CN102157612B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池及其制造方法，其中采用激光掺杂工艺来形成正型掺杂区与负型掺杂区，以提高制作掺杂区时的准确度。接点材料可直接利用激光形成开孔，因此，不会有金属接点的阶梯覆盖率不佳的问题。此外，太阳能电池采用梳状的第一电极以及片状的第二电极，搭配相应的第一型掺杂区以及第二型掺杂区，以充分利用半导体基板的空间，提供良好的光电转换效率。由于第二电极为片状并且可由铝等高反射物质制作，因此，有助于提局太阳能电池的光利用率。此太阳能电池的工艺简单，具有高工艺良率。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法，且尤其涉及一种背触式太阳能电池(back contacted solar cell)及其制造方法。
背景技术
太阳能是一种干净无污染的能源，在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。由于太阳能电池可直接将太阳能转换为电能，因此，成为目前相当重要的研究课题。
硅基太阳电池为业界常见的一种太阳能电池。硅基太阳能电池的原理是将p型半导体与n型半导体相接合，以形成p-n接面。当太阳光照射到具有此p-n结构的半导体时，光子所提供的能量可把半导体中的电子激发出来而产生电子-电洞对。电子与空穴均会受到内建电位的影响，使得空穴往电场的方向移动，而电子则往相反的方向移动。如果以导线将此太阳能电池与负载(load)连接起来，则可形成一个回路(loop)，并可使电流流过负载，此即为太阳能电池发电的原理。
现有硅基背接触太阳能电池是采用含掺杂物的薄膜而进行热扩散的方式在硅基板内形成p型与n型掺杂区。然而，反复进行热扩散工艺容易降低工艺产出，且须通过额外的网印(screen printing)工艺来定义掺杂区。再者，现有硅基背接触太阳能电池的工艺步骤繁复，且在制作金属接点时，容易因材料的阶梯覆盖率不佳而影响工艺良率。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池及其制造方法，其工艺简单，并且具有高工艺良率。
为具体描述本发明的内容，在此提出一种太阳能电池的制造方法，包括下列步骤。提供一半导体基板，半导体基板具有一第一表面以及相对于第一表面的一第二表面。形成一第一保护层于半导体基板的第一表面上。进行一第一激光掺杂工艺，以形成多个第一开孔于第一保护层内，并且形成多个第一型掺杂区于第一开孔对应的半导体基板中。形成一第一电极于部分第一保护层上。第一电极为梳状且具有相互平行的多个分支。第一电极填入第一开孔以连接到第一型掺杂区。进行一第二激光掺杂工艺，以形成多个第二开孔于第一保护层内，并且形成多个第二型掺杂区于第二开孔对应的半导体基板中。依序形成一第二保护层与一第二电极于第一保护层上。第二保护层覆盖第一电极，且第二保护层具有多个第三开孔，其中第三开孔对应第二型掺杂区。第二电极为片状并且覆盖第一电极的分支。第二电极填入第三开孔以连接到第二型掺杂区。
在一实施例中，所述第一激光掺杂工艺包括：形成一第一型掺质材料层于第一保护层上，第一型掺质材料层内具有一第一型掺质；提供一激光束于第一型掺质材料层以及第一保护层上，以形成第一开孔并且将第一型掺质材料层内的第一型掺质扩散到半导体基板中，而形成第一型掺杂区；以及，移除第一型掺质材料层。
在一实施例中，所述第二激光掺杂工艺包括：形成一第二型掺质材料层于第一保护层上，第二型掺质材料层内具有一第二型掺质；提供一激光束于第二型掺质材料层以及第一保护层上，以形成第二开孔并且将第二型掺质材料层内的第二型掺质扩散到半导体基板中，而形成第二型掺杂区；以及，移除第二型掺质材料层。
在一实施例中，形成所述第一电极的方法包括网版印刷工艺。
在一实施例中，所述太阳能电池的制造方法更包括在形成第一电极之后，进行一回火工艺。
在一实施例中，所述太阳能电池的制造方法更包括对半导体基板的第二表面进行粗糙化处理。
在一实施例中，所述太阳能电池的制造方法更包括形成一抗反射层(anti-reflection coating layer)于半导体基板的第二表面上。
在此更提出一种太阳能电池，包括一半导体基板、一第一保护层、一第一电极、一第二保护层以及一第二电极。半导体基板具有一第一表面以及相对于第一表面的一第二表面。在第一表面的半导体基板中具有多个第一型掺杂区以及多个第二型掺杂区。第一保护层配置于半导体基板的第一表面上。第一保护层具有多个第一开孔以及多个第二开孔。第一开孔对应于第一型掺杂区，而第二开孔对应于第二型掺杂区。第一电极配置于第一保护层上。第一电极填入第一开孔以连接到第一型掺杂区。第一电极为梳状且具有相互平行的多个分支。第二保护层配置于第一保护层上。第二保护层覆盖第一电极，且第二保护层具有多个第三开孔。第三开孔对应第二型掺杂区。第二电极覆盖第二保护层。第二电极填入第三开孔以连接到第二型掺杂区。第二电极为片状并且覆盖第一电极的分支。
在一实施例中，半导体基板的第二表面为一粗糙化表面。
在一实施例中，所述太阳能电池更包括一抗反射层，配置于半导体基板的第二表面上。
在一实施例中，半导体基板包括一负型轻掺杂半导体基板。
在一实施例中，第一型掺杂区包括一负型重掺杂区。
在一实施例中，第二型掺杂区包括一正型重掺杂区。
在一实施例中，第一开孔包括多个沟槽。
在一实施例中，第二开孔与第三开孔包括多个沟槽。
在一实施例中，第一电极的材质包括银。
在一实施例中，第二电极的材质包括铝。
基于上述，本发明采用激光掺杂工艺来形成太阳能电池的掺杂区，因此，可准确定义掺杂区的位置。接点材料可直接填入激光形成的开孔，因此，不存在现有金属接点的阶梯覆盖率不佳的问题。本发明的太阳能电池的工艺简单，具有高工艺良率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示依照本发明的一实施例的一种太阳能电池的结构。
图2为图1的太阳能电池的上视图。
图3A至3L绘示依照本发明的一实施例的一种太阳能电池的制造方法。
图4为依照本发明的另一实施例的一种太阳能电池的上视图。
其中，附图标记：
100：太阳能电池
110：半导体基板
110a：半导体基板的第一表面
110b：半导体基板的第二表面
112：第一型掺杂区
112a：第一型掺质材料层
114：第二型掺杂区
114a：第二型掺质材料层
120：第一保护层
122：第一开孔
124：第二开孔
130：第一电极
132：分支
134：连接部
140：第二保护层
142：第三开孔
150：第二电极
160：抗反射层
L1、L2、L3：激光束
具体实施方式
图1绘示依照本发明的一实施例的一种太阳能电池的结构。图2为图1的太阳能电池的上视图。为了清楚表达元件关系，图2的部份膜层以透视方式呈现。
如图1与图2所示，本实施例的太阳能电池100架构于半导体基板110上。半导体基板110例如是负型(N型)轻掺杂半导体基板，例如具有磷或砷等N型掺质的结晶硅(crystal silicon)基板。半导体基板110具有一第一表面110a以及相对于第一表面110a的一第二表面110b。在第一表面110a的半导体基板110中具有多个第一型掺杂区112以及多个第二型掺杂区114。第一型掺杂区112例如是负型重掺杂区，例如具有磷或砷等N型掺质的掺杂区。第二型掺杂区114例如是正型(P型)重掺杂区，例如具有硼或铝或镓或铟的元素等P型掺质的掺杂区。
半导体基板110的第一表面110a覆盖有第一保护层120。第一保护层120具有多个第一开孔122以及多个第二开孔124。第一开孔122对应于第一型掺杂区112，而第二开孔124对应于第二型掺杂区114。第一开孔122与第二开孔124例如是多个沟槽、多个圆孔、多个方孔或是其它可能的形状或型态。第一电极130配置于第一保护层120上，且第一电极130填入第一开孔122以连接到第一型掺杂区112。在本实施例中，第一电极130为梳状且具有相互平行的多个分支132以及连接该些分支132的连接部134。第一型掺杂区112例如是沿着分支132设置，而前述沟槽状的第一开孔122例如是位于分支132的下方，以使分支132经由第一开孔122向下连接到第一型掺杂区112。此外，第一电极130的材质例如是银、铝、金、铜、钼、钛及其合金与迭层，或是其它合适的导电材质。
第二保护层140配置于第一保护层120上，以覆盖第一电极130的分支132，并且暴露第一电极130的连接部134，以与外部电路连接。此外，第二保护层140具有多个第三开孔142，其与对应的第二开孔124连通。第三开孔142与第二开孔124的形状可以是相同，均为条状沟槽，如图2所示，或是均为圆孔、方孔等形状。第三开孔142与第二开孔124的形状也可是不相同，例如第二开孔124为条状沟槽，且第三开孔142为点状圆孔，如图4所示，上述仅用于举例说明，并不限于此形状与排列组合。当第一开孔122与第二开孔124为沟槽，可以提供较大面积的第一型掺杂区122与第二型掺杂区114，以获得较大的电流传输能力。而且，第三开孔142为圆孔时，可以使后续形成的第二电极150更容易接触下方的第二型掺杂区114，避免阶梯覆盖率不佳而影响工艺良率。
第二电极150覆盖第二保护层140，并且填入第三开孔142以及第二开孔124，以连接到第二型掺杂区114。在本实施例中，第二型掺杂区114例如是设置于分支132下方的两相邻的第一型掺杂区112之间，且第二电极150为片状并且覆盖第一电极130的分支132。第二电极150的材质例如是铝、银等导电的高反射物质。由于第二电极150为片状，全面覆盖太阳能电池100的半导体基板110且具有高反射率，因此有助于入射光到达第二电极150反射，使太阳能电池100再次进行吸收转换，提高太阳能电池100的光利用率。此外，通过梳状的第一电极130以及片状的第二电极150，搭配相应的第一型掺杂区112以及第二型掺杂区114，可以充分利用半导体基板110的空间，提供良好的光电转换效率。
另一方面，半导体基板110的第二表面110b是作为入光面。为了提高入光量与入光的均匀度，可以对第二表面110b加工，使成为粗糙化(texture)表面。此外，本实施例还可以在半导体基板100的第二表面100b上配置抗反射层160，以提高太阳能电池100的入光量。
图3A至3L进一步绘示前述太阳能电池的制造方法。
首先，如图3A所示，提供半导体基板110，并且形成第一保护层120于半导体基板110的第一表面110a上。
接着，如图3B至3D所示，进行第一激光掺杂工艺，以形成多个第一开孔122于第一保护层100内，并且形成多个第一型掺杂区112于第一开孔122对应的半导体基板100。更详细而言，所述第一激光掺杂工艺例如是先如图3B所示，形成第一型掺质材料层112a于第一保护层120上。第一型掺质材料层112a内具有第一型(如负型)掺质，例如磷或砷等N型掺质。接着，如图3B所示，提供激光束L1于第一型掺质材料层112a以及第一保护层120的特性位置上，以形成第一开孔122并且将第一型掺质材料层112a内的第一型掺质扩散到半导体基板110中，而形成第一型掺杂区112。由于第一开孔122与第一型掺杂区112是由同一道激光掺杂工艺所形成，因此，会具有相同的图案。例如，第一开孔122包括多个沟槽，而第一型掺杂区112为对应于该些沟槽的条状图案。之后，如图3D所示，移除第一型掺质材料层112a。
然后，如图3E所示，形成第一电极130于部分第一保护层120上。第一电极130为梳状且具有相互平行的多个分支132。第一电极130的分支132填入第一开孔122，以连接到下方的第一型掺杂区112。当然，所形成的第一开孔122以及第一型掺杂区112也可以位于第一电极130的连接部134下方。形成所述梳状第一电极130的方法例如是网版印刷工艺。此外，在完成第一电极130的制作后，更包括以加热方式进行回火工艺，以增加第一电极与第一型掺杂区的接触区域，并有效降低接触电阻。
接着，如图3F至3H所示，进行第二激光掺杂工艺，以形成多个第二开孔124于第一保护层120内，并且形成多个第二型掺杂区114于第二开孔124对应的半导体基板110中。更详细而言，所述第二激光掺杂工艺是先如图3F所示，形成第二型掺质材料层114a于第一保护层120上。第二型掺质材料层114a内具有第二型(如正型)掺质，例如含硼或铝或镓或铟的元素等P型掺质。接着，如图3G所示，提供激光束L2于第二型掺质材料层114a以及第一保护层120上，以形成第二开孔124并且将第二型掺质材料层114a内的第二型掺质扩散到半导体基板110中，而形成第二型掺杂区114。由于第二开孔124与第二型掺杂区114是由同一道激光掺杂工艺所形成，因此会具有相同的图案。例如，第二开孔124例如包括多个沟槽、圆孔、方孔等，而第二型掺杂区114为对应于该些沟槽的条状图案。然后，如图3H所示，移除第二型掺质材料层114a。
然后，如图3I所示，形成第二保护层140于第一保护层120上，使第二保护层140覆盖第一电极130的分支132，接着在第二保护层140覆盖第二电极150。如图3J所示，进行激光开孔回火工艺，提供激光束L3于第二电极150与第二保护层140上，以在第二保护层140中形成第三开孔142，对应下方的第二型掺杂区114，并且使第二电极150经由第三开孔142接触且电性连接至第二型掺杂区114。第三开孔142例如包括多个条状的沟槽、点状的圆孔、方孔等形状。至此，大致完成太阳能电池100的制作。
另外，如前文所述，为了提高太阳能电池100的入光量与入光均匀度，本实施例更可以选择如图3K所示对半导体基板110的第二表面110b进行粗糙化处理，并且如图3L所示选择在第二表面110b上形成抗反射层160，增加光入射量，增进光转换效率。
如图3K与3L所示的步骤可安排在图3A至3J的步骤之间。例如，本实施例可在图3J所示形成第二电极150之后，再进行图3K与图3L的步骤。或是，如图3K所示对半导体基板110的第二表面110b进行粗糙化处理，并且如图3L所示选择在第二表面110b上形成抗反射层160之后，再进行图3A至3J的步骤。
综上所述，本发明的太阳能电池采用梳状的第一电极以及片状的第二电极，搭配相应的第一型掺杂区以及第二型掺杂区，以充分利用半导体基板的空间，提供良好的光电转换效率。此外，由于第二电极为片状并且可由铝等高反射物质制作，因此有助于提高太阳能电池的光利用率。另一方面，本发明采用激光掺杂工艺来形成太阳能电池的掺杂区，因此可准确定义掺杂区的位置。此外，接点材料可直接填入激光形成的开孔，因此，不存在现有金属接点的阶梯覆盖率不佳的问题。换言之，本发明的太阳能电池的工艺简单，具有高工艺良率。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (17)

1.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括：
提供一半导体基板，该半导体基板具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面；
形成一第一保护层于该半导体基板的该第一表面上；
进行一第一激光掺杂工艺，以形成多个第一开孔于该第一保护层内，并且形成多个第一型掺杂区于该些第一开孔对应的该半导体基板中；
形成一第一电极于部分该第一保护层上，该第一电极为梳状且具有相互平行的多个分支，该第一电极填入该些第一开孔以连接到该些第一型掺杂区；
进行一第二激光掺杂工艺，以形成多个第二开孔于该第一保护层内，该多个第二开孔为沟槽，并且形成多个第二型掺杂区于该第二开孔对应的该半导体基板中；
形成一第二保护层于该第一保护层上，该第二保护层覆盖该第一电极的该些分支；
形成一第二电极于该第二保护层上，该第二电极为片状并且覆盖该第一电极的该些分支；以及
进行一激光开孔回火工艺，于该第二保护层中形成多个第三开孔，该些第三开孔对应该些第二型掺杂区，该第二电极填入该些第三开孔，以连接到该些第二型掺杂区。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该第一激光掺杂工艺包括：
形成一第一型掺质材料层于该第一保护层上，该第一型掺质材料层内具有一第一型掺质；
提供一激光束于该第一型掺质材料层以及该第一保护层上，以形成该些第一开孔并且将该第一型掺质材料层内的该第一型掺质扩散到该半导体基板中，而形成该第一型掺杂区；以及
移除该第一型掺质材料层。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该第二激光掺杂工艺包括：
形成一第二型掺质材料层于该第一保护层上，该第二型掺质材料层内具有一第二型掺质；
提供一激光束于该第二型掺质材料层以及该第一保护层上，以形成该些第二开孔并且将该第二型掺质材料层内的第二型掺质扩散到该半导体基板中，而形成该第二型掺杂区；以及
移除该第二型掺质材料层。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，形成该第一电极的方法包括网版印刷工艺。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，更包括在形成该第一电极之后，进行一回火工艺。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，更包括对该半导体基板的该第二表面进行粗糙化处理。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，更包括形成一抗反射层于该半导体基板的该第二表面上。
8.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
一半导体基板，具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面，在该第一表面的该半导体基板中具有多个第一型掺杂区以及多个第二型掺杂区；
一第一保护层，配置于该半导体基板的该第一表面上，该第一保护层具有多个第一开孔以及多个第二开孔，该多个第二开孔为沟槽，该些第一开孔对应于该些第一型掺杂区，该些第二开孔对应于该些第二型掺杂区；
一第一电极，配置于该第一保护层上，该第一电极填入该些第一开孔以连接到该些第一型掺杂区，该第一电极为梳状且具有相互平行的多个分支；
一第二保护层，配置于该第一保护层上，该第二保护层覆盖该第一电极的该些分支，且该第二保护层具有多个第三开孔，该些第三开孔对应该些第二型掺杂区；以及
一第二电极，覆盖该第二保护层，该第二电极填入该些第三开孔，以连接到该第二型掺杂区，该第二电极为片状并且覆盖该第一电极的该些分支。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该半导体基板的该第二表面为一粗糙化表面。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，更包括一抗反射层，配置于该半导体基板的该第二表面上。
11.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该半导体基板包括一负型轻掺杂半导体基板。
12.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该第一型掺杂区包括一负型重掺杂区。
13.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该第二型掺杂区包括一正型重掺杂区。
14.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该些第一开孔包括多个沟槽。
15.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该些第三开孔包括多个沟槽。
16.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该第一电极的材质包括银。
17.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该第二电极的材质包括铝。
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