專利名稱：太陽電池單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽電池單元，特別涉及具有當(dāng)太陽電池單元被朝反方向施加偏壓時(shí)， 通過在pn接合的一部分所形成的P+n+接合而流通電流的反向?qū)ㄌ匦哉摺?br> 背景技術(shù)：
一般而言，具有可產(chǎn)生光電動勢的pn接合的太陽電池單元，因?yàn)槠骄粋€(gè)太陽電池單元 所產(chǎn)生的光電動勢的最大輸出電壓較低，因而以將多個(gè)太陽電池單元串聯(lián)連接而提高光電 動勢最大輸出電壓的狀態(tài)使用。
如圖24所示，在將多個(gè)太陽電池單元串聯(lián)連接的太陽電池陣列中，當(dāng)任一太陽電池單元 進(jìn)入陰影中而不可產(chǎn)生光電動勢時(shí)，便對該太陽電池單元朝反方向施加偏壓，該偏壓為相 等于以其它太陽電池單元所產(chǎn)生光電動勢總和的電壓。
當(dāng)施加電壓達(dá)太陽電池單元的反方向耐壓以上的情況，該太陽電池單元有遭破壞的顧慮， 但是即便施加電壓是在太陽電池單元的反方向耐壓以下，若對太陽電池單元施加高電壓而 流通著較多電流，則該太陽電池單元將會發(fā)熱，而有太陽電池單元本體或其周邊構(gòu)件出現(xiàn) 劣化的顧慮。
因此，如圖25所示，考慮依每個(gè)太陽電池單元設(shè)置一個(gè)外部旁路二極管，并將旁路二極 管分別反向并聯(lián)地與各太陽電池單元相連接，當(dāng)反方向施加偏壓時(shí)，藉由使太陽電池單元 中流通的電流成為旁路狀態(tài)，俾保護(hù)該太陽電池單元。但是，若對所有的太陽電池單元分 別設(shè)置旁路二極管，則太陽電池陣列構(gòu)造將趨于復(fù)雜且制造成本將成高價(jià)。
所以，便有如圖26所示，采用將n個(gè)太陽電池單元串聯(lián)連接的太陽電池陣列，在每個(gè)由 m個(gè)太陽電池單元構(gòu)成的區(qū)塊中，反向并聯(lián)連接著一個(gè)旁路二極管的構(gòu)造。此情況下，若 區(qū)塊內(nèi)的一個(gè)太陽電池單元進(jìn)入陰影中，則在其它區(qū)塊中流通的電流(即在(n-m)個(gè)太陽電 池單元中流通的電流)便不會流入進(jìn)入陰影中的太陽電池單元所屬區(qū)塊的其它太陽電池單 元，而是通過該區(qū)塊的旁路二極管而流通。
所以，在進(jìn)入陰影中的太陽電池單元所屬區(qū)塊中，即使其它的太陽電池單元發(fā)電，但因 為并未從該區(qū)塊對負(fù)載供應(yīng)電力，因此僅供應(yīng)由(n-m)個(gè)太陽電池單元所發(fā)電的電力而已，
4導(dǎo)致太陽電池陣列的發(fā)電效率降低。
再者，就進(jìn)入陰影中的太陽電池單元而言，因?yàn)槠溆嗟?m-l)個(gè)太陽電池單元的開放電壓， 加上由在旁路二極管中流通電流所產(chǎn)生的電壓降后的電壓，將朝反方向施加偏壓，因而必 需屬于能承受高耐反向電壓性能的太陽電池單元。
專利文獻(xiàn)l所公開的積體式太陽電池單元，系在同一硅晶圓上設(shè)置作為太陽電池的pn 接合、以及與該pn接合介隔著隔離區(qū)域(isolation region)而朝反方向形成pn接合的并 聯(lián)(旁路)二極管。因?yàn)樘栯姵貑卧幸逊e體化設(shè)置旁路二極管，因此太陽電池單元便不 需要再電氣式連接外部的旁路二極管。
再者，本案發(fā)明者在專利文獻(xiàn)2中公開將多個(gè)球狀太陽電池單元進(jìn)行并聯(lián)且串聯(lián)連接的 太陽電池模塊。該太陽電池模塊是將球狀太陽電池單元與導(dǎo)電方向一致而配置成多個(gè)行多 個(gè)行，并與相鄰太陽電池單元進(jìn)行并聯(lián)且串聯(lián)連接。所以，即便在任一太陽電池單元進(jìn)入 陰影之情況，于太陽電池模塊中任一太陽電池單元發(fā)電并殘留電流通路的前提下，并不會 對該太陽電池單元朝反方向施加一個(gè)太陽電池單元的開放電壓以上的電壓的偏壓。 專利文獻(xiàn)1:美國專利4323719號公報(bào) 專利文獻(xiàn)2: W02003/017382號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明所欲解決之問題)
但是，專利文獻(xiàn)l所記載的太陽電池單元，因?yàn)榕c太陽電池的pn接合介隔著隔離區(qū)域而 設(shè)置反向并聯(lián)的pn接合，因此硅晶圓內(nèi)需要對發(fā)電無作用的空間，而導(dǎo)致構(gòu)造大型化。且， 在發(fā)電時(shí)，因?yàn)閺奶栯姵氐膒n接合亦對隔離區(qū)域的電阻(parasitic shunt resistance) 流通著電流，因此有開放電壓降低的缺點(diǎn)。
專利文獻(xiàn)2所記載的太陽電池模塊，若并聯(lián)連接的任一行整體進(jìn)入陰影中而停止發(fā)電則 電流通路消失，對該行的太陽電池單元所串聯(lián)連接的其它太陽電池單元的總發(fā)電電壓朝反 方向施加偏壓，因此有該行太陽電池單元遭破壞，或因發(fā)熱而劣化的顧慮。此情況，必需 采取諸如設(shè)置旁路二極管等方法，以確保電流通路。
本發(fā)明的目的在于提供一種不需要電氣式連接于外部的旁路二極管，具有當(dāng)反方向施加 偏壓時(shí)，可流通電流的反向?qū)ㄌ匦缘奶栯姵貑卧徊⑻峁┮环N小型且不致降低發(fā)電效 率的太陽電池單元；更提供一種當(dāng)使用該太陽電池單元進(jìn)行太陽電池模塊制造時(shí)，能降低制造成本的太陽電池單元等。 (解決問題之方式)
本發(fā)明的太陽電池單元為在半導(dǎo)體基材上設(shè)有可產(chǎn)生光電動勢的pn接合的太陽電池單 元；其中，其構(gòu)成為在上述pn接合的一部分上，設(shè)置由經(jīng)高濃度摻雜雜質(zhì)的p+型導(dǎo)電層 與n+型導(dǎo)電層所構(gòu)成的p+n+接合；并具有當(dāng)上述太陽電池單元被朝反方向施加偏壓時(shí)，通 過上述pV接合而流通電流的反向?qū)ㄌ匦浴?(發(fā)明效果)
根據(jù)本發(fā)明的太陽電池單元，因?yàn)樵趐n接合的一部分上設(shè)置由經(jīng)高濃度摻雜雜質(zhì)的P+ 型導(dǎo)電層與n+型導(dǎo)電層所構(gòu)成的P+n+接合；并具有下述構(gòu)造當(dāng)太陽電池單元被朝反方向 施加偏壓時(shí)，可通過p+n+接合而流通電流的反向?qū)ㄌ匦?，因此可獲得與在太陽電池單元 上反向并聯(lián)連接著旁路二極管的情況相同的效果。
艮P，當(dāng)使用該太陽電池單元進(jìn)行太陽電池模塊制造時(shí)，于任一太陽電池單元進(jìn)入陰影時(shí)， 因?yàn)橥ㄟ^該太陽電池單元的P+n+接合而流通著電流，因而可防止該太陽電池單元發(fā)熱與劣 化，且可防止太陽電池模塊整體的發(fā)電效率降低。此外，因?yàn)椴恍枰O(shè)置新的旁路二極管， 因此可使構(gòu)造小型化并能降低制造成本。
本發(fā)明除上述構(gòu)造之外，尚可采用下述各種構(gòu)造
(1) 上述pn接合為pn+接合或p+n接合。
(2) 上述pV接合具有由隧穿效應(yīng)所產(chǎn)生的反向二極管特性。
(3) 上述pV接合具有利用與上述pn接合的開放電壓同等或以下之低電壓而進(jìn)行導(dǎo)通的 特性。
(4) 將上述半導(dǎo)體基材形成為球狀，并在距該半導(dǎo)體基材表面一定深度位置處，設(shè)置實(shí)質(zhì) 上為球面狀的上述pn接合，并設(shè)置隔著上述半導(dǎo)體基材中心而呈相對向的一對電極，其為 連接于上述pn接合二端的一對電極。
(5) 上述p+n+接合系設(shè)置于其中一電極外周附近部中，較上述電極更靠近半導(dǎo)體基材側(cè)部 分。
(6) 介隔著上述半導(dǎo)體基材表面部所形成的n+型導(dǎo)電層，而形成上述pn接合，上述^11+ 接合的至少一部分系由在其中一電極之上述半導(dǎo)體基材側(cè)的內(nèi)面部所形成的P+型導(dǎo)電層、 以及接觸該P(yáng)+型導(dǎo)電層的上述n+型導(dǎo)電層部分所構(gòu)成。
(7) 上述電極系形成為面積較大于上述p+n+接合。(8) 上述p+n+接合的至少一部分系由接合于另一電極的n+型導(dǎo)電層部分、以及接合于該n+ 型導(dǎo)電層部分的P+型導(dǎo)電層所構(gòu)成。
(9) 上述半導(dǎo)體基材系形成為圓柱狀，并在距該半導(dǎo)體基材表面一定深度位置處，設(shè)置實(shí) 質(zhì)上為圓筒狀的pn接合。
(10) 在上述其中一電極內(nèi)面部所形成的p+型導(dǎo)電層系由上述其中一金屬制電極與上述半 導(dǎo)體基材的共晶反應(yīng)所形成之再結(jié)晶層而形成。
(11) 上述半導(dǎo)體基材系形成為平板狀，在該半導(dǎo)體基材靠太陽光入射側(cè)的單面附近部形 成上述pn接合；在上述半導(dǎo)體基材靠上述單面與相反側(cè)面上形成格子狀電極；在上述半導(dǎo) 體基材靠上述單面形成不會被上述電極遮光的受光窗；在上述半導(dǎo)體基材中未緊鄰上述受 光窗的全部表面上形成以與該半導(dǎo)體基材相同的導(dǎo)電型來施行高濃度雜質(zhì)摻雜的高濃度導(dǎo) 電層；在上述單面?zhèn)鹊碾姌O背面?zhèn)炔糠纸楦糁鲜龈邼舛葘?dǎo)電層而形成上述P+n+接合。


圖1為實(shí)施例1形成有平坦面的球狀P形硅單結(jié)晶的剖視圖。 圖2為形成有p+擴(kuò)散層的p形硅單結(jié)晶剖視圖。
圖3為由n+擴(kuò)散層、pn+接合及p+n+接合所形成的P形硅單結(jié)晶剖視圖。
圖4為太陽電池單元的剖視圖。
圖5為太陽電池單元的重要部份的放大剖視圖。
圖6為太陽電池單元的等效電路圖。
圖7為p+n+接合的能帶構(gòu)造(熱平衡狀態(tài))說明圖。
圖8為pV接合的能帶構(gòu)造(反方向施加偏壓狀態(tài))說明圖。
圖9為以往太陽電池單元與本發(fā)明太陽電池單元的電壓電流特性線圖。
圖10為具有BSF構(gòu)造的太陽電池單元的能帶構(gòu)造圖。
圖11為具有多個(gè)太陽電池單元的太陽電池模塊之等效電路圖。
圖12為實(shí)施例2形成有平坦面的p形硅單結(jié)晶的剖視圖。
圖13為形成有p+擴(kuò)散層的p形硅單結(jié)晶剖視圖。
圖14為由n+擴(kuò)散層、pn+接合及pV接合所形成的p形硅單結(jié)晶剖視圖。
圖15為太陽電池單元與引線框架的剖視圖。
圖16為太陽電池單元與引線框架的重要部份的放大剖視圖。
7圖17為實(shí)施例3之形成有p+擴(kuò)散層的p形硅單結(jié)晶晶圓平面圖。
圖18為圖17中的xvin-xvni線剖視圖。
圖19為實(shí)施例3的太陽電池單元平面圖。
圖20為實(shí)施例3的太陽電池單元剖視圖。
圖21為實(shí)施例4的太陽電池單元立體示意圖。
圖22為圖21中的XXII-XXII線剖視圖。
圖23為太陽電池單元的重要部份放大剖視圖。
圖24為以往技術(shù)中將n個(gè)太陽電池單元串聯(lián)連接的太陽電池陣列電路圖。 圖25為以往技術(shù)中每個(gè)太陽電池單元反向并聯(lián)連接著一個(gè)旁路二極管的太陽電池陣列 電路圖。
圖26為以往技術(shù)中之每個(gè)區(qū)塊反向并聯(lián)連接著一個(gè)旁路二極管的太陽電池陣列電路圖。
符號說明
1、 12、31、51太陽電池單元
2、 13、52P形硅單結(jié)晶
3、 14、53平坦面
4、 15、34、54P+擴(kuò)散層
5、 16、35、55n+擴(kuò)散層
6、 17、36、56pn+接合
7、 18、21、37、 57P+n+接合
8、 19、38、58正電極
9、 22、39、59負(fù)電極
10、 23-> 41,,60抗反射膜
11太陽電池模塊
20p+硅再結(jié)晶層
24引線框架
32p形硅單結(jié)晶晶圓
33受光窗
40背面反射膜52 硅單結(jié)晶
具體實(shí)施例方式
以下，針對實(shí)施本發(fā)明的最佳形態(tài)，根據(jù)圖式進(jìn)行說明。
其次，針對實(shí)施例l的太陽電池單元l，根據(jù)圖1 圖5進(jìn)行說明。 該球狀太陽電池單元1系在球狀p形硅單結(jié)晶2上所形成的pn+接合6 —部分，形成由經(jīng) 高濃度雜質(zhì)摻雜的P+擴(kuò)散層4與n+擴(kuò)散層5所構(gòu)成p+n+接合7。 首先，針對太陽電池單元1的構(gòu)造進(jìn)行說明。
如圖4、圖5所示，太陽電池單元1具備有球狀p形硅單結(jié)晶2(其相當(dāng)于半導(dǎo)體基材)、 在硅單結(jié)晶2 —端部所形成的平坦面3、在除該平坦面3以外的硅單結(jié)2表面處上所形 成的n+擴(kuò)散層5(其相當(dāng)于n+導(dǎo)電層)、隔著硅單結(jié)晶2中心且相對向的一對電極8、 9、在 正電極8靠硅單結(jié)晶2側(cè)的內(nèi)面部所形成的p+擴(kuò)散層4(其相當(dāng)于p+導(dǎo)電層)、覆蓋著太陽 電池單元1表面中除正電極8與負(fù)電極9以外的部分的抗反射膜10。此外，正電極8設(shè)置 于平坦面3上。
在硅單結(jié)晶2的表面處，形成可產(chǎn)生光電動勢且具有pn接合功能的pn+接合6，該pn+接 合6除平坦面3之外，在距硅單結(jié)晶2表面一定深度位置處實(shí)質(zhì)形成球面狀。在pn+接合6 二端連接有點(diǎn)狀的一對電極8、 9。在正電極8外周附近處中，較正電極8更靠硅單結(jié)晶2 側(cè)部分處，環(huán)狀形成具有由隧穿效應(yīng)所產(chǎn)生的反向二極管特性的P+n+接合7，該太陽電池單 元1的等效電路系如圖6所示。此外，正電極8形成面積大于p+n+接合7。
其次，針對該太陽電池單元l的制造方法進(jìn)行說明。
如圖l所示，第1工序中，在直徑1.8隱半導(dǎo)體基材的球狀p形硅單結(jié)晶2(電阻率約l Qcm)下端處，形成直徑約0.8mm的平坦面3，該平坦面3屬于基準(zhǔn)面，在后續(xù)工序中將被 利用于硅單結(jié)晶2的定位。第2工序中，將除硅單結(jié)晶2的平坦面3以外處利用Si02膜進(jìn) 行屏蔽后，再將硼施行熱擴(kuò)散，便如圖2所示，在平坦面3內(nèi)面部形成厚度約lum的薄圓 盤狀，且具有高雜質(zhì)濃度((1 3) X 102°cm—3)的p+擴(kuò)散層4。
如圖3所示，第3工序中，在包括p+擴(kuò)散層4在內(nèi)的硅單結(jié)晶2球體整面上形成Si02膜 之后，依略小于P+擴(kuò)散層4直徑且平坦面3中心處由Si02膜屏蔽而殘留的方式，將Si02膜 施行蝕刻而去除后，再將磷施行熱擴(kuò)散，便在球面部分與平坦面3的周緣處，形成厚度約0.5um且具有高雜質(zhì)濃度((4 6)X102Vm—3)的略球狀n+擴(kuò)散層5。結(jié)果，平坦面3便在p+ 擴(kuò)散層4的周緣處，形成鄰接pn+接合6的環(huán)狀p+n+接合7。接著，將n+擴(kuò)散層5表面中僅 蝕刻0. 1 0. 2 P m而去除，便將因形成高雜質(zhì)濃度層所造成的表面缺陷去除。
如圖4、圖5所示，第4工序中，整體形成厚度l 2um的抗反射膜10(例如SiO2膜)之 后，再于平坦面3靠p+擴(kuò)散層4的中心處施行含鋁的樹脂糊劑涂布，且在n+擴(kuò)散層5的球 面頂部施行含銀的樹脂糊劑涂布，然后施行加熱處理，便形成與P+擴(kuò)散層4呈低電阻接觸 的正電極8、以及與n+擴(kuò)散層5呈低電阻接觸的負(fù)電極9。電極8、9的直徑優(yōu)選設(shè)定為0. 4 0.6mm。結(jié)果，在正電極8、負(fù)電極9間，分別形成通過pn+接合6的電路、與通過p+n+接合 7的電路，便完成具有反向?qū)ㄌ匦缘那驙钐栯姵貑卧猯。
其次，針對太陽電池單元l所具有的反向?qū)ㄌ匦赃M(jìn)行說明。
圖7、圖8所示系p+n+接合7的能帶構(gòu)造圖，圖7所示系熱平衡狀態(tài)，圖8所示系朝反方 向施加偏壓的狀態(tài)。
如圖7所示，p+n+接合7在熱平衡狀態(tài)下的費(fèi)米能級(Fermi level)橫跨p+區(qū)域與n+區(qū)域 的二區(qū)域，并屬于同一能級。該能級在p+區(qū)域中系位于價(jià)電帶的正上方，在n+區(qū)域中則位 于傳導(dǎo)帶的正下方，且P+n+接合7的過渡區(qū)域?qū)挾确浅１　?br> 如圖8所示，若施加以p+側(cè)為負(fù)、以n+側(cè)為正的反向偏壓電壓V， p+區(qū)域與n+區(qū)域的電位 差便將變大，P+n+接合7的過渡區(qū)域?qū)挾缺銜兊酶?，將因隧穿效?yīng)而使p+區(qū)域的價(jià)電子 帶電子e穿過過渡區(qū)域，直接朝n+區(qū)域的傳導(dǎo)帶移動而流通電流。BP， pV接合7將具有由 隧穿效應(yīng)所產(chǎn)生的反向二極管特性，故當(dāng)對太陽電池單元1朝反方向施加偏壓時(shí)，便通過 pV接合7而流通電流。
其次，針對太陽電池單元l的電壓電流特性、作用、及效果進(jìn)行說明。
圖9所示為以往一般太陽電池單元與本發(fā)明太陽電池單元1的電壓電流特性線圖。如圖 9中的實(shí)線與單點(diǎn)鎖線所示，在阻斷太陽光的狀態(tài)(進(jìn)入陰影中的狀態(tài))，二者太陽電池單 元的順方向電壓電流特性為若超過既定閾值電壓，電流便將急遽增加。就反方向電壓電流 特性來說，以往太陽電池單元顯示出經(jīng)過電流不易流動的區(qū)域，進(jìn)入從既定電壓起電流 便急速增加的擊穿范圍(breakdown region)的特性，但本發(fā)明的太陽電池單元1，則因 為P+n+接合7具有由隧穿效應(yīng)所產(chǎn)生的反向二極管特性，因此并無阻止電流流動的區(qū)域， 而立即進(jìn)入導(dǎo)通區(qū)域。
另一方面，在接受太陽光的狀態(tài)下，將如圖9中第四象限的虛線與二點(diǎn)鎖線所示，本發(fā)明的太陽電池單元1因?yàn)榫哂腥缤酝栯姵貑卧嗤妮敵鲭妷弘娏魈匦?，因此與以 往太陽電池單元同樣會產(chǎn)生光電動勢。
依此的話，本發(fā)明的太陽電池單元1在接受太陽光的情況，將如同以往太陽電池般的產(chǎn) 生光電動勢，而當(dāng)太陽電池單元l進(jìn)入陰影并被反方向施加偏壓的情況，在正電極8與負(fù) 電極9之間，將屬于「電動勢產(chǎn)生部分」的pn+接合6與具有反向二極管特性的p+n+接合7 并聯(lián)連接，并具有通過P+n+接合7而流通電流的反向?qū)ㄌ匦裕宕吮憧杀苊馓栯姵貑?元1出現(xiàn)因反向電壓而遭受破壞、或者因發(fā)熱而導(dǎo)致太陽電池單元1本體或其周邊構(gòu)件出 現(xiàn)劣化的狀況。
當(dāng)將太陽電池單元1串聯(lián)連接使用的情況，若任一太陽電池單元1進(jìn)入陰影中而無法產(chǎn) 生光電動勢時(shí)，電流通路便瞬間自動切換至P+n+接合7的部分，其它的發(fā)電單元輸出電流 則以低電阻通過，便可毫無浪費(fèi)地將輸出持續(xù)供應(yīng)給負(fù)載。因?yàn)樘栯姵貑卧?具有反向 導(dǎo)通特性，因而將不需要如以往般連接于外部的旁路二極管，將可使構(gòu)造小型化并降低制 造成本。
再者，因?yàn)榫哂星蛎鏍頿n+接合6，因此即使直射太陽光的入射角有變化，仍可確保一定 的受光面積，除接受太陽光的指向性較寬廣之外，尚可利用來自周圍的反射光。因?yàn)閜n+ 接合6的緣端并未出現(xiàn)于包括n+擴(kuò)散層5在內(nèi)的p形硅單結(jié)晶2表面上，而是p+n+接合7 出現(xiàn)于表面，因此包括n+擴(kuò)散層5在內(nèi)的p形硅單結(jié)晶2表面上的再結(jié)合電流將減少，有 助于太陽電池單元1的開放電壓與短路電流的提升。
再者，P+擴(kuò)散層4除與正電極8呈低電阻接觸之外，尚如圖10所示，對p形區(qū)域呈電子 能量較高的能級，產(chǎn)生擊退由光激發(fā)所產(chǎn)生的電子e的BSF(back surface field)效應(yīng)， 因此將可提高開放電壓與短路電流。因?yàn)楦糁鳳形硅單結(jié)晶2中心并在二側(cè)點(diǎn)狀設(shè)置正電 極8與負(fù)電極9，因此將可在太陽電池單元1中除電極8、 9以外的表面處接受入射光并發(fā) 電，俾可維持高發(fā)電效率。且，因?yàn)闊o法由硅吸收的長波長熱線容易穿透太陽電池單元l， 因此太陽電池單元1的溫度上升較少。
其次，針對將多個(gè)太陽電池單元l相連接的太陽電池模塊ll的作用、效果進(jìn)行說明。如 圖11所示，太陽電池模塊11中，例如25個(gè)太陽電池單元1整合于導(dǎo)電方向配置5行5列， 各列的多個(gè)太陽龜池單元1將電氣式串聯(lián)連接，而各行的多個(gè)太陽電池單元1將電氣式并 聯(lián)連接，形成25個(gè)太陽電池單元1利用篩網(wǎng)狀串聯(lián)并聯(lián)電路而電氣式連接。此外，圖11 將省略圖標(biāo)在各太陽電池單元1中所內(nèi)建的旁路二極管。
11該太陽電池模塊11為即使并聯(lián)連接的多個(gè)行中，出現(xiàn)1行全部的太陽電池單元1進(jìn)入陰 影的情況，仍將通過該行太陽電池單元的pV接合7而流通旁路電流。所以，藉由多個(gè)太 陽電池單元l利用篩網(wǎng)狀串聯(lián)并聯(lián)電路進(jìn)行電氣式連接，而構(gòu)成太陽電池模塊ll，即使產(chǎn) 生任何形狀的陰影(日蔭)，仍可在無損失的情況下取出發(fā)電功率，亦不致對各個(gè)太陽電池 單元1造成不良影響。此外，因?yàn)椴o需要在太陽電池單元1中形成平坦面3，因此將可 省略設(shè)置。 [實(shí)施例2]
其次，針對實(shí)施例2的太陽電池單元12進(jìn)行說明。
如圖12 圖16所示，實(shí)施例2的球狀太陽電池單元12在平行于負(fù)電極22且被負(fù)電極 22遮蔽的位置處，設(shè)置p+擴(kuò)散層15與p+n+接合18，并利用鋁合金制的正電極19與p形硅 單結(jié)晶13的共晶反應(yīng)，而形成p+硅再結(jié)晶層20。
首先，針對太陽電池單元12的構(gòu)造進(jìn)行說明。
如圖15、圖16所示，太陽電池單元12具備有:球狀p形硅單結(jié)晶13、在該p形硅單結(jié) 晶13表面處所形成的n+擴(kuò)散層16、隔著p形硅單結(jié)晶13中心且相對向的一對電極19、 22、 在負(fù)電極22靠p形硅單結(jié)晶13側(cè)的內(nèi)面部所形成的p+擴(kuò)散層15、在正電極19靠p形硅 單結(jié)晶13側(cè)的內(nèi)面部所形成的p+硅再結(jié)晶層20、以及覆蓋著太陽電池單元12表面中除正 電極19與負(fù)電極22以外的部分的抗反射膜23。
由負(fù)電極22所接合的n+擴(kuò)散層16部分以及該n+擴(kuò)散層16 —部分所接合的p+擴(kuò)散層15 構(gòu)成圓形p+n+接合18,并利用正電極19靠p形硅單結(jié)晶13側(cè)的內(nèi)面部的p+硅再結(jié)晶層 20以及該p+硅再結(jié)晶層20所接觸的n+擴(kuò)散層16部分構(gòu)成環(huán)狀pV接合21。
其次，針對該太陽電池單元12的制造方法進(jìn)行說明。
如圖12所示，第1工序中，將如同實(shí)施例1的第1工序，在作為半導(dǎo)體基材，且電阻率 1 Q cm左右、直徑1. 8mm的p形硅單結(jié)晶13上，形成直徑約0. 8mm的平坦面14。
第2工序中，p形硅單結(jié)晶13頂部除直徑約0.4mm的部分之外，整體利甩Si02膜施行屏 蔽，并進(jìn)行硼的熱擴(kuò)散，便如圖13所示，形成厚度約lum且具有高雜質(zhì)濃度((1 3)X102。cm—3)的p+擴(kuò)散層15。
如圖14所示，第3工序中，對p形硅單結(jié)晶13的全表面施行磷的熱擴(kuò)散，便在p形硅 單結(jié)晶13的整體球面上形成厚度約0. 5nm且具有高雜質(zhì)濃度((4 5) X102Vnf3)的n+擴(kuò)散 層16。藉此，便形成組合于pn+接合17、與n+擴(kuò)散層16頂部靠p形硅單結(jié)晶13側(cè)的內(nèi)面部的p+n+接合18。接著，將n+擴(kuò)散層16表面中以蝕刻去除僅約0.1 0.2um，便將因高濃
度雜質(zhì)層的形成而造成的表面缺陷去除。
如圖15所示，第4工序中，在例如形成寬0. 9mm、厚0. 2mm的鐵鎳合金(鐵58%、鎳42%) 制的引線框架24上，載置著由第3工序所獲得的球狀體，并利用鋁合金進(jìn)行固接。具體而 言，在球狀體的平坦面14與引線框架24之間，重迭著鋁合金(含有硼0. 1%、硅約0.2%) 圓板(例如直徑0.6mm、厚度約0. liran)的狀態(tài)下夾入，并在真空或惰性氣體中，急速加熱至 約830'C后便馬上急速冷卻，以使鋁合金與硅產(chǎn)生共晶反應(yīng)。
利用鋁合金與硅的共晶反應(yīng)，便貫通平坦面14靠n+擴(kuò)散層16的部分而形成p+硅再結(jié)晶 層20,該p+硅再結(jié)晶層20中靠正電極19外周側(cè)的部分鄰接n+擴(kuò)散層16，而形成環(huán)狀pV 接合21。 p+硅再結(jié)晶層20系以硼與鋁為雜質(zhì)且含有高濃度，由鋁與硅構(gòu)成的合金部分固接 引線框架24而作成正電極19。此外，在該第4工序中，為形成負(fù)電極22,便預(yù)先在頂部 的n+擴(kuò)散層16表面上，將含銻約0. 5%的銀糊施行點(diǎn)陣狀涂布，便在正電極19形成的同時(shí)， 亦形成負(fù)電極22。然后，利用公知濺鍍法在太陽電池單元12除電極19、 22以外的表面上， 形成既定厚度的抗反射膜23。
雖未圖標(biāo)，但太陽電池單元12可同時(shí)將多數(shù)太陽電池單元12載置于引線框架24上，并 施行上述操作，然后，將頂部的負(fù)電極22利用引線框架進(jìn)行并聯(lián)連接，便可制得模塊。此 外，太陽電池單元12的電壓電流特性大致如同實(shí)施例1的情況。
依此的話，太陽電池單元12在相較于實(shí)施例1的太陽電池單元1之下，因?yàn)閜+n+接合18、 21的面積較大，因此將可流通較多的反向電流，將特別提高對太陽電池單元12朝反方向 施加偏壓時(shí)的保護(hù)性能。因?yàn)樵谄叫胸?fù)電極22且被負(fù)電極22遮蔽的位置處設(shè)置pV接合 18，并利用負(fù)電極22有效利用入射光遭遮蔽的區(qū)域，便不致犧牲光發(fā)電區(qū)域的空間。因?yàn)?在正電極19外周面的相對向位置處設(shè)置環(huán)狀p+n+接合21，因而將可減少反向?qū)〞r(shí)的串聯(lián) 電阻。
再者，因?yàn)橥瑫r(shí)施行p+硅再結(jié)晶層20的形成、正電極19的形成、及與引線框架24間的 連接，因此制造工序?qū)⒑唵位?，并可減輕制造成本。此外，并不需要在該太陽電池單元12 上所形成的平坦面14，因而亦可省略。 [實(shí)施例3]
其次，針對實(shí)施例3的太陽電池單元31，根據(jù)圖17 圖20進(jìn)行說明。
如圖19、圖20所示，平板狀太陽電池單元31系在平板狀p形硅單結(jié)晶晶圓32上，于靠太陽光入射側(cè)的單面附近處形成pn+接合36，并在靠負(fù)電極39背面?zhèn)炔糠痔?，介設(shè)p+擴(kuò) 散層34而形成p+n+接合37。
首先，針對太陽電池單元31的構(gòu)造進(jìn)行說明。
如圖19、圖20所示，太陽電池單元31具備有平板狀p形硅單結(jié)晶晶圓32、在硅單結(jié) 晶晶圓32靠太陽光入射側(cè)的單面上所形成的格子狀負(fù)電極39以及在硅單結(jié)晶晶圓32相反 側(cè)面上所形成的格子狀正電極38、在硅單結(jié)晶晶圓32的上述單面上所形成且未被負(fù)電極 39遮光的受光窗33、硅單結(jié)晶晶圓32中未緊鄰受光窗33的全表面上所形成p+擴(kuò)散層34、 在硅單結(jié)晶晶圓32靠上述單面?zhèn)缺砻嫣幩纬傻膎+擴(kuò)散層35、覆蓋受光窗33表面的抗反 射膜41、以及太陽電池單元31靠上述相反側(cè)面的表面中覆蓋除正電極38以外的部分的背 面反射膜40。在硅單結(jié)晶晶圓32靠上述單面附近處形成pn+接合36，在靠上述單面?zhèn)鹊呢?fù) 電極39背面?zhèn)炔糠纸樵O(shè)p+擴(kuò)散層34而形成pV接合37。
其次，針對太陽電池單元31的制造方法進(jìn)行說明。
第1工序中，首先半導(dǎo)體基材準(zhǔn)備電阻率約lQcm的p形硅單結(jié)晶晶圓32。該硅單結(jié)晶 晶圓32形成厚度0. 25mm的既定尺寸(例如2cmX2cm)平板狀，亦可應(yīng)用各種尺寸。
其次，在第2工序中，如圖17、圖18所示，對硅單結(jié)晶晶圓32以氧化硅膜為屏蔽并將 硼選擇性施行熱擴(kuò)散，便格子狀形成厚度0. 5 1 w m且具有高雜質(zhì)濃度((1 3) X 102°cm—3) 的P+擴(kuò)散層34。藉此，在硅單結(jié)晶晶圓32靠太陽光入射側(cè)的表面處形成4個(gè)正方形受光 窗33，而靠太陽光入射側(cè)的表面處中除該部分以外的部分，利用經(jīng)施行硼熱擴(kuò)散的P+擴(kuò)散 層34來覆蓋。
如圖19、圖20所示，在第3工序中，僅就硅單結(jié)晶晶圓32靠太陽光入射側(cè)的表面施行 磷熱擴(kuò)散，便形成厚度0. 4 0. 5 u m且具有高雜質(zhì)濃度((4 5) X 102°cm 3)的n+擴(kuò)散層35。 藉此，在硅單結(jié)晶晶圓32靠上述單面附近處形成pn+接合36,同時(shí)形成格子狀p+n+接合37。 此外，pn+接合36的緣端系鄰接p+n+接合37，并未接觸到包含n+擴(kuò)散層35在內(nèi)的硅單結(jié)晶 晶圓32外面。
接著，在第4工序中，在硅單結(jié)晶晶圓32靠上述相反側(cè)面的p+擴(kuò)散層34表面上，將金 屬膜蒸鍍成點(diǎn)陣狀并施行加熱處理，便形成低電阻接觸的正電極38,在上述相反側(cè)面的口+ 擴(kuò)散層34表面中，除已形成正電極38的部分以外處，將形成將從外面所入射的光朝內(nèi)部 反射且由氧化硅膜等構(gòu)成的背面反射膜40。此外，在n+擴(kuò)散層35表面上，將金屬膜蒸鍍 成格子狀并施行加熱處理，便形成低電阻接觸的負(fù)電極39。該負(fù)電極39的格子寬度形成若干大于P+擴(kuò)散層34的格子寬度。接著，在受光窗33表面形成由氧化硅膜等構(gòu)成的抗反射膜41，便完成具有反向?qū)ㄌ匦缘钠矫鏍钐栯姵貑卧?1。
依此的話，因?yàn)樘栯姵貑卧?1除受光窗33以外的硅單結(jié)晶晶圓32全表面均利用p+擴(kuò)散層34進(jìn)行覆蓋，因此便具有依在硅內(nèi)部由光激發(fā)所產(chǎn)生的電子不致在表面或電極接口處消失之方式，于周圍整體進(jìn)行擊退的BSF效果。
結(jié)果，將可提升開放電壓與短路電流。且，因?yàn)閜V接合37形成于負(fù)電極39背面?zhèn)炔糠种袩o法受光的部分處，因此將可在不致減少太陽電池單元31有效受光面積的情況下實(shí)施。
其次，針對實(shí)施例4的太陽電池單元51進(jìn)行說明。
如圖21 圖23所示，本實(shí)施例的太陽電池單元51系具有大致圓形截面的桿形太陽電池單元。
首先，針對太陽電池單元51的構(gòu)造進(jìn)行說明。
如圖21 圖23所示，太陽電池單元51具備有桿形p形硅單結(jié)晶52(相當(dāng)于半導(dǎo)體基材)、在硅單結(jié)晶52軸心正交方向的一端部上橫跨全長而成形的平坦面53、除該平坦面53之外形成于硅單結(jié)晶52表面處的部分圓筒形n+擴(kuò)散層55、 一對電極58、 59 (其為隔著硅單結(jié)晶52中心，相對向且呈帶狀的一對電極58、 59，并橫跨硅單結(jié)晶52全長)、在平坦面53靠硅單結(jié)晶52側(cè)的內(nèi)面部形成的p+擴(kuò)散層54、以及在太陽電池單元51表面中覆蓋著除正電極58與負(fù)電極59以外的部分的抗反射膜60。此外，正電極58設(shè)置于平坦面53上。
在硅單結(jié)晶52表面處形成部分圓筒形pn+接合56，在pn+接合56 二端連接有朝硅單結(jié)晶52長度方向延伸的一對電極58、 59。在p+擴(kuò)散層54寬度方向二端處則形成p+n+接合57。
該桿形太陽電池單元51對軸心具有大致的對稱性，因?yàn)榭山邮軄碜愿鞣N方向的太陽光，因此具有廣角度的受光感度。此外，優(yōu)選將p形硅單結(jié)晶52的直徑設(shè)定在1. 8mm以下，p形硅單結(jié)晶52的長度優(yōu)選設(shè)定為該直徑的2倍以上，平坦面53的寬度優(yōu)選設(shè)定在0. 8mm以下，電極58、 59的寬度優(yōu)選設(shè)定為0.4 0.6mm。此外，因?yàn)椴⒉恍枰谠撎栯姵貑卧?1上形成平坦面53,因此亦可省略。
在此，針對部分變更上述實(shí)施例的例子進(jìn)行說明。亦可取代p+n+接合7、 17、 20、 37所具有由隧穿效應(yīng)所產(chǎn)生的反向?qū)ㄌ匦裕臑樾?br> 15成利用具有依與p+n+接合7、 17、 20、 37并排的pn+接合6、 16、 36的開放電壓同等或以下的低電壓，雪崩式增加反向電流的低電壓擊穿特性的P+n+接合。此情況，因?yàn)閾舸╇妷狠^小，因此將可減少反向偏壓時(shí)的功率損耗，可避免因發(fā)熱而造成太陽電池單元1、 11、 31或模塊劣化等故障肇因。半導(dǎo)體基材亦可由多結(jié)晶構(gòu)成。亦可取代p型半導(dǎo)體基材，改為采用n型半導(dǎo)體基材，且作為將上述實(shí)施例的p與n各自替代的構(gòu)造，亦可取代pn+接合改為形成P+n接合。亦可將半導(dǎo)體基材由硅構(gòu)成，取代成由諸如Ge、 GaAs、 InP、 GaN等III-V族、或CIS、CIGS等I-III-Vl2化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。亦可將依熱擴(kuò)散導(dǎo)入雜質(zhì)，取代成利用離子植入法導(dǎo)入雜質(zhì)。上述實(shí)施例1、 2的太陽電池單元1、 12中，硅單結(jié)晶2、 13的直徑優(yōu)選設(shè)定在1. 8mm以下，平坦面3、 14的直徑優(yōu)選設(shè)定在0. 8mm以下，且，電極8、 9、 19、 22的直徑優(yōu)選設(shè)定在0.8mm以下，并小于平坦面3、 14的直徑。(產(chǎn)業(yè)上之可利用性)
由于提供一種當(dāng)反方向施加偏壓時(shí)具有反向?qū)ㄌ匦缘奶栯姵貑卧虼嗽诰哂卸鄠€(gè)太陽電池單元的太陽電池模塊中，便可防止任一太陽電池單元進(jìn)入陰影時(shí)，產(chǎn)生太陽電池單元發(fā)熱與劣化情況，且能防止太陽電池模塊整體的發(fā)電效率降低。
權(quán)利要求
1.一種太陽電池單元，為在半導(dǎo)體基材上設(shè)有可產(chǎn)生光電動勢的pn接合的太陽電池單元，其特征在于在上述pn接合的一部分上，設(shè)置由經(jīng)高濃度摻雜雜質(zhì)的p+型導(dǎo)電層與n+型導(dǎo)電層所構(gòu)成的p+n+接合；并具有當(dāng)上述太陽電池單元被朝反方向施加偏壓時(shí)，會通過上述p+n+接合而流通電流的反向?qū)ㄌ匦浴?br> 2. 根據(jù)權(quán)利要求1的太陽電池單元，其特征在于，上述pn接合為pn+接合或p+n接合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的太陽電池單元，其特征在于，上述p+n+接合具有由隧穿效應(yīng)所產(chǎn)生 的反向二極管特性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的太陽電池單元，其特征在于，上述p+n+接合具有依與上述pn接合的 開放電壓同等或以下的低電壓而進(jìn)行導(dǎo)通的特性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的太陽電池單元，其特征在于，上述半導(dǎo)體基材形成為球狀，在距該 半導(dǎo)體基材表面一定深度位置處，設(shè)有實(shí)質(zhì)上為球面狀的上述pn接合；并設(shè)有隔著上述半導(dǎo)體基材中心而相對向的一對電極，其為連接于上述pn接合二端的一 對電極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的太陽電池單元，其特征在于，上述pV接合系設(shè)置于其中一電極的 外周附近部中，較上述電極更靠近半導(dǎo)體基材側(cè)部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的太陽電池單元，其特征在于，介隔著在上述半導(dǎo)體基材表面部所形 成的n+型導(dǎo)電層而形成上述pn接合；上述p+n+接合的至少一部分系由在其中一電極的上述 半導(dǎo)體基材側(cè)的內(nèi)面部所形成的P+型導(dǎo)電層、以及該P(yáng)+型導(dǎo)電層所接觸的上述n+型導(dǎo)電層 的部分所構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的太陽電池單元，其特征在于，上述電極系形成為面積大于上述p+n+ 接合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的太陽電池單元，其特征在于，上述p+n+接合的至少一部分系由接合 于另一電極的n+型導(dǎo)電層部分、及接合于該n+型導(dǎo)電層部分的p+型導(dǎo)電層所構(gòu)成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的太陽電池單元，其特征在于，上述半導(dǎo)體基材系形成 為圓柱狀，在距該半導(dǎo)體基材表面一定深度位置處，設(shè)置實(shí)質(zhì)上為圓筒狀的pn接合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7的太陽電池單元，其特征在于，在上述其中一電極內(nèi)面部所形成的 P+型導(dǎo)電層系由再結(jié)晶層所形成；該再結(jié)晶層系由上述其中一金屬制電極與上述半導(dǎo)體基 材的共晶反應(yīng)而形成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的太陽電池單元，其特征在于，上述半導(dǎo)體基材系形成 為平板狀，在該半導(dǎo)體基材靠太陽光入射側(cè)的單面附近部形成上述pn接合，在上述半導(dǎo)體 基材的上述單面與相反側(cè)面上形成格子狀的電極，在上述半導(dǎo)體基材的上述單面上形成未 被上述電極所遮光的受光窗；在上述半導(dǎo)體基材中未緊鄰上述受光窗的全表面上形成以與該半導(dǎo)體基材相同的導(dǎo)電型 來施行高濃度雜質(zhì)摻雜的高濃度導(dǎo)電層；上述單面?zhèn)鹊碾姌O背面?zhèn)炔糠纸楦糁鲜龈邼舛葘?dǎo)電層而形成上述P+n+接合。
全文摘要
本發(fā)明的太陽電池單元在p形硅單結(jié)晶上具備可產(chǎn)生光電動勢的pn接合；以及由對pn接合的一部分施行高濃度雜質(zhì)摻雜的p⁺擴(kuò)散層與n⁺擴(kuò)散層構(gòu)成的p⁺n⁺接合；并具有當(dāng)太陽電池單元被朝反方向施加偏壓時(shí)，會通過p⁺n⁺接合而流通電流的反向?qū)ㄌ匦?。?dāng)使用多個(gè)太陽電池單元制造太陽電池模塊時(shí)，可在未連接外部的旁路二極管的情況下，防止當(dāng)任一太陽電池單元進(jìn)入陰影時(shí)太陽電池單元的發(fā)熱與劣化，且可防止太陽電池模塊整體發(fā)電效率的降低。
文檔編號H01L31/04GK101689571SQ20078005366
公開日2010年3月31日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者中田仗祐 申請人:京半導(dǎo)體股份有限公司