TW201434165A - 太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組 - Google Patents
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Abstract
一種太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組。太陽能電池包含第二導電型之基板、射極層、第一氧化物層、鈍化輔助層、第二導電型之背電場層、第二氧化物層、第一電極及第二電極。基板包含相對之第一面及第二面。射極層、第一氧化物層與鈍化輔助層依序配置於第一面。鈍化輔助層與第一氧化物層的材質彼此不同。背電場層與第二氧化物層依序配置於第二面上。第一電極位於第一面上，並穿過鈍化輔助層及第一氧化物層而與射極層接觸。第二電極位於第二面上，並穿過第二氧化物層而與背電場層接觸。
Description
本發明是有關於一種光電轉換裝置，且特別是有關於一種太陽能電池。
目前的太陽能電池所採用的基板有P型與N型兩種。由於在N型基板上所建構之太陽能電池的效率遠較在P型基板上建構之太陽能電池佳，因此採用N型基板來製作太陽能電池已成為目前的趨勢。
採N型基板之太陽能電池通常以硼摻雜層所構成之P型導電層作為射極。而此種太陽能電池之射極表面的鈍化方式通常係在射極表面形成熱氧化層來作為鈍化層。然而，熱氧化層並非好的硼射極鈍化層，導致太陽能電池之光電轉換效率不佳。因此，目前亟需一種可提升太陽能電池之光電轉換效率的鈍化技術。
因此，本發明之一態樣就是在提供一種太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組，其第二導電型基板上之第一導電型的射極層上設有由依序堆疊之氧化層與鈍化輔助層所構成之鈍化結構。由於此鈍化結構具有極佳之鈍化
效果，因此可有效提升太陽能電池之短路電流(Jsc)與開路電壓(Voc)，進而可提升太陽能電池之光電轉換效率。
本發明之另一態樣是在提供一種太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組，其在第二導電型基板上之第一導電型的射極層上先設置氧化層，再設置鈍化輔助層的鈍化方式，可使鈍化結構具有優異的熱穩定性，進而可提升製程良率與太陽能電池的可靠度。
根據本發明之上述目的，提出一種太陽能電池。此太陽能電池包含一第二導電型之基板、一第一導電型之射極層、一第一氧化物層、一鈍化輔助層、一第二導電型之背電場層、一第二氧化物層、一第一電極以及一第二電極。基板包含一第一面以及一與第一面相對的第二面。射極層配置於第一面上。第一氧化物層配置於射極層上。鈍化輔助層配置於第一氧化物層上，其中此鈍化輔助層與第一氧化物層的材質彼此不同，且鈍化輔助層之材質包含選自於由氧化鋁、複數個第一導電型摻雜材料所組成之一族群。背電場層配置於第二面上。第二氧化物層配置於背電場層上。第一電極位於第一面上，並穿過鈍化輔助層及第一氧化物層，而與射極層接觸。第二電極位於第二面上，並穿過第二氧化物層，而與背電場層接觸。
依據本發明之一實施例，上述之第一氧化物層或/及第二氧化物層的材質包含選自於由氧化矽、氧化鈦、氧化硼與氧化鋅所組成之一群組。
依據本發明之另一實施例，上述之太陽能電池更包
含一第一介電層配置於鈍化輔助層上，其中第一介電層與鈍化輔助層的材質彼此不同。
依據本發明之又一實施例，上述之第一介電層的材質包含氮化矽。
依據本發明之再一實施例，上述之太陽能電池更包含一第二介電層配置於第二氧化物層上，其中第二介電層與第二氧化物層的材質彼此不同。在一例子中，前述之第二介電層的材質包含氮化矽。
依據本發明之再一實施例，上述之第一電極與第二電極之材質包含銀與鋁，其中鋁佔8%~10%，且基板為N型基板，射極層為硼射極。
依據本發明之再一實施例，上述之第一導電型為P型摻雜，且第二導電型為N型摻雜。
依據本發明之再一實施例，上述之太陽能電池為雙面入光式，且第一面之受光面積大於第一電極對於第一面之正投影面積，第二面之受光面積大於第二電極對於第二面之正投影面積。
依據本發明之再一實施例，上述之第一導電型摻雜材料包含選自於由非晶矽硼(a-Si：B)與非晶矽碳合金硼(a-SiC：B)所組成之一群組。
根據本發明之上述目的，另提出一種太陽能電池模組。此太陽能電池模組包含一上板、一下板、一如上述之太陽能電池以及至少一封裝材料層。太陽能電池設於上板與下板之間。至少一封裝材料層位於上板與下板之間，將
太陽能電池與上板和下板結合。
根據本發明之上述目的，亦提出一種太陽能電池之製造方法，包含下列步驟。提供一第二導電型之基板，其中此基板包含一第一面以及一與第一面相對的第二面。形成一第一導電型之射極層於第一面上。形成一阻擋層於射極層上。形成一第二導電型之背電場層於第二面上。移除阻擋層。形成一第一氧化物層與一第二氧化物層分別位於射極層與背電場層上。形成一鈍化輔助層於第一氧化物層上，其中鈍化輔助層與第一氧化物層的材質彼此不同，且鈍化輔助層之材質包含選自於由氧化鋁、複數個第一導電型摻雜材料所組成之一族群。形成一第一電極於第一面上，並使第一電極穿過鈍化輔助層及第一氧化物層，而與射極層接觸。形成一第二電極位於第二面上，並使第二電極穿過第二氧化物層，而與背電場層接觸。
依據本發明之一實施例，上述之第一氧化物層或/及第二氧化物層的材質包含選自於由氧化矽、氧化鈦、氧化硼與氧化鋅所組成之一群組。
依據本發明之另一實施例，於形成鈍化輔助層之步驟後，上述太陽能電池之製造方法更包含形成一第一介電層於鈍化輔助層上，其中第一介電層與鈍化輔助層的材質彼此不同。
依據本發明之又一實施例，於形成第二氧化物層之步驟後，上述太陽能電池之製造方法更包含形成一第二介電層於第二氧化物層上，其中第二介電層與第二氧化物層
的材質彼此不同。在一例子中，前述之第二介電層的材質包含氮化矽。
依據本發明之再一實施例，上述之第一電極與第二電極之材質包含銀、鋁，其中鋁佔8%~10%，且基板為N型基板，射極層為硼射極。
依據本發明之再一實施例，上述之射極層為P型摻雜，且背電場層為N型摻雜。
依據本發明之再一實施例，上述之太陽能電池為雙面入光式，且第一面之受光面積大於第一電極對於第一面之正投影面積，第二面之受光面積大於第二電極對於第二面之正投影面積。
依據本發明之再一實施例，上述之第一導電型摻雜材料包含選自於由非晶矽硼與非晶矽碳合金硼所組成之一群組。
100‧‧‧太陽能電池模組
102‧‧‧太陽能電池
104‧‧‧上板
106‧‧‧下板
108‧‧‧封裝材料層
110‧‧‧封裝材料層
112‧‧‧基板
114‧‧‧第一面
116‧‧‧第二面
118‧‧‧粗糙結構
120‧‧‧射極層
122‧‧‧第一氧化物層
124‧‧‧鈍化輔助層
126‧‧‧第一介電層
128‧‧‧第一電極
130‧‧‧第二氧化物層
132‧‧‧第二介電層
134‧‧‧第二電極
136‧‧‧背電場層
138‧‧‧阻擋層
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，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。
第2圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池的剖面示意圖。
第3圖至第6圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池的製程剖面圖。
請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。在本實施方式中，太陽能電池模組100主要包含一上板104、一下板106、一太陽能電池102、以及一個或多個封裝材料層，例如封裝材料層108與110。
如第1圖所示，在太陽能電池模組100中，太陽能電池102設於下板106上，且設於上板104之下。因此，上板104設於下板106之上，且太陽能電池102設於下板106與上板104之間。另外，二層封裝材料層108與110則分別設置在上板104與太陽能電池102、以及下板106與太陽能電池102之間。藉由高溫壓合的程序，封裝材料層108和110於熔融態時可將太陽能電池102與下板106和上板104結合。
請參照第2圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池的剖面示意圖。在本實施方式中，太陽能電池102可例如為雙面入光式太陽能電池，因而兩面均可供入射光進入。在一實施例中，太陽能電池102主要可包含第二導電型之基板112、第一導電型之射極層120、第一氧化物層122、鈍化輔助層124、第二導電型之背電場層136、第二氧化物層130、第一電極128與第二電極134。第一導電型與第二導電型之一者可為P型，另一者則可為N型。在一較佳實施例中，第一導電型為P型，第二導電型為N型。
基板112包含第一面114與第二面116。其中，第一面114與第二面116位於基板112之相對二側。基板112之材料可例如為矽等半導體材料。在一實施例中，基板112之第一面114可經粗化處理而具有粗糙結構118，以增進太陽能電池102對於入射光的吸收效率。在另一實施例中，基板112之第一面114與第二面116均可經粗化處理而設有粗糙結構。
射極層120可配置在基板112之第一面114上。當基板112之電性為N型時，射極層120可為形成在第一面114上之一P型摻雜層，例如硼摻雜層，於實施上，硼摻雜層是位於基板112內靠近第一面114的位置。第一氧化物層122可配置在第一面114上並接觸射極層120。在一些實施例中，第一氧化物層122之材質可包含選自於由氧化矽、氧化鈦、氧化硼與氧化鋅所組成之一群組。在一例子中，第一氧化物層122之厚度可例如從1nm至50nm。在一較佳實施例中，第一氧化物層122之厚度可從2nm至10nm。
在一示範例子中，當基板112之材質為矽，射極層120為硼化矽(SiBx)摻雜層，且第一氧化物層122例如採用氧化鋅時，經後續回火製程後，硼化矽摻雜層中之摻質硼可能會擴散至第一氧化物層122中，並在第一氧化物層122中產生置換反應。此反應可大略表示為：SiBx+ZnO→SiO2：B+Zn。因此，經回火製程後，第一氧化物層122可為摻雜硼之二氧化矽與原第一氧化物層122之材質中的金屬元素的組合。然，在一較佳實施例中，第一氧化物層122
之材質可為無金屬成分之二氧化矽。
鈍化輔助層124則配置於第一氧化物層122上。其中，此鈍化輔助層124之材質不同於第一氧化物層122之材質。在一實施例中，鈍化輔助層124之材質可包含選自於由氧化鋁、複數個第一導電型摻雜材料所組成之一族群。這些第一導電型摻雜材料可例如為非晶矽硼(a-Si：B)或非晶矽碳合金硼(a-SiC：B)。在一例子中，鈍化輔助層124之厚度可例如從1nm至30nm。在一較佳實施例中，鈍化輔助層124之厚度可從1nm至10nm。
在本實施方式中，太陽能電池102之鈍化結構可由第一氧化物層122與鈍化輔助層124所組成。除了第一氧化層122可提供鈍化效果外，鈍化輔助層124的設置可更有效地提升鈍化效果。由於這樣的鈍化結構具有極佳之鈍化效果，因此可有效提升太陽能電池102之短路電流與開路電壓，進而可提升太陽能電池102之光電轉換效率。
背電場層136可配置於基板112之第二面116上，於實施上，背電場層136是位於基板112內靠近第二面116的位置。當基板112之電性為N型時，背電場層136可為形成在第二面116上之一N型摻雜層，例如磷摻雜層。第二氧化物層130可配置在第二面116上並接觸背電場層136。在一些實施例中，第二氧化物層130之材質可包含選自於由氧化矽、氧化鈦、氧化硼與氧化鋅所組成之一群組。
第一電極128設置在基板112之第一面114之上方。而且，第一電極128依序穿過鈍化輔助層124與第一
氧化物層122，而與第一面114上之射極層120接觸，進而可形成電性連接。第一電極128之材質可包含銀與鋁，其中第一電極128之材質包含銀與鋁時，鋁佔8%~10%。在另一實施例中，如第2圖所示，太陽能電池102可選擇性地包含第一介電層126。此第一介電層126可配置在鈍化輔助層124上。其中，此第一介電層126之材質不同於鈍化輔助層124之材質。第一介電層126之材質可例如包含氮化矽。第一介電層126可作為太陽能電池102之第一面114的抗反射層，藉以增加太陽能電池102之光吸收率。
第二電極134設置在基板112之第二面116之上。而且，第二電極134穿過第二氧化物層130，而與第二面116上之背電場層136接觸，進而可形成電性連接。第二電極134之材質可包含選自於由銀與鋁所組成之一群組。在另一實施例中，如第2圖所示，太陽能電池102可選擇性地包含第二介電層132。此第二介電層132可配置在第二氧化物層130上。其中，此第二介電層132之材質不同於第二氧化物層130之材質。第二介電層132之材質可例如包含氮化矽。第二介電層132可作為太陽能電池102之第二面116的抗反射層，藉以進一步增進太陽能電池102之光吸收率。於實施上，第二介電層132為氮化矽時，氮化矽可進一步經過第二氧化物層130(例如二氧化矽)對第二面116的背電場層136做鈍化，以提升電池的電性效果。
在本實施方式中，太陽能電池102為雙面入光式。因此，除了第一電極128所遮蔽之區域外的第一面114之
受光面積，明顯大於第一電極128對於第一面114之正投影面積。另一方面，除了第二電極134所遮蔽之區域外的第二面116之受光面積，明顯大於第二電極134對於第二面116之正投影面積。也就是說，第一電極128或第二電極134並未完全遮蓋住第一面114或第二面116。
請參照第3圖至第6圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池的製程剖面圖。在本實施方式中，製作如第2圖所示之太陽能電池102時，可先提供第二導電型之基板112。接著，在一實施例中，可對第二導電型之基板112的第一面114進行粗化處理，藉以在基板112之第一面114上形成複數個粗糙結構118。在另一實施例中，亦可對基板112之第二面116進行粗化處理。在又一實施例中，太陽能電池102為雙面入光式，因此可同時對基板112之第一面114與第二面116進行粗化處理。
接下來，請參照第3圖，可對基板112之第一面114進行摻雜製程，以在第一面114上形成第一導電型之射極層120。此射極層120延伸覆蓋在整個第一面114上。在一實施例中，為於形成射極層120時，將部分摻質在基板112之第二面116產生的摻雜去除，可根據製程需求，可選擇性地利用蝕刻方式，在第二面116上進行表面移除處理。
接著，請參照第4圖，可先利用塗布或沉積方式，形成阻擋層138覆蓋在射極層120上。阻擋層138之材質可例如為光阻。接下來，可對基板112之第二面116進行摻雜製程，以在第二面116上形成背電場層136。在一實施
例中，可採用例如三氯氧磷(POCl3)來對第二面116進行摻雜。背電場層136延伸覆蓋在整個第二面116上。對第二面116進行摻雜時，藉由阻擋層138的屏障，可避免第二導電型摻質進入到第一面114上方的射極層120中。
接下來，移除阻擋層138，而暴露出射極層120。在一實施例中，當採用三氯氧磷來進行第二面116之摻雜製程時，所形成之背電場層136的表面上可能會有磷矽玻璃(PSG)形成。因此，於移除阻擋層138的同時，可一併移除背電場層136之表面上的磷矽玻璃。在另一實施例中，為避免形成射極層120及/或背電場層136時，第一導電型摻質或第二導電型摻質進入基板112之側面，而導致射極層120與背電場層136電性連接，因此在移除阻擋層138的同時，更可利用例如蝕刻方式，來移除基板112中之非必要摻雜區，以進行射極層120與背電場層136之間的絕緣製程。
接著，利用例如熱氧化方式或沉積方式，形成第一氧化層122與第二氧化層130分別位於射極層120與背電場層136上。在一實施例中，利用熱氧化方式時，第一氧化層122與第二氧化層130可同時分別形成在射極層120與背電場層136上。在此實施例中，第一氧化層122與第二氧化層130之材質可例如為氧化矽與氧化硼。在另一實施例中，利用沉積方式時，可分別但非同時形成第一氧化層122與第二氧化層130在射極層120與背電場層136上。在此實施例中，第一氧化層122與第二氧化層130之材質
可例如為氧化鈦與氧化鋅。
接下來，在一實施例中，如第5圖所示，可先利用例如沉積方式形成鈍化輔助層124於第一氧化物層122上。鈍化輔助層124與第一氧化物層122共同構成基板112之第一面114上的鈍化結構。隨後，利用例如沉積方式，而選擇性地形成第一介電層126於鈍化輔助層124上，如第6圖所示。如同上述，第一介電層126可作為基板112之第一面114的抗反射層。
在另一實施例中，於形成鈍化輔助層124前，且在形成第二氧化物層130後，可先利用例如沉積方式，而選擇性地形成第二介電層132於第二氧化物層130上，如第6圖所示。如同上述，第二介電層132可作為基板112之第二面116的抗反射層。於實施上，第二介電層132為氮化矽時，氮化矽可進一步經過第二氧化物層130(例如二氧化矽)對第二面116的背電場層136做鈍化，以提升電池的電性效果。
然後，請再次參照第6圖，可利用例如網印等方式，在基板112之第一面114上方之第一電極128、與第二面116上方之第二電極134所欲設置之處，印刷上金屬材質之漿料。隨後，透過溫度為八~九百度的燒結製程，讓這些金屬漿料分別穿透過第一介電層126、鈍化輔助層124和第一氧化物層122而與射極層120接觸，以及穿透過第二介電層132和第二氧化物層130而與背電場層136接觸，藉此完成第一面114上之第一電極128與第二面116上之
第二電極134的設置，從而完成太陽能電池102的製作。
由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為第二導電型基板上之第一導電型即P型硼摻雜的射極層上設有由依序堆疊之氧化層與鈍化輔助層所構成之鈍化結構。由於此鈍化結構具有極佳之鈍化效果，因此可有效提升太陽能電池之短路電流與開路電壓，進而可提升太陽能電池之光電轉換效率。
由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為在第二導電型基板上之第一導電型層即P型硼摻雜的射極層上先設置氧化層，再設置鈍化輔助層的鈍化方式，可使鈍化結構具有優異的熱穩定性，因此可提升製程良率與太陽能電池的可靠度。
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，任何在此技術領域中具有通常知識者，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。
102‧‧‧太陽能電池
112‧‧‧基板
114‧‧‧第一面
116‧‧‧第二面
118‧‧‧粗糙結構
120‧‧‧射極層
122‧‧‧第一氧化物層
124‧‧‧鈍化輔助層
126‧‧‧第一介電層
128‧‧‧第一電極
130‧‧‧第二氧化物層
132‧‧‧第二介電層
134‧‧‧第二電極
136‧‧‧背電場層
Claims (13)
- 一種太陽能電池，包含：一第二導電型之基板，包含一第一面以及一與該第一面相對的第二面；一第一導電型之射極層，配置於該第一面上；一第一氧化物層，配置於該射極層上；一鈍化輔助層，配置於該第一氧化物層上，其中該鈍化輔助層與該第一氧化物層的材質彼此不同，且該鈍化輔助層之材質包含選自於由氧化鋁、複數個第一導電型摻雜材料所組成之一族群；一第二導電型之背電場層，配置於該第二面上；一第二氧化物層，配置於該背電場層上；一第一電極，位於該第一面上，並穿過該鈍化輔助層及該第一氧化物層，而與該射極層接觸；以及一第二電極，位於該第二面上，並穿過該第二氧化物層，而與該背電場層接觸。
- 如請求項1所述之太陽能電池，其中該第一氧化物層或/及該第二氧化物層的材質包含選自於由氧化矽、氧化鈦、氧化硼與氧化鋅所組成之一群組。
- 如請求項1所述之太陽能電池，更包含一第二介電層，配置於該第二氧化物層上，其中該第二介電層與該第二氧化物層的材質彼此不同。
- 如請求項1所述之太陽能電池，其中該第一電極之材質包含銀與鋁，其中鋁佔8%~10%，且該基板為N型基板，該射極層為硼射極。
- 如請求項1所述之太陽能電池，其中該太陽能電池 為雙面入光式，且該第一面之受光面積大於該第一電極對於該第一面之正投影面積，該第二面之受光面積大於該第二電極對於該第二面之正投影面積。
- 如請求項1所述之太陽能電池，其中該複數個第一導電型摻雜材料包含選自於由非晶矽硼、非晶矽碳合金硼所組成之一群組。
- 一種太陽能電池模組，包含：一上板；一下板；一如請求項1~6中之任一項之太陽能電池，設於該上板與該下板之間；以及至少一封裝材料層，位於該上板與該下板之間，將該太陽能電池與該上板和該下板結合。
- 一種太陽能電池之製造方法，包含：提供一第二導電型之基板，該基板包含一第一面以及一與該第一面相對的第二面；形成一第一導電型之射極層於該第一面上；形成一阻擋層於該射極層上；形成一第二導電型之背電場層於該第二面上；移除該阻擋層；形成一第一氧化物層與一第二氧化物層分別位於該射極層與該背電場層上；形成一鈍化輔助層於該第一氧化物層上，其中該鈍化輔助層與該第一氧化物層的材質彼此不同，且該鈍化輔助層之材質包含選自於由氧化鋁、複數個第一導電型摻雜材料所組成之一族群； 形成一第一電極於該第一面上，並使該第一電極穿過該鈍化輔助層及該第一氧化物層，而與該射極層接觸；以及形成一第二電極位於該第二面上，並使該第二電極穿過該第二氧化物層，而與該背電場層接觸。
- 如請求項8所述之太陽能電池之製造方法，其中該第一氧化物層或/及該第二氧化物層的材質包含選自於由氧化矽、氧化鈦、氧化硼與氧化鋅所組成之一群組。
- 如請求項8所述之太陽能電池之製造方法，於形成該第二氧化物層之步驟後，更包含形成一第二介電層於該第二氧化物層上，其中該第二介電層與該第二氧化物層的材質彼此不同。
- 如請求項8所述之太陽能電池之製造方法，其中該第一電極之材質包含銀、鋁，其中鋁佔8%~10%，且該基板為N型基板，該射極層為硼射極。
- 如請求項8所述之太陽能電池之製造方法，其中該太陽能電池為雙面入光式，且該第一面之受光面積大於該第一電極對於該第一面之正投影面積，該第二面之受光面積大於該第二電極對於該第二面之正投影面積。
- 如請求項8所述之太陽能電池之製造方法，該複數個第一導電型摻雜材料包含選自於由非晶矽硼、非晶矽碳合金硼所組成之一群組。
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