CN102842638B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：提供一基板；将一第一钝化层形成于基板；将一第一导电材料间隔形成于第一钝化层；将一第二钝化层形成于第一钝化层；以及将一第二导电材料形成于第一导电材料及第二钝化层，使间隔的第一导电材料彼此连接。本发明还揭露一种利用上述的制造方法所制成的太阳能电池。本发明利用钝化层及局部背面电场以提升太阳能电池的光电转换效率及产品的可靠度与良率，同时可不需使用高成本的雷射机台设备，因而不具有雷射机台成本昂贵、不利于大量化的生产的缺点，进而能达到降低生产成本，并提高生产效率的功效。

Description

太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明关于一种太阳能电池及其制造方法。

背景技术

近年来太阳能电池技术迅速发展，太阳能电池正逐渐成为石化燃料的替代能源。各式太阳能电池的种类非常多，主要可分为硅基太阳能电池、化合物半导体太阳能电池及有机太阳能电池等三种。其中，硅基太阳能电池的基本架构可分为P-N二极管(PN Diode)、抗反射层(Antireflection layer)、和正面电极(Front contact electrode)、及背面电极(Back contact electrode)等四个部份。

在太阳能电池的发展过程中，为了降低太阳能电池的成本，硅基板厚度不断薄化，但也因而产生了一些问题。其中一个问题为，对于较薄的太阳能电池而言，背面载子的复合现象对电池性能的影响变得十分重要。

在上述基本结构的基础下，公知技术可通过钝化层(Passivation layer)及背面电场(Back surface field，BSF)的作用，避免电池背面载流电子的复合效应使得电池效率降低，进而提升太阳能电池的光电转换效率。详细而言，在太阳能电池的正面或背面设置钝化层，可降低电池表面载子的复合速度，达到提高光电流的作用，甚至还具有保护太阳能电池，防刮伤、防湿气等功效。而在电池背面涂上铝胶，铝胶除了可作为电池的背面电极外，高温烧结后还可作为背面电场，以增加表面载子的收集效率。

另一种公知的、依据上述方式进行改良的公知技术包括雷射剥蚀法(Laserablation)及雷射烧结电极法(Laser-fired contacts，LFC)。为了形成局部的背面电场(Local BSF)，上述方法在电池背面设置一钝化层或一钝化层与一铝金属层，再利用雷射光在钝化层或钝化层与铝金属层上穿孔打洞，最后使铝金属穿过孔洞而与硅基板形成局部接触。如此一来即可有效降低铝背面电场与硅基板间的表面载子复合效应，同时局部的接触还可避免铝胶烧结后造成的翘曲及破片现象。

然而，雷射光机台设备的成本昂贵，且不利于大规模的量化生产，其虽提高了太阳能电池的光电转换效率，但却反而增加了太阳能电池的制造成本。

因此，如何提供一种太阳能电池及其制造方法，其在提升太阳能电池的光电转换效率以及产品的可靠度与良率的同时，还可不需使用高成本的雷射机台设备，进而能达到降低生产成本，并提高生产效率的功效，已成为太阳能制造产业的焦点课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能电池及其制造方法，其在提升太阳能电池的光电转换效率以及制程的可靠度与良率的同时，还可不需使用高成本的雷射机台设备，进而能达到降低生产成本，并提高生产效率的功效。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本发明的一种太阳能电池的制造方法包括以下步骤：提供一基板；将一第一钝化层形成于基板；将一第一导电材料间隔形成于第一钝化层；将一第二钝化层形成于第一钝化层；以及将一第二导电材料形成于第一导电材料及第二钝化层，以连接间隔的第一导电材料。

另外，本发明还提供另一种太阳能电池的制造方法，其包括以下步骤：提供一基板；将一第一钝化层形成于基板；将一第二钝化层形成于第一钝化层；将一第一导电材料间隔形成于第二钝化层；以及将一第二导电材料形成于第一导电材料及第二钝化层，以连接间隔的第一导电材料。

在一实施例中，第一钝化层与第二钝化层的材料成分相同。

在一实施例中，第一钝化层的厚度小于第二钝化层的厚度。

在一实施例中，第一钝化层与第二钝化层的材料成分不同。较佳地，第一钝化层材料的抗穿透性低于第二钝化层材料的抗穿透性。钝化层可为介电质材料，例如硅氧化物、氮硅化物、非晶硅、碳化硅，以及氧化铝等材料。较佳地，第一钝化层的材料成分为硅氧化层，第二钝化层的材料成分为氮硅化层。

在一实施例中，第一导电材料与第二导电材料的材料成分不同。当第一导电材料及第二导电材料为糊状物或胶状物时，同时烧结第一导电材料及第二导电材料，使第一导电材料烧结后穿透第一钝化层及第二钝化层而同时与基板及第二导电材料连接，且第二导电材料烧结后不穿透第一钝化层而不与基板连接；当第一导电材料为糊状物或胶状物，第二导电材料为金属固状物时，在形成第一导电材料后，烧结第一导电材料，使第一导电材料烧结后穿透第一钝化层及第二钝化层而可同时与基板及第二导电材料连接。其中，当第一导电材料及第二导电材料为糊状物或胶状物时，第一导电材料的穿透性高于第二导电材料的穿透性。其中，当第一导电材料为糊状物或胶状物，第二导电材料为金属固状物时，第二导电材料在第一导电材料金属化后以溅镀、蒸镀或电镀的方式形成于第一导电材料及第二钝化层。

在一实施例中，第一钝化层设置在基板的一背面，且制造方法还包括以下步骤：在烧结步骤前，将一第三导电材料形成在基板的一正面，使烧结步骤同时烧结第一导电材料、第二导电材料及第三导电材料，或同时烧结第一导电材料及第三导电材料。

另外，依据本发明如上述任一项所载的制造方法所制成的太阳能电池亦一并揭露。

承上所述，本发明的太阳能电池及其制造方法，通过第一钝化层、第一导电材料、第二钝化层及第二导电材料的设置，使得第一导电材料及第二导电材料经高温烧结后，仅有第一导电材料局部接触基板，而达到形成局部背面电场的目的。与公知相较，本发明利用钝化层及局部背面电场以提升太阳能电池的光电转换效率及产品的可靠度与良率，同时可不需使用高成本的雷射机台设备，因而不具有雷射机台成本昂贵、不利于大量化的生产等缺点，进而能达到降低生产成本，并提高生产效率的功效。

此外，通过第一钝化层及第二钝化层的成分、厚度，配合第一导电材料及第二导电材料的成分变化态样，可使得制成的太阳能电池具有较佳的可靠度及良率，甚至还能提升太阳能电池的性能。

附图说明

图1是依据本发明第一优选实施例的一种太阳能电池的制造方法的步骤流程图；

图2是依据图1的制造方法制作太阳能电池时的流程剖面示意图；

图3是依据包括烧结步骤的太阳能电池的制造方法，制作太阳能电池时的剖面示意图；

图4及图5是本发明第一优选实施例的不同实施态样的制造方法的步骤流程图；

图6是依据本发明第一或第二优选实施例的制作方法制成的太阳能电池的剖面示意图；

图7是依据本发明第二优选实施例的一种太阳能电池的制造方法的步骤流程图；以及

图8是依据图7的制造方法制作太阳能电池时的流程剖面示意图。

主要元件符号说明：

1：太阳能电池

11：基板

12：第一钝化层

13：第一导电材料

14：第二钝化层

15：第二导电材料

16：第三导电材料

S10～S18、S17、S19、S20～S28：步骤

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种太阳能电池及其制造方法，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

图1是本发明第一优选实施例的一种太阳能电池的制造方法的步骤流程图，图2是依据图1的制造方法制作太阳能电池时的流程剖面示意图。须特别说明的是，图2中各结构的比例关系，为了方便显示及说明，故可能在实际结构的比例不符，在此仅作为参考而非为限制性者。请同时参考图1及图2所示，太阳能电池的制造方法包括步骤S10～S18。

步骤S10是提供一基板11。基板11的功用是作为太阳能电池中的PN二极管。其中，基板11可为非晶硅基板、单晶硅基板、多晶硅基板或砷化镓基板等，较佳地N型半导体层与P型半导体层之间还包含I型半导体层(PIN)。

步骤S12是将一第一钝化层12形成于基板11，形成第一钝化层12的方式可例如但不限于是化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等方式。第一钝化层12可降低电池表面载子的复合速度，达到提高光电流的作用，同时还具有保护太阳能电池，防刮伤、防湿气等功效。此外，在本实施例中，第一钝化层12的设置还具有隔离基板11的作用，将在之后的步骤中说明。

步骤S14为将一第一导电材料13间隔形成于第一钝化层12。第一导电材料13为含导电材质的材料，其可为导电的糊状物或胶状物，较佳地例如为一包含铝金属氧化物微粒、有机溶剂与有机结合剂以及玻璃粉的混合物，而玻璃粉的成分包含氧化物粉末(例如铅、铋、硅、锌等)。换言之，第一导电材料13的材料可以是一般所称的铝胶，并可利用例如但不限于网版印刷(Screenprinting)、涂布等方式设置，在干燥固化后形成于第一钝化层12。在此，第一导电材料13用以与基板11形成金属接触。

步骤S16是将一第二钝化层14形成于第一钝化层12。第二钝化层14如同第一钝化层12可例如但不限于以化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等方式形成，其作用亦与第一钝化层12相似。第一钝化层12与第二钝化层14的材料成分可为相同或不相同，其不同的变化态样及功效，将在后续段落详细说明。

步骤S18是将一第二导电材料15形成于第一导电材料13及第二钝化层14，其干燥固化后可连接间隔的第一导电材料13，而成为太阳能电池的背面电极，并且，第二导电材料15还可反射未被吸收的光子，故具有增进光源利用率的作用。第二导电材料15与第一导电材料13的材料成分可不相同，且可利用相同或不同的方式设置，其不同的变化态样及功效，将在后续段落详细说明。

在本实施例中，太阳能电池的制造方法可还包括一烧结步骤，用以烧结胶状或糊状的第一导电材料13及/或第二导电材料15。烧结步骤是去除材料中可挥发的溶剂，如图4的步骤流程图所示，本实施例中以在步骤S18完成后开始进行烧结步骤S19，在例如200～900℃的温度下烘烤烧结，以使第一导电材料13或第二导电材料15金属化。详言之，烧结步骤S19同时烧结第一导电材料13及第二导电材料15，使第一导电材料13烧结后穿透第一钝化层12而与基板11连接，且第二导电材料15烧结后不穿透第一钝化层12而不与基板11连接。

图3所示为依据包括烧结步骤的太阳能电池的制造方法，制作太阳能电池时的剖面示意图。如图3所示，在此，高温烧结后的第一导电材料13穿透第一钝化层12而与基板11部分接触，而形成局部背面电场，第二导电材料15经烧结后虽可能穿透部份第二钝化层14，但其不与基板11接触，因此，第一钝化层12与第二钝化层14在此还具有隔离第二导电材料15与基板11的功用。另需注意的是，在步骤S16中，将第二钝化层14形成于第一钝化层12的同时，也会将部分第二钝化层14形成于第一导电材料13，不过由于第二钝化层14相较第一导电材料13及第二导电材料15而言较薄，且第一导电材料13的表面粗糙，故第二钝化层14实质上并不会如图3所示完全覆盖住第一导电材料13，而不会造成第二导电材料15无法与第一导电材料13连接。再者，在后续烧结步骤S19中，实际上第一导电材料13不仅会穿透第一钝化层12，也会穿透第二钝化层14，因此，烧结后的第一导电材料13可同时与基板11及第二导电材料15部分接触。

钝化层通常由介电质材料构成，例如可为硅氧化物、氮硅化物、非晶硅、碳化硅，以及氧化铝等材料。在本实施例中，第一钝化层12与第二钝化层14可由不同的介电质材料形成，并且第一钝化层12材料的抗穿透性低于第二钝化层材料14的抗穿透性，举例而言，第一钝化层12的材料成分可为硅氧化层，第二钝化层14的材料成分可为氮硅化层。因此，虽第一钝化层12与第二钝化层14皆设置有烧结时具穿透性的导电材料，第二导电材料15却不会穿透第二钝化层14而仅有第一导电材料13可接触基板11，进而达成能形成局部背面电场的结构。

另外，在其它实施态样中，第一钝化层12与第二钝化层14也可由相同的介电质材料形成，惟为了同样能形成局部背面电场，第一钝化层12的厚度需小于第二钝化层14的厚度，以避免第二导电材料15穿透而接触到基板11。

当然，本实施例中的太阳能电池的制作方法，也可同时具有上述第一钝化层12材料的抗穿透性低于第二钝化层材料14的抗穿透性，以及第一钝化层12的厚度小于第二钝化层14的厚度的技术特征，以提升太阳能电池的制造良率及可靠度。较佳地，以第一钝化层12的材料成分为硅氧化层，第二钝化层14的材料成分为氮硅化层为例，硅氧化层的厚度可例如为10nm～50nm，氮硅化层的厚度可例如为70nm～140nm。

第一导电材料13与第二导电材料15的材料成分可相同也可不相同，在本实施例中两者的材料成分虽不相同但皆为一糊状或胶状物质，此物质为一包含导电金属微粒、有机溶剂与有机结合剂以及玻璃粉的混合物。第一导电材料13及第二导电材料15皆需透过步骤S19进行烧结而金属化。其中，第一导电材料13的穿透性可高于第二导电材料15的穿透性，使第二导电材料15还不易穿透第二钝化层14，并且还可以用较低的温度进行烧结，以避免造成对第二钝化层14的破坏。配合上述第一钝化层12及第二钝化层14的材料或厚度设计，能较佳地完成如图3所示的结构。具体而言，材料中若含有较多的玻璃粉成分，会使材料具有更强的穿透性，因此，第二导电材料15可掺杂比第一导电材料13较少的玻璃粉成分，而包含较多的导电金属成分，以在降低第二导电材料15穿透性的同时，也能提升其作为背面电极的导电率。

在另外实施态样中，第一导电材料13可同为糊状物或胶状物质，而第二导电材料15则可变更为金属固状物。意即，只有糊状或胶状的第一导电材料13需要经由烧结步骤而金属化，第二导电材料15则否。如此一来，则可如图5的步骤流程图所示，烧结步骤S17可在形成第二导电材料的步骤S18之前即进行，其仅烧结第一导电材料13，俾使第一导电材料13烧结后穿透第一钝化层12而与基板11连接。之后，再在已烧结而金属化的第一导电材料13及第二钝化层14形成第二导电材料15，形成后的第二导电材料15层可例如但不限于为一导电金属层，连接间隔设置的第一导电材料13而形成太阳能电池的背面电极。值得强调的是，虽烧结步骤S17及S19在制造方法中的进行顺序不同，但最后经烧结步骤后形成的结构仍相同，两者同样具有如图3所示的剖面结构。

在此，第二导电材料15可以溅镀、蒸镀或电镀等等的方式形成，本发明并不限其形成方式。形成固状的第二导电材料15的用意在于，此种的第二导电材料15不须经固化烧结，因而不需考虑其烧结时会穿透钝化层而造成钝化层损坏的问题，故可达到提高制程良率的功效，同时，第二导电材料15为导电金属时，其导电率高于糊状或胶状的第二导电材料15，可提升太阳能电池的效率。

此外，如图6所示，其为依据本发明第一优选实施例的制作方法制成的太阳能电池1的剖面示意图。上述的第一钝化层12、第一导电材料13、第二钝化层14及第二导电材料15设置在基板11的背面，且在本实施例的另一实施态样中，在步骤S19或S17进行前还可还包括以下步骤：将一第三导电材料16形成于基板11的一正面。接着，依据上述第一导电材料13及第二导电材料15成分的不同变化态样，而可利用步骤S19同时烧结第一导电材料13、第二导电材料15及第三导电材料16，或者可利用步骤S17同时烧结第一导电材料13及第三导电材料16，以完成太阳能电池1的正面电极结构及背面电极结构的制作。在此，因烧结步骤仅需执行一次，故可简化整体制程。其中，第三导电材料16可例如但不限于为银胶等金属胶状物，其设置方式同样可例如但不限于网版印刷或涂布等方式。

图7为本发明第二优选实施例的一种太阳能电池的制造方法的步骤流程图，图8为依据图7的制造方法制作太阳能电池时的流程剖面示意图。如同图2，图8中各结构的比例关系，为了方便显示及说明，故可能在实际结构的比例不符，在此仅作为参考而非为限制性者。请同时参考图1、图2、图7及图8所示，本实施例中的制造方法包括步骤S20～S28，图1与图7的步骤差异在于，在第一优选实施例中，先进行形成第一导电材料13的步骤S14，再进行步骤S16以形成第二钝化层14，故第一导电材料13直接形成于第一钝化层12；而本实施例中是如图7所示，先形成第二钝化层14于第一钝化层12后(步骤24)，再将第一导电材料13形成于第二钝化层14(步骤26)。

简而言之，本实施例中的制造方法为依序在基板11的背面形成第一钝化层12(步骤22)及第二钝化层14(步骤24)后，再依序形成第一导电材料13(步骤26)、第二导电材料15(步骤28)，以及较佳地，在基板11的正面形成第三导电材料16。也就是说，本实施例中太阳能电池2的结构依序为第三导电材料16、基板11、第一钝化层12、第二钝化层14、第一导电材料13、最后则是第二导电材料15。之后的烧结步骤中，第一导电材料13会穿入第一钝化层12及第二钝化层14至与基板11连接，而第二导电材料15不会穿入第一钝化层12与第二钝化层14，只与第一导电材料13连接。并如同第一实施例所述，第三导电材料16可与第一导电材料13及第二导电材料15同时烧结，烧结后即可完成如图6中的太阳能电池结构。

与第一优选实施例相较，虽本实施例的步骤进行顺序与第一优选实施例不同，但最后经烧结步骤后形成的太阳能电池皆如图6，其结构与组件的连接关系不变，因此，上述第一优选实施例及其变化态样同样可适用在本实施例中。惟须注意的是，本实施例中的第一导电材料13及第二导电材料15的材料成分必不同，且在优选实施态样中，第一钝化层12及第二钝化层14的材料成分亦不同，第一钝化层12的钝化效果较好，而第二钝化层14则需配合第一导电材料13及第二导电材料15的材料成分来设置，使其可被第一导电材料13穿透但无法被第二导电材料15穿透，以作为屏障层隔离第二导电材料15，避免第二导电材料15接触到基板11。

本发明亦揭露一种利用上述的制造方法所制成的太阳能电池(如图6的太阳能电池1)。因太阳能电池(如图6的太阳能电池1)的详细结构及设置关系皆已在上述实施例、图式及实施态样中详细说明，故在此不再赘述。

综上所述，本发明的太阳能电池及其制造方法，通过第一钝化层、第一导电材料、第二钝化层及第二导电材料的设置，使得第一导电材料及第二导电材料经高温烧结后，仅有第一导电材料局部接触基板，而达到形成局部背面电场的目的。与公知相较，本发明利用钝化层及局部背面电场以提升太阳能电池的光电转换效率及产品的可靠度与良率，同时可不需使用高成本的雷射机台设备，因而不具有雷射机台成本昂贵、不利于大量化的生产等缺点，进而能达到降低生产成本，并提高生产效率的功效。

此外，通过第一钝化层及第二钝化层的成分、厚度，配合第一导电材料及第二导电材料的成分变化态样，可使得制成的太阳能电池具有较佳的可靠度及良率，甚至还能提升太阳能电池的性能。

以上所述仅是举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims (11)

1.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基板；

将一第一钝化层形成于所述基板；

将一第一导电材料间隔形成于所述第一钝化层；

将一第二钝化层形成于所述第一钝化层；

将一第二导电材料形成于所述第一导电材料及所述第二钝化层，以连接间隔的所述第一导电材料；以及

当所述第一导电材料及所述第二导电材料是糊状物或胶状物时，同时烧结所述第一导电材料及第二导电材料，使所述第一导电材料烧结后穿透所述第一钝化层及所述第二钝化层而同时与所述基板及所述第二导电材料连接，且所述第二导电材料烧结后不穿透所述第一钝化层而不与所述基板连接，当所述第一导电材料是糊状物或胶状物，所述第二导电材料是金属固状物时，在形成所述第一导电材料后，烧结所述第一导电材料，使所述第一导电材料烧结后穿透所述第一钝化层及所述第二钝化层而同时与所述基板及所述第二导电材料连接。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一钝化层与所述第二钝化层的材料成分相同。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一钝化层的厚度小于所述第二钝化层的厚度。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一钝化层与所述第二钝化层的材料成分不同。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述第一钝化层材料的抗穿透性低于所述第二钝化层材料的抗穿透性。

6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述第一钝化层的材料成分是硅氧化层，所述第二钝化层的材料成分是氮硅化层。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一导电材料与所述第二导电材料的材料成分不同。

8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，当所述第一导电材料及所述第二导电材料是糊状物或胶状物时，所述第一导电材料的穿透性高于所述第二导电材料的穿透性。

9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，当所述第一导电材料是糊状物或胶状物，所述第二导电材料是金属固状物时，所述第二导电材料在所述第一导电材料金属化后以溅镀、蒸镀或电镀的方式形成于所述第一导电材料及所述第二钝化层。

10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一钝化层设置在所述基板的一背面，所述制造方法还包括以下步骤：

在所述烧结步骤前，将一第三导电材料形成于所述基板的一正面，使所述烧结步骤同时烧结所述第一导电材料、所述第二导电材料及所述第三导电材料；或者使所述烧结步骤同时烧结所述第一导电材料及所述第三导电材料。

11.一种根据权利要求1至10任一项所述的制造方法所制成的太阳能电池。