TW201316523A - 點接觸式太陽能電池結構 - Google Patents

點接觸式太陽能電池結構 Download PDF

Info

Publication number
TW201316523A
TW201316523A TW100136523A TW100136523A TW201316523A TW 201316523 A TW201316523 A TW 201316523A TW 100136523 A TW100136523 A TW 100136523A TW 100136523 A TW100136523 A TW 100136523A TW 201316523 A TW201316523 A TW 201316523A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
solar cell
passivation layer
openings
cell structure
semiconductor substrate
Prior art date
Application number
TW100136523A
Other languages
English (en)
Inventor
Seow Wei Tan
Yen-Yu Chen
Wei-Shuo Ho
Yu-Hung Huang
Chee-Wee Liu
Original Assignee
Univ Nat Taiwan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Nat Taiwan filed Critical Univ Nat Taiwan
Priority to TW100136523A priority Critical patent/TW201316523A/zh
Priority to US13/341,526 priority patent/US20130087191A1/en
Publication of TW201316523A publication Critical patent/TW201316523A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一種點接觸式太陽能電池結構包含半導體基板、前電極、第一鈍化層、第二鈍化層及背電極。半導體基板包含上表面、下表面及依次位於其間的射極層、基極層及複數個局部摻雜部。複數個局部摻雜部彼此間隔地位於下表面。前電極與第一鈍化層位於半導體基板的上表面。第二鈍化層位於半導體基板的下表面，且第二鈍化層具有複數個開口，分別對應局部摻雜部而配置。背電極位於第二鈍化層相對於半導體基板的另一側，並經由開口貫穿第二鈍化層而接觸局部摻雜部。其中，對應於前電極的至少一開口的寬度均大於其餘開口的寬度。

Description

點接觸式太陽能電池結構
本發明係有關一種太陽能電池結構，特別是一種點接觸式太陽能電池結構。
第1圖為習知之太陽能電池結構100a之立體圖。如第1圖所示，太陽能電池可包含矽晶半導體110a、前電極130a、背電極150a及可增加光入射量的抗反射層170a。矽晶圓110a包含P型矽層112a及N型矽層114a，並於二者之間形成正反接面(P-N juction)116a。當光能量進入到位於正反接面116a之空乏區時，會產生電子(e-)電洞(h+)對，但因正反接面116a的內部電場作用，會使得電子(e-)往前電極130a方向集中，而電洞(h+)往後電極150a方向集中，進而達到供電的作用。
然而，矽與傳導性材質之間的介面容易造成表面覆合(surface recombination)，致使太陽能電池的轉換效率降低。因此，有如第2圖所示之太陽能電池結構100a’，其較第1圖多了重摻雜P型矽層118a。使得P型矽層112a與重摻雜P型矽層118a之間形成能障，可避免P型矽層112a的電子往P型區移動，以降低表面覆合率。
或者，為了降低表面覆合率，亦可將背電極150a改採用點接觸(point contact)結構(如美國第6524880號專利)，使得矽與傳導性材質之接觸面積縮小。藉此，減少表面覆合而可提升太陽能電池的填充係數(fill factor)，進而增進太陽能電池的轉換效率(efficiency)。
由上述可知，如何提高太陽能電池的填充係數，以增進轉換效率，為發明人以及從事此相關行業之技術領域者亟欲改善的課題。
有鑑於此，本發明係提供一種點接觸式太陽能電池結構，藉以解決先前技術所存在的問題。
在本發明之實施例中，一種點接觸式太陽能電池結構包含半導體基板、前電極、第一鈍化層、第二鈍化層及背電極。
半導體基板包含上表面、下表面、複數個局部摻雜部、射極層及基極層。下表面相對於上表面。複數個局部摻雜部彼此間隔地位於下表面而形成背表面電場。射極層位上表面。基極層位於射極層與背表面電場之間。
前電極位於半導體基板的上表面。第一鈍化層亦位於半導體基板的上表面，並連接前電極。第二鈍化層位於半導體基板的下表面，且第二鈍化層具有複數個開口，分別對應局部摻雜部而配置。背電極位於第二鈍化層相對於半導體基板的另一側，並經由開口貫穿第二鈍化層而接觸局部摻雜部。其中，該些開口中之對應於前電極的至少一開口的寬度均大於該些開口中之其餘開口的寬度。
透過本發明之實施例，可提高太陽能電池的填充係數，並增進轉換效率。
第3圖為本發明實施例之點接觸式太陽能電池結構200之俯視圖。如第3圖所示，本實施例之點接觸式太陽能電池結構200可具有指叉式(interdigitated)的前電極230。
第4圖為第3圖中沿B-B線之剖面圖。如第4圖所示，點接觸式太陽能電池結構200包含半導體基板210、前電極230、第一鈍化層250、第二鈍化層270及背電極290。
半導體基板210包含上表面211及相對的下表面212。前電極230位於半導體基板210的上表面211。第一鈍化層250亦位於半導體基板210的上表面211，並連接前電極230。第二鈍化層270位於半導體基板210的下表面212。背電極290位於第二鈍化層270相對於半導體基板210的另一側。
於此，上表面211為入光面，用以接收光能而利於點接觸式太陽能電池結構200進行光伏效應(photovoltaic effect)。第一鈍化層250亦可稱為抗反射層(anti reflection coating，ARC)，用以減少入射光經過第一次反射即折回的機率。第一鈍化層250可由二氧化矽(silicon dioxide)、氮化矽(silicon nitride)或氧化鋁(aluminum oxide)等鈍化材料構成。且第一鈍化層250可經表面處理，如於第一鈍化層250的表面形成不同尺寸的金字塔(pyramid)構造，以減少入射光經過第一次反射即折回的機率。
第5圖為第3圖中A處的半導體基板211的仰視圖。合併參照第4圖及第5圖，半導體基板211於上表面211及下表面212之間還包含有射極層213、基極層214及複數個局部摻雜部(locally doped regions)215。射極層213位上表面211。局部摻雜部215彼此間隔地位於下表面212而形成背表面電場(back-side surface field，BSF)216。基極層214位於射極層213與背表面電場216之間。
於此，半導體基板211可為單晶材料(single crystalline material)、多晶材料(polycrystalline material)或非晶材料(amorphous material)所構成。於一實施例中，半導體基板211實質可為單晶矽(single crystalline silicon)、多晶矽(polycrystalline silicon)或非晶矽(amorphous silicon)之材質。
半導體基板211可利用N型或P型基材的晶圓形成。以P型晶圓為例，於半導體基板211重摻雜(heavily dope)施體(donor)而可形成N型(N+)的射極層213。相似地，於半導體基板211重摻雜受體(acceptor)而可形成P型(P+)的局部摻雜部215。於此，施體可為第五族的元素，如磷、砷或銻等，受體可為第三族的元素，如鋁、鎵或銦等。藉此，射極層213、基極層214及背表面電場216可形成N+PP+結構的接面。
相似地，當以N型晶圓製造半導體基板211時，則可形成P+NN+結構的接面(junction)，其中，射極層213為N型(N+)，局部摻雜部215為P型(P+)。
於此，前述重摻雜可透過雷射退火(laser anneal)、擴散法(diffusion)或離子佈植(ion implantation)等方式達成。
第6圖為第3圖中A處的第二鈍化層270與背電極290的俯視圖。合併參照第4圖至第6圖，第二鈍化層270具有複數個開口280，分別對應局部摻雜部215而配置。藉此，背電極290可經由開口280貫穿第二鈍化層270而接觸局部摻雜部215。詳言之，背電極290包含有複數個接點(point contacts)291。接點291凸出於背電極290的表面，並分別貫穿過開口280而接觸各自對應的局部摻雜部215。
於此，第二鈍化層270係由鈍化材料構成，如二氧化矽(silicon dioxide)、氮化矽(silicon nitride)、二氧化鈦(TiO2)或氧化鋁(aluminum oxide)。第二鈍化層270可透過雷射雕刻(laser etching)、平板印刷(lithography)或蝕刻(etching)等方式製成。前述的方法中可視需求之開口280的尺寸而做選擇。而背電極290可於開口280製作後，以雷射燒結(laser sintering)、網版印刷等雷射、物理、化學或其組合之方式形成。
第7圖為第3圖之半導體基板210沿B-B線剖面之電流密度模擬圖。如第7圖所示，可清楚看到前電極230下方之電流密度會較其他地方大。因此，當對應於前電極230的至少一開口280的寬度大於其餘開口的寬度時，可提高點接觸式太陽能電池結構200的填充係數，進而增進轉換效率。
表一為第3圖之點接觸式太陽能電池結構200以不同開口寬度之測試結果。合併參照第4、6及8圖，為方便說明，開口280中位於第一鈍化層下方者稱為第一開口281，其他開口則稱為第二開口282。
如表一所示，當第二開口282的寬度為10μm，而第一開口281較第二開口282的寬度分別增加0μm、5μm及20μm時，對應之短路電流密度(short circuit current density，Jsc)、開路電壓(open circuit voltage，Voc)、填充係數(fill factor，FF)及光電轉換效率(efficiency，η)。可見當第一開口281較第二開口282的寬度增加5μm或20μm時，均可提供較當第一開口281與第二開口282的寬度相同時更好的填充係數。
較佳地，二相鄰的開口280中心對中心的距離(開口間距L)為90μm～300μm。且第二開口282的寬度(W2)為10μm～30μm。第一開口281的寬度(W1)可較第二開口282的寬度(W2)大5μm～20μm。意即，第一開口281的寬度可為15μm～50μm。此外，第二鈍化層270的厚度(n)較佳為100nm。
於此，為了維持圖式的清晰，第4圖至第6圖中，局部摻雜部215、開口280與接點291僅以精簡的數量繪示，且經上述開口280寬度與間距的說明，熟習本領域之人員應可理解實施本發明實施例時局部摻雜部215、開口280與接點291的實際數量。
綜上所述，本發明之實施例藉由調整前電極230下方的接點291的尺寸而增進填充係數，進而可獲得更高的轉換效率。
100a．．．太陽能電池結構
110a．．．矽晶半導體
100a’．．．矽晶半導體
112a．．．P型矽層
114a．．．N型矽層
116a．．．正反接面
118a．．．重摻雜P型矽層
211．．．上表面
212．．．下表面
213．．．射極層
214．．．基極層
215．．．局部摻雜部
216．．．背表面電場
230．．．前電極
130a．．．前電極
150a．．．背電極
170a．．．抗反射層
200．．．點接觸式太陽能電池結構
210．．．半導體基板
290．．．背電極
291．．．接點
e-．．．電子
h+．．．電洞
250．．．第一鈍化層
270．．．第二鈍化層
280．．．開口
281．．．第一開口
282．．．第二開口
L．．．開口間距
n．．．第二鈍化層厚度
W1．．．第一開口寬度
W2．．．第二開口寬度
第1圖為習知之太陽能電池結構之立體圖。
第2圖為習知之另一太陽能電池結構之剖面圖。
第3圖為本發明實施例之點接觸式太陽能電池結構之俯視圖。
第4圖為第3圖中沿B-B線之剖面圖。
第5圖為第3圖中A處的半導體基板的仰視圖。
第6圖為第3圖中A處的第二鈍化層與背電極的俯視圖。
第7圖為第3圖之半導體基板沿B-B線剖面之電流密度模擬圖。
200．．．點接觸式太陽能電池結構
210．．．半導體基板
211．．．上表面
212．．．下表面
213．．．射極層
214．．．基極層
215．．．局部摻雜部
216．．．背表面電場
230．．．前電極
250．．．第一鈍化層
270．．．第二鈍化層
280．．．開口
281．．．第一開口
282．．．第二開口
290．．．背電極
L．．．開口間距
n．．．第二鈍化層厚度
W1．．．第一開口寬度
W2．．．第二開口寬度

Claims (10)

  1. 一種點接觸式太陽能電池結構，包含：一半導體基板，包含：一上表面；一下表面，相對於該上表面；複數個局部摻雜部，彼此間隔地位於該下表面而形成一背表面電場；一射極層，位該上表面；以及一基極層，位於該射極層與該背表面電場之間；一前電極，位於該半導體基板的該上表面；一第一鈍化層，位於該半導體基板的該上表面，並連接該前電極；一第二鈍化層，位於該半導體基板的該下表面，該第二鈍化層具有複數個開口，分別對應該些局部摻雜部而配置；以及一背電極，位於該第二鈍化層相對於該半導體基板的另一側，並經由該些開口貫穿該第二鈍化層而接觸該些局部摻雜部；其中，該些開口中之對應於該前電極的至少一開口的寬度均大於該些開口中之其餘開口的寬度。
  2. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中該射極層、該基極層及該背表面電場形成p+nn+或n+pp+的接面。
  3. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中該半導體基板的材質係選自單晶矽、多晶矽及非晶矽所組成之群組。
  4. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中該第二鈍化層的材質係選自二氧化矽、氮化矽及氧化鋁所組成之群組。
  5. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中二相鄰的該開口中心對中心的距離為90μm～300μm。
  6. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中位於該第一鈍化層下方的該些開口的寬度為10μm～30μm。
  7. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中位於該前電極下方的該些開口的寬度為15μm～50μm。
  8. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中位於該前電極下方的該些開口的寬度較位於該第一鈍化層下方的該些開口大5μm～20μm。
  9. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中該第二鈍化層的厚度為100nm。
  10. 如請求項1所述之太陽能電池結構，其中該背電極包含複數個接點，凸出該背電極的表面並貫穿過該些開口而接觸該些局部摻雜部。
TW100136523A 2011-10-07 2011-10-07 點接觸式太陽能電池結構 TW201316523A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100136523A TW201316523A (zh) 2011-10-07 2011-10-07 點接觸式太陽能電池結構
US13/341,526 US20130087191A1 (en) 2011-10-07 2011-12-30 Point-contact solar cell structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100136523A TW201316523A (zh) 2011-10-07 2011-10-07 點接觸式太陽能電池結構

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201316523A true TW201316523A (zh) 2013-04-16

Family

ID=48041275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100136523A TW201316523A (zh) 2011-10-07 2011-10-07 點接觸式太陽能電池結構

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20130087191A1 (zh)
TW (1) TW201316523A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013134029A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Applied Materials, Inc. Patterned aluminum back contacts for rear passivation
WO2016099491A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 Intel Corporation Integrated circuit die having reduced defect group iii-nitride structures and methods associated therewith
KR101840801B1 (ko) * 2016-12-06 2018-03-22 엘지전자 주식회사 화합물 반도체 태양전지
CN113571604B (zh) * 2021-09-27 2022-01-25 浙江晶科能源有限公司 光伏电池及其制备方法、光伏组件
CN117153914A (zh) * 2022-06-30 2023-12-01 浙江晶科能源有限公司 光伏电池及其制造方法、光伏组件

Also Published As

Publication number Publication date
US20130087191A1 (en) 2013-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6059173B2 (ja) 太陽電池
US9853178B2 (en) Selective emitter solar cell
CN103700713B (zh) 太阳能电池及其制造方法
KR100850641B1 (ko) 고효율 결정질 실리콘 태양전지 및 그 제조방법
KR20140135881A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
TWI424582B (zh) 太陽能電池的製造方法
TW201316523A (zh) 點接觸式太陽能電池結構
JP2014007382A (ja) 太陽電池
US20140202526A1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
US10141467B2 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
KR20150049211A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
EP2854182B1 (en) Solar cell
US20180287003A1 (en) Solar cell and method of manufacturing solar cell
US20140318612A1 (en) Manufacturing method of silicon solar cell and silicon solar cell
KR20150109745A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR20150029203A (ko) 태양 전지
KR20120009562A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR20160025222A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101889774B1 (ko) 태양 전지
KR20180034091A (ko) 실리콘 태양 전지 및 그 제조 방법
KR20180064265A (ko) 태양 전지 제조 방법 및 태양 전지
TWM542861U (zh) 太陽能電池
KR20160111624A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR20170090781A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR102110527B1 (ko) 태양 전지