CN104518051A - 太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种太阳能电池的制造方法，至少包括下列步骤：提供基板；形成射极层在基板的第一表面，其中基板与射极层间形成一p-n结；形成抗反射层在射极层上；在基板的第二表面设置掩模，且第二表面相对第一表面设置；在该掩模上形成钝化层；移除掩模，使部分第二表面暴露形成开口；在第一表面及第二表面进行金属镀膜；以及在第一表面形成至少一第一电极，且在第二表面邻近开口处形成背表面电场和覆盖于开口及钝化层的至少一第二电极。由此，以形成一质量较佳的钝化层开口，进而提升钝化射极背电极电池的质量。
Description
技术领域
本发明关于一种太阳能电池，尤指一种钝化射极背电极电池的制造方法。
背景技术
由于全球能源的持续短缺以及近年来环保意识逐渐抬头，因此目前相关产业最关心的议题莫过于如何提供环保、干净又不失效能的能源。在各种替代性的能源中，利用太阳光经由光电能量的转换而产生电能的太阳能电池(Solar Cell)，是目前所广泛应用且积极研发的技术。随着相关产业持续投入研发太阳能电池，不但使太阳能电池的技术不断精进、提升，更利用图案化一钝化层并最小化接触电极的面积与增加导电电极的厚度，研发出如钝化射极太阳能电池(Passivated Emitter Solar Cell,PESC)、钝化射极背电极电池(Passivated Emitter Rear Cell,PERC)、钝化射极背面局部扩散电池(PassivatedEmitter Rear Locally Diffused Cell,PERL)等高效率太阳能电池。
钝化射极背电极电池(Passivated Emitter Rear Cell,PERC)应用背面点接触来代替整个背面铝合金接触，其特征在于电池前侧及背侧上具有介电质钝化层(Passivation)，且在前侧上的钝化层充当抗反射层，而背侧上的介电质钝化层有开口，做为延长电荷载子的寿命并因而改善光转换效率。与传统的太阳能电池制造流程相似，图1A至图1E为现有钝化射极背电极电池制作流程示意图。如图1A所示，首先，提供一P型基板10，并在基板10的表面形成凹凸的纹理(Texturing)，以降低光反射率，其中由于凹凸的纹理相当细微，故在图1A中省略绘示。接着，提供掺杂剂及利用热扩散的方式在前表面F形成由N型半导体所构成的射极层11(Emitter Layer)，且在基板10与射极层11之间形成p-n结101(p-n junction)。此时，在射极层11上也会形成磷硅玻璃层(Phosphorus Silicate glass,PSG)(未图示)，再利用蚀刻方式将表面的磷硅玻璃层移除。
接着，如图1B所示，使用沉积(Deposition)的方式在射极层11上形成一层由氮硅化合物(SiNx)构成的抗反射层12(Anti-Reflection Coating,ARC)，以降低光线的反射率并保护射极层11。其后，如图1C所示，在背表面R沉积一层氧化铝(Al2O3)做为钝化层13。之后，为了形成局部接点，利用激光或蚀刻膏在钝化层13上形成多个开口14，使基板10的部份背表面R’暴露，如图1D所示。最后，如图1E所示，提供前表面F及背表面R的金属镀膜(Metallization)，并进行共同烧结(Co-Firing)程序，使前表面F形成多个第一电极15，并在背表面R邻近于开口14处形成局部背表面电场16(Back SurfaceField,BSF)和覆盖于开口14及钝化层13的第二电极17，由此以完成钝化射极背电极电池1的制造。
在钝化射极背电极电池的制程中，形成良好的钝化层13及局部背表面电场16是组成太阳能电池最关键的技术，但一般现有太阳能电池的制程通常采用前述激光或蚀刻的方式在钝化层13上形成多个开口14，并进一步在邻近于开口14处的基板10的部份背表面R’处形成局部背表面电场16。然而，传统以激光开口方式易导致局部钝化层13的损坏，而若改以蚀刻膏进行钝化层13的开口程序，虽可降低钝化层13的损坏程度，但其制造成本却相对地提升。因此，如何在不破坏钝化层的前提下进行局部开口，并可同时节省制造成本、提升生产效率，实为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池的制造方法，以解决现有太阳能电池在背表面进行钝化层开口时，易造成钝化层损坏的问题。
本发明的另一目的在于提供一种太阳能电池的制造方法，可降低钝化层开口的破坏程度，以确保太阳能电池形成良好的钝化层及背表面电场，并同时节省太阳电池的制作成本及提升生产效率。
为达上述目的，本发明的一较广实施态样为提供一种太阳能电池的制造方法，至少包括下列步骤：(a)提供基板；(b)形成射极层在基板的第一表面，其中基板与射极层间形成p-n结；(c)形成抗反射层在射极层上；(d)在基板的第二表面设置掩模，且第二表面相对于第一表面设置；(e)在掩模上形成钝化层；(f)移除掩模，使部分第二表面暴露以形成开口；(g)在第一表面及第二表面进行金属镀膜；以及(h)在第一表面形成至少一第一电极，且在第二表面邻近开口处形成背表面电场和覆盖于开口及钝化层的至少一第二电极。
根据本发明的一种实施方式，其中该步骤(a)之后更包括步骤(a1)形成凹凸纹理于该基板的该第一表面。
根据本发明的另一种实施方式，其中该步骤(b)之后更包括步骤：(b1)形成一磷硅玻璃层在该射极层上；以及(b2)移除该磷硅玻璃层。
根据本发明的另一种实施方式，其中该步骤(c)以化学气相沉积法实现，且该抗反射层由氮硅化合物所构成。
根据本发明的另一种实施方式，其中该掩模具有多个镂空通孔，故当该步骤(d)的该掩模设置在该基板的该第二表面时，该掩模的该通孔可暴露出部份该第二表面。
根据本发明的另一种实施方式，其中该步骤(e)的该钝化层填入该掩模的该通孔中，以使该基板的该第二表面完全被该掩模及该钝化层所覆盖。
根据本发明的另一种实施方式，其中该步骤(e)以原子层沉积法所实现，且该钝化层由氧化铝所构成。
根据本发明的另一种实施方式，其中该步骤(f)的该钝化层的形状与该掩模的该通孔相对应，且原先被该掩模遮蔽之处暴露形成该开口。
根据本发明的另一种实施方式，其中该步骤(f)之后更包括步骤(f1)分别设置一第一导电材料及一第二导电材料在该第一表面及该第二表面上。
根据本发明的另一种实施方式，其中该太阳能电池为钝化射极背电极电池。
附图说明
图1A至图1E为现有钝化射极背电极电池制作流程示意图。
图2A至图2J为本发明较佳实施例的钝化射极背电极电池制作流程示意图。
【符号说明】
1、2：钝化射极背电极电池
10：基板
101、201：p-n结
11：射极层
12：抗反射层
13：钝化层
14：开口
15：第一电极
16：背表面电场
17：第二电极
F：前表面
R：背表面
R’：部份背表面
20：基板
21：射极层
22：磷硅玻璃层
23：抗反射层
24：掩模
241：通孔
25：钝化层
26：开口
27：第一电极
28：背表面电场
29：第二电极
S1：第一表面
S2：第二表面
S2’：部份第二表面
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。
请参阅图2A至图2J，其为本发明较佳实施例的钝化射极背电极电池制作流程示意图。如图2A所示，首先，提供一基板20，并在基板20的第一表面S1形成凹凸纹理，以降低光线的反射率，而由于凹凸纹理相当细微，因此在图2A中省略绘示。在一些实施例中，基板20可为但不限于P型硅基板，且在基板20的第一表面S1形成凹凸纹理的方式可采用但不限于湿蚀刻或反应离子蚀刻等方式。
接着，如图2B所示，提供掺杂剂以及利用例如热扩散的方式在基板20的第一表面S1形成射极层21，在本实施例中，射极层21可为但不限于N型射极层，其中，热扩散的扩散源可为三氯氧磷(POCl3)，且该基板20与射极层21之间形成p-n结201。此时，在射极层21上也会形成磷硅玻璃层22。其后，如图2C所示，再利用例如氢氟酸(HF)蚀刻的方式，将磷硅玻璃层22移除，故基板20表面上仅覆盖射极层21。
随后，如图2D所示，在射极层21上形成抗反射层23，其中抗反射层23较佳利用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)沉积一氮硅化合物所构成，但不以此为限。抗反射层23具有可降低光线的反射率并具有高通透性等优点，可使氢由抗反射层23内大量穿透至基板20内部，以进行氢钝化过程，进而提升太阳能电池的效能。在一些实施例中，抗反射层23可由氮化硅、二氧化硅、氧化锌、氧化锡、二氧化镁等材质构成，但不以此为限。
其后，如图2E所示，在基板20的第二表面S2上设置一掩模24，其中，该基板20的第二表面S2相对于第一表面S1而设置，而该掩模24可为栅体或网状结构，但不以此为限，在本实施例中，该掩模24具有多个镂空通孔241，通孔241的型态可依所欲形成钝化层25的大小、形状任施变化。因此，当掩模24设置在基板20的第二表面S2时，掩模24的通孔241可暴露出部份第二表面S2’。接着，再如图2F所示，在该掩模24上沉积一钝化层25，该钝化层25填入掩模24的通孔241中，使得方才被暴露出的基板20的部份第二表面S2’可完全被掩模24及钝化层25所覆盖。在本实施例中，该钝化层25较佳由原子层沉积法(Atomic Layer Deposition,ALD)沉积氧化铝(Al2O3)所组成，但不以此为限，而前述的原子层沉积法相较在传统的物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition,PVD)或化学气相沉积法而言，具有较大面积优异的覆盖性与均一性、薄膜结构致密且无孔洞，以及可精确地控制膜厚以及较低的工作温度等优点。之后，再如图2G所示，将掩模24移除，因此基板20的第二表面S2上仅覆盖钝化层25，且钝化层25的外观型态与掩模24的通孔241相对应，同时，原先基板20的第二表面S2被掩模24所遮蔽之处，因掩模24的移除而被暴露，并形成开口26。
最后，请同时参阅图2H、图2I及图2J，其分别将第一导电材料设置在抗反射层23上以及将第二导电材料设置在钝化层25上，并透过金属镀膜(Metallization)过程，即采用电镀(Plating)或是网版印刷(Screen Printing)技术等方式将第一导电材料涂覆在抗反射层23上，在本实施例中，第一导电材料可为但不限于银，同样地，以金属镀膜程序将第二导电材料涂覆在钝化层25上，且该第二导电材料以铝为佳，但不以此为限。之后，再对第一导电材料及第二导电材料进行共同烧结(Co-Firing)步骤，使得第一导电材料在基板20的第一表面S1形成第一电极27，且其穿越抗反射层23并延伸连接至射极层21；另一方面，基板20的第二表面S2处则因第二导电材料23的导热，导致基板20的第二表面S2邻近开口26的部份，也即未被钝化层25所覆盖的第二表面S2，形成局部背表面电场28(如图2J所示)，产生局部背接点，同时，形成第二电极29在部份第二表面S2及钝化层25上，且该第二电极29覆盖于开口26及钝化层25之上，由此以完成本发明钝化射极背电极电池2的制造。
综上所述，本发明的钝化射极背电极电池制造过程中，在基板的第二表面设置掩模，使钝化层上形成质量较佳的开口，有助于后续局部背表面电场的形成。因此，相较于传统以激光或蚀刻膏进行钝化层开口程序，本发明可将钝化层破坏的问题降到最低，进而确保太阳能电池具有良好质量的钝化层及背表面电场，并且，同时节省其制作成本、提升生产效率。所以，本发明的太阳能电池的制造方法具有极高的实用性，实为一具产业价值的发明，于是依法提出申请。
纵使本发明已由上述实施例详细叙述而可由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱离权利要求书所保护的范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的制造方法，至少包括下列步骤：
(a)提供一基板；
(b)形成一射极层在该基板的一第一表面，其中该基板与该射极层间形成一p-n结；
(c)形成一抗反射层在该射极层上；
(d)在该基板的一第二表面设置一掩模，且该第二表面相对于该第一表面设置；
(e)在该掩模上形成一钝化层；
(f)移除该掩模，使部分该第二表面暴露以形成一开口；
(g)在该第一表面及该第二表面进行金属镀膜；以及
(h)在该第一表面形成至少一第一电极，且在该第二表面邻近该开口处形成一背表面电场和覆盖于该开口及该钝化层的至少一第二电极。
2.根据权利要求1的太阳能电池的制造方法，其中该步骤(a)之后更包括步骤(a1)形成凹凸纹理于该基板的该第一表面。
3.根据权利要求1的太阳能电池的制造方法，其中该步骤(b)之后更包括步骤：
(b1)形成一磷硅玻璃层在该射极层上；以及
(b2)移除该磷硅玻璃层。
4.根据权利要求1的太阳能电池的制造方法，其中该步骤(c)以化学气相沉积法实现，且该抗反射层由氮硅化合物所构成。
5.根据权利要求1的太阳能电池的制造方法，其中该掩模具有多个镂空通孔，故当该步骤(d)的该掩模设置在该基板的该第二表面时，该掩模的该通孔可暴露出部份该第二表面。
6.根据权利要求5的太阳能电池的制造方法，其中该步骤(e)的该钝化层填入该掩模的该通孔中，以使该基板的该第二表面完全被该掩模及该钝化层所覆盖。
7.根据权利要求1的太阳能电池的制造方法，其中该步骤(e)以原子层沉积法所实现，且该钝化层由氧化铝所构成。
8.根据权利要求5的太阳能电池的制造方法，其中该步骤(f)的该钝化层的形状与该掩模的该通孔相对应，且原先被该掩模遮蔽之处暴露形成该开口。
9.根据权利要求1的太阳能电池的制造方法，其中该步骤(f)之后更包括步骤(f1)分别设置一第一导电材料及一第二导电材料在该第一表面及该第二表面上。
10.根据权利要求1的太阳能电池的制造方法，其中该太阳能电池为钝化射极背电极电池。
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