺プラズマエッチング：拡散過程にてシリコンウェハーの周縁に形成された、ＰＮ接合の短絡を起こす導電層を除去する。
【０００８】
ステップＳ１４  平板PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition、プラズマ増強型化学気相成長）、即ち、反射防止膜の堆積：主に窒化シリコン膜、酸窒化シリコン及び／又は窒化チタン膜を採用し、薄膜干渉原理により、光の反射を減らし、不動態化の役割を果たさせ、電池の短絡電流と出力電力を大きくし、変換効率を向上させる。
【０００９】
ステップＳ１５  電極の印刷：通常のＰ型結晶シリコン太陽電池においては、一般に、銀ペーストを採用して正電極と裏面電極を印刷し、アルミニウムペーストを採用して裏面電界を印刷して、電流の収集及び導電の役割を果たす。Ｎ型結晶シリコン太陽電池においては、一般に、裏面電界は拡散過程にて形成される。
【００１０】
ステップＳ１６  焼結：高温で印刷した金属電極とシリコンウェハーとの間に合金を形成し、即ち、各接触面がいずれも良好なオーミック接触を形成するようにして、電池の直列抵抗を減少し、電池の出力電圧と出力電流を増加させる。そのため、良好なオーミック接触を形成できるかどうかは、電池シートの全体の変換効率に対して、極めて重要な役割を有している。
【００１１】
また、実際の生産過程において、前記方法で生産された電池シートにはしばしば一定の割合の変換効率が低い電池シートが現れることを見出した。ここで変換効率が１８％未満である太陽電池シートを非標準的な低効率シート又は低効率シートとも呼ぶ。従来技術における前記低効率シートの処理方法は、仕分けテストされた後に、前記低効率シートを選別して、直接に非標準的な低効率製品として包装・貯蔵する。このような処理方式は、電池シートの変換効率を十分に利用しておらず、経済的利益を減少させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、電池シートの光電変換効率をさらに向上させ、経済的利益を向上できる太陽電池シート及びその熱処理プロセスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明は、以下の技術案を提供する。
【００１４】
太陽電池シートの熱処理プロセスであって、
ａ）印刷・焼成後の太陽電池シートから、変換効率が１８％未満、かつフィルファクタが７０％以上である電池シートを選別することと、
ｂ）前記選別された電池シートの変換効率を向上させるように、選別された電池シートに正常の焼結温度よりも低い低温焼鈍の温度で低温焼鈍を行うことと、
ｃ）低温焼鈍後の電池シートに仕分けテストを行って、フィルファクタが低下した電池シートを選別することと、
ｄ）前記電池シートのフィルファクタを向上させるように、ステップｃ）で選別された電池シートに正常の焼結温度と同じである再焼結温度で再焼結を行うことと、
ｅ）再焼結された電池シートに仕分けテストを行って、変換効率が１８％未満である電池シートを選別し、そして、ｂ）に戻して、選別された大部又は全部の電池シートの変換効率がいずれも１８％より高く、かつフィルファクタが７０％以上になるまで行うことと、
を含む、太陽電池シート熱処理プロセスである。
【００１５】
好ましくは、前記電池シートの下地材は単結晶シリコンであって、前記選別された電池シートは、単結晶シリコンの引き上げ過程に導入される欠陥による変換効率が低い太陽電池シートである。
【００１６】
好ましくは、印刷焼結の前に、更に電池シートの表面テクスチャリング過程と、拡散による接合の作製過程と、周辺プラズマエッチング過程とを含み、前記拡散による接合の作製過程が、電池シートの正面に拡散によって接合を作製し、電池シートの背面に拡散によって裏面電界を作製することである。
【００１７】
好ましくは、周辺プラズマエッチング過程の後に、更に反射防止膜堆積過程と電極印刷過程とを含み、前記反射防止膜堆積過程で、電池シートの正面と背面のいずれにも前後に反射防止膜の堆積を行うことである。
【００１８】
好ましくは、前記電池シートを作製する下地材はＮ型単結晶シリコンである。
【００１９】
好ましくは、前記低温焼鈍の時間が３０ｓ〜４ｍｉｎの範囲内にある。
【００２０】
好ましくは、前記低温焼鈍の温度が２５０℃〜５５０℃の範囲内にある。
【００２１】
好ましくは、前記反射防止膜は、水素リッチな窒化シリコン薄膜、水素リッチな酸窒化シリコン薄膜、水素リッチな窒化チタン薄膜の少なくとも一種である。
【００２２】
好ましくは、前記低温焼鈍過程は、非酸化性雰囲気で行うことができる。
【００２３】
本発明の実施例では、さらに前記プロセスを採用して作製された変換効率が１８％以上、かつフィルファクタが７０％以上である太陽電池シートが開示されている。
【００２４】
好ましくは、前記太陽電池シートの下地材が単結晶シリコンであって、該電池シートの正面と背面のいずれにも水素リッチな反射防止膜を有する。
【００２５】
前記技術案は、従来技術と比較して、以下の長所を有する。
【００２６】
本発明の実施例に提供された太陽電池シート及びその熱処理プロセスは、変換効率がより低い太陽電池シートを選別し、選別された電池シートに低温焼鈍、即ち、再度繰り返して焼結する過程を行う。選別された電池シートの変換効率が低い理由は、シリコン下地材の製作過程に導入される欠陥によるものであるため、これらの欠陥を太陽電池シートの作製過程において完全に取り除くことはできず、そこで、本実施例では、正常の焼結温度より低い温度及び正常の焼結時間より短い時間の条件下で、再度繰り返して焼結を行うことにより、反射防止膜における不動態化の役割を有する元素（主に水素元素）が、下地材における欠陥をさらに不動態化させ、下地材における欠陥をさらに減少して、結晶シリコン太陽電池シートの変換効率を向上することができる。
【００２７】
低温焼鈍過程において電池シートゲート線のガラス体の性質の変化を引き起こす可能性があり、それによって、フィルファクタの低下を引き起こす可能性があり、さらに、電池シートの変換効率に影響を与えるため、低温焼鈍した後に、フィルファクタが低下する電池シートを正常の焼結温度で再焼結することにより、そのフィルファクタを向上させる。
【００２８】
低温焼鈍と再焼結過程とを循環的に行うと、低温焼鈍過程が単結晶シリコン及び多結晶シリコン下地材における欠陥を修復することができ、改めて進行される正常の焼結過程が低温焼鈍過程に発生する欠陥を修復することができ、二つの処理過程が互いに協働して、各ステップの後いずれにおいても変換効率が１８％を超え、且つフィルファクタが７０％以上である電池シートを得ることができ、その後、要求を満たさない残りの電池シートに対して処理し、このように繰り返して、ステップバイステップで選別、繰り返して焼結するなどをして、大部分又は全部の電池シートの変換効率及びフィルファクタが要求に満たすようにすることができ、即ち、大幅に低効率シートの数量を減らし、経済的利益を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
図面により、本発明の前記及びそのほかの目的、特徴と利点がより明確になる。全部の図面において、同一の図面符号が同一の部分を示す。有意的に実際の寸法などの割合によって図面を縮小して作成したのではなく、本発明の要旨を示すことを重点とした。
【図１】従来技術における結晶シリコン太陽電池の熱処理プロセスのフロー図である。
【図２】本発明の実施例に開示された太陽電池シートの熱処理プロセスのフロー図である。
【図３】本発明の他の実施例に開示された太陽電池シートの熱処理プロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の前記目的、特徴および利点をもっと明らかにするように、以下、図面を組み合わせて，本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。
【００３１】
以下の記載では、本発明を十分に理解させるために、具体的な細部が多く論述されているが、本発明は、ここに記載されている方法と異なる他の方法を用いて実施することもでき、当業者が本発明の主旨に背かない限り、類似して展開することができるので、本発明は、以下に開示された具体的な実施例に限定されるものではない。
【００３２】
背景技術の部分に述べたように、従来技術では、焼結プロセス後に、多くの場合に、一定の数量の低効率シートが現れる。そこで、本発明者らが、検討した結果、以下の知見を得た。電池シートの変換効率が低くなる理由は多種であるが、その中で、低効率シートの大部が共通の特徴、即ち、焼結プロセス後に、多種の欠陥形式が現れるという特徴を持っており、これらの欠陥の構造及び形態に対してさらに検討した結果、これらの欠陥が、単結晶シリコンと多結晶シリコン下地材自身の欠陥によるものであり、例えば、単結晶シリコン下地材に存在する酸化誘起積層欠陥（OSF）のリング状欠陥および間隙、或いは空孔クラスターのスワール欠陥（Swirl Defect）や多結晶シリコン下地材に存在する結晶粒界および転位等の欠陥は、１段階の焼結工程にて完全に除去できず、例えば、焼結の後に、単結晶シリコン下地材の欠陥が電池シートにリング状欠陥又は黒欠陥として現れ、これらの欠陥によって、良好な導電性にすることはできないため、電池シートの変換効率が低くなる。
【００３３】
以上の理由により、本発明の実施例は、太陽電池シート熱処理プロセスを提供する。この方法のフロー図が図２に示されており、以下のステップを含む。
【００３４】
ステップＳ２１：印刷焼結後の太陽電池シートから、変換効率が１８％未満、且つフィルファクタが７０％以上である電池シートを選別する。これらの電池シートは、多くの場合ではリング状欠陥又は黒欠陥を有し、主に下地材自体の欠陥による変換効率が低い電池シートであって、例えば、これらの電池シートが多結晶シリコン電池シートであれば、これらの欠陥が多結晶シリコン下地における結晶粒界及び転位によるものが多く、単結晶シリコン電池シートであれば、これらの欠陥が単結晶シリコンの引き上げ過程に導入される酸化誘起積層欠陥（OSF）のリング状欠陥及び間隙によるものが多く、或いは空孔クラスターのスワール欠陥によるものであり、これらの下地材自体の欠陥は、通常の太陽電池シート生産プロセスによって除去できない。
【００３５】
なお、正常の場合、フィルファクタが７０％以上である電池シートは、変換効率が低すぎることはなく、多くの場合には許容可能な範囲内にあるが、シリコン下地材自体が欠陥を有する等の原因で、このような電池シートでも変換効率が低い場合がある。このために、本実施例の中に選別される電池シートは、主にフィルファクタが７０％以上、且つ変換効率が１８％未満である電池シートであり、また、電池シートに堆積された反射防止膜が水素リッチな窒化シリコン又は酸窒化シリコン薄膜であることが多い。
【００３６】
ステップＳ２２：前記選別された電池シートの変換効率を向上させるように、選別された電池シートに低温焼鈍を行う。前記低温焼鈍の温度は正常の焼結温度よりも低く、この低温焼鈍過程は、非酸化性雰囲気、例えば、窒素ガス又は水素ガスの雰囲気で行うことができる。本実施例では，低温焼鈍過程におけるガス雰囲気は特に限定されず、プロセス条件による対策にて適切に制御できる。
【００３７】
本発明者らが、多種の低効率太陽電池シートにおいて、フィルファクタが大きく、変換効率が低い電池シートを低温焼鈍処理させた後、その変換効率をある程度に向上することができるが、低温焼鈍の温度が正常の焼結温度よりも低いことを必要とし、こうして低温焼鈍過程を経て、反射防止膜層中の水素をさらに下地材の内部へしみ込ませることにより、シリコン下地材における欠陥をさらに不動態化させ、よって、Ｖｏｃ及びＩｓｃを向上させ、変換効率を向上できることを見出した。
【００３８】
具体的には、正常の電池シートの作製過程においては、シリコン下地材に存在する欠陥は、焼結過程により取り除くことができるが、作製過程においてシリコン下地材から導入される欠陥が多すぎる場合もあるため、１段階だけの正常の焼結過程は、下地材における欠陥を完全に除去できず、この場合、一部の低効率シートが発生する。本実施例では、下地材自体の欠陥による変換効率がより低い電池シートに低温焼鈍過程を行って、反射防止膜層（水素リッチな窒化シリコン膜又は酸窒化シリコン膜）における水素がシリコン下地における欠陥をさらに不動態化させることにより、Ｖｏｃ及びＩｓｃを向上させ、さらに変換効率を向上できる。
【００３９】
そして、通常の焼結後の焼鈍プロセスであるので、電池シートの基本的な性能を保証するため、本発明の実施例において低温焼鈍温度は正常の焼結温度よりも低く、しかも、この焼鈍過程において電池シートの正背両面を同時に焼鈍するため、多結晶シリコン電池シートでは、銀ペーストの熔融点がアルミニウムペーストの熔融点より遥かに高いので、多結晶シリコン電池シートでは、好ましいのはアルミニウム裏面電界の平滑度に影響を与えないように、焼鈍温度がアルミニウムの熔融点よりも低い必要がある。単結晶シリコン電池シートでは、その裏面電界が拡散過程において形成されているので、電池シートゲート線の性質に影響を与えることを避けるために、この焼鈍温度も高すぎてはならない。
【００４０】
これに基づいて、本実施例では、低温焼鈍の温度が６００℃未満であるのが好ましく、２５０℃〜５５０℃の範囲内にあるのがより好ましい。低温焼鈍の時間は３０ｓ〜４ｍｉｎの範囲内にあり、具体的な焼鈍時間は、電池シートの欠陥に応じて確認でき、欠陥が多いほど、焼鈍時間をそれに応じて長くする。
【００４１】
ステップＳ２３：低温焼鈍された後の電池シートに仕分けテストを行って、フィルファクタが低下した電池シートを選別し、フィルファクタが低下しておらずかつ変換効率が１８％を超える電池シートは、ステップＳ２６に入って、通常の高効率シートとして、包装・貯蔵して保存する。
【００４２】
実際の生産過程において、低温焼鈍過程の後に、大部の電池シートは、フィルファクタ及び変換効率が何れも向上されていて、低効率シートに属しないが、一部の電池シートのフィルファクタの低下も発生する可能性があり、フィルファクタの低下によって、この部分の電池シートの変換効率は上昇してもその上昇程度に限界があり、多数は変換効率の低いものになることを見出した。
【００４３】
本発明者らは、焼鈍過程によってフィルファクタの低下を引き起こす主な原因が、低温焼鈍過程において、ゲート線における導電性物質が揮発するため、ゲート線におけるガラス体の腐食性がなくなり、導電性能が劣化することで、直列抵抗が大きくなり、フィルファクタが低下する上で、低温焼鈍過程にＶｏｃ及びＩｓｃが著しく向上して、これによってもフィルファクタがある程度低下し、フィルファクタの低下によって、電池シートの変換効率が必然的に影響を受けるため、これらの電池シートに処理しなければならないことを見出した。
【００４４】
ステップＳ２４：前記電池シートのフィルファクタを向上させるように、ステップＳ２３で選別された電池シートに再焼結を行うが、前記再焼結の温度は正常の焼結温度と同じである。
【００４５】
本ステップは、低温焼鈍過程の後に、フィルファクタが著しく低下し、且つ変換効率が１８％未満である電池シートに再焼結を行うものであり、この焼結過程のパラメーターは正常の焼結過程パラメーターと同じであって、このステップによって処理された後に、低温焼鈍過程に現れた欠陥が修復され、電池シートのフィルファクタが向上されるが、このステップの再焼結の後に、反射防止膜において不動態化の役割を有する水素元素部分が溢れ出し、下地材における欠陥が再生成される可能性もあるので、このステップの後にもＶｏｃ及びＩｓｃが低下する、即ち変換効率が低下する可能性もある。但し、このような問題が発生する可能性は低く、このような欠陥を有する電池シートの数量によって、次の処理を行うかどうかを確定でき、本実施例では、処理する需要がある状況に基づいて説明している。
【００４６】
ステップＳ２５：再焼結された電池シートに仕分けテストを行って、変換効率が１８％未満である電池シート、即ち、Ｖｏｃ及びＩｓｃが低下した電池シートを選別して、ステップＳ２２〜ステップＳ２４を、選別された大部又は全部の電池シートの変換効率がいずれも１８％を超え、かつフィルファクタが７０％以上になるまで繰り返す。
【００４７】
各処理ステップそれぞれの後に、選別されたフィルファクタが７０％以上、且つ変換効率が１８％を超える電池シートは、いずれもステップＳ２６に入ることができ、通常の高効率シートとして包装・貯蔵される。実際の生産過程において、基本的に低温焼鈍-再焼結-再度低温焼鈍過程を一回経ると、大部の電池シートの変換効率とフィルファクタが要求を満たすようになる。
【００４８】
本実施例では、変換効率がより低い太陽電池シートを選別し、選別された電池シートに低温焼鈍を行うことにより、正常の焼結過程における欠陥を改善することができる。但し、低温焼鈍の後に、フィルファクタが低下するという問題が存在するので、フィルファクタが低下した電池シートを再度に正常の焼結温度で焼結することにより、そのフィルファクタを向上させる。
【００４９】
本実施例では、低温焼鈍と再焼結過程を循環的に行い、低温焼鈍過程は正常の焼結過程に発生した欠陥を修復することができ、改めて行った正常の焼結過程は低温焼鈍過程に発生した欠陥を修復することができ、二つの処理過程が互いに協働して、各ステップの後において、いずれも変換効率が１８％を超え且つフィルファクタが７０％以上である電池シートを得ることができ、その後、要求を満たさない残りの電池シートに対して処理を行い、このように繰り返して、ステップバイステップで選別、繰り返して焼結するなどをして、大部又は全部の電池シートの変換効率及びフィルファクタが要求を満たすようにすることができ、即ち、低効率シートの数量を大幅に減らして、経済的利益を向上できる。
【００５０】
なお、本実施例の太陽電池シートの熱処理プロセスは、下地材として、Ｎ型又はＰ型単結晶シリコン、及びＮ型又はＰ型多結晶シリコンを採用して作製された太陽電池シートに適用し、何れにおいても電池シートの変換効率を向上することができる。以下の実施例では、単にＮ型結晶シリコン、好ましくはＮ型単結晶シリコン太陽電池を例とし、本発明の実施例の要旨及び有益な効果についてさらに論述している。
【００５１】
本発明の他の実施例に提供された太陽電池シート熱処理プロセスのフロー図が図３であり、上記実施例と異なり、本実施例では、太陽電池シートが作製された下地材がＮ型結晶シリコン、好ましくはＮ型単結晶シリコンを例とし、前記方法をさらに改善した。具体的には以下のステップを含む。
【００５２】
ステップＳ３１１：シリコンウェハー表面の化学洗浄及び電池シート表面のテクスチャリング過程であり、このステップにて、光の吸収を増加させるために、電池シートの正面と背面の何れにもテクスチャリングを行う必要がある。
【００５３】
ステップＳ３１２：電池シートの正面に拡散による接合の作製を行い、電池シートの正面と背面の両方に、前後に拡散による接合の作製及び拡散による裏面電界の作製を行う。
【００５４】
なお、太陽電池生産プロセスは、通常、Ｐ型シリコンウェハーを採用することが多く、その後、Ｎ型不純物原子を拡散してＰＮ接合を形成する。本実施例では、これと逆に、Ｎ型シリコンウェハーを採用し、その後、Ｐ型不純物原子を拡散してＰＮ接合を形成する。また、通常のＰ型結晶シリコン太陽電池プロセスでは、電池シートの正面だけに拡散によるＰＮ接合の作製を行い、一方、本実施例では、下地材としてＮ型単結晶シリコンを採用しているので、電池の正面に拡散によるＰＮ接合の作製を行った後に、電池シートの背面に拡散によって裏面電界を作製して、これにより、シリコンウェハーのシート抵抗をさらに低下させ、太陽電池シートの変換効率を向上させるための基礎を築いた。
【００５５】
ステップＳ３１３：周辺プラズマエッチング過程であって、拡散過程においてシリコンウェハーの周縁に形成されるＰＮ接合の短絡を引き起こす導電層を除去する。
【００５６】
ステップＳ３１４：反射防止膜の堆積過程であって、主に窒化シリコン膜、酸窒化シリコン及び窒化チタン膜の少なくとも一種を採用し、薄膜干渉原理により、光の反射が減少されると同時に、キャリアーの複合化を減少し、不動態化の役割を果たし、電池の短絡電流と出力電力を大きくし、変換効率を向上させる。
【００５７】
従来技術と異なるのは、従来技術では、一般に電池シートの正面だけに反射防止膜を堆積するのに対し、本実施例では、電池シートの正面と背面のいずれにも前後に反射防止膜の堆積を行い、反射防止膜の面積を増大させることに相当し、不動態化の役割を果たす水素元素の含量を増加させ、単結晶シリコン下地材における欠陥をさらに不動態化させることができ、また、光の反射をさらに減らすことができると同時に、電池シートの背面にも不動態化の役割を果たして、電池シートの変換効率をさらに向上させる。
【００５８】
なお、本実施例では、単にＮ型単結晶シリコンを例として正背両面に反射防止膜を堆積するプロセスを説明するが、このプロセスは、Ｎ型単結晶シリコン又はＮ型多結晶シリコンに限定されるものではなく、理論的には、Ｐ型結晶シリコンにも適用される。しかし、Ｎ型結晶シリコン及びＰ型結晶シリコンの裏面電界を作製する方式が異なるため、実際の生産過程において、正背両面に反射防止膜を堆積するプロセスが異なり、ドープ型の結晶シリコン太陽電池の変換効率の上昇の程度も異なる、一般の場合には、Ｎ型結晶シリコン太陽電池では、変換効率が大きく向上され、Ｐ型結晶シリコン太陽電池では、変換効率の向上は相対的に少ない。
【００５９】
また、本実施例では、良好な不動態化の役割を獲得するために、前記反射防止膜は水素リッチな窒化シリコン薄膜、水素リッチな酸窒化シリコン薄膜及び水素リッチな窒化チタン薄膜の少なくとも一種であり、本実施例では、水素リッチな窒化シリコン薄膜が好ましい。
【００６０】
ステップＳ３１５：電極の印刷過程であって、このステップでは、銀ペーストだけを採用して正面電極と裏面電極を印刷して、電流を収集し、かつ導電の役割を果たす。
【００６１】
ステップＳ３１６：焼結過程であって、高温で、印刷された金属電極とシリコンウェハーとの間に合金を形成する。
【００６２】
その後、ステップＳ３１７〜ステップＳ３１６に入って、焼結後の電池シートに選別、再処理を行う。これらの過程は上記実施例と同じなので、ここで重複説明をしない。
【００６３】
本実施例では、電池シートの正面に拡散によるＰＮ接合の作製を行い、背面に拡散による裏面電界を形成し、また電池シートの正背両面のいずれにも反射防止膜の堆積過程を行うことにより、水素元素の含量を増加させ、反射防止膜における水素元素の不動態化の役割がより顕著になり、つまり、単結晶シリコン下地材における欠陥をさらに減らすことができ、これにより、Ｎ型単結晶シリコン太陽電池シートの変換効率をさらに向上することができる。正常の単結晶シリコンロッドの引き上げ過程では、酸化誘起積層欠陥（OSF）のリング状欠陥及び間隙、空孔クラスターのスワール欠陥又は酸素不純物等の多量含有を引き起こす可能性があるが、低温焼鈍-再焼結-低温焼鈍等の過程を複数回経て、さらに、電池シートの正背両面のいずれにも反射防止膜を有することによって、Ｎ型単結晶シリコン下地材における欠陥をさらに不動態化させ、つまり、単結晶シリコン下地の内部の各種の構造欠陥を改善でき、Ｎ型単結晶シリコンから作製された電池シートのＶｏｃ及びＩｓｃが向上され、そして、電池シートの変換効率が向上される。
【００６４】
以下、Ｎ型単結晶シリコン太陽電池の、本実施例方法で処理前後の具体的な実験データを例として、本発明の実施例にかかる太陽電池シートの熱処理プロセスの効果を説明する。
【００６５】
同一の材料、同一の規格のＮ型単結晶シリコン太陽電池シートを５つのバッチ選択し、これらの電池シートはその正背両面のいずれにも水素リッチな反射防止膜を有し、正常の生産プロセスを経た後に、５つのバッチの太陽電池シートに仕分けテストを行い、各バンチから、変換効率が１８％未満、フィルファクタが７０％以上である電池シートを２００枚選別し、選別された電池シートについて、各項目の電気パラメーターをテストし、各バッチの電池シートの平均の電気パラメーターを得て、テスト結果として表１に示す。
【００６６】
【表１】
0005795125.tif 000002
【００６７】
前記選別された電池シートに低温焼鈍を行う。焼鈍過程は、焼結炉温度を２５０℃〜５５０℃とし、焼鈍時間を３０ｓ〜４ｍｉｎの範囲内とする。低温焼鈍後の電池シートにテストを行い、テスト結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
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【００６９】
上表から分かるように、焼鈍ステップ後に、１、２、３組の電池シートの変換効率がいずれも１８％以上に向上し、フィルファクタもいずれも７０％より高く、焼鈍前後で、フィルファクタの低下がない或いは低下が小さい。このため、１、２、３組の電池シートは、１段階だけの低温焼鈍ステップで、電池シートの効率要求を満たし、直接に高効率シートとして包装・貯蔵でき、後続ステップを必要としない。また、第４、５組の電池シートでは、焼鈍前と比べて、フィルファクタが著しく低下し、その結果、変換効率の上昇の比率が小さく、そして低下する場合もある。このため、４、５組の電池シートに後続の再焼結-焼鈍過程を行う必要があり、そして、改めて焼結した後の４、５組の電池シートをテストし、テスト結果は表３に示す。
【００７０】
【表３】
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【００７１】
表３から分かるように、再焼結後の４、５組の電池シートのフィルファクタが著しく向上しているが、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ及び変換効率は逆に低下しており、この２組電池シートに再度焼鈍過程を行う必要があり、再度焼鈍後の性能テストの結果は表４に示す。
【００７２】
【表４】
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【００７３】
上表から分かるように、再度焼鈍の後の４、５組の電池シートの変換効率がいずれも１８％以上に向上し、フィルファクタもいずれも７０％よりも高く、また、焼鈍前後でフィルファクタの低下が小さい。このため、この２組の電池シートも電池シートの効率要求を満たして、直接に高効率シートとして包装・貯蔵でき、更なる焼結及び焼鈍ステップを必要としない。
【００７４】
通常の場合に、正背両面のいずれにも反射防止膜を有する単結晶シリコン電池シートは、前記ステップの後に、大部分の低効率シートの変換効率はいずれも大幅に向上するが、要求を満たさない低効率シートが存在する場合、焼結及び焼鈍のステップを引き続き行うことができる。
【００７５】
比較例として、以下、背面に反射防止膜がないＮ型単結晶シリコン電池シートの処理結果を提供する。当該組の電池シートは背面に反射防止膜がない以外、他のパラメーターが以上の５組の電池シートと同じであり、その処理結果を表５に示す。
【００７６】
【表５】
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【００７７】
上表から分かるように、背面に反射防止膜がない低効率シートは、１段階の焼鈍の後に、変換効率が上昇したものの、上昇効果が顕著ではなく、その後、再度焼結-焼鈍等のステップを行うことによって、電池シートの変換効率が効率よい程度まで上昇することはできるが、行われる焼結-焼鈍過程の回数は、正背両面のいずれにも反射防止膜を有する電池シートの処理回数に比べて、遥かに多い。
【００７８】
以上の処理過程において、低効率シートの性能パラメーターの変化過程より明らかになるように、本発明の実施例の方法は、電池シートの光電変換効率をさらに向上でき、経済的利益を向上できる。
【００７９】
本発明の他の実施例では、前記熱処理プロセスを採用して作製された太陽電池シートが開示されている。この太陽電池シートの変換効率が１８％以上、かつフィルファクタが７０％以上であり、この太陽電池シートの下地材が単結晶シリコン、好ましくはＮ型単結晶シリコンであり、その正面と背面のいずれにも水素リッチな反射防止膜を有する。これによって、この電池シート下地材における酸化誘起積層欠陥（OSF）のリング状欠陥及び間隙、空孔クラスターのスワール欠陥等は、一般的な単結晶シリコン太陽電池における欠陥より顕著に少ない。また、この太陽電池シート上にはリング状欠陥又は黒欠陥等の欠陥が基本的に存在せず、変換効率が向上していた。
【００８０】
以上説明したのは、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を任意の形態で制限するものではない。
【００８１】
本発明は、以上のように、好ましい実施例で開示されているが、これらは本発明を限定するものではない。当業者は、本発明の範囲を超えない場合に、本発明を上述に開示された方法および技術内容を利用して様々の可能性がある変形又は修正を行うことができ、また、同等な変化である同じ効果を有する実施例に修正することができる。したがって、本発明の内容を超えない限り、上記実施例に本発明の技術要旨に基づいて簡単な修正、同等な変形及び修飾を加えたものは、すべて本発明の保護範囲に属する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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