TW201123480A - Solar cell structure and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

201123480 _〇c/J 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種太陽能電池結構及其製作方 法’且特別是有關於一種光電轉換效率良好的太陽能電池 結構及其製作方法。 【先前技術】 隨著環保意識抬頭’節能減碳的概念逐，受眾人所重 視’再生能源的開發與利用成為世界各國積極投入發展的 重點。其中，可將太陽光轉換成電能的太陽能電池更是目 前最被看好的明星產業，因此眾家廠商紛紛投入太陽能電 池的製造。目前，太陽能電池的關鍵問題在於其光電轉換 效率的提升，而能夠提升太陽能電池的光電轉換效率即意 味者產品競爭力的提升。 典型的太陽能電池結構可分為基板、P_N二極體、和 兩個金屬電極。一般而言，太陽能電池的工作原理主要是 ，由太陽光照射P-N二極體，其中光子所提供的能量會把 半導體中的電子激發出來，產生自由電子_電洞對，其中電 子與電洞會受到内建電位的影響，使得電洞往電場的方向 移動，而電子則往相反的方向移動。此時，若以導線將一 負载(load)與太陽能電池之電極連接起來，就會有電流流過 負載、’這就是太陽能電池發電的原理，又稱為光伏效應。 為了提高太陽能電池的光電轉換效率，許多針對太陽 此電池結構的改良陸續被提出，而減少太陽能電池在傳輸 i.doc/j 201123480. 過程中的能量損失亦為其中一個重要方向。舉例 ^ 到太陽光照射所產生的電子-電洞對容易在接s 又 發生漏電流(leakage current)而造成能量的流失，而=3 = 的流失也會反應在光電轉換效率上。 此量 【發明内容】 有鑑於此，本發明提供一種太陽能電池結構，其可減 少漏電流之發生，而具有較佳的光電轉換效率。、/ 本發明提供一種太陽能電池結構的製作方法，其能製 作出上述之太陽能電池結構。 /、月匕衣 本發明提出一種太陽能電池結構，.其包括一光伏層、 一上電極、一下電極以及一絕緣層。光伏層具有一上表面、 一下表面以及多個侧表面，其中此光伏層包括一第一型半 導體層以及一第二型半導體層。第二型半導體層與第一型 半導體層實體連接。上電極配置於光伏層的上表面而與第 二型半導體層電性連接，其中第二型半導體層位於上電極 與第一型半導體層之間。下電極配置於光伏層的下表面而 與第一型半導體層電性連接，其中第一型半導體層位於下 電極與第一型半導體層之間。絕緣層至少覆蓋多個側表面 的其中之一，以降低產生於這些侧表面的漏電流(leakage current) 〇 在本發明之一實施例中，上述光伏層的材質包括一單 晶材料或一多晶材料。 在本發明之一實施例中，上述光伏層的材質包括矽 201123480—· (Si)、砷化鎵(GaAs)或鱗化銦(Inp)。 料(paint) 料0 在本發明之一實施例中，上述絕緣層的材質包括一塗 一絕緣材料、或一含有氧或氮元素的化合物材 在本發明之一實施例中，上述絕緣層的材質包括氧化 矽、氮化矽或氮氧化矽。 在本發明之一實施例中，上述之太陽能電池結構更包 括一抗反射層，配置於第二型半導體層與上電極之間。 在本發明之一實施例中，上表面或下表面為一粗糙表 ® (texture surface ) ° 本發明又提出一種太陽能電池結構的製造方法，其包 括下列步驟。首先，提供一第一型半導體層。繼之，形= 第二型半導體層於第-型半導體層上，以構成—光伏層， 其中光伏層具有一上表面、一下表面以及多個侧表面。接 著，形成一上電極於光伏層的上表面.，以使上電極與第二 型半導體層電性連接，.其中第二型半導體層位於上電極與 第-塑半導體層之間。再來，形成一下電極於光伏層的下 表面，以使下電極與第一型半導體層電性連接，其中第〆 型半導體層位於下電極與第二型半導體層之間。然後，形- 成一絕緣層，至少覆蓋多個側表面的其中之一，以降低虞 生於這些側表面的漏電流(leakage euiTent)。 — 在本發明之-實施例中，上述第一型半導體層為⑼ 半導體層，且第二型半導體層為N型半導體層。 在本發明之-實施例中’上述形成第二^半導體層於 :.aoc/j 201123480 嫌包細第1彻層上進行一 在本發明之一實施例中，上述 方法=於光伏層的上表面、或下表面b形成；:表製面造 在本發明之-實施例中，上述於光伏層的上 下表面形成祕表面的方法包括進行—侧轉。5 =發明之—實施例中，上述太陽能電池結構 ^法更l括形成-抗反射層於第二型半導體層與上電極之 逸-财’上卿錢緣層的方法包括 進仃-錢製程、-㈣製程或—熱處理製程。 在本發明之一實施例中，上述形成上電極、或 電極的方法包括進行一網印製程以及一熱處理製程。 基於上述，本發明的太陽能電池結構具有設置於光伏 層側表面上的絕緣層’其可降低產生於光伏層側表面上的 漏電流，進而提升太陽能電池結構的光電轉換效率。另外， 本發明亦提出-種太陽能電池結構的製造方法，可製作出 上述的太陽能電池結構。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉貫施例’並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1為本發明一實施例之太陽能電池結構的局部示意 圖。請參照圖卜太陽能電池結構100包括—光伏層3 uo7

Joc/j 201123480 上電極120、一下電極130以及一絕緣層140。在本實施 絲層UG的材f可以是—單晶材料或—多晶材 二#例來說，光伏層110的材質可為石夕(Si)、碎化鎵(GaAs) 或礎化銦(InP)至少其—的單晶或多晶材料。 夕編光：層110具有—上表面U〇a、一下表面110b以及 二=面11〇C u舉例來說，上表面〗l〇a或下表面ii〇b I^2^：itexturesurfkce) ^光線L能夠被光伏層110充分吸收，藉 轉換^ L _率，躺提升太_池削的光電 第二ΐ:導=二包Γ第一型半導體層1 導體m層實:迷接，，二第-型半 型半導體層112為卩型半n't本貫施例中，第一 為n型半導體層，意=二二财^ junction)的半導體層。然而 :P n接面(P 11 光伏層11G也可〃他错示的實施例中， 舛，太Ρ+η接面(P_i_n junction)的設 面作為舉例說明，二咖 盥第一型丰審1己於光伏層U〇的上表面110a上而 與第-型+導體層114電性連接 位於上電極120與第一型半導、二弟-型+導體層114 另外，下電極⑽配2之間，㈣1所示。 位於下電_與第二型半連導^了 201123480 , •aoc/j 在本實施例中，上電極12〇與下電極13〇的材質一般 可使用金屬’例如：金、銀、銅、錫、錯、給、鑛、钥、 鈥、鈦、組、銘、鋅等導電性較佳的金屬。另外，上電極 120除了要A夠有效收集载子之外，還要儘量減少金屬線 遮蔽入射的光線L白勺比例。因此，上電極12〇可設計成具 有特殊圖案的結構。在本實施例中，上電極12()例如是從 長條形金屬t極伸展出一列报細的手指（fmger)狀金屬電 極。然而此處僅為舉例，在其他的實施例中，上電極12〇 也可以具有不同的形狀或佈局設計。 此外’本實施例的下電極13〇例如為一層金屬層，此 金屬層可以增加載子的收集，還可回收沒有被吸收的光 子。同樣地，下電極130也可以有其他不同的形狀，此部 分端視於不同使用者的設計而定。 絕緣層140至少覆蓋多個側表面n〇c的其中之一， 以降低產生於這些侧表面110c的漏電流（leakage current)，如圖1所示。特別是，絕緣層14〇至少會覆蓋第 一型半導體層112與第二型半導體層114交界處接面） 的側表面ii〇c。這是因為第一型半導體層與第二型半 導體層114均為具有摻質的半導體層，因此會形成許多缺 陷於第一型半導體層112與第二型半導體層114的交界 處，如此，水氣或是其他雜質原子容易由此p_n接面附近 的侧表面110c進入光伏層110中，從而造成光伏層11〇 失效或是使用壽命縮短。而絕緣層140的設置除了可以保 護p-n接面附近的側表面110c免於受到外界水氣或髒污的 201123480— 影響之外5更可避免第一型半導體層112與第二型半導體 層1H之間產生漏電流。因此，設置絕緣層14〇於光伏層 no的側表面ii〇c可使太陽能電池結構100具有較長的^ 用哥命以及較佳的光電轉換效率。此外’在部分實施例中， 絕緣層140還可以是全面性的覆蓋太陽能電池上所有 會與外界接觸的表面。 在本實施例中，絕緣層140的材質可以是一塗料 (paint)、一絕緣材料、或一含有氧或氮元素的化合物材料。 舉例來說，絕緣層140的材質可以是氧化矽、氮化石夕或氣 氧化矽’此部分可根據使用者的需求與設計而定，上述僅 為舉例說明，非限於此。 圖2為本發明另一實施例之太陽能電池結構的局部示 意圖。請參照圖2，太陽能電池結構200具有上述太陽能 電池結構100的所有構件，其中相同的構件以相同的標號 表示，此處不再重述。 需要說明的是，太陽能電池結構200更包括—抗反射. 層AR，其配置於第二型半導體層114與上電極12〇之間。 詳細而言，當光線L入射至光伏層110之上表面11〇a時， 設置於上表面110a的抗反射層AR可提高光線L進入光伏 層110内部的機會，並減少光線L被光伏層11〇的上表面 ll〇a反射的機會，藉以使光線l能夠被光伏層ι10充分吸 收。抗反射層AR的材質例如是氮氧化矽、氮化;g夕等。 以下將說明上述薄膜太陽能電池100的製造方法。 圖3Α至圆3Ε為本發明一實施例之太陽能電池結構的 201123480 d ,. _________.doc/j .製作流程示意圖。請先參照圖3A，首先，提供一第一型半 導，層112。在本實施例中，第一型半導體層112例如是 在南純度，石夕晶基板中，添加有娜）、録(Ga)或姻⑽等 週期表第二族元素’以开彡成上述提及的p型半導體層。 繼之，請參照圖3B，形成第二型半導體層114於第 -型半導體層1.12上’以構成一光伏層n〇，其中光伏層 110具有-上表面110a、一下表面膽以及多個側表: 110c。在本實施例中，第二型半導體層114例如為 參導體層.，而形成第二型半導體層114於第—型半導體層 112上的方法，例如是在第一型半導體層112上進行一摻 雜(doping)製程。更詳細而言，此摻雜(^叩匕幻製程例如可 使用爐管擴散設備或是離子佈值設備來加以執行。 接著，請參照圖3C，形成一上電極12〇於光伏層11〇 的上表面110a，以使上電極120與第二型半導體層114電 陡，接，其中第二型半導體層114位於上電極12〇與第一 孓半導體層112之間。在本實施例中，形成上電極12〇的 φ 方法可以是進行一網印製程以及一熱處理製程。在本實施 例中例如可先於光伏層11〇的上表面ll〇a上網印銀膠， 其後再使光伏層110經熱處理製程，以使銀膠形成固定於 上表面110a上特定位置的銀線。在其他實施例中，也可以 是採用其他適當的製程形成上電極12〇，如：金屬氧化氣 相沉積製程、蒸鍍製程或濺鍍製程。 再來，請參照圖3D，形成一下電極13〇於光伏層11〇 的下表面110b，以使下電極130與第一型半導體層112電 11 201123480 中第一型半導體層112位於下電極130與第二 方法if、114之間。在本實施例中，形成下電極120的 如由^以疋進仃—網印製程以及—熱處理製程。在本實施 賑，甘1如可先於光伏層110的下表面110b上網印-層銘 二覆::後再使光伏層11G經熱處理製程’以使鄉形成完 盘下表面11Gb上的—層⑽、或是形成位於下表面 UOb上特定位置的其他圖案。 然後，請參照圖3E，形成一絕緣層14〇，至少覆蓋多 ^^面1 *的其中之—’以降低產生於這些側表面的漏 (吐峨C刪nt)。在本實施例中，形成絕緣層140的 =法例如是進行—電漿製程、一塗佈製程或—熱處理製 程°舉例來說，·製程可使用c〇2作為反應氣體，以使 C〇2電漿與矽反應而形成氧化矽。塗^ 漆塗佈於所欲㈣之表面上。而熱處理製程例如可1= 氧分壓的爐管製程。至此，大致完成上述的太陽能電池結 構100的製作方法。 在部分實施例中，可在圖3A的步驟之後，於光伏層 no的上表面110a、或下表面110b上形成一粗糙表面，而 形成粗糙表面的方法例如是進行一蝕刻程序。舉例來說， 可將光伏層110浸泡於一適當濃度的K〇H溶液中，以在 光伏層110的上表面110a、或下表面11〇b上形成多個金 字塔狀的微結構。在其他實施例中，也可以使用乾式蝕刻 來形成上述的粗糖表面。 在另一實施例中，還可以形成一抗反射層AR於第二 12 201123480, y 型半導體層114與上電極120之間，以減少光線£的反射， 如圖2所示。抗反射層AR例如可利用電漿增強化學氣相 ;儿積法（Plasma Enhanced . Chemical Vapor Deposition, PECVD)來形成，其材質包括氧化矽(Si〇2)、氮化矽(si3Nj 或氟化鎮與硫化鋅雙層結構(MgF2/2nS)。此外，抗反射層 AR還可兼具鈍化(passivati〇n)的作用，以降低太陽能電池 結構100中電荷載子在光伏層11〇表面上的再結合損失。 綜上所述，由於本發明的太陽能電池結構具有設置於 泰 光伏層侧表面上的絕緣層設計，其可降低產生於光伏層側 表面上的漏電流，並可避免外界水氣或鱗污的影響。換言 之，本發明的薄膜太陽能電池可具有較佳的光電轉換效率 以及較長的使用壽命。另外，本發明之薄膜太陽能電池的 製造方法可使用簡單的步驟在太陽能電池結構中形成上述 的絕緣層，進而提高太陽能電池結構的性能。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明’任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 籲 本發明之精神和範圍内，當可作許之更動與潤飾，故本發 明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明一實施例之太陽能電池結構的局部示意 圖。 /… 圖2為本發明另一實施例之太陽能電池結構的局部示 意圖。 口口/ 13 201123480idoc/j 圆3A至圖3K為本發明一實施例之太陽能電池結構的 製作流程示意圖》 【主要元件符號說明】 100、200 :太陽能電池結構 110 :光伏層 110a :上表面 110b :下表面 110c :側表面 112 :第一型半導體層 114:第二型半導體層 120 :上電極 130 :下電極 140 :絕緣層 AR :抗反射層 L· :光線 14

Claims (1)

1. 201123480fh ,· mr λ ww > » t* X>U〇C/] 七、申請專利範圍： 1_ 一種太陽能電池結構，包括： 一光伏層，具有一上表面、一下表面以及多個側表 面，其中該光伏層包括： 一第一型半導體層； 一第二型半導體層，與該第一型半導體層實體連 接； 一上電極，配置於該光伏層的該上表面而與該第二型 • 半導體層電性連接，其中該第二型半導體層位於該上電極 與該第一型半導體層之間； 一下電極，配置於該光伏層的該下表面而與該第一型 半錄層f性連接，其找第_料導體層位於該下電極 與該第二型半導體層之間；以及 一絕緣層，至少覆蓋該些侧表面的其中之一，以降低 產生於該些側表面的漏電流(leakage cun>ent)。 2. 如申請專利範圍第！項所述之太陽能電池結構，其 φ 中該光伏層的材質包括一單晶材料或一多晶材料。 3. 如申μ專利範圍第2項所述之太陽能電池結構，其 巾該光伏層的材質包括邦i)、碎化鎵(GaAs)或鱗化^ (InP)。 4·如申料魏㈣丨項所述之太陽能電池結構，盆 中該絕緣層的材質包括一塗料(paim)、-絕緣材料、或二 含有氧或氮元素的化合物材料。 5.如申睛專利範圍第4項所述之太陽能電池結構，其 15 r.doc/j 201123480 中該絕緣層的材質包括氣# 6.如申請專利範園第、氮化矽气氮氧化矽。 中該第-型半導體層為！>型束斤述之太陽能電池結構，其 層為N型半導體層。 闕’且該第二型半導體 7·如中^專利範圍項所述之太 間。 於該第二型半導體層與該上電極之 8. 如申請專利範圍笛〗^ ㈣广種，表其 9. -種太純電池結_製造方法，包括： 提供一第一型半導體層；以及 成m型半導體層於該第一型半導體層上，以構 其中該光伏層具有-上表面、-下表面以及 無=—：^極於該光伏相該上表面，以使該上電極 =一型半導體層電性連接，其中該第二型半導體層位 於該上電極與該第—型半導體層之間； ，成—7電極_光伏相該下表面，时該下電極 二㈣導體層電性連接’其中該第-型半導體層位 於該下電極與該第二型半導體層之間；以及 形成絕緣層，至少覆蓋該些側表面的其中之一，以 低產生於該些侧表面的漏電流(leakage current)。 =⑹申請專利範圍第9項所述之太陽能電池結構的 ^法其中該第一型半導體層為一p型半導體層，且 aoc/j 201123480 該第一型轉體層為—N型半導體層。 』&Π:如申請專利範圍第$項所述之太陽能電池結構的 製造方法’其切辆第二料導體層於紗-型半導體 層上的方法包括於該第—型半導體層上進行—摻雜 (doping)製程。 ’ 申請專利範料9項所述之太陽能電池結構的 ▲更包括於該光伏層的該上表面、或該下表面形 成一租徵表面。 的製造方t申：ί利範圍第12項所述之太陽能電池結構 成2巾於該絲層的該上表面、或該下表面形 成該减表面的方法包_行-#刻程序。 製造r法如第9項所述之太陽能電池結構的 該上電極之間。抗反㈣於該第二型半導體層與 製造方法％ 範㈣9項所述之太陽能電池結構的 程、一塗佈製程或-^處=層程的方法包括進行一電漿製 製造方法如項所述之太陽能電池結構的 括進仃-網印製程q 的方“ 17