TW201340358A - 雙面太陽能電池之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本案係關於一種雙面太陽能電池之製造方法，至少包括步驟：提供半導體基板；以雷射光束對半導體基板之第一表面及第二表面進行表面處理；於半導體基板之至少部分區域形成均質之射極層，其中半導體基板與射極層間形成pn接面；形成抗反射膜於第一表面；以及分別形成第一電極及第二電極於第一表面及第二表面，藉由雷射光束可調整之特性作為表面處理工具，以達到增加受光面積，進而促進光線吸收效率，以及提高開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)及填充因子(FF)等製程參數表現之功效。

Description

雙面太陽能電池之製造方法
　　本案係關於一種光電元件之製造方法，尤指一種透過雷射光束可調整之特性作為表面處理工具，以增加額外受光面積而促進光線吸收效率之雙面太陽能電池之製造方法。
　　由於全球能源的持續短缺以及近年來環保意識逐漸抬頭，因此目前相關產業最關心的議題莫過於如何提供環保、乾淨又不失效能的能源。在各種替代性的能源中，利用太陽光經由光電能量之轉換而產生電能的太陽能電池(Solar Cell)，是目前所廣泛應用且積極研發之技術。隨著相關產業持續投入研發太陽能電池，不但使太陽能電池的技術不斷精進、提昇，更開發出了雙面太陽能電池(Bifacial Solar Cell)，藉由雙面受光的設計，使太陽能電池的兩個表面皆可接收光線，並將太陽能轉換為電能，進而可更有效率地提昇雙面太陽能電池所能提供之能量。
　　請參閱第1A圖至第1E圖，其係為習用雙面單晶或多晶矽(Single- or Multi-crystalline Si, sc- or mc-Si)之太陽能電池製造流程結構示意圖。如第1A圖所示，首先，提供P型半導體基板10，並將P型半導體基板10的表面形成凹凸的紋理（Texturing），以減低光線的反射率，其中由於凹凸的紋理相當細微，因此在第1A圖中省略繪示。接著，提供摻雜劑及利用熱擴散的方式在第一表面S1形成由N+型半導體所構成的射極層11（Emitter layer），且在P型半導體基板10與射極層11之間形成pn接面(pn junction)。此時，在射極層11上亦會形成磷矽玻璃層12（Phosphorous silicate glass，PSG），如第1B圖所示。之後，利用蝕刻的方式將表面的磷矽玻璃層12移除，如第1C圖所示。
　　接著，再如第1D圖所示，使用沉積(Deposition)的方式於射極層12上形成一層由氮矽化合物（SiNx）構成的抗反射膜13（Anti-reflection coating，ARC），以降低光線的反射率並保護射極層11。其後，如第1E圖所示，再使用網版印刷(Screen Printing) 或線膠板印刷(Line Printing)技術將鋁或銀導電材料印刷在第二表面S2上，且以同樣的方式將銀導電材料印刷在第一表面S1上。最後，進行燒結(Firing)步驟，使第一表面S1產生第一電極14，以及第二表面S2產生第二電極15，藉此以完成太陽能電池之製造。
　　然而，在此傳統雙面太陽能電池的製造過程中，係在製程前段於P型半導體基板10的表面形成凹凸的紋理，其雖能有效減少光線的反射率，卻沒有額外地增加光線的吸收面積，故太陽能電池表面之受光面積仍會受限於第一表面S1及第二表面S2之面積。此外，在使用均質(Homogeneous)射極的太陽能電池中，調整射極濃度為重摻雜雖然可以降低電池之接觸電阻(Contact resistance)，但會使得表面再結合速度(Surface recombination velocity)增加；反之，調整射極濃度為輕摻雜則可減少表面再結合速度，但卻會提高電池的接觸電阻，因此在調整射極層濃度上，皆無法使表面再結合速度與電池接觸電阻的改善可以兩全其美，因此習用上述製程則會因參數控制不易而導致製程精度降低，連帶地增加不少物料以及時間成本。
　　本案之主要目的為提供一種雙面太陽能電池之製造方法，俾解決習用雙面太陽能電池之受光面積受限於兩表面之面積、接觸電阻與表面再結合速度無法有效降低而影響光電轉換效率，以及製程參數控制不易而造成時間、物料成本增加等缺點。
　　本案之另一目的為提供一種雙面太陽能電池之製造方法，藉由雷射光束可調整之特性作為晶圓表面處理工具，以達到增加受光面積，進而促進光線吸收效率，以及提高開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)及填充因子(FF)等製程參數表現之功效。
　　本案之另一目的為提供一種雙面太陽能電池之製造方法，由於雷射光束同時加熱晶圓表面，使得採用均質射極之太陽能電池可同時具有較低之接觸電阻及表面再結合速度，並改變太陽能電池深層接面之擴散性能，而使選擇性射極只發生在單一擴散步驟。
　　為達上述目的，本案之一較廣實施態樣為提供一種雙面太陽能電池之製造方法，至少包括步驟：(a)提供一半導體基板；(b)以雷射光束對該半導體基板之一第一表面及一第二表面進行表面處理；(c)於該半導體基板之至少部分區域形成均質之一射極層，其中該半導體基板與該射極層間形成一pn接面；(d)形成一抗反射膜於該第一表面；以及(e)分別形成至少一第一電極及至少一第二電極於該第一表面及該第二表面。
　　為達上述目的，本案之另一較廣實施態樣為提供 一種雙面太陽能電池之製造方法，至少包括步驟：(a)提供一半導體基板；(b)以雷射光束對該半導體基板之一第一表面及一第二表面進行表面處理；(c)形成凹凸紋理於該半導體基板之該第一表面及該第二表面；(d)於該半導體基板之至少部分區域形成均質之一射極層，其中該半導體基板與該射極層間形成一pn接面；(e)移除形成於該射極層上方之一磷矽玻璃層(f)形成一抗反射膜於該第一表面；(g)形成至少一第一電極於該第一表面；(h)形成至少一第二電極於該第二表面；以及(i)進行一共燒結步驟。
　　體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
　　請參閱第2A圖至第2K圖，其係為本案較佳實施例之雙面太陽能電池之製造流程結構示意圖。如第2A圖所示，首先，提供半導體基板20，並如第2B圖所示，以雷射光束對半導體基板20之第一表面S1及第二表面S2進行表面處理，以形成孔洞20h，該孔洞20h係形成於第一表面S1及第二表面S2且非常細微，而於孔洞20h中係具有複數個平坦之表面，因而可使太陽能電池之整體表面積增加，以達到增加受光面積，進而促進光線吸收效率，以及提高開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)及填充因子(FF)等製程參數表現之功效。
　　於一些實施例中，本案之雙面太陽能電池之製造方法，由於雷射光束同時加熱半導體基板20之表面，包括但不限於第一表面S1及第二表面S2，可使採用均質射極之太陽能電池同時具有較低之接觸電阻及表面再結合速度，並改變太陽能電池深層接面之擴散性能，進而使選擇性射極只發生在單一擴散步驟。
　　其次，如第2C圖所示，將半導體基板20的第一表面S1以及第二表面S2形成凹凸的紋理，以降低光線的反射率，其中由於凹凸紋理相當細微，因此在第2C圖中僅以網點表示。於一些實施例中，半導體基板20可為但不限於P型矽基板，且於半導體基板20之第一表面S1與第二表面S2形成凹凸紋理的方式可採用但不限於濕蝕刻或反應性離子蝕刻等方式。
　　接著，如第2D圖所示，以提供摻雜劑以及利用例如熱擴散的方式，於半導體基板20之至少部分區域形成均質之射極層21，例如但不限於N型之射極層。其中，熱擴散之擴散源可為三氯氧磷(POCl3)，且在半導體基板20與射極層21之間形成pn接面。此時，如第2E圖所示，在射極層21上亦會形成磷矽玻璃層22。其後，可如第2F圖所示，利用蝕刻的方式將磷矽玻璃層22移除，於一些實施例中，移除磷矽玻璃層22時，亦可同時移除至少部份之射極層21，但不以此為限。於另一些實施例中，係以單面蝕刻(Single side etch)之方式移除磷矽玻璃層22與至少部份之射極層21，但不以此為限，且單面蝕刻可為但不限於化學蝕刻(Chemical etch)或是乾蝕刻(Dry etch)。
　　隨後，如第2G圖所示，於半導體基板20之第一表面S1上形成抗反射膜23，其中抗反射膜23較佳係利用電漿輔助化學氣相沉積法沉積一氮矽化合物層所實現，但不以此為限。抗反射膜23係具有可降低光線的反射率並具有高通透性等優點，可使氫由抗反射膜23內大量穿透至半導體基板20內部，以進行氫鈍化過程，進而提昇太陽能電池之效能。於一些實施例中，抗反射膜23可由氮化矽、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鎂等材質構成，且不以此為限。
　　其次，如第2H圖所示，移除部份之抗反射膜23，並暴露出半導體基板20之部分區域，以形成複數個開口，並形成第一導電材料24於該複數個開口。於此實施例中，移除部份之抗反射膜23的方法可採用但不限於蝕刻方式或雷射加熱方式。此外，形成第一導電材料24a於第一表面S1之複數個開口之方式，係透過金屬鍍膜(Metallization) 過程，其係採用網版印刷技術或是電鍍(Plating)技術將第一導電材料24a，例如銀、鋁，但不以此為限，形成於第一表面S1之部分區域上。於本實施例中，第一導電材料24a係以銀為較佳，當以網版印刷技術將銀導電材料形成於第一表面S1之部分區域後，則可進行燒結步驟，用以於第一表面S1之開口處，形成第一電極24並且在燒結的過程中銀可藉此摻雜至半導體基板20內。
　　最後，如第2I圖所示，於第二表面S2上進行金屬鍍膜過程，且於此實施例中，係使用網版印刷技術將第二導電材料25a，例如鋁、銀，但不以此為限，形成於第二表面S2之部分區域上，接著進行燒結步驟，使第二表面S2上之第二導電材料25a形成第二電極25，藉此以完成雙面太陽能電池之製造。
　　根據本案之構想，前述之第一導電材料24a以及第二導電材料25a亦可藉由一共燒結步驟形成第一電極24與第二電極25。
　　於一些實施例中，如第2J圖所示，本案雙面太陽能電池之製造方法，亦可於形成抗反射膜23後，先於半導體基板20之第二表面S2形成至少一第二電極25，並如第2K圖所示，於半導體基板20之第一表面S1形成至少一第一電極24，然不以此為限。其中，形成第一電極24及第二電極25之方式與前述之實施例相同，於此不再贅述。
　　綜上所述，本案之太陽能電池之製造方法，藉由雷射光束可調整之特性作為晶圓表面處理工具，以達到增加受光面積，進而促進光線吸收效率，以及提高開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)及填充因子(FF)等製程參數表現之功效。此外，由於雷射光束同時加熱晶圓表面，使得採用均質射極之太陽能電池可同時具有較低之接觸電阻及表面再結合速度，並改變太陽能電池深層接面之擴散性能，而使選擇性射極只發生在單一擴散步驟，在在解決習用雙面太陽能電池之受光面積受限於兩表面之面積、接觸電阻與表面再結合速度無法有效降低而影響光電轉換效率，以及製程參數控制不易而造成時間、物料成本增加等缺點。
　　縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
10、20．．．半導體基板
11、21．．．射極層
12、22．．．磷矽玻璃層
13、23．．．抗反射膜
14、24．．．第一電極
15、25．．．第二電極
20h．．．孔洞
24a．．．第一導電材料
25a．．．第二導電材料
S1．．．第一表面
S2．．．第二表面
第1A圖至第1E圖係為習用雙面單晶或多晶矽之太陽能電池製造流程結構示意圖。
第2A圖至第2K圖係為本案較佳實施例之雙面太陽能電池之製造流程結構示意圖。
20．．．半導體基板
20h．．．孔洞
21．．．射極層
23．．．抗反射膜
24．．．第一電極
24a．．．第一導電材料
25．．．第二電極
25a．．．第二導電材料
S1．．．第一表面
S2．．．第二表面

Claims (10)

  1. 一種雙面太陽能電池之製造方法，至少包括步驟：
    　　(a)提供一半導體基板；
    　　(b)以雷射光束對該半導體基板之一第一表面及一第二表面進行表面處理；
    　　(c)於該半導體基板之至少部分區域形成均質之一射極層，其中該半導體基板與該射極層間形成一pn接面；
    　　(d)形成一抗反射膜於該第一表面；以及
    　　(e)分別形成至少一第一電極及至少一第二電極於該第一表面及該第二表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙面太陽能電池之製造方法，其中該步驟(c)之前更包括步驟(b1)形成凹凸紋理於該半導體基板之該第一表面及該第二表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙面太陽能電池之製造方法，其中該步驟(d)之前更包括步驟(c1)移除形成於該射極層上方之一磷矽玻璃層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙面太陽能電池之製造方法，其中該步驟(d)係以電漿輔助化學氣相沉積法實現，且該抗反射膜係由氮矽化合物所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙面太陽能電池之製造方法，其中該步驟(e)係包括步驟：
    　　(e1)形成至少一第一電極於該第一表面；以及
    　　(e2)形成至少一第二電極於該第二表面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雙面太陽能電池之製造方法，其中該步驟(e1)更包括步驟：
    　　(e11)移除部分之該抗反射膜以及部分之該射極層，且暴露出該半導體基板之部分區域，以於該第一表面形成複數個開口；
    　　(e12)形成至少一第一導電材料於該第一表面之該複數個開口；以及
    　　(e13)使該第一導電材料形成該第一電極。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之雙面太陽能電池之製造方法，其中該步驟(e2)更包括步驟：
    　　(e21)形成至少一第二導電材料於該半導體基板之該第二表面；以及
    　　(e22)使該第二導電材料形成該第二電極。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雙面太陽能電池之製造方法，其中該步驟(e)係包括步驟：
    　　(e1)形成至少一第二電極於該第二表面；以及
    　　(e2)形成至少一第一電極於該第一表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雙面太陽能電池之製造方法，其中該步驟(e)之後更包括步驟(f)：進行一共燒結步驟。
  10. 一種雙面太陽能電池之製造方法，至少包括步驟：
    　　(a)提供一半導體基板；
    　　(b)以雷射光束對該半導體基板之一第一表面及一第二表面進行表面處理；
    　　(c)形成凹凸紋理於該半導體基板之該第一表面及該第二表面；
    　　(d)於該半導體基板之至少部分區域形成均質之一射極層，其中該半導體基板與該射極層間形成一pn接面；
    　　(e)移除形成於該射極層上方之一磷矽玻璃層
    　　(f)形成一抗反射膜於該第一表面；
    　　(g)形成至少一第一電極於該第一表面；
    　　(h)形成至少一第二電極於該第二表面；以及
    　　(i)進行一共燒結步驟。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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