TW201442261A - 矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池 - Google Patents

矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池 Download PDF

Info

Publication number
TW201442261A
TW201442261A TW102115465A TW102115465A TW201442261A TW 201442261 A TW201442261 A TW 201442261A TW 102115465 A TW102115465 A TW 102115465A TW 102115465 A TW102115465 A TW 102115465A TW 201442261 A TW201442261 A TW 201442261A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
solar cell
electrode
receiving surface
dielectric layer
light receiving
Prior art date
Application number
TW102115465A
Other languages
English (en)
Inventor
Yi-Chin Chou
Chia-Yun Liu
Cheng-Liang Cheng
Pin-Sheng Wang
Bang-Hao Wu
Original Assignee
Terasolar Energy Materials Corp
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 Terasolar Energy Materials Corp filed Critical Terasolar Energy Materials Corp
Priority to TW102115465A priority Critical patent/TW201442261A/zh
Priority to CN201310278305.4A priority patent/CN104134718A/zh
Priority to US14/073,878 priority patent/US20140318612A1/en
Publication of TW201442261A publication Critical patent/TW201442261A/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
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings 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
    • H01L31/02—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
    • 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
    • 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

Landscapes

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

Abstract

一種矽晶太陽能電池及其製造方法，包括下列步驟。提供受光面上形成摻雜層的矽基材。於受光面上形成第一介電層。於矽基材的背面上形成第二介電層。於矽基材的背面上局部移除第二介電層及矽基材的至少一部分，以於矽基材的背面上形成具有開口的圖案化第二介電層以及至少一凹槽，且該開口暴露出凹槽。於受光面上與背面上分別形成第一電極組成物與第二電極組成物，第二電極組成物至少一部份填入矽基材之凹槽中。進行高溫製程，使矽基材與第一電極組成物及與第二電極組成物共燒結，以於受光面上及背面上分別形成第一電極及第二電極。

Description

矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池
本發明是有關於一種光電元件的製造方法及光電元件，且特別是有關於一種矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池。
太陽能是一種具有永不耗盡且無污染的能源，在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，一直是最受矚目的焦點。由於太陽能電池(solar cell)可直接將太陽能轉換為電能，而成為目前相當重要的研究課題。
太陽能電池是一種能量轉換的光電元件(photovoltaic device)。典型的太陽能電池基本的結構可分為基板、P-N二極體、抗反射層、和金屬電極四個主要部分。簡單來說，太陽能電池的工作原理是P-N二極體將太陽光能轉換成電子電洞對，再經正、負電極傳導出電能。
在習知技術中，提出一種具有高效率的鈍化發射極背電 極矽晶太陽能電池(passivated emitter and rear cell structure,PERC)，其主要是於基板背面形成介電層，而背面電極的一部分經由介電層的開口與矽基材形成共晶層，藉由採用這種結構可以提高太陽能電池的性能。
具體而言，習知的鈍化發射極背電極矽晶太陽能電池的製造方法通常先於背面形成介電層，並在避免矽基材表面被破壞的情況下移除該介電層的一部分而形成開口，接著於該介電層上形成背面電極並於介電層的開口中形成共晶層，藉此來形成太陽能電池。然而，在形成上述介電層之開口的步驟中，若未妥當控制介電層移除之參數，例如深度等，則容易使形成於開口中的共晶層結構不穩定、更甚者可能產生於該處產生空洞，進而影響太陽能電池整體的效率及良率。
本發明提供一種矽晶太陽能電池的製造方法，其可以較大的製程裕度製造出轉換效率高的矽晶太陽能電池。
本發明提出一種矽晶太陽能電池的製造方法，其包括下列步驟。首先，提供受光面上形成有摻雜層的矽基材。接著，於受光面上形成第一介電層，並於矽基材相對於受光面的背面上形成第二介電層。之後，於背面上局部例如以雷射移除第二介電層以及矽基材的至少一部分，以形成圖案化第二介電層並於矽基材的背面上形成至少一凹槽，其中圖案化第二介電層暴露出凹槽。 再者，於受光面上與背面上分別形成第一電極組成物與第二電極組成物，其中至少有一部分第二電極組成物填入矽基材之凹槽中。接著，進行高溫製程，使矽基材與第一電極組成物以及與第二電極組成物共燒結，以於矽基材之受光面上以及背面上分別形成第一電極及第二電極。
本發明提出一種矽晶太陽能電池的製造方法，其包括下列步驟。首先，提供受光面上形成有摻雜層的矽基材。接著，於受光面上形成第一介電層，並於矽基材相對於受光面的背面上形成第二介電層。之後，於背面上局部例如以雷射移除第二介電層以及矽基材的至少一部分，以形成圖案化第二介電層並於矽基材的背面上形成至少一凹槽，其中圖案化第二介電層暴露出凹槽。再者，於受光面上與背面上分別形成第一電極組成物與第二、三電極組成物，其中至少有一部分第二電極組成物填入矽基材之凹槽中。接著，進行高溫製程，使矽基材與第一電極組成物以及與第二、三電極組成物共燒結，以於矽基材之受光面上以及背面上分別形成第一電極及第二、三電極。
在本發明的一實施例中，上述的於矽基材的受光面上形成摻雜層的方法包括下列步驟：於受光面的不同區域形成高濃度摻雜區以及低濃度摻雜區。具體而言，高濃度摻雜區形成於受光面上第一電極的形成區域，而高濃度摻雜區的表面電阻例如是小於等於70歐姆/平方，另外低濃度摻雜區形成於受光面上第一電極形成區域以外的區域，而低濃度摻雜區的表面電阻例如是大於70 歐姆/平方。當然，在一實施例中，受光面上第一電極形成區域的以外區域可以同時包括低濃度摻雜區以及高濃度摻雜區。
在本發明的一實施例中，上述的凹槽的寬度例如是大於5微米，而凹槽的深度例如是大於0.5微米。此外，所述第二電極組成物經與上述的矽基材共燒結後，在沿著上述的矽基材之厚度方向上的上述凹槽的底邊輪廓呈近似對稱或實質對稱的形狀。
在本發明的一實施例中，上述的形成第一電極組成物的方法可以包括下列步驟：於受光面上網印銀漿，而形成第二電極組成物的方法包括於背面上網印鋁漿。並且，矽晶太陽能電池的製造方法可更包括於形成所述背面上形成第三電極組成物，而形成第三電極組成物的方法例如是於背面上網印銀漿。在此情形下，凹槽區域至少有一部分為鋁漿網印的區域。
在本發明的一實施例中，在矽基材上局部移除第二介電層的開口的圖案可以是線狀、點狀、虛線、環狀、多邊形、不規則形或其組合。另一方面，上述的凹槽的形狀在沿著矽基材之厚度方向上可以呈現方形、三角形、圓形、橢圓形、圓弧形、多圓弧形、多邊形、不規則形或其組合。
另外，本發明另提出一種矽晶太陽能電池，其是利用上述的製造方法所製成的。
此外，本發明亦提出一種矽晶太陽能電池，其包括矽基材、第一介電層、圖案化第二介電層、第一電極以及第二電極。 矽基材於受光面上形成有摻雜層，且於背面上具有凹槽，凹槽在沿著矽基材的厚度方向上具有實質對稱的輪廓，且依據此凹槽共燒結形成的第二電極具有中心深度小於邊緣深度之特性。第一介電層，位於矽基材的受光面上。圖案化第二介電層，位於矽基材的相對於受光面的背面上，且暴露出凹槽。第一電極，位於受光面上。第二電極，位於背面上，通過第二介電層填入凹槽中，此第二電極組成物至少有一部分在經過高溫共燒後所形成之第二電極具有中心深度小於邊緣深度之特性。
在本發明的一實施例中，上述的摻雜層在受光面的不同區域具有高濃度摻雜區以及低濃度摻雜區。
基於上述，利用本發明之矽晶太陽能電池的製造方法，可以增加背面電極中之鋁與矽基材之間的反應面積，使背面電極與矽基材充分反應以形成無孔洞的共晶層，並使矽晶太陽能電池的局部背面電場(LBSF(local back surface field))厚度較厚，提高矽晶太陽能電池的效率。此外，藉此所獲得之矽晶太陽能電池的局部背面電場即使於邊緣處亦均勻，而可進一步提高矽晶太陽能電池的效率。另外，由於本發明是於背面局部以雷射移除第二介電層並移除其底下的部分矽基材而形成凹槽，因此雷射的能量較不會受到矽基材表面的形態、介電層厚度等影響，如此一來，本發明之矽晶太陽能電池的製造方法具有較大的製程裕度(process window)，而可以低成本生產出高效能的矽晶太陽能電池。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
200、300‧‧‧矽晶太陽能電池
210‧‧‧矽基材
210B‧‧‧背面
210R‧‧‧受光面
220‧‧‧摻雜層
220H‧‧‧高濃度摻雜區
220L‧‧‧低濃度摻雜區
230‧‧‧第一介電層
240‧‧‧正面電極(第一電極)
250‧‧‧背面電極(第二、三電極)
250A‧‧‧第二電極(鋁電極)
250B‧‧‧第三電極(銀電極)
252、352‧‧‧共晶層
270‧‧‧第二介電層
270a‧‧‧圖案化第二介電層
280‧‧‧第一電極組成物
282‧‧‧第二電極組成物
284‧‧‧第三電極組成物
290、390‧‧‧局部背面電場
L‧‧‧雷射
Op‧‧‧開口
S1~S5‧‧‧步驟
A‧‧‧面積
D‧‧‧尺寸
E‧‧‧邊緣
G‧‧‧凹槽
Gs‧‧‧凹槽底邊
圖1A與圖1B分別繪示為本發明一實施例中一種矽晶太陽能電池在不同位置處的結構剖面示意圖。
圖2為本發明一實施例中矽晶太陽能電池的製造方法的流程圖。
圖3A至圖3C分別為圖1中矽晶太陽能電池之局部背面電場處在圖2之部分的製造步驟中的局部放大圖。
圖4A至圖4C分別為本發明一實施例中圖3A至圖3C的掃描式電子顯微鏡的圖片。
圖5A至圖5C分別為本發明之矽晶太陽能電池的比較例。
圖6A至圖6C分別為圖5A至圖5C的掃描式電子顯微鏡的圖片。
圖1A與圖1B分別繪示為本發明一實施例中一種矽晶太陽能電池在不同位置的結構剖面示意圖，其中圖1A是沿著正面電極之匯流電極(bus bar)的剖面示意圖，而圖1B是未通過匯流電極的剖面示意圖。請參照圖1A，本實施例之太陽能電池屬於鈍化發射極背電極矽晶太陽能電池，其主要由太陽能電池基材(例如 矽基材210)、位於受光面210R的摻雜層220、第一介電層230與第一電極240、以及位於背面210B的第二介電層270、第二電極(鋁電極)250A與第三電極(銀電極)250B，而圖1B中僅看到第二電極(鋁電極)250A。
具體而言，如圖1A與圖1B所示，在本實施例之矽晶太陽能電池200的結構中，P型矽晶片的受光面210R上具有例如粗糙表面或金字塔型(pyramid texture)的結構，以降低太陽光或光線進入太陽能電池時的反射率，可應加太陽光的利用率。於受光面210R上具有摻雜層220。第一介電層230介於第一電極240(即正面電極)與矽基材210之間，其材質例如是氮化矽(silicon nitride,SiNX)、氧化矽(silicon oxide,SiO2)或其組合。
另一方面，在本實施例之矽晶太陽能電池200的背面210B包括第二電極250A(鋁電極)與第三電極250B(銀電極)所構成的背面電極250以及位於矽基材210與背面電極250之間的圖案化第二介電層270。如圖1A與圖1B所示，圖案化第二介電層270具有開口Op，第二電極250A的一部分在第二介電層270的開口Op內與矽基材210形成共晶層252以與矽基材210連接，並且於共晶層252與矽基材210之間形成局部背面電場290。
特別的是，本實施例之矽晶太陽能電池200可以利用本發明之矽晶太陽能電池的製造方法來進行製作，藉此可以提高第二電極250A與矽基材210形成共晶層252的反應程度、並增加二者的反應面積，進而提高矽晶太陽能電池200的效率。並且，藉 此所形成之矽晶太陽能電池200的局部背面電場290具有厚度較厚且均勻之特性，並可形成如圖1A與圖1B所示的特殊輪廓；另外所形成之共晶層252因充分反應而具有較為均勻、無孔洞的結構。以下將詳細介紹本發明之矽晶太陽能電池的製造方法。
圖2為本發明一實施例中矽晶太陽能電池的製造方法的流程圖。圖3A至圖3C分別為圖1A與圖1B中矽晶太陽能電池之位於凹槽附近的局部背面電場處在圖2之部分步驟中的局部放大圖。
請同時參照圖2的步驟S1與圖1，首先，提供受光面210R上形成有摻雜層220的矽基材210，其中所述矽基材210例如為p型矽晶片，而p型矽晶片可以是摻雜硼或摻雜鎵的矽晶片，而矽晶片包含單晶矽晶片或多晶矽晶片。此外，摻雜層220可藉由在P型矽晶片中摻雜V族元素(例如：磷(P)、砷(As))來形成。
值得一提的是，在一實施例中，可以在矽基材210的受光面210R上形成摻雜濃度相同的摻雜層220。在另一實施例中，也可以在矽基材210的受光面210R的不同區域分別形成如圖中所示的高濃度摻雜區220H以及低濃度摻雜區220L。
具體而言，如圖1B所示，例如對摻雜層220中對應第一電極240形成區域之處進行高濃度摻雜而於摻雜層220中形成高濃度摻雜區220H，使得摻雜層220的高濃度摻雜區220H的表面電阻例如是小於等於70歐姆/平方。另一方面，對摻雜層220中對應第一電極240形成區域的以外區域進行低濃度摻雜，而於摻雜 層220中形成低濃度摻雜區220L，使得摻雜層220的低濃度摻雜區220L的表面電阻例如是大於70歐姆/平方。當然，也可以在摻雜層220對應第一電極240形成區域的以外區域同時形成前述的低濃度摻雜區220L與高濃度摻雜區220H。本發明並不以此為限。
藉由使受光面210R的摻雜層220的不同區域分別形成高濃度摻雜區220H以及低濃度摻雜區220L，可以進一步提高矽晶太陽能電池200的轉換效率，具體而言，將摻雜層220為相同摻雜濃度的矽晶太陽能電池200的轉換效率設為1的情況下，具有不同摻雜濃度之摻雜層220的矽晶太陽能電池200的轉換效率經正規化後約進一步提高了3%。
接著，請同時參照圖2的步驟S2與圖1A及圖1B，於受光面210R上形成第一介電層230，並於矽基材210相對於受光面210R的背面210B上形成第二介電層270。具體來說，第一介電層230可以是SiO2、SixNy、SixNyHz、SixOyNz、SiC或其組合的單層或多層結構，而第二介電層270可以是AlxOy、SiO2、SixNy、SixNyHz、SixOyNz、SiC組合的單層或多層結構。
之後，請同時參照圖2的步驟S3、圖1A及圖1B與圖3A，於背面210B上局部移除第二介電層270以及矽基材210的至少一部分，以形成圖案化第二介電層270a並同時於矽基材210的背面210B上形成至少一凹槽G，其中圖案化第二介電層270a暴露出凹槽G，而凹槽G的寬度大於5微米且深度例如是大於0.5微米。移除第二介電層270以及矽基材210的方法例如是雷射製 程，蝕刻膠或者曝光顯影製程，本發明並不以此為限。
特別的是，在本實施例中是利用雷射L來同時移除矽基材210背表面210B上的第二介電層270以及其底下的部分矽基材210，雷射L例如為奈秒(nanosecond)雷射L。詳言之，本發明之矽晶太陽能電池200的製造方法中，是利用雷射L的能量來衝擊第二介電層270及其底下的矽基材210，既破壞了矽基材210的表面形態，亦更進一步地往矽基材210的厚度方向形成了凹槽G的結構，換言之，雷射L的製程裕度不受限於矽基材210的表面形態或第二介電層270的厚度，因此與一般僅移除第二介電層270而避免破壞矽基材表面的雷射L移除並不同(可參見後文如圖5A-5C的比較例)。
藉由本發明之矽晶太陽能電池的製造方法所形成的凹槽G如圖3A所示，該凹槽G具有兩底邊Gs，換言之，本實施例之凹槽G在沿著所述矽基材210之厚度剖面上的輪廓呈現三角形。這樣形態的凹槽G，一方面可以使得後續製程中所填入凹槽G的第二電極組成物282能以複數個反應方向DR來與矽基材210進行如共燒結等反應。另一方面，矽基材210之凹槽G的附近因雷射L的轟擊而產生些微的鬆動，這樣的結構變化可以使後續製程中所填入凹槽G的第二電極組成物282能更容易且充分地與矽基材210共燒結。因此，藉此所形成之矽晶太陽能電池200能具有較佳的轉換效率。
當然，凹槽G的形狀也可以藉由調整雷射L的製程參數 來進行控制，而使凹槽G的形狀在沿著所述矽基材210之厚度剖面上的輪廓呈現方形、三角形、圓形、橢圓形、圓弧形、多圓弧形、多邊形、不規則形或其組合，本發明並不以此為限。另外，經由雷射L所形成之第二介電層270的開口Op在矽基材210背面210B上的圖案可以是線狀、點狀、虛線、環狀、多邊形、不規則形或其組合，可依產品需求而適應調整。
繼之，請同時參照圖2的步驟S4、圖1A及1B與圖3B，於受光面210R上與背面210B上分別形成第一電極組成物280與第二電極組成物282，在本實施例中可進一步於背面210B上形成第三電極組成物284。舉例而言，例如是於受光面210R網印銀漿來製作第一電極240，而於背面210B網印銀漿及鋁漿來分別製作第三電極250B及第二電極250A，並且鋁漿例如是網印在凹槽G的區域中。
如圖3B所示，所形成的第二電極組成物282(鋁漿)填入矽基材210之凹槽G中，且在本實施例中，鋁漿中的鋁粒子的平均粒徑例如為0.5微米至10微米，鋁漿中的鋁粒子可以至少一部份地填入凹槽G所開設的深度中。
接著，請同時參照圖2的步驟S5、圖1A及1B與圖3C，進行高溫製程，使矽基材210與第一電極組成物280以及使矽基材210與第二電極組成物282共燒結，以於矽基材210之受光面210R上以及背面210B上分別形成第一電極240及第二電極250A與第三電極250B。高溫製程的最高溫度例如是大於600℃，藉此， 由於鋁-矽共晶溫度(eutectic temperature)約為577℃，因此在矽晶材在的凹槽G中會與第二電極組成物282(例如是鋁漿)形成鋁矽共晶層252。值得一提的是，由於本發明是利用雷射L貫穿第二介電層270後同時移除於矽基材210的一部分而形成凹槽G，因此在共燒結的步驟中，位於凹槽G內部的第二電極組成物282(例如鋁漿)可以經由凹槽G之至少兩底邊Gs向矽基材210擴散，如圖3B所示，鋁在矽基材210的凹槽G中至少可以朝向與凹槽G底邊垂直的不同的反應方向DR擴散，藉此可以增加鋁與矽的反應面積而形成如圖3C所示之共晶層252的特定輪廓。例如，凹槽G中共晶層252的中心深度小於邊緣之深度，藉此在共晶層252之邊緣取得較佳的之燒結反應，及較均勻之局部背電場，換言之，藉由本發明之矽晶太陽能電極能夠使得矽基材210得到較均勻的共晶層252。
並且，如圖3C所示，由於矽基材210之凹槽G和鋁漿有充分的反應面積，有助於提高鋁與矽形成共晶時的反應程度，而無須於填入第二電極組成物282之前先對凹槽進行損害移除(damage removing)的步驟，使得所形成之共晶層252可以成為較為均勻無孔洞的結構。
此外，值得一提的是，第二介電層270於矽基材210背面210B的覆蓋面積與載子存活率為正相關，換言之，第二介電層270的面積越大則所產生的載子可因介電層表面的保護而避免再結合(recombined)，進而延長載子的存活率。另一方面，鋁矽共 晶的面積(通常即為第二介電層270的開口Op面積)與載子收集率相關，換言之，第二介電層270的開口Op面積越大則可將所產生的載子有效地收集並取出，進而提高載子收集率。因此，習知技術中，由於矽基材210之背表面積為固定的情況下，第二介電層270的覆蓋面積與第二介電層270的開口Op面積的總和將為定值，如此一來使得習知技術中的矽晶太陽能電池中載子存活率與載子收集率為兩相權衡(trade off)的關係，二者在習知技術中是無法兼得的。
然而，本發明之矽晶太陽能電池克服了習知矽晶太陽能電池中上述的技術偏見，以雷射L於矽基材210上先刻意地形成了凹槽G，因此可以在不減少第二介電層270覆蓋面積的前提下，利用凹槽G與矽基材210相接觸的兩底邊Gs來增長鋁矽共晶層252的面積，藉此可兼顧載子存活率與載子收集率，進而提高矽晶太陽電池的轉換效率。
另外值得一提的是，本發明是藉由雷射L來移除第二介電層270以及凹槽G，換言之，雷射L的能量並不存在不能破壞矽基材210表面形態的限制，因此雷射L的能量能確實地貫穿第二介電層270並將凹槽G預定形成區上的第二介電層270完全移除，使得即使是位於凹槽G邊緣上方的第二介電層270亦能完全移除而不殘留(可與後文如圖5C之比較例相比較)，如此一來，藉由本發明之製造方法所製造出來的矽晶太陽能基板的局部背面電場如圖3C所示，於凹槽G中所形成的局部背面電場290具有均 勻的厚度。藉此，可進一步提升矽晶太陽能電池200的轉換效率。
圖4A至圖4C分別為本發明一實施例中圖3A至圖3C的掃描式電子顯微鏡的圖片。由圖4A搭配圖3A可以看出藉由雷射L移除部分矽基材210後形成了凹槽G；由圖4B搭配圖3B可以看出於該凹槽G上形成了第二電極組成物282；由圖4C搭配圖3C可以看出於該凹槽G中所形成之鋁矽共晶層252的輪廓具有兩個圓弧，且兩圓弧於交接處具有一個反曲點，使得其中心深度小於邊緣深度。
[比較例]
圖5A至圖5C分別為本發明之矽晶太陽能電池的比較例，而圖6A至圖6C分別為圖5A至圖5C的掃描式電子顯微鏡的圖片。請參照圖5A與圖6A，以雷射L在不破壞矽基材210的背表面210B的情況下僅移除第二介電層270，而於第二介電層270上形成開口Op，其中雷射L為皮秒(picosecond)雷射，並且由圖6A中可看出第二介電層270位於開口Op的邊緣E附近存在殘留而未被完全移除。
請參照圖5B與圖6B，於第二介電層270以及其開口Op上形成第二電極組成物282。請參照圖5C與圖6C，經高溫共燒製程後，於開口Op中形成共晶層352，並形成局部背面電場390。由圖5C及圖6中可明顯看出，比較例之局部背面電場390在鄰近矽基材210的厚度分布並不均勻，尤其是在比較例之共晶層352的邊緣E處，鄰近矽基材表面的局部背面電場390的邊緣有變薄 的趨勢。這樣邊緣變薄的局部背面電場390的結構，容易使得載子於該邊緣處被漏掉而無法有效收集再利用，導致矽晶太陽能電池300的轉換效率大大降低。
綜上所述，利用本發明之矽晶太陽能電池的製造方法， 可以增加背面電極中之鋁與矽基材之間的反應面積，避免於背面電極與矽基材接觸處(例如鋁矽共晶)產生孔洞，並且使背面電極與矽基材接觸處有較充分的反應，而使矽晶太陽能電池的局部背面電場(LBSF(local back surface field))厚度較厚，提高矽晶太陽能電池的效率。此外，藉此所得到之矽晶太陽能電池中所產生的背面電場的邊緣處亦具有較為均勻，而可進一步使矽晶太陽能電池的效率提高。另外，由於本發明是於背面上以雷射L局部移除第二介電層並移除其底下的部分矽基材而形成凹槽G，因此雷射L的能量較不會受到矽基材表面的形態、介電層厚度等影響，如此一來，本發明之矽晶太陽能電池的製造方法具有較大的製程裕度(process window)，而可以低成本生產出高效能的矽晶太陽能電池。
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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍。
S1~S5‧‧‧步驟

Claims (22)

  1. 一種矽晶太陽能電池的製造方法，包括：提供一矽基材，所述矽基材的受光面上形成摻雜層；於所述受光面上形成第一介電層；於所述矽基材相對於所述受光面的背面上形成第二介電層；於所述背面上局部移除所述第二介電層以及所述矽基材的至少一部分，以於所述矽基材背面上形成圖案化第二介電層以及至少一凹槽，其中所述圖案化第二介電層暴露出所述凹槽；於所述受光面上形成第一電極組成物，於所述背面上形成第二電極組成物，其中所述第二電極組成物至少一部份填入所述矽基材之所述凹槽中；以及進行高溫製程，使所述矽基材與所述第一電極組成物以及與所述第二電極組成物共燒結，以於所述矽基材之所述受光面上形成第一電極以及所述背面上形成第二電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中於所述矽基材的所述受光面上形成摻雜層的方法包括：於所述受光面的不同區域形成高濃度摻雜區以及低濃度摻雜區。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述高濃度摻雜區位於所述受光面上所述第一電極的形成區域，且所述高濃度摻雜區的表面電阻小於等於70歐姆/平方。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述低濃度摻雜區位於所述受光面上所述第一電極形成 區域的以外區域，且所述低濃度摻雜區的表面電阻大於70歐姆/平方。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述受光面上所述第一電極形成區域的以外區域包括所述低濃度摻雜區以及所述高濃度摻雜區。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述凹槽的寬度大於5微米且深度大於0.5微米。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中形成所述第一電極組成物的方法包括於所述受光面上網印銀漿，而形成所述第二電極組成物的方法包括於所述背面上網印鋁漿。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，更包括於形成所述背面上形成第三電極組成物，其中形成所述第三電極組成物的方法包括於所述背面上網印銀漿。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，所述凹槽區域至少有一部分為所述鋁漿網印的區域。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中在矽基材上所述圖案化第二介電層的開口的圖案包括線狀、點狀、虛線、環狀、多邊形、不規則形或其組合。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述凹槽在沿著所述矽基材之厚度剖面上的輪廓呈現方形、三角形、圓形、橢圓形、圓弧形、多圓弧形、多邊 形、不規則形或其組合。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述第二電極組成物經與所述矽基材共燒結後，在沿著所述矽基材之厚度方向上的所述凹槽的底邊輪廓呈近似對稱或實質對稱的形狀。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述矽基材為p型矽晶片，所述p型矽晶片包括摻雜硼或摻雜鎵的矽晶片，其中矽晶片包含單晶矽晶片或多晶矽晶片。
  14. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述第一介電層包括SiO2、SixNy、SixNyHz、SixOyNz、SiC或其組合的單層或多層結構。
  15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述第二介電層包括AlxOy、SiO2、SixNy、SixNyHz、SixOyNz、SiC組合的單層或多層結構。
  16. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的矽晶太陽能電池的製造方法，其中所述高溫製程的最高溫度大於600℃。
  17. 一種矽晶太陽能電池，其是利用如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之矽晶太陽能電池的製造方法所製成的。
  18. 一種矽晶太陽能電池，包括：矽基材，於受光面上形成摻雜層，且於背面上具有凹槽，所述凹槽在沿著所述矽基材的厚度方向上具有近似對稱或實質對稱 的輪廓，且所述；第一介電層，位於所述矽基材的所述受光面上；圖案化第二介電層，位於所述矽基材的相對於所述受光面的背面上，且暴露出所述凹槽；第一電極，位於所述受光面上；以及第二電極，位於所述背面上在經高溫共燒後，第二電極與矽基材反應形成的生成物具有中心深度小於邊緣深度的結構特徵。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的矽晶太陽能電池，其中所述摻雜層在所述受光面的不同區域具有高濃度摻雜區以及低濃度摻雜區。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的矽晶太陽能電池，其中所述高濃度摻雜區位於所述受光面上所述第一電極的形成區域，且所述高濃度摻雜區的表面電阻小於等於70歐姆/平方。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的矽晶太陽能電池，其中所述低濃度摻雜區位於所述受光面上所述第一電極形成區域的以外區域，且所述低濃度摻雜區的表面電阻大於70歐姆/平方。
  22. 如申請專利範圍第18項所述的矽晶太陽能電池，更包括第三電極，其中該第二電極為鋁電極在所述電池背面上，第三電極為銀電極在所述電池背面上。
TW102115465A 2013-04-30 2013-04-30 矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池 TW201442261A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102115465A TW201442261A (zh) 2013-04-30 2013-04-30 矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池
CN201310278305.4A CN104134718A (zh) 2013-04-30 2013-07-04 硅晶太阳能电池的制造方法以及硅晶太阳能电池
US14/073,878 US20140318612A1 (en) 2013-04-30 2013-11-07 Manufacturing method of silicon solar cell and silicon solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102115465A TW201442261A (zh) 2013-04-30 2013-04-30 矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201442261A true TW201442261A (zh) 2014-11-01

Family

ID=51788216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102115465A TW201442261A (zh) 2013-04-30 2013-04-30 矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140318612A1 (zh)
CN (1) CN104134718A (zh)
TW (1) TW201442261A (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9589880B2 (en) * 2013-10-09 2017-03-07 Infineon Technologies Ag Method for processing a wafer and wafer structure
DE102015103926B4 (de) * 2015-03-17 2019-03-14 Solarworld Industries Gmbh Solarzelle
CN115249750B (zh) * 2021-04-26 2023-08-11 浙江晶科能源有限公司 光伏电池及其制作方法、光伏组件

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0820684D0 (en) * 2008-11-12 2008-12-17 Silicon Cpv Plc Photovoltaic solar cells
US8790957B2 (en) * 2010-03-04 2014-07-29 Sunpower Corporation Method of fabricating a back-contact solar cell and device thereof
KR101130196B1 (ko) * 2010-11-11 2012-03-30 엘지전자 주식회사 태양 전지
CN102487103B (zh) * 2010-12-03 2014-07-09 上海凯世通半导体有限公司 太阳能电池及其制备方法
WO2013020867A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-14 Imec Methods for the fabrication of back contacted photovoltaic cells
CN102881737A (zh) * 2012-10-15 2013-01-16 浙江正泰太阳能科技有限公司 体结背接触太阳能电池

Also Published As

Publication number Publication date
US20140318612A1 (en) 2014-10-30
CN104134718A (zh) 2014-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11004994B2 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
US20100229928A1 (en) Back-contact photovoltaic cell comprising a thin lamina having a superstrate receiver element
TW201532299A (zh) 具有差異化p型及n型區域架構之太陽能電池射極區的製造
TW201415650A (zh) 太陽能電池及其製作方法
JP2006332273A (ja) 裏面電極型太陽電池
KR20160090287A (ko) 나노구조의 실리콘계 태양 전지 및 나노구조의 실리콘계 태양 전지의 제조 방법
KR101768907B1 (ko) 태양 전지 제조 방법
TWI538244B (zh) Method for manufacturing solar cells
US20120264253A1 (en) Method of fabricating solar cell
TW201515244A (zh) 太陽電池及太陽電池模組
TWI401810B (zh) 太陽能電池
TW201442261A (zh) 矽晶太陽能電池的製造方法以及矽晶太陽能電池
TWM511126U (zh) 具有晶邊收集結構的太陽能電池
US10217880B2 (en) Voltage breakdown device for solar cells
US20130276872A1 (en) Solar cell unit and method for manufacturing the same
KR20100089473A (ko) 고효율 후면 전극형 태양전지 및 그 제조방법
KR100366348B1 (ko) 실리콘 태양 전지의 제조 방법
CN111276569B (zh) 一种增强perc背钝化效果的电池制作方法
TW201431108A (zh) 指叉狀背部電極太陽能電池之製造方法及其元件
JP2006294696A (ja) 太陽電池の製造方法および太陽電池用シリコン基板
US20110030773A1 (en) Photovoltaic cell with back-surface reflectivity scattering
TWI455330B (zh) 太陽能電池結構及其製造方法
KR101583594B1 (ko) 도핑방법, pn 구조, 태양전지 제조방법 및 태양전지
JP2016039246A (ja) 光電変換素子
TWI678814B (zh) 太陽能電池及其製作方法