CN102832263B - 具有背电场结构的太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有背电场结构的太阳能电池及其制造方法，所述电池包含：晶片、介电层、多个背电场结构、金属阻障层以及导电胶层。本发明制造方法的改良主要在于，在形成该导电胶层之前，先在该介电层表面形成该金属阻障层，且其材料为银、钼、钛钨合金、钨、钛、铬、钼钨合金、铂、金、镍或上述的任一组合的合金。通过该金属阻障层作为介电层的表面屏障，可以防止烧结过程该导电胶层的材料扩散进入该介电层，进而避免导电胶对该介电层造成损害，使介电层具有良好品质及良好的降低载流子复合速率的功效，能提升电池转换效率。

Description

具有背电场结构的太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法，特别是涉及一种具有背电场结构的太阳能电池及其制造方法。

背景技术

参阅图1，为一种已知太阳能电池1的制造流程示意图，在此先说明该太阳能电池1的结构(请参考图1的最后一图)，主要包含：晶片11、介电层12、多个形成于该晶片11的局部部位的背电场结构13(local back surface field，简称LBSF)，以及金属胶层14。

其中，该晶片11用于将光能转换成电能，并包括p型硅基板、形成于该基板上的n型射极层以及抗反射膜等膜层。该介电层12形成于该晶片11的背面111，用于降低载流子在该晶片11表面复合(recombination)的速率，提升太阳能电池1的效率。所述介电层12具有多个贯穿的穿槽121，所述背电场结构13对应所述穿槽121而形成于晶片11背面111处，其为载流子浓度大于该p型硅基板的载流子浓度的p型半导体层，利用其电场作用阻止电子朝该晶片11的背面111方向移动，使电子被收集于该晶片11的n型射极层，以提升转换效率。而该金属胶层14是由铝胶干燥形成，位于该介电层12的表面且局部伸入介电层12的穿槽121，进而与该晶片11的背面111接触形成电连接，通过金属胶层14将该晶片11产生的电能输送到外部。

该太阳能电池1在制作上，是先在该晶片11的背面111形成一层完整的介电层12，并将该介电层12的局部蚀刻移除而形成穿槽121，再利用丝网印刷方式将铝胶涂布在该介电层12表面以形成该金属胶层14。接着烧结该晶片11，铝会扩散进入该晶片11中，使该晶片11的局部形成由铝-硅混合材料形成的背电场结构13。

然而，由于铝胶直接涂布在该介电层12表面，在高温烧结过程中，铝胶材料也会扩散、侵蚀该介电层12，导致介电层12的结构被破坏，而且铝胶除了以铝为主要成分外，还包含许多不同成分，例如其中的玻璃材质也容易与该介电层12产生反应，因而影响该介电层12的品质及功能，使转换效率下降。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种介电层品质良好，能提升转换效率的具有背电场结构的太阳能电池及其制造方法。

用于解决问题的方案

本发明具有背电场结构的太阳能电池，包含：一个晶片、一个介电层以及多个背电场结构；该晶片用于将光能转换成电能，并包括一个入光面以及一个相反于该入光面的背面；该介电层包括一个朝向该晶片的背面的第一面、一个相反于该第一面的第二面，以及多个贯穿该第一面及第二面的穿槽；所述背电场结构分别对应所述穿槽而位于该晶片的背面处；其特征在于，该具有背电场结构的太阳能电池还包含：

一个披覆在该介电层的第二面的金属阻障层，以及一个导电胶层；该金属阻障层具有多个分别对应且连通该介电层的穿槽的穿孔，该金属阻障层的材料为银、钼、钛钨合金、钨、钛、铬、钼钨合金、铂、金、镍或上述的任一组合的合金；该导电胶层包括一个位于该金属阻障层的表面的表层部，以及多个彼此间隔并自该表层部朝所述穿孔及穿槽突伸且接触所述背电场结构的导电接触部。

本发明具有背电场结构的太阳能电池，该导电胶层的材料为铝或铝金。

本发明具有背电场结构的太阳能电池，该介电层的材料为氧化物、氮化物或氧化物与氮化物的复合材料。

本发明具有背电场结构的太阳能电池，该金属阻障层的厚度为10nm～10μm。

本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，包含下述步骤：(A)准备一个用于将光能转换成电能的晶片，并且在该晶片的一个背面形成一个介电层；其特征在于，该制造方法还包含下述步骤：

(B)在该介电层的表面形成一个金属阻障层，所述金属阻障层的材料为银、钼、钛钨合金、钨、钛、铬、钼钨合金、铂、金、镍或上述的任一组合的合金；

(C)在该金属阻障层的表面披覆一层导电胶，并使该导电胶的部分材料进入该金属阻障层及该介电层；

(D)对该晶片施以热处理，使该导电胶固化成为一个导电胶层，而且在热处理过程中，该导电胶位于该介电层中的材料经由该晶片的背面扩散进入该晶片，使该晶片形成多个位于该背面处的背电场结构。

本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，还包含一个位在步骤(B)及步骤(C)之间的步骤(E)，在该介电层上形成多个穿槽及在该金属阻障层上形成多个分别对应所述穿槽的穿孔；在步骤(C)中，该导电胶的部分材料填充于所述穿槽及穿孔；步骤(D)形成的背电场结构对应所述穿槽的位置。

本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，该步骤(E)是利用激光烧蚀方式，或涂布蚀刻胶以移除该介电层及该金属阻障层的局部部位，进而形成所述穿槽及穿孔。

本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，该步骤(C)是在披覆该导电胶之后，利用激光焊接方式作局部焊接，使该导电胶的部分材料扩散进入该金属阻障层及该介电层。

本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，该步骤(B)是利用真空镀膜方式披覆该金属阻障层，步骤(C)是利用丝网印刷或喷墨印刷方式将该导电胶涂布在该金属阻障层的表面。

发明的效果

本发明的有益效果在于：通过在制作该导电胶层之前，先形成该金属阻障层作为介电层表面的屏障，可以防止烧结过程该导电胶材料扩散进入该介电层，进而避免导电胶对该介电层造成损害，使介电层具有良好品质及良好的降低载流子复合速率的功效，能提升电池转换效率。

附图说明

图1是一种已知太阳能电池的制造流程示意图；

图2是剖视示意图，显示本发明具有背电场结构的太阳能电池的较佳实施例；

图3是流程方块图，显示本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法的第一较佳实施例；

图4是该第一较佳实施例各步骤进行时的流程示意图；

图5是流程示意图，显示本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法的第二较佳实施例。

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，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图2，本发明具有背电场结构的太阳能电池的第一较佳实施例包含：晶片2、介电层3、多个背电场结构4、金属阻障层5以及导电胶层6。

该晶片2用于将光能转换成电能，并包括入光面21以及相反于该入光面21的背面22。该晶片2实际上包括一个具有该背面22的基板23、形成于该基板23上的射极层以及抗反射膜等膜层，本实施例的基板23为p型硅基板23，该射极层为n型射极层。由于该晶片2非本发明的改良重点，在此不详细说明，而且本发明实施时不须限制该晶片2的具体结构及层体数量，因为可以视太阳能电池的需求而增添不同功能的膜层，图2只以一层膜层示意基板23上的所有膜层。

该介电层3位于该晶片2的背面22，并包括朝向该晶片2的背面22的第一面31、相反于该第一面31的第二面32以及多个贯穿该第一面31及第二面32的穿槽33，该介电层3的材料为氧化物、氮化物等介电材料，或氧化物与氮化物的复合材料，例如：SiO_x、SiN_x、Al₂O₃，或者复合层例如SiO₂/SiN_x，Al₂O₃/SiN_x。该介电层3用于填补、降低表面缺陷，进而降低载流子在该晶片2的背面22复合(recombination)的速率，提升电池的转换效率。

所述背电场结构4对应所述穿槽33而形成于晶片2的背面22处，本实施例的背电场结构4为铝硅(Al-Si)混合材料，其为载流子浓度大于p型硅基板23的载流子浓度的p型半导体层(一般又称为p+层)，利用其电场作用阻挡电子朝该晶片2的背面22方向移动，使电子被收集于该晶片2的n型射极层，因此通过背电场结构4能提升载流子收集效率及转换效率。

需要说明的是，当晶片2的基板23为n型基板时，该背电场结构4就必需为载流子浓度大于该基板23的载流子浓度的n型半导体层(n+层)。

该金属阻障层5披覆在该介电层3的第二面32，而且具有多个分别对应且连通该介电层3的穿槽33的穿孔51，该金属阻障层5的厚度约为10纳米(nm)～10微米(μm)，可提供良好的保护介电层3的效果，以及良好的导电性及光反射作用。该金属阻障层5的材料为银(Ag)、钼(Mo)、钛钨合金(TiW)、钨(W)、钛(Ti)、铬(Cr)、钼钨合金(MoW)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)或上述的任一组合，这些材质的选用，主要在于使该金属阻障层5形成可导电的致密薄膜。

本实施例的导电胶层6的材质为铝或铝合金，所述铝合金例如银铝合金、铝硅合金但不限于此，并包括一个位于该金属阻障层5的表面且厚度约为10μm～50μm的表层部61，以及多个彼此间隔并自该表层部61朝所述穿孔51及穿槽33突伸的导电接触部62，所述导电接触部62接触背电场结构4而形成电连接。

参阅图2、3、4，本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法的第一较佳实施例，包含：

(1)进行步骤71：利用例如蒸镀或溅镀等真空镀膜方式，在该晶片2的背面22镀上一层连续完整的介电层3，其材质如前述，为氧化物薄膜、氮化物薄膜或氧化物与氮化物的复合材料。当然，该晶片2也可以事先制作有所需要的层体，例如必需利用扩散制程在该p型的硅基板23上形成n型射极层，以及利用真空镀膜方式形成抗反射膜等步骤，但由于晶片2本身的制程非本发明的改良重点，所以不再说明。

(2)进行步骤72：利用例如蒸镀或溅镀等真空镀膜方式，在该介电层3的第二面32披覆该金属阻障层5，其材料如前述为金属材质，在此不再说明。

(3)进行步骤73：在该介电层3上形成所述穿槽33及在该金属阻障层5上形成所述穿孔51，此步骤可以利用激光烧蚀(laserablation)方式，对该金属阻障层5的局部部位照射激光，接着使该金属阻障层5的照光部位及该介电层3的对应部位被蚀刻移除而形成所述穿孔51及穿槽33。或者可以利用丝网印刷机将具有蚀刻能力的蚀刻胶(etching paste)涂布在该金属阻障层5的局部表面上，再利用水洗方式或相对应的蚀刻液将蚀刻胶清洗移除后，即可使该金属阻障层5的局部部位及该介电层3的对应部位一并蚀刻移除而形成所述穿孔51及穿槽33。

(4)进行步骤74：在该金属阻障层5的表面披覆一层导电胶6’，本实施例的导电胶6’为膏液状的铝胶，可以利用丝网印刷(screen printing)或喷墨印刷(ink-jet printing)方式涂布形成，而且导电胶6’的部分材料也会流动填充于所述穿孔51及穿槽33而成为该导电胶层6的导电接触部62。

(5)进行步骤75：对该晶片2施以热处理(heat treatment)，使该导电胶6’干燥固化成为该导电胶层6。本实施例所述热处理，其具体方式为高温烧结(firing)，而且在热处理过程中，位于穿槽33中的导电胶6’内的铝经由该晶片2的背面22扩散进入晶片2内部，铝掺杂于该晶片2的基板23中而与基板23的硅化合，使该晶片2在该背面22处且对应于穿槽33的位置形成所述背电场结构4。

所述导电胶层6的导电接触部62可以为长条状、点状或其它形状，当然，形成前述穿槽33及穿孔51时必需制作出预定的形状，使导电接触部62也具有预定形状。

本发明通过在制作该导电胶层6之前，先形成该金属阻障层5作为介电层3表面的屏障，通过该金属阻障层5选用特定材质，使其形成致密薄膜，可以防止烧结过程中该导电胶6’的材料扩散进入该介电层3，避免导电胶6’对该介电层3造成损害，使介电层3具有良好品质及良好的降低载流子复合速率的功效，能提升电池的短路电流、开路电压，进而提升转换效率。需要说明的是，由于该金属阻障层5是以铝之外的金属制成，并且选用不易与该介电层3反应的材料，因此该金属阻障层5不会对该介电层3造成破坏。

而且本发明以金属材质制成该金属阻障层5，目的在于利用金属的导电性，使该介电层3的表面形成有可导电的金属膜，如此一来，比起使用无法导电的阻障层，本发明可导电的金属阻障层5能与该导电胶层6配合，提升电池的导电特性，进而提升电能输出效果。此外，该金属阻障层5具有良好的光反射效果，可以增加电池背面长波段的反射，将部分直接通过该晶片2而未被利用的光线再度反射回该晶片2使用，可提升光线利用率、有效地增益电流、提升光电转换效率。

参阅图2、5，本发明具有背电场结构的太阳能电池的制造方法的第二较佳实施例，同样用于制作图2的太阳能电池，但本实施例的步骤改良主要在于：当该介电层3及该金属阻障层5形成后，先不形成所述穿槽33及穿孔51，而是直接在连续完整的金属阻障层5的表面披覆该导电胶6’，并利用激光焊接方式作局部焊接，其具体方式是利用激光照射该导电胶6’的预定部位，导电胶6’的照光部位形成高温，该部位的材料会扩散进入该金属阻障层5及该介电层3，进而使该金属阻障层5形成所述穿孔51，并使该介电层3形成所述穿槽33。最后同样利用高温烧结的热处理，即可形成所述背电场结构4。

Claims (10)

1.一种具有背电场结构的太阳能电池，包含：一个晶片、一个介电层以及多个背电场结构；该晶片用于将光能转换成电能，并包括一个入光面以及一个相反于该入光面的背面；该介电层包括一个朝向该晶片的背面的第一面、一个相反于该第一面的第二面，以及多个贯穿该第一面及第二面的穿槽；所述背电场结构分别对应所述穿槽而位于该晶片的背面处；其特征在于，该具有背电场结构的太阳能电池还包含：

一个披覆在该介电层的第二面的金属阻障层，以及一个导电胶层；该金属阻障层具有多个分别对应且连通该介电层的穿槽的穿孔，该金属阻障层的材料为银、钼、钨、钛、铬、铂、金、镍或上述材料的任意组合的合金；该导电胶层包括一个位于该金属阻障层的表面的表层部，以及多个彼此间隔并自该表层部朝所述穿孔及穿槽突伸且接触所述背电场结构的导电接触部。

2.根据权利要求1所述的具有背电场结构的太阳能电池，其特征在于，该导电胶层的材料为铝或铝合金。

3.根据权利要求1所述的具有背电场结构的太阳能电池，其特征在于，该介电层的材料为氧化物、氮化物或氧化物与氮化物的复合材料。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有背电场结构的太阳能电池，其特征在于，该金属阻障层的厚度为10nm～10_μm。

5.一种具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，包含下述步骤：准备一个用于将光能转换成电能的晶片，并且在该晶片的一个背面形成一个介电层；其特征在于，该制造方法还包含下述步骤：

在该介电层的表面形成一个金属阻障层，所述金属阻障层的材料为银、钼、钨、钛、铬、铂、金、镍或上述材料的任意组合的合金；

在该金属阻障层的表面披覆一层导电胶，并使该导电胶的部分材料进入该金属阻障层及该介电层；

对该晶片施以热处理，使该导电胶固化成为一个导电胶层，而且在热处理过程中，该导电胶位于该介电层中的材料经由该晶片的背面扩散进入该晶片，使该晶片形成多个位于该背面处的背电场结构。

6.根据权利要求5所述的具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该制造方法还包含在该介电层上形成多个穿槽及在该金属阻障层上形成多个分别对应所述穿槽的穿孔；该导电胶的部分材料填充于所述穿槽及穿孔；形成的背电场结构对应所述穿槽的位置。

7.根据权利要求6所述的具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，其特征在于，是利用激光烧蚀方式，或涂布蚀刻胶以移除该介电层及该金属阻障层的局部部位，进而形成所述穿槽及穿孔。

8.根据权利要求5所述的具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，其特征在于，是在披覆该导电胶之后，利用激光焊接方式作局部焊接，使该导电胶的部分材料扩散进入该金属阻障层及该介电层。

9.根据权利要求5至8项中任一项所述的具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，其特征在于，是利用真空镀膜方式披覆该金属阻障层，是利用丝网印刷或喷墨印刷方式将该导电胶涂布在该金属阻障层的表面。

10.根据权利要求9所述的具有背电场结构的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该金属阻障层的厚度为10nm～10μm。