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    • 专利摘要:
    一種鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，包含有步驟S1：製備基板；步驟S2：於該基板背面的一第一成長區之表面形成一鋁薄膜層；步驟S3：形成一N型非晶矽層於該鋁薄膜層以及該基板背面的一第二成長區之表面；S4：進行熱處理而使鋁誘發該N型非晶矽層結晶形成一P型多晶矽層，並該鋁薄膜層與該P型多晶矽層會因熱處理而相互對調位置，使得該P型多晶矽層形成於該鋁薄膜層與該基板之間，而與該N型非晶矽層形成PN接面。本發明利用鋁誘發結晶的方式形成P型多晶矽，進而於該基板的背面形成PN接面，因而具有製程步驟單純及低成本之優點。
    公开号:TW201310682A
    申请号:TW100129192
    申请日:2011-08-16
    公开日:2013-03-01
    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:
    鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法
       本發明係有關一種太陽能電池接面的製作方法，尤指一種鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法。
       太陽能電池產業為最近熱門能源科技產業，研發人員不斷尋求提高太陽能電池之光電轉換效率，其中，為了避免於太陽能電池的受光面設置過多的元件而減少光源照射的面積，一種背電極太陽能電池（Backside Contact Solar Cell）之結構便因應而生，其係將所有電極製作於該基板相對於受光面的背面，藉此避免光照面積的縮小，而可提升整體的光電轉換效率。
       如美國專利公告7135350號之「Use of doped silicon dioxide in the fabrication of solar cells」，其先以含有雜質的氧化矽作為擴散源，於背面沉積含第一種雜質的氧化矽後，再覆蓋一層純氧化矽，經過圖形化後在於其上沉積含有第二種雜質的氧化矽，接著再一次的覆蓋一層純氧化矽，最後經過高溫擴散後於背面形成PN接面。但其製程方式必須經過兩次微影蝕刻，不僅製程步驟複雜，製程條件亦較為嚴苛，並且其僅適用於單晶矽的成長，因而其成本相當高，無法符合現今要求降低太陽能電池之成本的訴求。
       另外，如美國專利公告第7633006號之「Back side contact solar cell with doped polysilicon regions」，利用低壓化學氣相沉積（Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD）的方式於多晶矽表面製作第一種擴散源，並於覆蓋一進行圖案化之氧化層後，再製作第二種擴散源，經過高溫擴散後，雜質進入該多晶矽層而形成PN接面。而使用LPCVD沉積需於較高溫下進行(攝氏600~700度)，且其製作成本較高，再者，LPCVD沉積需使用如SiH4、H2等危險氣體，較易有安全上之疑慮。
       本發明之主要目的，在於解決習知技術之背電極太陽能電池製作成本高、且製程危險度高的問題。
       為達上述目的，本發明提供一種種鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，包含有以下步驟：
       S1：製備一基板，該基板具有一光入射之正面以及一相對該正面之背面，且於該背面定義至少一第一成長區以及一第二成長區；
       S2：製備一鋁薄膜層，於該第一成長區之表面形成該鋁薄膜層；
       S3：成長一N型非晶矽層，該N型非晶矽層形成於該鋁薄膜層以及該第二成長區之表面；及
       S4：進行熱處理，該鋁薄膜層誘發該N型非晶矽層結晶而成長為一P型多晶矽層，並該鋁薄膜層與該P型多晶矽層會因熱處理而相互對調位置，而使該P型多晶矽層形成於該鋁薄膜層與該基板之間。
       由上述說明可知，本發明利用鋁誘發結晶的方式形成P型多晶矽，進而於該基板的背面與該N型非晶矽層形成PN接面，而該N型非晶矽層不僅可作為N型接面，亦進一步的作為鈍化層以減少電子電洞的再結合，因此，本發明具有製程步驟單純、安全、低成本及高轉換效率之優點。
       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2D」所示，本發明係為一種鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，包含有以下步驟：
       S1：製備一基板10，該基板10可為N型基板或P型基板，且可為多晶矽或單晶矽材質，於此，係以N型基板作為舉例，而該基板10之厚度介於50～250μm，該基板10具有一光入射之正面11以及一相對該正面11之背面12，換句話說，太陽能光源係由該正面11射入而進行光電轉換。該背面12定義至少一第一成長區121以及一第二成長區122，而於本實施例中，其係定義出複數第一成長區121以及複數第二成長區122，複數該第一成長區121及複數該第二成長區122相互間隔排列，且該第一成長區121之寬度介於50～2000μm，該第二成長區122之寬度介於200～3000μm。
       S2：製備一鋁薄膜層20，於該第一成長區121之表面形成該鋁薄膜層20，其厚度可介於10～10000nm，而形成鋁薄膜層20的方式可以多種方式進行，例如：（一）以熱蒸鍍（thermal evaporation）或濺鍍（Sputter）的方式於該背面12形成該鋁薄膜層20，接著再以光阻定義的方式蝕刻去除該第二成長區122之鋁薄膜層20。（二）請配合參閱「圖3」所示，設置一遮罩30於該第二成長區122之表面，使鋁僅能成長於該第一成長區121之表面而形成該鋁薄膜層20。（三）先以一光阻劑形成於該第二成長區122之表面，並成長該鋁薄膜層20於該背面12，接著再以洗去該光阻劑的方式剝離（lift off）該第二成長區122上的鋁薄膜。
       S3：成長一N型非晶矽層40，請配合參閱「圖2B」所示，形成該N型非晶矽層40於該鋁薄膜層20以及該第二成長區122之表面，其中，該N型非晶矽層40係可以N型氫化非晶矽（a-Si：H）以電漿輔助化學氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD）的方式形成於該基板10之第二成長區122以及該鋁薄膜層20上，其中該N型非晶矽層40之N型離子的摻雜濃度可介於每立方公分1×1018～5×1019之間。
       S4：進行熱處理，請配合參閱「圖2C」所示，利用溫度介於400～600℃之高溫進行退火（annealing）程序使該鋁薄膜層20誘發該N型非晶矽層40結晶而成長為一P型多晶矽層50，並該鋁薄膜層20與該P型多晶矽層50會因熱處理而相互對調位置，而使該P型多晶矽層50形成於該鋁薄膜層20與該基板10之間。因此，該P型多晶矽層50與該N型非晶矽層40分別形成於該基板10表面之該第一成長區121以及該第二成長區122，而為PN接面，以作為太陽能電池之結構使用。而需說明的是，該N型非晶矽層40除了作為N型半導體之外，亦作為鈍化層使用，用以降低PN接面因照光而形成電子電洞對後於傳導過程的再結合速率。另外，於複數該第一成長區121之P型多晶矽層50及於複數該第二成長區122之N型非晶矽層40相互間隔而形成交指狀結構，而可有效增加PN接面面積，以增加光電轉換效率。
       S5：表面粗糙化處理，請配合參閱「圖2D」所示，於該基板10之正面11進行粗糙化處理形成凹凸結構，而於該基板10之正面11形成一抗反射面11a，需特別說明的是，步驟S5無關乎先前製程的順序，只要於步驟S1後，皆可進行粗糙化處理，而用以增加光之入射量。
       綜上所述，由於本發明利用高溫退化程序，使鋁誘發位於該第一成長區121內的該N型非晶矽層40結晶形成P型多晶矽層50，進而於該基板10的背面12與該N型非晶矽層40形成PN接面，而該N型非晶矽層40不僅可作為N型接面，亦進一步的作為鈍化層以減少電子電洞的再結合，因此，本發明具有製程步驟單純、安全、低成本及高轉換效率之優點。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．．．正面
    11a．．．抗反射面
    12．．．背面
    121．．．第一成長區
    122．．．第二成長區
    20．．．鋁薄膜層
    30．．．遮罩
    40．．．N型非晶矽層
    50．．．P型多晶矽層
    圖1，為本發明一較佳實施例之步驟流程示意圖。
    圖2A，為本發明一較佳實施例之製程示意圖一。
    圖2B，為本發明一較佳實施例之製程示意圖二。
    圖2C，為本發明一較佳實施例之製程示意圖三。
    圖2D，為本發明一較佳實施例之製程示意圖四。
    圖3，為本發明一較佳實施例之遮罩製程示意圖。
    10．．．基板
    11．．．正面
    12．．．背面
    121．．．第一成長區
    122．．．第二成長區
    20．．．鋁薄膜層
    40．．．N型非晶矽層
    50．．．P型多晶矽層
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，包含有以下步驟：S1：製備一基板，該基板具有一光入射之正面以及一相對該正面之背面，且於該背面定義至少一第一成長區以及一第二成長區；S2：於該第一成長區之表面形成一鋁薄膜層；S3：形成一N型非晶矽層於該鋁薄膜層以及該第二成長區之表面；及S4：進行熱處理，該鋁薄膜層誘發該N型非晶矽層結晶而成長為一P型多晶矽層，並該鋁薄膜層與該P型多晶矽層會因熱處理而相互對調位置，而使該P型多晶矽層形成於該鋁薄膜層與該基板之間。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中於步驟S1中，該至少一第一成長區以及該至少一第二成長區分別為複數個，而複數該第一成長區及複數該第二成長區相互間隔排列。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中該第一成長區之寬度介於50～2000μm，該第二成長區之寬度介於200～3000μm。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中於步驟S1中，該基板係為一N型基板。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中於步驟S1之後，更具有一步驟S5：於該基板之正面形成凹凸結構，而於該基板之正面形成一抗反射面。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中於步驟S2中，其係以熱蒸鍍或濺鍍的方式於該背面形成該鋁薄膜層，接著再以光阻定義的方式蝕刻去除該第二成長區之鋁薄膜層。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中於步驟S2中，其係設置一遮罩於該第二成長區之表面，使鋁僅能成長於該第一成長區之表面形成該鋁薄膜層。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中於步驟S2中，其係先以一光阻劑形成於該第二成長區之表面，並成長該鋁薄膜層於該背面，接著再以洗去該光阻劑的方式剝離該第二成長區上的鋁薄膜。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中於步驟S3中，其係以電漿輔助化學氣相沉積的方式形成該N型非晶矽層。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之鋁誘發結晶之太陽能電池接面之製作方法，其中於步驟S3中，其中該N型非晶矽層之N型離子的摻雜濃度介於每立方公分1×1018～5×1019之間。
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    同族专利:
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    引用文献:
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    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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