CN101350373A - 具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片及其制造方法，在第一掺杂型半导体衬底上，使用各向同性蚀刻溶液来蚀刻，使其表面上可形成多个微型山脉的蚀刻结构，之后，再使用各向异性蚀刻溶液来蚀刻，使第一掺杂型半导体衬底表面的微型山脉上，可形成多个突起微粒。之后，进行掺杂工艺，以在第一掺杂型半导体衬底上，形成第二掺杂型半导体层，再形成分别连接第一掺杂型半导体衬底与第二掺杂型半导体层的多个电输出电极。因此，此太阳能电池晶片可通过其多重蚀刻结构，来降低其光反射率，进而提高其光电转换效率。

Description

具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池晶片(Solar Cell)，尤其一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片及其制造方法。

背景技术

太阳能电池晶片的发展，最早可追溯到1954年由Bell实验室所发明出来，虽然当时太阳能电池晶片的效率只有6％，但经过研究人员不断地研究改良，如今单一电池晶片的最高效率已可达到25％左右，而能逐渐迈入实用阶段。

由于太阳能电池晶片的光电转换效率，是影响太阳能电池晶片应用价值的诸多因素中，最为重要的因素之一，因此，业界无不致力于太阳能电池晶片光电转换效率的提高，以期能在日益蓬勃的太阳能电池晶片市场上，占有一席之地。而提高太阳能电池晶片光电转换效率的方法之一，即是降低太阳光照射太阳能电池晶片的反射率。

过去，为了降低太阳光照射太阳能电池晶片的反射率，多半是在太阳能电池晶片的表面进行一次蚀刻处理，以使太阳能电池晶片的表面粗糙化，从而减少太阳光的反射。例如，单晶硅衬底通常会以强碱溶液来蚀刻，而多晶硅衬底则以强酸溶液来蚀刻，以实现降低太阳光照射太阳能电池晶片的反射率的目的，只是实际实现的反射率仍有持续加以改善的必要。

于是，一种利用反应离子蚀刻法(Reactive ionetching)，以在强碱或强酸溶液蚀刻所产生的粗糙表面上，再次产生多数更细微的凹孔，从而进一步改善其反射率的制造方法，成为再次提高光电转换效率的唯一选择。然而反应离子蚀刻机的价格十分昂贵，并不利于商业化的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片及其制造方法，其可进一步降低太阳光照射太阳能电池晶片的反射率，进而提高太阳能电池晶片的光电转换效率。

本发明的另一目的是提供一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片及其制造方法，其可在不过度增加成本的情形下，更进一步降低太阳光照射太阳能电池晶片的反射率。

为达到上述及其他目的，本发明提供一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片。此太阳能电池晶片包括：第一掺杂型半导体衬底；配置于第一掺杂型半导体衬底上，表面具有多数个微型山脉，且微型山脉上具有多个突起微粒的第二掺杂型半导体层；以及分别连接第一掺杂型半导体衬底与第二掺杂型半导体层，以作为输出电的多个电极。

在一个实施例中，此太阳能电池晶片的第一掺杂型半导体衬底为选自单晶硅、多晶硅或化合物其中之一的P型半导体，而第二掺杂型半导体层则为掺杂的N型半导体。

在一个实施例中，此太阳能电池晶片的第一掺杂型半导体衬底为选自单晶硅、多晶硅或化合物其中之一的N型半导体，而第二掺杂型半导体层则为掺杂的P型半导体。

在一个实施例中，微型山脉上的突起微粒，为尺寸介于0.2微米至1微米之间的锥形微粒。

在一个实施例中，第二掺杂型半导体层之上，还配置有抗反射层，以进一步降低太阳光照射太阳能电池晶片的反射率。

本发明另提供一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片的制造方法，包括下列步骤：提供第一掺杂型半导体衬底；使用各向同性蚀刻溶液来蚀刻第一掺杂型半导体衬底，以在第一掺杂型半导体衬底的表面上，形成多个微型山脉；使用各向异性蚀刻溶液来蚀刻第一掺杂型半导体衬底的表面，以在表面的微型山脉上，形成多个突起微粒；在第一掺杂型半导体衬底上进行掺杂，以在第一掺杂型半导体衬底上，形成第二掺杂型半导体层；以及形成分别连接第一掺杂型半导体衬底与第二掺杂型半导体层的多个电极。

其中，使用的各向同性蚀刻溶液为酸性溶液，而使用的各向异性蚀刻溶液为碱性溶液。

其中，当第一掺杂型半导体衬底为P型半导体时，第二掺杂型半导体层为N型半导体。而当第一掺杂型半导体衬底为N型半导体时，第二掺杂型半导体层为P型半导体。

其中，第一掺杂型半导体衬底是使用单晶硅、多晶硅与化合物其中之一掺杂而成。

其中，将突起微粒蚀刻成尺寸介于0.2微米至1微米间的锥形微粒。

其中，也可以进一步包括在第二掺杂型半导体层上形成抗反射层的步骤。

从而可知，本发明所提供的一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片及其制造方法，除了可在不过度增加成本的情形下，更进一步降低太阳光照射太阳能电池晶片的反射率，进而提高太阳能电池晶片的光电转换效率外，其应用多重蚀刻结构，来降低太阳光照射太阳能电池晶片反射率的功效，也不逊于应用反应离子蚀刻法的结构，而具有易于商业化的有益效果。

附图说明

图1A至图1F是显示根据本发明优选实施例的一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片的工艺剖面示意图；

图2是显示使用各向同性蚀刻溶液蚀刻后的太阳能电池晶片的显微照片；

图3是显示图2所示的太阳能电池晶片再次经过各向异性蚀刻溶液蚀刻后的显微照片；

图4是显示图3所示的太阳能电池晶片的再放大显微照片；

图5是显示不同工艺的太阳能电池晶片的反射率曲线比较图。

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文将以优选实施例，并配合附图，作出详细说明。

图1A至图1F为根据本发明优选实施例的一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片10的工艺剖面示意图，以下将参考图1A至图1F，来详细说明根据本发明优选实施例的一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片10的制造方法，以及此制造方法所制造的太阳能电池晶片10的多重蚀刻微结构(Texture)。需说明的是，为了能够清楚显示实施例中的太阳能电池晶片10的多重蚀刻结构，图1A至图1F是示出太阳能电池晶片10工艺的部分剖面放大图，以利于清楚显示太阳能电池晶片10的微米级微型山脉111与微米级突起微粒112。

在图1A中，首先准备经标准清洗程序清洗的例如是P型或N型的第一掺杂型半导体衬底11，半导体衬底11可以是单晶硅、多晶硅与化合物其中之一经掺杂而成。如图所示，半导体衬底11的表面在显微镜下并非平整的表面，而是如图中略有凹凸的不平整表面。虽然如此，使用此半导体衬底11所制成的太阳能电池晶片的反射率并不好，其反射率曲线如图5中的曲线501所示，而有再应用蚀刻工艺来加以改善的必要。

如图1B所示，使用例如酸性溶液等的各向同性蚀刻溶液蚀刻后的第一掺杂型半导体衬底11。图中显示，第一掺杂型半导体衬底11略有凹凸的不平整表面上，已被蚀刻而产生具有多个微型山脉111的蚀刻结构。图1B中，虽然显示为尺寸相同的规则微型山脉111，但实际产生的微型山脉111，却可能是不规则且大小略有不同的微型山脉111，如图2中的显微照片所示。如本领域技术人员所知，当使用此半导体衬底11来制作太阳能电池晶片时，其反射率将如图5中曲线502所示那样仍有不足，而有进一步加以改善的必要。

因此，在本实施例中，使用例如碱性溶液的各向异性蚀刻溶液，来进一步蚀刻第一掺杂型半导体衬底11的表面，使半导体衬底11表面的微型山脉111上，再经蚀刻而产生如图1C所示的多个突起微粒112。为了能够在不破坏微型山脉111的蚀刻结构的情况下，再次蚀刻而产生尺寸更好地介于0.2微米至1微米间的锥形(或称金字塔型Pyramid)突起微粒112，因此，宜使用浓度较低的碱性溶液，并在较低温度下进行其蚀刻程序，蚀刻完成的半导体衬底11表面的显微照片如图3及图4所示，而应用此半导体衬底11来制作太阳能电池晶片10的反射率则如图5中的曲线503所示。明显地，曲线503所显示的反射率已获得大幅度的改善，而得以大幅提高太阳能电池晶片10的光电转换效率。

接着，便在第一掺杂型半导体衬底11上进行掺杂，以在第一掺杂型半导体衬底11上，形成第二掺杂型半导体层12，如图1D所示。此步骤将依使用的半导体衬底11类型的不同而异，也就是说，当第一掺杂型半导体衬底11为P型半导体时，需使用例如是磷等五价的杂质原子来掺杂，以在第一掺杂型半导体衬底11上，形成N型的第二掺杂型半导体层12。而当第一掺杂型半导体衬底11为N型半导体时，则使用例如是硼等三价的杂质原子来掺杂，以在第一掺杂型半导体衬底11上，形成P型的第二掺杂型半导体层12。

为了可以更进一步降低反射率，本实施例在太阳能电池晶片10上形成电极141、142前，也会在第二掺杂型半导体层12上先形成抗反射层13。抗反射层13的作用是提高进入太阳能电池晶片10的光线比率，以更进一步增进太阳能电池晶片10的光电转换效率。

之后，便在太阳能电池晶片10上，形成分别连接至第一掺杂型半导体衬底11与第二掺杂型半导体层12的电极141与142。电极141与142可用以连接应用此太阳能电池晶片10的外部电路，以输出光电转换所产生的电，据此，便完成一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片10。量测太阳能电池晶片10的反射率如图5中的曲线503所示，曲线503所显示的反射率已获得大幅度的改善，因而得以大幅提高太阳能电池晶片10的光电转换效率。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种修改与改善，都属于本发明的范围。因此，本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

1、一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片，包括：

第一掺杂型半导体衬底；

第二掺杂型半导体层，配置于所述第一掺杂型半导体衬底上，且表面具有多个微型山脉，所述多个微型山脉上具有多个突起微粒；以及

多个电极，分别连接所述第一掺杂型半导体衬底与所述第二掺杂型半导体层，以作为输出电的电极。

2、如权利要求1所述的太阳能电池晶片，其中所述第一掺杂型半导体衬底为P型半导体，而所述第二掺杂型半导体层为N型半导体。

3、如权利要求1所述的太阳能电池晶片，其中所述第一掺杂型半导体衬底为N型半导体，而所述第二掺杂型半导体层为P型半导体。

4、如权利要求1所述的太阳能电池晶片，其中所述第一掺杂型半导体衬底使用单晶硅、多晶硅与化合物的其中之一掺杂而成。

5、如权利要求1所述的太阳能电池晶片，其中所述突起微粒为尺寸介于0.2微米至1微米间的锥形微粒。

6、如权利要求1所述的太阳能电池晶片，更包括配置于所述第二掺杂型半导体层上的抗反射层。

7、一种具有多重蚀刻结构的太阳能电池晶片的制造方法，包括下列步骤：

提供第一掺杂型半导体衬底；

使用各向同性蚀刻溶液来蚀刻所述第一掺杂型半导体衬底，以在所述第一掺杂型半导体衬底的表面上，形成多个微型山脉；

使用各向异性蚀刻溶液来蚀刻所述第一掺杂型半导体衬底的所述表面，以在所述表面的所述多个微型山脉上，形成多个突起微粒；

在所述第一掺杂型半导体衬底上进行掺杂，以在所述第一掺杂型半导体衬底上，形成第二掺杂型半导体层；以及

形成分别连接所述第一掺杂型半导体衬底与所述第二掺杂型半导体层的多个电极。

8、如权利要求7所述的太阳能电池晶片的制造方法，其中所述各向同性蚀刻溶液为酸性溶液。

9、如权利要求7所述的太阳能电池晶片的制造方法，其中所述各向异性蚀刻溶液为碱性溶液。

10、如权利要求7所述的太阳能电池晶片的制造方法，其中所述第一掺杂型半导体衬底为P型半导体，而所述第二掺杂型半导体层为N型半导体。

11、如权利要求7所述的太阳能电池晶片的制造方法，其中所述第一掺杂型半导体衬底为N型半导体，而所述第二掺杂型半导体层为P型半导体。

12、如权利要求7所述的太阳能电池晶片的制造方法，其中所述第一掺杂型半导体衬底使用单晶硅、多晶硅与化合物的其中之一掺杂而成。

13、如权利要求7所述的太阳能电池晶片的制造方法，其中将所述突起微粒蚀刻成尺寸介于0.2微米至1微米间的锥形微粒。

14、如权利要求7所述的太阳能电池晶片的制造方法，还包括在所述第二掺杂型半导体层上形成抗反射层的步骤。

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