CN102651406A

CN102651406A - 晶硅太阳能电池的制造方法

Info

Publication number: CN102651406A
Application number: CN2011100436708A
Authority: CN
Inventors: 陈威有; 柳彦志; 李济群
Original assignee: Motech Industries Inc
Current assignee: Motech Industries Inc
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-29

Abstract

一种晶硅太阳能电池的制造方法，包括将硅基材粗糙化、于粗糙化后的硅基材表面形成多个间隔排列的接面区块、利用蚀刻方法将未被所述接面区块覆盖的硅基材表面平坦化以及通过平坦化后所获得的反射辨识度较高的平坦表面做网印电极前的对位，然后将导电材料网印于未被所述接面区块覆盖的其余区域上。本发明在硅基材上形成粗糙与平坦化区域，当以预定光源照射硅基材时，便可因表面微结构的差异而显现出高对比性的图形，以利于网印步骤时的对位。

Description

晶硅太阳能电池的制造方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池的制造方法，特别是涉及一种晶硅太阳能电池的制造方法。

背景技术

当太阳能电池受到太阳光的照射而吸收光子能量后，可通过其结构中的P型与N型半导体接面使电子电洞对移动，进而产生电能。太阳能电池技术不断地进步并发展出许多种类，例如单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜到染料敏化太阳能电池等，前述的型态各有其功效及发展上的优缺点。

现今选择性射极(Selective Emitter)太阳能电池的制造方法有很多种类，其中一类的步骤包括：利用蚀刻溶液来粗糙化硅晶片以增加光的入射率及吸收表面积、在硅晶片上沉积一层扩散阻障层、蚀刻该扩散阻障层以产生一个预定电极形成区域、利用扩散制程产生不同深度(也就是不同掺杂浓度)的P-N接面、去除扩散阻障层并形成可提升光吸收效率的抗反射层、以及于硅晶片正面的预定电极形成区域与背面以网印方式制作金属电极并将电极烧结，最后进行电性验证。

其中，硅晶片正面上的金属电极主要有两部分，即包括多条均匀间隔且宽度较细的指状电极(Finger bar)以及两条左右间隔地与所述指状电极垂直正交且宽度较粗的汇流电极(Busbar)。指状电极的设置主要用于收集传输至晶片正面的电流并将电流汇集至所述汇流电极处，再经由所述汇流电极将电流导出。并且，上述选择性射极制程的重点之一在于金属电极如何精准对位网印于电池正面的预定电极形成区域，因金属电极若未准确印刷于高掺杂区域而是位于浅掺杂区域上，将会增加串连电阻，从而影响整体的光电转换效率。

目前，现有的晶片对位机制主要有两种：(1)边缘对位；(2)图形对位。在边缘对位技术中，电极印刷机通过撷取晶片边缘的影像以判别晶片的位置，然后再将电极线路印刷于晶片正面。另外，在图形对位技术中，一般会在晶片上的预定位置形成特定的标记图案，而对位时是经由辨识该标记图案来进行影像的撷取与辨别，借此来定义晶片的位置，然后才进行电极线路印刷。

在前述两种技术中，图形对位技术提供较佳的精准度，不过因为需要额外制作对位的标记图案，造成制程上的复杂度与成本增加。再者，前述两种对位技术均采用晶片上固定位置的边缘处或标记图案作为对位基准，此种对位方式存在有以下缺点，以选择性射极制程为例，若前述的预定电极形成区域相对于电池正面的位置在制程中产生歪斜，也就是说未在原先预期的标准位置上，此时若仍以晶片边缘或标记图案作为对位标准的话，可能造成后续印刷时，电极线路并非精准地形成于该预定电极形成区域上，从而影响到选择性射极的太阳能电池应有的效率，因此前述两种技术在对位辨识上的精准度仍有改善的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种当进行印刷电极时可提升对位精准度的晶硅太阳能电池的制造方法。

本发明的晶硅太阳能电池的制造方法包括一个基材粗化步骤、一个接面区块成型步骤、一个电极线路区域平坦化步骤以及一个对位网印步骤。

该基材粗化步骤将硅基材表面粗糙化。

该接面区块成型步骤在该粗糙化后的硅基材表面形成多个相间隔的接面区块。

该电极线路区域平坦化步骤将未被所述接面区块覆盖的硅基材表面平坦化，以提供较上述粗糙化的硅基材表面高的反射辨识度。

该对位网印步骤通过该反射辨识度较高的平坦化硅基材表面进行网印电极前的对位，并在对位完成后将导电材料网印于该平坦化的硅基材表面。

本发明于该对位网印步骤前，先对已平坦化的硅基材进行选择性掺杂以形成选择性射极。

本发明于形成选择性射极后，再将所述接面区块蚀刻移除。

本发明实施该对位网印步骤时，用预定波长范围的光照射该硅基材而使该平坦化的区域相对于该粗糙化的区域形成高反射辨识度，进而使粗糙化与平坦化区域间边缘清楚显现以取得高对比性的图形而进行。

本发明该电极线路区域平坦化步骤以湿式蚀刻制程进行。

本发明该电极线路区域平坦化步骤所使用的蚀刻溶液选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或上述溶液的组合。

本发明所述接面区块的材质选自于二氧化硅与氮化硅所组成的群组。

本发明该电极线路区域平坦化步骤也可以用激光熔融制程进行。

本发明的有益的效果在于：通过该电极线路区域平坦化步骤中，利用蚀刻方法将硅基材上预备涂布形成电极线路的区域平坦化，如此，可获得与其余硅基材上粗糙化的区域不同的表面微结构，当以预定光源照射硅基材时，便可因表面微结构的差异而显现出高对比性的图形，以利于网印步骤时的对位。另外，本发明是在接面区块成型步骤后的制程才形成供对位用的区域，因此可顺应制程上可能的接面区块形成误差而定出精确的对位。

附图说明

图1是本发明晶硅太阳能电池的制造方法的一较佳实施例的制作流程图；

图2是该较佳实施例的制作流程中，其结构的变化示意图；及

图3是该较佳实施例的制作流程中，硅晶片的一上表面的变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

本发明所提出的制造方法可于单晶或多晶的硅晶片上实施，并可应用于选择性射极(Selective emitter)制程，以下以选择性射极的制程流程来作说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

参阅图1、图2、图3，本发明晶硅太阳能电池的制造方法的第一较佳实施例包括有下列步骤：

首先，选择P型硅晶片作为一个硅基材1，在基材粗化步骤61中，可将该硅基材1置入湿式蚀刻槽内，配合预定浓度的酸性或碱性溶液使该硅基材1的一个上表面11形成一个具凹凸不平态样的粗糙面部12，该粗糙面部12使硅基材1具备有较大受光表面积，并可降低入射光的反射率。

接着，在接面区块成型步骤62中，利用薄膜沉积技术，在粗糙后的上表面11沉积形成一层扩散阻障层2，该扩散阻障层2可选用介电材料，例如：氮化硅(SiN_x:H)、二氧化硅(SiO₂)或具有相同性质的材质。接续，可利用蚀刻浆料(Etch paste)或激光熔损(Laser ablation)技术将该扩散阻障层2上的预定区域去除，而使硅基材1的粗糙面部12显露出来，如此，可形成多个彼此相间隔且相对突出于硅基材1上表面11的接面区块3，所述接面区块3以矩阵方式排列(如图3所示)，当然，所述接面区块3的材质仍为前述的扩散阻障层2的氮化硅(SiN_x:H)或二氧化硅(SiO₂)。要说明的是，上述未被所述接面区块3覆盖的预定区域就是供汇流电极(Bus bar)与指状电极(Finger bar)的电极线路铺设用。

接着，在电极线路区域平坦化步骤63中，令该硅基材1置入容装有预定浓度的碱性溶液的反应槽，所述碱性溶液可选用氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)等类似物，且经过预定的反应时间后，可使未被所述接面区块3涵盖的区域，就预定涂布形成电极线路的粗糙面部12，在接触到碱性溶液后，向下蚀刻而形成多个交错分布的平坦面部13，在本实施例中，蚀刻的深度介于2微米(μm)～5微米(μm)。一般，蚀刻的深度愈深，蚀刻后的表面将愈平整。要注意的是，平坦化的方式并不以前述湿式蚀刻方法为限，在本实施例中，也可以利用激光熔融方法、经由适当的制程控制，直接将未被接面区块3涵盖的区域平坦化。

然后，进行选择性射极的掺杂，譬如可配合高温炉管设备，利用热扩散方法令5族的杂质原子4，例如磷原子，使其朝向硅基材1的上表面11方向进行N型掺杂步骤。当杂质原子4向下扩散进入硅基材1时，由于其局部的上表面11具有一定厚度的接面区块3作为植入时的阻挡遮罩，因此，接面区块3下方的杂质浓度较低且所形成的P-N接面深度较浅；另外，对于裸露的硅基材1的上表面11区域，杂质原子可不受阻隔地直接扩散进入，因此预定的电极线路区域下方的杂质浓度较高，也就是说形成的P-N深度较深，借此以完成选择性掺杂的效果。对于选择性射极制程中如何形成不同杂质浓度的扩散技术已相当周知，扩散技术中其余相关的步骤便不再详述，另外，实施时也不应以上述热扩散法为限。另外，并以湿式蚀刻将所述接面区块3即氮化硅(SiN_x:H)或二氧化硅(SiO₂)去除，使硅基材1的上表面11全部显露出来，此时的上表面11中，原先接面区块3的下方为粗糙面部12，而预定形成电极线路的区域为经蚀刻后的平坦面部13。另外，并于扩散制程后对硅基材1的边缘进行干蚀刻或湿蚀刻以产生电性隔离效果，例如可采用干式的等离子蚀刻技术。

接着，在对位网印步骤64中，以薄膜沉积技术，例如：可利用PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition)法或溅镀法等技术，在该硅基材1的上表面11全面性镀上一层抗反射层5，在本实施例中，抗反射层5材料可选自氮化硅(SiN_x:H)或二氧化硅(SiO₂)等具类似效果的材质，并可均匀地形成厚度约为80纳米(nm)的抗反射层5。

接着，利用网印机台的光学系统将光源照射往硅基板1的上表面11，此时，粗糙面部12的微结构对于光线的照射具有较大的吸收度，而平坦面部13会反射出较多的光线，由此，来自硅基材1表面结构的反射光量的不同，可让CCD影像系统撷取到对比性较大的影像，而依此较明显的对比图形，可帮助网印机台对位时进行影像位置的辨识。另外要说明的是，前述抗反射层5的覆盖并不会破坏到粗糙面部12与平坦面部13两区域间所展现的对比辨识度。

在本实施例中，进行对位时，可在硅基材1的上表面11邻近晶片边缘处的三个不同位置，例如：左下、右下以及右上处，分别选择其中一个移除后接面区块3下方的粗糙面部12区域与平坦面部13区域界面间两垂直正交的边缘，分别进行X轴与Y轴图形的辨识，并定义出一组绝对座标，重复上述的步骤，定义出其他两组绝对座标后便完成晶片的定位。然后可进行第一次导电材料的印刷以形成汇流与指状电极线路7，另外，也可在此步骤前或此步骤后，进行太阳能电池的背银与背铝的印刷(图中未示)。在本实施例中，导电材料可选自银金属或铝金属所组成的金属浆料。换句话说，上述步骤中，网印完金属导电材料后的电池需进行干燥与烧结(Firing)的步骤，其中，此烧结的程序可让电极线路7烧穿该抗反射层5并电池电连接，如此就完成选择性射极太阳能电池的制作。

当然，于上述选择性射极的太阳能电池制程中，金属电极的对位与网印等技术是施作于电池的正面，但同样的对位技术的概念，也可应用于电池背电极的网印或是背接触式(backcontact)的太阳能电池上，从而令电池整体的转换效率达到最高。

综上所述，在电极线路印刷前，令硅基板1上局部区域表面结构平坦化，如此可与其他无额外蚀刻的粗糙区域产生辨识度上的差异，也就是说通过两者在微结构上呈现不同的晶粒取向(Grain orientation)，并在预定光源的照射下，显现出不同的光吸收或光反射特性，借此可提供CCD影像系统较高对比性的对位辨识图形，进而达到能利用原有图形所具有的高对比性而来对位的目的。

承上述，可知本发明的对位技术可解决以往技术采用边缘对位与图形对位时，所产生的对位不精确而衍生的网印误差等问题。换句话说，本发明的技术也不用如以往技术般需额外施作标记图案的步骤，所以可有效降低制程成本。再者，本发明的方法简单且易于实施，能在不影响产能速度的前提下导入现有的生产流程，因此，对现行太阳能产业有相当大的助益，所以确实能达成本发明的目的。

Claims

1.一种晶硅太阳能电池的制造方法，包括：基材粗化步骤，用以将硅基材表面粗糙化；接面区块成型步骤，用以于粗糙化的硅基材表面形成多个相间隔的接面区块；及对位网印步骤；其特征在于，该制造方法还包括在该接面区块成型步骤后以及该对位网印步骤前的电极线路区域平坦化步骤，用以将未被所述接面区块覆盖的硅基材表面平坦化以提供较该粗糙化的硅基材表面高的反射辨识度，而该对位网印步骤通过反射辨识度高的平坦化的硅基材表面做网印电极前的对位，并在对位后将导电材料网印于该平坦化的硅基材表面。

2.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，于该对位网印步骤前，先对该平坦化的硅基材进行选择性掺杂以形成选择性射极。

3.根据权利要求2所述的晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，于形成选择性射极后，再将所述接面区块蚀刻移除。

4.根据权利要求2所述的晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，实施该对位网印步骤时，用预定波长范围的光照射该硅基材而使该平坦化的硅基材表面相对于该粗糙化的硅基材表面形成高反射辨识度，进而取得高对比性的图形而使该粗糙化的硅基材表面与该平坦化的硅基材表面间的边缘清楚显现。

5.根据权利要求2所述的晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，该电极线路区域平坦化步骤以湿式蚀刻制程进行。

6.根据权利要求5所述的晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，该电极线路区域平坦化步骤所使用的蚀刻溶液选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或上述溶液的组合。

7.根据权利要求6所述的晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述接面区块的材质选自于二氧化硅与氮化硅所组成的群组。

8.根据权利要求2所述的晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，该电极线路区域平坦化步骤以激光熔融制程进行。

9.根据权利要求8所述的晶硅太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述接面区块的材质选自于二氧化硅与氮化硅所组成的群组。