CN103531653B - 背接触式太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种背接触式太阳能电池及其制造方法，该电池包括：一包括一第一面的基板，该第一面具有一第一区域、一第二区域以及一位于该第一区域与该第二区域之间的第三区域，该第一区域、该第二区域及该第三区域共同形成一个二阶阶梯结构。该电池还包括分别位于该第一区域与该第二区域的一第一掺杂区与一第二掺杂区，以及一位于该第一面上且电连接于该第一掺杂区及该第二掺杂区的电极单元。该制造方法主要是通过两次的蚀刻步骤来形成该二阶阶梯结构，借此能使该电极单元的接触金属隔离制程易于进行，有助于减少制程步骤并使制程简单化。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法，特别是涉及一种背接触式太阳能电池及其制造方法。
背景技术
参阅图1、2，已知的指叉型背接触式(InterdigitatedBackContact,简称IBC)太阳能电池，主要包括：一基板11、位于该基板11正面的一重掺杂层12与一抗反射层13、位于该基板11背面处的多个第一掺杂区14与多个第二掺杂区15、一位于该基板11的背面上并具有多个穿孔161的钝化层16、多个分别电连接所述第一掺杂区14的第一电极17以及多个分别电连接所述第二掺杂区15的第二电极18。所述第一掺杂区14与第二掺杂区15分别为p型半导体与n型半导体，相邻的第一掺杂区14与第二掺杂区15间隔约数十微米(μm)。而所述第一电极17与第二电极18实际上是呈指叉状地交错配置。
该电池在制造上，主要是先利用扩散制程于该基板11上制作所述第一掺杂区14，再利用扩散制程制作所述第二掺杂区15，当然，在制作所述掺杂区时，还必须沉积图未示出的阻障层以及配合蚀刻步骤，以达到局部掺杂的目的，但图中省略示出这些过程。接着形成该钝化层16，并在该钝化层16上形成一连续的金属层21，再进行金属隔离制程以形成所述第一电极17与第二电极18，然而该制程有以下缺点：在形成该金属层21后，还必须于该金属层21上沉积一阻挡层22，并配合光罩进行区域定位蚀刻，最后将该阻挡层22的残余区块221移除，才能完成金属隔离制程，所须步骤较多且复杂，使制造成本高，而且利用光罩进行蚀刻的制程稳定性不易控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构创新、制程步骤较少、较易于制作的背接触式太阳能电池及其制造方法。
本发明背接触式太阳能电池，包括：一个包括一个第一面的基板、一个第一掺杂区、一个第二掺杂区以及一个位于该第一面上且电连接于该第一掺杂区及该第二掺杂区的电极单元。该基板的第一面具有一个第一区域、一个第二区域以及一个位于该第一区域与该第二区域之间的第三区域，该第一区域、该第二区域及该第三区域共同形成一个二阶阶梯结构，该第一掺杂区位于该第一区域，该第二掺杂区位于该第二区域。
本发明所述的背接触式太阳能电池，该电极单元包括一个电连接该第一掺杂区的第一电极以及一个电连接该第二掺杂区的第二电极，所述第一掺杂区与第二掺杂区的其中一个为p型半导体，另一个为n型半导体。
本发明所述的背接触式太阳能电池，该第一面的二阶阶梯结构包括二个侧面段，所述侧面段的其中至少一个的延伸角度为75度至90度，所述延伸角度为所述侧面段与邻接的阶梯结构的上表面之间的夹角。
本发明所述的背接触式太阳能电池，该基板还包括一个与该第一面相对的第二面，该基板的第一区域为该二阶阶梯结构的最远离该第二面的一阶，该第二区域为该二阶阶梯结构的最靠近该第二面的一阶。
本发明所述的背接触式太阳能电池，还包括一个位于该基板的第一面与该电极单元之间的钝化层，该钝化层具有可供该电极单元分别电连接于该第一掺杂区与该第二掺杂区的穿孔。
本发明背接触式太阳能电池的制造方法，包括：
步骤A：在一个基板的一个第一面形成一个掺杂层；
步骤B：进行第一次蚀刻，使该第一面形成一个一阶阶梯结构，且该掺杂层的对应于该一阶阶梯结构的部位被移除，该掺杂层的未被移除的部位形成一个第一掺杂区；
步骤C：进行第二次蚀刻，使该一阶阶梯结构形成一个二阶阶梯结构；
步骤D：在该二阶阶梯结构上形成一个与该第一掺杂区分开设置的第二掺杂区；
步骤E：形成一个位于该第一面上且电连接于该第一掺杂区及该第二掺杂区的电极单元。
本发明所述的背接触式太阳能电池的制造方法，该步骤B是先在该掺杂层的表面上形成一个第一阻挡层，再移除该第一阻挡层及该掺杂层的局部部位，接着蚀刻该基板而形成该一阶阶梯结构，并且移除该第一阻挡层。
本发明所述的背接触式太阳能电池的制造方法，该步骤C是以化学气相沉积方式在该第一掺杂区及该一阶阶梯结构的表面形成一个第二阻挡层，再移除该第二阻挡层的对应于该一阶阶梯结构的部位，接着蚀刻该基板而形成该二阶阶梯结构。
本发明所述的背接触式太阳能电池的制造方法，该步骤E的该电极单元是以非等向性的沉积方式形成。
本发明所述的背接触式太阳能电池的制造方法，该步骤E是先在该第一掺杂区、该第二掺杂区及该二阶阶梯结构的裸露的表面上形成一个包括多个穿孔的钝化层，该电极单元沉积在该钝化层上，并包括一个第一电极及一个第二电极，该第一电极及该第二电极经由所述穿孔而分别电连接于该第一掺杂区及该第二掺杂区。
本发明所述的背接触式太阳能电池的制造方法，该步骤C是以激光蚀刻方式移除该第二阻挡层的对应于该一阶阶梯结构的部位。
本发明所述的背接触式太阳能电池的制造方法，该第二阻挡层还可以作为形成该第二掺杂区的时候的掺杂阻挡层，以避免该第二掺杂区的载子扩散到该第一掺杂区。
本发明的有益效果在于：通过该基板形成该二阶阶梯结构，且该第一掺杂区与该第二掺杂区分别位于该第一区域与该第二区域，为一种创新结构设计。而且本发明的制造方法使用两次的阶梯制程，每一次的阶梯制程都可对阶梯深度与宽度进行控制，因此两次制程后所形成的最终阶梯结构尺寸，可获得较佳的调控，如此也较易于制作出被区隔开的该第一掺杂区与该第二掺杂区，后续还可以通过简单的蚀刻步骤就完成该电极单元的制作，因此本发明具有制程步骤较少且简单、易于制作的优点。
附图说明
图1是一种已知的背接触式太阳能电池的剖视示意图；
图2是该已知的电池的制造流程示意图；
图3是本发明背接触式太阳能电池的一较佳实施例的剖视示意图；
图4是一般的背接触式太阳能电池的仰视示意图，用于示意本发明该较佳实施例的一电极单元的配置方式；
图5是本发明背接触式太阳能电池的制造方法的一较佳实施例的步骤流程图；
图6是该制造方法的部分步骤的流程示意图；
图7是该制造方法的其它步骤的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图3，本发明背接触式太阳能电池的较佳实施例包括：一基板3、至少一第一掺杂区41、至少一第二掺杂区42、一钝化层43、一电极单元44、一第一掺杂层45以及一抗反射层46。该第一掺杂区41的“第一”与第二掺杂区42的“第二”，是指半导体材料的两种不同的导电型式，在本实施例中分别为p型与n型，但实施时也可以相反。
该基板3具有彼此相对的一第一面31与一第二面32，本实施例的基板3为n型硅基板，该第一面31为背面，该第二面32为受光面，并可制作成粗糙表面以提高入光量。
而该第一面31具有一第一区域311、一第二区域312以及一位于该第一区域311与该第二区域312之间的第三区域313，该第一区域311、该第二区域312及该第三区域313共同形成一个二阶阶梯结构314，该二阶阶梯结构314包括二个侧面段315，所述侧面段315大致呈上下延伸，并且接近90度为佳，实务上应使所述侧面段315的其中至少一个的延伸角度θ为75度至90度，可以简化形成该电极单元44的制程。
所述延伸角度θ是指侧面段315与邻接阶梯结构上表面之间的夹角，例如对于该第一区域311及该第三区域313之间的该侧面段315而言，其延伸角度θ为该第一区域311与该侧面段315的夹角。此外，该第一区域311为该二阶阶梯结构314的最远离该第二面32的一阶，该第二区域312为该二阶阶梯结构314的最靠近该第二面32的一阶。
该第一掺杂区41为p型半导体，并位于该第一面31的第一区域311。该第二掺杂区42与该第一掺杂区41分开设置，并位于该第一面31的第二区域312，该第二掺杂区42为n型半导体，其载子浓度大于该基板3，借此形成n+掺杂。
该钝化层43位于该基板3的第一面31与该电极单元44之间，并具有多个可供该电极单元44分别电连接于该第一掺杂区41与该第二掺杂区42的穿孔431。实际上该钝化层43在对应该第一掺杂区41的部位必须具有至少一穿孔431，在对应该第二掺杂区42的部位也必须具有至少一穿孔431，才能供各个电极分别电连接各个掺杂区。该钝化层43的材料为介电材料，可以为氧化物、氮化物或上述材料的组合，用于填补、降低表面缺陷或基板3内部缺陷，进而降低载子的表面复合速率(SurfaceRecombinationVelocity,简称SRV)，提升电池的转换效率。
该电极单元44沉积在该钝化层43上，并包括至少一第一电极441与至少一第二电极442，其中该第一电极441及该第二电极442经该多个穿孔431分别电连接于该第一掺杂区41及该第二掺杂区42。在本实施例中，该钝化层43的表面上至少有部分区域未形成有该电极单元44，借此使该第一电极441与该第二电极442隔开，该电极单元44的形态与其制作过程有关，其制程容后说明。该电极单元44的材料不须限制，只要具有良好导电性就可以，例如铝、银等。
在此补充说明，本发明在实施时，该电极单元44位于该基板3的第一面31上，所述的“位于该第一面31上”，不以该电极单元44接触该第一面31为必要，在该电极单元44与该第一面31之间也可以有其它层体的存在，例如该钝化层43。本发明的电极单元44的p、n电极、该第一掺杂区41与该第二掺杂区42都位于该第一面31上，此即为背接触式电池的结构。
需要说明的是，实际上在一电池中，该第一掺杂区41、第二掺杂区42、第一电极441与第二电极442的数量都可以为多个，上述结构在电池中重复排列，而本实施例的图式仅是简单示意，本发明不以图式所示的形态为限。但须注意的是，一电池基本上只要包括至少一第一掺杂区41与一第二掺杂区42，以形成至少一p-n接面，就可以达到太阳能电池的功能。
本实施例的第一掺杂层45设置在该基板3的第二面32处，其为n型半导体，且载子浓度大于该基板3，借此形成正面电场结构(Front-SideField,简称FSF)，能提升载子收集率及光电转换效率。该抗反射层46位于该第一掺杂层45的表面，其材料例如氮化硅(SiNx)等，用于提升光线入射量以及降低载子表面复合速率，但本发明不以设置该抗反射层46为绝对必要。由于本发明的改良不在于该第一掺杂层45与该抗反射层46，因此不再详述。
参阅图4，补充说明，已知的背接触式太阳能电池有多种不同形态，包括指叉型背接触式(InterdigitatedBackContact,简称IBC)太阳能电池、金属环绕穿通式(MetalWrapThrough,简称MWT)太阳能电池以及射极环绕穿通式(EmitterWrapThrough,简称EWT)太阳能电池。本实施例是以IBC电池为例，由该电池的仰视图来看，第一电极441及第二电极442呈指状交叉配置。
参阅图3、5、6，本发明背接触式太阳能电池的制造方法的较佳实施例，包括：
(1)进行步骤51：首先提供该n型的硅基板3，利用氧化制程或薄膜沉积方式在该基板3的第二面32上形成一个氧化隔绝层61，该氧化隔绝层61需可作为之后进行KOH等向性蚀刻时的阻挡层。接着再以扩散制程在该基板3的该第一面31处形成一p型的掺杂层62(图6a)，p型掺杂的材料例如硼(B)。
(2)进行步骤52：进行第一次蚀刻，本步骤是先在该掺杂层62的表面上形成一第一阻挡层63(图6a)，该第一阻挡层63可以利用氧化制程或薄膜沉积方式形成，其材料例如氧化硅(SiOx)，并可作为之后进行KOH等向性蚀刻时的阻挡层。接着利用激光蚀刻方式移除该第一阻挡层63及该掺杂层62的局部部位，此激光蚀刻步骤用于初步定义蚀刻区域，使该基板3的第一面31处形成一宽度约为500μm的第一开口317(图6b)。
接着利用湿式蚀刻方式蚀刻该基板3，使该第一面31形成一个一阶阶梯结构316(图6c)。本步骤的蚀刻液例如KOH但不限于此，KOH对于基板3的硅材料有良好的蚀刻性，且湿式蚀刻为均匀的等向性蚀刻，可以使该第一开口317的宽度扩大到520μm左右，其深度也会加深。此时该掺杂层62的对应于该一阶阶梯结构316的部位被移除，该掺杂层62的未被移除的部位进而形成所述第一掺杂区41。
补充说明的是，由于激光蚀刻会对该基板3造成表面损伤，并使基板3的表面粗糙，而通过该湿式蚀刻能去除该基板3的表面损伤，并降低基板3在开口区域的表面粗糙度。此外，因为该第一阻挡层63受到该KOH蚀刻的程度远小于该掺杂层62受到蚀刻的程度，因此在该第一开口317的宽度扩大时，该第一阻挡层63在对应于该第一开口317处的孔洞的尺寸改变量相对较小。
最后再进行一次湿式蚀刻，将该基板3浸泡HF溶液以移除该第一阻挡层63与该氧化隔绝层61，进而如图6d所示。
(3)进行步骤53：进行第二次蚀刻，使该一阶阶梯结构316形成该二阶阶梯结构314。具体而言，本步骤是以化学气相沉积(CVD)方式在该第一掺杂区41及该一阶阶梯结构316的表面形成一第二阻挡层64(图6e)，该第二阻挡层64的材料例如SiOx，此外，在该基板3的第二面32处也形成一第三阻挡层64’来作为保护，该第三阻挡层64’可与该第二阻挡层64同时形成。由于CVD制程的覆盖率较佳，可避免阶梯覆盖(stepcoverage)不均匀的问题。
接着利用激光蚀刻移除该第二阻挡层64的对应于该一阶阶梯结构316的部位，此激光蚀刻步骤用于初步定义蚀刻区域，使该一阶阶梯结构316处形成一宽度约为380μm左右的第二开口318(图6f)。
参阅图3、5、7，接着以湿式蚀刻方式蚀刻该基板3，就可以形成该二阶阶梯结构314(图7a)。此时该第二开口318变深，且宽度扩大到400μm左右。
本步骤使用的蚀刻液例如KOH但不限于此，而且湿式蚀刻的同时还能去除前述激光蚀刻对该基板3所造成的表面损伤，以降低基板3的表面粗糙度，有利于提升该基板3与后续形成的该钝化层43之间的结合力。
(4)进行步骤54：在该第一面31的对应于该第二开口318处的裸露表面，通过磷(P)扩散制程形成该n型的第二掺杂区42(图7b)。由于进行第二掺杂区42的扩散制程时，该第二阻挡层64及该第三阻挡层64’尚未移除，借此形成阻挡作用，避免n型载子扩散到p型的第一掺杂区41而造成污染。接着再通过湿式蚀刻方式，将该基板3浸泡HF溶液以移除该第二阻挡层64及该第三阻挡层64’，进而如图7c所示。
需要说明的是，在进行接下来的步骤之前，可以先在该基板3的第二面32处形成该第一掺杂层45及该抗反射层46(图7d)，但由于其形成方式非本发明的改良重点，所以不再说明。
(5)进行步骤55：形成该钝化层43及该电极单元44，本步骤是先利用薄膜沉积方式，在该第一掺杂区41、该第二掺杂区42及该二阶阶梯结构314的裸露的表面上形成连续的钝化层43膜层，再利用激光或其它方式蚀刻该钝化层43以形成所述穿孔431(图7d)。
接着利用物理气相沉积(PVD)方式在该电池的第一面31上进行整面的金属沉积，进而形成一连续的导电层65(图7e)，该导电层65的厚度约为数微米，其材料例如铝，需要说明的是，所述“在第一面31上进行金属沉积”，不以该导电层65接触该第一面31为必要，该导电层65与该第一面31之间也可以隔着其它层体。本步骤使用非等向性的PVD制程，主要是因为此制程的阶梯覆盖率较差，可以使沉积而成的该导电层65的膜厚不均匀，在对应于该二阶阶梯结构314的侧面段315与阶梯转角的部位上，该导电层65的厚度较薄，如此有利于后续制程的进行。
接着利用湿式蚀刻方式进行金属蚀刻制程，通过该导电层65的阶梯式结构的金属膜厚不均匀，因此进行金属蚀刻时，该导电层65对应于所述侧面段315的部位至少有部分可被移除而完成金属断线(图7f)，进而完成p、n掺杂区的接触金属的隔离制程，也就是完成该电极单元44的制作。
本发明使用两次的阶梯制程，相较于只设置一阶阶梯或者未形成阶梯结构的一般电池而言，本发明的优点在于：每一次的阶梯制程都可对阶梯深度与宽度进行控制，因此两次制程后所形成的最终阶梯结构尺寸可获得较佳的调控，如此也较易于制作出被区隔开的该第一掺杂区41与该第二掺杂区42，而且阶梯结构配合以非等向性的PVD沉积该导电层65，使该导电层65的膜厚不均匀，后续就可以通过简单的蚀刻步骤使该导电层65的局部部位断开，完成该电极单元44的制作，因此本发明在接触金属的隔离制程上，步骤较少且简单、易于进行、制程成本较低，而且因为不需要配合光罩蚀刻，所以制程容易控制，制程稳定性高。
另一方面，本发明在形成该二阶阶梯结构314的过程中，主要是以激光蚀刻配合等向性的湿式蚀刻，此两种蚀刻方式的进行方式也相当简单且方便，而且在步骤53所形成的第二阻挡层64、第三阻挡层64’，可同时作为形成该二阶阶梯结构314时的蚀刻阻挡层与形成该第二掺杂区42的时候所须的掺杂阻挡层，因此第二阻挡层64及第三阻挡层64’兼具双重阻挡功能。
Claims (12)
1.一种背接触式太阳能电池，包括：一个包括一个第一面的基板、一个第一掺杂区、一个第二掺杂区以及一个位于该第一面上且电连接于该第一掺杂区及该第二掺杂区的电极单元，其特征在于，该基板的第一面具有一个第一区域、一个第二区域以及一个位于该第一区域与该第二区域之间的第三区域，该第一区域、该第二区域及该第三区域共同形成一个二阶阶梯结构，该第一掺杂区位于该第一区域，该第二掺杂区位于该第二区域。
2.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，该电极单元包括一个电连接该第一掺杂区的第一电极以及一个电连接该第二掺杂区的第二电极，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区的其中一个为p型半导体，另一个为n型半导体。
3.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，该第一面的二阶阶梯结构包括二个侧面段，所述侧面段的其中至少一个的延伸角度为75度至90度，所述延伸角度为所述侧面段与邻接的阶梯结构的上表面之间的夹角。
4.根据权利要求1所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，该基板还包括一个与该第一面相对的第二面，该基板的第一区域为该二阶阶梯结构的最远离该第二面的一阶，该第二区域为该二阶阶梯结构的最靠近该第二面的一阶。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的背接触式太阳能电池，其特征在于，该背接触式太阳能电池还包括一个位于该基板的第一面与该电极单元之间的钝化层，该钝化层具有可供该电极单元分别电连接于该第一掺杂区与该第二掺杂区的穿孔。
6.一种背接触式太阳能电池的制造方法，其特征在于，该制造方法包括：
步骤A：在一个基板的一个第一面形成一个掺杂层；
步骤B：进行第一次蚀刻，使该第一面形成一个一阶阶梯结构，且该掺杂层的对应于该一阶阶梯结构的部位被移除，该掺杂层的未被移除的部位形成一个第一掺杂区；
步骤C：进行第二次蚀刻，使该一阶阶梯结构形成一个二阶阶梯结构；
步骤D：在该二阶阶梯结构上形成一个与该第一掺杂区分开设置的第二掺杂区；
步骤E：形成一个位于该第一面上且电连接于该第一掺杂区及该第二掺杂区的电极单元。
7.根据权利要求6所述的背接触式太阳能电池的制造方法，其特征在于，该步骤B是先在该掺杂层的表面上形成一个第一阻挡层，再移除该第一阻挡层及该掺杂层的局部部位，接着蚀刻该基板而形成该一阶阶梯结构，并且移除该第一阻挡层。
8.根据权利要求7所述的背接触式太阳能电池的制造方法，其特征在于，该步骤C是以化学气相沉积方式在该第一掺杂区及该一阶阶梯结构的表面形成一个第二阻挡层，再移除该第二阻挡层的对应于该一阶阶梯结构的部位，接着蚀刻该基板而形成该二阶阶梯结构。
9.根据权利要求6所述的背接触式太阳能电池的制造方法，其特征在于，该步骤E的该电极单元以非等向性的沉积方式形成。
10.根据权利要求9所述的背接触式太阳能电池的制造方法，其特征在于，该步骤E是先在该第一掺杂区、该第二掺杂区及该二阶阶梯结构的裸露的表面上形成一个包括多个穿孔的钝化层，该电极单元沉积在该钝化层上，并包括一个第一电极及一个第二电极，该第一电极及该第二电极经由所述穿孔而分别电连接于该第一掺杂区及该第二掺杂区。
11.根据权利要求8所述的背接触式太阳能电池的制造方法，其特征在于，该步骤C是以激光蚀刻方式移除该第二阻挡层的对应于该一阶阶梯结构的部位。
12.根据权利要求8所述的背接触式太阳能电池的制造方法，其特征在于，该第二阻挡层还能作为形成该第二掺杂区的时候的掺杂阻挡层，以避免该第二掺杂区的载子扩散到该第一掺杂区。
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