CN105990462A - 异质结太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一异质结太阳能电池包含掺杂型半导体基板、第一非晶半导体缓冲层、第一非晶半导体层、第二非晶半导体缓冲层、第二非晶半导体层、边缘保护层、第一透明导电层及第二透明导电层。第一非晶半导体缓冲层包覆掺杂型半导体基板的第一表面与侧壁。第一非晶半导体层包覆第一非晶半导体缓冲层。第二非晶半导体缓冲层包覆第二表面。第二非晶半导体层包覆第二非晶半导体缓冲层。边缘保护层包覆第一非晶半导体层的边缘。第一透明导电层包覆第一非晶半导体层。第二透明导电层包覆于第二非晶半导体层。

Description

异质结太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明关于一种异质结太阳能电池，尤指一种利用边缘保护层保护非晶半导体层的异质结太阳能电池。
背景技术
在现有的技术中，为了使异质结太阳能电池能有效的提升效率，通常会在掺杂型半导体基板的表面形成非晶半导体缓冲层，然后在两面分别形成第一非晶半导体层与第二非晶半导体层，而由于掺杂型半导体基板掺杂有第一型半导体或第二型半导体，且第一非晶半导体层也会掺杂有第一型半导体与第二型半导体其中的一种，而与第二非晶半导体层则是掺杂有第一型半导体与第二型半导体其中的另一种，使得整个异质结太阳能电池具有P-i-N结，借以有效的进行光电转换而产生电能。
请参阅图1，图1显示现有技术第一实施例的异质结太阳能电池的平面示意图。如图所示，一异质结太阳能电池PA1包含一掺杂型半导体基板PA11、一非晶半导体缓冲层PA12、第一非晶半导体层PA13、一第二非晶半导体层PA14、一第一透明导电层P15以及一第二透明导电层P16。
其中，异质结太阳能电池PA1的制程是先在掺杂型半导体基板PA11的表面形成非晶半导体缓冲层PA12，然后在掺杂型半导体基板PA11的背面形成第一非晶半导体层PA13，接着在第一非晶半导体层PA13的正面形成第二非晶半导体层PA14，最后则在掺杂型半导体基板PA11的正面与背面分别形成第一透明导电层P15与第二透明导电层P16。
承上所述，在本实施例中，第一非晶半导体层PA13掺杂有N型半导体，第二非晶半导体层PA14掺杂有P型半导体，而为了避免第一透明导电层P15与第二透明导电层P16互相接触而产生短路，整个制程异质结太阳能电池PA1的制程是以背面掩模的方式形成第一透明导电层P15与第二透明导电层P16，因此使第一非晶半导体层PA13容易同时与第一透明导电层P15及第二透明导电层P16接触，形成漏电途径；或者先形成整个透明导电层后再以激光分割成第一透明导电层P15与第二透明导电层P16，但此种方式却会产生出遭受激光损伤的区域，也会导致异质结太阳能电池PA1转换效率的下降。
请参阅图2，图2显示现有技术第二实施例的异质结太阳能电池的平面示意图。如图所示，一异质结太阳能电池PA2包含一掺杂型半导体基板PA21、一非晶半导体缓冲层PA22、第一非晶半导体层PA23、一第二非晶半导体层PA24、一第一透明导电层P25以及一第二透明导电层P26。
承上所述，在本实施例中，第一非晶半导体层PA23N型半导体，第二非晶半导体层PA24P型半导体，而为了避免第一透明导电层P25与第二透明导电层P26互相接触而产生短路，整个制程异质结太阳能电池PA2的制程是以正面掩模的方式形成第一透明导电层P25与第二透明导电层P26，此异质结太阳能电池PA2的正面边缘因而产生对太阳光高反射的缺陷区域，造成异质结太阳能电池PA2的短路电流(Jsc)下降；另一种解决短路问题的方式是先形成整个透明导电层后再以激光分割成第一透明导电层P25与第二透明导电层P26，此种方式会产生出遭受激光损伤的区域，也会导致异质结太阳能电池PA2转换效率的下降。
请参阅图3，图3显示现有技术第三实施例的异质结太阳能电池的平面示意图。如图所示，一异质结太阳能电池PA3包含一掺杂型半导体基板PA31、一非晶半导体缓冲层PA32、第一非晶半导体层PA33、一第二非晶半导体层PA34、一第一透明导电层P35以及一第二透明导电层P36。
承上所述，在本实施例中，第一非晶半导体层PA33P型半导体，第二非晶半导体层PA34N型半导体，而为了避免第一透明导电层P35与第二透明导电层P36互相接触而产生短路，整个制程异质结太阳能电池PA3的制程是以背面掩模的方式形成第一透明导电层P35与第二透明导电层P36，因此使第一非晶半导体层PA33容易同时与第一透明导电层P35及第二透明导电层P36接触，形成漏电途径，造成异质结太阳能电池PA3转换效率的下降；或者先形成整个透明导电层后再以激光分割成第一透明导电层P35与第二透明导电层P36，但此种方式却会产生出遭受激光损伤的区域，也会导致异质结太阳能电池PA3转换效率的下降。
请参阅图4，图4显示现有技术第四实施例的异质结太阳能电池的平面示意图。如图所示，一异质结太阳能电池PA4包含一掺杂型半导体基板PA41、一非晶半导体缓冲层PA42、第一非晶半导体层PA43、一第二非晶半导体层PA44、一第一透明导电层P45以及一第二透明导电层P46。
承上所述，在本实施例中，第一非晶半导体层PA43P型半导体，第二非晶半导体层PA44N型半导体，而为了避免第一透明导电层P45与第二透明导电层P46互相接触而产生短路，整个异质结太阳能电池PA4的制程是以正面掩模的方式形成第一透明导电层P45与第二透明导电层P46，此异质结太阳能电池PA4的正面边缘因而产生对太阳光高反射的缺陷区域，造成异质结太阳能电池PA4的短路电流下降；另一种解决短路问题的方式是先形成整个透明导电层后再以激光分割成第一透明导电层P45与第二透明导电层P46，但此种方式却会产生出遭受激光损伤的区域，也会导致异质结太阳能电池PA4转换效率的下降。
综上所述，在现有的技术中，不管是先形成的第一非晶半体或者后形成的第二非晶半导体，都有可能在形成第一透明导电层与第二透明导电层的过程中，非常容易造成第一非晶半体层或第二非晶半导体层同时与第一透明导电层P45及第二透明导电层P46接触，形成漏电途径，导致异质结太阳能电池的转换效率下降。
发明内容
有鉴于在现有技术中，不管异质结太阳能电池是采用何种制程，在最后形成第一透明导电层与第二透明导电层时，为了避免第一透明导电层与第二透明导电层接触而短路，通常都会以掩模或激光切割的方式将第一透明导电层与第二透明导电层分隔开来，也因此会衍生出上述种种造成异质结太阳能电池转换效率低下的问题。
缘此，本发明的主要目的是提供一种异质结太阳能电池，以利用边缘保护层来衔接第一透明导电层与第二透明导电层，以避免上述的问题。
承上所述，本发明为了解决现有技术的问题所采用的必要技术手段提供一种异质结太阳能电池，包含一掺杂型半导体基板、一第一非晶半导体缓冲层、一第一非晶半导体层、一第二非晶半导体缓冲层、一第二非晶半导体层、一边缘保护层、一第一透明导电层以及一第二透明导电层。
掺杂型半导体基板具有一第一表面、一第二表面以及一侧壁，第一表面与第二表面相对地设置，侧壁连结第一表面与第二表面。第一非晶半导体缓冲层设置在掺杂型半导体基板的第一表面上，并包覆住部份的侧壁。第一非晶半导体层设置在第一非晶半导体缓冲层的表面，并掺杂有一第一型半导体。
第二非晶半导体缓冲层设置在第二表面。第二非晶半导体层包覆在第二非晶半导体缓冲层的表面，且第二非晶半导体层掺杂有一第二型半导体。边缘保护层包覆第一非晶半导体层的边缘。第一透明导电层设置在第一非晶半导体层的表面。第二透明导电层设置在第二非晶半导体层上，其中第一透明导电层与第二透明导电层之间经由边缘保护层绝缘。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，掺杂型半导体基板掺杂有第一型半导体与第二型半导体其中之一。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，第二非晶半导体缓冲层进一步设置在第一非晶半导体层位于侧壁的部份。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，掺杂型半导体基板为一单晶掺杂型半导体基板或一多晶掺杂型半导体基板。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，第一型半导体为P型半导体时，第二型半导体为N型半导体，第一型半导体为N型半导体时，第二型半导体为P型半导体。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，边缘保护层的两侧分别与第一透明导电层及第二透明导电层接触。较佳者，边缘保护层与第一透明导电层之间具有一重叠区域，而重叠区域的面积为第一透明导电层的面积的5％以下。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，边缘保护层的材质为一树脂。较佳者，树脂为一热固性树脂与一热塑性树脂其中的一种，热固性树脂为环氧树脂、热固性聚烯烃或硅氧树脂，而热塑性树脂为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚烯烃或硅树脂。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，边缘保护层的厚度介于0.5μm至100μm之间。
本发明为解决现有技术的问题所采用的必要技术手段更提供一种异质结太阳能电池的制造方法，包含以下步骤：步骤(a)，制备一掺杂有一第一型半导体的掺杂型半导体基板；步骤(b)，在掺杂型半导体基板的一第一表面与一侧壁上形成一第一非晶半导体缓冲层；步骤(c)，在第一非晶半导体缓冲层的表面上形成一掺杂有第一型半导体的第一非晶半导体层；步骤(d)，在掺杂型半导体基板的一第二表面与侧壁上形成一第二非晶半导体缓冲层；步骤(e)，在第二非晶半导体缓冲层的表面上形成一掺杂有一第二型半导体的第一非晶半导体层；步骤(f)，形成一部份包覆第一非晶半导体层与第二非晶半导体层的边缘保护层；步骤(g)，形成一包覆第一透明导电层与部份的边缘保护层的第一透明导电层；步骤(h)，形成一包覆第二非晶半导体层与部份的边缘保护层的第二透明导电层。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，掺杂型半导体基板为一单晶掺杂型半导体基板或一多晶掺杂型半导体基板。
由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为，第一型半导体为P型半导体时，第二型半导体为N型半导体；第一型半导体为N型半导体时，第二型半导体为P型半导体。
本发明所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。
附图说明
图1显示现有技术第一实施例的异质结太阳能电池的平面示意图；
图2显示现有技术第二实施例的异质结太阳能电池的平面示意图；
图3显示现有技术第三实施例的异质结太阳能电池的平面示意图；
图4显示现有技术第四实施例的异质结太阳能电池的平面示意图；
图5显示本发明较佳实施例所提供的异质结太阳能电池的平面示意图；以及
图6为本发明较佳实施例所提供的异质结太阳能电池的制造方法步骤流程图。
【符号说明】
PA1、PA2、PA3、PA4 异质结太阳能电池
PA11、PA21、PA31、PA41 掺杂型半导体基板
PA12、PA22、PA32、PA42 非晶半导体缓冲层
PA13、PA23、PA33、PA43 非晶半导体层
PA14、PA24、PA34、PA44 第二非晶半导体层
PA15、PA25、PA35、PA45 第一透明导电层
PA16、PA26、PA36、PA46 第二透明导电层
100 异质结太阳能电池
1 掺杂型半导体基板
11 第一表面
12 第二表面
13 侧壁
131 第一边缘
132 第二边缘
2 第一非晶半导体缓冲层
3 第一非晶半导体层
4 第二非晶半导体缓冲层
5 第二非晶半导体层
6 边缘保护层
7 第一透明导电层
8 第二透明导电层
具体实施方式
请参阅图5，图5显示本发明较佳实施例所提供的异质结太阳能电池的平面示意图。如图所示，一种异质结太阳能电池100包含一掺杂型半导体基板1、一第一非晶半导体缓冲层2、一第一非晶半导体层3、一第二非晶半导体缓冲层4、一第二非晶半导体层5、一边缘保护层6、一第一透明导电层7以及一第二透明导电层8。
掺杂型半导体基板1具有一第一表面11、一第二表面12以及一侧壁13。第一表面11与第二表面12相对地设置，侧壁13连结第一表面11与第二表面12，且侧壁13与第一表面11之间形成一第一边缘131，侧壁13与第二表面12之间形成一第二边缘132。
其中，掺杂型半导体基板1掺杂有第一型半导体与第二型半导体其中的一种，而第一型半导体与第二型半导体为P型半导体与N型半导体的组合，意即当第一型半导体为一P型半导体与一N型半导体其中的一种时，第二型半导体为P型半导体与N型半导体其中的另一种，而在本实施例中，第一型半导体为N型半导体。此外，掺杂型半导体基板1在本实施例中为一单晶掺杂型半导体基板，但在其他实施例中，掺杂型半导体基板1亦可为一多晶掺杂型半导体基板。
第一非晶半导体缓冲层2包覆掺杂型半导体基板1的第一表面11、第一边缘131与侧壁13。
第一非晶半导体层3包覆第一非晶半导体缓冲层2的表面，幷掺杂有一第一型半导体，而由于第一型半导体在本实施例中为N型半导体，因此第一非晶半导体层3为N型非晶半导体层。
第二非晶半导体缓冲层4包覆第二表面12与第一非晶半导体层3位于侧壁13的部份。
第二非晶半导体层5包覆在第二非晶半导体缓冲层4的表面，且第二非晶半导体层5掺杂有一第二型半导体，而由于第二型半导体在本实施例中为P型半导体，因此第二非晶半导体层5为P型非晶半导体层。
边缘保护层6包覆第一非晶半导体层3的边缘。其中，边缘保护层6为一树脂，此树脂可以是热固性树脂或热塑性树脂，例如为聚烯烃(polyolefin)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、环氧树脂(Epoxy)或硅树脂(silicone resin)。在实务运用上，边缘保护层6的厚度介于0.5μm至100μm之间，厚度愈厚保护与绝缘效果愈好，但网印难度提高，故边缘保护层6的厚度应依据实际需求调整，例如使用背面金属溅镀制作太阳能电池时，边缘保护层6的厚度为30μm，使用网版印刷制作双面金属电极的太阳能电池时，边缘保护层6的厚度为15μm，但不限在此。此外，边缘保护层6主要是包覆住第一非晶半导体层3与第二非晶半导体层5在侧边露出的部份，而边缘保护层6与第一透明导电层7之间以接触到为主，因此重叠的部份越小越好，例如重叠区域面积为第一透明导电层7整体面积的5％以下。
第一透明导电层7包覆第一非晶半导体层3上，而第二透明导电层8设置在第二非晶半导体层5上。在本实施例中，第一透明导电层7与第二透明导电层8为透明导电氧化物(transparent conductive oxide,TCO)，例如为In2O3、SnO2、ZnO、CdO或TiN。此外，在本实施例中，第一透明导电层7为背面透明导电层，而第二透明导电层8为正面透明导电层。
如上所述，由于第一透明导电层7与第二透明导电层8之间是经由边缘保护层6进行绝缘保护，因此可以避免第一非晶半导体层3或第二非晶半导体层5同时与第一透明导电层P45及第二透明导电层P46接触，杜绝漏电途径，借此能有效的提升异质结太阳能电池100的转换效率。
请一幷参阅图5与图6，图6为本发明较佳实施例所提供的异质结太阳能电池的制造方法步骤流程图。如图所示，一种异质结太阳能电池的制造方法包含以下步骤：首先步骤S101为制备有第一型半导体掺杂的掺杂型半导体基板1；步骤S102在掺杂型半导体基板1的第一表面11与侧壁13上形成第一非晶半导体缓冲层2，在其他实施例中，第一非晶半导体缓冲层2形成在部分的侧壁13上；步骤S103是在第一非晶半导体缓冲层2的表面上形成有第一型半导体掺杂的第一非晶半导体层3，在其他实施例中，第一非晶半导体层3形成在第一非晶半导体缓冲层2上并与侧壁13接触；步骤S104是在掺杂型半导体基板1的第二表面12与侧壁13上形成第二非晶半导体缓冲层4，在本实施例中，由于侧壁13上已先设置第一非晶半导体缓冲层2与第一非晶半导体层3，因此第二非晶半导体缓冲层4在半导体基板侧壁方向实质上是被设置在第一非晶半导体层3上；在其他实施例中，第二非晶半导体缓冲层4与侧壁13接触，并接触第一非晶半导体缓冲层2或第一非晶半导体层3；步骤S105是在第二非晶半导体缓冲层4表面上形成有第二型半导体掺杂的第二非晶半导体层5；步骤S106是形成部份包覆第一非晶半导体层3与第二非晶半导体层5的边缘保护层6，即边缘保护层6用以保护太阳能电池的第一表面11与侧壁13的转角处；在其他实施例中，边缘保护层6可依其需要调整其包覆侧壁13的范围；步骤S107是形成包覆第一非晶半导体层3与部份的边缘保护层6的第一透明导电层7；步骤S108是以掩模方式形成包覆第二非晶半导体层5与部份的边缘保护层6的第二透明导电层8。此外，在步骤S106中，边缘保护层6是包覆第一非晶半导体层3的边角部份与第二非晶半导体层5的侧壁部份。
综上所述，相较于现有技术的异质结太阳能电池为了避免第一透明导电层与第二透明导电层互相接触而使第一非晶半导体层或第二非晶半导体层露出，本发明通过边缘保护层覆盖住第一非晶半导体层的边缘，可有效的提升异质结太阳能电池整体的转换效率。
通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (16)

1.一种异质结太阳能电池，包含：
一掺杂型半导体基板，具有一第一表面、一第二表面以及一侧壁，所述第一表面与所述第二表面相对地设置，所述侧壁连结所述第一表面与所述第二表面；
一第一非晶半导体缓冲层，设置在所述掺杂型半导体基板的所述第一表面上，并包覆住部份的所述侧壁；
一第一非晶半导体层，设置在所述第一非晶半导体缓冲层的表面，并掺杂有一第一型半导体；
一第二非晶半导体缓冲层，设置在所述掺杂型半导体基板的所述第二表面；
一第二非晶半导体层，设置在所述第二非晶半导体缓冲层的表面，且所述第二非晶半导体层掺杂有一第二型半导体；
一边缘保护层，设置在所述第一非晶半导体层的周围；
一第一透明导电层，设置在所述第一非晶半导体层的表面；以及
一第二透明导电层，设置在所述第二非晶半导体层上，其中所述第一透明导电层与所述第二透明导电层之间经由所述边缘保护层绝缘。
2.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其中，所述掺杂型半导体基板掺杂有所述第一型半导体与所述第二型半导体其中之一。
3.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其中，所述第二非晶半导体缓冲层进一步设置在所述第一非晶半导体层位于所述侧壁的部份。
4.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其中，所述掺杂型半导体基板为一单晶掺杂型半导体基板或一多晶掺杂型半导体基板。
5.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其中，所述第一型半导体为P型半导体时，所述第二型半导体为N型半导体；所述第一型半导体为N型半导体时，所述第二型半导体为P型半导体。
6.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其中，所述边缘保护层的两侧分别与所述第一透明导电层及所述第二透明导电层接触。
7.如权利要求6所述的异质结太阳能电池，其中，所述边缘保护层与所述第一透明导电层之间具有一重叠区域。
8.如权利要求7所述的异质结太阳能电池，其中，所述重叠区域的面积为所述第一透明导电层的面积的5％以下。
9.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其中，所述边缘保护层的材质为一树脂。
10.如权利要求9所述的异质结太阳能电池，其中，所述树脂为一热固性树脂或一热塑性树脂。
11.如权利要求10所述的异质结太阳能电池，其中，所述热固性树脂为环氧树脂、热固性聚烯烃或硅氧树脂。
12.如权利要求10所述的异质结太阳能电池，其中，所述热塑性树脂为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚烯烃或硅树脂。
13.如权利要求1或3所述的异质结太阳能电池，其中，所述边缘保护层的厚度介于0.5μm至100μm之间。
14.一种异质结太阳能电池的制造方法，包含以下步骤：
(a)制备一有一第一型半导体掺杂的掺杂型半导体基板；
(b)在所述掺杂型半导体基板的一第一表面与一侧壁上形成一第一非晶半导体缓冲层；
(c)在所述第一非晶半导体缓冲层的表面上形成一有所述第一型半导体掺杂的第一非晶半导体层；
(d)在所述掺杂型半导体基板的一第二表面与所述侧壁上形成一第二非晶半导体缓冲层；
(e)在所述第二非晶半导体缓冲层的表面上形成一有一第二型半导体掺杂的第二非晶半导体层；
(f)形成一部份包覆所述第一非晶半导体层与所述第二非晶半导体层的边缘保护层；
(g)形成一包覆所述第一非晶半导体层与部份的所述边缘保护层的第一透明导电层；以及
(h)形成一包覆所述第二非晶半导体层与部份的所述边缘保护层的第二透明导电层。
15.如权利要求14所述的异质结太阳能电池的制造方法，其中，所述掺杂型半导体基板为一单晶掺杂型半导体基板或一多晶掺杂型半导体基板。
16.如权利要求14所述的异质结太阳能电池的制造方法，其中，所述第一型半导体为P型半导体时，所述第二型半导体为N型半导体；所述第一型半导体为N型半导体时，所述第二型半导体为P型半导体。
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