TW201409733A - 太陽能電池及其製作方法 - Google Patents

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Shih-Hsien Yang
Yu-Chun Chen
Ming-Hui Chiu
Yi-Hsuan Lin
Yen-Cheng Hu
Jen-Chieh Chen
Zhen-Cheng Wu
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Abstract

一種太陽能電池，包含基板，基板具有受光面與相對於受光面之背面，基板更包含設置於背面的多個溝槽，太陽能電池包含多個n型擴散區與多個p型擴散區，交錯地設置於基板之背面與溝槽之表面。藉由深入基板之溝槽，可以減少電子-電洞對在移動的過程中再結合的情形。一種太陽能電池的製作方法亦在此揭露。

Description

太陽能電池及其製作方法
本發明是有關於一種太陽能電池，且特別是有關於一種背接觸式的太陽能電池。
太陽能電池是利用材料的光電效應(photovoltaic effect)，將環境光能量直接轉換成電能的元件。光線照在物質內部而產生導電載子增加的現象，稱為光電效應。對半導體物質而言，當太陽光照射時，光能將矽原子中的電子激發出來，而產生電子-電洞對，這些電子和電洞均會受到內建電位的影響，分別被n型半導體和p型半導體吸引，而聚集在兩端。此時外部用電極連接起來，形成一個迴路。
為了提高太陽能電池的光捕捉效率，背接觸式(back-contact)的太陽能電池亦逐漸受到重視。然而，相較於傳統正負電極分別位於太陽能電池兩側，電子與電洞可以分別向兩側之正負導電層移動的情形，背接觸式的太陽能電池由於正負電極均位於太陽能電池的背面，因此使得電子-電洞對的移動距離拉長，而令電子-電洞對在移動的過程中會容易地再結合或被半導體內許多復合中心(recombination center)捕捉而消逝。
本發明的目的就是在提供一種具有溝槽的太陽能電 池，用以降低電子-電洞對在移動過程中再結合或被捕捉的情形。
一種太陽能電池，包含具有受光面與相對於受光面之背面的基板，基板更包含設置於背面的多個溝槽，溝槽將背面分隔為多個第一接觸區與多個第二接觸區，第一接觸區與第二接觸區交錯地設置。太陽能電池包含形成於受光面上之前面場，以及形成於前面場上之抗反射層。太陽能電池包含多個n型擴散區與多個p型擴散區，交錯地設置於基板之背面，其中n型擴散區分別位於第一接觸區及鄰接其一側之部分溝槽，p型擴散區分別位於第二接觸區及鄰接其一側之另一部分溝槽。溝槽的深度至少為基板之厚度的一半，且第一接觸區的寬度實質上等於第二接觸區的寬度，所述之第一接觸區與第二接觸區的寬度實質上不小於溝槽的寬度。太陽能電池更包含設置於第一接觸區之第一導電層與設置第二接觸區之第二導電層，其中第一導電層與第二導電層為共平面設置。溝槽為相互平行地設置。溝槽垂直於第一接觸區與第二接觸區。第一接觸區之兩側分別連接具有p型擴散區的p型溝槽與具有n型擴散區的n型溝槽，第二接觸區之兩側分別連接具有p型擴散區的p型溝槽與具有n型擴散區的n型溝槽。
本發明之另一態樣為一種太陽能電池的製作方法，包含提供基板，基板具有受光面與相對於受光面之一背面，接著形成多個溝槽於基板之背面，溝槽將背面分隔為多個第一接觸區與多個第二接觸區，第一接觸區與第二接觸區交錯地設置。接著，形成多個n型擴散區於第一接觸區及 鄰接其一側之部分溝槽，以及形成多個p型擴散區於第二接觸區及鄰接其一側之另一部分溝槽。接著，形成前面場於受光面上，以及形成抗反射層於前面場上。其中形成溝槽於基板之背面的步驟係利用雷射鑽孔或是蝕刻完成。該些溝槽的深度至少為該基板之厚度的一半。太陽能電池的製作方法更包含形成第一導電層於第一接觸區上以及形成第二導電層第二接觸區上，其中第一導電層與第二導電層為共平面設置。
藉由溝槽的設計，使得n型擴散區與p型擴散區深入基板內部。如此一來，當電子-電洞對產生時，電子或是電洞可以用較短的路徑進入對應的n型擴散區或是p型擴散區，有效減少了電子-電洞對在移動的過程中再一次地結合或是被半導體基板中之復合中心捕捉而消失的情形。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。
參照第1圖，其繪示本發明之太陽能電池一實施例的剖面圖。太陽能電池100為一種背電極式的太陽能電池。太陽能電池100包含有基板110，基板110具有用以接收太陽光之一受光面112以及相對於受光面112之一背面114。換言之，受光面112與背面114分別位於基板110的相對兩面。基板110更包含有設置於背面114的多個溝槽 120，溝槽120將背面114分隔為多個第一接觸區116以及多個第二接觸區118，第一接觸區116與第二接觸區118為交錯地設置，相鄰的第一接觸區116與第二接觸區118之間透過溝槽120分離。溝槽120為相互平行地設置。溝槽120垂直於第一接觸區116與第二接觸區118。
太陽能電池100包含有形成於受光面112上之前面場130(front surface field；FSF)，其中前面場130可以為n型擴散層，用以幫助太陽能電池100收集更多的電洞，減少電子-電洞對再結合的損失。又因為基板110主要為矽材料，為了降低因光線反射造成的能量損耗，太陽能電池100更包含有形成於前面場130上之抗反射層140。抗反射層140之材料可以為氮化矽(SiN)或是二氧化鈦(TiO2)等薄膜。抗反射層140(antireflection coating；ARC)上可以更設置有保護層，以保護太陽能電池100表面。
太陽能電池100包含多個n型擴散區150以及多個p型擴散區160，n型擴散區150與p型擴散區160為交錯地設置於基板110之背面114。n型擴散區150分別位於第一接觸區116以及鄰接其一側之部分溝槽120之表面，p型擴散區160分別位於第二接觸區118以及鄰接其一側之另一部分溝槽120之表面。換言之，溝槽120又可以分為多個具有n型擴散區150的n型溝槽122與多個具有p型擴散區160的p型溝槽124，每一個n型溝槽122的兩側分別連接第一接觸區116與第二接觸區118，每一個p型溝槽124的兩側分別連接第二接觸區118與第一接觸區116，每一個第一接觸區116的兩側分別連接n型溝槽122與p 型溝槽124，每一個第二接觸區118的兩側分別連接p型溝槽124與n型溝槽122。n型擴散區150分別位於第一接觸區116及與其所鄰接之n型溝槽122之表面，p型擴散區160位於第二接觸區118及與其所鄰接之p型溝槽124之表面。每一個n型擴散區150分布在鄰接之第一接觸區116與n型溝槽122之表面，每一個p型擴散區160分布在鄰接之第二接觸區118與p型溝槽124之表面。
太陽能電池100更包含有多個第一導電層170與多個第二導電層180，第一導電層170設置於第一接觸區116，與n型擴散區150的一部分連接，第二導電層180設置於第二接觸區118，與p型擴散區160的一部分連接。第一導電層170與第二導電層180為共平面設置。所述之導電層的材料可例如是能夠電性導通之材料，可由透明導電氧化物(transparent conducting oxides，TCO)或薄金屬構成。所述的透明導電氧化物可包括但不限制為氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)或加鉬氧化銦(IMO)等，而薄金屬則包括銀(Ag)、鋁(Al)或其合金等。
藉由溝槽120的設計，使得n型擴散區150與p型擴散區160深入基板110內部，並可以增加n型擴散區150與p型擴散區160的分布面積，以及增加n型擴散區150與p型擴散區160相對於電子-電洞對之接觸面積。如此一來，當電子-電洞對產生時，電子或是電洞可以用較短的路徑進入對應的n型擴散區150或是p型擴散區160，有效減少了電子-電洞對在移動的過程中再一次地結合或是被半導體基板110中之復合中心捕捉而消失的情形。
溝槽120之深度d至少為基板110之厚度t的一半，其中基板110之厚度實質上為165微米(μm)至200微米(μm)。第一接觸區116的寬度w1實質上等於第二接觸區118的寬度w1，第一接觸區116與第二接觸區118的寬度w1實質上不小於溝槽的寬度120 w2。溝槽120的深度d、寬度w2與分布密度可以經由設計，以降低對於基板110之結構強度的影響。
參照第2A圖至第2I圖，其分別繪示本發明一實施例之太陽能電池之製作方法於不同步驟的剖面圖。第2A圖為提供基板110，基板110具有受光面112以及相對於受光面112之背面114。第2A圖中可包含有粗糙化基板110之受光面112與背板114。
接著，第2B圖為形成多個溝槽120於基板110之背面114。溝槽120將基板110之背面114分隔為多個第一接觸區116與多個第二接觸區118，第一接觸區116與第二接觸區118為交錯地設置。溝槽120可以利用物理方法，如雷射鑽孔，或是化學方法，如蝕刻，形成在基板110上。
接著，第2C圖為在基板110的背面114與多個溝槽120表面上形成p型材料層162，形成p形材料層162之方法可以為離子佈植例如是p型離子摻雜或擴散，或是沉積等方法。
接著，第2D圖為在第二接觸區118上之p型材料層162上形成圖案化遮罩164，例如是圖案化光阻層。
接著，第2E圖為進行蝕刻步驟，以移除未被第2D圖中之遮罩164所覆蓋之部分p型材料層162。此蝕刻步驟 可以為濕蝕刻，其中蝕刻的溶液可以為氫氧化鉀(KOH)溶液或是氫氧化鈉(NaOH)等鹼性溶液。然後移除遮罩164
接著，第2F圖為將基板110送入具有n型材料氣體的烤爐，以在基板110的受光面112形成n型擴散層作為前面場130，以及在基板110的背面114，未被p型材料層162覆蓋的區域上形成n型擴散區150。此時烤爐的溫度約在攝氏800度至攝氏880度之間。
接著，第2G圖為再一次升溫烤爐的溫度，使烤爐的溫度上升至超過攝氏900度，以使得第2F圖中之p型材料層162擴散進入基板110，成為p型擴散區160。至此，n型擴散區150形成於第一接觸區116及鄰接其一側之部分溝槽120之表面，p型擴散區160形成於第二接觸區118及鄰接其一側之另一部分溝槽120之表面。n型擴散區150與p型擴散區160為交錯地設置。
接著，第2H圖為形成抗反射層140於前面場130上。
最後，第2I圖為在第一接觸區116上形成第一導電層170，以及在第二接觸區118上形成第二導電層180。
由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列優點。藉由溝槽的設計，使得n型擴散區與p型擴散區深入基板內部。如此一來，當電子-電洞對產生時，電子或是電洞可以用較短的路徑進入對應的n型擴散區或是p型擴散區，有效減少了電子-電洞對在移動的過程中再一次地結合或是被半導體基板中之復合中心捕捉而消失的情形。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧基板
112‧‧‧受光面
114‧‧‧背面
116‧‧‧第一接觸區
118‧‧‧第二接觸區
120‧‧‧溝槽
122‧‧‧n型溝槽
124‧‧‧p型溝槽
130‧‧‧前面場
140‧‧‧抗反射層
150‧‧‧n型擴散區
160‧‧‧p型擴散區
162‧‧‧p型材料層
164‧‧‧遮罩
170‧‧‧第一導電層
180‧‧‧第二導電層
d‧‧‧深度
t‧‧‧厚度
w1、w2‧‧‧寬度
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖繪示本發明之太陽能電池一實施例的剖面圖。
第2A圖至第2I圖分別繪示本發明之太陽能電池之製作方法一實施例於不同步驟的剖面圖。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧基板
112‧‧‧受光面
114‧‧‧背面
116‧‧‧第一接觸區
118‧‧‧第二接觸區
120‧‧‧溝槽
122‧‧‧n型溝槽
124‧‧‧p型溝槽
130‧‧‧前面場
140‧‧‧抗反射層
150‧‧‧n型擴散區
160‧‧‧p型擴散區
170‧‧‧第一導電層
180‧‧‧第二導電層
d‧‧‧深度
t‧‧‧厚度
w1、w2‧‧‧寬度

Claims (12)

  1. 一種太陽能電池，包含：一基板，具有一受光面與相對於該受光面之一背面，該基板具有複數個溝槽設置於該背面，該些溝槽將該背面分隔為複數個第一接觸區與複數個第二接觸區，該些第一接觸區與該些第二接觸區交錯地設置；一前面場，形成於該基板之該受光面上；一抗反射層，形成於該前面場上；以及複數個n型擴散區與複數個p型擴散區，交錯地設置於該基板之該背面，其中該些n型擴散區分別位於該些第一接觸區及鄰接其一側之部分該些溝槽之表面，該些p型擴散區分別位於該些第二接觸區及鄰接其一側之另一部分該些溝槽之表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些溝槽的深度至少為該基板之厚度的一半。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中該些第一接觸區的寬度實質上等於該些第二接觸區的寬度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中該些第一接觸區以及該些第二接觸區的寬度實質上不小於該些溝槽的寬度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，更包含設置於該些第一接觸區之複數個第一導電層與設置該些第二接觸區之複數個第二導電層，其中該些第一導電層與該些第二導電層為共平面設置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些溝槽為相互平行地設置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些溝槽垂直於該些第一接觸區與該些第二接觸區。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些第一接觸區之兩側分別連接該些具有p型擴散區的p型溝槽與該些具有n型擴散區的n型溝槽，該些第二接觸區之兩側分別連接該些具有p型擴散區的p型溝槽與該些具有n型擴散區的n型溝槽。
  9. 一種太陽能電池的製作方法，包含：提供一基板，該基板具有一受光面與相對於該受光面之一背面；形成複數個溝槽於該基板之該背面，該些溝槽將該背面分隔為複數個第一接觸區與複數個第二接觸區，該些第一接觸區與該些第二接觸區交錯地設置；形成複數個n型擴散區於該些第一接觸區及鄰接其一 側之部分該些溝槽之表面；形成複數個p型擴散區於該些第二接觸區及鄰接其一側之另一部分該些溝槽之表面；形成一前面場於該受光面上；以及形成一抗反射層於該前面場上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池的製作方法，其中形成複數個溝槽於該基板之該背面的步驟係利用雷射鑽孔或是蝕刻完成。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池的製作方法，其中該些溝槽的深度至少為該基板之厚度的一半。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池的製作方法，更包含形成複數個第一導電層於該些第一接觸區上以及形成複數個第二導電層該些第二接觸區上，其中該些第一導電層與該些第二導電層為共平面設置。
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