CN102569435A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池，其包括半导体基材、掺杂材料层、第一接触电极、电极层、散热材料层以及第二接触电极。半导体基材具有第一表面以及第二表面。掺杂材料层位于靠近第一表面的半导体基材之上或内。第一接触电极位于掺杂材料层上。电极层位于半导体基材的第二表面上。散热材料层覆盖电极层。第二接触电极位于散热材料层上，且第二接触电极与电极层电性连接。

Description

太阳能电池及其制造方法

【技术领域】

本发明是有关于一种太阳能电池及其制造方法。

【背景技术】

硅基太阳能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高纯度的半导体材料(硅)加入掺质物使其呈现不同的性质，以形成p型半导体及n型半导体，并将p-n两型半导体相接合，如此即可形成p-n接面。当太阳光照射到一个p-n结构的半导体时，光子所提供的能量可能会把半导体中的电子激发出来产生电子-电洞对。通过电极的设置，使电洞往电场的方向移动并使电子往相反的方向移动，如此即可构成太阳能电池。

一般来说，当太阳能电池在运作一段时间之后会产生热。倘若上述所产生的热能没有散出或是导出太阳能电池外，就容易使得太阳能电池的输出效能变差。特别是，当太阳能电池温度越高时，太阳能电池的输出效能就会越低。

【发明内容】

本发明提供一种太阳能电池及其制造方法，其可以解决传统太阳能电池因热能无法散出而导致输出功率降低的问题。

本发明提出一种太阳能电池，其包括半导体基材、掺杂材料层、第一接触电极、电极层、散热材料层以及第二接触电极。半导体基材具有第一表面以及第二表面。掺杂材料层位于靠近第一表面的半导体基材之上或内。第一接触电极位于掺杂材料层上。电极层位于半导体基材的第二表面上。散热材料层覆盖电极层。第二接触电极位于散热材料层上，且第二接触电极与电极层电性连接。

本发明提出一种太阳能电池的制造方法，包括提供半导体基材，其具有第一表面以及第二表面。于靠近第一表面的半导体基材之上或内形成掺杂材料层。于掺杂材料层上形成第一接触电极。于半导体基材的第二表面上形成电极层。于电极层上形成散热材料层。于散热材料层上形成第二接触电极，其中第二接触电极与电极层电性连接。

基于上述，本发明在于半导体基材的第二表面的电极层上形成散热材料层，其可以有效地将太阳能电池内所产生的热能导出，以使得太阳能电池的温度不会明显升高。如此一来，便可使得太阳能电池为持较佳的输出功率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1A至图1B是根据本发明一实施例的太阳能电池的制造流程视意图。

图2A至图2B是根据本发明另一实施例的太阳能电池的制造流程视意图。

【主要组件符号说明】

102：半导体基材

102a：第一表面

102b：第二表面

104：掺杂材料层

104a：高掺杂浓度的接触区

106：第一接触电极

108：电极层

110：散热材料层

112：第二接触电极

C：接触窗开口

【具体实施方式】

图1A至图1B是根据本发明一实施例的太阳能电池的制造流程视意图。请参照图1A，本实施例的太阳能电池的制造方法首先提供半导体基材102，半导体基材102具有第一表面102a以及第二表面102b。半导体基材102例如是掺杂n型掺质的半导体材料或是掺杂p型掺质的半导体材料。半导体基材102的半导体材料可为硅、硫化镉(CdS)、铜铟镓二硒(CuInGaSe₂，CIGS)、铜铟二硒(CuInSe₂，CIS)、碲化镉(CdTe)、半导体有机材料(organic material)或上述材料堆栈的多层结构。上述的硅包括单晶硅(single crystalsilicon)、多晶硅(polycrystal silicon)、非晶硅(amorphous silicon)或是微晶硅(microcrystal silicon)。掺杂于半导体材料中的n型掺质可以是选自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是锑(Sb)等等。掺杂于半导体材料中的p型掺质可以是选自元素周期表中三族元素的群组，例如是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等等。

接着，于半导体基材102的第一表面102a内形成掺杂材料层104。所述掺杂材料层104可为掺杂n型掺质的材料层或是掺杂p型掺质的材料层。根据本实施例，若半导体基材102为掺杂p型掺质的半导体材料，那么掺杂材料层104为掺杂n型掺质的材料层，以使得半导体基材102掺杂材料层104之间形成p-n接面。若半导体基材102为掺杂n型掺质的半导体材料，那么掺杂材料层104为掺杂p型掺质的材料层，以使得半导体基材102掺杂材料层104之间形成p-n接面。根据本实施例，掺杂材料层104可采用扩散法或是离子植入法以将n型掺质或p型掺质掺入半导体基材102的第一表面102a内来形成。在此，n型掺质可以是选自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是锑(Sb)等等。p型掺质可以是选自元素周期表中三族元素的群组，例如是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等等。

在本实施例中，掺杂材料层104更包括高掺杂浓度的接触区104a，以后续是用来与接触电极相接触。一般来说，高掺杂浓度的接触区104a的掺杂浓度高于掺杂材料层104的其它区域的浓度，且高掺杂浓度的接触区104a的掺杂深度也可比掺杂材料层104的其它区域的深度来得深。在另一实施例中，掺杂材料层104也可不包括高掺杂浓度的接触区104a，端看设计者需求而定。

之后，于掺杂材料层104(高掺杂浓度的接触区104a)上形成第一接触电极106。第一接触电极106可为导电性佳的金属材料或其它的导电材料。形成第一接触电极106的方法例如是先在掺杂材料层104沉积一层电极材料层，之后通过微影以及蚀刻程序以图案化电极材料层即可形成，亦可利用印刷方式形成，本发明并不加以限制。

另外，于半导体基材102的第二表面102b上形成电极层108。上述的电极层108例如是金属材料或是合金材料。形成电极层108的方法例如是采用沉积程序、涂布程序、印刷程序或是其它的合适的方法。

接着，请参照图1B，于电极层108上形成散热材料层110，散热材料110可为氮化硼、氮化铝、铝、铜、银或是金。在此，形成散热材料层110的方法可包括进行涂布程序、印刷程序、物理气相沉积程序或是化学气相沉积程序。

上述的物理气相沉积程序可包括离子束沉积、脉冲激光沉积或反应性溅镀。上述的化学气相沉积程序例如是使用三氟化硼来选择性蚀刻沉积六方氮化硼或电浆改善化学气相沉积。

此外，上述涂布程序可包括下列步骤。首先将散热材料与溶剂混合。根据一实施例，上述的散热材料可为奈米等级的陶瓷粉粒(例如是氮化硼或氮化铝)或是金属粉粒(例如是铝、铜、银或是金)，且散热材料与溶剂的混合物可进一步添加黏结剂。接着将上述混合物于电极层108上进行喷涂步骤。所述喷涂步骤例如是采用喷枪工具或是旋转涂布的方式以使得混合物涂覆于电极层108上。之后，进行烘干步骤，以使得混合物中的溶剂挥发，而固化成散热材料层110。

值得一提的是，硅基板于室温下的热传导系数为145W/m.，因此上述的散热材料层110的热传导系数须高于145W/m.k。在此，散热材料层110可包括陶瓷材料或金属材料。上述的陶瓷材料包括氮化硼(于室温下热传导系数为1500W/m.k)或氮化铝(于室温下热传导系数为220W/m.k)。上述的金属材料包括铝(于室温下热传导系数为237W/m.k)、铜(于室温下热传导系数为407W/m.k)、银(于室温下热传导系数为429W/m.k)或是金(于室温下热传导系数为317W/m.k)。

之后，于散热材料层110上形成第二接触电极112，其中第二接触电极112与电极层108电性连接。根据本实施例，第二接触电极112与电极层108电性连接的方法例如是在散热材料层110中形成接触窗开口C以暴露出电极层108。在散热材料层110中形成接触窗开口C的方法例如是利用化学蚀刻程序或是激光蚀刻程序。之后，所形成的第二接触电极112可透过接触窗开口C而与电极层108电性连接。另外，在本实施例中，第二接触电极112可与第一接触电极106对称设置，但本发明不限于此。一般来说，第二接触电极112的位置与后续封装时的电路板的接点位置有关。换言之，为了方便后续封装作业程序，第二接触电极112的位置可作特殊的设计。

上述方法所形成的太阳能电池如图1B所示，其包括半导体基材102、掺杂材料层104、第一接触电极106、电极层108、散热材料层110以及第二接触电极112。半导体基材102具有第一表面102a以及第二表面102b。掺杂材料层104位于半导体基材102的第一表面102a内。第一接触电极106位于掺杂材料层104上。电极层108位于半导体基材102的第二表面102b上。散热材料层110覆盖电极层108。第二接触电极112位于散热材料层110上，且第二接触电极112与电极层108电性连接。

图2A至图2B是根据本发明另一实施例的太阳能电池的制造流程视意图。图2A至图2B的实施例与上述图1A至图1B的实施例相似，因此与图1A至图1B的实施例相同的组件以相同的符号表示，且不再重复说明。在图2A至图2B的实施例中，半导体基材102具有第一表面102a以及第二表面102b，且掺杂材料层104是形成在半导体基材102的第一表面102a上。根据本实施例，在半导体基材102的第一表面102a上形成掺杂材料层104的方法例如是利用沉积法，以直接在半导体基材102的第一表面102a上沉积掺杂材料层104。上述的沉积程序例如是在沉积腔室中同时通入半导体材料以及掺杂材料，以沉积成掺杂材料层104。

类似地，在本实施例中，于半导体基材102的第二表面102b上的电极层108上也形成有散热材料层110。形成散热材料层110的方法以及散热材料层110的材料与前述实施例相同或是相似。

因此，本实施例的方法所形成的太阳能电池如图2B所示，其包括半导体基材102、掺杂材料层104、第一接触电极106、电极层108、散热材料层110以及第二接触电极112。半导体基材102具有第一表面102a以及第二表面102b。掺杂材料层104位于半导体基材102的第一表面102a上。第一接触电极106位于掺杂材料层104上。电极层108位于半导体基材102的第二表面102b上。散热材料层110覆盖电极层108。第二接触电极112位于散热材料层110上，且第二接触电极112与电极层108电性连接。

承上所述，在本发明的太阳能电池中，因半导体基材102的第二表面102b上的电极层108上形成有散热材料层110。此散热材料层110可以将太阳能电池所产生的热能散逸出去或传导出去，以使太阳能电池的温度不会升温太多。换言之，本发明在于半导体基材的第二表面的电极层上形成散热材料层可以有效地将太阳能电池内所产生的热能导出，以使得太阳能电池的温度不会明显升高。如此一来，便可使得太阳能电池为持较佳的输出功率。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (16)

1.一种太阳能电池，包括：

一半导体基材，其具有一第一表面以及一第二表面；

一掺杂材料层，位于靠近该第一表面的该半导体基材之上或内；

一第一接触电极，位于该掺杂材料层上；

一电极层，位于该半导体基材的该第二表面上；

一散热材料层，覆盖该电极层；以及

一第二接触电极，位于该散热材料层上，且该第二接触电极与该电极层电性连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该散热材料层的热传导系数高于145W/m.k。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，该散热材料层包括一陶瓷材料或一金属材料。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，该陶瓷材料包括氮化硼或氮化铝。

5.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，该金属材料包括铝、铜、银或是金。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该散热材料层中具有一接触窗开口以暴露出该电极层，且该第二接触电极透过该接触窗开口而与该电极层电性连接。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该第一接触电极以及该第二接触电极对称设置。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该半导体基材为掺杂p型掺质的一半导体材料，且该掺杂材料层包括掺杂n型掺质的一材料层。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该半导体基材为掺杂n型掺质的一半导体材料，且该掺杂材料层包括掺杂p型掺质的一材料层。

10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该掺杂材料层包括一高掺杂浓度的接触区，且该第一接触电极位于该高掺杂浓度的接触区。

11.一种太阳能电池的制造方法，包括：

提供一半导体基材，其具有一第一表面以及一第二表面；

于靠近该第一表面的该半导体基材之上或内形成一掺杂材料层；

于该掺杂材料层上形成一第一接触电极；

于该半导体基材的该第二表面上形成一电极层；

于该电极层上形成一散热材料层；以及

于该散热材料层上形成一第二接触电极，其中该第二接触电极与该电极层电性连接。

12.根据权利要求11所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，于该电极层上形成该散热材料层的方法包括进行一涂布程序、一印刷程序、一物理气相沉积程序或是一化学气相沉积程序。

13.根据权利要求12所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该涂布程序包括：

将一散热材料与一溶剂混合；

进行一喷涂步骤；以及

进行一烘干步骤。

14.根据权利要求12所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该物理气相沉积程序包括一离子束沉积、一脉冲激光沉积或一反应性溅镀。

15.根据权利要求11所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，于靠近该第一表面的该半导体基材之上形成一掺杂材料层的方法包括一沉积法。

16.根据权利要求11所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，于靠近该第一表面的该半导体基材的内形成一掺杂材料层的方法包括一扩散法。

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