CN102856328B - 太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池及其制作方法，该太阳能电池包括设于半导体基底第一表面的掺杂层、设于半导体基底第二表面的第一区的掺杂多晶硅层、设于半导体基底第二表面的第二区的掺杂区、以及覆盖掺杂多晶硅层与掺杂区表面的绝缘层。绝缘层暴露了部分掺杂多晶硅层与部分掺杂区，使掺杂多晶硅层与掺杂区经由绝缘层的开口分别连接于第一电极与第二电极。半导体基底与掺杂层具有第一掺杂类型，掺杂多晶硅层与掺杂区之其中一者具有第二掺杂类型，其中另一者则具有第一掺杂类型，且第二掺杂类型相反于第一掺杂类型。本发明可以提高太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制作方法，特别涉及一种具有高光电转换效率的太阳能电池及其制作方法。
背景技术
现今人类使用的能源主要来自于石油，但由于地球的石油资源有限，因此近年来对于替代能源的需求与日俱增，而在各式替代能源中，太阳能已成为目前最具发展潜力的绿色能源。
然而，受限于高制作成本、工艺工艺复杂与光电转换效率不佳等问题，太阳能电池的发展仍待进一步的突破。光电转换效率不佳的原因包括：设在太阳能电池前侧的金属电极会遮挡部分入射光线，以及掺杂元件的少数载子容易发生复合（recombination）等。因此，如何制作出具有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源产业最主要的发展方向之一。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种太阳能电池及其制作方法，通过太阳能电池中各掺杂元件与绝缘层相对位置的设计，可以提高太阳能电池的光电转换效率。
本发明公开一种太阳能电池，其包括一半导体基底、一掺杂层、一掺杂多晶硅层、一掺杂区、一绝缘层、至少一第一电极以及至少一第二电极。半导体基底具有第一表面与第二表面，其中第二表面具有第一区与第二区，且半导体基底具有一第一掺杂类型。掺杂层位于半导体基底的第一表面，并具有该第一掺杂类型。掺杂多晶硅层设置于半导体基底的第二表面上的第一区内，且暴露出半导体基底的第二表面的第二区。掺杂区设置于半导体基底的第二表面的第二区中，其中，掺杂多晶硅层与掺杂区之其中一者具有一第二掺杂类型，而掺杂多晶硅层与掺杂区之其中另一者具有该第一掺杂类型，且第二掺杂类型相反于第一掺杂类型。绝缘层覆盖了掺杂多晶硅层与掺杂区的表面，且具有至少一第一开口暴露出部分掺杂多晶硅层以及至少一第二开口暴露出部分掺杂区。第一电极设置于绝缘层表面，且经由第一开口连接于掺杂多晶硅层，而第二电极亦设置于绝缘层表面，且经由第二开口连接于掺杂区。
本发明还公开一种制作太阳能电池的方法，包括下列步骤。首先提供一半导体基底，其具有第一表面与第二表面，其中第二表面具有第一区与第二区，且半导体基底具有一第一掺杂类型。于半导体基底的第二表面的第一区上形成一掺杂多晶硅层，其暴露出半导体基底的第二表面的第二区。于暴露出的半导体基底的部分第二表面的第二区中形成至少一掺杂区，其中掺杂多晶硅层与掺杂区之其中一者具有一第二掺杂类型，而掺杂多晶硅层与掺杂区其中之另一者具有该第一掺杂类型，且第二掺杂类型相反于第一掺杂类型。然后形成一绝缘层，覆盖掺杂多晶硅层与掺杂区表面，绝缘层具有至少一第一开口暴露出部分掺杂多晶硅层以及至少一第二开口暴露出部分掺杂区。然后于绝缘层表面形成一金属层，其包括至少一第一电极与一第二电极，其中第一电极经由绝缘层的第一开口而与掺杂多晶硅层相接触，而第二电极经由绝缘层的第二开口而与掺杂区相接触。于半导体基底的第一表面形成一掺杂层覆盖第一表面上，其中掺杂层具有该第一掺杂类型。
由于本发明太阳能电池的掺杂多晶硅层作为射极或背表面电场，通过其多晶硅与半导体基底所形成的接面可以减少载子复合问题，进而提高光电转换效率。
附图说明
图1至图7为本发明太阳能电池的制作方法的第一实施例的流程示意图。
图8为本发明太阳能电池的第二实施例的结构剖面示意图。
图9至图13为本发明太阳能电池制作方法的第三实施例的工艺示意图。
图14为本发明太阳能电池的第四实施例的结构剖面示意图。
【主要附图标记说明】
10太阳能电池 12半导体基底
12a第一表面 12b第二表面
12c粗糙化结构 14掺杂层
16掺杂多晶硅层 18氧化层
20绝缘层 22第一电极
24第二电极 26第一区
28第二区 30抗反射层
32掺杂区 34第一开口
36第二开口 38第一绝缘层
40第二绝缘层 42第一次开口
44第二次开口 46第三次开口
48第四次开口 50网版印刷掩模
52金属层 54凹槽
56非晶硅层 58掺杂非晶硅层
具体实施方式
为使本领域普通技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的优选实施例，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1，图1为本发明太阳能电池的第一实施例的剖面示意图。本实施例中，本发明太阳能电池10为指叉式背接触（interdigitated back contact，IBC）太阳能电池，其包括一半导体基底12、一掺杂层14、一掺杂多晶硅层16、一掺杂区32、一绝缘层20、至少一第一电极22以及至少一第二电极24。其中，半导体基底12具有第一表面12a与第二表面12b，第一表面12a为受光面（light-receiving side），可视为太阳能电池10的前侧（front side），而第二表面12b相对于第一表面12a而设于半导体基底12的另一侧，可视为太阳能电池10的侧（rear side）。也就是说，上述二侧位于半导体基底12的不同侧且是相反侧。第二表面12b定义有第一区26与第二区28，如图1所示，第一区26与第二区28的图案大体上由左而右互相交错设置为范例，但不限于此。于其它实施例中，第一区26与第二区28也可分占半导体基底第二表面12b的左右二半边或具有其它合适的设置方式。掺杂层14位于半导体基底12的第一表面12a，且掺杂层14与半导体基底12具有相同极性的第一掺杂类型，掺杂层14的掺杂浓度优选高于半导体基底12的掺杂浓度，例如半导体基底12为轻掺杂，而掺杂层14为重掺杂，但不以此为限。掺杂多晶硅层16设于半导体基底12的第二表面12b上的第一区26内，暴露出半导体基底12的第二表面12b的第二区28，而掺杂区32设于半导体基底12的第二表面12b的第二区28之中。如图1所示，掺杂多晶硅层16位于第二表面12b上，而掺杂区32大体上位于半导体基底12的第二表面12b以下，例如，掺杂区32设于第二表面12b以下的半导体基底12中。掺杂多晶硅层16与掺杂区32由左而右两者交错间隔设置为范例。掺杂多晶硅层16与掺杂区32两者其中之一具有第一掺杂类型，而掺杂多晶硅层16与掺杂区32其中的另一者具有第二掺杂类型，且第二掺杂类型相反于第一掺杂类型，掺杂多晶硅层16与掺杂区32优选皆具有重掺杂浓度。绝缘层20设于半导体基底12的第二表面12b上，具有至少一第一开口34（图中显示三个第一开口34作为说明）与至少一第二开口36（图中显示二个第二开口36作为说明），分别暴露出部分掺杂多晶硅层16与部分掺杂区32。第一电极22设于绝缘层20的表面，通过第一开口34而与掺杂多晶硅层16接触，而第二电极24亦设于绝缘层20的表面，通过第二开口36而与掺杂区32接触。此外，第一电极22与第二电极24彼此互不相连接，两者其中之一用来作为太阳能电池10的正极，而另一者用来作为太阳能电池10的负极。因此，太阳能电池10的正负电极皆位于电池的背侧，亦即相反于受光侧第一表面12a的第二表面12b上。
在优选实施例中，绝缘层20为复合绝缘层，包括至少一第一绝缘层38与一第二绝缘层40，其中，第一绝缘层38覆盖于掺杂多晶硅层16表面，且具有至少一第一次开口42与至少一第二次开口44，第一次开口42暴露出部分掺杂多晶硅层16，而第二次开口44暴露出掺杂区32。第二绝缘层40覆盖了第一绝缘层38与部分掺杂区32，且具有至少一第三次开口46与至少一第四次开口48。其中，第三次开口46对应于第一次开口42，第四次开口48对应于第二次开口48，因此，第三次开口46暴露出部分掺杂多晶硅层16，而第四次开口48暴露出部分掺杂区32。由图1可知，第一绝缘层38的第一次开口42与第二绝缘层40的第三次开口46构成了绝缘层20的第一开口34，而第一绝缘层38的第二次开口44与第二绝缘层40的第四次开口48构成了绝缘层20的第二开口36。举例而言，本实施例中第一绝缘层38与第二绝缘层40包含不同的材料，优选地，第一绝缘层38所包含固定氧化电荷(或称为固定氧化层电荷或氧化层固定电荷，fixed oxide charge)的极性相反于第二绝缘层40所包含固定氧化电荷的极性，优选地，第一绝缘层38的固定氧化电荷的极性与掺杂多晶硅层16的掺杂极性相反，而第二绝缘层40的固定氧化电荷的极性与掺杂区32的掺杂极性相反，借此，第一绝缘层38与第二绝缘层40可分别对掺杂多晶硅层16和掺杂区32中的少数载子提供场效应钝化(field effect passivation)功能，避免少数载子的复合，但不限于此。在本实施例中，可通过选择第一绝缘层38与第二绝缘层40的材料来决定第一绝缘层38与第二绝缘层40的固定氧化电荷的极性。举例而言，欲使第一绝缘层38及第二绝缘层40之其中一者带有正型固定氧化电荷(positive fixed oxidecharge)时，可使用硅氧化物（SiOx）、氮硅化物（SiNx）、氮氧化硅(SiON)、氧化钇(YOx)、其它合适的材料、或上述至少二者的组合来制作，另一方面，则可使用氧化铝（AlOx）、氮化铝(AlNx)、氮氧化铝(aluminum oxynitride,AlON)、氟化铝(aluminum fluoride,AlFx)、氧化铪(hafnium oxide,HfOx)、氮掺杂的氧化铪(nitrogen-doped HfOx)、其它合适的材料、或上述至少二者的组合来制作第一绝缘层38及第二绝缘层40其中之另一者，以使其带有负型固定氧化电荷(negative fixed oxide charge)，但不以此为限。
本实施例的半导体基底12、掺杂层14、掺杂多晶硅层16、掺杂区32的掺杂类型的极性以及第一绝缘层38与第二绝缘层40的固定氧化电荷的极性举例说明如下。例如，在本发明的优选实施例中，半导体基底12为N型掺杂，掺杂层14为N+型掺杂，掺杂多晶硅层16为P+型掺杂，而掺杂区32为N+型掺杂（下文介绍本发明太阳能电池10制作方法的第一实施例亦以此设计为例来说明，如图1所示）。为了让第一绝缘层38与第二绝缘层40能提供场效应钝化功能，因此第一绝缘层38配合掺杂多晶硅层16的掺杂类型而包含负型固定氧化电荷，而第二绝缘层40配合掺杂区32的掺杂类型而包含正型固定氧化电荷。在优选实施例中，太阳能电池10还可选择性包括一氧化层18，设置于半导体基底12的第二表面12b的第一区26中，位于半导体基底12的第二区28、掺杂多晶硅层16与半导体基底12之间，当作穿隧氧化层(tunnel oxide layer)使用。一般而言，氧化层18具有够薄的厚度，以增加电子直接穿隧过氧化层18的机率，进而增加光电转换效率。氧化层18的厚度可能为约5到20埃(Angstroms,A)。在某些实施例，氧化层18的厚度为约10埃。优选地，氧化层18厚度为约15埃。由于P+型掺杂的掺杂多晶硅层16、穿隧氧化层18与N型掺杂的半导体基底12，提供了类似异质接面（heterojunction）的结构，能大幅降低饱和电流，因此能有效地提高光电转换效率。此外，因为掺杂层14与掺杂区32的掺杂类型的极性相同于半导体基底12，因此掺杂层14作为前表面电场(front side field，FSF)元件，掺杂区32作为背表面电场(back side field，BSF)元件，而具有P+型掺杂的掺杂多晶硅层16作为太阳能电池10的射极（emitter）。
在本发明的另一优选实施例中，半导体基底12为P型掺杂，掺杂层14为P+型掺杂，掺杂多晶硅层16为N+型掺杂，而掺杂区32为P+型掺杂，且第一绝缘层38包含正型固定氧化电荷，而第二绝缘层40包含负型固定氧化电荷，此时掺杂多晶硅层16作为太阳能电池10的射极（emitter），且因为半导体基底12与掺杂多晶硅层16之间具有PN接面而同样能使太阳能电池10有良好的光电转换效率。此外，在其他实施例中，也可以设计半导体基底12为N型掺杂，掺杂层14为N+型掺杂，掺杂多晶硅层16为N+型掺杂，掺杂区32为P+型掺杂，第一绝缘层38包含正型固定氧化电荷，而第二绝缘层40包含负型固定氧化电荷，则掺杂多晶硅层16当作背表面电场(BSF)、掺杂区32为射极(emitter)以及掺杂层14当作前表面电场(FSF)；或者，在又一其他实施例中，半导体基底12为P型掺杂，掺杂层14为P+型掺杂，掺杂多晶硅层16为P+型掺杂，而掺杂区32为N+型掺杂，第一绝缘层38包含负型固定氧化电荷，而第二绝缘层40包含正型固定氧化电荷，则掺杂多晶硅层16当作背表面电场(BSF)、掺杂区32为射极(emitter)以及掺杂层14当作前表面电场(FSF)。然而，本发明中各掺杂元件的掺杂类型和第一绝缘层38与第二绝缘层40的固定氧化电荷极性之间的对应关系并不以上述实施例为限。
此外，本实施例的太阳能电池10可选择性地包括一抗反射（antireflectioncoating,ARC）层30设在掺杂层14的表面上，但不以此为限。此外，抗反射层可为单层或多层结构，其材料包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化锌、氧化钛、铟锡氧化物(ITO)、氧化铟、氧化铋(bismuth oxide)、氧化锡(stannicoxide)、氧化锆(zirconium oxide),氧化铪(hafnium oxide)、氧化锑(antimonyoxide)、氧化钆(gadolinium oxide)、其它合适的材料、或上述至少二种的混合物。再者，为了增加入光量，半导体基底12与掺杂层14的接面可选择性地具有粗糙化(textured)处理，例如使第一表面12a具有粗糙化结构12c，以进一步提高光电转换效率，但不以此为限。
下文将介绍本发明太阳能电池的第一实施例的制作方法，为了简化说明，在以下实施例中使用相同的符号来标注相同的元件，不再对重复部分进行赘述。请参考图2至图7，图2至图7为本发明太阳能电池的制作方法的第一实施例的流程示意图。请参考图2，首先提供一半导体基底12，其可为结晶性（crystalline）半导体基底或多晶性（polycrystalline）半导体基底。半导体基底12的厚度举例为约50微米至约300微米。半导体基底12优选为具有第一掺杂类型的基底，本实施例中，半导体基底12举例为N掺杂基底。可选择性对半导体基底12进行清洗并移除切割损伤层。接着，可选择性地在半导体基底12的第二表面12b形成薄氧化层18作为穿隧氧化层，厚度范围为约5埃（angstrom）至20埃，优选地约为15埃，氧化层18举例可包含硅氧化物材料，通过臭氧氧化工艺或高温氧化工艺而形成，但不以此为限。然后，在氧化层18表面形成掺杂多晶硅层16，厚度为约50至500纳米，但不限于此。掺杂多晶硅层16可具有第一掺杂类型或第二掺杂类型，优选地，掺杂多晶硅层16具有第二掺杂类型，其极性相反于半导体基底12的第一掺杂类型，例如掺杂多晶硅层16具有P+型掺杂，优选掺杂浓度的范围为约1019至1021原子/平方厘米（atom/cm2），但不限于此。制作掺杂多晶硅层16的方式举例如下：可先以化学气相沉积法（chemical vapor deposition，CVD）在氧化层18表面形成多晶硅层，然后再进行离子注入工艺，因本实施例的掺杂多晶硅层16具有P+型掺杂，因此可包含P型掺杂物，例如硼或硼化合物，但不以此为限。掺杂多晶硅层16的其他形成方法举例如以低压化学气相沉积（lowpressure chemical vapor deposition，LPCVD）直接形成具有P+型掺杂的掺杂多晶硅层16，或是先形成非晶硅层，再经由激光退火等方式使非晶硅层再结晶形成多晶硅层，然后再进行离子注入工艺，掺杂多晶硅层16的形成方法不限于前文所述。
接着，选择性地在掺杂多晶硅层16的表面形成第一绝缘层38，为了使第一绝缘层38对掺杂多晶硅层16中的少数载子具有场效应钝化效果，因此，当掺杂多晶硅层16具有P+型掺杂为范例时，本实施例的第一绝缘层38优选包含负型固定氧化电荷，而第一绝缘层38的材料可选用上述实施例所述的材料，本实施例以氧化铝为范例，例如三氧化二铝，但不以此为限。当以掺杂多晶硅层16具有N+型掺杂为范例时，本实施例的第一绝缘层38优选包含正型固定氧化电荷，而第一绝缘层38的材料可选用上述所述的材料，本实施例以硅氧化物为范例，例如SiO2，但不以此为限。第一绝缘层38的厚度范围可为约20至400纳米，但不限于此。在本发明的其他实施例中，也可选择忽略制作第一绝缘层38。
然后请参考图3，进行图案化氧化层18、掺杂多晶硅层16以及第一绝缘层38的步骤。此图案化工艺举例可先利用网版印刷掩模（screen printingmask）50或者是光阻掩模在第一绝缘层38表面定义出欲保留的第一绝缘层38的部分，亦即半导体基底12的第二表面12b的第一区26，暴露出第二表面12b的第二区28内的第一绝缘层38。其中，光阻掩模的形成方法可为曝光显影方法或喷墨涂布方法。然后再如图4所示，移除被网版印刷掩模50或光阻掩模暴露的部分第一绝缘层38、掺杂多晶硅层16与氧化层18。此移除方法举例为湿蚀刻或干蚀刻工艺，优选为湿蚀刻工艺，例如以氢氟酸(HF)与硝酸(HNO3)的混合液进行移除。此外，此移除步骤可以一次完成，或分多次完成，例如在不同蚀刻工艺中分次依序移除部分第一绝缘层38、部分掺杂多晶硅层16以及部分氧化层18，但不以此为限。图案化第一绝缘层38、掺杂多晶硅层16与氧化层18的步骤亦可利用激光方式来完成，但不以此为限。因此，剩下的第一绝缘层38、掺杂多晶硅层16与氧化层18位于半导体基底12的第二表面12b上的第一区26之内，暴露出半导体基底12的第二表面12b的第二区28，其中第二表面12b的第二区28可具有多个点状（dot）、条状（strip）图案或其它合适的图案。由图4可知，在此图案化工艺之后，剩下的氧化层18设置于半导体基底12的第二表面12b的第一区26与掺杂多晶硅层16之间。值得注意的是，在移除暴露出的氧化层18后，仍可继续移除暴露出的第二表面12b的第二区28表面的部分半导体基底12，使第二区28内的半导体基底12中形成凹槽，凹槽的深度范围为约0至10微米，但不以此为限。本实施例以凹槽深度为约0微米来举例说明，亦即图案化工艺在移除第二区28中的氧化层18即停止，而不额外于半导体基底12中形成凹槽。
接着，请参考图5，移除网版印刷掩模50后，在暴露出的半导体基底12的第二表面12b的第二区28内形成掺杂区12，本实施例的掺杂区12具有第一掺杂类型，例如具有N+型掺杂，其极性相反于掺杂多晶硅层16的掺杂极性。形成掺杂区32的方法举例如下：由于第一绝缘层38具有第二次开口44暴露第二表面12b的第二区28，因此可利用第一绝缘层38当作离子注入掩模，先对半导体基底12的第二表面12b进行离子注入，再用回火或热扩散方式形成掺杂区32，或直接利用热扩散方式使掺杂物扩散进入第二区28的半导体基底12中，或直接利用离子淋浴掺杂(ion shower doping)方式使掺杂物进入第二区28的半导体基底12中，但不限于此。此外，N+型掺杂物可为例如磷、砷、锑或上述材料的化合物，但不以此为限。掺杂区12的深度举例为约0.5至1微米，掺杂浓度举例为1019至1021atom/cm2，但不以此为限。
然后，请参考图6，在半导体基底12的第二面12b一侧全面形成第二绝缘层40，覆盖第一绝缘层38与掺杂区32。为了使第二绝缘层40对掺杂区32中的少数载子具有场效应钝化效果，本实施例的第二绝缘层40所选用的固定氧化电荷的极性，需要与掺杂多晶硅层16极性及掺杂区32极性做搭配。举例而言：当掺杂多晶硅层16具有P+型掺杂，掺杂区32具有N+掺杂，且第一绝缘层38选用包含负型固定氧化电荷的材料为范例时，第二绝缘层40优选包含正型固定氧化电荷，第二绝缘层40的材料可选用如上所述的材料，例如硅氧化物或氮硅化物，但不以此为限。当掺杂多晶硅层16具有N+型掺杂，掺杂区32具有P+掺杂，且第一绝缘层38选用包含正型固定氧化电荷的材料为范例时，第二绝缘层40优选包含负型固定氧化电荷，第二绝缘层40的材料可选用如上所述的材料，例如氧化铝，但不以此为限。第二绝缘层40的厚度范围可为约20至400纳米，但不限于此。接着，对第二绝缘层40和第一绝缘层38进行图案化工艺，移除部分第二绝缘层40和部分第一绝缘层38，使第一绝缘层38具有第一次开口42，第二绝缘层40具有第三次开口46和第四次开口48，暴露出部分掺杂多晶硅层16与部分掺杂区32。此图案化工艺可利用网版印刷掩模先于第二绝缘层40定义出第三次开口46和第四次开口48的位置，再利用蚀刻工艺分次或依次地移除部分第二绝缘层40和第一绝缘层38，在其他实施例中，也可利用光刻暨蚀刻工艺(或称为光阻掩模)来进行此图案化工艺，但不以此为限。如图6所示，第三次开口46对应于第一次开口42，两者构成了绝缘层20的第一开口34，暴露出部分掺杂多晶硅层16，而第四次开口48对应于第二次开口44，两者构成了绝缘层20的第二开口36，暴露出部分掺杂区32。在其他实施例中，也可先于第一绝缘层38中形成第一次开口38，再形成第二绝缘层40，然后图案化第二绝缘层40以于第二绝缘层40中形成第三次开口46和第四次开口48。
请参考图7，在半导体基底12的第二面12b一侧全面形成金属层52，其材料可为各式导电性佳的金属，例如铝、银、铂、金、铜或上述材料的合金，或是其它合适的材料，但不以此为限。接着，对金属层52进行图案化工艺，移除部分金属层52以形成至少一第一电极22与至少一第二电极24，第一电极22与第二电极24分别通过绝缘层20的第一开口34与第二开口36而连接于掺杂多晶硅层16与掺杂区32。再者，第一电极22与第二电极24的形成方法亦可使用涂布导电胶方法，导电胶的导电材料包含铝、银、镍、铜或上述材料的合金，或是其它合适的材料，但不以此为限。其中涂布导电胶的方法包含网印方法、喷墨方法或其它合适的方法。第一电极22与第二电极24的厚度、面积与图案可视需求加以调整，并不限于图7所绘示者。
请再参考图1，之后，可选择性地对半导体12的第一表面12a进行粗糙化处理，然后在第一表面12a形成掺杂层14，其具有第一掺杂类型，相同于半导体基底12的掺杂类型的极性，例如掺杂层14为重掺杂的N+型掺杂，其形成方法可例如前述的掺杂区32，包括如使用外部离子扩散的方式将掺杂物扩散进半导体基底12的第一表面12a中，但不以此为限，此外，形成掺杂层14所使用的掺杂物可选用类似掺杂区32的掺杂物，相同部分不再赘述。在其他实施例中，掺杂层14也可为另外于半导体基底12的第一表面12a形成的掺杂层，例如为掺杂的非晶硅层、结晶层或多晶硅层，但不以此为限。最后，可选择性地在掺杂层14上全面形成一抗反射层30，覆盖半导体基底12的第一表面12a，其中抗反射层30可为单层或多层结构，且其材料可选用上述图1中抗反射层30的材料。借此，完成本发明太阳能电池10主要结构的制作。
值得注意的是，本发明太阳能电池中各掺杂元件的掺杂类型与第一、第二绝缘层的固定氧化电荷极性并不限于图1所示者，不同的掺杂类型选用不同的掺杂物，不同极性的固定氧化电荷亦选用不同的氧化材料来制作绝缘层，如前文所举例，因此不再赘述。此外，虽然在上述本实施例中是先制作完太阳能电池背侧的元件，才制作前侧的元件，但在其他实施例中，亦可先制作太阳能电池前侧的元件，例如掺杂层与抗反射层，之后再制作太阳能电池背侧的元件，例如氧化层、掺杂多晶硅层、掺杂区、绝缘层、第一电极与第二电极等。此外，又在其他实施例中，并不限定必须先做完太阳能电池前侧或背侧的元件才制作另一侧的元件，半导体基底第一表面与第二表面上的各元件可穿插制作，并不限定先后制作顺序。
本发明的制作太阳能电池的方法并不以上述实施例为限。下文将继续介绍本发明太阳能电池及其制作方法的其它实施例，且为了便于比较各实施例的相异处并简化说明，下文中使用相同的附图标记标注相同的元件，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，图8为本发明太阳能电池的第二实施例的结构剖面示意图。与第一实施例不同的是，本实施例的太阳能电池10只有一层绝缘层20，其具有第一开口34暴露出部分掺杂多晶硅层16以及第二开口36暴露出部分掺杂区32，使得第一电极22与第二电极24可分别经由第一开口34与第二开口36而与掺杂多晶硅层16和掺杂区32相接触。为了使绝缘层20具有钝化层的功能，可以依需要来选用不同的材料来制作绝缘层20，例如，若希望改善P+型掺杂多晶硅层16的饱和电流，且N+型掺杂区32为范例时，可以选用使绝缘层20具有负型固定氧化电荷的材料，若希望改善N+型掺杂区32的饱和电流，且P+型掺杂多晶硅层16为范例时，则可以选用使绝缘层20具有正型固定氧化电荷的材料。另外，若掺杂多晶硅层16具有N+型掺杂，搭配的掺杂区32具有P+型掺杂为范例时，希望改善掺杂多晶硅层16具有N+型掺杂的饱和电流，则可以选用使绝缘层20具有正型固定氧化电荷的材料，若希望改善的是掺杂区32具有P+型掺杂的饱和电流，则可以选用使绝缘层20具有负型固定氧化电荷的材料。所选用的正型或负型固定氧化电荷的材料可再查看图1中所述，不再赘述。本实施例的太阳能电池10的制作方法与前一实施例相类似，唯工艺中省略第一绝缘层的制作，在形成掺杂多晶硅层16后就对掺杂多晶硅层16和氧化层18进行图案化工艺，暴露出第二区28中的半导体基底12，并在形成掺杂区32之后，形成绝缘层20，再图案化绝缘层20以形成第一开口34与第二开口36，其中，绝缘层20的厚度举例可为约20至500纳米，各元件的详细制作方法不在此赘述。
请参考图9至图13，图9至图13为本发明太阳能电池制作方法的第三实施例的工艺示意图，其中图13显示了本发明太阳能电池的第三实施例的结构剖面示意图。如图9所示，在本实施例中，先对半导体基底12的第一表面12a进行粗糙化处理，使第一表面12a具有粗糙化结构12c，然后再进行第二表面12b上元件的制作。类似于第一实施例中图2至图3中所显示的工艺，依序在半导体基底12的第二表面12b形成氧化层18、掺杂多晶硅层16与第一绝缘层38，然后图案化氧化层18、掺杂多晶硅层16与第一绝缘层38，例如以网版印刷掩模50当作蚀刻掩模，对暴露的氧化层18、掺杂多晶硅层16、第一绝缘层38与半导体基底12的第二表面12的第二区28进行蚀刻，如图所示，此蚀刻工艺在移除氧化层18后，继续向下蚀刻半导体基底12的第二表面12b，以在第二表面12b的第二区28中形成凹槽54，凹槽54的深度举例为大于0微米至约10微米。然后，进行一热回火工艺。
接着，请参考图11，在半导体基底12的第二面12b选择性地形成一非晶硅层56，其优选为一本征非晶硅层，然后再于本征非晶硅层56上形成一掺杂非晶硅层58，非晶硅层56与掺杂非晶硅层58覆盖半导体基底12的第二面12b，并填入凹槽54中。本征非晶硅层56与掺杂非晶硅层58的形成方法举例如利用CVD方法先沉积非晶硅层，然后再以如离子注入、热扩散、离子淋浴掺杂等方式形成掺杂非晶硅层58，但不限于此。掺杂非晶硅层58的掺杂类型的极性必须和掺杂多晶硅层16的掺杂类型的极性相反，且掺杂非晶硅层58与掺杂多晶硅层16其中一者的掺杂类型的极性与半导体基底12的掺杂类型的极性相同。非晶硅层56的厚度可为约10纳米以下，优选为约5纳米，而掺杂非晶硅层58的厚度可为约2至20纳米，优选为约10纳米，与例而言，掺杂非晶硅层58厚度优选为非晶硅层56厚度的两倍或大于两倍，但不限于此。
然后请参考图12，移除部分掺杂非晶硅层58，例如将凹槽54外的部分掺杂非晶硅层58移除，使剩下的掺杂非晶硅层58形成掺杂区32。移除部分掺杂非晶硅层58的方法例如包括利用激光消熔（ablation），或是以网版印刷掩模或光刻工艺并配合干蚀刻工艺等，但不以此为限。在优选实施例中，掺杂区32的掺杂类型与半导体基底12的掺杂类型具有相同的极性，而掺杂区32的掺杂类型与掺杂多晶硅层16的极性相反。举例而言，若半导体基底12具有N型掺杂，掺杂多晶硅层16具有P+型掺杂，且掺杂区32的极性要与掺杂多晶硅层16的极性相反，并要与半导体基底12极性相同，则掺杂区32具有N+型掺杂。若半导体基底12具有P型掺杂，掺杂多晶硅层16具有N+型掺杂，且掺杂区32的极性要与掺杂多晶硅层16的极性相反，并与半导体基底12极性相同，则掺杂区32具有P+型掺杂。掺杂区32作为太阳能电池10的BSF元件，此时，本征非晶硅层56的存在能使掺杂区32提供较优良的BSF效果。因此，本实施例与第一实施例之其中一个主要不同处，在于本实施例的太阳能电池10还包括了非晶硅层56，设置于第一绝缘层38与第二绝缘层40之间、掺杂多晶硅层16的侧边与第二绝缘层40之间、以及掺杂区32与半导体基底12之间。
请参考图13，之后如前述的第一实施例，可依序在半导体基底12的第二表面12b形成图案化的第二绝缘层40以及第一电极22与第二电极24，并于半导体基底12的第一表面12a形成掺杂层14与抗反射层30，其中掺杂层14优选与半导体基底12有相同的掺杂类型的极性，以作为FSF元件。借此，即完成了本发明太阳能电池10的主要元件的制作。本实施例中各主要元件的制作方法、材料与膜层厚度类似于第一实施例，可参阅第一实施例的描述，在此不再赘述。
请参考图14，图14为本发明太阳能电池的第四实施例的结构剖面示意图。与第三实施例不同的是，本实施例的太阳能电池10只有一层绝缘层20，其具有第一开口34暴露出部分掺杂多晶硅层16以及第二开口36暴露出部分掺杂区32，因此第一电极22与第二电极24可分别经由第一开口34与第二开口36而与掺杂多晶硅层16和掺杂区32相接触。类似地，为了使绝缘层20具有钝化层的功能，可以依需要而选用不同的材料以制作绝缘层20，例如，若希望改善P+型掺杂多晶硅层16的饱和电流，且N+型掺杂区32为范例时，可以选用使绝缘层20具有负型固定氧化电荷的材料，若希望改善N+型掺杂区32的饱和电流，且P+型掺杂多晶硅层16为范例时，则可以选用使绝缘层20具有正型固定氧化电荷的材料。另外，若掺杂多晶硅层16具有N+型掺杂，搭配的掺杂区32具有P+型掺杂为范例时，希望改善掺杂多晶硅层16具有N+型掺杂的饱和电流，则可以选用使绝缘层20具有正型固定氧化电荷的材料，若希望改善的是掺杂区32具有P+型掺杂的饱和电流，则可以选用绝缘层20具有负型固定氧化电荷的材料。所选用的正型或负型固定氧化电荷的材料可再查看图1所述，不再赘述。本实施例的太阳能电池10的制作方法与第三实施例相类似，唯工艺中省略第一绝缘层的制作，在形成掺杂多晶硅层16后就对掺杂多晶硅层16和氧化层18进行图案化工艺，暴露出第二区28中的半导体基底12，再依序制作非晶硅层56与掺杂非晶硅层58，图案化掺杂非晶硅层58以形成掺杂区32，然后形成绝缘层20，再对绝缘层20进行图案化，形成第一开口34与第二开口36，其中，绝缘层20的厚度举例可为约20至500纳米，各元件的详细制作方法不在此赘述。
值得注意的是，本发明第三实施例至第五实施例太阳能电池中的各掺杂元件的掺杂类型与第一、第二绝缘层的固定氧化电荷对应关系并不限于一种，可参考第一实施例的叙述而具有多种对应设计。优选地，半导体基底与掺杂层具有相同的掺杂类型，而掺杂多晶硅层和掺杂区之其中一者和半导体基底的掺杂类型的极性相同，且掺杂多晶硅层和掺杂区之其中另一者具有相反的掺杂类型极性，优选地，掺杂多晶硅层的掺杂类型的极性相反于半导体基底的掺杂类型的极性，且第一绝缘层包含的固定氧化电荷的极性相反于掺杂多晶硅层，而第二绝缘层包含的固定氧化电荷的极性相反于掺杂区，并依此选用不同的材料来制作第一与第二绝缘层，但不以此为限。若只有一层绝缘层，则可依需要设计绝缘层所带有的固定氧化电荷的极性相反于欲提供场效应钝化效果的掺杂元件的极性，但不以此为限。关于掺杂类型所选用的掺杂物、绝缘层的材料以及太阳能电池中前、背侧元件的制作顺序请参考第一实施例中的相关叙述。
由于本发明太阳能电池的正、负极皆设置于半导体基底的第二表面，亦即相反于受光面的背侧，所以能提高入射光量。在优选实施例中，太阳能电池的前侧与背侧分别设有FSF与BSF元件，且以掺杂多晶硅层当作射极，可以大幅提高光线转换效率。再者，在掺杂多晶硅层和掺杂区表面设置了多层绝缘层，例如设置两层带有相反固定氧化电荷的绝缘层，可以分别对掺杂多晶硅层和掺杂区提供场效应钝化效果，减少复合电流的发生。因此，根据本发明太阳能电池的结构和制作方法，可以大幅提升太阳能电池的整体光电转换效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (21)
1.一种太阳能电池，包括：
一半导体基底，具有一第一表面与一第二表面，其中该半导体基底具有一第一掺杂类型，该第二表面具有一第一区与一第二区；
一掺杂层，位于该半导体基底的该第一表面，其具有该第一掺杂类型；
一掺杂多晶硅层，设置于该半导体基底的该第二表面的该第一区上，且暴露出该半导体基底的该第二表面的该第二区；
一掺杂区，设置于该半导体基底的该第二表面的该第二区中，其中该掺杂多晶硅层与该掺杂区其中一者具有一第二掺杂类型，而该掺杂多晶硅层与该掺杂区其中另一者具有该第一掺杂类型，且该第二掺杂类型相反于该第一掺杂类型；
一绝缘层覆盖该掺杂多晶硅层与该掺杂区表面，并具有至少一第一开口暴露出部分该掺杂多晶硅层与至少一第二开口暴露出部分该掺杂区；
该绝缘层包括第一绝缘层与第二绝缘层，且该第一绝缘层与该第二绝缘层所包含的材料不相同；
至少一第一电极，设置于该绝缘层表面，并经由该第一开口连接于该掺杂多晶硅层；以及
至少一第二电极，设置于该绝缘层表面，并经由该第二开口连接于该掺杂区。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该绝缘层包括：
一第一绝缘层，设置于该掺杂多晶硅层表面上，并具有一第一次开口，以暴露出部分该掺杂多晶硅层与一第二次开口以暴露出部分该掺杂区；以及
一第二绝缘层，覆盖该第一绝缘层与该掺杂区，并具有一第三次开口对应于该第一次开口，以暴露出部分该掺杂多晶硅层与一第四次开口对应于该第二次开口，以暴露出部分该掺杂区；
该第一次开口与该第二次开口构成该第一开口，且该第三次开口与该第四次开口构成该第二开口。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中该第一绝缘层包含固定氧化电荷的极性相反于该第二绝缘层包含固定氧化电荷的极性。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中当该掺杂区具有该第一掺杂类型且该掺杂多晶硅层具有该第二掺杂类型时，该第一绝缘层所具有的固定氧化电荷的极性相反于该第二掺杂类型的极性，而该第二绝缘层所具有的固定氧化电荷的极性相反于该第一掺杂类型。
5.如权利要求3所述的太阳能电池，其中当该掺杂多晶硅层具有该第一掺杂类型且该掺杂区具有该第二掺杂类型时，该第一绝缘层所具有的固定氧化电荷的极性相反于该第一掺杂类型的极性，而该第二绝缘层所具有的固定氧化电荷的极性相反于该第二掺杂类型。
6.如权利要求2所述的太阳能电池，其还包括一非晶硅层，设置于该第一绝缘层与该第二绝缘层之间、该掺杂多晶硅层的侧边与该第二绝缘层之间以及该掺杂区与该半导体基底之间。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该半导体基底的该第二表面的该第二区中还包含至少一凹槽，且该掺杂区设置于该凹槽中。
8.如权利要求7所述的太阳能电池，其还包括一非晶硅层，设置于该掺杂多晶硅层与该绝缘层之间以及该掺杂区与该半导体基底之间。
9.如权利要求1所述的太阳能电池，还包括一氧化层层，设置于该半导体基底的该第二表面的该第二区与该掺杂多晶硅层之间。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，还包括一抗反射层设于该掺杂层的表面上。
11.一种制作太阳能电池的方法，包括：
提供一半导体基底，其具有一第一表面与一第二表面，其中该第二表面具有一第一区与一第二区，且该半导体基底具有一第一掺杂类型；
于该半导体基底的该第二表面的该第一区上形成一掺杂多晶硅层，且暴露出该半导体基底的该第二表面的该第二区；
于暴露出的该半导体基底的部分该第二表面的该第二区中形成至少一掺杂区，其中该掺杂多晶硅层与该掺杂区其中一者具有一第二掺杂类型，而该掺杂多晶硅层与该掺杂区其中另一者具有该第一掺杂类型，且该第二掺杂类型相反于该第一掺杂类型；
形成一绝缘层，覆盖该掺杂多晶硅层与该掺杂区表面，该绝缘层具有有至少一第一开口暴露出部分该掺杂多晶硅层与至少一第二开口暴露出部分该掺杂区；
该绝缘层包括第一绝缘层与第二绝缘层，且该第一绝缘层与该第二绝缘层所包含的材料不相同；
于该图案化的绝缘层表面形成一金属层，该金属层包括：
至少一第一电极，经由该第一开口而与该掺杂多晶硅层相接触；以及
至少一第二电极，经由该第二开口而与该掺杂区相接触；以及
于该半导体基底的该第一表面形成一掺杂层覆盖该第一表面上，其中该掺杂层具有该第一掺杂类型。
12.如权利要求11所述的制作太阳能电池的方法，还包括在形成该掺杂多晶硅层之前，先形成一氧化层设置于该半导体基底的该第二表面的该第二区与该掺杂多晶硅层之间。
13.如权利要求11所述的制作太阳能电池的方法，其中形成该绝缘层覆盖该掺杂多晶硅层与该掺杂区表面，并具有该第一开口暴露出部分该掺杂多晶硅层与该第二开口暴露出部分该掺杂区的步骤包括：
形成一第一绝缘层，设置于该掺杂多晶硅层表面上，并具有一第一次开口，以暴露出部分该掺杂多晶硅层与一第二次开口以暴露出部分该掺杂区；以及
形成一第二绝缘层，覆盖该第一绝缘层与该掺杂区，并具有一第三次开口对应于该第一次开口，以暴露出部分该掺杂多晶硅层与一第四次开口对应于该第二次开口，以暴露出部分该掺杂区；
该第一次开口与该第二次开口构成该第一开口，且该第三次开口与该第四次开口构成该第二开口。
14.如权利要求13所述的制作太阳能电池的方法，其中该第一绝缘层包含固定氧化电荷的极性相反于该第二绝缘层包含固定氧化电荷的极性。
15.如权利要求14所述的制作太阳能电池的方法，其中当该掺杂区具有该第一掺杂类型且该掺杂多晶硅层具有该第二掺杂类型时，该第一绝缘层所具有的固定氧化电荷的极性相反于该第二掺杂类型的极性，而该第二绝缘层所具有的固定氧化电荷的极性相反于该第一掺杂类型。
16.如权利要求14所述的太阳能电池的制造方法，其中当该掺杂多晶硅层具有该第一掺杂类型且该掺杂区具有该第二掺杂类型时，该第一绝缘层所具有的固定氧化电荷的极性相反于该第一掺杂类型的极性，而该第二绝缘层所具有的固定氧化电荷的极性相反于该第二掺杂类型。
17.如权利要求13所述的制作太阳能电池的方法，其还包括在形成该掺杂区之前，先形成一非晶硅层，设置于该第一绝缘层与该第二绝缘层之间、该掺杂多晶硅层的侧边与该第二绝缘层之间以及该掺杂区与该半导体基底之间。
18.如权利要求11所述的制作太阳能电池的方法，还包含形成一凹槽于该半导体基底的该第二表面的该第二区中，且该掺杂区形成于该凹槽中。
19.如权利要求18所述的制作太阳能电池的方法，其还包括在形成该掺杂区之前，先形成一非晶硅层，设置于该掺杂多晶硅层与该绝缘层之间以及该掺杂区与该半导体基底之间。
20.如权利要求11所述的制作太阳能电池的方法，其中该掺杂区为一掺杂非晶硅层。
21.如权利要求11所述的制作太阳能电池的方法，还包括在该半导体基底的该第二表面形成一抗反射层，覆盖该掺杂层。
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