CN103887354B - 太阳能电池及其制造方法与太阳能电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种太阳能电池及其制造方法与太阳能电池模块。太阳能电池包含一基板、多个粗糙结构、一第一层、一钝化层及一电极。基板包括一第一面。多个粗糙结构配置于第一面上。各粗糙结构具有多个表面，这些表面相互连接并共同具有一顶部，且每一粗糙结构的这些表面彼此之间的多个连接处及顶部为弧形。第一层具有第一导电型，且位于第一面上。第一层沿各粗糙结构的多个表面及顶部延伸配置。第一层在各顶部处的掺杂深度小于或等于在这些表面处的掺杂深度。钝化层位于第一面上方的第一层上。电极位于第一面上，且穿过钝化层并与第一层接触。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光电转换装置，且特别是有关于一种太阳能电池。
背景技术
为了提升太阳能电池的效率，在目前的太阳能电池制作过程中，一种技术是在太阳能电池的受光面上进行粗化处理，借以在受光面上形成许许多多的粗糙结构，来增进太阳能电池的受光面对于入射光的吸收效率。
此外，为了增进太阳能电池的载子效率，通常会在受光面的粗糙结构形成后，再于受光面上覆盖或成长氧化物等类型的钝化层。然而，因为粗糙结构的凹凸不平，会导致钝化层无法均匀地覆盖在受光面上，例如在粗糙结构的顶部尖端或两个表面相接的菱线上，皆会有覆盖不易的问题，容易造成钝化效果不佳。再加上，这些粗糙结构的顶部、或相邻二粗糙结构的接合处会产生局部应力，例如在粗糙结构的顶部会产生反向压缩应力。如此将使得钝化层无法有效且全面性地钝化受光面上的粗糙结构的所有表面，而严重影响太阳能电池的载子效率。
发明内容
因此，本发明的一方面就是在提供一种太阳能电池及其制造方法与太阳能电池模块，其可有效且全面性地钝化太阳能电池的受光面。
本发明的另一方面是在提供一种太阳能电池及其制造方法与太阳能电池模块，其可使载子在掺杂层中的行进更为顺畅，而可提高载子的生命周期，进而可提升太阳能电池的开路电压(Voc)。
根据本发明的上述目的，提出一种太阳能电池。此太阳能电池包含一基板、多个粗糙结构、一第一层、一钝化层以及一电极。基板包括一第一面。多个粗糙结构配置于第一面上，其中各粗糙结构具有多个表面，这些表面相互连接并共同具有一顶部，且每一粗糙结构的这些表面彼此之间的多个连接处及前述顶部为弧形。第一层具有第一导电型，且位于第一面上。此第一层沿各粗糙结构的多个表面及前述顶部延伸配置，且此第一层在各顶部处的掺杂深度小于或等于在这些表面处的掺杂深度。钝化层位于第一面上方的第一层上。电极位于第一面上，且穿过钝化层并与第一层接触。
依据本发明的一实施例，上述的多个粗糙结构中的任二相邻的粗糙结构的相邻表面之间的另一连接处为弧形。
依据本发明的另一实施例，上述的基板为第一导电型或第二导电型的基板。
依据本发明的又一实施例，垂直上述基板的第一面的基板材料的晶格方向为100方向，垂直各粗糙结构的多个表面的基板材料的晶格方向为111方向。
依据本发明的再一实施例，上述的多个连接处的掺杂深度小于或等于在各粗糙结构的多个表面处的掺杂深度。
根据本发明的上述目的，另提出一种太阳能电池模块。此太阳能电池模块包含一上板、一下板、一如上述的太阳能电池以及至少一个封装材料层。前述的太阳能电池设于上板与下板之间。前述的封装材料层位于上板与下板之间，将太阳能电池与上板和下板结合。
根据本发明的上述目的，亦提出一种太阳能电池的制造方法，包含下列步骤。提供一基板，其中此基板包括一第一面。进行一粗化制程，使基板的第一面形成多个粗糙结构，其中各粗糙结构具有多个表面以及一顶部，且这些表面相互连接并共同具有前述顶部。进行一掺杂制程，使第一面上形成具有第一导电型的一第一层，其中此第一层沿各粗糙结构的多个表面及顶部延伸配置。进行一蚀刻制程，使各粗糙结构的多个表面之间的多个连接处及顶部形成弧形，其中通过此蚀刻制程，使第一层在各顶部处的掺杂深度小于或等于在这些表面处的掺杂深度。形成一钝化层于第一面上方的第一层上。形成一电极于第一面上，其中电极穿过钝化层与第一层接触。
依据本发明的一实施例，通过上述蚀刻制程使多个粗糙结构中的任二相邻的粗糙结构的相邻表面之间的另一连接处形成弧形。
依据本发明的另一实施例，上述的基板为第一导电型或第二导电型的基板。
依据本发明的又一实施例，通过上述蚀刻制程使多个表面之间的多个连接处的掺杂深度小于或等于在各粗糙结构的多个表面处的掺杂深度。
依据本发明的再一实施例，上述的蚀刻制程所使用的一蚀刻液包含硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)、醋酸(CH3COOH)以及水。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池模块的剖面示意图；
图2至图5是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池的制程剖面图；
图6是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池的粗糙结构的立体示意图；
图7A是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池的粗糙结构的一局部放大图；
图7B是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池的粗糙结构的另一局部放大图。
【主要元件符号说明】
100：太阳能电池模块 102：太阳能电池
104：上板 106：下板
108：封装材料层 110：封装材料层
112：基板 114：第一面
116：粗糙结构 118：表面
120：顶部 122：连接处
124：第一层 126：局部区域
128：局部区域 130：掺杂深度
132：掺杂深度 134：掺杂深度
136：钝化层 138：连接处
140：电极
具体实施方式
请参照图1，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池模块的剖面示意图。在本实施方式中，太阳能电池模块100主要包含一上板104、一下板106、一太阳能电池102、以及一个或多个封装材料层，例如封装材料层108与110，实施上可采用EVA材质。
如图1所示，在太阳能电池模块100中，太阳能电池102设于下板106上，且设于上板104之下。因此，上板104设于下板106之上，且太阳能电池102设于下板106与上板104之间。另外，二层封装材料层108与110则分别设置在上板104与太阳能电池102、以及下板106与太阳能电池102之间。通过高温压合的程序，封装材料层108和110于熔融态时可将太阳能电池102与下板106和上板104结合。
请参照图2至图5，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池的制程剖面图。在本实施方式中，制作如图5所示的太阳能电池102时，可先提供基板112。基板112的材料可例如为硅等半导体材料。如图2所示，基板112包含第一面114，于本实施例中即为基板112的正面。基板112可为第一导电型或第二导电型基板，其中第一导电型可例如为p型，而第二导电型可为n型。接着，可对基板112进行粗化制程，借以在基板112的第一面114上形成多个粗糙结构116。
请一并参照图2与图6，每一粗糙结构116可具有多个表面118。而且，在每一粗糙结构116中，这些表面118彼此互相连接而对应形成多个连接处138，且共同具有一顶部120。在一实施例中，每一粗糙结构116可为金字塔型结构，即四角锥状结构。因此，这些粗糙结构116均具有四个表面118。在其他实施例中，太阳能电池的粗糙结构可为其他多边形锥状结构。
此外，任二相邻的粗糙结构116的相邻表面118，即一粗糙结构116的一表面118与相邻的另一粗糙结构116的相邻表面118互相连接而形成连接处122。在一实施例中，垂直基板112的第一面114的基板112的材料的晶格方向为100方向，而垂直各粗糙结构116的各表面118的基板122的材料的晶格方向为111方向。
接下来，请再次参照图2，对基板112进行掺杂制程，借以使基板112的第一面114形成具有第一导电型的第一层124。此第一层124延伸配置于每个粗糙结构116的所有表面118与顶部120。在一实施例中，第一层124所具有的第一导电型可为p型，且掺杂制程所采用的掺质可例如为硼。或是采用磷掺杂而得n型即本发明所谓的第二导电型。一般而言，因掺杂制程的特性的缘故，第一层124表面的掺质浓度较高。此外，因结构形状的关系，在粗糙结构116的顶部120、连接处138(请先参照图6)以及在二相邻粗糙结构116的相邻表面118之间的连接处122的谷底等处可能会有局部应力产生，因此掺杂制程在粗糙结构116的顶部120、连接处138与连接处122所形成的掺杂深度较大，亦即掺杂浓度较大。
接着，对基板112的第一面114的粗糙结构116进行导圆(rounding)处理。在一实施例中，如图3所示，可利用蚀刻制程来进行粗糙结构116的导圆处理，以使每个粗糙结构116的所有表面118之间所形成的连接处138与顶部120形成弧形。在另一实施例中，蚀刻制程也会在任二相邻的粗糙结构116的相邻表面118互相连接所形成的连接处122产生导圆效果，而使连接处112呈弧形。
在一实施例中，此蚀刻制程所使用的蚀刻液可例如包含硝酸、氢氟酸、醋酸以及水。在此实施例中，硝酸可与粗糙结构116的表面118、连接处138、连接处122以及顶部120等处的硅反应而形成氧化硅，而氢氟酸可将生成在粗糙结构116的表面118上的氧化硅蚀刻掉。在粗糙结构116的表面118上所重复进行的氧化硅生成与氧化硅蚀刻的过程，可使得粗糙结构116的表面118的连接处138、粗糙结构116的顶部120、以及任二相邻的粗糙结构116的相邻表面118之间的连接处122形成弧形。
在一示范例子中，蚀刻液可包含浓度70%的硝酸、浓度49%的氢氟酸、浓度100%的醋酸与浓度100%的水，且硝酸、氢氟酸、醋酸与水的体积比可为3：6：1：40。
于本实施方式中，在蚀刻过程中，由于粗糙结构116的表面118的连接处138、粗糙结构116的顶部120、以及任二相邻的粗糙结构116的相邻表面118之间的连接处122具有局部应力以及掺杂较深，亦即掺杂浓度较表面118为高的缘故，导致连接处138与122和顶部120处表面的硅生成氧化硅的速率较快。而由于所生成的氧化硅会遭蚀刻移除，因此连接处138与122和顶部120处的硅消减的量也较表面118为多。
故，请一并参照图3、图7A与图7B，其中图7A与图7B是分别是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池的粗糙结构的二局部放大图。如图7A的局部区域126的放大图所示，经导圆处理后，在每一粗糙结构116中，第一层124在顶部120处的掺杂深度130小于或等于在各表面118处的掺杂深度132。此外，如图7B的局部区域128的放大图所示，任二相邻的粗糙结构116的相邻表面118之间的连接处122的掺杂深度134、以及第一层124在粗糙结构116的表面118的连接处138的掺杂深度，小于或等于在各表面118处的掺杂深度132。
此外，由于粗糙结构116是先经掺杂再经导圆处理，因此导圆处理可将掺杂时在第一层124的表面中所产生的缺陷或所造成的不平整结构磨平，而可有利于后续的钝化处理的进行。而且，导圆处理时更可将第一层124表面掺杂浓度较高的部分移除，如此可有效提升载子在第一层124中的行进。
接着，如图4所示，于基板112的第一面114上方的第一层124上形成钝化层136。在一实施例中，钝化层136的材料可为氧化物、氮化物等材质。钝化层136可与第一层124表面的悬键接合，而可避免这些悬键捕抓在第一层124中运行的载子，进而可使载子在第一层124中的行进较为顺畅。如此一来，载子在第一层124中的寿命(lifetime)较长，进而可提升太阳能电池102(请参照图5)的开路电压。
在本实施方式中，由于第一层124的表面已在导圆程序中被磨平，因此钝化层136可顺利盖在整个第一层124上，同时在粗糙结构116的表面118、顶部120、连接处138等处，也不会因应力问题或尖锐的形状关系，产生钝化层136覆盖性不佳的问题，故可有效避免钝化层136因覆盖不完整而产生缺陷。
如图5所示，于完成钝化层136的设置后，可利用例如网印等方式在电极140所欲设置的处印刷上金属材质的浆料，之后并通过温度为八～九百度的烧结制程，让金属浆料穿透过钝化层136而与第一层124接触，借此完成电极140的设置，从而完成太阳能电池102的制作。
由上述的实施方式可知，本发明的一优点就是因为本发明是先对基板的粗糙结构进行掺杂，再进行导圆程序，因此导圆处理可将掺杂程序在延伸设置在粗糙结构上的掺杂层的表面中所产生的缺陷或不平整结构磨平，使得掺杂层的表面更为平整。于是，可顺利且全面性地钝化掺杂层的表面，进而可大幅提升载子的效率。
由上述的实施方式可知，本发明的另一优点就是因为本发明在导圆程序时可将掺杂层表面掺杂浓度相对较高的部分移除的更多，亦即对于粗糙结构上较为尖锐之处可有效导圆，增加钝化层的覆盖效果，因此可使载子在掺杂层中的行进更为顺畅，进而可提高载子的生命周期，达到提升太阳能电池的开路电压功效。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种太阳能电池，其特征在于，包含：
一基板，包括一第一面；
多个粗糙结构，配置于该第一面上，其中各该粗糙结构具有多个表面，该多个表面相互连接并共同具有一顶部，且每一该粗糙结构的该多个表面彼此之间的多个连接处及该顶部为弧形；
一第一层，具有第一导电型，且位于该第一面上，其中该第一层沿各该粗糙结构的该多个表面及该顶部延伸配置，且该第一层在各该顶部处的掺杂深度小于或等于在该多个表面处的掺杂深度；
一钝化层，位于该第一面上方的该第一层上；以及
一电极，位于该第一面上，且穿过该钝化层并与该第一层接触。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该多个粗糙结构中的任二相邻的粗糙结构的相邻表面之间的另一连接处为弧形。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该基板为第一导电型或第二导电型的基板。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，垂直该基板的该第一面的该基板的材料的晶格方向为100方向，垂直各该粗糙结构的该多个表面的该基板的材料的晶格方向为111方向。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该多个连接处的掺杂深度小于或等于在该多个表面处的掺杂深度。
6.一种太阳能电池模块，其特征在于，包含：
一上板；
一下板；
一如权利要求1的太阳能电池，设于该上板与该下板之间；以及
至少一封装材料层，位于该上板与该下板之间，将该太阳能电池与该上板和该下板结合。
7.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，包含：
提供一基板，其中该基板包括一第一面；
进行一粗化制程，使该基板的该第一面形成多个粗糙结构，其中各该粗糙结构具有多个表面以及一顶部，且该多个表面相互连接并共同具有该顶部；
进行一掺杂制程，使该第一面上形成具有第一导电型的一第一层，其中该第一层沿各该粗糙结构的该多个表面及该顶部延伸配置；
进行一蚀刻制程，使各该粗糙结构的该多个表面彼此之间的多个连接处及该顶部形成弧形，其中透过该蚀刻制程，使该第一层在各该顶部处的掺杂深度小于或等于在该多个表面处的掺杂深度；
形成一钝化层于该第一面上方的该第一层上；以及
形成一电极于该第一面上，其中该电极穿过该钝化层与该第一层接触。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，通过该蚀刻制程使该多个粗糙结构中的任二相邻的粗糙结构的相邻表面之间的另一连接处形成弧形。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该基板为第一导电型或第二导电型的基板。
10.根据权利要求7所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，通过该蚀刻制程使该多个表面之间的该多个连接处的掺杂深度小于或等于在该多个表面处的掺杂深度。
11.根据权利要求7所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该蚀刻制程所使用的一蚀刻液包含硝酸、氢氟酸、醋酸以及水。
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