CN106206783A - 太阳能电池、其模组及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池、其模组及其制造方法，该太阳能电池包含：一具有一正面与一背面的基板、位于该背面处的一第一掺杂区与多个第二掺杂区、一位于该背面上的缓冲层、一位于该缓冲层上的介电层、一位于该背面上并接触该第一掺杂区的第一金属层、一位于该背面上并接触该多个第二掺杂区的第二金属层、一连接该第一金属层的第一电极、及一连接该第二金属层的第二电极。通过在该基板与该介电层间增加该缓冲层，可多一层体阻挡在该基板之前，可于激光开口制程中先吸收激光能量，避免激光能量影响到该基板，从而确保元件品质，提升光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池、其模组及其制造方法，特别是涉及一种硅晶太阳能电池、其模组及其制造方法。
背景技术
参阅图1，为一种已知的背接触式(Back Contact)太阳能电池，包含：一基板91、一位于该基板91的一正面911处且掺杂浓度大于该基板91的前表面电场层913、一位于该前表面电场层913上的抗反射层92、位于该基板91的一背面912处的一射极区914与一背表面电场区915、一位于该背面912上的介电层93、一穿过该介电层93而接触该射极区914的第一电极94、以及一穿过该介电层93而接触该背表面电场区915的第二电极95。该背接触式太阳能电池的主要特色在于：该第一电极94与该第二电极95位于该基板91的背面912侧，该电池的正面911未设置电极，可避免受光面积被遮挡，因此可以提升电池正面的入光量。
其中，制作该介电层93时，可利用激光的方式于该介电层93形成多个开口931，使后续形成的该第一电极94与第二电极95可经由开口931分别接触该射极区914与背表面电场区915。但由于激光能量也会通过该介电层93而被该基板91吸收，导致对应开口931处的射极区914与背表面电场区915易受到激光破坏而产生过蚀的情形，这会影响其电性效果，并对太阳能电池的转换效率造成影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能避免激光形成开孔时过蚀，而可确保元件品质、提升光电转换效率的太阳能电池、其模组及其制造方法。
本发明太阳能电池，包含：一个基板、一个第一掺杂区、多个第二掺杂区、一个缓冲层、一个介电层、一个第一金属层、一个第二金属层、一个连接该第一金属层的第一电极、以及一个连接该第二金属层的第二电极。该基板具有彼此相对的一个正面与一个背面。该第一掺杂区为第一导电型，并位于该背面处，该第一掺杂区大致对应该背面的形状而形成。该多个第二掺杂区为第二导电型，并分别位于该背面处且分别被该第一掺杂区包围。该缓冲层位于该背面上并覆盖该第一掺杂区和该多个第二掺杂区。该介电层位于该缓冲层上，该基板、该缓冲层及该介电层的能隙是由低到高。该第一金属层位于该背面上，并穿过该介电层及该缓冲层而接触该第一掺杂区。该第二金属层位于该背面上，并穿过该介电层及该缓冲层而接触该多个第二掺杂区中的至少几个第二掺杂区。
本发明所述的太阳能电池，该缓冲层为非晶硅、多晶硅或微晶硅材料。
本发明所述的太阳能电池，该第一金属层或该第二金属层选自由镍、钛、铜、锡、银、铝和透明导电氧化物材料所组成的群组。
本发明所述的太阳能电池，该第一金属层具有接触该第一掺杂区的多个第一接触部，该第二金属层具有接触该多个第二掺杂区的多个第二接触部，于单位面积上，该多个第一接触部的排列密度大于该多个第二接触部的排列密度。
本发明所述的太阳能电池，该介电层和该缓冲层具有多个供该第一金属层穿过以接触该第一掺杂区的第一穿孔、以及多个供该第二金属层穿过以接触该多个第二掺杂区的第二穿孔，该多个第一穿孔占该背面的面积为4.3％～8.1％，该多个第二穿孔占该背面的面积为1.6％～3.1％。
本发明太阳能电池模组，包含：相对设置的一个第一板材与一个第二板材、及一个位于该第一板材与该第二板材之间的封装材。该太阳能电池模组还包含至少一个如上述的太阳能电池，该太阳能电池排列于该第一板材与该第二板材之间，该封装材接触该太阳能电池。
本发明太阳能电池的制造方法，包含：提供一个具有一个背面的基板；于该背面处形成不同导电型的一个第一掺杂区与多个第二掺杂区，该第一掺杂区大致对应该背面的形状而形成，且该多个第二掺杂区分别被该第一掺杂区包围；于该背面上形成一个缓冲层，该缓冲层覆盖该第一掺杂区和该多个第二掺杂区；于该缓冲层上形成一个介电层，其中该基板、该缓冲层与该介电层的能隙是由低到高；于该背面上形成一个第一金属层，该第一金属层穿过该介电层及该缓冲层而接触该第一掺杂区；于该背面上形成一个第二金属层，该第二金属层穿过该介电层及该缓冲层而接触该多个第二掺杂区；利用电镀方式于该第一金属层上形成一个第一电极；利用电镀方式于该第二金属层上形成一个第二电极。
本发明所述的太阳能电池的制造方法，该缓冲层为非晶硅、多晶硅或微晶硅材料。
本发明所述的太阳能电池的制造方法，该第一金属层或该第二金属层选自由镍、钛、铜、锡、银、铝和透明导电氧化物材料所组成的群组。
本发明所述的太阳能电池的制造方法，利用激光于该介电层和该缓冲层形成多个第一穿孔与多个第二穿孔，该多个第一穿孔供该第一金属层穿过以接触该第一掺杂区，该多个第二穿孔供该第二金属层穿过以接触该多个第二掺杂区，于单位面积上，所述第一穿孔的排列密度大于所述第二穿孔的排列密度。
本发明的有益效果在于：通过在该基板与该介电层间增加设置该缓冲层，可多一层体阻挡在该基板之前，可于激光开口制程中先吸收激光能量，避免激光能量影响到该基板，从而确保元件品质，提升光电转换效率。此外，设置该第一金属层与该第二金属层，使该第一电极与该第二电极可以利用电镀方式形成，如此也可维持该基板、第一掺杂区与第二掺杂区的良好品质，同样有助于提升光电转换效率。
附图说明
图1是一种已知太阳能电池的剖视示意图。
图2是本发明太阳能电池模组的一较佳实施例的局部剖视示意图。
图3是该较佳实施例的一太阳能电池的剖视示意图，图中为方便示意，将该较佳实施例的一基板的背面朝上绘制。
图4是一俯视示意图，显示该较佳实施例的一第一掺杂区与多个第二掺杂区的配置关系。
图5是一俯视示意图，显示该较佳实施例的一第一金属层与一第二金属层的配置关系。
图6是图5的一圈选区域的放大图。
图7是本发明太阳能电池的制造方法的一较佳实施例的流程示意图。
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。
参阅图4、5，本发明参阅图2、3，本发明太阳能电池模组的一较佳实施例包含：上下相对设置的一第一板材1与一第二板材2、多个阵列式排列于该第一板材1与该第二板材2间的太阳能电池3、至少一位于该第一板材1及该第二板材2间并接触该多个太阳能电池3的封装材4、以及多条用于串接该多个太阳能电池3的焊带导线(ribbon)5。
该第一板材1与该第二板材2在实施上没有特殊限制，可以使用玻璃或塑胶板材，而且位于电池受光面的一侧的板材必须为可透光。该封装材4的材质例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，或其他可用于太阳能电池模组封装的相关材料。
本实施例的该多个太阳能电池3的结构可以相同，也可以不同，以下以其中一个为例进行说明。
参阅图3、4、5、6，该太阳能电池3包含：一基板31、一第一掺杂区32、多个第二掺杂区33、一缓冲层34、一介电层35、一第一金属层36、一第二金属层37、一第一电极38以及一第二电极39。
本实施例的基板31为n型的半导体硅基板31，并具有相对的一正面311与一背面312，其中该正面311为该基板31的入光面，并可制作成粗糙面以提升入光量。在该基板31的正面311处内可设置一前表面电场层313，该前表面电场层313可利用扩散制程或其他的掺杂方式制作成n+型半导体，且其掺杂浓度大于该基板31内部，借此形成前表面电场(Front-Side Field，简称FSF)，能降低少数载子的表面复合速率(Surface Recombination Velocity,简称SRV)及增加多数载子的横向传输能力以提升载子收集效率，进而提升电池的光电转换效率。需要说明的是，若该基板31使用p型半导体基板31时，则该前表面电场层313为掺杂浓度大于该基板31的p+型半导体。在该前表面电场层313上还可选择性地设置一图未示的抗反射层，其材料例如氮化硅(SiNx)或其他具有降低光线反射功能的材料，用于提升光线入射量以及降低载子表面复合速率。
于本实施例中，该第一掺杂区32为第一导电型，并位于该基板31内靠近该背面312处，该第一掺杂区32几乎呈整面地位于该背面312处，换句话说，该第一掺杂区32大致对应该背面312的形状而形成，其中该背面312仅局部位置处未形成有该第一掺杂区32。本实施例的第一掺杂区32为p+型半导体，其掺杂电性与该基板31不同，以形成p-n接面，为光电效应的来源。在实施上，该第一掺杂区32可通过扩散制程(例如硼扩散)或其他的掺杂方式，此其他的掺杂方式例如局部涂布铝胶而以高温处理后扩散进入背面312，使该基板31的背面312内部局部形成重掺杂的p+型半导体。
该多个第二掺杂区33为第二导电型，并分别位于该基板31内靠近该背面312未形成有该第一掺杂区32之处，其中该多个第二掺杂区33分别被该第一掺杂区32包围。本实施例的第二掺杂区33为间隔的点状分布(如图4)，其为n++型半导体，可通过扩散制程(例如磷扩散)或离子植入等其他的掺杂方式使该基板31的背面312内部局部形成重掺杂的该多个第二掺杂区33，其掺杂浓度大于该基板31的掺杂浓度，借此形成背表面电场(Back-Side Field，简称BSF)，能提升载子收集效率及光电转换效率。
于实施上，若先形成该第一掺杂区32，后以离子植入方式形成该多个第二掺杂区33时，该多个第二掺杂区33与该第一掺杂区32之间通常是没有间隔分隔的，如图4所示。然而，若该第一掺杂区32与该多个第二掺杂区33皆以扩散方式来形成时，其制程中通过光阻等相关材质遮挡的方式，通常可使该第一掺杂区32与该多个第二掺杂区33之间设计成具有间隔分隔的形式。
其中，本实施例的第一导电型是指半导体导电型的p型，该第二导电型为n型。而且该基板31与该前表面电场层313也是第二导电型。但须注意的是，本发明实施时，该第一导电型也可以是指n型，此时该第二导电性则为p型。
于实施上，该缓冲层34位于该基板31的背面312上并接触该背面312。该缓冲层34覆盖该第一掺杂区32和该多个第二掺杂区33。该缓冲层34的材料可为非晶硅材料(a-Si)、多晶硅、微晶硅(μc-Si)，或是能隙介于用来开孔的激光波长能量到单晶硅能量之间的材料。于本实施例中，该缓冲层34采用无掺杂的非晶硅材料(Intrinsic a-Si)。
于本实施例中，如图3所示的方位，该介电层35位于该缓冲层34上，且该基板31、该缓冲层34及该介电层35的能隙是由低到高。于实施上，该介电层35可为氧化物、氮化物或上述材料的组合。且该介电层35与该缓冲层34共同形成多个分别对应该第一掺杂区32的第一穿孔301、以及多个分别对应该多个第二掺杂区33的第二穿孔302。于本实施例中，该多个第一穿孔301的直径是50μm～70μm，且该多个第一穿孔301占该背面312的面积为4.3％～8.1％。该多个第二穿孔302的直径是50μm～70μm，且该多个第二穿孔302占该背面312的面积为1.6％～3.1％。其中，于单位面积上，第一穿孔301的排列密度大于第二穿孔302的排列密度，该多个第一穿孔301于单位面积中的数量与所占有的面积是大于该多个第二穿孔302的，而且通过上述适当的面积比例，借此方有利于后续少数载子在通过位于该多个第一穿孔301中的第一电极38收集，以确保电性效果。于实施上，该基板31可以选用五英寸或是六英寸的半导体基板。
该第一金属层36位于该背面312的该介电层35上，并具有多个第一延伸部361、以及多个自该第一延伸部361分别穿过该多个第一穿孔301而延伸接触该第一掺杂区32的第一接触部362。该多个第一延伸部361的一侧连接在一起，其他部位则彼此间隔地延伸呈长条状。该多个第一接触部362呈点状间隔分布。该第一金属层36可选自由镍、钛、铜、锡、银、铝和透明导电氧化物材料(TCO)所组成的群组。其中于实施上，该第一金属层36也可以是由上述材料所构成的叠层形式。
该第二金属层37位于该背面312的该介电层35上，并具有多个分别位于该多个第一延伸部361间的第二延伸部371、以及多个分别自第二延伸部371穿过该多个第二穿孔302而延伸接触该多个第二掺杂区33的第二接触部372。该多个第二延伸部371的一侧连接在一起，其他部位则与该多个第一延伸部361呈指叉式地交叉间隔排列。该第二金属层37可选自由镍、钛、铜、锡、银、铝和透明导电材料(TCO)所组成的群组。其中于实施上，该第二金属层37也可以是由上述材料所构成的叠层形式。
在本实施例中，连接同一个第一延伸部361的该多个第一接触部362的排列紧密程度，大于连接同一个第二延伸部371的该多个第二接触部372的排列紧密程度，因此，于单位面积上，该多个第一接触部362的排列密度大于该多个第二接触部372的排列密度。由于本实施例的基板31为n型半导体，故电子为多数载子，电洞为少数载子，该p型的第一掺杂区32可收集少数载子，而该第一金属层36接触该第一掺杂区32，故上述排列密度设计是为了提高该第一金属层36与该第一掺杂区32的导电接触面积，以因应少数载子于收集上的可能需求，从而达到更佳的载子收集效果。
该第一电极38位于该第一金属层36上，其分布位置大致对应于该第一金属层36，并具有多个第一电极部381。该第一电极38例如铜、银、铝，或其他可导电的材料。
该第二电极39位于该第二金属层37上，其分布位置大致对应于该第二金属层37，并具有多个第二电极部391，故第二电极39与第一电极38间也呈指叉式间隔排列。该第二电极39例如铜、银、铝，或其他可导电的材料。
参阅图3、6、7，本发明太阳能电池的制造方法的一较佳实施例，包含以下步骤：
提供该基板31，并利用扩散制程或其他的掺杂方式，于该基板31的正面311制作该前表面电场层313。
通过扩散制程或其他的掺杂方式，于该基板31的背面312处形成彼此为不同导电型的该第一掺杂区32与该多个第二掺杂区33。
形成该缓冲层34于该背面312上，再形成该介电层35于该缓冲层34上。具体而言，可利用例如PVD或CVD等真空镀膜方式先形成一层连续的缓冲层34薄膜，再利用例如PECVD真空镀膜方式形成一层连续的介电层35薄膜。接着进行激光开孔制程，对该介电层35于远离该基板31的表面且欲形成孔洞的部位施打激光光，该缓冲层34会吸收激光光能量，使该缓冲层34中的价带电子被激光能量激发到导带，且当电子跃迁回到稳态时就会释放热能，进而可将位于其上的该介电层35对应照光部位的材料移除，以于该介电层35与该缓冲层34形成该多个第一穿孔301与该多个第二穿孔302。
值得一提的是，由于该缓冲层34于该激光开孔制程中可作为缓冲、保护作用的层体，可避免激光能量直接影响该基板31。且本发明中的该基板31、该缓冲层34及该介电层35的能隙是由低到高，更可确保于激光开孔过程中，较精确地控制层体的激光光吸收量而可达到剥除层体的开孔效果，避免传统方式中基板31直接受到激光影响而损害该第一掺杂区32与该多个第二掺杂区33。其中，本实施例采用的a-Si的缓冲层34能隙通常约为1.7eV，大于采用结晶硅材料的基板31能隙。而且用于开孔的是波长532nm的绿光激光。
接着于该介电层35上形成该第一金属层36，该第一金属层36延伸接触该第一掺杂区32；于该介电层35上形成该第二金属层37，该第二金属层37延伸接触该多个第二掺杂区33。在本步骤中，主要是先于该介电层35表面形成一连续的金属薄膜6，该金属薄膜6有局部部位穿过该多个第一穿孔301与该多个第二穿孔302，以分别接触该第一掺杂区32与该多个第二掺杂区33。由于此时该金属薄膜6仍呈连续状，因此该第一金属层36与该第二金属层37尚连接在一起。
在该金属薄膜6上形成多个间隔的遮挡块7。该多个遮挡块7为对于该金属薄膜6具有蚀刻效果的材料，并可利用例如网印、喷印等印刷方式，形成于该金属薄膜6预定移除部位的表面上。
利用电镀方式于该第一金属层36上形成该第一电极38；利用电镀方式于该第二金属层37上形成该第二电极39。具体而言，本实施例是于该金属薄膜6上电镀铜，由于该金属薄膜6上设有该多个遮挡块7，因此电镀铜薄膜仅会形成于该金属薄膜6上未设有该多个遮挡块7的部位上，如此即形成该第一电极38与该第二电极39。后续将该多个遮挡块7移除(例如以液体清洗移除)，该金属薄膜6对应于该多个遮挡块7的部位也会因为遮挡块7的蚀刻作用而可跟着被移除，如此则可使该第一金属层36与该第二金属层37间隔开。
综上所述，通过在该基板31与该介电层35间增加设置该缓冲层34，可多一层体阻挡在该基板31之前，可于激光开口制程中先吸收激光能量，避免激光能量影响到该基板31，故本发明可避免一般电池制法中，激光对基板31造成的损伤，可减少第一掺杂区32与第二掺杂区33表面因吸收激光能量而造成的热效应破坏，故本发明的第一掺杂区32与第二掺杂区33的品质良好，能提高电池的光电转换效率。另外，将激光开孔技术应用于本发明此种局部掺杂第二掺杂区33的结构，有助于使第一穿孔301间的间距与第二穿孔302间的间距缩小，达到开孔精度佳的优点。
更进一步地，本发明设有该第一金属层36与该第二金属层37，使该第一电极38与该第二电极39可以利用电镀方式形成，此相较于以网印方式形成电极的好处在于，由于网印用的导电浆料对于该介电层35、缓冲层34与基板31具有侵蚀性，而且网印制程必须结合高温烧结步骤使导电浆料烧穿该介电层35与缓冲层34以接触第一掺杂区32与第二掺杂区33，如此容易造成基板31损伤，影响第一掺杂区32与第二掺杂区33的品质，并导致易发生载子复合现象，电池转换效率降低。而本发明电镀法形成的第一电极38与第二电极39的金属镀膜，对该基板31不会有侵蚀问题，加上电镀属于较低温的制程，从而可确保基板31良好品质。
故本发明的创新结构与制法，可减少以往开孔制程与电极制程技术造成的效率减损，从而达到确保元件品质，提升电池转换效率的优异功效。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池包含：
一个基板，具有彼此相对的一个正面与一个背面；
一个第一掺杂区，为第一导电型，并位于该背面处，该第一掺杂区大致对应该背面的形状而形成；
多个第二掺杂区，为第二导电型，并分别位于该背面处且分别被该第一掺杂区包围；
一个缓冲层，位于该背面上并覆盖该第一掺杂区和该多个第二掺杂区；
一个介电层，位于该缓冲层上，该基板、该缓冲层及该介电层的能隙是由低到高；
一个第一金属层，位于该背面上，并穿过该介电层及该缓冲层而接触该第一掺杂区；
一个第二金属层，位于该背面上，并穿过该介电层及该缓冲层而接触该多个第二掺杂区中的至少几个第二掺杂区；
一个第一电极，连接该第一金属层；以及
一个第二电极，连接该第二金属层。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该缓冲层为非晶硅、多晶硅或微晶硅材料。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，该第一金属层或该第二金属层选自由镍、钛、铜、锡、银、铝和透明导电氧化物材料所组成的群组。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，该第一金属层具有接触该第一掺杂区的多个第一接触部，该第二金属层具有接触该多个第二掺杂区的多个第二接触部，于单位面积上，该多个第一接触部的排列密度大于该多个第二接触部的排列密度。
5.如权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，该介电层和该缓冲层具有多个供该第一金属层穿过以接触该第一掺杂区的第一穿孔、以及多个供该第二金属层穿过以接触该多个第二掺杂区的第二穿孔，该多个第一穿孔占该背面的面积为4.3％～8.1％，该多个第二穿孔占该背面的面积为1.6％～3.1％。
6.一种太阳能电池模组，包含：相对设置的一个第一板材与一个第二板材、及一个位于该第一板材与该第二板材之间的封装材，其特征在于，该太阳能电池模组还包含至少一个如权利要求1或2所述的太阳能电池，该太阳能电池排列于该第一板材与该第二板材之间，该封装材接触该太阳能电池。
7.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，该太阳能电池的制造方法包含：
提供一个具有一个背面的基板；
于该背面处形成不同导电型的一个第一掺杂区与多个第二掺杂区，该第一掺杂区大致对应该背面的形状而形成，且该多个第二掺杂区分别被该第一掺杂区包围；
于该背面上形成一个缓冲层，该缓冲层覆盖该第一掺杂区和该多个第二掺杂区；
于该缓冲层上形成一个介电层，其中该基板、该缓冲层与该介电层的能隙是由低到高；
于该背面上形成一个第一金属层，该第一金属层穿过该介电层及该缓冲层而接触该第一掺杂区；
于该背面上形成一个第二金属层，该第二金属层穿过该介电层及该缓冲层而接触该多个第二掺杂区；
利用电镀方式于该第一金属层上形成一个第一电极；以及
利用电镀方式于该第二金属层上形成一个第二电极。
8.如权利要求7所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该缓冲层为非晶硅、多晶硅或微晶硅材料。
9.如权利要求7或8所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该第一金属层或该第二金属层选自由镍、钛、铜、锡、银、铝和透明导电氧化物材料所组成的群组。
10.如权利要求7或8所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，利用激光于该介电层和该缓冲层形成多个第一穿孔与多个第二穿孔，该多个第一穿孔供该第一金属层穿过以接触该第一掺杂区，该多个第二穿孔供该第二金属层穿过以接触该多个第二掺杂区，于单位面积上，所述第一穿孔的排列密度大于所述第二穿孔的排列密度。
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