CN103094411A - 复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，包括以下步骤：提供一第一基材层，该第一基材层的纯度介于2N至3N之间；以及成型一第二基材层于该第一基材层上，该第二基材层的纯度介于6N至9N之间。本发明利用半导体方法等成型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的制作方法
技术领域
本发明涉及一种硅基板的制作方法，特别涉及一种复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法。
背景技术
光电器件属于国内近年来的明星产业，半导体、发光二极管的产值高居世界前端，更高效率的太阳能电池也正在积极发展中，太阳能电池主要是以半导体器件吸收光线转换成电能，而通常太阳能电池吸收的光源可包括太阳光、人照光线等等。例如，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。
目前较具优势的太阳能电池是使用结晶类的块材硅，多晶硅晶片的制作方式通常先利用金属线锯将整块硅铸块切割变成很薄(180到200微米)的晶片。晶片通常是少量地p-type掺杂，接着在晶片的表面做n-type掺杂物，配合n-type掺杂物的表面扩散的行为，以在晶片表面下方几百纳米处形成一个p-n接面。
然而，在现有技术所采用的多晶硅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
本发明的目的在于提供一种复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，以解决现有技术所采用的多晶硅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的问题。
本发明实施例提供一种复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，包括以下步骤：提供一第一基材层，该第一基材层的纯度介于2N至3N之间；以及成型一第二基材层于该第一基材层上，该第二基材层的纯度介于6N至9N之间。
进一步地，在提供一第一基材层的步骤中，该第一基材层的厚度介于160至180微米之间。
进一步地，在成型一第二基材层的步骤中，该第二基材层的厚度介于5至20微米之间。
进一步地，在提供一第二基材层的步骤中，该第二基材层以物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、液相外延(Liquid-phase epitaxy，LPE)、溅射方式成形于该第一基材层上。
进一步地，在提供一第二基材层的步骤中，以化学气相沉积方法利用二氯硅烷、二硼烷与氢气为主气流，将所述的主气流通过该第一基材层，并在1000至1100℃的温度范围下进行化学气相沉积20至30分钟，以成型P型掺杂硅的该第二基材层。
进一步地，在前述的化学气相沉积方法中，二氯硅烷的流量为200至300sccm，二硼烷的流量为5至10sccm，氢气的流量为80至100sccm。
进一步地，在提供一第二基材层的步骤中，以溅射方法成型该第二基材层。
进一步地，该溅射方法以脉冲直流磁控溅射设备在背景压力为5×10-7Torr至9×10-7Torr、溅射功率在100W至300W、载台温度在200至250℃、沉积压力为5mTorr、通入气体流量8至10sccm的氩气的条件下成型该第二基材层。
进一步地，在成型一第二基材层于该第一基材层上的步骤后还包括一多晶化步骤。
进一步地，该多晶化步骤以激光结晶方法将非晶的该第二基材层形成多晶材料。
本发明具有以下有益的效果：本发明利用半导体方法等成型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。
图4是显示本发明的复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法的流程图。
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的制作方法，其所制作的多晶硅基板具有复合式的结构，以减少高纯度的多晶硅材料的用量，进而达到节省多晶硅基板及太阳能电池成本的效果。
请参考图4及图1、图2，本发明的复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法可至少包括以下步骤：
步骤S101：提供第一基材层11。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。
步骤S103：成型一第二基材层12于第一基材层11上。本发明的第二基材层12迭层地成形于该第一基材层11上，相较于第一基材层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)等半导体方式成形于第一基材层11上，但不以此为限。以下将详细说明本实施例的化学气相沉积方法及溅射方法的具体步骤。
化学气相沉积是将反应源以气体形式通入反应腔中，经由氧化，还原或与基板反应的方式进行化学反应，其生成物藉内扩散作用而沉积基板表面上，而其它工艺气体则可被由基板表面所带离。具体而言，化学气相沉积工艺可以分为下列五个主要的步骤：(a)、首先在沉积室中导入反应气体以及稀释用的惰性气体，反应气体与惰性气体所组成的混合气体，又称主气流(mainstream)；(b)、主气流中的反应气体原子或分子往内扩散移动通过停滞的边界层而到达基板表面；(c)、反应气体原子被吸附(adsorbed)在基板上；(d)、吸附原子在基板表面移动，并且产生薄膜成长所须要的表面化学反应；(e)、表面化学反应所产生的气体生成物被分解，并且往外扩散通过边界层而进入主气流中，并由沉积室中被排除。
本具体实施例制作具有掺杂的硅材的第二基材层12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二氯硅烷(Dichlorsilane，SiH2Cl2)、硅烷、三氯硅烷或四氯硅烷等等，而硼(B)掺杂的气体材料源可为二硼烷(Diborane，B2H6)以作为P型掺杂硅，PH3或AsH3可作为N型掺杂硅，承载气体可选用氢气。具体而言，本具体实施例的主气流包括二氯硅烷、二硼烷与氢气，利用主气流通过第一基材层11，并在1000至1100℃的温度范围下进行化学反应20至30分钟，即可外延成长出约15微米(um)的p-Si(即P型掺杂硅)的第二基材层12。
另外，在其它的工艺条件方面，二氯硅烷的流量可约为200至300sccm(标准立方公分，standard cm3/min)，二硼烷的流量可约为5至10sccm，氢气的流量可约为80至100sccm，第一基材层11可被加热至约300至350℃，压力也可约在0.8至1Torr的间调整。
此外，第二基材层12也可为一溅射层，例如利用溅射方法，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、通入氩气(Ar)，其气体流量约8至10sccm。
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，则可包括一多晶化步骤，例如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第二基材层12开始冷却并进行结晶化。
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，太阳能电池更具有成形于射极层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、本发明所制作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，均包含于本发明范围内。

Claims (10)

1.一种复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一第一基材层，该第一基材层的纯度介于2N至3N之间；以及
成型一第二基材层于该第一基材层上，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的制作方法，其特征在于，在提供一第一基材层的步骤中，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的制作方法，其特征在于，在成型一第二基材层的步骤中，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的制作方法，其特征在于，在提供一第二基材层的步骤中，该第二基材层以物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、液相外延(Liquid-phase epitaxy，LPE)、溅射方式成形于该第一基材层上。
5.如权利要求1所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，其特征在于，在提供一第二基材层的步骤中，以化学气相沉积方法利用二氯硅烷、二硼烷与氢气为主气流，将所述的主气流通过该第一基材层，并在1000至1100℃的温度范围下进行化学气相沉积20至30分钟，以成型P型掺杂硅的该第二基材层。
6.如权利要求5所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，其特征在于，在前述的化学气相沉积方法中，二氯硅烷的流量为200至300sccm，二硼烷的流量为5至10sccm，氢气的流量为80至100sccm。
7.如权利要求1所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，其特征在于，在提供一第二基材层的步骤中，以溅射方法成型该第二基材层。
8.如权利要求7所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，其特征在于，该溅射方法以脉冲直流磁控溅射设备在背景压力为5×10-7Torr至9×10-7Torr、溅射功率在100W至300W、载台温度在200至250℃、沉积压力为5mTorr、通入气体流量8至10sccm的氩气的条件下成型该第二基材层。
9.如权利要求1所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，其特征在于，在成型一第二基材层于该第一基材层上的步骤后还包括一多晶化步骤。
10.如权利要求9所述的复合式太阳能电池的多晶硅基板的制作方法，其特征在于，该多晶化步骤以激光结晶方法将非晶的该第二基材层形成多晶材料。
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