CN103094376A - 复合式太阳能电池的多晶硅基板及其太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种复合式太阳能电池的多晶硅基板，包括：一第一基材层，该第一基材层的纯度介于2N至3N之间；以及一成型于该第一基材层上的第二基材层，该第二基材层的纯度介于6N至9N之间。本发明具有以下有益的效果：本发明利用半导体方法在一般纯度较低的基板上制作高质量的高纯度外延层或高纯度溅射层，以作为太阳能电池的主动层，故可减少高纯度的硅原料的使用，以取代传统块材硅的太阳能电池，借以降低整体成本。

Description

复合式太阳能电池的多晶硅基板及其太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种多晶硅基板及其太阳能电池，特别涉及一种复合式太阳能电池的多晶硅基板及其太阳能电池。

背景技术

由于化石能源的过度使用，造成能源危机的现象，更使地球上二氧化碳浓度增加，衍生出温室效应的问题；而太阳能可谓地球上最大的天然能源，太阳光每天到达地面的能量约为全球石油蕴藏量的25％，且太阳能的使用并不会造成环境污染的问题，再加上近年来半导体材料技术的进步，使得太阳能的吸收效率已逐渐提升，根据高分子太阳能电池的原理，当太阳能电池照射光时，由导电高分子组成的光活性层吸收光能形成激子，激子于界面处分离产生电子、空穴，然后电子与空穴分别经由电子传导物质与空穴传导物质传导至不同的电极板，进而产生电流通路，以供使用。

太阳能电池可使用结晶类的块材硅加以制作，而多晶硅太阳能电池可分类为块材多晶硅与薄膜多晶硅两大类，多晶硅太阳能电池的优势在于降低电池的整体成本及提高使用面积等等。

然而，在现有技术所采用的多晶硅大晶片必须具有高纯度以达到较佳的光电转换效率，而为了达到高纯度，硅材需要经过多次纯化，故耗费过多能源，使得成本高且不环保；另外，在太阳能电池的实际结构中，真正提供光电转换功能的主动层只需要5至10微米的厚度，故造成其它高纯度的基板的浪费。因此，如何降低太阳能电池的成本又可达到相近的光电效能是此领域的人士努力的方向之一。

发明内容

本发明的目的的一在于提供一种复合式太阳能电池的多晶硅基板，以解决现有技术所采用的多晶硅大晶片必须具有高纯度以达到较佳的光电转换效率，而为了达到高纯度，硅材需要经过多次纯化，故耗费过多能源，使得成本高且不环保问题。

本发明实施例提供一种复合式太阳能电池的多晶硅基板，包括：一第一基材层，该第一基材层的纯度介于2N至3N之间；以及一成型于该第一基材层上的第二基材层，该第二基材层的纯度介于6N至9N之间。2、如权利要求1所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板，其特征在于，该第一基材层的厚度介于160至180微米之间。

进一步地，该第二基材层的厚度介于5至20微米之间。

进一步地，该第二基材层为一溅射层。

本发明还提供一种太阳能电池，包括：

一多晶硅基板，其包含一第一基材层与一成型于该第一基材层上的第二基材层，该第一基材层的纯度介于2N至3N之间，该第二基材层的纯度介于6N至9N之间；

一射极层，其由该第二基材层经一预定工艺所转化成型；

多个设置于该多晶硅基板上的电极。

较佳地，该第一基材层的厚度介于160至180微米之间。

较佳地，该第二基材层的厚度介于5至20微米之间。

较佳地，该些电极包括设置于该射极层的正面电极及设置于该第一基材层的背面的背面电极。

较佳地，还包括一成型于该射极层上的抗反射层。

较佳地，该第二基材层为一溅射层。

本发明具有以下有益的效果：本发明利用半导体方法在一般纯度较低的基板上制作高质量的高纯度外延层或高纯度溅射层，以作为太阳能电池的主动层，故可减少高纯度的硅原料的使用，以取代传统块材硅的太阳能电池，借以降低整体成本。

附图说明

图1是显示本发明的第一基材层的示意图；

图2是显示本发明的复合式太阳能电池的多晶硅基板的示意图；

图3是显示本发明的太阳能电池的示意图。

具体实施方式

本发明提出一种复合式太阳能电池的多晶硅基板，其具有复合式的结构，以减少高纯度的多晶硅材料的用量，进而达到节省成本的效果。

请参考图1及图2，本发明的复合式太阳能电池的多晶硅基板可至少包括第一基材层11及迭层于该第一基材层11的第二基材层12。

在本实施例中，第一基材层11为一种较低纯度的硅材，例如其纯度约为2N(即99％)至3N(即99.9％)。换言之，第一基材层11为一种工业级的硅材，其取得容易且价格低廉。在本实施例中，第一基材层11选购自豫新化工的工业级硅产品，其型号为411、421、553、2202、3303等；另外，第一基材层11的厚度约介于160至180微米(um)之间。

本发明的第二基材层12则是成形于该第一基材层11上，相比于第一基材层11，第二基材层12属于一种高纯度的硅材，例如其纯度约为6N(即99.9999％)至9N(即99.9999999％)；另外，第二基材层12的厚度约介于5至20微米(um)之间。前述的第二基材层12主要为一种高纯度的硅材，又称电子级的硅材，其主要用于作为太阳能电池的主动层，而第二基材层12的厚度较佳地小于电子扩散长度，如此可减少因主动层过厚所导致的电子空穴复合问题，也可降低高纯度硅材的使用，以降低材料成本。

第二基材层12可通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、液相外延(Liquid-phase epitaxy，LPE)等方式成形于第一基材层11。

本具体实施例将p-Si的第二基材层12以化学气相沉积方法成形于前述的第一基材层11，其中硅原子的气体材料源可为Dichlorsilane(SiH₂Cl₂)，而硼(B)掺杂的气体材料源可为Diborane(B₂H₆)，承载气体可选用氢气，并在1000至1100℃的温度范围下进行化学反应20至30分钟，即可外延成长出15微米(um)的p-Si的第二基材层12。再者，考虑第二基材层12的结晶性，若在某些成长工艺后，第二基材层12可能为非晶层，则可利用激光结晶等方法将第二基材层12形成多晶材料，举例来说，非晶的第二基材层12可通过准分子激光的照射，在激光脉冲的约20ns的时间内升温至约1400℃，而在激光脉冲结束后开始冷却并开始结晶化。

此外，在另一实施例中，第二基材层12也可为一溅射层，例如利用溅射工艺，以脉冲直流磁控溅射(plus-DC)设备在第一基材层11上所成长的硅薄膜，其主要工艺参数可包括背景压力约为5×10^-7Torr至9×10^-7Torr、溅射功率在100W至300W、载台温度在200至250℃、沉积压力约为5mTorr、通入Ar气体流量约8至10sccm。

借此，本发明可在纯度较低/成本较低的第一基材层11上成型纯度较高且可用于作为太阳能电池主动层的第二基材层12，而本发明的复合式太阳能电池的多晶硅基板可用于作为太阳能电池的多晶硅基板，并可有效降低太阳能电池基板的制作成本。

请参考图3，其显示一种利用本发明的多晶硅基板所制作的太阳能电池的示意图，其由第一基材层11、第二基材层12及设于多晶硅基板上的电极14A、14B所组成。第一基材层11同于前文所述，在此就不加以赘述；第二基材层12可经过磷原子的热扩散工艺或离子植入等后而转化成为n⁺-Si射极层(emitter layer)12′；较佳地，太阳能电池还具有成形于射极层12′上的抗反射层13，例如氮化硅层等；而电极(即正面电极)14A可为钛/钯/金的结构，电极14A设置于射极层12′上；而电极(即背面电极)14B则可由导电性高的金属如铝胶所涂布成形，其设置于第一基材层11的背面。

综上所述，本发明至少具有以下优点：

1、本发明的复合式太阳能电池的多晶硅基板可利用将高纯度的硅材成长于低纯度的硅基材上，以取代传统的价格相当昂贵的高纯度块材基板，故可大幅降低其整体成本。

2、本发明的复合式多晶硅基板可应用于太阳能电池，以达到效率高、价位低的外延硅太阳能电池。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的保护范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种复合式太阳能电池的多晶硅基板，其特征在于，包括：

一第一基材层，该第一基材层的纯度介于2N至3N之间；以及

一成型于该第一基材层上的第二基材层，该第二基材层的纯度介于6N至9N之间。

2.如权利要求1所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板，其特征在于，该第一基材层的厚度介于160至180微米之间。

3.如权利要求2所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板，其特征在于，该第二基材层的厚度介于5至20微米之间。

4.如权利要求1所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板，其特征在于，该第二基材层为一溅射层。

5.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

一多晶硅基板，其包含一第一基材层与一成型于该第一基材层上的第二基材层，该第一基材层的纯度介于2N至3N之间，该第二基材层的纯度介于6N至9N之间；

一射极层，其由该第二基材层经一预定工艺所转化成型；

多个设置于该多晶硅基板上的电极。

6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，该第一基材层的厚度介于160至180微米之间。

7.如权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，该第二基材层的厚度介于5至20微米之间。

8.如权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，该些电极包括设置于该射极层的正面电极及设置于该第一基材层的背面的背面电极。

9.如权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，还包括一成型于该射极层上的抗反射层。

10.如权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，该第二基材层为一溅射层。

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