CN102779898A - 制作太能阳电池的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制作太能阳电池的方法，其利用单一道制作过程同时形成具有粗糙表面的轻度掺杂区以及具有平坦表面的重度掺杂区。此外，重度掺杂区与设置于其上的电极之间为一平坦的界面，其具有较低的接触电阻。

Description

制作太能阳电池的方法
技术领域
本发明是关于一种制作太能阳电池的方法，尤指一种利用单一制作过程同时形成具有粗糙表面的轻度掺杂区以及具有平坦表面的重度掺杂区的制作太能阳电池的方法。
背景技术
由于地球石油资源有限，因此近年来对于替代能源的需求与日俱增。在各式替代能源中，太阳能由于能够通过自然界的循环而源源不绝，已成为目前最具发展潜力的绿色能源。
受限于高制作成本、制作过程复杂与光电转换效率不佳等问题，太阳能的发展仍待进一步的突破。因此，制作低制作成本、具简化制作过程与高光电转换效率的太阳能电池，而使太阳能取代现行高污染与高风险的能源实为当前能产业最主要的发展方向之一。
为了提升光电转换效率，目前业界研发出一种具有选择性射极(selectiveemitter)的太阳能电池。请参考图1。图1绘示了公知太阳能电池的示意图。如图1所示，公知太阳能电池1包括一基底2、一轻度掺杂区3、一重度掺杂区4、一第一电极5、一抗反射层6、一背表面电场结构(back surface field,BSF)7以及一第二电极8。基底2具有一第一表面21与一第二表面22，且为了增加入光量，基底2的第一表面21具有粗糙表面。轻度掺杂区3与重度掺杂区4形成于邻近第一表面21的基底2内。第一电极5设置于重度掺杂区4上。抗反射层6位于轻度掺杂区3上。背表面电场结构7与第二电极8设置于基底2的第二表面22上。
由于重度掺杂区4与第一电极5具有较低的接触电阻，因此理论上可提升太阳能电池1的光电转换效率。然而，由于公知太阳能电池1的重度掺杂区4具有粗糙表面，因此尽管第一电极5与重度掺杂区4接触，但第一电极5与重度掺杂区4之间的接触电阻无法如预期降低，而影响太阳能电池1的光电转换效率。此外，由于公知太阳能电池的基底2的第一表面21的粗糙表面利用湿法蚀刻制作过程形成，在此状况下第一表面21的粗糙表面会具有较高的反射率，而使得入光量无法进一步提升。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种制作太能阳电池的方法，以提升光电转换效率。
本发明的一较佳实施例提供一种制作太能阳电池的方法，包括下列步骤。提供一基底，其中基底具有一第一表面与相对于第一表面的一第二表面。进行一扩散制作过程，将一掺杂质扩散至基底内以形成一邻近第一表面的一第一掺杂区，其中第一掺杂区具有一第一掺杂类型。形成一图案化掩膜层于第一掺杂区上，其中图案化掩膜层覆盖部分第一掺杂区且暴露出部分第一掺杂区。移除被图案化掩膜层所暴露出的部分第一掺杂区及其所含的部分掺杂质，以使图案化掩膜层所暴露出的第一掺杂区形成一轻度掺杂区，其中轻度掺杂区具有一粗糙表面。移除图案化掩膜层，以暴露出被图案化掩膜层所覆盖的部分第一掺杂区，其成为一重度掺杂区，且重度掺杂区具有一平坦表面。于基底内形成一邻近第二表面的第二掺杂区，其中第二掺杂区具有一第二掺杂类型，且第一掺杂类型相反于第二掺杂类型。于基底的第一表面的重度掺杂区上形成一第一电极。
上述的制作太能阳电池的方法，其中该基底具有该第二掺杂类型。
上述的制作太能阳电池的方法，其中移除被该图案化掩膜层所暴露出部分的该第一掺杂区及其所含的部分该掺杂质的步骤包括进行一干法蚀刻制作过程。
上述的制作太能阳电池的方法，另包括于该基底的该第一表面上形成一抗反射层。
上述的制作太能阳电池的方法，其中该第一电极以一印刷制作过程形成于该基底的该第一表面。
上述的制作太能阳电池的方法，另包括进行一烧结制作过程，以使该第一电极与该重度掺杂区接触并电性连接。
上述的制作太能阳电池的方法，其中形成该第二掺杂区的步骤包括：
于该基底的该第二表面形成一金属层；以及
利用该烧结制作过程使该金属层与该基底形成金属硅化物所构成的该第二掺杂区。
上述的制作太能阳电池的方法，更包含：
于该烧结制作过程之前，先利用一印刷制作过程于该金属层上形成一第二电极；以及
对该第二电极与该金属层进行该烧结制作过程。
上述的制作太能阳电池的方法，其中该第二掺杂区利用另一扩散制作过程形成。
上述的制作太能阳电池的方法，更包含于该第二掺杂区上形成一第二电极。
上述的制作太能阳电池的方法，其中进行该扩散制作过程时，同时会将该掺杂质扩散至该基底内以形成一邻近该第二表面的另一第一掺杂区。
上述的制作太能阳电池的方法，另包括于移除该图案化掩膜层之后进行一移除步骤，以移除该另一第一掺杂区。
本发明的制作太能阳电池的方法利用单一道制作过程同时形成具有粗糙表面的轻度掺杂区与具有平坦表面的重度掺杂区，因此具有制作过程简化与低成本的优点。此外，重度掺杂区与第一电极之间具有平坦的界面，因此具有较低的接触电阻，故可增加太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1绘示了公知太阳能电池的示意图；
图2至图7绘示了本发明的一第一较佳实施例的制作太能阳电池的方法示意图；
图8绘示了本发明的一第二较佳实施例的制作太能阳电池的方法示意图。
其中，附图标记：
1    太阳能电池        2     基底
3    轻度掺杂区        4     重度掺杂区
5    第一电极          6     抗反射层
7    背表面电场结构    8     第二电极
21   第一表面          22    第二表面
30      基底          301    第一表面
302     第二表面      32     第一掺杂区
32’    第一掺杂区    34     图案化掩膜层
321     轻度掺杂区    322    重度掺杂区
36      抗反射层      38     第一电极
40      金属层        42     第二电极
44      第二掺杂区    3      太阳能电池
3’     太阳能电池
具体实施方式
为使本领域技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
请参考图2至图7。图2至图7绘示了本发明的一第一较佳实施例的制作太能阳电池的方法示意图。如图2所示，首先提供一基底30，其中基底30可为硅基底例如单晶硅基底、多晶硅基底、微晶硅基底或纳米晶硅基底，但不以此为限而可为其它各种类型的半导体基底。基底30具有一第一表面301与相对于第一表面301的一第二表面302，且第一表面301为入光面。随后，对基底30进行一切割损伤移除(saw damage remove,SDR)制作过程，例如利用酸性溶液或碱性溶液清洗基底30，以去除切割对基底30造成的细微损伤。接着，进行一扩散制作过程，在高温下将一掺杂质扩散至基底30内以形成一邻近第一表面301的一第一掺杂区32。第一掺杂区32具有一第一掺杂类型。第一掺杂类型可为n型，在此状况下掺杂质可为例如磷、砷、锑或上述材料的化合物。举例而言，掺杂质若选用磷，则在扩散制作过程中磷会扩散至基底30而在邻近第一表面301的基底30形成第一掺杂区32。若基底30的第二表面302无遮蔽，则在扩散制作过程中磷也会扩散至基底30而在邻近第二表面302的基底30形成另一第一掺杂区32’。此外，在扩散制作过程中，磷与基底30的硅亦会反应而在基底30的表面形成磷硅玻璃(PSG)(图未示)。第一掺杂类型亦可为p型，在此状况下掺杂质可为例如硼或硼化合物。
如图3所示，随后形成一图案化掩膜层34于第一掺杂区32上。图案化掩膜层34部分覆盖第一掺杂区32且部分暴露出第一掺杂区32，其中图案化掩膜层34所覆盖的第一掺杂区32用以形成重度掺杂区的位置，而图案化掩膜层34所暴露出的第一掺杂区32用以形成轻度掺杂区的位置。图案化掩膜层34可利用例如一喷墨制作过程形成于基底30的第一表面301，但不以此为限。
如图4所示，接着移除被图案化掩膜层34所暴露出的部分第一掺杂区32及其所含的部分掺杂质，以使图案化掩膜层34所暴露出的第一掺杂区32形成一轻度掺杂区321，并且被图案化掩膜层34所覆盖的第一掺杂区32因维持原来的掺杂浓度而形成一重度掺杂区322。此外，在移除被图案化掩膜层34所暴露出的部分第一掺杂区32及其所含的部分掺杂质之后，轻度掺杂区321会具有一粗糙表面，而被图案化掩膜层34所覆盖的重度掺杂区322则会具有一平坦表面。轻度掺杂区321的粗糙表面由多个微结构例如金字塔结构所形成，且各微结构的高度大体上可介于0.1微米-0.15微米之间，但不以此为限。在本实施例中，第一掺杂区32原本的掺杂浓度大体上介于1019atom/cm3-1021atom/cm3之间。在移除被图案化掩膜层34所暴露出的部分第一掺杂区32及其所含的部分掺杂质之后，被图案化掩膜层34所暴露出的第一掺杂区32的则因为部分的掺杂质被移除，因此其掺杂浓度大体上介于1018atom/cm3-1019atom/cm3之间而形成轻度掺杂区321，而被图案化掩膜层34所覆盖的第一掺杂区32的掺杂浓度仍会维持在大体上介于1019atom/cm3-1021atom/cm3之间而成为重度掺杂区322。另外，轻度掺杂区321的片电阻(sheet resistance)大体上介于90Ω/square（或是Ω/□）-120Ω/square（或是Ω/□）之间，而重度掺杂区322的片电阻则大体上介于40Ω/square（或是Ω/□）-60Ω/square（或是Ω/□）之间，但不以此为限。在本实施例中，移除被图案化掩膜层34所暴露出的部分第一掺杂区32及其所含的部分掺杂质，以使图案化掩膜层34所暴露出的第一掺杂区32形成具有粗糙表面的轻度掺杂区321的步骤包括进行一干法蚀刻制作过程，例如一反应离子蚀刻(RIE)制作过程。
如图5所示，移除图案化掩膜层34。随后，进行一边缘隔离(edge isolation)制作过程，以移除于扩散制作过程中于基底30的边缘产生的掺杂层，以确保基底30的第一表面301与第二表面302之间的电性隔离。边缘隔离制作过程可为例如一激光切割制作过程、一干法蚀刻制作过程或一湿法蚀刻制作过程。此外，移除基底30的表面于扩散制作过程中所产生的磷硅玻璃，例如利用一酸性溶液清洗加以去除。另外，于移除图案化掩膜层34之后，进行一移除步骤以移除基底30的第二表面302的第一掺杂区32’。接着，于基底30的第一表面301上形成一抗反射层36。抗反射层36以共形(conformal)方式形成于基板30的第一表面301上，因此抗反射层36在轻度掺杂区321亦会具有粗糙表面，而在重度掺杂区322则具有平坦表面。抗反射层36可增加入光量，进而提升光电转换效率。抗反射层36可为单层或多层结构，且其材料可为例如氮化硅、氧化硅或氮氧化硅、或其它合适的材料，并可利用例如一等离子增强化学气相沉积(PECVD)制作过程形成，但不以此为限。
如图6所示，接着于基底30的第一表面301的重度掺杂区322上形成一第一电极38、于基底30的第二表面302形成一金属层40，以及于金属层40上形成一第二电极42。第一电极38可为单层或多层结构且作为太阳能电池的指状(finger)电极，而其材料可为高导电性材料，例如银(Ag)，但不以此为限而可为其它高导电性材料，例如：金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、锡(Sn)等等。金属层40可为一单层或多层结构的软性金属层，其材料可为例如铅(Pb)、锡(Sn)、锑(Sb)、铝或上述的合金，且较佳为铝或铝合金，但不以此为限。第二电极42可为单层或多层结构且作为太阳能电池的背电极，而其材料可为高导电性材料，例如银(Ag)，但不以此为限而可为其它高导电性材料，例如：金、铝、铜、锡等等。第一电极38、金属层40与第二电极42的形成顺序并不限定。在本实施例中，第一电极38与第二电极42较佳地可分别利用印刷制作过程加以形成，且第一电极38与第二电极42的材料为导等离子料，例如含银浆料或含铝浆料，但不以此为限。
如图7所示，进行一烧结(sintering)制作过程，使第一电极38穿过抗反射层36而与重度掺杂区322接触并电性连接，并利用烧结制作过程一并使金属层40与基底30反应而形成金属硅化物(metal silicide)，以于邻近第二表面302的基底30内形成一第二掺杂区44，即制作出本实施例的太阳能电池3。在金属层40选用铝或包含铝的合金的状况下，第二掺杂区44由铝硅化物(aluminum silicide)所构成。第二掺杂区44作为太阳能电池3的背表面电场结构，其需具有第二掺杂类型，也就是说，第二掺杂区44的掺杂类型必须与轻度掺杂区321及重度掺杂区322的掺杂类型相反。例如，若轻度掺杂区321及重度掺杂区322为n型，则第二掺杂区44需为p型；反之若轻度掺杂区321及重度掺杂区322为p型，则第二掺杂区44需为n型。另外，基底30可以是具有掺杂质的基底，而基底30的掺杂类型需与第二掺杂区44相同而为第二掺杂类型。
本发明的制作太阳能电池的方法并不以上述实施例为限。下文将依序介绍本发明的其它较佳实施例的制作太阳能电池的方法，且为了便于比较各实施例的相异处并简化说明，在下文的实施例中使用相同的符号标注相同的元件，且主要针对各实施例的相异处进行说明，而不再对重复部分进行赘述。
请参考图8，并一并参考图2至图5。图8绘示了本发明的一第二较佳实施例的制作太能阳电池的方法示意图。本实施例的制作太阳能电池的方法与前述实施例的主要差异在于形成第二掺杂区的方法。本实施例的制作太阳能电池的方法接续图5的方法后进行。如图8所示，于基底30的第一表面301上形成抗反射层36之后，接着进行另一扩散制作过程，将掺杂质扩散至基底30内以形成邻近第二表面302的第二掺杂区44。第二掺杂区44具有第二掺杂类型。第二掺杂类型可为例如n型，在此状况下掺杂质可为例如磷、砷、锑或上述材料的化合物。第二掺杂类型可为例如p型，在此状况下掺杂质可为例如硼或硼化合物。接着，于基底30的第一表面301的重度掺杂区322上形成第一电极38以及于基底30的第二表面302上形成第二电极42，即制作出本实施例的太阳能电池3’。在本实施例中，第一电极38与第二电极42较佳可利用网印或电镀等制作过程加以形成，但不以此为限。
综上所述，在本发明中，轻度掺杂区与重度掺杂区大体上位于同一平面上，其中轻度掺杂区的厚度略小于重度掺杂区的厚度。轻度掺杂区具有粗糙表面，因此可以增加入光量，而重度掺杂区具有平坦表面，因此重度掺杂区与第一电极所构成的选择性射极可具有较低的接触电阻，其可增加太阳能电池的光电转换效率。此外，由于具有粗糙表面的轻度掺杂区与具有平坦表面的重度掺杂区利用同一道干法蚀刻制作过程同时形成，因此本发明的制作太阳能电池的方法具有制作过程简化与低成本的优点。再者，相较于利用湿法蚀刻制作过程所制作出的粗糙表面，本发明的利用干法蚀刻制作过程所制作出的粗糙表面具有较低的反射率，故可进一步提升入光量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种制作太能阳电池的方法，其特征在于，包括：
提供一基底，其中该基底具有一第一表面与相对于该第一表面的一第二表面；
进行一扩散制作过程，将一掺杂质扩散至该基底内以形成一邻近该第一表面的一第一掺杂区，其中该第一掺杂区具有一第一掺杂类型；
形成一图案化掩膜层于该第一掺杂区上，其中该图案化掩膜层覆盖部分该第一掺杂区且暴露出部分该第一掺杂区；
移除被该图案化掩膜层所暴露出的部分该第一掺杂区及其所含的部分该掺杂质，以使该图案化掩膜层所暴露出的该第一掺杂区形成一轻度掺杂区，其中该轻度掺杂区具有一粗糙表面；
移除该图案化掩膜层，以暴露出被该图案化掩膜层所覆盖的部分该第一掺杂区，其成为一重度掺杂区，且该重度掺杂区具有一平坦表面；
于该基底内形成一邻近该第二表面的第二掺杂区，其中该第二掺杂区具有一第二掺杂类型，且该第一掺杂类型相反于该第二掺杂类型；以及
于该基底的该第一表面的该重度掺杂区上形成一第一电极。
2.如权利要求1所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，其中该基底具有该第二掺杂类型。
3.如权利要求1所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，其中移除被该图案化掩膜层所暴露出部分的该第一掺杂区及其所含的部分该掺杂质的步骤包括进行一干法蚀刻制作过程。
4.如权利要求1所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，另包括于该基底的该第一表面上形成一抗反射层。
5.如权利要求1所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，其中该第一电极以一印刷制作过程形成于该基底的该第一表面。
6.如权利要求4所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，另包括进行一烧结制作过程，以使该第一电极与该重度掺杂区接触并电性连接。
7.如权利要求6所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，其中形成该第二掺杂区的步骤包括：
于该基底的该第二表面形成一金属层；以及
利用该烧结制作过程使该金属层与该基底形成金属硅化物所构成的该第二掺杂区。
8.如权利要求7所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，更包含：
于该烧结制作过程之前，先利用一印刷制作过程于该金属层上形成一第二电极；以及
对该第二电极与该金属层进行该烧结制作过程。
9.如权利要求1所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，其中该第二掺杂区利用另一扩散制作过程形成。
10.如权利要求9所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，更包含于该第二掺杂区上形成一第二电极。
11.如权利要求1所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，其中进行该扩散制作过程时，同时会将该掺杂质扩散至该基底内以形成一邻近该第二表面的另一第一掺杂区。
12.如权利要求11所述的制作太能阳电池的方法，其特征在于，另包括于移除该图案化掩膜层之后进行一移除步骤，以移除该另一第一掺杂区。
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