CN102623522B - 太阳能电池结构与其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能电池结构与其制造方法。此太阳能电池结构包含半导体基板、射极层、数条指状电极以及至少一汇流电极。在此太阳能电池结构的制造方法中，首先提供一半导体基板。接着，形成射极层于此半导体基板上，以形成PN接面。此射极层是包含高掺杂区域和低掺杂区域。高掺杂区域包含高掺杂指部，这些高掺杂指部之间是由低掺杂区域作间隔设置。然后，对位形成设于高掺杂指部上的指状电极，以及至少一汇流电极被形成于射极层上，其中汇流电极是与指状电极交叉设置，且与高掺杂指部及低掺杂区域上下对应。

Description

太阳能电池结构与其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种太阳能电池结构与其制造方法，特别是有关于一种利用选择性射极(Selective Emitter)技术来制造的太阳能电池结构。

背景技术

近年来，由于环境污染的问题越来越严重，很多国家开始开发新的绿色能源来减少境污染的问题。太阳能电池可将太阳的光能转为电能，且这种转换不会产生任何污染性的物质，因此太阳能电池逐渐受到重视。

太阳能电池是利用半导体的光电效应直接吸收太阳光来发电。太阳能电池的发电原理是当太阳光照射在太阳能电池上时，太阳能电池会吸收太阳光能，而使太阳能电池的P型半导体与N型半导体分别产生空穴与电子，并使电子与空穴分离来形成电压降，进而产生电流。

选择性射极技术是是一种新式的太阳能电池制造技术，其做法在于降低吸光面的N型材料(例如磷)的掺杂浓度以达到较佳的吸旋光性，以及加重在电极下方的N型材料掺杂浓度，来达到电子传递低阻抗的效果，借以提高光能和电能的转换效率。由于选择性射极技术可大幅提高转换效率，因此选择性射极技术逐渐成为太阳能电池的主要制造方法之一。

请同时参照图1a和图1b，图1a是绘示利用选择性射极技术来制造的已知太阳能电池的半成品10的俯视图，图1b是绘示利用此半成品来制成的已知太阳能电池20的俯视图。在选择性射极技术中，在形成电极之前，会先于基板12上形成高掺杂区域14和低掺杂区域16。然后，指状电极22和汇流电极24会对位形成于高掺杂区域14上。通常，指状电极22和汇流电极24的宽度是与下方高掺杂区域14的宽度一致，以产生较佳的电性效果。且指状电极22的功用主要在于收集电池上的电流，并将电流传导至汇流电极24，并透过汇流电极24将电流向外导出，以供使用。

虽然选择性射极技术可提高太阳能电池的光电转换效率，但是选择性射极技术的制造成本却比一般工艺还要昂贵，因此需要一种改善的选择性射极技术来降低制造成本。

发明内容

本发明的一方面是在提供一种太阳能电池结构与其制造方法，其成本以及制造所需的时间皆比已知选择性射极技术更少。

根据本发明的一实施例，此太阳能电池结构包含半导体基板、射极层、数条指状电极以及至少一汇流电极。射极层形成于半导体基板上，以形成PN接面(PN Junction)，其中射极层包含高掺杂区域和低掺杂区域，高掺杂区域的掺杂浓度高于低掺杂区域的掺杂浓度，且高掺杂区域包含数条高掺杂指部，这些高掺杂指部之间是由低掺杂区域作间隔设置。指状电极对位形成于高掺杂指部上。汇流电极形成于射极层上，并与指状电极交叉设置，其中汇流电极与高掺杂指部及低掺杂区域上下对应。

根据本发明的一实施例，在此太阳能电池结构的制造方法中，首先提供一半导体基板。然后，形成射极层于半导体基板上，以形成PN接面，其中射极层包含高掺杂区域和低掺杂区域，高掺杂区域的掺杂浓度高于低掺杂区域的掺杂浓度，且该高掺杂区域包含数条高掺杂指部，高掺杂指部之间是由低掺杂区域作间隔设置。接着，形成数条指状电极以及至少一汇流电极于射极层上，其中指状电极对位设于高掺杂指部上，而汇流电极与指状电极交叉设置，且汇流电极与高掺杂指部及低掺杂区域上下对应。

由上述说明可知，本发明实施例的太阳能电池结构并未如已知结构一般提供了专用的高掺杂区域给汇流电极来使用，因此本发明实施例的太阳能电池结构所需的材料成本较已知结构低廉，例如以网印技术制作高掺杂区域时，可节省汇流电极处高掺杂区域的印刷材料，或是采用激光掺杂技术时，可节省汇流电极处高掺杂区域的掺杂工序，从中可省下材料与时间的成本。再者，习用技术中于专用的高掺杂区域上形成汇流电极亦需要额外的对位工艺，而本发明实施例的太阳能电池制造方法可省下此对位工艺，因此可减少制造太阳能电池所需的时间与成本。

另外，经由实验证明，即便汇流电极下方并未形成有专用的高掺杂区域，太阳能电池所产生的功率并不会受到明显的影响。因此，本发明实施例的太阳能电池可提供与已知太阳能电池实质相同的功率。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，上文特举一较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

图1a是绘示利用选择性射极技术来制造的已知太阳能电池的半成品的俯视图；

图1b是是绘示利用图1a的半成品所制成的已知太阳能电池的俯视图；

图2是绘示根据本发明一实施例的太阳能电池结构的制造方法的流程示意图；

图3a至3e是绘示对应至太阳能电池制造方法的各步骤的太阳能电池结构的俯视示意图；

图4a至4e是绘示对应至太阳能电池制造方法的各步骤的太阳能电池结构的剖面示意图；

图5是绘示沿着图3e的剖面线A-A’方向观察所得的剖面示意图；

图6是绘示根据本发明另一实施例的太阳能电池结构的高掺杂区域的俯视示意图；

图7是绘示根据本发明又一实施例的太阳能电池结构的高掺杂区域的俯视示意图。

【主要组件符号说明】

10：太阳能电池的半成品    12：基板

14：高掺杂区域            16：低掺杂区域

20：已知太阳能电池        22：指状电极

24：汇流电极              100：太阳能电池的制造方法

110：基板提供步骤         120：表面粗糙化步骤

130：射极层形成步骤       140：抗反射层形成步骤

150：电极形成步骤

210：基板                 212：表面

222：高掺杂区域           220：射极层

222a：高掺杂指部          222b：细线图案

222c：虚线图案        224：低掺杂区域

230：抗反射层         242：指状电极

244：汇流电极

具体实施方式

请同时参照图2、图3a至3e、图4a至4e以及图5，图2是绘示根据本发明一实施例的太阳能电池制造方法100的流程示意图，图3a至3e是绘示对应至制造方法100的各步骤的太阳能电池俯视结构示意图，图4a至4e是绘示对应至制造方法100各步骤的太阳能电池剖面结构示意图，图5是绘示沿着图3e的剖面线A-A’方向观察所得的剖面示意图。本发明实施例的太阳能电池是利用选择性射极(Selective Emitter)技术来制造，在以下的叙述中将详细说明本发明实施例的太阳能电池的制造方法与结构。

在太阳能电池的制造方法100中，首先进行基板提供步骤110，如图3a和图4a所示，以提供半导体基板210。在本实施例中，半导体基板210为P型半导体基板，其材质亦可为第III-V族的二元半导体材料，例如砷化镓。接着，进行表面粗糙化步骤120，如图3b和图4b所示，以粗糙化半导体基板210的表面212。表面粗糙化步骤120可利用碱式蚀刻(Alkaline texture)、酸式蚀刻(Acidic texture)或反应式离子蚀刻(Reactive Ion Etch；RIE)技术来进行蚀刻，以形成粗糙化的表面，其中，碱式蚀刻的材料为碱性溶液，并由异丙醇与氢氧化钾或氢氧化钠等成份所组成；而酸式蚀刻的材料为酸性溶液，并主要由硝酸等成份所组成。

然后，进行射极层形成步骤130，如图3c和图4c所示，于基板210上形成一掺杂有磷的N型射极层220。一般而言，射极层形成步骤130可利用高温扩散炉或是离子掺杂机等技术来进行，另外，更可以网印、喷墨、激光掺杂、激光消熔(Laser Ablation)或光罩技术等方式来形成射极层220的高掺杂区域222，从而使射极层220中具有高掺杂区域222和低掺杂区域224。高掺杂区域222和低掺杂区域224皆为N型掺杂，且高掺杂区域222的掺杂浓度高于低掺杂区域224的掺杂浓度。高掺杂区域222包含有高掺杂指部222a，而每两指部222a之间是由低掺杂区域224分开，意即高掺杂指部222a之间是由低掺杂区域224作间隔设置。在本实施例中，高掺杂指部222a是彼此平行，但本发明的实施例并不受限于此。

接着，进行抗反射层形成步骤140，如图3d和图4d所示，以将抗反射层230形成于射极层上。抗反射层230可减少入射光的反射，以提高太阳光的利用率。在本实施例中，该抗反射层230形成于该射极层220的高掺杂区域222和低掺杂区域224上，即如图4d所示，而抗反射层230的材质可为SiOx、SiNx或Al₂O₃，但本发明的实施例并不受限于此。

然后，进行电极形成步骤150，如图3e和图4e所示，以网版印刷技术将指状电极242和汇流电极244网印形成于射极层220上。其中指状电极242形成于高掺杂指部222a上，以利用高掺杂指部222a与基板210间的PN接面来撷取电子。汇流电极244则与指状电极242交叉设置，以将指状电极242所撷取的电子汇集起来，并向外传输，以提供外部装置所需的电能。

请参照图5，其是绘示沿着图3e的剖面线A-A’方向观察所得的剖面示意图。在本实施例中，汇流电极244的下方为彼此交错间隔设置的高掺杂指部222a和低掺杂区域224，意即汇流电极244与高掺杂指部222a及低掺杂区域224上下对应而成交叉设置，其中，低掺杂区域224的一部分位于至少一汇流电极244的正下方，由此可知，本发明与习用选择性射极技术有所区别。亦即本实施例并未提供专用的高掺杂区域给汇流电极244。另外，于本图5中，该汇流电极244与其下方的高掺杂指部222a和低掺杂区域224间是绘制为平面连接关系，但此仅为便于说明之故，实际状态是可有粗糙的结构存在，故不受限于附图的呈现。

值得注意的是，在本实施例中，当指状电极242与汇流电极244网印在抗反射层230上时，该指状电极242是位于高掺杂指部222a上方，并透过烧结使指状电极242穿过下方的抗反射层230而与高掺杂指部222a电性连接，如此即可从基板210撷取电子。其次，并透过上述的烧结使汇流电极244穿过其下方的抗反射层230，进而与高掺杂指部222a及低掺杂区域224连接。另外，本实施例的指状电极242和汇流电极244是彼此垂直，但本发明的实施例并不受限于此。例如，在本发明的其它实施例中指状电极242和汇流电极244之间的夹角可为30度、60度或任一大于0的角度。再者，本实施例的指状电极242和汇流电极244并不一定要同时形成。例如，在本发明的其它实施例中，指状电极242和汇流电极244可于不同的步骤中来分别形成。

由上述说明可知，本发明实施例的太阳能电池结构并未如已知结构一般提供了专用的高掺杂区域给汇流电极来使用，因此本发明实施例的太阳能电池结构所需的材料成本较已知结构低廉，例如以网印技术制作高掺杂区域时，可节省汇流电极处高掺杂区域的印刷材料，或是采用激光掺杂技术时，可节省汇流电极处高掺杂区域的掺杂工序，从中可省下材料与时间的成本。再者，习用技术中于专用的高掺杂区域上形成汇流电极亦需要额外的对位工艺，而本发明实施例的太阳能电池制造方法可省下此对位工艺，因此可减少制造太阳能电池所需的时间与成本。

另外，经由实验证明，即便汇流电极下方并未形成有专用的高掺杂区域，太阳能电池所产生的功率并不会受到明显的影响。因此，本发明实施例的太阳能电池可提供与已知太阳能电池实质相同的功率。

请参照图6，其是绘示根据本发明另一实施例的太阳能电池结构的高掺杂区域的俯视示意图。在本实施例中，高掺杂区域222包含高掺杂的指部222a以及细线图案222b。细线图案222b用以作为汇流电极244专用的高掺杂区域，意即后续将形成的汇流电极244会设置于细线图案222b上。在本实施例中，细线图案222b的宽度是实质小于汇流电极244的宽度。

由上述说明可知，汇流电极244专用的高掺杂区域并不会明显影响太阳能电池所提供的功率，因此即便本实施例提供给汇流电极的高掺杂区域小于已知太阳能电池提供给汇流电极的高掺杂区域，也不会影响到本实施例太阳能电池所提供的功率。另外，由于本实施例的汇流电极的专用高掺杂区域面积小于已知太阳能电池的汇流电极的专用高掺杂区域面积，因此本实施例的太阳能电池结构的制造成本可较为低廉。另言之，此细线图案的宽度尺寸还可以较高掺杂指部222a为小，此端视设计的需求而定。

请参照图7，其是绘示根据本发明又一实施例的太阳能电池结构的高掺杂区域的俯视示意图。在本实施例中，高掺杂区域222包含高掺杂的指部222a以及虚线图案222c。虚线图案222c是由多个小型的块状高掺杂区域所形成，其作用与上述的细线图案222b相同，是用来作为汇流电极244专用的高掺杂区域。本实施例是采用虚线图案222c来取代细线图案222b，因此本实施例的太阳能电池结构的制造成本也可比已知太阳能电池更为低廉。

虽然本发明已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在本发明所属技术领域中任何具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种太阳能电池结构，其特征在于，包含：

一半导体基板；

一射极层，形成于该半导体基板上，以形成PN接面，其中该射极层包含一高掺杂区域和一低掺杂区域，该高掺杂区域的掺杂浓度高于该低掺杂区域的掺杂浓度，且该高掺杂区域包含数条高掺杂指部，彼此相互平行且间隔设置；

数条指状电极，是对位形成于该些高掺杂指部上，其中该些高掺杂指部的宽度大于或等于该些指状电极的宽度；以及

至少一汇流电极，形成于该射极层上，并与该些指状电极交叉设置，该至少一汇流电极与每两相邻的该些高掺杂指部于半导体基板上定义多个块状区域，其中对应于每一该些块状区域的射极层包含部分该高掺杂区与部分该低掺杂区。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，该至少一汇流电极与该些指状电极垂直。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，对应于每一该些块状区域的该些部分高掺杂区域与该些高掺杂指部连接。

4.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，至少包含：

提供一半导体基板；

形成一射极层于该半导体基板上，以形成PN接面，其中该射极层包含一高掺杂区域和一低掺杂区域，该高掺杂区域的掺杂浓度高于该低掺杂区域的掺杂浓度，且该高掺杂区域包含数条高掺杂指部，彼此相互平行且间隔设置；

形成数条指状电极，其中该些指状电极对位设于该些高掺杂指部上，且该些高掺杂指部的宽度大于或等于该些指状电极的宽度；以及

形成至少一汇流电极于该射极层上，其中该至少一汇流电极与该些指状电极交叉设置，该至少一汇流电极与每两相邻的该些高掺杂指部于半导体基板上定义多个块状区域，其中对应于每一该些块状区域的射极层包含部分高掺杂区与部分低掺杂区。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，该至少一汇流电极与该些指状电极垂直。

6.根据权利要求4所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，对应于每一该些块状区域的该些部分高掺杂区域与该些高掺杂指部连接。