太陽能電池之製造方法

专利摘要:
一種太陽能電池之製造方法。此太陽能電池製造方法係利用酸蝕刻後的矽晶圓來進行鈍化製程。在此太陽能電池之製造方法中，首先提供單晶矽之基材。接著，進行第一酸蝕刻製程來蝕刻基材之表面。然後，利用修補元素來修補基材之晶格缺陷，其中修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者。接著，以鹼蝕刻製程對基材之表面進行粗糙化。然後，對基材進行雜質摻雜，以於基材中形成摻雜區域，其中摻雜區域為包含表面之半導體基材部分。接著，進行第二酸蝕刻製程，以使此表面之外的其他基材表面電性絕緣。然後，形成金屬電極層於基材上。
公开号:TW201312783A
申请号:TW100131741
申请日:2011-09-02
公开日:2013-03-16
发明作者:Chien-Chung Huang；Ching-Ying Lin
申请人:Motech Ind Inc；
IPC主号:Y02E10-00

专利说明:
太陽能電池之製造方法
本揭露是有關於一種太陽能電池之製作方法，特別是有關於一種利用酸蝕刻後的矽晶圓來進行鈍化製程之太陽能電池製作方法。
近年來，由於環境污染的問題越來越嚴重，很多國家開始開發新的綠色能源來減少環境污染的問題。太陽能電池可將太陽的光能轉為電能，且這種轉換不會產生任何污染性的物質，因此太陽能電池逐漸受到重視。
太陽能電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光來發電。太陽能電池之發電原理是當太陽光照射在太陽能電池上時，太陽能電池會吸收太陽光能，而使太陽能電池之P型半導體與N型半導體分別產生電子與電洞，並使電子與電洞分離來形成電壓降，進而產生電流。
對於太陽能電池而言，載子的表面再結合速率(Surface Recombination Velocity；SRV)與生命週期是很重要的效能指標。越低的表面再結合速率與越長的生命週期代表太陽能電池的發電效果越佳。因此，業界無不致力於降低載子的表面再結合速率與提高載子的生命週期。
本發明之一方面是在提供一種太陽能電池之製造方法，其可令太陽能電池具有良好之鈍化效果，從而可降低載子的表面再結合速率與提高載子的生命週期，以增進太陽能電池的發電效率。
根據本發明之一實施例，在此太陽能電池之製造方法中，首先提供單晶矽之基材。接著，進行第一酸蝕刻製程來蝕刻基材之表面。然後，利用修補元素來修補基材之晶格缺陷，其中修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者。接著，以鹼蝕刻製程對基材之表面進行粗糙化。然後，對基材進行雜質摻雜，以於基材中形成摻雜區域，其中摻雜區域為包含表面之半導體基材部分。接著，進行第二酸蝕刻製程來對基材進行絕緣隔離，以使此表面與其他基材表面彼此電性絕緣。然後，形成金屬電極層於基材上。
根據本發明之另一實施例，在此太陽能電池之製造方法中，首先提供單晶矽之基材，此基材具有相對之第一表面和第二表面。接著，以鹼蝕刻製程來對基材之第一表面與第二表面進行粗糙化。然後，對基材之第一表面進行雜質摻雜，以於基材中形成摻雜區域，其中摻雜區域為包含第一表面之半導體基材部分。接著，以酸蝕刻製程對基材之第二表面與周圍進行絕緣隔離，以使第二表面以及鄰接於第二表面之基材表面電性絕緣。然後，利用修補元素來修補基材之晶格缺陷，其中修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者。接著，形成金屬電極層於基材上。
根據本發明之又一實施例，在此太陽能電池之製造方法中，首先提供單晶矽之基材，此基材具有相對之第一表面和第二表面。接著，進行第一酸蝕刻製程來蝕刻第二表面。然後，於第二表面上形成保護層。接著，進行鹼蝕刻製程來蝕刻粗糙化第一表面。然後，對基材之第一表面進行雜質摻雜，以於基材中形成摻雜區域，其中摻雜區域為包含第一表面之半導體基材部分。接著，以第二酸蝕刻製程來對基材進行絕緣隔離，以使第二表面以及鄰接於第二表面之基材表面電性絕緣。然後，形成金屬電極層於基材上。在本實施例之太陽能電池之製造方法中，於緊鄰第一、第二酸蝕刻製程之任一者後，進行鈍化步驟，以利用一修補元素來修補基材之晶格缺陷，其中修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者。
根據本發明之再一實施例，在此太陽能電池之製造方法中，首先提供多晶矽之基材。然後，以第一酸蝕刻製程來對基材之表面進行粗糙化。接著，對基材之表面進行雜質摻雜，以於基材中形成摻雜區域，其中摻雜區域為包含表面之半導體基材部分。然後，以第二酸蝕刻製程對基材進行絕緣隔離，以使此表面與其他基材表面彼此電性絕緣。接著，形成金屬電極層於基材上。在本實施例之太陽能電池之製造方法中，於緊鄰第一、第二酸蝕刻製程之任一者後，於緊鄰第一、第二酸蝕刻製程之任一者後，進行鈍化步驟，以利用修補元素修補基材之晶格缺陷，其中修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者。
根據本發明之一實施例，該太陽能電池結構係包含一基材，該基材具有相對之正面與背面，其中該基材之正面具有一粗糙化結構，且於該基材之正面內設有一PN接面，該粗糙化結構上設有至少一正面電極，且該基材背面具有至少一背面電極，其中於該基材之正面或背面向該基材內部分別設有鈍化效果之硼、氟、氫、重氫之任一者。
由以上說明可知，本發明實施例之太陽能電池的製造方法係利用酸蝕刻後的矽晶圓來進行鈍化製程，如此不但可降低載子的表面再結合速率更可提升載子的生命週期。
請同時參照第1圖與第2a圖至第2h圖，第1圖係繪示根據本發明實施例之太陽能電池製造方法100的流程示意圖，第2a圖至第2h圖係繪示對應太陽能電池製造方法100之各步驟之太陽能電池半成品的剖面結構示意圖。在太陽能電池製造方法100中，首先進行基材提供步驟110。基材提供步驟110係提供單晶矽之基材210，以做為太陽能電池的主體結構，如第2a圖所示。在本實施例中，基材210為P型之半導體材料，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，基材210亦可為N型之半導體材料。
接著，進行酸蝕刻步驟120，以利用酸性蝕刻液來對基材210之表面進行蝕刻。如第2b圖所示，利用酸性蝕刻液所進行的酸蝕刻步驟120會於單晶矽基材210上形成凹凸結構，而使得基材具有粗糙化的表面212。在本實施例中，酸蝕刻步驟120所使用的酸性蝕刻液係選自於由硝酸、氫氟酸所組成之群組，但本發明之實施例並不受限於此。
然後，進行鈍化步驟130，以利用修補元素來修補基材210之晶格缺陷，例如懸鍵(dangling bond)。在矽半導體中，矽晶體容易在表面處產生如懸鍵等晶格缺陷，此種晶格缺陷會捕捉太陽能電池所產生的電子，導致減少太陽能電池的輸出電量降低。因此，本發明之實施例係利用硼、氟、氫或重氫等元素來修補矽晶體的晶格缺陷。
舉例而言，當本實施例之鈍化步驟130係以氫來修補矽晶體的晶格缺陷時，鈍化步驟130會先於基材210上形成鈍化層214，如第2c圖所示，其中該鈍化層214係可以電漿輔助化學氣相沈積(Plasma-enhanced chemical vapor deposition；PECVD)或其他之方式來形成。鈍化層214之材質為氮化矽(SiNx:H)，其含有氫元素216(2c圖中的點狀物)。這些氫元素會在鈍化層214的形成過程中進入基材210中，以修補基材210之晶格缺陷。在鈍化層214形成後，接著再以磷酸或氫氟酸等溶液移除鈍化層214，以完成鈍化步驟130，如第2d圖所示。在本發明之其他實施中，鈍化步驟130亦可利用氮(或氬)氫混合氣體退火(Forming Gas Anneal，FGA)來進行晶格缺陷的修補，而不需要形成鈍化層。
另外，在本發明之其他實施例中，當鈍化步驟以氟或硼來修補矽晶體的晶格缺陷時，則可利用離子植入(implant)之方式來將氟離子或硼離子植入基材210中，而不需要形成鈍化層。又，當鈍化步驟以重氫來修補矽晶體的晶格缺陷時，則利用與重氫相關之氣體在高壓環境下以擴散之方式來將重氫離子推進(drive)基材210中，而不需要形成鈍化層。
在鈍化步驟130後，接著進行鹼蝕刻步驟140，以利用鹼性蝕刻液來對基材210之表面進行蝕刻。如第2e圖所示，利用鹼性蝕刻液所進行的鹼蝕刻步驟140會於單晶矽基材210上形成金字塔結構，從而使得基材具有粗糙化的表面212。在本實施例中，鹼蝕刻步驟140所使用的鹼性蝕刻液為氫氧化鉀與異丙醇的混合液，但本發明之實施例並不受限於此。當然，亦可採用乾蝕刻如反應式離子蝕刻法(Reactive Ion Etch；RIE)等方式進行表面粗糙化步驟。
接著，進行掺雜步驟150，以將雜質掺雜入基材210中來形成摻雜區域222，如第2f圖所示。在本實施例中，由於基材210為P型半導體，因此掺雜步驟150係以N型雜質掺雜，但本發明實施例並不受限於此。經過掺雜步驟150之處理後，基材表面212下方(半導體基材內)的半導體部分以及其他表面下方的半導體部分皆會被摻雜N型雜質，並形成PN接面。
掺雜步驟150可利用多種不同的方式來進行。例如，在本實施例中，N型雜質係以熱擴散之方式來掺雜入基材210中。又例如，在本發明之其他實施例中，N型雜質可以離子植入之方式來掺雜入基材210中。
在掺雜步驟150後，接著進行蝕刻步驟160，以使基材表面212與其它基材表面電性絕緣。如第2g圖所示，除了上表面212之外，掺雜步驟150也會使得基材210的其他表面，例如側表面218、219以及背面(圖中未示)摻雜有N型雜質，因此蝕刻步驟160係蝕刻去除位在側表面218、219以及背面的基材部分，以使基材210的正面與背面彼此電性絕緣。蝕刻後的結果如第2g圖所示。值得注意的是，本實施例之蝕刻步驟160係以氫氟酸來進行蝕刻，但本發明之實施例並不受限於此。當然，亦可以雷射剝蝕之技術來進行上述之電性絕緣製程。
接著，進行電極形成步驟170，以於基材210表面上形成電極層242、244，如第2h圖所示，其中電極層242係形成於摻雜區域222的上方，電極層244係形成於與表面212相對之表面252上。在本實施例中，電極層242之材質為銀，用以作為電池的正面電極，而電極層244之材質為鋁或銀，用以作為電池的背面電極，但本發明之實施例並不受限於此。
值得一提的是，電極層244可利用導電膠的燒結來完成，或是利用較低溫的金屬化製程，如濺鍍或蒸鍍來完成，其中低溫金屬化製程相對於燒結製程更有利於本發明實施例之太陽能電池的發電效率。
由以上說明可知，本發明實施例之太陽能電池的製造方法係於單晶矽晶圓進行鹼蝕刻製程前，先利用酸蝕刻後的矽晶圓來進行鈍化製程，如此不但可降低載子的表面再結合速率更可提升載子的生命週期。另外，本實施例之太陽能電池的製造方法並不受限於同時對基材210之正反表面進行。在本發明之其他實施例中，酸蝕刻步驟120、鈍化步驟130、鹼蝕刻步驟140也可只對基材210之正面(欲設置正銀電極的表面)來進行。
請同時參照第3圖與第4a圖至第4g圖，第3圖係繪示根據本發明實施例之太陽能電池製造方法300的流程示意圖，第4a圖至第4g圖係繪示對應太陽能電池製造方法300之各步驟之太陽能電池半成品的剖面結構示意圖。在太陽能電池製造方法300中，首先進行基材提供步驟310。基材提供步驟310係提供單晶矽之基材410，以做為太陽能電池的主體結構，如第4a圖所示。在本實施例中，基材410為P型之半導體材料，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，基材410亦可為N型之半導體材料。
接著，進行鹼蝕刻步驟320，以利用鹼性蝕刻液來對基材410之表面進行蝕刻。如第4b圖所示，利用鹼性蝕刻液所進行的鹼蝕刻步驟320會於單晶矽基材410上形成金字塔結構，從而使得基材具有粗糙化的表面412。在本實施例中，鹼蝕刻步驟320所使用的鹼性蝕刻液為氫氧化鉀與異丙醇的混合液，但本發明之實施例並不受限於此。當然，亦可採用乾蝕刻如RIE等方式進行表面粗糙化步驟。
在鹼蝕刻步驟320後，接著進行掺雜步驟330，以將雜質掺雜入基材410中來形成摻雜區域422，如第4c圖所示。在本實施例中，由於基材410為P型半導體，因此掺雜步驟330係以N型雜質掺雜，但本發明實施例並不受限於此。經過掺雜步驟330之處理後，基材表面412下方(半導體基材內)的半導體部分以及其他表面下方的半導體部分皆會被摻雜N型雜質，並形成PN接面。
掺雜步驟330可利用多種不同的方式來進行。例如，在本實施例中N型雜質係以熱擴散之方式來掺雜入基材410中。又例如，在本發明之其他實施例中，N型雜質可以離子植入之方式來掺雜入基材410中。
在掺雜步驟330後，接著進行蝕刻步驟340，以使基材表面412與其它基材表面電性絕緣。如第4c圖所示，除了上表面412之外，掺雜步驟330也會使得基材410的其他表面，例如側表面418、419以及背面(圖中未示)摻雜有N型雜質，因此蝕刻步驟340係蝕刻去除位在側表面418、419以及背面的基材部分，以使基材410正面與背面彼此電性絕緣。蝕刻後的結果如第4d圖所示。值得注意的是，本實施例之蝕刻步驟340係對基材表面412外的其它基材表面進行蝕刻，意即與上表面412相對之下表面亦會被進行酸蝕刻。另外，本實施例之蝕刻步驟340係以氫氟酸來進行蝕刻，但本發明之實施例並不受限於此。
在蝕刻步驟340後，接著進行鈍化步驟350，以利用修補元素來修補基材410之晶格缺陷，例如懸鍵。在矽半導體中，矽晶體容易在表面處產生如懸鍵等晶格缺陷，此種晶格缺陷會捕捉太陽能電池所產生的電子，導致減少太陽能電池的輸出電量降低。因此，本發明之實施例係利用硼、氟、氫或重氫等元素來修補矽晶體的晶格缺陷。
舉例而言，當本實施例之鈍化步驟350係以氫來修補矽晶體的晶格缺陷時，鈍化步驟350會先於基材410上形成鈍化層414，如第4e圖所示，其中該鈍化層414係可以PECVD或其他之方式來形成。鈍化層414之材質為氮化矽(SiNx:H)，其含有氫元素416(4e圖中的點狀物)。這些氫元素會在鈍化層414的形成過程中進入基材410中，以修補基材410之晶格缺陷。在鈍化層414形成後，接著再以磷酸或氫氟酸等溶液移除鈍化層414，以完成鈍化步驟350，如第4f圖所示。在本發明之其他實施中，鈍化步驟350亦可利用氮(或氬)氫混合氣體退火來進行晶格缺陷的修補，而不需要形成鈍化層。
另外，在本發明之其他實施例中，當鈍化步驟以氟或硼來修補矽晶體的晶格缺陷時，則可利用離子植入之方式來將氟離子或硼離子植入基材410中，而不需要形成鈍化層。又，當鈍化步驟以重氫來修補矽晶體的晶格缺陷時，則利用與重氫相關之氣體在高壓環境下以擴散之方式來將重氫離子推進基材410中，而不需要形成鈍化層。
接著，進行電極形成步驟360，以於基材410表面上形成電極層442、444，如第4g圖所示，其中電極層442係形成於摻雜區域422的上方，電極層444係形成於與表面412相對之表面452上。在本實施例中，電極層442之材質為銀，用以作為電池的正面電極，而電極層444之材質為鋁或銀，用以作為電池的背面電極，但本發明之實施例並不受限於此。
值得一提的是，電極層444可利用導電膠的燒結來製成，或是利用較低溫的金屬化製程，如濺鍍或蒸鍍來完成，其中低溫金屬化製程相對於燒結製程更有利於本發明實施例之太陽能電池的發電效率。
由以上說明可知，本發明實施例之太陽能電池的製造方法係於利用酸蝕刻的表面絕緣製程來進行矽晶圓的背面鈍化製程，如此不但可降低載子的表面再結合速率更可提升載子的生命週期。另外，本實施例之太陽能電池的製造方法並不受限於同時對基材410之正反表面進行。在本發明之其他實施例中，鹼蝕刻步驟320、鈍化步驟350也可只對基材410之表面(欲設置正銀電極的表面)來進行。
請同時參照第5圖與第6a圖至第6i圖，第5圖係繪示根據本發明實施例之太陽能電池製造方法500的流程示意圖，第6a圖至第6g圖係繪示對應太陽能電池製造方法500之各步驟之太陽能電池半成品的剖面結構示意圖。在太陽能電池製造方法500中，首先進行基材提供步驟510。基材提供步驟510係提供單晶矽之基材610，以做為太陽能電池的主體結構，如第6a圖所示。在本實施例中，基材610為P型之半導體材料，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，基材610亦可為N型之半導體材料。
接著，進行酸蝕刻步驟520，以利用酸性蝕刻液來對基材610之下表面652進行蝕刻，如第6b圖所示。在本實施例中，酸蝕刻步驟520所使用的酸性蝕刻液係選自於由硝酸、氫氟酸所組成之群組，但本發明之實施例並不受限於此。
在酸蝕刻步驟520後，接著進行保護層形成步驟530，以形成保護層615於下表面652上，如第6c圖所示。在本實施例中，保護層615可為氧化矽層，以保護下表面652不受後續鹼蝕刻製程的影響，並且此酸蝕刻之下表面652可用來幫助後續的鈍化製程。
在保護層形成步驟530後，接著進行進行鹼蝕刻步驟540，以利用鹼性蝕刻液來對基材610之上表面612(相對於下表面652)進行蝕刻，如第6d圖所示。利用鹼性蝕刻液所進行的鹼蝕刻步驟540會於上表面612上形成金字塔結構，從而使得基材具有粗糙化的表面。在本實施例中，鹼蝕刻步驟530所使用的鹼性蝕刻液為氫氧化鉀與異丙醇的混合液，但本發明之實施例並不受限於此。當然，亦可採用乾蝕刻如RIE等方式進行表面粗糙化步驟。
在鹼蝕刻步驟540後，接著進行掺雜步驟550，以將雜質掺雜入基材610中來形成摻雜區域622，如第6e圖所示。在本實施例中，由於基材610為P型半導體，因此掺雜步驟550係以N型雜質來掺雜，但本發明實施例並不受限於此。經過掺雜步驟550之處理後，基材表面612下方(半導體基材內)的半導體部分以及其他表面下方的半導體部分皆會被摻雜N型雜質，並形成PN接面。
掺雜步驟550可利用多種不同的方式來進行。例如，在本實施例中N型雜質係以熱擴散之方式來掺雜入基材610中。又例如，在本發明之其他實施例中，N型雜質可以離子植入之方式來掺雜入基材610中。
在掺雜步驟550後，接著進行蝕刻步驟560，以使基材表面612與其它基材表面電性絕緣。如第6e圖所示，除了上表面612之外，掺雜步驟550也會使得基材610的其他表面，例如側表面618、619摻雜有N型雜質，因此蝕刻步驟560係蝕刻去除位在側表面618、619的基材部分，以使基材610正面與背面彼此電性絕緣。蝕刻後的結果如第6f圖所示。值得注意的是，本實施例之蝕刻步驟560係對基材表面612外的其它基材表面進行蝕刻，意即下表面652上的保護層615也會被蝕刻移除。另外，本實施例之蝕刻步驟560係以氫氟酸來進行蝕刻，但本發明之實施例並不受限於此。
在蝕刻步驟560後，接著進行鈍化步驟570，以利用修補元素來修補基材610之晶格缺陷，例如懸鍵。在矽半導體中，矽晶體容易在表面處產生如懸鍵等晶格缺陷，此種晶格缺陷會捕捉太陽能電池所產生的電子，導致減少太陽能電池的輸出電量降低。因此，本發明之實施例係利用硼、氟、氫或重氫等元素來修補矽晶體的晶格缺陷。
舉例而言，當本實施例之鈍化步驟570係以氫來修補矽晶體的晶格缺陷時，鈍化步驟570會先於基材610之下表面652上形成鈍化層614，如第6g圖所示，其中該鈍化層614係可以PECVD或其他之方式來形成。鈍化層614之材質為氮化矽(SiNx:H)，其含有氫元素616(6f圖中的點狀物)。這些氫元素會在鈍化層614的形成過程中進入基材610中，以修補基材610之晶格缺陷。在鈍化層614形成後，接著再以磷酸或氫氟酸等溶液移除鈍化層614，以完成鈍化步驟570，如第6h圖所示。在本發明之其他實施中，鈍化步驟570亦可利用氮(或氬)氫混合氣體退火來進行晶格缺陷的修補，而不需要形成鈍化層。
另外，在本發明之其他實施例中，當鈍化步驟以氟或硼來修補矽晶體的晶格缺陷時，則可利用離子植入之方式來將氟離子或硼離子植入基材610中，而不需要形成鈍化層。又，當鈍化步驟以重氫來修補矽晶體的晶格缺陷時，則利用與重氫相關之氣體在高壓環境下以擴散之方式來將重氫離子推進基材610中，而不需要形成鈍化層。
在鈍化步驟570後，接著進行電極形成步驟580，以於基材610表面上形成電極層642、644，如第6i圖所示，其中電極層642係形成於摻雜區域622的上方，電極層644係形成於下表面652上。在本實施例中，電極層642之材質為銀，用以作為電池的正面電極，而電極層644之材質為鋁或銀，用以作為電池的背面電極，但本發明之實施例並不受限於此。
值得一提的是，電極層644可利用導電膠的燒結來製成，或是利用較低溫的金屬化製程，如濺鍍或蒸鍍來完成，其中低溫金屬化製程相對於燒結製程更有利於本發明實施例之太陽能電池的發電效率。
另外，雖然本實施例之鈍化步驟570係於基材隔離步驟(蝕刻步驟560)後進行，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，鈍化步驟570亦可於酸蝕刻步驟520與保護層形成步驟530之間進行。例如，在基材610之下表面652被酸蝕刻後，對下表面652進行鈍化，然後再於下表面652上形成保護層615。
由以上說明可知，本發明實施例之太陽能電池的製造方法可利用保護層來保護被酸蝕刻之表面，如此可避免此表面在鈍化製程前被破壞，而有利於鈍化製程的效果。
請同時參照第7圖與第8a圖至第8g圖，第7圖係繪示根據本發明實施例之太陽能電池製造方法700的流程示意圖，第8a圖至第8g圖係繪示對應太陽能電池製造方法700之各步驟之太陽能電池半成品的剖面結構示意圖。在太陽能電池製造方法700中，首先進行基材提供步驟710。基材提供步驟710係提供多晶矽之基材810，以做為太陽能電池的主體結構，如第8a圖所示。在本實施例中，基材810為P型之半導體材料，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，基材810亦可為N型之半導體材料。
接著，進行酸蝕刻步驟720，以利用酸性蝕刻液來對基材810之表面進行蝕刻。如第8b圖所示，利用酸性蝕刻液所進行的酸蝕刻步驟720會於多晶矽基材810上形成粗糙化的表面812。在本實施例中，酸蝕刻步驟720所使用的酸性蝕刻液係選自於由硝酸、氫氟酸所組成之群組，但本發明之實施例並不受限於此。
然後，進行鈍化步驟730，以利用修補元素來修補基材810之晶格缺陷，例如懸鍵(dangling bond)。在矽半導體中，矽晶體容易在表面處產生如懸鍵等晶格缺陷，此種晶格缺陷會捕捉太陽能電池所產生的電子，導致減少太陽能電池的輸出電量降低。因此，本發明之實施例係利用硼、氟、氫或重氫等元素來修補矽晶體的晶格缺陷。
舉例而言，當本實施例之鈍化步驟730係以氫來修補矽晶體的晶格缺陷時，鈍化步驟730會先於基材810上形成鈍化層814，如第8c圖所示，其中該鈍化層814係可以PECVD或其他之方式來形成。鈍化層814之材質為氮化矽(SiNx:H)，其含有氫元素816(8c圖中的點狀物)。這些氫元素會在鈍化層814的形成過程中進入基材810中，以修補基材810之晶格缺陷。在鈍化層814形成後，接著再以磷酸或氫氟酸等溶液移除鈍化層814，以完成鈍化步驟730，如第8d圖所示。在本發明之其他實施中，鈍化步驟730亦可利用氮(或氬)氫混合氣體退火來進行晶格缺陷的修補，而不需要形成鈍化層。
另外，在本發明之其他實施例中，當鈍化步驟以氟或硼來修補矽晶體的晶格缺陷時，則可利用離子植入之方式來將氟離子或硼離子植入基材810中，而不需要形成鈍化層。又，當鈍化步驟以重氫來修補矽晶體的晶格缺陷時，則利用與重氫相關之氣體在高壓環境下以擴散之方式來將重氫離子推進(drive)基材810中，而不需要形成鈍化層。
在鈍化步驟730後，接著進行掺雜步驟740，以將雜質掺雜入基材810中來形成摻雜區域822，如第8e圖所示。在本實施例中，由於基材810為P型半導體，因此掺雜步驟740係以N型雜質來掺雜，但本發明實施例並不受限於此。經過掺雜步驟740之處理後，基材表面812下方(半導體基材內)的半導體部分以及其他表面下方的半導體部分皆會被摻雜N型雜質，並形成PN接面。
掺雜步驟740可利用多種不同的方式來進行。例如，在本實施例中，N型雜質係以熱擴散之方式來掺雜入基材810中。又例如，在本發明之其他實施例中，N型雜質可以離子植入之方式來掺雜入基材810中。
在掺雜步驟740後，接著進行蝕刻步驟750，以使基材表面812與其它基材表面電性絕緣。如第8f圖所示，除了上表面812之外，掺雜步驟740也會使得基材810的其他表面，例如側表面818、819以及背面(圖中未示)摻雜有N型雜質，因此蝕刻步驟750係蝕刻去除位在側表面818、819以及背面的基材部分，以使基材810正面與背面彼此電性絕緣。蝕刻後的結果如第8f圖所示。值得注意的是，本實施例之蝕刻步驟560係對基材表面812外的其它基材表面進行蝕刻，意即與表面812相對之表面852也會被蝕刻。另外，本實施例之蝕刻步驟750係以氫氟酸來進行蝕刻，但本發明之實施例並不受限於此。當然，亦可以雷射剝蝕之技術來進行上述之電性絕緣製程。
接著，進行電極形成步驟760，以於基材810表面上形成電極層842、844，如第8g圖所示，其中電極層842係形成於摻雜區域822的上方，電極層844係形成於與表面812相對之表面852上。在本實施例中，電極層842之材質為銀，用以作為電池的正面電極，而電極層844之材質為鋁或銀，用以作為電池的背面電極，但本發明之實施例並不受限於此。
值得一提的是，電極層844可利用導電膠的燒結來完成，或是利用較低溫的金屬化製程，如濺鍍或蒸鍍來完成，其中低溫金屬化製程相對於燒結製程更有利於本發明實施例之太陽能電池的發電效率。
另外，雖然本實施例之鈍化步驟730係於酸蝕刻步驟720後進行，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，鈍化步驟730亦可於基材隔離步驟(蝕刻步驟750)與電極形成步驟760之間進行。例如，在基材610之下表面852被酸蝕刻後，對下表面852進行鈍化，然後再於下表面852上形成電極層844。
此外，本發明上述諸實施例中，係可於太陽能電池基材之正面先設置一抗反射層後，再設置上所欲之電極層。
由以上說明可知，本發明實施例之太陽能電池的製造方法可適用於單晶矽和多晶矽之基材，並適當地利用了製程中所使用的酸蝕刻製程來強化鈍化製程的效果，換言之，本發明之技術可適用於單、多晶之太陽能電池之不同類型之製程中，如此不但可降低太陽能電池的載子表面再結合速率更可提升載子生命週期。另外，本實施例之太陽能電池的製造方法並不受限於同時對基材810之正反表面進行。在本發明之其他實施例中，酸蝕刻步驟720、鈍化步驟730也可只對基材810之正面(欲設置正銀電極的表面)來進行。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．太陽能電池製造方法
110．．．基材提供步驟
120．．．酸蝕刻步驟
130．．．鈍化步驟
140．．．鹼蝕刻步驟
150．．．掺雜步驟
160．．．蝕刻步驟
170．．．電極形成步驟
210．．．基材
212．．．表面
214．．．鈍化層
216．．．氫元素
218、219．．．側表面
222．．．摻雜區域
242、244．．．電極層
252．．．表面
300．．．太陽能電池製造方法
310．．．基材提供步驟
320．．．鹼蝕刻步驟
330．．．掺雜步驟
340．．．蝕刻步驟
350．．．鈍化步驟
360．．．電極形成步驟
410．．．基材
412．．．表面
414．．．鈍化層
416．．．氫元素
418、419．．．側表面
422．．．摻雜區域
442、444．．．電極層
452．．．表面
500．．．太陽能電池製造方法
510．．．基材提供步驟
520．．．酸蝕刻步驟
530．．．保護層形成步驟
540．．．鹼蝕刻步驟
550．．．掺雜步驟
560．．．蝕刻步驟
570．．．鈍化步驟
580．．．電極形成步驟
610．．．基材
612．．．上表面
614．．．鈍化層
615．．．保護層
616．．．氫元素
618、619．．．側表面
622．．．摻雜區域
642、644．．．電極層
652．．．下表面
700．．．太陽能電池製造方法
710．．．基材提供步驟
720．．．酸蝕刻步驟
730．．．鈍化步驟
740．．．掺雜步驟
750．．．蝕刻步驟
760．．．電極形成步驟
810．．．基材
812．．．上表面
814．．．鈍化層
816．．．氫元素
818、819．．．側表面
822．．．摻雜區域
842、844．．．電極層
852．．．下表面
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖係繪示根據本發明實施例之太陽能電池製造方法的流程示意圖。
第2a圖至第2h圖係繪示對應第1圖之太陽能電池製造方法之各步驟之太陽能電池半成品的剖面結構示意圖。
第3圖係繪示根據本發明實施例之太陽能電池製造方法的流程示意圖。
第4a圖至第4g圖係繪示對應第3圖之太陽能電池製造方法之各步驟之太陽能電池半成品的剖面結構示意圖。
第5圖係繪示根據本發明實施例之太陽能電池製造方法的流程示意圖。
第6a圖至第6i圖係繪示對應第5圖之太陽能電池製造方法之各步驟之太陽能電池半成品的剖面結構示意圖。
第7圖係繪示根據本發明實施例之太陽能電池製造方法的流程示意圖。
第8a圖至第8g圖係繪示對應第7圖之太陽能電池製造方法之各步驟之太陽能電池半成品的剖面結構示意圖。
100．．．太陽能電池製造方法
110．．．基材提供步驟
120．．．酸蝕刻步驟
130．．．鈍化步驟
140．．．鹼蝕刻步驟
150．．．掺雜步驟
160．．．蝕刻步驟
170．．．電極形成步驟

权利要求:
Claims (18)
[1] 一種太陽能電池之製造方法，包含下列步驟：提供一單晶矽之基材；以一第一酸蝕刻製程來蝕刻該基材之一表面；進行一鈍化步驟，以利用一修補元素修補該基材之晶格缺陷，其中該修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者；以一鹼蝕刻製程來對該基材之該表面進行粗糙化；對該基材之該表面進行雜質摻雜，以於該基材中形成一摻雜區域，其中該摻雜區域為包含該表面之半導體基材部分；以一第二酸蝕刻製程來對該基材進行絕緣隔離，以使該表面與其他基材表面之間電性絕緣；以及形成一金屬電極層於該基材上。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中形成該金屬電極層之步驟係利用蒸鍍或濺鍍之方式來形成該金屬電極層。
[3] 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該鹼蝕刻製程係利用氫氧化鉀與異丙醇之混合液來進行蝕刻。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該修補元素為氫時，該鈍化步驟包含：形成一鈍化層於該基材上，其中該鈍化層之材質為氮化矽(SiNx:H)；以及移除該鈍化層。
[5] 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第一酸蝕刻製程之蝕刻液係選自於由硝酸、氫氟酸所組成群組。
[6] 一種太陽能電池之製造方法，包含下列步驟：提供一單晶矽之基材，具有相對之一第一表面和一第二表面；以一鹼蝕刻製程來對該基材之該第一表面與該第二表面進行粗糙化；對該基材之該第一表面進行雜質摻雜，以於該基材中形成一摻雜區域，其中該摻雜區域為包含該第一表面之半導體基材部分；以一酸蝕刻製程來對該基材進行絕緣隔離，以使該第二表面以及鄰接於該第二表面之基材表面之間電性絕緣；進行一鈍化步驟，以利用一修補元素來修補該基材之晶格缺陷，其中該修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者；以及形成一金屬電極層於該基材上。
[7] 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池之製造方法，其中形成該金屬電極層之步驟係利用蒸鍍或濺鍍之方式來形成該金屬電極層。
[8] 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池之製造方法，其中該酸蝕刻製程係利用硝酸、氫氟酸與硫酸之混合液來進行蝕刻。
[9] 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池之製造方法，其中該修補元素為氫時，該鈍化步驟包含：形成一鈍化層於該基材上，其中該鈍化層之材質為氮化矽(SiNx:H)；以及移除該鈍化層。
[10] 一種太陽能電池之製造方法，包含下列步驟：提供一單晶矽之基材，具有相對之一第一表面和一第二表面；以一第一酸蝕刻製程來蝕刻該第二表面；於該第二表面上形成一保護層；以一鹼蝕刻製程來蝕刻與粗糙化該第一表面；對該基材之該第一表面進行雜質摻雜，以於該基材中形成一摻雜區域，其中該摻雜區域為包含該第一表面之半導體基材部分；以一第二酸蝕刻製程來對該基材進行絕緣隔離，以使該第二表面與鄰接於該第二表面之基材表面之間電性絕緣；形成一金屬電極層於該基材上；其特徵在於：於緊鄰該第一、第二酸蝕刻製程之任一者後，進行一鈍化步驟，以利用一修補元素來修補該基材之晶格缺陷，其中該修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者。
[11] 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池之製造方法，其中形成該金屬電極層之步驟係利用蒸鍍或濺鍍之方式來形成該金屬電極層。
[12] 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第一酸蝕刻製程之蝕刻液係選自於由硝酸、氫氟酸所組成的群組，該第二酸蝕刻製程係利用氫氟酸、硝酸與硫酸之混和液來進行蝕刻。
[13] 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池之製造方法，其中該修補元素為氫時，該鈍化步驟包含：形成一鈍化層於該基材上，其中該鈍化層之材質為氮化矽(SiNx:H)；以及移除該鈍化層。
[14] 一種太陽能電池之製造方法，包含下列步驟：提供一多晶矽之基材；以一第一酸蝕刻製程來蝕刻該基材之一表面；對該基材之該表面進行雜質摻雜，以於該基材中形成一摻雜區域，其中該摻雜區域為包含該表面之半導體基材部分；以一第二酸蝕刻製程來對該基材進行絕緣隔離，以使該表面與其他基材表面之間電性絕緣；形成一金屬電極層於該基材上；其特徵在於：於緊鄰該第一、第二酸蝕刻製程之任一者後，進行一鈍化步驟，以利用一修補元素修補該基材之晶格缺陷，其中該修補元素為硼、氟、氫、重氫之任一者。
[15] 如申請專利範圍第14項所述之太陽能電池之製造方法，其中形成該金屬電極層之步驟係利用蒸鍍或濺鍍之方式來形成該金屬電極層。
[16] 如申請專利範圍第14項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第一酸蝕刻製程係利用硝酸與氫氟酸之混合液來進行蝕刻，該第二酸蝕刻製程係利用硝酸、氫氟酸與硫酸之混合液來進行蝕刻。
[17] 如申請專利範圍第14項所述之太陽能電池之製造方法，其中該修補元素為氫時，該鈍化步驟包含：形成一鈍化層於該基材上，其中該鈍化層之材質為氮化矽(SiNx:H)；以及移除該鈍化層。
[18] 一種太陽能電池結構，包含一基材，該基材具有相對之正面與背面，其中該基材之正面具有一粗糙化結構，且於該基材之正面內設有一PN接面，該粗糙化結構上設有至少一正面電極，且該基材背面具有至少一背面電極，其中於該基材之正面或背面向該基材內部分別設有鈍化效果之硼、氟、氫、重氫之任一者。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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TWI517428B|2016-01-11|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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CN112086539A|2020-08-29|2020-12-15|复旦大学|一种高压氢钝化提升晶硅电池效率的方法|

法律状态:
2020-10-11| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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TW100131741A|TWI517428B|2011-09-02|2011-09-02|太陽能電池之製造方法|TW100131741A| TWI517428B|2011-09-02|2011-09-02|太陽能電池之製造方法|