TW201039460A - Method of manufacturing solar cell - Google Patents

Description

201039460 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種太陽能電池，特別是關於一種能夠改善太 · 陽能電池之電光特性並使太陽能電池之效能最大化的太陽能電池 之製造方法。 【先前技術】 太％此電池係為·一種可將太陽能轉化為電能的半導體裝置。 太陽能電池包含透過將P型半導體與n型半導體相互接觸地接合 〇 在一起所形成的接面並且具有二極體之基本結構。 通常，太陽能電池包含一 ρ-η接面半導體層之結構，在此ρ_η 接面半導體層之結構中，- ρ型半導體層與一 η型半導體層係設 置於相對的電極之間。 為了太陽能電池之光電能量轉換，電子係不對稱地存在於ρ_η 接面半導體層之結構中。也就是說，在ρ·η接面半導體層之結構 中’η型半導體層具有高電子密度及低電洞密度，而ρ型半導體層lj 則具有低電子密度及高電洞密度。因此，在熱平衡狀態下，由於 ρ η接面半導體射載流子之密度不同所狀的擴散將導致電荷 不均衡。於此相應地是’將感生出一電場，並且將不存在更多的 載流子之擴散。於此同時’當具有大於帶隙能量之能量的光線照 射到ρ-η接面半導體層上時，接收到能量的電子將從價帶被激發至_ 導帶’亚且價帶中將產生電洞，上述帶雜量係為導帶與價帶之 4 201039460 間的能量差。激發至導帶的電子可以自由地運動。如上所述所產 生的自由電子及電洞可被稱為過剩載流子，並且此過剩載流子可 透過於價帶或導帶中的密度差異而被擴散。這裡，過剩載流子， 即’在p型半導體層中激發的電子及n型半導體層中產生的電洞 係被稱為少數載流子，而在接合之前p型及n型半導體層中的載 流子，即，P型半導體層中的電洞及n型半導體層中的電子係被稱 為多數載流子。多數載流子之流動係由於電場之能量叠而被阻 塞。但p型半導體層中的少數載流子，如電子可移動至η型半導 體層。少數載流子的擴散會導致ρ_η接面半導體層中的電位降。當 ρ-η接面半導體層連接至外部電路時，由於接面半導體層之兩 端會產生電動勢，因此其可作為電池來加以使用。 因此，太陽能電池進一步包含位於ρ_η接面半導體層之外表面 上的透明電極及後部電極。透明電極具有一粗糙表面以使得從外 q 部光源發出的光線能夠有效地提供至ρ-η接面半導體層。 第1Α圖」至「第1F圖」為習知技術之太陽能電池之製造 方法的步驟示意圖。 在「第1Α圖」巾，透明導電層4係透過在攝氏3⑻至_ 度的溫度下使用喷鑛設備（附圖中未示出）沈積一透明導電氧化 物（TCO) ffij得⑽成於透明絕緣的基板！之幾乎整個表面上。 於此同時，透過在高溫下使用喷錄方法沈積透明導電氧化物係伴 有部分結晶過程，並且透明導電層4可隨意地包含微結晶部分以 5 201039460 及介於結晶部分之間的非結晶部分。 在第1B圖」令，凸起及凹陷圖案6係透過將包含有透明導 電曰之基板1次入填充有餘刻劑之姓刻槽（附圖中未示出）中 或者透過於透明導電層4上喷塗_劑而形成於透明導電層4之 表面上，顧_可與透哪電氧化物發生化學反應。這裡，將 透明導電層4曝露於_射的時間可以被献地控制，並使得 透明導電層4不會被完全钱刻。透明導電層4之表面的某歸面 係被_ ’而透明導電層4之表面的其它部分則不會被侧，藉 以於透明導電層4之表面上形成凸起及凹陷圖案6。此外，由於社 晶部部分之_異，凸缺凹_ 6 _更加凸^ 起或者凹陷。 丄/「第1C圖」中，係透過用雷射器（附圖中未示出）將雷射 先束照射至包含有凸起及凹陷圖案6之透明導電層4上藉以對「第 1B圖」之透卿電層4進行_化加工，且進而在每-單元電池 :形成透明電極8。位於一個單元電池中的透明電極8係與下一個 早几電池中的一個透明電極間隔-定距離。 雜質=半m —n型半導體層1G係透過沈積具有η型 整個表軸純料翻紐8之铖1的幾乎 10與p型半導體層15係構成p n接面半導體層邡。 曰 201039460 在「第1E圖」中，p_n接面半導體層2〇係透過使用雷射器（附 圖中未示出）將雷射光束照射至p_n接面半導體層2〇上進而被圖 案化加工。 在第1F圖」中’係透過在㈣接面半導體層之表面上 方沈積金屬材料並對其進行圖案化加工，進而於p_n接面半導體層 20之上形成後部電極3〇。至此，—太陽能電池$㈣加工完成。 然而，在太陽能電池50中，凸起及凹陷圖案6係較小且無規 〇 「第2圖」為習知技術之太陽能電池之放大部分的剖視圖。 在第2圖」中，係透過對結晶部分及非結晶部分使用不同的餘 刻速率雜刻透明導電層4進而形成凸起及凹陷圖案6,結晶部分 及非結晶部分係形成於透明導電材料被沈積之時。這裡，結晶部 分係隨意地設置’並且錢行微結晶化過程。因此，凸起及凹陷 圖案6非常的小’且凸起及凹關案6之侧面斜角相對於基板】 來說是不細的。耻，㈣基板1之表面的讀絲不能被有 效地政射’且太I%·此電池5〇之效能較低。 【發明内容】 因此’鑒於以上的問題，本發明在於提供一種太陽能電池之 裝方法係、I夠從實質上克服由於上述習知技術之局限及缺點 而導致的一個或多個問題。 本發明之-目的在於提供—種太陽能電池之造綠，係能夠 7 201039460 有效地吸收外部光線並使太陽能電池之效能最大化 本發月之其他特徵及優點將在如下的說明書中部分地加以蘭 述，並且本發_這些龍及優點可以透過本發明如下的說明得 以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的這些和 其他優點可以透過本發賴記__書與申請翻範圍以及附 圖中所特別指明的結構得以實現和獲得。 為了實現本發日_這些及其它優點且依照本發明之目的，現 對本發明作具體化和概括性地描述，本發明之-種太陽能電池之 製造方法’係包含町㈣：透過在室溫下於基板上沈積透明導 電氧化物祕基板上形成透明導電層；透過使用第—雷射器將雷 射光束照射至透料電層進而使_導電層結晶化；選擇性地姓 刻結晶化之透明導電層藉以於結晶化之透明導電層之表面上形成 凸起及凹職，透過圖案化加工具有祕及凹_案之透明導 電層而於單元電池中形成透㈣極;於透魏極上形成p_n接面半 導體層並贿化加卫此ρ·η接面半導縣·以及透過於圖案化加工 '的Ρ接面半導體層上形成金屬材料層並圖案化加工此金屬材 料層進而糊案化加I後的ρ_η接面半導體層上形紐部電極，此 後部電極係與單元電池相對應。 可以理解的疋，如上職的本發明之概括說明和隨後所述的 本發明之詳細酬均是具有代紐和解雜的·，並且是為了 進一步揭示本發明之申請專利範圍。 201039460 【實施方式】 現在，將結合附圖所示之實例對本發明之一實施例進行詳細 描述。 「第3A圖」至「第3G圖」為本發明一典型實施例之太陽能 電池之製造方法的步驟示意圖。 在「第3A圖」中，透明導電層1〇4係透過在室溫下使用喷鍍 設備（附圖中未示出）沈積透明導電氧化物（TC〇)而形成於透 明絕緣的基板101之幾乎整個表面之上。透明導電層具有一 平滑表面。透明導電氧化物可包含Sn〇:X或Ζη〇:χ ,其中χ係為 -種金屬材料，例如：鐘、鎮、鎳、料。基板⑻可為玻璃基 板或塑料基板。 也就是說，在習知技術中，透明導電層係於攝氏3〇〇至6〇〇 度的高溫下形成，以使得透明導電層具有結晶部分與非結晶部 ◎分，而在本發日种，透明導電層lG4係透過倾方法在室溫下形 成。這蚊為何透明導電層lG4之表面隨後將被結晶化的原因。 在「第3B圖」巾’雷射器190係設置於透明導電層1〇4之上 方，並且雷射光束LB係在室溫下被照射至透明導電層1〇4之表面 上。透明導電層104將從其表面以預定之厚度被熔化並隨後被固 ’化’且透明導電層1〇4將部分地被結晶化。這裡，雷射器19〇優 選為紅外㈤雷射器藉以迅速地炫化透明導電材料。雷射器· 之雷射光束LB具有1〇64奈米之波長，並且具有5w至麗之功 9 201039460 率及40ΚΗζ至60ΚΗζ之頻率。如果雷射器19〇之功率大於1〇w， 那麼雷射光束LB在每單位面積上將具有過強的功率，並且在透明 導電層104之表面被結晶化之前，透明導電層1〇4就會被汽化和 去除。 如此’具備最佳條件的f射光束LB將被騎至透明導電層 104之表面上’並且透明導電層1〇4之表面將被結晶化藉以形成多 個顆粒（賴巾未示出）。這些顆粒可錢料電層1()4之整個表 面上具有均一的尺寸大小。 在「第3C圖」巾’凸起及凹陷圖案1〇6係透過將包含具有結 晶化表面的透明導電層1()4之基板1(H浸入填充有可與透明導電 氧化物發生反應的蝕刻劑之蝕刻槽（附圖中未示出）中，或者透 過在透明導電層H)4之結晶化表面之上錢_劑，進而形成於 透明導電層104之表©上。賴，將翻導電層1()4曝露於姓刻 劑中的時職被適當地加以控制，並且翻導電層1G4係不會被 完全钮刻。透明導電層1〇4之表面的某些部分將被侧，而透明 導電層1G4之表_其它部分將不會被_，藉以在透明導電層 收之表面上形成凸起及凹關案。在顆粒之間邊界部分上二 餘刻速率與顆粒上的侧速率不同。對邊界部分的_要快於對 顆粒的_。侧將_粒0為基礎向著每—難的邊緣逐步 進行，並且凸起及凹關案1G6係幾乎形成於具有均_尺寸的^ 顆粒中。凸起及凹陷圖案106可具有均一的尺寸大小。 201039460 請參考「第4圖」’此圖為本發明之太陽能電池之放大部分的 剖視圖，與「第2圖」所示之凸起及凹陷圖案6相比，「第4圖」 之凸起及凹關案係較大且尺寸均一。此外，凸起及凹陷圖案ι〇」6 之侧面斜角相對於基板1G1是—致的。因此，能夠有效地防止光 線被全反射。進而使光線擴散率增加，且光線吸收率提高。 同時’凸起及凹陷圖案1〇6之高度以及相對於基板⑼的凸 起及凹陷圖案1〇6之侧面斜角能夠透過控制將透明導電層⑽曝 露於侧劑中的時間而加以調節。在習知技術中，由於透明導電 層在高溫下形錢且包含微結晶較鱗結晶部分，透過酬微 結晶部分鱗結晶部分形成的凸歧凹關案具有各種不同的尺 寸。因此，其很難透過控繼刻時間來調整相對於基板的凸起及 凹陷圖案之侧面斜角。然而，在本發明中，由於透過「第犯圖」 之雷射器190被結晶化的顆粒具有均一的尺寸大小因此其能夠 ❹透過控伽刻時間來調整相對於基板1〇1的凸起及凹陷圖案⑽ 之側面斜角。 〃 在「第3D圖」中，「第3C圖」之透明導電層1〇4係透過使 用雷射器（附圖中未示出）將雷射光束照射至包含凸起及凹陷圖 案106之透明導電層1〇4進而被部分地去除並被圖案化加工，並 ’且由此在每-單元電池中形成透明電極108。在-個單元電池中的 透㈣極1G8係與下-個單元電池中的—個透明電極間隔一定距 離。謂，上述雷射器可為紅外雷射器，且在此情形中，該紅外 11 201039460 雷射器可具有12W至20W的功率。當此雷射器之功率小於12w 時，更具體地說，小於10W時，透明導電層104可被熔化並被結 晶化，並且透明導電層1〇4可不被去除。 在「第3E圖」中，η型半導體層110係透過沈積具有11型雜 質之半導體材料而形成於包含透明電極1〇8之基板101的幾乎整 個表面之上。隨後，ρ型半導體層115係透過沈積具有ρ型雜質之 半導體材料而形成於η型半導體層no之上。η型半導體層u〇與 Ρ型半導體層115構成ρ-η接面半導體層12〇。於此同時，一本征 非晶半導體層，例如，一本征非晶矽層可進一步形成於η型半導 體層110與ρ型半導體層U5之間。 在「第3F圖」中，ρ_η接面半導體層12〇係透過使用雷射器 (附圖中未不出）將雷射光束（附圖中未示出）照射至ρ_η接面半 導體層120進而被圖案化加工。經圖案化加工後的接面半導體 層120具有不與透明電極咖之端部相重合的端冑，並且如參考 ‘號123所不，透明電極1〇8係曝露於相鄰的接面半導體層 之間。也就是說，透明電極1〇8之邊界不與ρ_η接面半導體層 之邊界相重疊並且不同於ρ_η接面半導體層12〇之邊界。用於 圖案化加工ρ_η接面半導體層12()之雷射器概於用以圖案化加工 透月導1：層1G4之雷射器，其具有較大的功率。用以圖案化加工 ^接面半導體層12〇之雷射器的雷射光束可具有奈米至猶 不来之波長。用以圖案化加工p_n接面半導體層12〇之雷射器可為 12 201039460 準分子雷射n細s猶硕射器。具有19Q奈米至观奈米之 波長的準分子雷射器或紀紹石梅石雷射器之雷射光束由於透明 ⑽魏具有獨波長的㈣縣，因料會料透明電極 在「第3G圖」中，後部電極13〇係透過在p n接面半導體層 120之整個表面上方沈積金屬材料並對其進行_化加工進而妒 成於P-n接面半導體層⑼之上。此金屬材料可為具有較高反射率 的域者齡金。至此，太陽能電池i5G得以製造完成。 喊’所沈積的金屬材射透過照射#射綠或者透過執行 光刻製程而被圖案化加工，此光刻製程中包含施加光阻劑至一薄 膜’將光剛曝露於光針，將曝光後的光_顯影以及餘刻此 薄膜之步驟。 同時，當後部電S 130被圖案化加工時，p_n接面半導體層12〇 3也被圖案化加工，並且透明· 1〇8將被曝露。後部電極14〇係 如圖中所示觀案化加卫以使得從單元電池巾料部光線所產生 的電動勢被串聯。太陽能電池150包含許多單元電池，並且每一 單元電池中的電動勢非麵低且不_於電子設備。因此，一個 單元電池的後部電極130係與下一個單元電池的透明電極1〇8相 連接。多個單元電池的電動勢被串聯連接，並且能夠使用相對高 的電壓。 在本發明之太陽能電池中，由於透明電極之凸起及凹陷圖案 13 201039460 相比於習知技術具有均一的和較大的尺寸，因此能夠有效防止入 射光線之全反射，進而能夠使入射到p-η接面半導體層上的光線量 敢大化。而且，吸收光線之能力也被最大化，且提高了太陽能電 池之效能。此外，由於透明電極之結晶化表面，因而透明電極具 有改善的透射率及内部和接觸電阻，因此太陽能電池之效能被進 一步提高。 雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内， 所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所 界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。 【圖式簡單說明】 第1A圖至第1F圖為習知技術之太陽能電池之製造方法的步 驟示意圖。 第2圖為習知技術之太陽能電池之放大部分的剖視圖。 第3A圖至第3G圖為本發明一典型實施例之太陽能電池之製 造方法的步驟示意圖。 第4圖為本發明之太陽能電池之放大部分的剖視圖。 【主要元件符號說明】 1 ...........................基板 4 ...........................透明導電層 6 ............................起及凹陷圖案 201039460 8 ...........................透明電極 10...........................η型半導體層 15...........................ρ型半導體層 20...........................ρ-η接面半導體層 30...........................後部電極 50...........................太陽能電池 101..........................基板

104..........................透明導電層 106..........................凸起及凹陷圖案 108..........................透明電極 110..........................η型半導體層 115..........................ρ型半導體層 120..........................ρ-η接面半導體層 130..........................後部電極 150..........................太陽能電池 190..........................雷射器 LB...........................雷射光束 15

Claims (1)

1. 201039460 七、申請專利範圍： 1. 一種太陽能電池之製造方法，係包含： 透過在室溫n板上沈積—物導電氧化物而於該 基板上形成一透明導電層； 透過使H雷射ϋ將-雷射光束照射至該透明導電 層進而使該透明導電層結晶化； 選擇性地姓刻該結晶化之透明導電層藉以於該結晶化之 透明導電層之表面上形成多個凸起及凹陷圖案； 透過圖案化加工具有該等凸起及凹關案之該結晶化之 透明導電層而於多個單元電池中形成多個透明電極； 於該等透明電極上形成- Ρ_η接面半導體層並圖案化加工 該ρ-η接面半導體層；以及 透過於圖案化加工後的該ρ_η接面半導體層上形成一金屬 材料層並圖案化加卫該金屬材料層進而於圖案化加工後的該 Ρ-η接面轉體層上形成夠後部電極，該等後部電極係與該 專早元電池相對應。 2.如請求項第i項所述之太陽能魏之製造方法，其巾該透明導 電氧化物包含Sn0:X或Zn0:X中的一種，其中χ係為一金屬 材料。 3·如請求鄉丨項所述之太陽能魏之製造方法，其中該第一雷 射器係為—紅外雷射器，該紅外雷射器具有40KHZ至60KHz 16 201039460 之頻率’ 5W至聽之功率並且能夠產生一具有蘭奈米之 波長的雷射光束。 4. 如凊求項第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中圖案化加 工該結晶化之透明導電層係包含使用一功率大於12W之第二 雷射器發射一雷射光束。 5. 如請求項第4項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第二雷 射器係為一紅外雷射器。 6. 如請求項第4項所述之太陽能電池之製造方法，其中圖案化加 工該P-n接面半導體層係包含使用一功率大於該第二雷射器之 第三雷射器發射一雷射光束。 7. 如請求項第6項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第三雷 射器係為準分子雷射器及釔鋁石榴石雷射器中的一種，該第三 雷射器係能夠產生一具有190奈米至308奈米之波長的雷射光 束。 8. 如請求項第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中圖案化加 工該P-n接面半導體層係包含曝露出相鄰的經圖案化加工後的 P-n接面半導體層之間的該等透明電極。 9. 如請求項第8項所述之太陽能電池之製造方法，其中圖案化加 工該金屬材料層係包含選擇性地去除經圖案化加工後的p_n接 面半導體層並曝露出介於相鄰後部電極之間的該等透明電極。 如請求項第9項所述之太陽能電池之製造方法，其中位於一個 17 201039460 單元電池中的該透 單元電池中的該後部電極係與位於下一個 明電極相接觸。 11.如請求項第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中形成气 接面半導體層係包含於鱗翻t極之上形成—P科導體7 以及於該p型半導體層之上形成一n型半導體層。 日

   12·如請求項第11項所述之太陽能電池之製造方法，其中形成1 P-η接面半導體層係還包含於該p鮮導體層與該η型半導 層之間形成一本征非晶半導體層。 13’如凊求項第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中圖案々 工該金屬材料層係包含發射一雷射光束或者執行一光夕 程二該光刻製程中包含施加光阻劑至一薄膜，將該光阻气竭 於光線中，將曝光後的光阻劑顯影以及蝕刻該 4 步驟, 18