CN102468365A - 双面太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种双面太阳能电池的制造方法，利用热氧化层作为保护层以及扩散的屏障而形成选择性射极，以及使用背表面局部接触结构配合背表面氧化层的钝化效果取代背面整面的表面电场层，由此可降低太阳能电池的接触电阻以及减少表面再结合速率进而提升双面太阳能电池的光电转换效率，并且简化工艺步骤，同时减少时间以及物料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电元件的制造方法，特别涉及一种利用热氧化层作为保护层以及扩散的屏障而形成选择性射极，以及结合背面局部接触配合热氧化层的结构的低成本双面太阳能电池的制造方法。
背景技术
由于全球能源的持续短缺以及近年来环保意识逐渐抬头，因此目前相关产业最关心的议题莫过于如何提供环保、干净又不失效能的能源。在各种替代性的能源中，利用太阳光经由光电能量的转换而产生电能的太阳能电池(Solar Cell)，是目前所广泛应用且积极研发的技术。随着相关产业持续投入研发太阳能电池，不但使太阳能电池的技术不断精进、提升，更开发出了双面太阳能电池(Bifacial Solar Cell)，通过双面受光的设计，使太阳能电池的两个表面皆可接收光线，并将太阳能转换为电能，进而可更加有效率地提升双面太阳能电池所能提供的能量。
请参阅图1A到图1E，其为现有双面单晶或多晶硅(Single-orMulti-crystalline Si，sc-or mc-Si)的太阳能电池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中省略绘示。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 layer)，且在P型半导体基板10与射极层11之间形成pn接面(pn junction)。此时，在射极层11上亦会形成磷硅玻璃层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除去，如图1C所示。
接着，再如图1D所示，使用沉积(Deposition)的方式在射极层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11。其后，如图1E所示，同样在第二表面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二表面S2上，且以同样的方式将银导电材料印刷在第一表面S1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，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，主要是通过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并形成pn接面，在此工艺中调整射极浓度为重掺杂虽然可以降低电池的接触电阻但却使的表面再结合速率增加，而调整射极浓度为轻掺杂则可减少表面再结合速率，但却会提高电池的接触电阻，因此在调整射极层浓度上皆无法使表面再结合速率与电池接触电阻的改善得以两全其美，另外在第二表面S2是以扩散方式形成背表面电场层，因此现有的上述工艺则会因热扩散过程的工艺热预算(thermal budget)过多与参数控制不易而导致工艺精度降低，连带地增加不少物料以及时间成本。
再者，现有技术在使用网版印刷技术将导电材料印刷于第二表面S2时，是在第二表面S2的整面印刷导电材料，会因为金属的特性导致表面再结合速率较高以及使晶圆弯曲(wafer bowing)，造成工艺不稳定的现象，使双面太阳能电池的光电转换效率较差，影响工艺的质量与合格率。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种双面太阳能电池的制造方法，以解决现有双面太阳能电池的制造过程中，因接触电阻与表面再结合速率较高而影响太阳能电池的光电转换效率，以及工艺繁复而造成时间、物料成本增加等缺点。
本发明的另一目的是提供一种双面太阳能电池的制造方法，利用热氧化层作为保护层以及扩散过程中的屏障而形成选择性射极，以及使用背表面局部接触结构配合背表面氧化层的钝化效果取代背面整面的表面电场层，以达到降低表面再结合速率，提升双面太阳能电池的光电转换效率，以及简化工艺步骤并降低时间与物料成本的功效。
为达上述目的，本发明的一较广实施方式是提供一种双面太阳能电池的制造方法，至少包括步骤：(a)提供半导体基板；(b)同时形成第一热氧化层于半导体基板的第一表面以及形成第二热氧化层于半导体基板的第二表面；(c)形成第二抗反射膜于第二热氧化层；(d)除去部分的第一热氧化层，且以第一热氧化层为屏蔽在半导体基板的至少部分区域形成选择性射极，在一次扩散的工艺步骤中使其同时有浓、淡不同区域的掺杂浓度形成出选择性射极，其中半导体基板与射极间形成一pn接面；(e)形成第一抗反射膜于第一表面；(f)形成至少一第二电极于第二表面；以及(g)形成至少一第一电极于第一表面。
为达上述目的，本发明的另一较广实施方式是提供一种双面太阳能电池的制造方法，至少包括步骤：(a)提供半导体基板；(b)形成第一热氧化层于半导体基板的第一表面以及形成第二热氧化层于半导体基板的第二表面；(c)形成第二抗反射膜于第二热氧化层；(d)于半导体基板的至少部分区域形成选择性射极，其中半导体基板与射极间形成一pn接面；(e)形成第一抗反射膜于第一表面；(f)形成至少一第二电极于第二表面的部分区域；以及(g)形成至少一第一电极于第一表面。
附图说明
图1A至图1E为现有双面单晶或多晶硅的太阳能电池制造流程结构示意图。
图2A至图2J为本发明较佳实施例的双面太阳能电池的制造流程结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
半导体基板：10、20
射极层：11
磷硅玻璃层：12、26
第一抗反射膜：13、23
背表面电场层：14
第二抗反射膜：15、24
第一电极：16、27
第二电极：17、28
第一热氧化层：21
第二热氧化层：22
开口：21a、22a
射极：25
重掺杂区域：25a
轻掺杂区域：25b
第一导电材料：27a
第二导电材料：28a
第一表面：S1
第二表面：S2
具体实施方式
后段的说明中将详细叙述体现本发明特征与优点的一些典型实施例。本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，并非用以限制本发明。
请参阅图2A至图2J，其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。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以及第二表面S2形成凹凸的纹理，以降低光线的反射率，其中由于凹凸纹理相当细微，因此在图2A中省略标示。在一些实施例中，半导体基板20可为但不限于P型硅基板，且在半导体基板20的第一表面S1与第二表面S2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，同时于半导体基板20的第一表面S1(或称前表面)形成第一热氧化层21以及第二表面S2(或称背表面)形成第二热氧化层22，其中，形成第一热氧化层21以及第二热氧化层22的方法是通过炉管工艺方法实现的，且炉管工艺方法可为但不限于气相沉积法(Vapor Deposition)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)或电浆辅助化学气相沉积法(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)。
在一些实施例中，第一热氧化层21以及第二热氧化层22可由例如二氧化硅所构成，且第一热氧化层21可作为屏蔽以及扩散时的屏障，而使本发明的选择性射极的工艺得以实现，第二热氧化层22则可作为第二表面S2的保护层，但不以此为限，通过第一热氧化层21以及第二热氧化层22可同时作为保护层以及扩散屏障的特性，可减少传统工艺中，需要额外形成保护层或额外形成扩散屏障的步骤，因而减少物料与时间成本，且可有效提升双面太阳能电池的光、电质量与光电转换效率。
随后，如图2C所示，在半导体基板20的第二表面S2的第二热氧化层22上形成第二抗反射膜24，其中第二抗反射膜24优选利用电浆辅助化学气相沉积法沉积一氮硅化合物层所实现，但不以此为限。第二抗反射膜24具有可降低光线的反射率并具有高通透性等优点，可使氢由第二抗反射膜24内大量穿透至半导体基板20内部，以进行氢钝化过程，进而提升太阳能电池的效能。在一些实施例中，第二抗反射膜24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。
其次，如图2D所示，除去部分的第一热氧化层21，并暴露出部分的半导体基板20，以形成多个开口21a。在此实施例中，除去部分的第一热氧化层21的方法可采用但不限于蚀刻方式或激光加热方式。
接着，再如图2E所示，利用第一热氧化层21作为屏蔽以及扩散的屏障，以提供掺杂剂以及利用例如热扩散的方式，在半导体基板20的开口区域21a形成重掺杂区域25a，在第一表面S1上有热氧化层的区域上，因热氧化层的作用而形成轻掺杂区域25b，亦即形成选择性射极25，例如但不限于N型的射极。换言之，可在一次扩散的工艺步骤中使其同时有浓、淡不同区域的掺杂浓度形成出选择性射极25。其中，热扩散的扩散源可为三氯氧磷(POCl3)，且在半导体基板20与射极25之间形成pn接面，此时，在第一热氧化层21以及射极25上亦会形成磷硅玻璃层26。其后，如图2F所示，再利用蚀刻的方式将磷硅玻璃层26除去，在一些实施例中，在除去磷硅玻璃层26时，亦可同时除去至少部分的第一热氧化层21，但不以此为限。于另一些实施例中，是以单面蚀刻(Single side etch)的方式除去磷硅玻璃层26与至少部分的第一热氧化层21，但不以此为限，且单面蚀刻可以是但不限于化学蚀刻(Chemicaletch)或是干蚀刻(Dry etch)。
之后，如图2G所示，在半导体基板20的第一表面S1上形成第一抗反射膜23，其中第一抗反射膜23优选以电浆辅助化学气相沉积法沉积一层氮硅化合物所实现。第一抗反射膜23可以降低光线的反射率并保护射极25，在工艺中氢可以在半导体基板20表面以及穿透至半导体基板20内部，以进行氢钝化过程，进而提升太阳能电池的效能。在一些实施例中，第一抗反射膜23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。
然后，如图2H所示，除去部分的第二抗反射膜24以及部分的第二热氧化层22，并暴露出部分的半导体基板20，以形成多个开口22a。在此实施例中，除去部分的第二抗反射膜24以及部分的第二热氧化层22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2I所示，在第二表面S2进行金属镀膜(Metallization)过程，其中，金属镀膜过程系可采用网版印刷技术或是电镀(Plating)技术将第二导电材料28a，例如铝、银，但不以此为限，形成于第二表面S2的部分区域上。在本实施例中，第二导电材料28a优选为铝，当以网版印刷技术将铝导电材料形成于第二表面S2的部分区域后，则可进行烧结步骤，用以在第二表面S2的开口22a处，形成第二电极28并且在烧结的过程中铝可借此掺杂至半导体基板20内。
最后，如图2J所示，在第一表面S1上进行金属镀膜过程，且于此实施例中，使用网版印刷技术将第一导电材料27a，例如铝、银，但不以此为限，形成于第一表面S1的部分区域上，接着进行烧结步骤，使第一表面S1上的第一导电材料27a形成第一电极27，其中第一电极27穿过第一抗反射膜23并延伸连接至射极25，以完成双面太阳能电池的制造。
在另一些实施例中，前述的第一导电材料27a以及第二导电材料28a亦可通过一共烧结步骤形成第一电极27与第二电极28。
综上所述，本发明的太阳能电池的制造方法，借由热氧化层的特性以作为前表面的屏蔽与扩散屏障以及背表面的保护层，因此可实现以单一扩散步骤形成选择性射极，可确实简化工艺步骤，同时减少时间以及物料成本。此外，利用具有选择性射极的双面太阳能电池可解决现有技术所面临的接触电阻以及表面再结合速率较高的问题，且较高掺杂浓度的区域可以提供更好的奥姆接触(ohmic contact)以及较轻掺杂浓度的区域可以提供较长的载子生存期(carrier life time)。此外，本发明的工艺方法使用背表面局部接触结构配合表面氧化层钝化效果取代背面整面的表面电场层，可达到降低表面再结合速率以及提升双面太阳能电池的光电转换效率的功效。
本发明的技术内容及技术特点已由上述的实施例详细叙述，然而本领域普通技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种双面太阳能电池的制造方法，至少包括步骤：
(a)提供一半导体基板；
(b)形成一第一热氧化层于该半导体基板的一第一表面以及形成一第二热氧化层于该半导体基板的一第二表面；
(c)形成一第二抗反射膜于该第二热氧化层；
(d)除去部分的该第一热氧化层，且以该第一热氧化层为屏蔽在该半导体基板的至少部分区域形成选择性射极，其中该半导体基板与该射极间形成一pn接面；
(e)形成一第一抗反射膜于该第一表面；
(f)形成至少一第二电极于该第二表面；以及
(g)形成至少一第一电极于该第一表面。
2.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其特征在于该步骤(b)是以气相沉积法、化学气相沉积法或电浆辅助化学气相沉积法实现。
3.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其特征在于该第一热氧化层以及该第二热氧化层是由二氧化硅构成。
4.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其特征在于该步骤(c)与该步骤(e)分别以电浆辅助化学气相沉积法实现。
5.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其特征在于该第一抗反射膜与该第二抗反射膜系由氮硅化合物所构成。
6.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其特征在于该步骤(d)包括步骤：
(d1)除去部分的该第一热氧化层并暴露出部份的该半导体基板；
(d2)以该第一热氧化层为屏蔽以及扩散的屏蔽，且提供掺杂剂以及实施一扩散工艺以形成具有重掺杂与轻掺杂区域的选择性射极于该半导体基板，其中该半导体基板与该射极间形成该pn接面；以及
(d3)除去在该扩散工艺所形成在该第一热氧化层上方的一磷硅玻璃层以及除去至少部分的该第一热氧化层。
7.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其特征在于该步骤(f)还包括步骤：
(f1)除去部分的该第二抗反射膜以及部分的该第二热氧化层，且暴露出该半导体基板的部分区域，以在该第二表面形成多个开口；
(f2)形成至少一第二导电材料于该第二表面的该多个开口；以及
(f3)使该第二导电材料形成该第二电极。
8.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其特征在于该步骤(g)还包括步骤：
(g1)形成至少一第一导电材料于该半导体基板的该第一表面；以及
(g2)使该第一导电材料形成该第一电极。
9.根据权利要求1所述的双面太阳能电池的制造方法，其特征在于该步骤(g)之后还包括步骤(h)：进行一共烧结步骤。
10.一种双面太阳能电池的制造方法，至少包括步骤：
(a)提供一半导体基板；
(b)形成一第一热氧化层于该半导体基板的一第一表面以及形成一第二热氧化层于该半导体基板的一第二表面；
(c)形成一第二抗反射膜于该第二热氧化层；
(d)于该半导体基板的至少部分区域形成选择性射极，其中该半导体基板与该射极间形成一pn接面；
(e)形成一第一抗反射膜于该第一表面；
(f)形成至少一第二电极于该第二表面的部分区域；以及
(g)形成至少一第一电极于该第一表面。
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