TW201318185A - 太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種太陽能電池，包含一半導體單元、一抗反射層，及一電極單元，該電極單元包括一頂電極，且該頂電極具有至少一個貫穿過該抗反射層與該半導體單元彼此連接的第一電極、至少一個設置在該抗反射層上的第二電極，及複數條分別自該第一、二電極向外延伸並貫穿該抗反射層與該半導體單元連接的導線，利用不完全接觸該半導體單元的頂電極，不僅可減小該頂電極與半導體單元的接觸面積，減少對該抗反射層的破壞，還可降低該太陽能電池的逆電流。此外，本發明還同時提供一種太陽能電池的製造方法。

Description

太陽能電池及其製造方法

本發明是有關於一種太陽能電池及其製造方法，特別是指一種具有不同電極結構設計的太陽能電池及其製造方法。

太陽能電池是指能經吸收太陽光而直接產生光電流的光電元件，而太陽能電池在工作時的損失，例如：入射到太陽能電池的光線被反射，或是太陽能電池照光後產生的載子(電子-電洞對)在電池內部復合(recombination)消失...等因素，都會影響太陽能電池的效率。因此，為了提升太陽能電池的效率，各家廠商無不積極投入太陽能電池結構及相關材料的開發及改良。目前常用來提昇太陽能電池效率的方法，其中之一為利用電極結構的設計，增加電極與產生光電流之光作用層的接觸面積，縮短電流傳送路徑並降低載子的復合；另一種則是改善太陽能電池的收光效率，其大部分是在電池表面進行粗化，或形成一層抗反射層，以減低太陽光入射時的反射，而提升太陽能電池的收光效率。

參閱圖1，為具有前述抗反射層及電極結構的矽太陽能電池，包含一底電極11、一半導體單元12、一抗反射層13，及一頂電極14，該底電極11是由金屬構成，該半導體單元12可在接收光線後產生光電流，具有一與該底電極11連接的p-型半導體層121，及一形成於該p-型半導體層121上的n-型半導體層122，該抗反射層13是以氮化矽(SiN_x)為材料，形成於該n-型半導體層122表面，可減低入射光反射並同時保護該半導體單元12，該頂電極14由導電材料構成(例如銀)，穿過該抗反射層13並與該n型半導體層122連接，具有一呈柵狀的主電極141(Bus bar)及多數條自該主電極141延伸出之指叉狀導線電極(finger bar)142。當太陽光由該太陽能電池收光面入射時，可經由該抗反射層13的作用減低入射光的反射，改善太陽能電池的收光效率；而該半導體單元12接受入射之光線後產生的光電流主要可經由該與n-型半導體層122電連接的導線電極142收集後經主電極141向外輸出，利用該頂電極14的擴散式結構設計，縮短電流傳送路徑，而可有效收集光電流，提升太陽能電池的效率。

然而，前述該太陽能電池的頂電極14的主電極141的底部雖然皆與該n-型半導體層122有所接觸亦即接觸面積較大，因而也縮短電流傳送路徑而提升了收集光電流的能力，但是，該抗反射層13與該n-型半導體層122之間的完整性也因此被破壞，而會降低對該半導體單元12的保護效果及使得表面載子復合增加從而影響了整體的鈍化效果；此外，由於該主電極141及該些導線電極142均會接觸該n-型半導體層122，因此，該頂電極14的金屬原子(例如銀原子)也會經由擴散而進入該n-型半導體層122，而導致該太陽能電池逆電流上升的缺點。

因此，本發明之目的，是在提供一種具有新穎電極結構的太陽能電池。

此外，本發明之另一目的，是在提供一種利用具有不同燒穿性能之導電漿料來製備電極的太陽能電池製造方法。

於是，本發明一種太陽能電池，包含：一半導體單元、一抗反射層，及一電極單元。

該半導體單元可在接收光線後產生光電流。

該抗反射層形成於該半導體單元上且由透光材料構成。

該電極單元由導電材料構成，包括一頂電極，且該頂電極具有至少一個貫穿過該抗反射層與該半導體單元彼此連接的第一電極、至少一個設置在該抗反射層上的第二電極，及複數條分別自該第一電極及第二電極向外延伸並貫穿該抗反射層與該半導體單元連接的導線。

又，本發明一種太陽能電池的製造方法，包含一準備步驟、一抗反射層形成步驟，及一電極形成步驟。

該準備步驟是提供一可在接收光線後產生光電流的半導體單元。

該抗反射層形成步驟是於該半導體單元表面形成一由透光材料構成的抗反射層。

該電極形成步驟是形成一可用以將光電流向外輸出的電極單元，是利用可蝕刻穿過該抗反射層的第一導電漿料，於該抗反射層的預定表面形成至少一第一導電層，利用不會蝕刻穿過該抗反射層的第二導電漿料於該抗反射層的其它預定表面形成至少一第二導電層，並利用可蝕刻穿過該抗反射層的第三導電漿料，於該抗反射層表面形成多數條自該第一、二導電層延伸的導線層，製得一半成品，之後將該半成品進行熱處理，令該第二導線層形成一第二電極，並令該第一導電層及導線層於熱處理過程燒穿該抗反射層而形成與該半導體單元連接的一第一電極及複數條導線。

本發明之功效在於：藉由電極材料的蝕刻性能選擇，形成不完全接觸該半導體單元的頂電極，不僅可減小該頂電極與半導體單元的接觸面積，減少對該抗反射層的破壞，此外，還可降低該太陽能電池的逆電流。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖2，本發明太陽能電池製作方法的一第一較佳實施例是用於製造一如圖2所示的太陽能電池，該太陽能電池包括一半導體單元2、一抗反射層3，及一電極單元4

該半導體單元2可在接收光線後產生光電流，具有一第一型摻雜的第一型半導體層21及一具有第二型摻雜的第二型半導體層22。

該抗反射層3位於該第二型半導體層22表面，由透光材料構成，例如氮化矽(SiN_x)，可用以減少入射光的反射、降低載子在該半導體單元2表面的復合率，並保護該半導體單元2。

該電極單元4由導電材料構成，具有一與該第一型半導體層21連接的底電極41，及至少一設置在該抗反射層3上，與該底電極41相互配合將該半導體單元2產生的光電流向外界輸出的頂電極42，其中，該頂電極42具有複數個第一電極421(Bus Bar)、複數個第二電極422(Bus Bar)，及複數條導線423(Finger Bar)。要說明的是，該些第一、二電極421、422可分別為一個或複數個彼此間隔排列，圖2僅顯示該些第一、二電極421、422為沿一第二方向y延伸且彼此沿一與該第二方向y垂直的第一方向x間隔排列的態樣。

該些第一電極421沿該第二方向y延伸成長條形，並沿一第一方向x間隔設置，且該些第一電極421為貫穿該抗反射層3與該第二型半導體層22彼此連接，該第二電極422設置在該抗反射層3表面，沿該第二方向y延伸成長條形並沿該第一方向x與該些第一電極421間隔排列設置，且該些第二電極422不與該第二型半導體層22連接，該些導線423分別自該第一電極421及第二電極422向外延伸並貫穿該抗反射層3與該第二型半導體層22連接。

較佳地，為了減少該頂電極42對該半導體單元2的遮光率，及保持該抗反射層3的完整度，該第一、二電極421、422的寬度不大於3mm；較佳地，該第一、二電極421、422的寬度介於0.5～1.5mm，且該些導線423的寬度介於10~150μm，更佳地，該些導線423的寬度介於40～70μm。

參閱圖3，本發明太陽能電池製造方法之該第一較佳實施例，包含一準備步驟51、一抗反射層形成步驟52，及一電極形成步驟53。

首先進行該準備步驟51，提供該可在接收太陽光後產生光電流的半導體單元2。

該半導體單元2於矽晶太陽能電池而言即為具有p-n接面的矽晶片，可同時作為該矽晶太陽能電池的基板及光伏特作用區。一般是以具有第一型摻雜的矽晶片進行熱擴散(thermal diffusion)製程，自該矽晶片表面向下形成具有第二型摻雜的摻雜層後而製得；其中，該第一、二型摻雜的電性彼此相反，例如當該第一型掺雜為p型摻雜時，則該第二型摻雜為n型摻雜；反之，當該第一型掺雜為n型摻雜時，則該第二型摻雜為p型摻雜。於本較佳實施例中，該準備步驟51是將一塊具有p型摻雜的p型矽晶片進行磷之熱擴散(thermal diffusion)製程，於該p型矽晶片形成一個n型的摻雜層後，製得該具有p型摻雜的第一型半導體層21及n型摻雜的第二型半導體層22的半導體單元2，由於該熱擴散製程為本技術領域所週知且非為本技術重點因此不再多加敘述。

接著，進行該抗反射層形成步驟52，於該半導體單元2表面形成該抗反射層3。

具體的說，該抗反射層3是選自透明不導電且折射率介於該半導體單元2與外界(例如空氣或其他材料，例如EVA)之間的材料，利用濺鍍(Sputtering)或電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)等方式形成於該半導體單元2表面，用以減低入射光自外界入射至該半導體單元2時，因空氣(或EVA)與該半導體單元2之間折射率差過大所導致的全反射問題以及降低一般所存在的反射率問題，並可用來保護該半導體單元2；較佳地，該抗反射層3是選自氮化矽、氧化鈦、氧化矽，更佳地，該抗反射層3是由氮化矽為材料構成，不僅可有效減少入射光的反射、減少該半導體單元2照光後產生的載子在表面復合的機率，同時還具有防刮傷及防濕氣的保護功能，較佳地，該抗反射層3的厚度介於50~120μm。於本實施例中該抗反射層3是以氮化矽為材料，利用PECVD方式形成，且厚度為80~85μm。

最後進行該電極形成步驟53，形成用以將該半導體單元2產生之光電流向外輸出的該電極單元4。

該步驟53是利用具有高燒穿能力及低燒穿能力或無燒穿能力的導電漿料於燒結製程時，在該抗反射層3的表面形成該具有頂、底電極42、41的電極單元4。

詳細地說，該步驟53是利用網印方式將可燒穿過該抗反射層3的第一導電漿料，於該抗反射層3的預定表面形成一沿該第二方向y延伸成長條形的第一導電層，然後，使用不會燒穿過該抗反射層3的第二導電漿料，於該抗反射層3上沿該第二方向y延伸成長條形，並與該第一導電層沿該第一方向x間隔而形成第二導電層，之後，再利用可燒穿過該抗反射層3的第三導電漿料，於該抗反射層3表面形成複數條自該第一導電層及第二導電層延伸的導線層，其中，於前述該第一導電漿料與第三導電漿料的網印步驟，兩者若採用的漿料成份相同時，也可同時進行網印。最後再於該第一型半導體層21遠離該抗反射層3的表面形成一由第四導電漿料構成的第三導電層，製得一半成品。此處的第三導電層一般包含有背鋁電極層與背銀電極層，當然，也可為其他不同型態或材料之設計。

接著將該半成品置於溫度到八百多度的高溫爐管中進行燒結，令該些第二導電層及該第三導電層於燒結後轉變成該些第二電極422及該底電極41，而該些第一導電層及導線層則會於燒結過程燒穿過該抗反射層3並與該第二半導體層22連接，而形成該第一電極421及導線423，即可完成該電極單元4製作。要說明的是，前述該第一、二、三導電層，及導線層的製作順序可依製程需求進行調整，非限於前述所述之順序進行。

要說明的是，該第一導電漿料可以利用調整該金屬氧化物或玻璃雜質等物質的含量而控制其對該抗反射層3的燒穿能力，換言之，可藉由提高或降低該第一導電漿料之金屬氧化物或玻璃雜質等物質的含量而控制該第一導電漿料對不同厚度之抗反射層3的燒穿能力，即金屬氧化物或玻璃雜質等物質的含量愈高則可燒穿愈厚的抗反射層3，金屬氧化物或玻璃雜質等物質的含量愈低則可燒穿抗反射層3的厚度與能力就愈小；此外，該第二導電漿料則可選自不含金屬氧化物或玻璃雜質等物質的導電漿料，令該第二導電漿料對該抗反射層3不具有燒穿性，或是控制該金屬氧化物或玻璃雜質等物質的含量，而令該第二導電漿料對該抗反射層3具有輕微燒穿性，但燒結後不會貫穿過該抗反射層3，如此不僅可保持該抗反射層3與該第二半導體層22之間接面的完整性，還可增加該第二電極422與該抗反射層3間的接合性。

較佳地，該第一導電漿料是含有重量百分比不小於1wt%的金屬氧化物，及重量百分比介於80~90wt%的銀，該金屬氧化物是選自氧化鉛、氧化鉍、氧化鉈，或此等之一組合，該第二導電漿料含有重量百分比不大於1wt%的金屬氧化物，及重量百分比介於80~90wt%的銀，該金屬氧化物是選自氧化鉛、氧化鉍、氧化鉈，或此等之一組合，且該第三導電漿料可選自與該第一導電漿料相同之材料。於本實施例中，該第一導電漿料是選自2wt%的氧化鉛及80~85wt%的銀漿，該第二導電漿料選自含有0.2wt%的氧化鉛及80~85wt%的銀漿，該第三導電漿料選自與該第一導電漿料相同材料構成，該第四導電漿料為選自一般太陽能電池用之導電銀漿與鋁漿。

值得一提的是，該第一、二電極421、422也可形成如圖4或圖5所示，具有多數個沿該第一方向x間隔排列的交錯電極424，其中，該每一個交錯電極424是由一個或多數個第一、二電極421、422沿該第二方向y交錯排列且彼此連接而形成，藉由該些第一、二電極421、422交錯排列，可令接觸與不接觸該半導體單元2的第一、二電極421、422分布均勻而更有效收集光電流。

參閱圖6，本發明太陽能電池製造方法之第二較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，其不同處在於該第二較佳實施例還包含一實施在該抗反射層形成步驟52之後的孔洞形成步驟52a。

該孔洞形成步驟52a是以雷射、蝕刻，或陽極氧化鋁蝕刻方式自該抗反射層3預定形成該第二電極的表面向下形成複數個孔洞31。由於利用雷射、蝕刻，或陽極氧化鋁蝕刻氮化矽為半導體領域常用之技術，因此不再一一說明，於本實施例中該些孔洞31是利用雷射穿孔方式形成，而得到如圖7所示之太陽能電池結構。

參閱圖7，本發明該第二較佳實施例製得的太陽能電池結構與該第一較佳實施例製得的太陽能電池結構大致相同，其不同處在於該第二較佳實施例製得的太陽能電池的抗反射層3還具有多數個與該些第二電極422設置位置相對應的孔洞31，於本例中係為非貫穿型態，且該第二電極422為填入該些孔洞31中，如此，可增加該些第二電極422與該抗反射層3的接觸面積，提升該第二電極422與該抗反射層3的結合性，而防止該些第二電極422於後續組裝過程脫落的問題。當然，本實施例的第二電極422可繼續選用不會燒穿或燒穿能力很低的導電漿料。上述方式除可確保該抗反射層3本身鈍化效果之提昇，並更加確保了電極設置上之穩固性。

此外，值得一提的是，該些孔洞31也可為貫通該抗反射層3而令該半導體單元2露出，如此，當該第二電極422填入對應位置之孔洞31的同時還可與該半導體單元2連接，而可增加該第二電極422與該第二型半導體層22的接觸面積。此外，為了減低該些孔洞31對該抗反射層3的破壞，較佳地，該些孔洞的孔徑不大於200nm。

本發明利用導電漿料的燒穿能力不同之選擇，來控制該抗反射層3相對於該半導體單元2的第二型半導體層22的鈍化面積及其鈍化效果，申言之，係讓該太陽能電池之頂電極42結構中之該些第二電極422以完全沒貫穿或是局部貫穿該抗反射層3之方式，從而減少傳統上該頂電極42與該半導體單元2的第二型半導體層22的大面積接觸，亦即可讓該抗反射層3與該半導體單元2的第二型半導體層22的接面保有較高的完整度，而其中未接觸該第二型半導體層22的第二電極422則可藉由該些指叉狀導線423的電連接，而不影響其收集電流的特性，同時，因為該頂電極42與該第二型半導體層22的接觸面積減少，所以還可減低該頂電極42的金屬原子擴散到該第二型半導體層22所造成太陽能電池逆電流上升的問題；此外，該些第二電極422還可藉由形成於該抗反射層3的孔洞31增加其與該抗反射層3的接合性，而可進一步防止該些第二電極42於後續組裝過程脫落的問題。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

x．．．第一方向

y．．．第二方向

2．．．半導體單元

21．．．第一型半導體層

22．．．第二型半導體層

3．．．抗反射層

31．．．孔洞

4．．．電極單元

41．．．底電極

42．．．頂電極

421．．．第一電極

422．．．第二電極

423．．．導線

424．．．交錯電極

51．．．準備步驟

52．．．抗反射層形成步驟

52a．．．孔洞形成步驟

53．．．電極形成步驟

圖1是一種習知太陽能電池的結構示意圖；

圖2是一示意圖，說明本發明太陽能電池製造方法之第一較佳實施例所製造出的太陽能電池；

圖3是一流程圖，說明本發明太陽能電池製造方法之該第一較佳實施例；

圖4是一示意圖，說明該第一較佳實施例之頂電極的另一實施態樣；

圖5是一示意圖，說明該第一較佳實施例之頂電極的又一實施態樣；

圖6是一流程圖，說明本發明太陽能電池製造方法之第二較佳實施例；及

圖7是一示意圖，說明本發明該第二較佳實施例所製造出的太陽能電池。

x．．．第一方向

y．．．第二方向

2．．．半導體單元

21．．．第一型半導體層

22．．．第二型半導體層

3．．．抗反射層

4．．．電極單元

41．．．底電極

42．．．頂電極

421．．．第一電極

422．．．第二電極

423．．．導線

Claims (9)

1. 一種太陽能電池，包含：一半導體單元，可在接收光線後產生光電流；一抗反射層，形成於該半導體單元上且由透光材料構成；及一電極單元，由導電材料構成，包括至少一頂電極，其中，該頂電極具有至少一個貫穿過該抗反射層與該半導體單元彼此連接的第一電極、至少一個設置在該抗反射層上的第二電極，及複數條分別自該第一電極及第二電極向外延伸並穿設該抗反射層與該半導體單元連接的導線。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該頂電極具有複數個第一電極及複數個第二電極，該些第一電極沿一第二方向延伸，並沿一與該第二方向相交之第一方向間隔排列，該些第二電極為設置在該抗反射層上，沿該第二方向延伸，不與該半導體單元連接且沿該第一方向與該些第一電極間隔設置。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中，該頂電極具有複數個第一電極、複數個第二電極，及複數個沿一第一方向間隔排列的交錯電極，該每一個交錯電極是由至少一個第一電極與至少一個第二電極沿一與該第一方向相交的第二方向排列且彼此連接而形成。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中，該每一個交錯電極是由多數個第一電極與多數個第二電極沿該第二方向彼此交錯排列且彼此連接而形成。
5. 依據申請專利範圍第1至4項中任一項所述之太陽能電池，其中，該第二電極未貫穿該抗反射層，且該抗反射層具有多數個對應該第二電極設置位置的孔洞，且該第二電極會填入該些孔洞。
6. 一種太陽能電池的製造方法，包含：一準備步驟，提供一可在接收光線後產生光電流的半導體單元；一抗反射層形成步驟，於該半導體單元表面形成一由透光材料構成的抗反射層；及一電極形成步驟，形成一可用以將光電流向外輸出的電極單元，是利用可燒穿過該抗反射層的第一導電漿料，於該抗反射層的預定表面形成至少一第一導電層，利用不會燒穿過該抗反射層的第二導電漿料於該抗反射層的其它預定表面形成至少一第二導電層，並利用可燒穿過該抗反射層的第三導電漿料，於該抗反射層表面形成多條自該第一、二導電層延伸的導線層，製得一半成品，之後將該半成品進行熱處理，令該第二導線層形成一第二電極，並令該第一導電層及導線層於熱處理過程燒穿過該抗反射層而形成與該半導體單元連接的一第一電極及多條導線。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之太陽能電池的製造方法，其中該半成品還具有利用第四導電漿料於該半導體單元遠離該抗反射層的表面形成之一第三導電層，且該第三導電層於熱處理後會形成一底電極。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之太陽能電池的製造方法，還包含一實施在該抗反射層形成步驟之後的孔洞形成步驟，是自該抗反射層預定形成該第二電極的表面向下形成多數個孔洞。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之太陽能電池的製造方法，其中，該些孔洞是以雷射、蝕刻，或陽極氧化鋁蝕刻方式形成。