CN105322047A - 太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池的制造方法。一种太阳能电池的制造方法，其包含：提供基板，并粗糙化该基板的第一表面；在该基板内形成PN接面，且该基板上会形成氧化层；对该基板进行湿式制程表面处理；在该基板上形成钝化层与抗反射层；及在该基板上形成电极。该湿式制程表面处理包括：利用第一酸液使该基板的边缘绝缘化；利用第一碱液中和该基板；利用第二酸液去除该基板上的该氧化层；及利用第二碱液使该基板的第二表面形成Si-OH键结。Si-OH键结具有亲水性且较为稳定等特性，有助于形成质量优良的该钝化层以钝化保护该基板，从而达到高光电转换效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制造方法，特别是涉及一种硅晶太阳能电池的制造方法。
背景技术
近年来由于高转换效率的太阳能电池愈来愈受到重视，因此，如何制作出具有高转换效率且高能量产出的太阳能电池实为一重要课题。其中，钝化发射极和背电池(PassivatedEmitterandRearCell，简称PERC)类型的太阳能电池在采用适当的背面钝化技术后，其光电转换效率能提升至20％以上。这是因为该PERC太阳能电池的可产生光伏效应的硅基板(SiliconSubstrate)的表面若经钝化处理，例如形成钝化层配置于该基板的背面上，即可通过该钝化层修补、降低该基板表面或内部的缺陷，并能大幅减少载流子复合(Recombination)的机会，从而达到高光电转换效率的目的。
由此可知，如何有效减少该基板的背面处载流子的复合机会，将决定该PERC太阳能电池的光电转换效率。至于形成该钝化层的方法，一般通常采用真空镀膜方式，例如物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)。除此之外，也有业者采用原子层沉积法(ALD)的手段，以原子级尺度堆栈沉积以形成该钝化层，并具有较优异的膜层质量。
不过，现有的PERC太阳能电池的制造过程中，特别是在对该基板形成PN接面(此乃产生光伏效应的来源)的扩散掺杂制程的同时，该基板上会形成氧化层。一般而言，都是以稀释后的氢氟酸(HF)溶液来除去该氧化层，但同时氢氟酸溶液也会与该基板表面上的硅产生反应，进而在该基板的背面上形成Si-H键结。由于Si-H键结具有疏水性，在原子层沉积法中Si-H键不易与制程中通入的气体反应，其反应效率低，导致钝化层的成膜效果不佳。
关于前述原子层沉积法与基板的表面键结的问题，由于Si-OH键结具有亲水性，故在原子层沉积法中Si-OH键结会与气体反应，如此将能有效利用原子层沉积法所带来的好处，形成质量优良的钝化层。基于上述的原因，本申请提供一种处理基板表面产生Si-OH键结的方法，由此提升钝化效果以增加太阳能电池的生命周期与开路电压，进而提高太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提供该基板较佳的钝化保护，从而提高太阳能电池的光电转换效率的太阳能电池的制造方法。
本发明太阳能电池的制造方法，包含：提供基板，该基板包括相对的第一表面与第二表面，并粗糙化该基板的第一表面；在该基板内形成PN接面，且该基板上会形成氧化层；对该基板进行湿式制程表面处理；在该基板上形成钝化层与抗反射层；及在该基板上形成电极。该湿式制程表面处理包括：利用第一酸液使该基板的边缘绝缘化；利用第一碱液中和该基板；利用第二酸液去除该基板上的该氧化层；及利用第二碱液使该基板的第二表面形成Si-OH键结。
本发明所述的太阳能电池，该第二碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或四甲基氢氧化铵溶液。
本发明所述的太阳能电池，该第二碱液的浓度为5～60wt％。
本发明所述的太阳能电池，在温度为5～95℃的环境下，利用该第二碱液使该第二表面形成Si-OH键结。
本发明所述的太阳能电池，该第二碱液使该第二表面形成Si-OH键结的过程中，该基板被蚀刻且蚀刻深度小于5μm。
本发明所述的太阳能电池，利用原子层沉积法于该基板的第二表面沉积该钝化层。
本发明所述的太阳能电池，利用等离子辅助化学气相沉积法于该基板的第一表面沉积该抗反射层。
本发明所述的太阳能电池，该第一酸液为氢氟酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液，或它们的任一组合；该第一碱液为氢氧化钠溶液；该第二酸液为氢氟酸溶液。
本发明所述的太阳能电池，利用该第二碱液使该第二表面形成Si-OH键结之后，紧接着于该基板的第二表面沉积该钝化层。
本发明所述的太阳能电池，利用原子层沉积法于该第二表面沉积该钝化层。
本发明的有益效果在于：利用该第二碱液使该第二表面形成Si-OH键结，通过Si-OH键结具有亲水性且较为稳定等特性，有助于形成质量优良的该钝化层。该基板可通过该钝化层修补、降低该基板表面或内部的缺陷，并能大幅减少载流子复合的机会，从而提升钝化效果以增加太阳能电池的生命周期与开路电压，达到高光电转换效率的目的。
附图说明
图1是侧视剖视图，显示本发明制造方法的较佳实施例所制得的太阳能电池的层体结构；
图2是该制造方法的步骤流程示意图；
图3是该制造方法的步骤流程方块图。
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，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
参阅图1，本发明的制造方法的较佳实施例用于制造太阳能电池1，在本实施例中，该太阳能电池1举PassivatedEmitterandRearCell(简称PERC)的电池类型为例说明，但不以此为限。该太阳能电池1包含：基板11、钝化层12、抗反射层13，以及电极14。
该基板11可为p型或n型的单晶或多晶硅基板，并包括主要受光的第一表面111、相对于该第一表面111的第二表面112、连接于该第一表面111与该第二表面112的周缘且呈环绕状的侧环面113，以及形成于该第一表面111处之内的射极层114。该第一表面111具有粗糙化结构，由此降低入射光的反射率以提升入光量。该射极层114配合该第一表面111高低起伏的形貌而配置于该第一表面111内，并与该基板11形成PN接面110，为产生光伏效应的来源。
该钝化层12配置于该第二表面112上，可用于修补、降低该基板11表面或内部的缺陷，并能降低载流子表面复合速率(SurfaceRecombinationVelocity,简称SRV)，提升光电转换效率。该抗反射层13配合该第一表面111高低起伏的形貌而配置于该第一表面111上，可用于提升光线入射量以及降低载流子表面复合速率。
该电极14包括第一电极141与第二电极142。该第一电极141位于该抗反射层13上，并穿过该抗反射层13而接触该基板11的第一表面111；该第二电极142位于该钝化层12上，并穿过该钝化层12而接触该基板11的第二表面112。
参阅图1、2、3，本发明制造方法的较佳实施例，包含以下步骤：
步骤81：提供该基板11，并且粗糙化该基板11的第一表面111以使该第一表面111具有粗糙化结构。
步骤82：在该基板11内形成该PN接面110，且该基板11上会形成氧化层7。在本实施例中，该基板11为p型的单晶硅基板，因此在步骤82中具体是利用高温炉对该第一表面111进行磷扩散的掺杂制程，使该第一表面111处之内形成掺杂的n型半导体，即为本实施例的射极层114。在此同时，在该第二表面112与该侧环面113(统称为该基板11的边缘)处之内也会因为该高温炉内的磷扩散而形成掺杂层6。此外，该基板11的四周围(也就是该射极层114与该掺杂层6的外侧)外侧上同体形成氧化层7，该氧化层7的材料为含有磷的硅玻璃(或称磷硅玻璃，PhosphorusSiliconGlass，简称PSG)。
补充说明，在实施上该基板11也可选用n型的单晶硅基板，此时在步骤82中则对该第一表面111进行硼扩散的掺杂制程，使该第一表面111处之内形成掺杂的p型半导体，也就是该射极层114。而同体形成于该基板11的四周围外侧上的该氧化层7的材料则为含有硼的硅玻璃(或称硼硅玻璃，BoronSiliconGlass，简称BSG)。
步骤83：对该基板11进行湿式制程表面处理，包括以下的步骤：
步骤831：利用第一酸液使该基板11的边缘绝缘化。由于该掺杂层6可导电，容易导致该太阳能电池1产生短路或漏电流的问题，因此在本步骤831中，采用让该第一酸液接触该基板11的第二表面112与侧环面113而不接触该基板11的第一表面111的方式，由此除去位于该第二表面112与该侧环面113上的该掺杂层6与该氧化层7，并保留位于该第一表面111上的该氧化层7。本步骤一般可称为基板11的边缘(也就是该第二表面112与该侧环面113)绝缘化(EdgeIsolation)制程，可避免短路或漏电流发生。在实施上，该第一酸液具体可为氢氟酸(HF)溶液、硝酸(HNO3)溶液、硫酸(H2SO4)溶液，或它们的任一组合。
步骤832：利用第一碱液中和该基板11。在该第一酸液作用后，可能会在该第二表面112与该侧环面113上产生黑点或棕斑等的氧化物5，或者余留的少量该掺杂层6未被除去，因此在本步骤832中，利用该第一碱液中和该基板11以除去前述氧化物5，并确保完全除去位于该第二表面112与该侧环面113上的该掺杂层6，以避免该太阳能电池1产生短路或漏电流的问题，使该基板11的第二表面112与侧环面113变得较为平整。在实施上，该第一碱液具体可为氢氧化钠(NaOH)溶液，且该第一碱液的pH值大于9。
补充说明的是，由于该第二碱液蚀刻硅层与掺杂层6的速率比蚀刻氧化层7的速率来得快，因此在本步骤832中，可以将该基板11整个浸泡在该第一碱液中，此时可通过该氧化层7保护，以避免第一表面111的粗糙化结构被破坏。
步骤833：于温度为25～27℃的环境下，利用第二酸液去除该基板11的第一表面111上的该氧化层7。在实施上，该第二酸液为氢氟酸溶液，并且该第二酸液的浓度约为5wt％。
步骤834：利用第二碱液使该基板11的第二表面112形成Si-OH键结。由于该第二酸液对该基板11的所有表面进行作用，因此该第二酸液去除该第一表面111上的该氧化层7的同时，该第二酸液也会使该第二表面112与该侧环面113上的硅产生反应，使得该第二表面112与该侧环面113上形成Si-H键结。因此，在本步骤834中，于温度为5～95℃的环境下，使该第二碱液与前述Si-H键结反应而蚀刻该基板11，并进而在该第二表面112与该侧环面113上形成Si-OH键结。在实施上，该第二碱液具体可为氢氧化钠溶液、氢氧化钾(KOH)溶液或四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液，并且该第二碱液的浓度为5～60wt％。
进一步说明的是，该基板11被蚀刻且蚀刻深度小于5μm，前述蚀刻深度是利用基板11重量法计算得知。在本实施例中，蚀刻深度小于5μm为佳，也就是说，只要该第二碱液蚀刻该第二表面112与该侧环面113，由此在该第二表面112与该侧环面113上形成Si-OH键结，就能达成本发明的目的，当蚀刻深度高于5μm时，该基板11被蚀刻消去的量过高，进而降低该基板11的体积而降低该太阳能电池1的光电流产量。
在本步骤834的作业温度为5～95℃为佳，作业温度低于5℃时，该第二碱液的反应速度过慢而降低生产效率；作业温度高于95℃时，该第二碱液的反应速度过快而容易过度蚀刻该基板11，如此将过度降低该基板11的体积而降低该太阳能电池1的光电流产量。
该第二碱液的浓度设定在5～60wt％为佳，该第二碱液的浓度低于5wt％时，该第二碱液的反应速度过慢而降低生产效率；该第二碱液的浓度高于60wt％时，该第二碱液的反应速度过快而容易过度蚀刻该基板11，导致该基板11的体积减少而降低该太阳能电池1的光电流产量。
步骤84：在该基板11上形成该钝化层12与该抗反射层13。在本实施例中，在完成步骤834之后，随即利用原子层沉积法(ALD)于该基板11的第二表面112沉积该钝化层12，该钝化层12的材料例如氧化铝(AlOX)；之后再利用等离子辅助化学气相沉积法(PECVD)于该基板11的第一表面111沉积该抗反射层13，该抗反射层13的材料例如氮化硅(SiNX)。
进一步说明的是，原子层沉积法沉积该钝化层12的过程中，本实施例具体是通入三甲基铝(TMA)的气体，使三甲基铝与该基板11的Si-OH键结反应，由此以原子级尺度堆栈沉积铝与氧，进而形成材料为氧化铝的该钝化层12。
步骤85：在该基板11上形成该电极14。具体可将导电浆料分别网印于该抗反射层13与该钝化层12上，再通过热处理将导电浆料分别烧结成该第一电极141与该第二电极142，此时该第一电极141会烧穿该抗反射层13而接触该第一表面111，而该第二电极142会烧穿该钝化层12而接触该第二表面112。在实施上，不需限制该第一电极141与该第二电极142的具体结构，只要可用于将该基板11所产生的电能导出即可。
由以上说明可知，本发明制造方法在步骤834中，利用该第二碱液使该第二表面112形成Si-OH键结，通过Si-OH键结具有亲水性且较为稳定等特性，在步骤84的原子层沉积法中，Si-OH键结能与三甲基铝(TMA)的气体产生较高的反应效率，并能以原子级尺度堆栈沉积而形成质量优良的该钝化层12。于是，本发明制造方法所制得的太阳能电池1的基板11的第二表面112可通过该钝化层12修补、降低表面或内部的缺陷，并能大幅减少载流子复合(Recombination)的机会，从而提升钝化效果以增加该太阳能电池1的生命周期与开路电压，达到高光电转换效率的目的。
进一步说明的是，本发明制造方法在步骤834中，是在温度为5～95℃的环境下进行，前述低温制程在流程上较简易，可省略升温与降温等步骤，进而提升生产效率并减少设备成本。除此之外，相对于高温制程容易使该基板11内形成缺陷而增加载流子于该基板11中的复合机率，本发明通过前述低温制程使该基板11能保持应有的材料质量，还可避免在步骤82中所形成的该PN接面110的掺杂深度与范围受到影响，由此使该基板11保有较佳的使用寿命与稳定性。因此，以上关于该基板11的性质上的提升，配合该钝化层12的优异的钝化效果，从而能更进一步提升该太阳能电池1的光电转换效率。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的制造方法，其包含：提供基板，所述基板包括相对的第一表面与第二表面，并粗糙化所述基板的第一表面；在所述基板内形成PN接面，且所述基板上会形成氧化层；对所述基板进行湿式制程表面处理；在所述基板上形成钝化层与抗反射层；及在所述基板上形成电极；其特征在于，所述湿式制程表面处理包括：利用第一酸液使所述基板的边缘绝缘化；利用第一碱液中和所述基板；利用第二酸液去除所述基板上的所述氧化层；及利用第二碱液使所述基板的第二表面形成Si-OH键结。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述第二碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或四甲基氢氧化铵溶液。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述第二碱液的浓度为5～60wt％。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，在温度为5～95℃的环境下，利用所述第二碱液使所述第二表面形成Si-OH键结。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述第二碱液使所述第二表面形成Si-OH键结的过程中，所述基板被蚀刻且蚀刻深度小于5μm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，利用原子层沉积法于所述基板的第二表面沉积所述钝化层。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，利用等离子辅助化学气相沉积法于所述基板的第一表面沉积所述抗反射层。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述第一酸液为氢氟酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液，或它们的任一组合；所述第一碱液为氢氧化钠溶液；所述第二酸液为氢氟酸溶液。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，利用所述第二碱液使所述第二表面形成Si-OH键结之后，紧接着于所述基板的第二表面沉积所述钝化层。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，利用原子层沉积法于所述第二表面沉积所述钝化层。
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