CN102800714A - 一种背面接触式异质射极太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种背面接触式异质射极太阳能电池，其包括：第一型晶态半导体层。第一型晶态半导体层的顶面上具有抗反射层。第一型晶态半导体层的底面上具有相互分离的第一非晶态半导体层及第二非晶态半导体层。第一非晶态半导体层及第二非晶态半导体层的底面上分别具有第二型非晶半导体层及第一型非晶半导体层。第二型非晶半导体层及第一型非晶半导体层的底面上分别具有第一背电极与第二背电极。上述太阳能电池具有更高的光利用效率且易于制造。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种背面接触式异质射极太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近年来，太阳能电池在商业化应用方便得到了快速发展，很多商用产品，例如太阳能热水器得到广泛应用。太阳能电池的核心部件为可将太阳能转换为电能的光伏元件。
参阅图1，其为一种现有技术中的太阳能电池的结构示意图。太阳能电池包括依次堆叠的背电极92、光伏元件93、透明电极94及梳状电极95。其中背电极92例如可由高导电率的金属如铜或铝形成。光伏元件93包括p型晶态半导体层93a、未掺杂非晶半导体层93b及p非晶半导体层93c。透明电极94包括界面层94a及主体层94b。梳状电极95可由高导电率的金属如铜或铝形成。上述太阳能电池在工作时光线从梳状电极95的空隙入射透明电极94，然后再入射至光伏元件93，经由光伏元件93将光线转化为电能。转化出的电力通过梳状电极95及背电极92向负载输出。然而上述太阳能电池中，梳状电极95会占用部分面积导致入射的光量减少。而且随着技术演进，非晶半导体层93b越来越薄，但与此同时，薄型非晶半导体层的品质变得越来越难以控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种背面接触式异质射极太阳能电池，其具有更高的光利用效率并且更加易于制造。
本发明的再一目的在于提供上述背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其制造过程更加容易。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种背面接触式异质射极太阳能电池，其包括：第一型晶态半导体层。第一型晶态半导体层的顶面上具有抗反射层。第一型晶态半导体层的底面上具有相互分离的第一非晶态半导体层及第二非晶态半导体层。第一非晶态半导体层及第二非晶态半导体层的底面上分别具有第二型非晶半导体层及第一型非晶半导体层。第二型非晶半导体层及第一型非晶半导体层的底面上分别具有第一背电极与第二背电极。
一种背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：在第一型晶态半导体层的一个顶面上形成抗反射层；在第一型晶态半导体层的一个底面上形成未掺杂非晶半导体层；在未掺杂非晶半导体层中形成间隙以形成相互分离的第一未掺杂非晶半导体层及第二未掺杂非晶半导体层；在第一未掺杂非晶半导体层中进行离子注入以形成第二型非晶半导体层；在第二未掺杂非晶半导体层中进行离子注入形成第一型非晶半导体层；分别在第二型非晶半导体层及该第一型非晶半导体层底面形成第一背电极及第二背电极。
在本发明另一实施例中，上述抗反射层及未掺杂非晶半导体层是以等离子体辅助化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积或者溅镀形成。
在本发明另一实施例中，上述抗反射层是以等离子体辅助化学气相沉积形成，所使用的反应气体包括硅烷、氨气及氮气。
在本发明另一实施例中，上述未掺杂非晶半导体层是以等离子体辅助化学气相沉积形成，所使用的反应气体包括硅烷、氩气及氮气。
在本发明另一实施例中，上述离子注入的能量为10千电子伏特。
在本发明另一实施例中，上述离子注入之后加热至1000摄氏度30秒。
在本发明另一实施例中，上述离子注入的深度小于该未掺杂非晶半导体层的厚度。
在本发明另一实施例中，形成该第一背电极及该第二背电极的步骤包括印刷及烧结。
在本发明另一实施例中，上述间隙是以蚀刻的方式形成。
在上述太阳能电池的制造方法中，由于采用了成熟的离子注入工艺，易于控制品质且成本很低。而得到的太阳能电池由于没有梳状电极的存在，整个抗反射层均可用于入射光线，具有更高的光利用效率。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为一种现有技术中的太阳能电池的结构示意图。
图2至9为本发明实施例提供的太阳能电池的制造方法示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的背面接触式异质射极太阳能电池及其制造方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1为本发明一实施例提供的背面接触式异质射极太阳能电池（以下简称太阳能电池）100的结构示意图。请参阅图1，太阳能电池100包括抗反射层10、第一型晶态半导体层11、第二型非晶半导体层12a、第一型非晶半导体层13a、第一未掺杂非晶半导体层12b、第二未掺杂非晶半导体层13b、第一背电极141及第二背电极142。
第一型晶态半导体层11例如可为100到500微米厚，本实施例中，其厚度为200微米。第一型可为N型或者P型，本实施例中，第一型为N型。第一型晶态半导体层11例如可为硅、碳化硅、锗、锗化硅或者任意其他适于用于太阳能电池的半导体材料。本实施例中，第一型晶态半导体层11为晶态硅。
抗反射层10形成于第一型晶态半导体层11的顶面。抗反射层10例如可为二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、氟化镁、氢化非晶半导体、氢化碳化硅、氧化铟锡、氧化锌、或其他任意透明材料。其厚度例如100－2000埃(?)。本实施例中，抗反射层10为800埃的氮化硅层。
第一未掺杂非晶半导体层12b及第二未掺杂非晶半导体层13b位于第一型晶态半导体层11的底面。也就是说，第一未掺杂非晶半导体层12b及第二未掺杂非晶半导体层13b与抗反射层10分别位于第一型晶态半导体层11相对的两个表面上。第一型晶态半导体层11例如可为硅、碳化硅、锗、锗化硅或者任意其他适于用于太阳能电池的半导体材料。本实施例中，其为非晶硅。第一未掺杂非晶半导体层12b及第二未掺杂非晶半导体层13b的厚度例如可为10埃到1000埃之间，本实施例中，第一未掺杂非晶半导体层12b及第二未掺杂非晶半导体层13b的厚度为100埃。此外，本实施例中，第一未掺杂非晶半导体层12b及第二未掺杂非晶半导体层13b位于同一平面内，但相互之间被一间隙隔开。第一未掺杂非晶半导体层12b及第二未掺杂非晶半导体层13b还可以是碳化硅、锗化硅、锗或者任意其他非晶未掺杂半导体。
第二型非晶半导体层12a及第一型非晶半导体层13a分别形成在第一未掺杂非晶半导体层12b及第二未掺杂非晶半导体层13b的底面上。第二型可为P型或者N型，本实施例中，第二型为P型。第二型非晶半导体层12a及第一型非晶半导体层13a可位于同一平面内，但相互之间被一间隙隔开。第二型非晶半导体层12a及第一型非晶半导体层13a的厚度可介于10埃到10000埃之间。
第一背电极141及第二背电极142分别形成在第二型非晶半导体层12a及第一型非晶半导体层13a的底面。第一背电极141及第二背电极142例如可由银胶形成，其厚度例如可介于100埃到5微米之间。
在上述太阳能电池100中，所有的电极均位于太阳能电池的背面，光线可从整个抗反射层10入射，因此光线的利用效率得以提高。而且第一未掺杂非晶半导体层12b及第二未掺杂非晶半导体层13b可采用离子注入的办法在较厚的非晶半导体层中注入形成，制程易于控制，其品质可以得到保证。
以下将结合附图进一步说明太阳能电池100的制造方法：
请参阅图2，首先在第一型晶态半导体层11的顶面上沉积抗反射层（anti-reflection film, ARC）10。其沉积方法可包括等离子体辅助化学气相沉积（Plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD）、溅镀(sputtering)、化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）或者物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD）。本实施例中，抗反射层10采用PECVD法，以硅烷、氨气及氮气作为反应气体沉积而成。
请参阅图3，接着，在第一型晶态半导体层11的底面上沉积未掺杂非晶半导体层102。非晶半导体层102可采用PECVD、溅镀、CVD或者PVD在第一型晶态半导体层11的底面上沉积而成。本实施例中，非晶半导体层102是以硅烷、氩气及氮气作为反应气体采用采用PECVD法沉积形成。
请参阅图4，在未掺杂非晶半导体层102沉积完成后，将未掺杂非晶半导体层102分隔成第一未掺杂非晶半导体层12及第二未掺杂非晶半导体层13。具体地，可采用第一掩膜15以蚀刻的方式在未掺杂非晶半导体层102中形成间隙120。第一未掺杂非晶半导体层12及第二未掺杂非晶半导体层13被间隙120隔开。上述蚀刻可为一般的离子蚀刻或者反应性离子蚀刻(reactive ion etching, RIE)。
继续参阅图5，在形成第一未掺杂非晶半导体层12及第二未掺杂非晶半导体层13之后，采用第二掩膜16保护第二未掺杂非晶半导体层13，在第一未掺杂非晶半导体层12中进行离子掺杂以形成第二型非晶半导体层12a。此处掺杂的离子为三族元素例如硼。具体的，可采用三氟化硼或者直接采用硼。注入能量可为10千电子伏特。且注入时将未完成的太阳能电池100置入炉子中加热至1000摄氏度30秒以活化注入离子。请参阅图8，其为不同的掺杂方式下掺杂浓度与掺杂深度之间的关系示意图。其中误差函数分布条件下，第二型非晶半导体层12a的底面处的掺杂浓度最高，然后随掺杂深度增加而逐渐降低；而高斯函数分布条件下，在第二型非晶半导体层12a与第一未掺杂非晶半导体层12b的界面处掺杂浓度最高，然后向两侧逐渐降低，且在深入至第一型晶态半导体层11的方向上降低速度较快。由图8可知，第一未掺杂非晶半导体层12b中并未完全没有进行掺杂，而是掺杂浓度相比于第二型非晶半导体层12a较低。然而，在另一实施例中，掺杂的深度小于第一未掺杂非晶半导体层12的厚度。
参阅图6，在形成第二型非晶半导体层12a后，采用第三掩膜17保护第二型非晶半导体层12a，在第二未掺杂非晶半导体层13中进行离子掺杂以形成第一型非晶半导体层13a。此处掺杂的离子为五族元素例如砷。注入能量可为10千电子伏特。且注入时将未完成的太阳能电池100置入炉子中加热至1000摄氏度30秒以活化注入离子。第一型非晶半导体层13a的掺杂浓度分布与第二型非晶半导体层12a相似，在此不再赘述。此外，可以理解，第二型非晶半导体层12a及第一型非晶半导体层13a的形成顺序还可以调换。
最后参阅图7及图9，最后，采用网版或者丝网18分别在型非晶半导体层12a及第一型非晶半导体层13a的底面印刷导电材料例如银胶。并在印刷后进行烧结以形成第一背电极141及第二背电极142从而得到太阳能电池100。烧结温度例如可为800摄氏度。第一未掺杂非晶半导体层12及第二未掺杂非晶半导体层13可为梳状电极，但本发明并不限于此。
在上述太阳能电池100的制造方法中，由于采用了成熟的离子注入工艺，易于控制品质且成本很低。而得到的太阳能电池100由于没有梳状电极的存在，整个抗反射层10均可用于入射光线，具有更高的光利用效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种背面接触式异质射极太阳能电池，其包括：
第一型晶态半导体层；
形成于该第一型晶态半导体层的一个顶面的抗反射层；
形成于该第一型晶态半导体层的一个底面且相互分离的第一非晶态半导体层及第二非晶态半导体层；
该第一非晶态半导体层及第二非晶态半导体层的底面上分别具有第二型非晶半导体层及第一型非晶半导体层；
该第二型非晶半导体层及第一型非晶半导体层的底面上分别具有第一背电极与第二背电极。
2.一种背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括：
在一个第一型晶态半导体层的一个顶面上形成抗反射层；
在该第一型晶态半导体层的一个底面上形成未掺杂非晶半导体层；
在该未掺杂非晶半导体层中形成间隙以形成相互分离的第一未掺杂非晶半导体层及第二未掺杂非晶半导体层；
在该第一未掺杂非晶半导体层中进行离子注入以形成第二型非晶半导体层；
在该第二未掺杂非晶半导体层中进行离子注入形成第一型非晶半导体层；
分别在该第二型非晶半导体层及该第一型非晶半导体层底面形成第一背电极及第二背电极。
3.如权利要求2所述的背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，该抗反射层及该未掺杂非晶半导体层是以等离子体辅助化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积或者溅镀形成。
4.如权利要求3所述的背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，该抗反射层是以等离子体辅助化学气相沉积形成，所使用的反应气体包括硅烷、氨气及氮气。
5.如权利要求3所述的背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，该未掺杂非晶半导体层是以等离子体辅助化学气相沉积形成，所使用的反应气体包括硅烷、氩气及氮气。
6.如权利要求2所述的背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，该离子注入的能量为10千电子伏特。
7.如权利要求6所述的背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，在注入之后加热至1000摄氏度30秒。
8.如权利要求2所述的背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，该离子注入的深度小于该未掺杂非晶半导体层的厚度。
9.如权利要求2所述的背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，形成该第一背电极及该第二背电极的步骤包括印刷及烧结。
10.如权利要求2所述的背面接触式异质射极太阳能电池的制造方法，其特征在于，该间隙是以蚀刻的方式形成。
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|---|---|---|---|
| CN 201110141148 CN102800714A (zh) | 2011-05-27 | 2011-05-27 | 一种背面接触式异质射极太阳能电池及其制造方法 |
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| CN 201110141148 CN102800714A (zh) | 2011-05-27 | 2011-05-27 | 一种背面接触式异质射极太阳能电池及其制造方法 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105470322A (zh) * | 2014-09-12 | 2016-04-06 | 英属开曼群岛商精曜有限公司 | 太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能电池的制作方法 |
| TWI565085B (zh) * | 2015-01-08 | 2017-01-01 | 茂迪股份有限公司 | 背接觸太陽能電池的製造方法 |
| JP2018073969A (ja) * | 2016-10-28 | 2018-05-10 | 株式会社アルバック | 太陽電池の製造方法 |
| JP2020170830A (ja) * | 2019-04-05 | 2020-10-15 | 株式会社アルバック | ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法、及びＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池 |
-
2011
- 2011-05-27 CN CN 201110141148 patent/CN102800714A/zh active Pending
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121128 |