CN103985773A - 硅晶太阳能电池结构 - Google Patents

硅晶太阳能电池结构 Download PDF

Info

Publication number
CN103985773A
CN103985773A CN201310110506.3A CN201310110506A CN103985773A CN 103985773 A CN103985773 A CN 103985773A CN 201310110506 A CN201310110506 A CN 201310110506A CN 103985773 A CN103985773 A CN 103985773A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
silicon substrate
crystal silicon
phosphorous oxide
solar battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310110506.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吴德清
李立宇
杜政勋
陈秉群
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Technology Research Institute ITRI
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industrial Technology Research Institute ITRI filed Critical Industrial Technology Research Institute ITRI
Publication of CN103985773A publication Critical patent/CN103985773A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • H01L31/02161Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0682Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明公开了一种硅晶太阳能电池结构,包括硅晶基板、位于硅晶基板的表面内的磷扩散掺杂层、位于硅晶基板的表面上的钝化层、介于钝化层与硅晶基板内的磷扩散掺杂层之间的含磷氧化层、以及位于硅晶基板的表面并穿过钝化层与含磷氧化层的电极。

Description

硅晶太阳能电池结构
技术领域
本发明是有关于一种太阳能电池结构,且特别是有关于一种硅晶太阳能电池结构。
背景技术
近年来因环境污染而导致的全球气候温度异常,因此永续洁净的能源需求问题迅速受到全球各国高度重视。其中太阳能无疑是最大无碳能源的供给来源,而太阳能电池为一种可直接将太阳光能转换为电能的光电转换元件。根据EPIA于全球太阳能电池市占率统计,硅晶(Crystalline Silicon)太阳能电池占最大比例。
传统的硅晶太阳能电池的制造方法至少有以下8道程序,请见图1。首先第1道程序是晶片100的表面织化(texture)工艺,通常对于单晶硅晶片进行碱蚀刻,对于多晶硅晶片则是以酸蚀刻的方式来进行;第2道程序是晶片清洗,晶片清洗主要是把表面织化工艺后,残留在晶片100表面100a的物质给去除掉;再来第3道程序就是进行磷扩散,磷扩散主要是在p-type晶片100形成n-type发射极102,形成PN接面二极管,其工艺通常是在晶片100表面100a沉积一层P2O5层再进行高温氧化热扩散,进而形成含磷氧化物层104(此层包含P2O5层与SiO2:P);接下来第4道程序的工艺为背面100b抛平,使用的手段主要为酸蚀刻的方式,目的是避免制作完的电池发生短路的现象;再来第5道程序是进行磷扩散后的含磷氧化物层104去除,这是因为传统认为这含磷氧化物层104含有P2O5层,会造成载流子容易在此层复合,对于100表面钝化是有极大的损害,所以通常以含氟化氢的液体来去除;接下来第6道程序是进行PECVD正面SiNx抗反射膜106镀膜制作,目的是减少光学反射,增加光被太阳能电池吸收。最后就是进行电极制作,主要是先进行第7道程序,以网印正背面电极108与110,最后的第8道程序是进行电池烧结,得到背面场(BSF,Back-Side Field)层112,完成电池制作。这8个工艺已是目前电池制造厂商的标准工艺程序,很难被取代,但如果可以在不影响效率下,节省工艺步骤,那将是硅晶太阳能电池的一大进步。
发明内容
本发明提供一种硅晶太阳能电池结构,能通过简化工艺而降低成本并提升太阳能电池的效率。
本发明又提供一种硅晶太阳能电池结构,可改善太阳能电池的光电效应。
本发明的硅晶太阳能电池结构包括硅晶基板、位于硅晶基板的表面内的磷扩散掺杂层、位于硅晶基板的表面上的钝化层、介于钝化层与硅晶基板内的磷扩散掺杂层之间的含磷氧化层、以及位于硅晶基板的表面并穿过钝化层与含磷氧化层的电极,而使电极与硅晶基板内的磷扩散掺磷层接触。
在本发明的一实施例中,上述的含磷氧化层包括与所述钝化层接触的P2O5层、以及与硅晶基板的所述正面接触的SiO2:P层。
在本发明的一实施例中,上述的含磷氧化层与钝化层的总厚度例如在50nm至200nm之间。
在本发明的一实施例中,上述的含磷氧化层的厚度例如在5nm至40nm之间。
在本发明的一实施例中,上述的硅晶基板为P型基板,则上述表面为硅晶基板的正面、上述电极为正面电极,且上述钝化层同时作为抗反射层。而且,上述的硅晶太阳能电池结构还包括位于硅晶基板的背面上的背面电极。
在本发明的一实施例中,上述的硅晶基板为N型基板,则上述表面为硅晶基板的背面,且上述电极为背面电极。而且,上述的硅晶太阳能电池结构还包括抗反射层、正面发射极和正面电极,其中抗反射层位于硅晶基板的正面上、正面发射极位于硅晶基板的正面内、正面电极位于硅晶基板的正面上并穿过抗反射层,而与正面发射极接触。
本发明的又一硅晶太阳能电池结构包括硅晶基板、位于硅晶基板的正面上的抗反射层、介于硅晶基板的正面与抗反射层之间的含磷氧化层、第一接触电极、以及第二接触电极。所述硅晶基板的正面具有正面场(FSF)层,而硅晶基板的背面具有互相分离的背面场(BSF)层与发射极层。第一接触电极是位于硅晶基板的背面与所述发射极层接触,第二接触电极则是位于硅晶基板的背面与背面场层接触。
在本发明的又一实施例中,上述的含磷氧化层包括与所述抗反射层接触的P2O5层、以及与硅晶基板的所述正面接触的SiO2:P层。
在本发明的又一实施例中,上述的含磷氧化层与抗反射层的总厚度例如在50nm至200nm之间。
在本发明的又一实施例中,上述的含磷氧化层的厚度例如在5nm至40nm之间。
在本发明的又一实施例中,上述的硅晶基板的正面为织构化表面。
在本发明的又一实施例中,上述的硅晶太阳能电池结构还包括覆盖于硅晶基板的背面上的钝化层。
在本发明的又一实施例中,上述的钝化层为氮化硅层、SiO2层、TiO2层、MgF2层或其组合。
基于上述,本发明的硅晶太阳能电池结构除了能维持光电特性,还可降低生产成本。另外,具含磷氧化物层的硅晶太阳能电池结构还可降低表面载流子复合,进而提升电池效率。另外,具含磷氧化物层的硅晶太阳能电池结构还可降低元件的接面电阻,进而提升电池效率。
附图说明
图1是现有的一种硅晶太阳能电池的制造流程剖面图。
图2A是依照本发明的第一实施例的一种硅晶太阳能电池结构的剖面示意图。
图2B是图2A的局部放大图。
图3是依照本发明的第二实施例的一种硅晶太阳能电池结构的剖面示意图。
图4是依照本发明的第三实施例的一种硅晶太阳能电池结构的剖面示意图。
图5是依照本发明的第四实施例的一种硅晶太阳能电池结构的剖面示意图。
图6是实验例一的含磷氧化层与氮化硅的厚度变化与电流密度的关系曲线图。
图7是实验例一的含磷氧化层与氮化硅的厚度变化与电流密度的关系曲线图。
图8A和图8B分别是实验例二的样品示意图。
图9是实验例二的扩散工艺温度与少数载流子生命周期的关系曲线图。
其中,附图标记:
20、30、40、50:硅晶太阳能电池结构
100:晶片                      100a、200a:表面
102:n-type发射极
104、204、304、404、504:含磷氧化层
106:SiNx抗反射膜              108、306、412:正面电极
110、310、406:背面电极        112、512:背面场(BSF)层
200、300、400、500:硅晶基板   202、402、516:钝化层
206、308、410:磷扩散掺杂层    208:P2O5
210:SiO2:P层                  300a、400b、500a:正面
100b、300b、400a、500b:背面   302、409、502:抗反射层
312:p+区                      314:重掺杂区
408:正面发射极                506:第一接触电极
508:第二接触电极              510:正面场(FSF)层
514:发射极层
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合所附附图作详细说明如下。
文中参照随附附图来描述本发明,附图中显示的是实施例,但是本发明还可以有多种形式来实践,且不应将其解释为限于本文所述的实施例。在附图中,为明确起见可能将各层以及区域的尺寸以及相对尺寸作夸张的描绘。
在下文中,当称一元件或层是“位于另一元件或层上”时,其可直接位于另一元件或层上或可存在中间元件或层。此外,当称一元件“与另一元件或层接触”时,两者间不存在中间元件或层。文中所用的诸如“在…下”、“在…上”及其类似用语的空间相对用语,来描述图中所说明的元件或层与另一元件或层的关系。这样的空间相对用语应包括使用中或操作中的元件,且包括除图中所描绘的方位以外的不同方位。举例来说,若将附图中的元件翻转,则被描述为位于其他元件或层“上”的元件,接着将定向成位于其他元件或层“下”。
图2A是依照本发明的第一实施例的一种硅晶太阳能电池结构的剖面示意图。
请参照图2A,硅晶太阳能电池结构20包括硅晶基板200、位于硅晶基板200的表面200a上的钝化层202、以及介于硅晶基板200的所述表面200a与钝化层202之间的含磷氧化层204。硅晶基板200譬如是P型硅晶,其表面200a内掺杂有作为发射极层的磷扩散掺杂层206,而表面200a即为硅晶太阳能电池结构20的正面,此时钝化层202同时可作为抗反射层(anti-reflective layer)用。所述钝化层202例如氮化硅层、SiO2层、TiO2层、MgF2层或其组合,且含磷氧化层204与钝化层202的总厚度例如在50nm至200nm之间。至于含磷氧化层204的厚度例如在5nm至40nm之间,尤其是在30nm以下有利于光学上的表现。另外,硅晶基板200的表面200a除图2A的平面外,也可为织构化表面,以降低光的反射。
上述含磷氧化层204为传统高温磷扩散工艺所产生,可包括与钝化层202接触的P2O5层208、以及与硅晶基板200的表面200a接触的SiO2:P层210,请见图2B,其为图2A的局部放大图。由于SiO2:P层210介于P2O5层208和磷扩散掺杂层206之间,所以本实施例中的含磷氧化层204能具有钝化效果,并且通过增加SiO2:P层210的厚度,预期能有利含磷氧化层204的钝化。
由于先前的太阳能电池工艺会在进行磷扩散形成如图2A的磷扩散掺杂层206之后,将硅晶基板200的表面200a的含磷氧化物层204移除,再进行抗反射层(或钝化层202)的镀膜步骤。相较下,本实施例中的含磷氧化层204不需移除,所以不但不影响光学表现、具有钝化效果之外,还能节省工艺步骤并进一步降低成本。
另外,上述的硅晶基板200为N型硅晶基板的话,其表面200a也可为硅晶太阳能电池结构20的背面,当硅晶太阳能电池结构20的背面有含磷氧化层204存在,同样能具有钝化效果,并且有助降低电极(未绘示)烧结后的接面电阻,提升电池的效率。
图3是依照本发明的第二实施例的一种硅晶太阳能电池结构的剖面示意图。
请参照图3,硅晶太阳能电池结构30包括硅晶基板300、位于硅晶基板300的正面300a上的抗反射层302、介于正面300a与抗反射层302之间的含磷氧化层304、以及几个正面电极306。上述硅晶基板300譬如是正面300a内掺杂有作为发射极的磷扩散掺杂层308的P型硅晶。所述正面电极306则位于硅晶基板300的正面300a并穿过抗反射层302与含磷氧化层304,而与硅晶基板300内的磷扩散掺杂层308接触。上述含磷氧化层304例如包括与抗反射层302接触的P2O5层、以及与硅晶基板300的正面300a接触的SiO2:P层,与图2B的情形类似。
由于含磷氧化层304位于硅晶基板300的正面300a上,所以考量光学上的表现,含磷氧化层304与抗反射层302的总厚度例如在50nm至200nm之间,其中含磷氧化层304的厚度例如在5nm至40nm之间。另外,本实施例的硅晶基板300的正面300a为织构化表面,能降低光反射。再者,硅晶太阳能电池结构30还可包括位于硅晶基板300的背面300b上的背面电极310。而在硅晶基板300的背面300b一般可设有p+区312作为背面场(BSF,Back-Side Field)层。
另外,当硅晶太阳能电池结构30的正面电极306是用银胶烧结或者利用电镀制作的情况,由于含磷氧化物层304中的磷会在高温下熔化而掺入硅晶基板300,而在正面电极306底下形成重掺杂区314,有利于降低金属与半导体接面电阻值并进而增加电池转换效率。详细而言,当正面电极306是用银胶制作时,因为银胶内有玻璃质,所以在高达摄氏八~九百度的温度烧结下,玻璃质会熔蚀抗反射层302并使含磷氧化物层304中的磷熔出,故能在金属与半导体的接面(硅晶基板300内)形成n型的重掺杂区314,进而降低接面电阻。同理,利用电镀制作正面电极306的步骤,若先用雷射去除抗反射层302,此时因为雷射的高能量会同时移除含磷氧化物层304并使其重熔,所以也能在硅晶基板300内形成重掺杂区314。之后,可用电镀工艺之类的方式,在雷射处理过的区域上电镀正面电极306。
图4是依照本发明的第三实施例的一种硅晶太阳能电池结构的剖面示意图。
请参照图4,硅晶太阳能电池结构40包括硅晶基板400、位于硅晶基板400的背面400a上的钝化层402、介于背面400a与钝化层402之间的含磷氧化层404、以及几个背面电极406。上述硅晶基板400譬如是正面400b内掺杂有p+区作为正面发射极408的N型硅晶,而在硅晶基板400的背面400a可设有磷扩散掺杂层410。所述背面电极406位于硅晶基板400的背面400a并穿过钝化层402与含磷氧化层404,而与硅晶基板400内的磷扩散掺杂层410接触。上述含磷氧化层404可参照图2B所示,故不再赘述。正面400b则有抗反射层(兼钝化层)409,位于正面发射极408之上,正面并有电极412结构。
图5是依照本发明的第四实施例的一种硅晶太阳能电池结构的剖面示意图。
请参照图5,硅晶太阳能电池结构50包括硅晶基板500、位于硅晶基板500的正面500a上的抗反射层502、介于硅晶基板500的正面500a与抗反射层502之间的含磷氧化层504、第一接触电极506、以及第二接触电极508。所述硅晶基板500的正面500a具有正面场(Front-Side Field)层510,而硅晶基板500的背面500b具有互相分离的背面场(BSF)层512与发射极层514。第一接触电极506和第二接触电极508都位于硅晶基板500的背面500b;第一接触电极506与发射极层514接触,第二接触电极508与背面场层512接触。第四实施例的硅晶太阳能电池结构50可为交指式背接触电极(Interdigitated backcontact,IBC)太阳能电池,其中的硅晶基板500为N型硅晶、正面场层510为n+FSF、背面场层512为n++BSF、发射极层514为p++区。
第四实施例的含磷氧化层504例如包括与抗反射层502接触的P2O5层、以及与硅晶基板500的正面500a接触的SiO2:P层,与图2B的情形类似。由于含磷氧化层504位在硅晶基板500的正面500a上,所以考量光学上的表现,含磷氧化层504与抗反射层502的总厚度例如在50nm至200nm之间,其中含磷氧化层504的厚度例如在5nm至40nm之间。另外,本实施例的硅晶基板500的正面500a为织构化表面,能降低光反射。此外,于硅晶基板500的背面500b上还可覆盖一层钝化层516,其例如是氮化硅层或是氧化硅层等。
以下列举数个实验来证实本发明的功效。
实验例一:含磷氧化层与SiNx薄膜的关系
在传统的硅晶太阳能电池结构中,一般会用600nm,折射系数落在2~2.1的SiNx:H氮化硅层薄膜作为钝化层,采用这范围的较大原因是在钝化上的结果。一般而言,在硅晶上最佳的光学抗反射层其折射率应该落于1.9附近,但折射率为1.9的SiNx:H的含氢量不高,导致钝化特性不佳,所以在传统工艺上,逐渐把折射率提升到2-2.1之间,让SiNx:H薄膜的氢含量提升,而在牺牲一点光学特性的情况下,换取在钝化特性的增加,以得到较佳的效率数值。
然而,在实验例一中要考虑的是含磷氧化物层与硅晶基板之间的光学特性,以降低含磷氧化物层与硅晶基板的光学反射效果,并创造出更佳的光电流,进而使电池效率增加。由光学模拟得到不同折射系数(n)的SiNx:H与不同含磷氧化物层厚度对光电流特性的影响,如图6所示。
假设抗反射层是折射系数为2.1的SiNx、含磷氧化物层的折射系数为1.6、硅晶的折射系数为3.6,并以含磷氧化物层的厚度为变数进行不同SiNx厚度的光学模拟,结果显示于图7。
从图7显示出,含磷氧化物层在10nm以下时,其对光电流最高值,几乎是比没有含磷氧化物层下更高的,甚至是含磷氧化物层厚度达到40nm下,其光电流最大值与无含磷氧化物层相差不到0.1mA/cm2,这意谓着含磷氧化物层的存在(<40nm),只要调整适当的SiNx厚度,在光学上对电池的效率影响是很小的。从数据图显示,含磷氧化物层厚度越小,可吸收的光电流会越多。
从图6可知,使用折射系数较低的SiNx薄膜,能增进电流密度,差别大到0.7mA/cm2;换句话说,电池转换效率会差到0.3%。所以调整磷扩散的含磷氧化物层厚度、钝化特性,将可以很顺利的搭配低折射系数的SiNx薄膜。
实验例二:含磷氧化物层的钝化特性
调整磷扩散的条件,会发现当扩散的情况下,含磷氧化物层的厚度减少与氧气通气量增加下,其钝化特性会大幅改善,也意谓着含磷氧化物层与硅晶接触的接面,会有一层几奈米厚度的SiO2:P层生成,这SiO2:P层可以改善钝化特性。
因此,分别制作图8A与图8B的硅晶太阳能电池结构,再以少数载流子生命周期测试仪(Lifetime tester)来进行测试。在对N-type晶片进行磷扩散工艺与双面氮化硅钝化层包覆之后,具有含磷氧化物层的样品(图8B)的少数载流子生命周期>1000μs,去除磷氧化物层再包覆氮化硅的样品(图8A)的少数载流子生命周期~500μs。因此具有含磷氧化物层的结构的少数载流子生命周期特性依然可以保持很高。
所以通过调整扩散工艺温度的调整,使含磷氧化物层厚度变厚、并长出高品质的氧化层。图9是比较几种不同工艺温度,保留含磷氧化物层,再双面镀上氮化硅层,制作成如图8B结构,以少数载流子生命周期测试仪来做测量,得出超高载流子生命周期的结果,高载流子生命周期代表着良好的钝化层,由图9可以说明保留含磷氧化物层可以做为良好的钝化层,其钝化效果甚至比氮化硅钝化层好。
比较有无去除含磷氧化物层的太阳电池转换效率,磷扩散发射极阻值在100ohm/单位面积(ohm/□),正面与背面电极结构皆以网印工艺搭配高温烧结而成,实验组为不去除含磷氧化物层,保留P2O5结构,对照组为传统工艺,去除含磷氧化物层。其结果如下表一所示。
表一
由表一可知,由实验组与对照组做比较,有相同的短路电流(ISC),具有含磷氧化物层的样品,其开路电压(VOC),相对较高,这意谓着含磷氧化物层对样品的表面钝化并没有负面的影响,且从表一发现到,在高发射极阻值(100Ω/□)样品中,具有含磷氧化物层的样品,其金属/半导体接面电阻,是有显著的降低,以致于填充因子(F.F.)会有较高的特性。因此,当使用更高发射极阻值的样品来作特性的比对,将可以看到具有含磷氧化物层的优异特性。其结果如下表二所示:
表二
从表二的结果显示,在高发射极阻值,131Ω/□,样品中,如将含磷氧化物层去除的话,其烧结后,接面电阻较大,以致于F.F.掉到只有22,相对的,有含磷氧化物层的样品,其F.F.仍保有64,这意谓着含磷氧化物层有助降低烧结后的接面电阻,提升电池的效率。这两个实验结果(表一与表二),都大大的证明含磷氧化物的存在,不仅仅是减少工艺步骤,降低生产成本,更可增加电池转换效率。
实验例三:含磷氧化物层用于电镀电极实验
在制作电镀电极,通常会使用雷射开孔于已完成PN接面与抗反射层的样品上,目的是通过雷射开线的能力,可以制作出细线宽的电镀电极,因此,在完成磷扩散工艺后,再镀氮化硅抗反射层,然后取两组实验作为比较,其一为有含磷氧化物层的结构,其一为去除含磷氧化物层的结构,当有含磷氧化物层存在时,测量雷射开孔后,有被雷射划开的地方,其下的片电阻为47Ω/□,然而无含磷氧化物层的样品,雷射开孔后,有被雷射划开的地方,其下的片电阻为117Ω/□,这表示含磷氧化物层的存在,在雷射开孔后,由于高温造成含磷氧化物层与发射极半导体层重熔,因此,会造成高度掺杂的区域,因此,从实验测量中发现其将会有片电阻下降的趋势,形成特殊的选择性发射极结构。由于高度掺杂的特性,将有助于降低金属与半导体接面电阻,所以进一步进行电镀电极的实验,其结果显示于表三。
表三
比较有无去除含磷氧化物层的太阳电池转换效率,磷扩散发射极阻值在100ohm/□,背面电极结构皆以网印工艺搭配高温烧结而成,正面电极是以雷射划线,再以电镀镍铜电极来完成,实验组为不去除含磷氧化物层,保留P2O5结构,对照组为传统工艺,去除含磷氧化物层。从表三的结果显示,有含磷氧化物层的样品,其在短路电流与开路电压都略大于去除磷氧化物层的样品,但在F.F.都有意料外的增加。这意谓着含磷氧化物层有助降低雷射开孔与电镀后的接面电阻,提升电池的效率。
综上所述,本发明提出包括含磷氧化物层结构的硅晶太阳能电池,不仅在效率上没有下降,还可以往上调升,并降低生产成本。由上述实验证明几件事情,首先是具含磷氧化物层的样品,其在抗反射层的制作上,搭配适合的抗反射条件,并不会使光电流产生降低,相反的,甚至可以使用低折射系数的氮化硅层,而使光电流产生增加。其二,含磷氧化物层经证实并不会使钝化特性下降,从实验中发现,其效果甚至是比氮化硅层还好。其中,传统网印烧结电极制作的硅晶太阳能电池,如具含磷氧化层结构,能有效的降低金属电极硅晶之间的接面电阻,使效率上升。最后,在雷射开孔与电镀电极结构的硅晶太阳能电池方面,具含磷氧化物层结构的电池经证实在雷射开孔后,能形成特殊的选择性发射极结构,降低电镀电极与半导体接面电阻,提升电池效率。本发明的含磷氧化物层结构具有高度钝化的特性,未来也可以应用在交指背接触电极的太阳能电池。本发明的结构还有一项特点是可以真实且容易地导入在目前的量产上,并且实验上已经被验证是可以对效率有帮助。
虽然本发明已以实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的变更与修改,故本发明的保护范围当以权利要求为准。

Claims (15)

1.一种硅晶太阳能电池结构,其特征在于,包括
硅晶基板;
磷扩散掺杂层,位于该硅晶基板的表面内;
钝化层,位于该硅晶基板的该表面上;
含磷氧化层,介于该硅晶基板内的该磷扩散掺杂层与该钝化层之间;以及
电极,位于该硅晶基板的该表面并穿过该钝化层与该含磷氧化层,而使该电极与该硅晶基板内的该磷扩散掺磷层接触。
2.如权利要求1所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该含磷氧化层包括:
P2O5层,与该钝化层接触;以及
SiO2:P层,与该硅晶基板内的该磷扩散掺杂层接触。
3.如权利要求1所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该含磷氧化层与该钝化层的总厚度在50nm至200nm之间。
4.如权利要求1所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该含磷氧化层的厚度在5nm至40nm之间。
5.如权利要求1所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该硅晶基板为P型基板,则该表面为该硅晶基板的正面、该电极为正面电极,且该钝化层同时作为抗反射层。
6.如权利要求5所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,还包括背面电极,位于该硅晶基板的背面上。
7.如权利要求1所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该硅晶基板为N型基板,则该表面为该硅晶基板的背面且该电极为背面电极。
8.如权利要求7所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,还包括:
抗反射层,位于该硅晶基板的正面上;
正面发射极,位于该硅晶基板的该正面内;以及
正面电极,位于该硅晶基板的该正面上并穿过该抗反射层,而与该正面发射极接触。
9.一种硅晶太阳能电池结构,其特征在于,包括
硅晶基板,具有正面与背面,该硅晶基板的该正面具有正面场层,该硅晶基板的该背面具有互相分离的背面场层与发射极层;
抗反射层,位于该硅晶基板的该正面上;
含磷氧化层,介于该硅晶基板的该正面与该抗反射层之间;
第一接触电极,位于该硅晶基板的该背面与该发射极层接触;以及
第二接触电极,位于该硅晶基板的该背面与该背面场层接触。
10.如权利要求9所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该含磷氧化层包括:
P2O5层,与该抗反射层接触;以及
SiO2:P层,与该硅晶基板的该正面接触。
11.如权利要求9所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该含磷氧化层与该抗反射层的总厚度在50nm至200nm之间。
12.如权利要求9所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该含磷氧化层的厚度在5nm至40nm之间。
13.如权利要求9所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该硅晶基板的该正面为织构化表面。
14.如权利要求9所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,还包括钝化层,覆盖于该硅晶基板的该背面上。
15.如权利要求9所述的硅晶太阳能电池结构,其特征在于,该钝化层为氮化硅层、SiO2层、TiO2层、MgF2层或其组合。
CN201310110506.3A 2013-02-08 2013-04-01 硅晶太阳能电池结构 Pending CN103985773A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102105163A TW201432925A (zh) 2013-02-08 2013-02-08 矽晶太陽能電池結構
TW102105163 2013-02-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103985773A true CN103985773A (zh) 2014-08-13

Family

ID=51277672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310110506.3A Pending CN103985773A (zh) 2013-02-08 2013-04-01 硅晶太阳能电池结构

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140224313A1 (zh)
CN (1) CN103985773A (zh)
TW (1) TW201432925A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106486554A (zh) * 2015-08-25 2017-03-08 上海神舟新能源发展有限公司 一种实现n型双面电池隧穿氧化层钝化的方法
CN110010795A (zh) * 2019-04-17 2019-07-12 京东方科技集团股份有限公司 氮化硅薄膜及其制备方法、封装结构
US10693030B2 (en) 2018-01-15 2020-06-23 Industrial Technology Research Institute Solar cell

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9456495B2 (en) 2012-09-26 2016-09-27 Jx Nippon Oil & Energy Corporation Norbornane-2-spiro-α-cycloalkanone-α′-spiro-2″-norbornane-5,5″,6,6″-tetracarboxylic dianhydride, norbornane-2-spiro-α-cycloalkanone-α′-spiro-2″-norbornane-5,5″,6,6″-tetracarboxylic acid and ester thereof, method for producing norbornane-2-spiro-α-cycloalkanone-α′-spiro-2″-norbornane-5,5″,6,6″-tetracarboxylic dianhydride, polyimide obtained by using the same, and method for producing polyimide
JP6785427B2 (ja) * 2016-02-01 2020-11-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 太陽電池素子および太陽電池モジュール
US10593818B2 (en) * 2016-12-09 2020-03-17 The Boeing Company Multijunction solar cell having patterned emitter and method of making the solar cell
US11018272B2 (en) * 2017-03-23 2021-05-25 Imec Vzw Methods for forming metal electrodes concurrently on silicon regions of opposite polarity
NL2020560B1 (en) * 2018-03-09 2019-09-13 Univ Eindhoven Tech Photovoltaic cell and a method for manufacturing the same
CN113629171A (zh) * 2021-08-31 2021-11-09 晶澳(扬州)太阳能科技有限公司 硅基太阳能电池单元及其制造方法
CN113964212B (zh) * 2021-09-16 2022-03-18 晶科能源(海宁)有限公司 一种太阳能电池及其制备方法、光伏组件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201203594A (en) * 2010-06-14 2012-01-16 Imec Fabrication method for interdigitated back contact photovoltaic cells
CN102332492A (zh) * 2011-08-30 2012-01-25 绿华能源科技(杭州)有限公司 一种选择性发射极太阳能电池的制备方法
CN102403402A (zh) * 2011-04-15 2012-04-04 友达光电股份有限公司 太阳能电池的制造方法
US20120171804A1 (en) * 2004-11-30 2012-07-05 Solexel, Inc. Patterning of silicon oxide layers using pulsed laser ablation
US20120222734A1 (en) * 2010-09-02 2012-09-06 Pvg Solutions Inc. Solar battery cell and method of manufacturing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248948B1 (en) * 1998-05-15 2001-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Solar cell module and method of producing the same
US8664015B2 (en) * 2011-10-13 2014-03-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Method of manufacturing photoelectric device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120171804A1 (en) * 2004-11-30 2012-07-05 Solexel, Inc. Patterning of silicon oxide layers using pulsed laser ablation
TW201203594A (en) * 2010-06-14 2012-01-16 Imec Fabrication method for interdigitated back contact photovoltaic cells
US20120222734A1 (en) * 2010-09-02 2012-09-06 Pvg Solutions Inc. Solar battery cell and method of manufacturing the same
CN102403402A (zh) * 2011-04-15 2012-04-04 友达光电股份有限公司 太阳能电池的制造方法
CN102332492A (zh) * 2011-08-30 2012-01-25 绿华能源科技(杭州)有限公司 一种选择性发射极太阳能电池的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106486554A (zh) * 2015-08-25 2017-03-08 上海神舟新能源发展有限公司 一种实现n型双面电池隧穿氧化层钝化的方法
CN106486554B (zh) * 2015-08-25 2018-06-12 上海神舟新能源发展有限公司 一种实现n型双面电池隧穿氧化层钝化的方法
US10693030B2 (en) 2018-01-15 2020-06-23 Industrial Technology Research Institute Solar cell
CN110010795A (zh) * 2019-04-17 2019-07-12 京东方科技集团股份有限公司 氮化硅薄膜及其制备方法、封装结构

Also Published As

Publication number Publication date
US20140224313A1 (en) 2014-08-14
TW201432925A (zh) 2014-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103985773A (zh) 硅晶太阳能电池结构
CN109244194B (zh) 一种低成本p型全背电极晶硅太阳电池的制备方法
JP7082235B1 (ja) 太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュール
WO2021227568A1 (zh) 一种p型钝化接触太阳能电池及其制作方法
CN102623517B (zh) 一种背接触型晶体硅太阳能电池及其制作方法
WO2013002060A1 (ja) 太陽電池用ウエハ、太陽電池およびその製造方法
JP2017535975A (ja) 高効率n型両面太陽電池
JPWO2013186945A1 (ja) 太陽電池およびその製造方法
CN102751371B (zh) 一种太阳能薄膜电池及其制造方法
CN102185030B (zh) 基于n型硅片的背接触式hit太阳能电池制备方法
CN102916087B (zh) 太阳能电池及其制作方法
CN112397596A (zh) 一种低成本的高效太阳能电池及其制备方法
CN112117334A (zh) 选择性发射极的制备方法及太阳能电池的制备方法
CN108461554A (zh) 全背接触式异质结太阳能电池及其制备方法
CN102983214B (zh) 一种选择性发射极晶体硅太阳电池的制备方法
CN104638047A (zh) 背接触式太阳能电池
CN202076297U (zh) 基于p型硅片的背接触式hit太阳能电池结构
CN209592051U (zh) 一种双面钝化接触的p型高效电池
JP2013012668A (ja) 太陽電池用ウエハ、太陽電池およびその製造方法
CN114725225A (zh) 一种高效p型ibc电池及其制备方法
CN111959105A (zh) 一种太阳能电池印刷网版及其印刷工艺
CN103151398A (zh) 异质结电池及其制作方法
CN109461783A (zh) 一种双面晶硅太阳能电池及其制作方法
CN105244417A (zh) 一种晶硅太阳能电池及其制备方法
CN115425115A (zh) 一种TOPCon电池及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140813

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication