CN101814539B - 太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种太阳能电池及其制作方法。其中能够快速量产特征的高效率太阳能电池，在太阳能电池的正面发射区具有第一选择性发射区以及第二选择性发射区，多个电极，每一个电极覆盖了至少一部分的第二选择性发射区以及一部分的第一选择性发射区。上述的第一选择性发射区以及第二选择性发射区的深度都不小于0.2μm。
Description
技术领域
本发明涉及一种具结晶硅太阳能电池以及制作方式，尤其是涉及一种具有选择性发射区的太阳能电池。
背景技术
影响太阳能电池的转换效率的因素有非常多，但其中发射区的组成结构以及品质是被公认为最为重要的因素之一。发射区最佳化的方式与结构中，以选择性发射区是被认为最为有效的方法。选择性发射区，顾名思义，即是在电池的发射区中有选择性的结构。最常见的就是在电池正面电极下方区域的发射区为具有较低表面阻值的区域，或是有较高浓度的混掺物，而在其他区域(非电极下方区域的部分)则是有较高的表面阻值或是有较低浓度的混掺物。这样的发射区结构主要的功能是减少电子电动于电池表面的复合效应，而增加电池的电流，电压以及填充因子，进而增加整体电池的转化效率。
为了将靠近电池表面的电子空穴复合效应尽量降低，选择性发射区的设计上会考量以下的方式：在电池电极下方，电极与低阻值发射区接触的区域，一般称之为金属半导体接点(Metal-semiconductor contact)，其宽度都较有限制(一般情况为30μm到60μm)，而在非电池电极下方的高阻值发射区，其深度多小于0.2μm。
然而具有上述选择性发射区结构的太阳能电池，因高阻值深度非常浅，因此在制作电极时需要与低阻值发射区非常精准的对位，才能避免电极穿过发射层，导致短路的发生。因此这类太阳能电池目前制作电极的方式多是利用较昂贵或较复杂的制作工艺，包括电镀，无电镀或蚀刻等方式。
例如US Pat.No.5,871,591号专利，名称为Silicon Solar Cells Made by aSelf-aligned，Selctive emitter，Plasma-Etchback Process即是利用复杂的蚀刻方式进行，而US Pat.No.6,277,667号专利，名称为Method for FabricatingSolar Cell以及US Pat.No.6,524,880号专利名称为Solar Cell and Methodfor Fabricating the Same disclosed the self-alignment process for forrming themetal contact等两篇专利即是利用电镀或是无电镀的方式来制作电极。
因此本发明的目的是要提供一种有价格优势的并具有选择性发射区结构的高效率太阳能电池。
本发明另一个目的是要提供一种可以利用网印方式制作电极的太阳能电池的选择性发射区的结构。
发明内容
为了达到上述的目的，本发明揭露一个具有选择性发射区电极结构的太阳能电池以及一种利用网印的方式制作该电池电极的方式。
本发明所揭露的太阳能电池结构中，包含一个半导体基板，多个具有较高阻值的第一选择性发射区，多个较低阻值的第二选择性发射区，多个电极，每一个电极涵盖至少一部分第二选择性发射区与一部分的第一选择性发射区，多个金属半导体接点，每一个金属半导体接点可以提供上述的电极、第一选择性发射区与第二选择性发射区良好的电性接触，其中其第一选择性发射区与第二选择性发射区其深度不小于0.2μm。
本发明所揭露的制作太阳能电池的方法中，在半导体基板上产生多个具有较高阻值的第一选择性发射区以及多个较低阻值的第二选择性发射区，并以网印的方式于至少一部分第二选择性发射区以及部分的第一选择性发射区的电池表面涂布一金属胶，并经高温烧结后产生电极以及具有良好欧姆接触的金属半导体接点。
附图说明
图1a是根据本发明的太阳能电池的一截面；
图1b是根据本发明另一实施例的太阳能电池的一截面；
图1c是根据本发明另一实施例的太阳能电池的一截面；
图2是完成本发明实施例的方法流程图；
图3是完成本发明另一实施例的方法流程图；
图4是完成本发明另一实施例的方法流程图。
主要元件符号说明
10太阳能电池
11太阳能电池基板
12第一选择性发射区
13第二选择性发射区
14正面电极
15抗反射层
16金属半导体接点
17背面电场
20太阳能电池
21太阳能电池基板
22第一选择性发射区
23第二选择性发射区
24正面电极
25抗反射层
26金属半导体接点
27背面电场
30太阳能电池
31太阳能电池基板
32第一选择性发射区
33第二选择性发射区
34正面电极
35抗反射层
36金属半导体接点
37背面电场
具体实施方式
从结构来看，本发明是一种太阳能电池10，20，30其中包含了一个P型半导体基板11，21，31具有正反两面，多个第一选择性发射区12，22，32于半导体基板11，21，31正反两面其中一面，多个第二选择性发射区13，23，33在和第一选择性发射区12，22，32的同一面，其中第一选择性发射区12，22，32与第二选择性发射区13，23，33为间隔平行排列的方式，一背面电场17，27，37于第一选择性发射区12，22，32的半导体基板11，21，31的另一面，多个电极14，24，34，每一个电极14，24，34涵盖至少一部分第二选择性发射区13，23，33与一部分的第一选择性发射区12，22，32，以及多个金属半导体接点16，26，36，每一个金属半导体接点16，26，36可以提供上述的电极14，24，34、第一选择性发射区12，22，32与第二选择性发射区13，23，33良好的电性接触。其中背面电场17，27，37可以是通过将P型的混掺物包含金属铝或是铝和硅的合金，渗染至P型半导体基板11，21，31的选择性发射区的另一面所造成。
第一选择性发射区12，22，32的表面阻值介于80到400ohm/square之间，最佳的范围是90到180ohm/square之间。而第二选择性发射区13，23，33的表面阻值介于5到80ohm/square之间，最佳的范围是20到60ohm/square之间。
此外，第一选择性发射区12，22，32以及第二选择性发射区13，23，33中，两者的深度都不小于0.2μm。但两者的相对深度并无限制，可以是(i)第一选择性发射区12的深度小于第二选择性发射区13的深度如图1a所示，或(ii)第一选择性发射区22的深度等于第二选择性发射区23的深度如图1b所示，或(iii)第一选择性发射区32的深度大于第二选择性发射区33的深度如图1c所示。在本发明最佳实施例中，第一选择性发射区12的深度小于第二选择性发射区13的深度。
本发明揭露的太阳能电池在最佳实施例中，更可以包含一层抗反射层15，该层覆盖在与电极14相同的太阳能电池10表面上。
从制作工艺的观点来说，本发明揭露一个可利用网印的方式制作选择性发射区太阳能电池电极的方式。其中的最佳实施的方式为提供一个P型的半导体基板11，产生多个具有较高阻值的第一选择性发射区12以及多个较低阻值的第二选择性发射区13，形成一层氧化层于相同第一选择性发射区12以及第二选择性发射区13的相同的一面，以网印的方式于至少一部分第二选择性发射区13以及部分的第一选择性发射区12的电池表面涂布一金属胶，并经高温烧结后产生电极14以及金属半导体接点16。
该氧化层是半导体基材11在含氧的环境中经过高温处理后所产生，并将在制作电极前移除。
其中形成产第一选择性发射区12，22，32以及第二选择性发射区13，23，33的顺序可以为(i)先形成第一选择性发射区12，22，32如图3所示，或(ii)先形成第二选择性发射区13，23，33如图2所示，或(iii)同时形成第一选择性发射区12，22，32以及第二选择性发射区13，23，33如图4所示。
此外，第二选择性发射区13，23，33在半导体基材11上的位置是通过去除半导体基材11的氧化层预计形成第二选择性发射区13，23，33的区域，其方式包括但不限于(i)蚀刻(ii)黄光光刻制作工艺(ii)网印或(iii)激光去除等方式。
本发明最佳实施例中，半导体基材11为P型半导体，且其表面阻值约为0.5ohm/square到6ohm/square之间。第一选择性发射区12以及第二选择性发射区13是通过混掺N型混掺物到半导体基材11其中一表面所形成。而半导体基材11的另一面通过混参P型混掺物而形成一背面电场17。且涂布金属胶在一个第二选择性发射区13以及一部分的第一选择性发射区12上并经由高温烧结后，产生电极14以及金属半导体接点16。上述金属胶，一般为银胶，其来源包括杜邦(DuPont)PV系列，福禄(FERRO)33-462，贺利氏(Heraeus)SOL-9118A与则武(Noritake)NP-4682C。
在形成第一选择性发射区12的步骤中，其深度不小于0.2μm且其表面阻值介于80到400ohm/square之间，最佳的范围是90到180ohm/square之间。
在形成第二选择性发射区13的步骤中，其深度不小于0.2μm且表面阻值介于5到80ohm/square之间，最佳的范围是20到60ohm/square之间。
在形成电极14与金属半导体接点16的步骤中，涂布一层金属胶于一个第二选择性发射区13以及一部分的第一选性发射区12的电池表面上的方式可通过印刷、网印、转印、热转印、电镀、无电镀或是电解沉积任一种方式来进行，后经由350～950℃的高温烧结。
本发明结合选择性发射区太阳能电池可减低表面电子电动复合效应的优点以及结合网印制作太阳能电池电极的技术，使得能够利用以网印的方式生产高效率的太阳能电池并改善选择性发射区太阳能电池大量生产的问题。
在本发明不局限于上述特定的实施例，在不背离本发明的精神与实质情况下，熟析本发明领域的人员可根据本发明做出各种的改变或变形，但这些相应改变或变形都应属于本发明所要求的权利范围中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (28)
1.一种结晶硅太阳能电池，包含：
多个第一选择性发射区，设于该太阳能电池的一前表面；
多个第二选择性发射区，其中，该第一选择性发射区的表面阻值高于该第二选择性发射区的表面阻值；以及
多个电极，其中，每一个电极涵盖至少一部分第二选择性发射区与部分的第一选择性发射区，
其中，该第一选择性发射区的深度不小于0.2μm且该第二选择性发射区的深度不小于0.2μm。
2.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该第一选择性发射区的该表面阻值介于80ohm/square到400ohm/square。
3.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该第一选择性发射区的该表面阻值介于90ohm/square到180ohm/square。
4.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该第二选择性发射区的该表面阻值介于5ohm/square到80ohm/square。
5.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该第二选择性发射区的该表面阻值介于20ohm/square到60ohm/square。
6.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该电极的宽度不小于该第二选择性发射区的宽度。
7.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该电极通过涂布金属在一硅基板上经高温烧结后产生，且该涂布的方式包括印刷的方式。
8.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该电极通过涂布金属在一硅基板上经高温烧结后产生，且该涂布的方式包括网印的方式。
9.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该电极通过涂布金属在一硅基板上经高温烧结后产生，且该涂布的方式包括转印的方式。
10.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该电极通过涂布金属在一硅基板上经高温烧结后产生，且该涂布的方式包括热转印的方式。
11.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该电极通过涂布金属在一硅基板上经高温烧结后产生，且该涂布的方式包括电镀的方式。
12.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该电极通过涂布金属在一硅基板上经高温烧结后产生，且该涂布的方式包括无电镀的方式。
13.如权利要求1所述的结晶硅太阳能电池，其中该电极通过涂布金属在一硅基板上经高温烧结后产生，且该涂布的方式包括电解沉积的方式。
14.权利要求7-13中任一项所述的结晶硅太阳能电池，其中该金属包含一金属胶。
15.权利要求14所述的结晶硅太阳能电池，其中该金属胶为银胶。
16.权利要求14所述的结晶硅太阳能电池，其中该金属胶包含福禄33-462，贺利氏SOL-9118A与则武NP-4682C。
17.一种制作结晶硅太阳能电池的方法，包括：
提供一硅基板；
形成多个第一选择性发射区，于该硅基板的一前表面；
形成多个第二选择性发射区于该前表面；
在硅基板的该前表面形成一氧化层；以及
形成多个电极在至少一部分该第二选择性发射区以及一部分的该第一选择性发射区的表面上，
其中，该第一选择性发射区的深度不小于0.2μm且该第二选择性发射区的深度不小于0.2μm。
18.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该氧化层在形成电极之前被移除。
19.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该第一选择性发射区，其表面阻值介于80ohm/square到400ohm/square。
20.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该第一选择性发射区，其表面阻值介于90ohm/square到180ohm/square。
21.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该第二选择性发射区，其表面阻值介于5ohm/square到80ohm/square。
22.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该第二选择性发射区，其表面阻值介于20ohm/square到60ohm/square。
23.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该第一选择性发射区与该第二选择性发射区是互相交叉平行排列。
24.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该第二选择性发射区需挖除部分所述的该氧化层再形成，挖除该氧化层的方法包括蚀刻或激光挖除。
25.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该第二选择性发射区需挖除部分所述的该氧化层再形成，挖除该氧化层的方法包括黄光光刻制作工艺或激光挖除。
26.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该电极是通过涂布金属胶在该硅基板上经高温烧结后产生。
27.如权利要求17所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该电极，其宽度不小于该第二选择性发射区的宽度。
28.权利要求26所述的制作结晶硅太阳能电池的方法，其中该金属胶包含福禄33-462，贺利氏SOL-9118A与则武NP-4682C。
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