台湾专利TW201308625A 背電極太陽能電池的製作方法

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专利摘要:
一種背電極太陽能電池的製作方法，於一基板之背面設置一圖案化的隔離層，而形成一對應該隔離層的未成長區以及一與該未成長區相鄰設置的第一成長區，接著利用高溫擴散的方式於該第一成長區形成一第一半導體層，並因高溫擴散而於該第一半導體層表面形成一第一阻擋層，接著直接於該隔離層上定義出一第二成長區並去除位於該第二成長區之隔離層後進行第二半導體層之製作以及後續交指狀電極的配置。本發明利用自然形成的該第一阻擋層作為光阻使用，而不需於形成第二半導體層之前再額外設置阻擋層，因而可減少製作步驟並大幅降低製程的複雜度。
公开号:TW201308625A
申请号:TW100128651
申请日:2011-08-11
公开日:2013-02-16
发明作者:Jian-Yang Lin；Shou-Yu Nian；Ting-Jia Chen；Lai-Cheng Chen；Tie-Fei Zheng
申请人:Univ Nat Yunlin Sci & Tech；
IPC主号:Y02E10-00

专利说明:
背電極太陽能電池的製作方法
   本發明係有關一種太陽能電池的製作方法，尤指一種背電極太陽能電池的製作方法。
   傳統太陽能電池係將電極設置於正、背兩面，以分別對應N型及P型半導體受光產生之電子電洞進行傳導而輸出，但位於正面（即受光面）的電極會縮小光照射面積，造成遮蔽損失（Shadow loss）。一種解決的方式是將一般金屬電極以透明導電材料替代，而可避免光照射面積的縮小，但透明導電材料所製成之導電膜會有光穿透損失的問題，仍會造成光電轉換效率的降低。另一種方式是利用金屬貫穿式（metal wrap through）結構將電力傳導至背面的電極，雖然有效的降低正面電極的遮蔽面積，但仍然有3％至6％的遮蔽面積，亦同樣的會造成一定程度的損耗。
   而交指狀背電極（Interdigitated Back Contact）結構則是將電極設置於背面，正面完全沒有電極遮蔽，使入射光量最大化，有效提升太陽能電池的轉換效率。但其因為載子需要擴散較長距離才能到達電極，故需要使用品質較佳的基板以增加電傳導效率，並且設置鈍化層以降低電子電洞的再結合率損耗（recombination loss）。
   而交指狀背電極結構的太陽能電池如美國專利公告第7339110號專利「Solar cell and method of manufacture」，其揭露了一種交指狀背電極太陽能電池結構及製作方法，其係利用少數載子壽命大於200μs的高品質N型結晶矽作為基板，背面PN接面係以光阻定義圖案的方式經過高溫擴散分別形成，而電極是先製作單層或多層種子層（seed layer）後，再以電鍍方式成長銅電極。其製程條件複雜，且光是背面PN接面以及背電極的製作便需要經過20多道的製程步驟，並且僅能使用在少數載子壽命大於200μs的基板上，因而無法大量及普遍的使用。
   本發明之主要目的，在於簡化應用於太陽能電池的交指狀背電極的製作步驟，以降低成本。
   為達上述目的，本發明提供一種背電極太陽能電池的製作方法，包含有以下步驟：
   S1：製備一低濃度摻雜的基板，其係以一第一摻雜元素進行摻雜，該基板具有一光入射面以及一相對該光入射面之背面；
   S2：將一圖案化的隔離層設置於該背面，而使該背面定義出一對應該隔離層的未成長區以及一與該未成長區相鄰設置的第一成長區；
   S3：於一高溫製程條件下，以該第一摻雜元素在該背面之第一成長區進行高濃度摻雜以及擴散，因而於該第一成長區形成一第一半導體層，且該第一半導體層遠離該基板之表面因高溫製程條件而生成一第一阻隔層；
   S4：直接於該隔離層上定義出一第二成長區，並去除位於該第二成長區上的該隔離層；
   S5：以一第二摻雜元素於該背面之第二成長區進行摻雜以及擴散形成一第二半導體層，且於該第二半導體層遠離該基板之表面形成一第二阻隔層；
   S6：去除該第一阻隔層以及該第二阻隔層；及
   S7：分別將一第一電極以及一第二電極與該第一半導體層以及該第二半導體層連接。
   由上述說明可知，本發明利用該第一半導體層所自然形成之第一阻擋層而避免額外設置光阻以及光阻圖案化的製程，而有效減少整體製作步驟，降低製程複雜度，達到降低成本之目的。
   有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：
   請參閱「圖1」及「圖2A」至「圖2H」所示，本發明係為一種背電極太陽能電池的製作方法，包含有以下步驟：
   S1：基板10製備，請參閱「圖2A」所示，製備一低濃度摻雜的基板10，該基板10係為結晶矽基板，如單晶矽或多晶矽形成之基板，其厚度於本實施例中係介於50～250μm之間。該基板10係以一第一摻雜元素進行摻雜，並具有一光入射面11以及一相對該光入射面11之背面12，本實施例係以N型基板10作為舉例說明，因而該第一摻雜元素係為5A族元素，如磷等。
   S2：定義摻雜區域，將一圖案化的隔離層20設置於該背面12，而使該背面12定義出一對應該隔離層20的未成長區13以及一與該未成長區13相鄰設置的第一成長區14，該隔離層20之材質可為氧化矽、氮化矽、二氧化鈦等，並且可以化學氣相沉積（CVD）、熱氧化（thermal oxidation）或溶凝膠（sol-gel）等方式製作。
   S3：進行高溫摻雜及擴散，請配合參閱「圖2B」所示，於一高溫製程條件下，以該第一摻雜元素在該背面12之第一成長區14進行高濃度摻雜以及擴散，因而於該第一成長區14形成一第一半導體層30，高濃度摻雜係相對於該基板10之低濃度摻雜而言，於該第一成長區14之摻雜濃度遠大於該基板10本身之摻雜濃度。該第一半導體層30遠離該基板10之表面因高溫製程條件而生成一第一阻隔層31，其中，如前所述，該第一摻雜元素係為5A族元素而使得該第一半導體層30為N型半導體，該第一阻隔層31為矽酸鹽類化合物或形成氧化矽等，如該第一摻雜元素為磷，則該第一阻隔層31為磷矽玻璃。除此之外，本步驟中可同樣的以該第一摻雜元素於該光入射面11表面進行高濃度摻雜及擴散形成第一半導體層30a，並形成第一阻隔層31a於該第一半導體層30a遠離該基板10之表面，以形成前表面電場（front surface field）於該光入射面11。
   S4：第二次定義摻雜區域，請配合參閱「圖2C」所示，直接於該隔離層20上定義出一第二成長區15，並去除位於該第二成長區15上的該隔離層20，其中，該第二成長區15之寬度小於該未成長區13之寬度，而留下部分該隔離層20。
   S5：第二次高溫摻雜及擴散，請配合參閱「圖2D」所示，以一第二摻雜元素於該背面12之第二成長區15進行摻雜以及擴散形成一第二半導體層40，且於該第二半導體層40遠離該基板10之表面形成一第二阻隔層41，其中，該第二摻雜元素為3A族元素，舉例來說為硼，而使該第二半導體層40為P型半導體層。其中，因為該隔離層20之設置，而使該第二半導體層40不與該第一半導體層30直接接觸。
   S6：基板10表面清除，請配合參閱「圖2E」所示，去除該第一阻隔層31以及該第二阻隔層41，並一併去除於該第一成長區14及該第二成長區15之間的隔離層20，且亦去除於該基板10的光入射面11上因該第一半導體層30a之擴散所形成的該第一阻隔層31a。
   S8：鈍化及抗反射形成，請配合參閱「圖2F」及「圖2G」所示，於該基板10之背面12以及該光入射面11各形成一介質層50、50a，其中，設置於該基板10之背面12的該介質層50於對應該背面12之第一半導體層30以及第二半導體層40之位置分別形成一第一開口51以及一第二開口52。設置於該光入射面11介質層50a由於與該基板10折射率的不同，而可抗反射使用，除此之外，亦具有鈍化之功能。而設置於該背面12之介質層50同樣的亦作為鈍化使用，並且更進一步的作為絕緣層，以避免電性干擾的問題，本發明所指之鈍化，係指減少電子電洞再結合的發生。該介質層50、50a可為不同材料製得，其材料可為氧化矽、含氫氮化矽、氧化鋁、氫化非晶矽、氟化鎂、二氧化鈦及氧化鋅等，並可以化學氣相沉積（CVD）、熱氧化（thermal oxidation）、原子層沉積（atomic layer deposition）或溶凝膠（sol-gel）塗佈等方式製作。
   S7：設置電性接觸點，請配合參閱「圖2H」所示，分別將一第一電極61以及一第二電極62與該第一半導體層30以及該第二半導體層40連接，其材質可為鋁或銀等。該第一電極61及該第二電極62之設置方式可為網印（screen print）、噴塗（jet print）、物理氣相沉積（physical vapor deposition）、濺鍍（sputter）及電鍍（electro-plating）等方式製作。
   S9：共燒結退火，最後以共燒結或退火的方式產生歐姆接觸，並提升鈍化效果，並請一併參閱「圖3」所示，其係為依據本發明製程所完成之立體結構示意圖，該第一電極61及該第二電極62於該背面12形成交指狀背電極之結構。
   綜上所述，由於本發明利用該第一半導體層30所自然形成之第一阻擋層31而避免額外設置光阻以及光阻圖案化的製程，而有效減少整體製作步驟，降低製程複雜度，達到降低成本之目的，除此之外，利用於該光入射面11的前表面電場以及於該背面12的背表面電場增加電子電洞的產生效率，且藉由介質層50、50a之設置，一方面作為抗反射層，另一方面以作為鈍化及絕緣使用。除此之外，本發明之電極設置方式簡易，不需複雜製程，因而亦有效的降低設置成本。因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈鈞局早日賜准專利，實感德便。
   以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。
10．．．基板
11．．．光入射面
12．．．背面
13．．．未成長區
14．．．第一成長區
15．．．第二成長區
20．．．隔離層
30、30a．．．第一半導體層
31、31a．．．第一阻隔層
40．．．第二半導體層
41．．．第二阻隔層
50、50a．．．介質層
51．．．第一開口
52．．．第二開口
61．．．第一電極
62．．．第二電極
圖1，為本發明一較佳實施例之步驟流程示意圖。
圖2A～2H，為本發明一較佳實施例之製程步驟示意圖。
圖3，為本發明一較佳實施例之立體結構示意圖。
10．．．基板
11．．．光入射面
12．．．背面
30、30a．．．第一半導體層
40．．．第二半導體層
50、50a．．．介質層
61．．．第一電極
62．．．第二電極

权利要求:
Claims (10)
[1] 一種背電極太陽能電池的製作方法，包含有以下步驟：S1：製備一低濃度摻雜的基板，其係以一第一摻雜元素進行摻雜，該基板具有一光入射面以及一相對該光入射面之背面；S2：將一圖案化的隔離層設置於該背面，而使該背面定義出一對應該隔離層的未成長區以及一與該未成長區相鄰設置的第一成長區；S3：於一高溫製程條件下，以該第一摻雜元素在該背面之第一成長區進行高濃度摻雜以及擴散，因而於該第一成長區形成一第一半導體層，且該第一半導體層遠離該基板之表面因高溫製程條件而生成一第一阻隔層；S4：直接於該隔離層上定義出一第二成長區，並去除位於該第二成長區上的該隔離層； S5：以一第二摻雜元素於該背面之第二成長區進行摻雜以及擴散形成一第二半導體層，且於該第二半導體層遠離該基板之表面形成一第二阻隔層；S6：去除該第一阻隔層以及該第二阻隔層；及S7：分別將一第一電極以及一第二電極與該第一半導體層以及該第二半導體層連接。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中該第一摻雜元素為5A族元素，該第二摻雜元素為3A族元素，而該基板係以該第一摻雜元素進行低濃度摻雜而為N型，該第一半導體層為N型半導體，該第二半導體層為P型半導體。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中該第一阻擋層及第二阻擋層之材質選自於由矽酸鹽類化合物及氧化矽所組成之群組。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中於步驟S4中，該第二成長區之寬度小於該未成長區之寬度，而留下部分該隔離層。
[5] 如申請專利範圍第4項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中於步驟S6中，一併去除留下之部分該隔離層。
[6] 如申請專利範圍第1項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中於步驟S6及步驟S7之間，更具有一步驟S8：於具有該第一半導體層與該第二半導體層之背面形成一介質層，該介質層於對應該背面之第一半導體層以及第二半導體層之位置分別形成一第一開口以及一第二開口。
[7] 如申請專利範圍第1項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中於步驟S3中，同樣的以該第一摻雜元素於該光入射面表面進行高濃度摻雜及擴散形成該第一半導體層，並形成該第一阻隔層於該第一半導體層遠離該基板之表面，並於步驟S6中，一併去除位於該光入射面之該第一半導體層上的該第一阻隔層。
[8] 如申請專利範圍第7項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中於步驟S6及步驟S7之間，更具有一步驟S8：於該光入射面之該第一半導體層表面形成一介質層。
[9] 如申請專利範圍第8項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中該介質層之材質選自於由氫氮化矽、氫化非晶矽、氧化矽、氧化鋁及氟化鎂所組成之群組。
[10] 如申請專利範圍第1項所述之背電極太陽能電池的製作方法，其中該未成長區以及該第一成長區具有複數個，且相互間隔排列設置。

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