CN104103712A - 光伏元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种光伏元件的制造方法，包括：(A)提供一硅衬底；(B)进行一掺杂处理，使该硅衬底具有一PN结；(C)去除该硅衬底表面含杂质原子的氧化硅层；以及(D)以一含臭氧的气体干燥该硅衬底并钝化该硅衬底的表面。
Description
技术领域
本发明是关于一种光伏元件的制造方法，尤指一种利用臭氧进行表面钝化处理的光伏元件的制造方法。
背景技术
电势诱发衰减(Potential Induced Degradation，PID)为太阳能电池元件长期于高温及高湿环境下，在高电压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集于电池表面，使得其表面钝化效果劣化，产生并联电阻下降，进而造成太阳能电池效能降低的现象。
请参考图1，为现有太阳能电池的制造方法流程示意图。首先，提供一硅衬底，该硅衬底可具有一具有陷光结构的粗糙表面(S101)；接着，进行一掺杂处理，使该硅衬底形成一PN结(S102)；然后，晶边绝缘该硅衬底，并去除该硅衬底表面含杂质原子的氧化硅(S103)；接着，再在其表面形成一抗反射膜(S104)，从而完成太阳能电池所需的光伏元件；最后，在该硅衬底两侧各自独立形成一正电极以及一背电极(S105)，从而制备完成一现有的太阳能电池。
在上述太阳能电池制造流程中，现有将硅衬底置于含氧环境，并照射紫外光以产生臭氧，从而钝化该硅衬底表面。然而，以此方式钝化硅衬底，往往因硅衬底表面硅-氧键结受到紫外光照射破坏，而造成表面钝化不足，进而导致所制备的太阳能电池应用于太阳能发电时，无法改善电势诱发衰减所造成的效能降低。
有鉴于此，为改善上述电势诱发衰减造成的问题，提供一种有效表面钝化太阳能电池元件的制造方法，对于改善太阳能电池元件可靠度有其帮助。
发明内容
本发明的主要目的是在于提供一种光伏元件的制造方法，以能通过此一制造方法，提高该光伏元件的表面钝化效果，从而降低电势诱发衰减造成的问题，达到改善太阳能电池元件可靠度的目的。
为达成上述目的，本发明提供了一种光伏元件的制造方法，包括：(A)提供一硅衬底；(B)进行一掺杂处理，使该硅衬底具有一PN结(PNjunction)；(C)去除该硅衬底表面含杂质原子的氧化硅层；以及(D)以一含臭氧的气体干燥该硅衬底并钝化该硅衬底的表面。
在上述本发明的光伏元件制造方法中，该含臭氧的气体可包括一载流气体及一臭氧。在此，只要能够输送或调节该含臭氧的气体的性质，如：温度、压力等，本发明并不特别限制载流气体的种类。举例而言，在本发明的一方面中，该载流气体可为一空气、一氧气、或其组合。
此外，只要所提供的含臭氧的气体能钝化该硅衬底的表面，本发明并不特别限制其物理特性。举例而言，在本发明的一方面中，该含臭氧的气体的温度可为10℃至350℃，优选可为10℃至200℃，更佳可为10℃至100℃，但本发明并不以此为限。在本发明的另一方面中，该含臭氧的气体的压力可为1torr至770torr，优选可为100torr至770torr，更佳可为700torr至760torr，但本发明并不以此为限。此外，在该含臭氧的气体中，只要能钝化该硅衬底表面，本发明也不特别限制该臭氧的含量。举例而言，在本发明的一方面中，该臭氧的浓度可为0.01ppm至1％，优选可为0.05ppm至0.1％，更佳可为0.1ppm至0.05％，但本发明并不以此为限。在本发明的一具体方面中，该含臭氧的气体可于温度25℃，压力760torr，及臭氧浓度0.5ppm的条件下钝化该硅衬底表面。
此外，在上述本发明的光伏元件制造方法中，该含臭氧的气体可以各种方式形成，例如，放电法、电解法或光化法，本发明并不以此为限。优选地，在本发明的一方面中，该含臭氧的气体可以一光化式臭氧产生器所提供，但本发明并不仅限于此。
在上述本发明的光伏元件制造方法中，硅衬底的种类本发明并不特别限制，任何本领域现有可用于制造太阳能电池的硅衬底都可使用。举例而言，在本发明的一方面中，该硅衬底可为由单晶硅、多晶硅、或其组合所组成。此外，在本发明的另一方面中，该硅衬底可为P型硅或N型硅，本发明也不特别限制。
在上述本发明的光伏元件制造方法中，在步骤(B)中，该掺杂处理可为各种本领域现有的形成PN结的方法，例如，扩散(diffusion)或离子注入(ion implantation)，本发明并不特别以此为限。举例而言，在本发明的一方面中，当该硅衬底为P型硅时，该掺杂处理可为一磷扩散工艺，本发明并不仅限于此。
在上述本发明的光伏元件制造方法中，在步骤(C)中，各种现有去除含杂质原子的氧化硅的方法都可使用，本发明并不特别以此为限。举例而言，在本发明的一方面中，可使用氢氟酸去除该含杂质原子的氧化硅层。此外，当在步骤(B)中采用磷扩散工艺时，在步骤(C)中所去除的氧化硅层所含的杂质原子可为磷，但本发明并不以此为限。
在上述本发明的光伏元件制造方法中，在步骤(C)之前及步骤(B)之后，还包括一步骤(B1)：对该硅衬底进行一晶边绝缘处理。在本发明中，只要能达到晶边绝缘该硅衬底的目的，各种现有的晶边绝缘方式都可使用，例如激光晶边绝缘、等离子体处理、或化学刻蚀，本发明并不特别以此为限。举例而言，在本发明的一方面中，可以化学刻蚀方式进行该晶边绝缘处理。此外，在上述步骤(B1)及步骤(C)之间，以及步骤(C)及步骤(D)之间，还包括以去离水清洗该硅衬底。
在上述本发明的光伏元件制造方法中，在步骤(B)之前，还包括一步骤(A1)：结构化该硅衬底表面，以形成一具有陷光结构的粗糙表面。在本发明中，只要能使该硅衬底形成一具有陷光结构的粗糙表面，各种结构化方式都可采用，例如，激光刻蚀法、湿式刻蚀法、或等离子体刻蚀法，但本发明并不特别以此为限。举例而言，在本发明的一方面中，可利用湿式刻蚀法结构化该硅衬底表面，但本发明并不仅限于此。
在上述本发明的光伏元件制造方法中，在步骤(D)之后，还包括一步骤(E)：形成一抗反射膜于该硅衬底的表面。在本发明中，只要能在该硅衬底表面形成所需的抗反射膜，各种形成方式都可使用，本发明并不特别以此为限。举例而言，在本发明的一方面中，可使用等离子体化学气相沉积法(Plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)在该硅衬底表面形成所需的抗反射膜。此外，在本发明中，只要可具有所需抗反射膜的性质，本发明也不特别限制抗反射膜的材料种类。举例而言，在本发明的一方面中，该抗反射膜可为一氮化硅膜，但本发明并不仅限于此。
据此，采用上述本发明的光伏元件的制造方法制备的光伏元件，将可有效提高该光伏元件的钝化效果，从而降低电势诱发衰减造成的问题，达到改善太阳能电池元件可靠度的目的。
此外，应了解的是，只要能用于制造太阳能电池所需的光伏元件，本发明的光伏元件制造方法并无特别限制可应用其的光伏元件工艺。举例而言，在本发明的一方面中，本发明的光伏元件制造方法可应用于一连续式工艺，如采用德国RENA的INOXSIDE机台的IN LINE芯片水平传输式工艺。在本发明的另一方面中，本发明的光伏元件制造方法则可应用于一传统批次式工艺。详细来讲，在连续式工艺中，本发明的光伏元件制造方法可在INOXSIDE机台干燥风刀管路中通入含臭氧的气体以达到同时干燥并钝化该硅衬底表面的目的；抑或，本领域技术人员可在INOXSIDE机台出口处通以该含臭氧的气体，从而达到钝化该硅衬底表面的目的；进一步地，本领域技术人员可关闭INOXSIDE机台的干燥风刀，并在机台输送带末段另设一干燥装置，以一含臭氧的气体干燥该硅衬底并同时钝化该硅衬底表面。而在批次式工艺中，则可在去除含杂质原子的氧化硅层后，在干燥步骤中，以一含臭氧的气体干燥该硅衬底并同时钝化该硅衬底表面。
据此，即可将本发明的光伏元件制造方法应用于现有的光伏元件工艺中。
附图说明
图1为现有太阳能电池的制造方法流程图。
图2为本发明实施例的太阳能电池制造方法流程图。
图3为本发明实施例的太阳能电池的结构示意图。
【符号说明】
1 太阳能电池
11 背电极
12 光伏元件
121 硅衬底
122 抗反射膜
12 正电极
具体实施方式
实施例
请参考图2，为本实施例的太阳能电池制造方法流程图。首先，提供一硅衬底(S201)，其中，在本实施例中，该硅衬底为由一P型多晶硅所组成且其表面为经一结构化处理以形成一具有陷光结构的粗糙表面。接着，进行一掺杂处理，使该硅衬底形成一PN结(PN junction)(S202)。在本发明中，本领域技术人员可采用任何一种现有方式进行该掺杂处理，例如，在本实施例中，在800至900℃下进行预沉积，接着，再在850至950℃下，进行磷趋入，从而完成一磷扩散工艺，使该硅衬底形成一PN结。请继续参考图2，在完成该掺杂处理后，接着，对该硅衬底进行一晶边绝缘处理(S2031)。而后，以氢氟酸去除硅衬底表面含杂质原子的氧化硅层(S2032)，其中，在本实施例中，该杂质原子为磷。接着，采用一含臭氧的气体干燥该硅衬底(S2033)并同时钝化该硅衬底的表面(S204)，其中，该含臭氧的气体温度为25℃，其压力为760torr，且所含臭氧浓度为0.5ppm。接着，在完成该硅衬底的干燥步骤(S2033)及其表面钝化步骤(S204)后，再在该硅衬底表面形成一抗反射膜(S205)，以提高其的光电转换效率，其中，该抗反射膜为一氮化硅。据此，即可应用本发明的光伏元件的制造方法制备太阳能电池所需的光伏元件。最后，在所制备的光伏元件的硅衬底两侧形成所需的正电极及背电极(S206)，即完成本发明的太阳能电池。
请一并参考图3，为本实施例所制备的太阳能电池1的结构示意图，其包括：一背电极11；一上述实施例所制备的光伏元件12，该光伏元件12设置于该背电极11上，且其包括一经表面钝化处理的硅衬底121及一形成于该硅衬底121上的抗反射膜122；以及一正电极13，形成于该硅衬底121上。
在本实施例中，包含步骤S2031至S2033的步骤S203可为采用德国制造商RENA制造的INOXSIDE机台进行的该晶边绝缘及磷玻璃去除工艺。此外，步骤S204所需的含臭氧的气体可由一氙气光化式臭氧产生机提供。更详细地说，由该氙气光化式产生机所产生的臭氧与用于干燥该硅衬底的载流气体混合，达到干燥该硅衬底并同时钝化该硅衬底表面的功效。此外，与现有光伏电池模块钝化硅衬底表面的方法不同，在钝化该硅衬底表面的过程中，该硅衬底并不受到紫外光的照射，因此可避免硅衬底表面键结受到破坏，更进一步提高其表面钝化的效果，降低电势诱发衰减造成的问题，达到改善太阳能电池元件可靠度的目的。
比较例
本比较例与上述实施例大致类似，所不同处仅在于本比较例采用如图1所示的现有太阳能电池制造方法制造比较例的太阳能电池。
试验例1及2
试验例1及2为将上述实施例及比较例所制备的太阳能电池各自独立于温度85℃，湿度85％的条件下，以-1000Vdc偏压进行96小时的电势诱发衰减测试。测试结果如表1所示。
[表1]
如表1所示，在相同的电势诱发衰减测试条件下，采用现有方法所制造的光伏电池模块，其所制备的太阳能电池的光电转换效率衰减幅大为97.385％；反之，采用实施例所制造的光伏电池模块所制备的太阳能电池的光电转换效率衰减幅度仅为0.977％。因此，应用本发明光伏电池模块制造方法可提高光伏电池模块表面钝化效果，有效降低电势诱发衰减造成的问题，从而达到改善太阳能电池元件可靠度的目的。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (15)
1.一种光伏元件的制造方法，其特征在于，包括：
A，提供一硅衬底；
B，进行一掺杂处理，使该硅衬底具有一PN结；
C，去除该硅衬底表面含杂质原子的氧化硅层；以及
D，以一含臭氧的气体干燥该硅衬底并钝化该硅衬底的表面。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤D中，该含臭氧的气体包括一载流气体及一臭氧。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤D中，该含臭氧的气体的温度为10℃至350℃。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤D中，该含臭氧的气体的压力为1torr至770torr。
5.根据权利要求2所述的制造方法，其中，在步骤D中，该臭氧的浓度为0.01ppm至1％。
6.根据权利要求2所述的制造方法，其中，该载流气体为一空气、一氧气、或其组合。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其中，该硅衬底为由单晶硅、多晶硅、或其组合所组成。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤B中，该掺杂处理为一磷扩散工艺。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤C中，以氢氟酸去除该含杂质原子的氧化硅层。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，在步骤C中，该杂质原子为磷。
11.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤C之前及步骤B之后，还包括一步骤B1：对该硅衬底进行一晶边绝缘处理。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，在步骤B1及步骤C之间，以及步骤C及步骤D之间，还包括以去离水清洗该硅衬底。
13.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤B之前，还包括一步骤A1：结构化该硅衬底表面，以形成一具有陷光结构的粗糙表面。
14.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤D之后，还包括一步骤E：形成一抗反射膜于该硅衬底的表面。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其中，该抗反射膜为一氮化硅膜。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141015 |