TW201515252A

TW201515252A - 太陽能電池之製造方法

Info

Publication number: TW201515252A
Application number: TW102135624A
Authority: TW
Inventors: Shuo-Ren Jeng; Yu-Sheng Wang
Original assignee: Mosel Vitelic Inc
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-16
Also published as: JP2015073065A

Abstract

本案係關係於一種太陽能電池之製造方法，至少包括步驟：提供基板；形成射極層於基板之第一表面，其中基板與射極層間形成一pn接面；形成抗反射層於射極層上；於基板之第二表面設置遮罩，且第二表面係相對第一表面設置；於該遮罩上形成鈍化層；移除遮罩，使部分之第二表面暴露形成開口；於第一表面及第二表面進行金屬鍍膜；以及於第一表面形成至少一第一電極，且於第二表面鄰近開口處形成背表面電場和覆蓋於開口及鈍化層之至少一第二電極。藉此，以形成一品質較佳之鈍化層開口，進而提昇鈍化射極背電極電池之品質。

Description

太陽能電池之製造方法

本案係關於一種太陽能電池，尤指一種鈍化射極背電極電池之製造方法。

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，更利用圖樣化一鈍化層並最小化接觸電極之面積與增加導電電極之厚度，研發出如鈍化射極太陽能電池(Passivated Emitter Solar Cell, PESC)、鈍化射極背電極電池(Passivated Emitter Rear Cell, PERC)、鈍化射極背面局部擴散電池(Passivated Emitter Rear Locally Diffused Cell, PERL)等高效率太陽能電池。

鈍化射極背電極電池(Passivated Emitter Rear Cell, PERC)係應用背面點接觸來代替整個背面鋁合金接觸，其特徵在於電池前側及背側上具有介電質鈍化層(Passivation)，且於前側上的鈍化層充當抗反射層，而背側上的介電質鈍化層有開口，做為延長電荷載子的壽命並因而改善光轉換效率。與傳統的太陽能電池製造流程相似，第1A圖至第1E圖為習用鈍化射極背電極電池製作流程示意圖。如第1A圖所示，首先，提供一P型基板10，並於基板10的表面形成凹凸的紋理(Texturing)，以降低光反射率，其中由於凹凸的紋理相當細微，故在第1A圖中省略繪示。接著，提供摻雜劑及利用熱擴散的方式於前表面F形成由N型半導體所構成的射極層11(Emitter Layer)，且於基板10與射極層11之間形成pn接面101(pn junction)。此時，在射極層11上亦會形成磷矽玻璃層(Phosphorus Silicate glass, PSG)(未圖示)，再利用蝕刻方式將表面的磷矽玻璃層移除。

接著，如第1B圖所示，使用沈積(Deposition)之方式於射極層11上形成一層由氮矽化合物(SiNx)構成的抗反射層12(Anti-Reflection Coating, ARC)，以降低光線的反射率並保護射極層11。其後，如第1C圖所示，於背表面R沈積一層氧化鋁(Al2O3)做為鈍化層13。之後，為了形成局部接點，利用雷射或蝕刻膏於鈍化層13上形成複數個開口14，使基板10之部份背表面R’暴露，如第1D圖所示。最後，如第1E圖所示，提供前表面F及背表面R之金屬鍍膜(Metallization)，並進行共同燒結(Co-Firing)程序，使前表面F形成複數個第一電極15，並於背表面R鄰近於開口14處形成局部背表面電場16(Back Surface Field, BSF)和覆蓋於開口14及鈍化層13之第二電極17，藉此以完成鈍化射極背電極電池1之製造。

於鈍化射極背電極電池之製程中，形成良好的鈍化層13及局部背表面電場16是組成太陽能電池最關鍵的技術，但一般習用太陽能電池之製程通常採用前述雷射或蝕刻之方式於鈍化層13上形成複數個開口14，並進一步在鄰近於開口14處之基板10的部份背表面R’處形成局部背表面電場16。然而，傳統以雷射開口方式易導致局部鈍化層13之損壞，而若改以蝕刻膏進行鈍化層13之開口程序，雖可降低鈍化層13之損壞程度，但其製造成本卻相對地提昇。因此，如何在不破壞鈍化層的前提下進行局部開口，並可同時節省製造成本、提昇生產效率，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之目的在於提供一種太陽能電池之製造方法，俾解決習用太陽能電池於背表面進行鈍化層開口時，易造成鈍化層損壞之問題。

本案之另一目的在於提供一種太陽能電池之製造方法，可降低鈍化層開口之破壞程度，以確保太陽能電池形成良好的鈍化層及背表面電場，並同時節省太陽電池之製作成本及提昇生產效率。

為達上述目的，本案之一較廣實施態樣為提供一種太陽能電池之製造方法，至少包括步驟：(a)提供基板；(b)形成射極層於基板之第一表面，其中基板與射極層間形成pn接面；(c)形成抗反射層於射極層上；(d)於基板之第二表面設置遮罩，且第二表面相對於第一表面設置；(e)於遮罩上形成鈍化層；(f)移除遮罩，使部分之第二表面暴露以形成開口；(g)於第一表面及第二表面進行金屬鍍膜；以及(h)於第一表面形成至少一第一電極，且於第二表面鄰近開口處形成背表面電場和覆蓋於開口及鈍化層之至少一第二電極。

1、2‧‧‧鈍化射極背電極電池

10‧‧‧基板
101、201‧‧‧pn接面
11‧‧‧射極層
12‧‧‧抗反射層
13‧‧‧鈍化層
14‧‧‧開口
15‧‧‧第一電極
16‧‧‧背表面電場
17‧‧‧第二電極
F‧‧‧前表面
R‧‧‧背表面
R’‧‧‧部份背表面
20‧‧‧基板
21‧‧‧射極層
22‧‧‧磷矽玻璃層
23‧‧‧抗反射層
24‧‧‧遮罩
241‧‧‧通孔
25‧‧‧鈍化層
26‧‧‧開口
27‧‧‧第一電極
28‧‧‧背表面電場
29‧‧‧第二電極
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S2’‧‧‧部份第二表面

第1A圖至第1E圖係為習用鈍化射極背電極電池製作流程示意圖。
第2A圖至第2J圖係為本案較佳實施例之鈍化射極背電極電池製作流程示意圖。

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，而非架構於限制本案。

請參閱第2A圖至第2J圖，其係為本案較佳實施例之鈍化射極背電極電池製作流程示意圖。如第2A圖所示，首先，提供一基板20，並於基板20的第一表面S1形成凹凸紋理，以降低光線的反射率，而由於凹凸紋理相當細微，因此在第2A圖中省略繪示。於一些實施例中，基板20可為但不限於P型矽基板，且於基板20之第一表面S1形成凹凸紋理的方式可採用但不限於濕蝕刻或反應離子蝕刻等方式。

接著，如第2B圖所示，提供摻雜劑以及利用例如熱擴散的方式在基板20之第一表面S1形成射極層21，於本實施例中，射極層21可為但不限於N型射極層，其中，熱擴散之擴散源可為三氯氧磷(POCl3)，且該基板20與射極層21之間形成pn接面201。此時，在射極層21上亦會形成磷矽玻璃層22。其後，如第2C圖所示，再利用例如氫氟酸(HF)蝕刻之方式，將磷矽玻璃層22移除，故基板20表面上僅覆蓋射極層21。

隨後，如第2D圖所示，於射極層21上形成抗反射層23，其中抗反射層23較佳係利用化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition, CVD)沈積一氮矽化合物所構成，但不以此為限。抗反射層23係具有可降低光線的反射率並具有高通透性等優點，可使氫由抗反射層23內大量穿透至基板20內部，以進行氫鈍化過程，進而提升太陽能電池之效能。於一些實施例中，抗反射層23可由氮化矽、二氧化矽、氧化鋅、氧化錫、二氧化鎂等材質構成，但不以此為限。

其後，如第2E圖所示，於基板20之第二表面S2上設置一遮罩24，其中，該基板20之第二表面S2係相對於第一表面S1而設置，而該遮罩24可為柵體或網狀結構，但不以此為限，於本實施例中，該遮罩24具有複數個鏤空通孔241，通孔241之型態可依所欲形成鈍化層25之大小、形狀任施變化。因此，當遮罩24設置於基板20之第二表面S2時，遮罩24之通孔241可暴露出部份第二表面S2’。接著，再如第2F圖所示，於該遮罩24上沈積一鈍化層25，該鈍化層25係填入遮罩24之通孔241中，使得方才被暴露出的基板20之部份第二表面S2’可完全被遮罩24及鈍化層25所覆蓋。於本實施例中，該鈍化層25係較佳由原子層沈積法(Atomic Layer Deposition, ALD)沈積氧化鋁(Al2O3)所組成，但不以此為限，而前述之原子層沈積法相較於傳統之物理氣相沈積法(Physical Vapor Deposition, PVD)或化學氣相沈積法而言，具有較大面積優異的覆蓋性與均一性、薄膜結構緻密且無孔洞，以及可精確地控制膜厚以及較低的工作溫度等優點。之後，再如第2G圖所示，將遮罩24移除，因此基板20之第二表面S2上僅覆蓋鈍化層25，且鈍化層25之外觀型態係與遮罩24之通孔241相對應，同時，原先基板20之第二表面S2被遮罩24所遮蔽之處，係因遮罩24之移除而被暴露，並形成開口26。

最後，請同時參閱第2H圖、第2I圖及第2J圖，其係分別將第一導電材料設置於抗反射層23上以及將第二導電材料設置於鈍化層25上，並透過金屬鍍膜(Metallization)過程，即採用電鍍(Plating)或是網版印刷(Screen Printing)技術等方式將第一導電材料塗覆在抗反射層23上，於本實施例中，第一導電材料可為但不限於銀，同樣地，以金屬鍍膜程序將第二導電材料塗覆於鈍化層25上，且該第二導電材料係以鋁為佳，但不以此為限。之後，再對第一導電材料及第二導電材料進行共同燒結(Co-Firing)步驟，使得第一導電材料於基板20之第一表面S1形成第一電極27，且其係穿越抗反射層23並延伸連接至射極層21；另一方面，基板20之第二表面S2處則因第二導電材料23之導熱，導致基板20之第二表面S2鄰近開口26的部份，亦即未被鈍化層25所覆蓋之第二表面S2，形成局部背表面電場28(如第2J圖所示)，產生局部背接點，同時，形成第二電極29於部份之第二表面S2及鈍化層25上，且該第二電極29係覆蓋於開口26及鈍化層25之上，藉此以完成本案鈍化射極背電極電池2之製造。

綜上所述，本案之鈍化射極背電極電池製造過程中，係於基板之第二表面設置遮罩，使鈍化層上形成品質較佳之開口，有助於後續局部背表面電場之形成。因此，相較於傳統以雷射或蝕刻膏進行鈍化層開口程序，本案可將鈍化層破壞之問題降到最低，進而確保太陽能電池具有良好品質的鈍化層及背表面電場，並且，同時節省其製作成本、提昇生產效率。是以，本案之太陽能電池之製造方法具有極高之實用性，實為一具產業價值之發明，爰依法提出申請。

縱使本發明已由上述實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝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。

2‧‧‧鈍化射極背電極電池

20‧‧‧基板

201‧‧‧pn接面

21‧‧‧射極層

23‧‧‧抗反射層

25‧‧‧鈍化層

26‧‧‧開口

27‧‧‧第一電極

28‧‧‧背表面電場

29‧‧‧第二電極

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

Claims

一種太陽能電池之製造方法，至少包括步驟：

   (a)提供一基板；

   (b)形成一射極層於該基板之一第一表面，其中該基板與該射極層間形成一pn接面；

   (c)形成一抗反射層於該射極層上；

   (d)於該基板之一第二表面設置一遮罩，且該第二表面係相對於該第一表面設置；

   (e)於該遮罩上形成一鈍化層；

   (f)移除該遮罩，使部分之該第二表面暴露以形成一開口；

   (g)於該第一表面及該第二表面進行金屬鍍膜；以及

   (h)於該第一表面形成至少一第一電極，且於該第二表面鄰近該開口處形成一背表面電場和覆蓋於該開口及該鈍化層之至少一第二電極。

2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該步驟(a)之後更包括步驟(a1)形成凹凸紋理於該基板之該第一表面。

3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該步驟(b)之後更包括步驟：

   (b1)形成一磷矽玻璃層於該射極層上；以及

   (b2)移除該磷矽玻璃層。

4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該步驟(c)係以化學氣相沈積法實現，且該抗反射層係由氮矽化合物所構成。

5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該遮罩係具有複數個鏤空通孔，故當該步驟(d)之該遮罩設置於該基板之該第二表面時，該遮罩之該通孔可暴露出部份之該第二表面。

6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池之製造方法，其中該步驟(e)之該鈍化層係填入該遮罩之該通孔中，俾使該基板之該第二表面完全被該遮罩及該鈍化層所覆蓋。

7. 如申請專利範圍第1 項所述之太陽能電池之製造方法，其中該步驟(e)係以原子層沈積法所實現，且該鈍化層係由氧化鋁所構成。

8. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池之製造方法，其中該步驟(f)之該鈍化層之形狀係與該遮罩之該通孔相對應，且原先被該遮罩遮蔽之處係暴露形成該開口。

9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該步驟(f)之後更包括步驟(f1)分別設置一第一導電材料及一第二導電材料於該第一表面及該第二表面上。

10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該太陽能電池係為鈍化射極背電極電池。