CN101752452A - 双面太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种双面太阳能电池的制造方法，至少包含步骤：提供半导体基板；于半导体基板的第一表面上形成射极层，并于半导体基板与射极层间形成pn结；于射极层上形成第一抗反射膜；于半导体基板的第二表面上以网版印刷技术形成掺杂源层；于半导体基板与掺杂源层间形成背表面电场层；于背表面电场层上形成第二抗反射膜；于第二表面上形成至少一第二电极；以及于第一表面上形成至少一第一电极。本发明所提供的双面太阳能电池的制造方法可以有效简化工艺，并可大幅缩短整体的工艺时间，且可进一步节省成本，使得双面太阳能电池的制造过程更为简便、快速以及有效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电元件的制造方法，尤指一种双面太阳能电池(Solarcell)的制造方法。
背景技术
现今，由于全球能源的持续短缺且对于能源的需求与日俱增，因此如何提供环保且干净的能源便成为目前最迫切需要研究的议题。在各种替代性能源的研究当中，利用自然的太阳光经由光电能量转换产生电能的太阳能电池，为目前所广泛应用且积极研发的技术，且随着太阳能电池研发技术的精进，更已研发出双面的太阳能电池(Bifacial Solar Cell)，通过太阳能电池双面受光的设计，使得太阳能电池的两个表面皆可接收光线，并转换太阳能，进而可有效地提升双面太阳能电池的效率。
请参阅图1A-图1E，其为显示传统双面多晶硅薄膜技术(Multi-crystalline，mc-Si)的太阳能电池的制造流程结构示意图。如图1A所示，首先，提供P型半导体基板10，并将P型半导体基板10的表面形成凹凸的纹理(Texturing)，以减低光线的反射率，其中由于凹凸的纹理相当细微，因此在图1A中省略示出。接着，提供掺杂剂及利用热扩散的方式在第一表面S1形成由N+型半导体所构成的射极层11(Emitter)，且在P型半导体基板10与射极层11之间形成pn结。此时，在射极层11上也会形成磷硅玻璃层12(Phosphorous silicate glass，PSG)，如图1B所示。之后，利用蚀刻的方式将表面的磷硅玻璃层12移除，如图1C所示。
接着，再如图1D所示，使用沉积(Deposition)的方式于射极层12上形成一层由氮硅化合物(SiNx)构成的第一抗反射膜13(Anti-reflection coating，ARC)，以降低光线的反射率并保护射极层12。其后，如图1E所示，同样于第二表面S2上以三溴化硼(BBr3)做为扩散源进行掺杂，形成背表面电场层14(Back surface field，BSF)，并再沉积一层由氮硅化合物构成的第二抗反射膜15，之后，再使用网版印刷(Screen Printing)技术将铝导电材料印刷在第一表面S1上，且以同样的方式将银导电材料印刷在第二表面S2上。最后，进行烧结(Firing)步骤，使第一表面S1产生第一电极16，以及第二表面S2产生第二电极17，借以以完成太阳能电池的制造。
然而在此传统双面太阳能电池的制造过程中，主要是以液态的三溴化硼(BBr3)做为扩散源，由惰性载送气体输送，例如：N2，于样品表面进行掺杂(Diffusion)，然而三溴化硼在进行热扩散过程时需要极高的温度，才能使硼扩散至P型半导体基板10内形成P+层，上述的热扩散过程不仅工艺步骤繁复，且所需花费的时间较久，因而会延长整体工艺时间，且会耗费较高的成本，除此之外，在此热扩散的过程中也会对P型半导体基板10产生极大的破坏，进而影响双面太阳能电池的效能。
因此，如何发展一种可节省双面太阳能电池的制造成本，且能使双面太阳能电池的制造过程更为快速、有效率的制造方法，实为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种双面太阳能电池的制造方法，其利用3A族元素做为掺杂源，以解决传统双面太阳能电池因三溴化硼的热扩散过程需要较高的温度且需时较久，使得制造成本较高，且因该热扩散过程会损害P型半导体基板，进而影响双面太阳能电池的效能的缺陷。
为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种双面太阳能电池的制造方法，至少包含步骤：提供半导体基板；于半导体基板的第一表面上形成射极层，并于半导体基板与射极层间形成pn结；于射极层上形成第一抗反射膜；于半导体基板的第二表面上以网版印刷技术形成掺杂源层；于半导体基板与掺杂源层间形成背表面电场层；于背表面电场层上形成第二抗反射膜；于第二表面上形成至少一第二电极；以及于第一表面上形成至少一第一电极。
为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式为提供一种双面太阳能电池的制造方法，至少包含步骤：提供半导体基板；于半导体基板的第一表面上形成射极层，并于半导体基板与射极层间形成pn结；于射极层上形成第一抗反射膜；于半导体基板的第二表面上形成掺杂源层；于半导体基板与掺杂源层间形成背表面电场层；于背表面电场层上形成第二抗反射膜；于第二表面上形成至少一第二电极；以及于第一表面上形成至少一第一电极。
本发明所提供的双面太阳能电池的制造方法主要利用3A族元素做为掺杂源，且采用网版印刷技术或溅镀技术于双面太阳能电池的第二表面形成掺杂源层，通过此掺杂源及对应的制造技术以有效简化工艺，并可大幅缩短整体的工艺时间，且可进一步节省成本，可改善公知技术中采用三溴化硼的热扩散过程需要较高的温度且需时较久，导致制造成本较高，且会损害P型半导体基板及影响双面太阳能电池的性能等缺点，使得双面太阳能电池的制造过程更为简便、快速以及有效率。
附图说明
图1A-图1E：为传统双面太阳能电池的制造流程结构示意图。
图2A-图2L：为本发明优选实施例的双面太阳能电池的制造流程结构示意图。
上述附图中的附图标记说明如下：
10、20：半导体基板
11、21：射极层
12、22：磷硅玻璃层
13、23：第一抗反射膜
16、28：第一电极
14、25：背表面电场层
15、26：第二抗反射膜
17、27：第二电极
24：掺杂源层
26a：开口
27a：第二导电材料
28a：第一导电材料
S1：第一表面
S2：第二表面
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
请参阅图2A-图2L，其显示本发明优选实施例的双面太阳能电池的制造流程结构示意图。如图2A所示，首先，提供半导体基板20，并将半导体基板20的第一表面S1形成凹凸纹理，以减低光线的反射率，其中由于凹凸纹理相当细微，因此在第二图A中省略。于一些实施例中，半导体基板20可为但不限于P型硅基板，且于半导体基板20的第一表面S1形成凹凸纹理的方式可采用但不限于湿蚀刻或反应性离子蚀刻等方式。
接着，如图2B所示，先提供掺杂剂以及利用例如热扩散的方式在半导体基板20的第一表面S1形成射极层21，于本实施例中，射极层可为但不限为N型射极层，且在半导体基板20与射极层21之间形成pn结，此时，在射极层21上也会形成磷硅玻璃层22，其后，再利用蚀刻的方式将磷硅玻璃层22移除，如图2C所示，此时，在半导体基板20上仅覆盖射极层21。
随后，如图2D所示，以等离子体辅助化学气相沉积法沉积一氮硅化合物层于第一表面S1的射极层21上，以形成第一抗反射膜23，其具有可降低光线的反射率、保护射极层21并具有高通透性等优点，可使氢由第一抗反射膜23内大量穿透至硅晶片的半导体基板20内部，以进行氢钝化过程，进而提升太阳能电池的效能。于一些实施例中，第一抗反射膜23也可由氮化硅、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化镁等材质构成，且不以此为限。
接着，再如图2E所示，于半导体基板20的第二表面S2上形成一层掺杂源层24，当掺杂源层24形成于第二表面S2上之后，则如图2F所示，再进行炉管烧结的步骤，使半导体基板20的第二表面S2与掺杂源层24之间产生一背表面电场层25。
其中，掺杂源层24由3A族的元素所构成，且其工艺可采用网版印刷技术，或以溅镀(Sputtering)技术形成掺杂源层24，举例来说，当以网版印刷技术形成掺杂源层24时，可将3A族元素的胶质薄膜，例如：铝胶、硼胶等，但不以此为限，印刷附着于第二表面S2上，以形成掺杂源层24。于另一些实施例中，也可以3A族的元素做为靶材进行溅镀，且于半导体基板20的第二表面S2上形成掺杂源层24。
如此一来，在掺杂源层24的制造过程中，无论是以网版印刷技术或是以溅镀技术形成掺杂源层24，其工艺步骤均较为简便，且可大幅缩短工艺时间，另外，在后续进行炉管烧结的步骤中，所需耗费的时间也较为简短，因此可有效节省成本及工艺时间。
其后，再如图2G所示，移除覆盖于第二表面S2上的掺杂源层24，于本实施例中，以单面蚀刻(single side etch)的方式移除掺杂源层24，但不以此为限，以及单面蚀刻可为但不限为化学蚀刻(chemical etch)或是干蚀刻(dryetch)。
接着，再如图2H所示，于背表面电场层25上沉积一层由氮硅化合物构成的第二抗反射膜26，以降低光线的反射率并保护背表面电场层25。
之后，再如图2I所示，移除部分的第二抗反射膜26，并曝露出部分的背表面电场层25，以形成多个开口26a，其中，移除部分第二抗反射膜26的方法可采用但不限于蚀刻方式或激光加热方式。
接着，则如图2J所示，于第二表面S2进行金属镀膜(Metallization)过程，其中，金属镀膜过程可采用网版印刷技术、电镀(plating)技术或是溅镀技术将第二导电材料27a，例如：铝、银，但不以此为限，形成于第二表面S2上。
于另一实施例中，第二抗反射膜26也可由二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化镁等材质构成，且不以此为限，且当第二抗反射膜26由上述的氧化合物所形成时，则不需进行图2I所示的移除部分第二抗反射膜26的过程，可于图2H所示形成第二抗反射膜26的步骤后直接进行如图2J所示的金属镀膜(Metallization)过程，将第二导电材料27a形成于第二表面S2上。
于本实施例中，第二导电材料27a为铝，但不以此为限，当以网版印刷技术将铝导电材料沉积于第二表面S2上后，则可进行烧结步骤，用以于第二表面S2的开口26a处形成第二电极27。
接着，再如图2K所示，于第一表面S1上进行金属镀膜过程，于本实施例中，使用网版印刷技术将第一导电材料28a形成于第一表面S1上，再如图2L所示，进行烧结步骤，使第一表面S1上的第一导电材料28a形成第一电极28，其中该第一电极28穿过第一抗反射膜23并延伸连接至射极层21，借此以完成双面太阳能电池的制造。
综上所述，本发明所提供的双面太阳能电池的制造方法主要利用3A族元素做为掺杂源，且采用网版印刷技术或溅镀技术于双面太阳能电池的第二表面形成掺杂源层，通过此掺杂源及对应的制造技术以有效简化工艺，并可大幅缩短整体的工艺时间，且可进一步节省成本，可改善公知技术中采用三溴化硼的热扩散过程需要较高的温度且需时较久，导致制造成本较高，且会损害P型半导体基板及影响双面太阳能电池的效能等缺点，使得双面太阳能电池的制造过程更为简便、快速以及有效率。是以，本发明的双面太阳能电池的制造方法具有极高的实用性，实为一具产业价值的发明，于是依法提出申请。
本发明得由本领域普通技术人员做各种修改，皆不脱所附权利要求所欲保护的范围。
Claims (16)
1.一种双面太阳能电池的制造方法，至少包含步骤：
提供一半导体基板；
形成一射极层于该半导体基板的一第一表面上，并于该半导体基板与该射极层间形成pn结；
形成一第一抗反射膜于该射极层上；
以网版印刷技术形成一掺杂源层于该半导体基板的一第二表面上；
形成一背表面电场层于该半导体基板与该掺杂源层间；
形成一第二抗反射膜于该背表面电场层上；
形成至少一第二电极于该第二表面上；以及
形成至少一第一电极于该第一表面上。
2.如权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其中于提供该半导体基板的步骤还包括形成凹凸纹理于该半导体基板表面的步骤。
3.如权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该射极层于该半导体基板的该第一表面上，并于该半导体基板与该射极层间形成pn结的步骤还包括移除形成于该射极层上方的一磷硅玻璃层的步骤。
4.如权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该第一抗反射膜于该射极层上的步骤是以等离子体辅助化学气相沉积法形成该第一抗反射膜，且该第一抗反射膜为一氮硅化合物。
5.如权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其中该掺杂源层由3A族的胶质薄膜所构成，且该掺杂源层为一铝胶质薄膜。
6.如权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该背表面电场层于该半导体基板与该掺杂源层间的步骤还包括移除该第二表面上的该掺杂源层的步骤，且该第二抗反射膜为一氮硅化合物。
7.如权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该第二抗反射膜于该背表面电场层上的步骤还包括移除部分的该第二抗反射膜并暴露出部分的该背表面电场层的步骤，且该第二抗反射膜为一氧化合物。
8.如权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成至少该第二电极于该第二表面上的步骤还包括形成一第二导电材料于该半导体基板的该第二表面上以及使部分的该第二导电材料形成该第二电极的步骤，以及形成至少该第一电极于该第一表面上的步骤还包括形成一第一导电材料于该半导体基板的该第一表面上以及使部分的该第一导电材料形成该第一电极的步骤。
9.一种双面太阳能电池的制造方法，至少包含步骤：
提供一半导体基板；
形成一射极层于该半导体基板的一第一表面上，并于该半导体基板与该射极层间形成pn结；
形成一第一抗反射膜于该射极层上；
形成一掺杂源层于该半导体基板的一第二表面上；
形成一背表面电场层于该半导体基板与该掺杂源层间；
形成一第二抗反射膜于该背表面电场层上；
形成至少一第二电极于该第二表面上；以及
形成至少一第一电极于该第一表面上。
10.如权利要求9所述的双面太阳能电池的制造方法，其中于提供该半导体基板的步骤还包括形成凹凸纹理于该半导体基板表面的步骤。
11.如权利要求9所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该射极层于该半导体基板的该第一表面上，并于该半导体基板与该射极层间形成pn结的步骤还包括移除形成于该射极层上方的一磷硅玻璃层的步骤。
12.如权利要求9所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该掺杂源层于该半导体基板的该第二表面上的步骤是以网版印刷技术形成该掺杂源层，该掺杂源层为3A族的胶质薄膜所构成，且该掺杂源层为一铝胶质薄膜。
13.如权利要求9所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该掺杂源层于该半导体基板的该第二表面上的步骤以溅镀技术形成该掺杂源层。
14.如权利要求9所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该背表面电场层于该半导体基板与该掺杂源层间的步骤还包括移除该第二表面上的该掺杂源层的步骤。
15.如权利要求9所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成该第二抗反射膜于该背表面电场层上的步骤还包括移除部分的该第二抗反射膜并暴露出部分的该背表面电场层的步骤。
16.如权利要求9所述的双面太阳能电池的制造方法，其中形成至少该第二电极于该第二表面上的步骤还包括形成一第二导电材料于该半导体基板的该第二表面上以及使部分的该第二导电材料形成该第二电极的步骤，以及形成至少该第一电极于该第一表面上的步骤还包括形成一第一导电材料于该半导体基板的该第一表面上以及使部分的该第一导电材料形成该第一电极的步骤。
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