CN102832270A - 太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池，包含基板，基板具有受光面与相对于受光面的背面，基板更包含设置于背面的多个沟槽，太阳能电池包含多个n型扩散区与多个p型扩散区，交错地设置于基板之背面与沟槽之表面。通过深入基板的沟槽，可以减少电子-空穴对在移动的过程中再结合的情形。一种太阳能电池的制作方法也在此揭露。通过沟槽的设计，使得n型扩散区与p型扩散区深入基板内部。如此一来，当电子-空穴对产生时，电子或是空穴可以用较短的路径进入对应的n型扩散区或是p型扩散区，有效减少了电子-空穴对在移动的过程中再一次地结合或是被半导体基板中的复合中心捕捉而消失的情形。

Description

太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明是有关于一种太阳能电池，且特别是有关于一种背接触式的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是利用材料的光电效应(photovoltaic effect)，将环境光能量直接转换成电能的元件。光线照在物质内部而产生导电载子增加的现象，称为光电效应。对半导体物质而言，当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子-空穴对，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被n型半导体和p型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部用电极连接起来，形成一个回路。
为了提高太阳能电池的光捕捉效率，背接触式(back-contact)的太阳能电池也逐渐受到重视。然而，相较于传统正负电极分别位于太阳能电池两侧，电子与空穴可以分别向两侧的正负导电层移动的情形，背接触式的太阳能电池由于正负电极均位于太阳能电池的背面，因此使得电子-空穴对的移动距离拉长，而令电子-空穴对在移动的过程中会容易地再结合或被半导体内许多复合中心(recombination center)捕捉而消逝。
发明内容
本发明的目的就是在提供一种具有沟槽的太阳能电池，用以降低电子-空穴对在移动过程中再结合或被捕捉的情形。
一种太阳能电池，包含具有受光面与相对于受光面的背面的基板，基板更包含设置于背面的多个沟槽，沟槽将背面分隔为多个第一接触区与多个第二接触区，第一接触区与第二接触区交错地设置。太阳能电池包含形成于受光面上的前面场，以及形成于前面场上的抗反射层。太阳能电池包含多个n型扩散区与多个p型扩散区，交错地设置于基板的背面，其中n型扩散区分别位于第一接触区及邻接其一侧的部分沟槽，p型扩散区分别位于第二接触区及邻接其一侧的另一部分沟槽。沟槽的深度至少为基板的厚度的一半，且第一接触区的宽度实质上等于第二接触区的宽度，所述的第一接触区与第二接触区的宽度实质上不小于沟槽的宽度。太阳能电池更包含设置于第一接触区的第一导电层与设置第二接触区的第二导电层，其中第一导电层与第二导电层为共平面设置。沟槽为相互平行地设置。沟槽垂直于第一接触区与第二接触区。第一接触区的两侧分别连接具有p型扩散区的p型沟槽与具有n型扩散区的n型沟槽，第二接触区的两侧分别连接具有p型扩散区的p型沟槽与具有n型扩散区的n型沟槽。
其中，该些沟槽的深度至少为该基板的厚度的一半。
其中，该些第一接触区的宽度等于该些第二接触区的宽度。
其中，该些第一接触区以及该些第二接触区的宽度不小于该些沟槽的宽度。
其中，更包含设置于该些第一接触区的多个第一导电层与设置于该些第二接触区的多个第二导电层，其中该些第一导电层与该些第二导电层为共平面设置。
其中，该些沟槽为相互平行地设置。
其中，该些沟槽垂直于该些第一接触区与该些第二接触区。
其中，该些第一接触区的两侧分别连接该些具有p型扩散区的p型沟槽与该些具有n型扩散区的n型沟槽，该些第二接触区的两侧分别连接该些具有p型扩散区的p型沟槽与该些具有n型扩散区的n型沟槽。
本发明的另一态样为一种太阳能电池的制作方法，包含提供基板，基板具有受光面与相对于受光面的一背面，接着形成多个沟槽于基板的背面，沟槽将背面分隔为多个第一接触区与多个第二接触区，第一接触区与第二接触区交错地设置。接着，形成多个n型扩散区于第一接触区及邻接其一侧的部分沟槽，以及形成多个p型扩散区于第二接触区及邻接其一侧的另一部分沟槽。接着，形成前面场于受光面上，以及形成抗反射层于前面场上。其中形成沟槽于基板的背面的步骤系利用雷射钻孔或是蚀刻完成。该些沟槽的深度至少为该基板的厚度的一半。太阳能电池的制作方法更包含形成第一导电层于第一接触区上以及形成第二导电层于第二接触区上，其中第一导电层与第二导电层为共平面设置。
其中，形成多个沟槽于该基板的该背面的步骤是利用激光钻孔或是蚀刻完成。
其中，该些沟槽的深度至少为该基板的厚度的一半。
其中，更包含形成多个第一导电层于该些第一接触区上以及形成多个第二导电层于该些第二接触区上，其中该些第一导电层与该些第二导电层为共平面设置。
通过沟槽的设计，使得n型扩散区与p型扩散区深入基板内部。如此一来，当电子-空穴对产生时，电子或是空穴可以用较短的路径进入对应的n型扩散区或是p型扩散区，有效减少了电子-空穴对在移动的过程中再一次地结合或是被半导体基板中的复合中心捕捉而消失的情形。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示本发明的太阳能电池一实施例的剖面图。
图2A至图2I分别绘示本发明的太阳能电池的制作方法一实施例于不同步骤的剖面图。
其中，附图标记：
100：太阳能电池
110：基板
112：受光面
114：背面
116：第一接触区
118：第二接触区
120：沟槽
122：n型沟槽
124：p型沟槽
130：前面场
140：抗反射层
150：n型扩散区
160：p型扩散区
162：p型材料层
164：屏蔽
170：第一导电层
180：第二导电层
d：深度
t：厚度
w1、w2：宽度
具体实施方式
以下将以图式及详细说明清楚说明本发明的精神，任何本领域技术人员在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
参照图1，其绘示本发明的太阳能电池一实施例的剖面图。太阳能电池100为一种背电极式的太阳能电池。太阳能电池100包含有基板110，基板110具有用以接收太阳光的一受光面112以及相对于受光面112的一背面114。换言之，受光面112与背面114分别位于基板110的相对两面。基板110更包含有设置于背面114的多个沟槽120，沟槽120将背面114分隔为多个第一接触区116以及多个第二接触区118，第一接触区116与第二接触区118为交错地设置，相邻的第一接触区116与第二接触区118之间通过沟槽120分离。沟槽120为相互平行地设置。沟槽120垂直于第一接触区116与第二接触区118。
太阳能电池100包含有形成于受光面112上的前面场130(front surfacefield；FSF)，其中前面场130可以为n型扩散层，用以帮助太阳能电池100收集更多的空穴，减少电子-空穴对再结合的损失。又因为基板110主要为硅材料，为了降低因光线反射造成的能量损耗，太阳能电池100更包含有形成于前面场130上的抗反射层140。抗反射层140的材料可以为氮化硅(SiN)或是二氧化钛(TiO2)等薄膜。抗反射层140(antireflection coating；ARC)上可以更设置有保护层，以保护太阳能电池100表面。
太阳能电池100包含多个n型扩散区150以及多个p型扩散区160，n型扩散区150与p型扩散区160为交错地设置于基板110的背面114。n型扩散区150分别位于第一接触区116以及邻接其一侧的部分沟槽120的表面，p型扩散区160分别位于第二接触区118以及邻接其一侧的另一部分沟槽120的表面。换言之，沟槽120又可以分为多个具有n型扩散区150的n型沟槽122与多个具有p型扩散区160的p型沟槽124，每一个n型沟槽122的两侧分别连接第一接触区116与第二接触区118，每一个p型沟槽124的两侧分别连接第二接触区118与第一接触区116，每一个第一接触区116的两侧分别连接n型沟槽122与p型沟槽124，每一个第二接触区118的两侧分别连接p型沟槽124与n型沟槽122。n型扩散区150分别位于第一接触区116及与其所邻接的n型沟槽122的表面，p型扩散区160位于第二接触区118及与其所邻接的p型沟槽124的表面。每一个n型扩散区150分布在邻接的第一接触区116与n型沟槽122的表面，每一个p型扩散区160分布在邻接的第二接触区118与p型沟槽124的表面。
太阳能电池100更包含有多个第一导电层170与多个第二导电层180，第一导电层170设置于第一接触区116，与n型扩散区150的一部分连接，第二导电层180设置于第二接触区118，与p型扩散区160的一部分连接。第一导电层170与第二导电层180为共平面设置。所述的导电层的材料可例如是能够电性导通的材料，可由透明导电氧化物(transparent conducting oxides，TCO)或薄金属构成。所述的透明导电氧化物可包括但不限制为氧化铟锡(ITO)、氧化锌铟(IZO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)或加钼氧化铟(IMO)等，而薄金属则包括银(Ag)、铝(Al)或其合金等。
通过沟槽120的设计，使得n型扩散区150与p型扩散区160深入基板110内部，并可以增加n型扩散区150与p型扩散区160的分布面积，以及增加n型扩散区150与p型扩散区160相对于电子-空穴对的接触面积。如此一来，当电子-空穴对产生时，电子或是空穴可以用较短的路径进入对应的n型扩散区150或是p型扩散区160，有效减少了电子-空穴对在移动的过程中再一次地结合或是被半导体基板110中的复合中心捕捉而消失的情形。
沟槽120的深度d至少为基板110的厚度t的一半，其中基板110的厚度实质上为165微米(μm)至200微米(μm)。第一接触区116的宽度w1实质上等于第二接触区118的宽度w1，第一接触区116与第二接触区118的宽度w1实质上不小于沟槽的宽度120w2。沟槽120的深度d、宽度w2与分布密度可以经由设计，以降低对于基板110的结构强度的影响。
参照图2A至图2I，其分别绘示本发明一实施例的太阳能电池的制作方法于不同步骤的剖面图。图2A为提供基板110，基板110具有受光面112以及相对于受光面112的背面114。图2A中可包含有粗糙化基板110的受光面112与背板114。
接着，图2B为形成多个沟槽120于基板110的背面114。沟槽120将基板110的背面114分隔为多个第一接触区116与多个第二接触区118，第一接触区116与第二接触区118为交错地设置。沟槽120可以利用物理方法，如雷射钻孔，或是化学方法，如蚀刻，形成在基板110上。
接着，图2C为在基板110的背面114与多个沟槽120表面上形成p型材料层162，形成p形材料层162的方法可以为离子布植例如是p型离子掺杂或扩散，或是沉积等方法。
接着，图2D为在第二接触区118上的p型材料层162上形成图案化屏蔽164，例如是图案化光阻层。
接着，图2E为进行蚀刻步骤，以移除未被图2D中的屏蔽164所覆盖的部分p型材料层162。此蚀刻步骤可以为湿蚀刻，其中蚀刻的溶液可以为氢氧化钾(KOH)溶液或是氢氧化钠(NaOH)等碱性溶液。然后移除屏蔽164
接着，图2F为将基板110送入具有n型材料气体的烤炉，以在基板110的受光面112形成n型扩散层作为前面场130，以及在基板110的背面114，未被p型材料层162覆盖的区域上形成n型扩散区150。此时烤炉的温度约在摄氏800度至摄氏880度之间。
接着，图2G为再一次升温烤炉的温度，使烤炉的温度上升至超过摄氏900度，以使得图2F中的p型材料层162扩散进入基板110，成为p型扩散区160。至此，n型扩散区150形成于第一接触区116及邻接其一侧的部分沟槽120的表面，p型扩散区160形成于第二接触区118及邻接其一侧的另一部分沟槽120的表面。n型扩散区150与p型扩散区160为交错地设置。
接着，图2H为形成抗反射层140于前面场130上。
最后，图2I为在第一接触区116上形成第一导电层170，以及在第二接触区118上形成第二导电层180。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点。通过沟槽的设计，使得n型扩散区与p型扩散区深入基板内部。如此一来，当电子-空穴对产生时，电子或是空穴可以用较短的路径进入对应的n型扩散区或是p型扩散区，有效减少了电子-空穴对在移动的过程中再一次地结合或是被半导体基板中的复合中心捕捉而消失的情形。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包含：
一基板，具有一受光面与相对于该受光面的一背面，该基板具有多个沟槽设置于该背面，该些沟槽将该背面分隔为多个第一接触区与多个第二接触区，该些第一接触区与该些第二接触区交错地设置；
一前面场，形成于该基板的该受光面上；
一抗反射层，形成于该前面场上；以及
多个n型扩散区与多个p型扩散区，交错地设置于该基板的该背面，其中该些n型扩散区分别位于该些第一接触区及邻接其一侧的部分该些沟槽的表面，该些p型扩散区分别位于该些第二接触区及邻接其一侧的另一部分该些沟槽的表面。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该些沟槽的深度至少为该基板的厚度的一半。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，该些第一接触区的宽度等于该些第二接触区的宽度。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，该些第一接触区以及该些第二接触区的宽度不小于该些沟槽的宽度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，更包含设置于该些第一接触区的多个第一导电层与设置于该些第二接触区的多个第二导电层，其中该些第一导电层与该些第二导电层为共平面设置。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该些沟槽为相互平行地设置。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该些沟槽垂直于该些第一接触区与该些第二接触区。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该些第一接触区的两侧分别连接该些具有p型扩散区的p型沟槽与该些具有n型扩散区的n型沟槽，该些第二接触区的两侧分别连接该些具有p型扩散区的p型沟槽与该些具有n型扩散区的n型沟槽。
9.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，包含：
提供一基板，该基板具有一受光面与相对于该受光面的一背面；
形成多个沟槽于该基板的该背面，该些沟槽将该背面分隔为多个第一接触区与多个第二接触区，该些第一接触区与该些第二接触区交错地设置；
形成多个n型扩散区于该些第一接触区及邻接其一侧的部分该些沟槽的表面；
形成多个p型扩散区于该些第二接触区及邻接其一侧的另一部分该些沟槽的表面；
形成一前面场于该受光面上；以及
形成一抗反射层于该前面场上。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，形成多个沟槽于该基板的该背面的步骤是利用激光钻孔或是蚀刻完成。
11.根据权利要求9所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，该些沟槽的深度至少为该基板的厚度的一半。
12.根据权利要求9所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，更包含形成多个第一导电层于该些第一接触区上以及形成多个第二导电层于该些第二接触区上，其中该些第一导电层与该些第二导电层为共平面设置。
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