TW201721893A - 太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

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朱利安 佩瑙
馬丁 賈拉 費爾南德斯
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太陽電子公司
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Abstract

製造太陽能電池的方法及產生的太陽能電池被描述。在一示例中，製造太陽能電池之方法包含形成氧化區域於矽基板之光接收表面上。方法可包含形成界面區域於矽基板之光接收表面上。方法也可包含形成包含位於界面區域上的鋁氧化物的第一表面區域，以及形成第二表面區域於第一表面上。在一些實施例中，第一表面區域可具有大於第二表面區域的厚度。在一實施例中，第二表面區域之厚度可大於第一表面區域之厚度。

Description

太陽能電池及其製造方法
本發明是關於一種太陽能電池及其製造方法。
光伏打(PV)電池，俗稱太陽能電池，是將太陽輻射轉換成電能之裝置。一般來說，照射在基板表面並進入基板的太陽能輻射在基板內產生電子及電洞對。電子及電洞對遷移至基板內的p摻雜區及n摻雜區，因此在摻雜區之間產生電壓差。摻雜區係連接至太陽能電池的導電區，以將電流自電池引導至外部電路。當PV電池結合在陣列例如PV模組中時，從所有PV電池收集的電能可以串聯和並聯配置組合，以提供具有特定電壓和電流的電力。
效能為太陽能電池的重要特性，其與太陽能電池的性能直接相關。同樣地，太陽能電池的生產效率也與太陽能電池的成本效益直接相關。因此，普遍期望用於增加太陽能電池效能的技術或用於增加太陽能電池生產效率的技術。本揭露的部分實施例允許藉由提供用於製造太陽能電池結構的創新製程，以提升太陽能電太陽電池的生產效率。本揭露的部分實施例允許藉由提供用於製造太陽能電池結構的創新製程，以提升太陽能電池的效能。
基於上述目的，本發明係提供一種太陽能電池，其太陽能電池包含矽基板、界面區域、第一表面區域以及第二表面區域。矽基板係具有光接收表面。界面區域位於矽基板之光接收表面上。第一表面區域包含位於界面區域上之鋁氧化物。第二表面區域位於第一表面區域上。
較佳地，包含鋁氧化物的第一表面區域之厚度大於第二表面區域之厚度。
較佳地，界面區域包含位於氧化區域上之矽基區域。
較佳地，界面區域包含多晶矽、氮化矽、微晶矽或二氧化矽。
較佳地，包含鋁氧化物的第一表面區域的厚度係介於15至150nm之範圍內。
較佳地，第二表面區域之厚度係介於1至10nm之範圍內。
較佳地，第二表面區域包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。
基於上述目的，本發明再提供一種太陽能電池，其太陽能電池包含矽基板、界面區域、第一表面區域以及第二表面區域。矽基板係具有光接收表面。界面區域位於矽基板之光接收表面上。第一表面區域包含形成於界面區域上之鋁氧化物。第二表面區域位於第一表面區域上，第二表面區域之厚度大於第一表面區域之厚度。
較佳地，界面區域包含位於氧化區域上之矽基區域。
較佳地，界面區域包含多晶矽、氮化矽、微晶矽或二氧化矽。
較佳地，包含鋁氧化物的第一表面區域之厚度係介於1至15nm之範圍內。
較佳地，第二表面區域之厚度係介於50至100nm之範圍內。
較佳地，第二表面區域包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。
基於上述目的，本發明提供一種製造太陽能電池之方法，其方法包含下列步驟：形成界面區域於矽基板之光接收表面上；形成第一表面區域，其包含位於界面區域上之鋁氧化物；形成一第二表面區域於第一表面區域上。
較佳地，形成包含鋁氧化物的第一表面區域包含執行原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沈積、分子束磊晶(MBE)或濺鍍。
較佳地，形成包含鋁氧化物的第一表面區域包含在一原子層沉積(ALD)製程期間使用一氫化氣體。
較佳地，形成包含鋁氧化物的第一表面區域包含使用一蒸氣前導物沉積鋁氧化物。
較佳地，形成界面區域包含形成氧化區域於矽基板之光接收表面上以及隨後形成矽基區域於氧化區域上。
較佳地，形成界面區域包含形成非晶矽、氮化矽或微晶矽或氧化矽於矽基板之光接收表面上。
較佳地，本發明之方法更包含在形成第二表面區域於第一表面區域上之後，執行一退火製程。
以詳細的描述在本質上僅是說明性的，且不意於限制本申請標的物的實施例或此類實施例的使用。如本文所用的「示例性」一詞，其意味著「示例、例子或說明」。本文中所描述的任何實施方式皆為示例性的，不必然是最佳的或優於其他實施方式。此外，不意圖受呈現於前述的技術領域、先前技術、摘要或下列實施例中任何表達或隱喻的理論所限制。
本說明書中包含參照「一個實施例(one embodiment)」或「一實施例(an embodiment)」的用語。「在一個實施例中(in one embodiment)」或「在一實施例中(in an embodiment)」用語的出現不必然意指相同實施例。特定特徵、結構或特性可與本揭露一致的任何適合的方式結合。
術語：以下段落提供本揭露(包含所附之申請專利範圍)中所建立之用語的定義及/或語境(context)。
「包含(Comprising)」：其為開放式用語。當使用於所附之申請專利範圍中時，此用語不排除額外的結構或步驟。
「配置以(Configured to)」：各種單元或元件可描述或主張「配置以」執行某一項或多項任務。在這樣的意涵下，使用「配置以」指出單元/元件包含在操作期間執行那些一或多個任務的結構而暗示結構。如此一來，即使當特定單元/元件並非目前正在運作的(例如未啟動/作動)，單元/元件也可說是被配置以執行任務。敘述單元/電路/元件「配置以」執行某一項或多項任務係明示不針對此類單元/元件援引35 U.S.C §112第6段。
「第一(First)」、「第二(Second)」等：如本文所用，此類用語作為其所前綴(precede)的名詞的標記，且不暗示任何型態的(例如空間的、時間的、邏輯的等)順序。舉例而言，參照太陽能電池之「第一」表面區域並不一定意味著此表面區域在順序上是第一個表面區域；而是，用語「第一」係用以區別此表面區域與另一表面區域(例如太陽能電池的「第二」表面區域)。在一實施例中，表面區域可以是一個抗反射區域等。在一些實施例中，表面區域可以是阻隔區域，例如其可以為保護太陽能電池之表面免於潮濕及/或被紫外(UV)光損壞的區域。
「基於(Based On)」：如本文所用，此用語被用於描述影響判斷的一或多個因素。此用語並不排除其他可能影響判斷的因素。也就是說，判斷結果可能僅基於那些因素，或至少部分地基於那些因素。以「基於B決定A」為例，當B可能是影響A的因素之一時，並不排除亦基於C決定A。在其他例子中，A可僅基於B而決定。
「耦接(Coupled)」：以下描述係指元件或節點或特徵被「耦接」在一起。如本文所用，除非另有明確說明，否則「耦接」意味著一個元件或節點或特徵直接或間接地接合(或直接或間接地通訊連接)另一個元件或節點或特徵，且不必然為機械性地。
「抑制(Inhibit)」：如本文所用，「抑制」是用來描述降低或最小化效果。當一個組件或特徵被描述為抑制動作、作動或條件時，其可能完全阻止其結果或後果或未來狀態。此外，「抑制」亦可指其他可能發生的結果、性能和/或效力的降低或減輕。因此，當組件、元件、或特徵被稱為抑制結果或狀態時，其並不必然完全阻止或消除該結果或狀態。
此外，某些術語也可僅為了參考之目的而用於下文中，且因此不意圖作為限制。舉例來說，藉由參照本文與描繪所討論的元件的相關圖式，以在與所參照的一致但任意的框架中，使用用語例如「上 (upper)」、「下(lower)」、「上(above)」、「下方(below)」表示參照之圖式中的方向。「前(front)」、「後(back)」、「後方(rear)」、「側(side)」、「外側(outboard)」、「內側(inboard)」來明確描述部分元件的方位及/或位置。此類術語可包含上述具體提到的詞語、其衍生字、以及類似含義的字詞。
在以下文中，闡述許多具體細節，例如具體的操作流程，以提供本揭露中的部分實施例的充分了解。對於所屬技術領域中具有通常知識者顯而易見的是，本揭露的實施方式沒有這些具體細節時仍可實現。在其它情況下，不詳細描述習知技術以免不必要地模糊本揭露的實施例。
本說明書包含製造太陽能電池之示例性方法的描述，隨後是由所述方法形成的示例性太陽能電池。在各種實施例中，太陽能電池可為單晶太陽能電池或多晶太陽能電池，且可為背接觸式太陽能電池或前接觸式太陽能電池。各種示例將提供於本說明書中。
現在轉看第1圖，根據一些實施例顯示一種製造太陽能電池的方法。在各種實施例中，第1圖的方法可比圖中所繪示更包含額外的(或更少的)區塊。舉例來說，在一些實施例中，於區塊102，氧化區域不需形成於矽基板之光接收表面上。
參照第2圖，並對應於第1圖之流程圖之步驟102，根據一些實施例，氧化區域210可形成於在矽基板202之前側204的光接收表面209上。在一實施例中，氧化區域210可包含氧化矽等。在一實施例中，氧化區域210可具有介於2-10nm之範圍內的厚度。在一實施例中，氧化區域可進行熱成長。在一些實施例中，不需形成氧化區域210。
在一些實施例中，在形成氧化區域210之前，矽基板202可進行清洗、拋光、平坦化及/或薄化或其他製程。在一實施例中，矽基板202可為單晶或多晶矽基板。矽基板202可為N型或P型的矽基板。在一實施例中，矽基板202可具有相對於背側206的前側204。
在一實施例中，在矽基板202之前側204的光接收區域209可為皺褶的，如第2圖所示。在一實施例中，氫氧化物濕式蝕刻液可用以形成至少一部分的皺褶表面202，及/或使基板202之暴露部分皺褶。皺褶表面可具有規則或不規則形表面，用以散射入射光、降低太陽能電池200之光接收及/或暴露表面的反射光量。然而，應當理解的是，製造流程可省略使後表面206及/或前表面204之皺褶以及甚至皺褶表面209的形成。
第3圖，並對應於第1圖之流程圖之步驟104，其係繪示根據一些實施例之形成矽基區域212於氧化區域210上。在一實施例中，矽基區域212可為非晶矽、氮化矽或微晶矽等。在一實施例中，矽基區域可使用化學氣相沉積(CVD)、電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)等沉積製程形成。在一實施例中，矽基區域212可具有介於1-20nm之範圍內的厚度。
在一實施例中，矽基區域212及/或氧化區域210可形成界面區域213。在一實施例中，界面區域213可具有介於1-30nm之範圍內的厚度。在一實施例中，界面區域213可包含非晶矽、氮化矽、微晶矽微晶矽及/或二氧化矽。
參照第4圖，並對應於第1圖之流程圖之步驟106，根據一些實施例，第一表面區域214可形成於在太陽能電池200之前側204的界面區域213上。在一實施例中，第一表面區域214可包含鋁氧化物。在一實施例中，第一表面區域214可具有介於15-150nm之範圍內的厚度(例如第6圖所示)。在一實施例中，第一表面區域214可具有大約介於1.6–1.75之範圍內的折射率(n)。在一些實施例中，第一表面區域214可具有介於1-15nm之範圍內的厚度(例如第7圖所示)。在一實施例中，第一表面區域216可為抗反射(AR)區域。在一些實施例中，第一表面區域214大致上可為透明的。
在一實施例中，第一表面區域214可藉由原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、旋轉塗佈技術、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沈積、分子束磊晶(MBE)或濺鍍等其他製程形成。在一實施例中，第一表面區域214可使用氫化氣體形成(例如在ALD製程期間)。在一些實施例中，第一表面區域214之鋁氧化物可藉由使用蒸氣前導物沉積鋁氧化物而形成。
在一實施例中，使用蒸氣前導物形成具有鋁氧化物的第一表面區域214，大致上可提高矽基板202之光接收表面209上的表面鈍化(例如可實現前表面的飽和電流Joe少於10fA/cm2)。在一實施例中，第一表面區域214可為氫基鈍化區域。在一示例中，第一表面區域214可包含氫化的鋁氧化物。在一實施例中，第一表面區域214可包含額外的氫氣(例如來自於氫化氣體及/或蒸氣前導物製程)，其大致上可減少矽基板202之光接收表面209的表面重組。在一實施例中，使用蒸氣前導物以形成具有鋁氧化物的第一表面區域214，大致上可提升太陽能電池200長時間曝曬在紫外光(UV)下之可靠度(例如大致減少太陽能電池200之前側202因長時間曝曬在紫外光(UV)輻射下而導致的表面重組(光致衰減))。
第5圖，並對應於第1圖之流程圖之步驟108，其係繪示根據一些實施例之形成第二表面區域216於第一表面區域214上。在一實施例中，第二表面區域216可包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。在一實施例中，第二表面區域216可具有介於1-10nm之範圍內的厚度(例如第6圖所示)。在一些實施例中，第二表面區域214可具有介於50-100nm之範圍內的厚度(例如第7圖所示)。
在一實施例中，第二表面區域216可為阻隔區域。在一示例中，第二表面區域216可抑制濕氣滲入(例如為濕氣阻隔物)。在一些實施例中，第二表面區域216也可為抗反射(AR)區域。在一實施例中，第二表面區域216大致上可為透明的。
在一實施例中，隨後可執行退火製程，以形成第二表面區域216於第一表面區域214上。在一實施例中，退火可更進一步改善界面區域213、第一表面區域214以及第二表面區域216的鈍化(例如退火可更進一步降低太陽能電池200之前側204的表面重組)。在一實施例中，退火製程可包含在介於攝氏350–550度之範圍內的一溫度下退火矽基板。
參照第2-5圖，根據一些實施例，另一氧化區域218以及矽基區域220可設置在位於太陽能電池200之背側206的另一光接收表面211上。在一實施例中，光接收表面211可為皺褶的。在一些實施例中，光接收表面211可以相同於或相似於在前側204上的光接收表面209的製程而皺褶化(例如藉由使用氫氧化物濕式蝕刻液)。在一實施例中，在背側206上的氧化區域218可包含氧化矽等。在一實施例中，在背側206上的矽基區域220可為非晶矽、氮化矽或微晶矽等。在一些實施例中，氧化區域以及矽基區域218、220可在太陽能電池200之背側206上形成界面區域215。在一實施例中，氧化區域210、218以及矽基區域212、220可以相同的製程形成於前側204及背側206上(例如，以相同熱的生長及/或化學氣相沉積(CVD)製程)。在一些實施例中，在太陽能電池200之背側206上，不需形成氧化區域218以及矽基區域220。在一實施例中，除了界面區域215位於太陽能電池200之背側204上外，形成界面區域215與界面區域213之技術大致上相似。因此，界面區域213的描述同樣適用於界面區域215，而不在此贅述。
參照第2-5圖，根據一些實施例，表面區域222、224可設置在位於太陽能電池200之背側206的界面區域215上。在一實施例中，表面區域222可包含鋁氧化物。在一實施例中，表面區域224可包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。 在一實施例中，在前側204上的表面區域214、216以及在背側206上的表面區域222、224可以相同的製程(例如以相同的沉積製程)形成。在一些實施例中，不需形成表面區域222、224。在一實施例中，除了表面區域222、224形成在太陽能電池200之背側204上外，形成表面區域222、224與形成表面區域214、216之技術大致相似。因此，表面區域214、216的描述同樣適用於表面區域222、224，而不在此贅述。
第6圖係繪示根據一些實施例以第1-5圖所述方法形成的示例性太陽能電池。如圖所示，太陽能電池200可具有在正常操作期間面對太陽的前側204，以及相對前側204的背側206。在一實施例中，太陽能電池200可包含矽基板202。
在一實施例中，氧化區域210可設置在位於太陽能電池200之前側204的光接收表面209上。在一實施例中，氧化區域210可包含氧化矽等。在一實施例中，氧化區域可具有介於2-10nm之範圍內的厚度。在一些實施例中，氧化區域210可以不存在。
在一實施例中，在太陽能電池200之前側204上的光接收表面209可為在太陽能電池200的正常操作過程中面對太陽的矽基板202之一表面(例如收集光)。在一實施例中，在矽基板202之前側204的光接收表面209可如圖所示為皺褶的。皺褶表面可為規則或不規則形表面，其用以散射入射光、降低太陽能電池之光接收及/或暴露表面之反射光量。在一些實施例中，光接收區域209不必為皺褶的。
在一實施例中，矽基區域212可設置在氧化區域210上。在一實施例中，矽基區域212可為非晶矽、氮化矽或微晶矽。在一實施例中，矽基區域212可具有介於1-20nm之範圍內的厚度。
在一實施例中，矽基區域212及/或氧化區域210可形成界面區域213。在一實施例中，界面區域213可具有介於1-30nm之範圍內的厚度。在一實施例中，界面區域213可隔絕矽基板202與第一表面區域214。在一示例中，矽基板可為N型矽基板，而第一表面區域214可包含鋁氧化物。在一些示例中，來自鋁氧化物之負電荷不利於N型矽基板202之光接收表面的表面鈍化(例如增加太陽能電池200之前側202的表面重組)。在一實施例中，界面區域213之氧化區域210可隔絕負電荷與鋁氧化物。
在一實施例中，第一表面區域214可設置在界面區域213上。在一實施例中，第一表面區域214可配置用以提升太陽能電池200之光學特性(例如集光特性)。在一實施例中，第一表面區域214可為抗反射(AR)區域。在一實施例中，第一表面區域214可包含鋁氧化物。在一示例中，鋁氧化物可用作為抗反射塗層。在一實施例中，第一表面區域214可具有大約介於1.6–1.75之範圍內的折射率(n)。在一實施例中，相比於具有包含氮化矽的表面區域的太陽能電池，包含鋁氧化物的第一表面區域214在紅外線範圍(例如介於約700nm-1000nm)內可具有大致改善的反射率。在一實施例中，第一表面區域214可具有介於15-150nm之範圍內的厚度。
在一實施例中，具有鋁氧化物的第一表面區域214可使用蒸氣前導物形成，以大致地改善矽基板202之光接收表面209的表面鈍化(例如可大致地減少太陽能電池200之前側202的表面重組)。在一實施例中，第一表面區域214可為氫基鈍化區域。在一示例中，第一表面區域214可包含氫化的鋁氧化物。在一實施例中，第一表面區域214可包含額外的氫氣(例如來自氫化氣體及/或蒸氣前導物製程)，其大致上可減少位於太陽能電池200之前側204的光接收表面209的表面重組。在一實施例中，使用蒸氣前導物以形成具有鋁氧化物的第一表面區域214，大致上可改善太陽能電池200長時間在紫外(UV)光下的可靠度(例如可大致地減少太陽能電池200之前側204因長時間曝曬在紫外光(UV)輻射下而導致的表面重組(光致衰減))。
在一實施例中，第二表面區域216可設置於第一表面區域214上。在一實施例中，第二表面區域216可配置以提升整體太陽能電池鈍化(例如可大致地減少太陽能電池200之前側204的表面重組)。在一示例中，第二表面區域216可包含氮化矽，以改善太陽能電池200的鈍化。在一實施例中，第二表面區域216可包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。在一實施例中，第一表面區域214可具有大於第二表面區域216之厚度的厚度。在一實施例中，第二表面區域216可具有介於1-10nm之範圍內的厚度。
在一實施例中，第二表面區域216可為阻隔區域。在一示例中，第二表面區域216可抑制濕氣滲入(例如為濕氣阻隔物)。在一些實施例中，第二表面區域216也可為抗反射(AR)區域。在一實施例中，第二表面區域216大致上可為透明的。
在一實施例中，在太陽能電池200之前側204上形成氧化區域210之前，矽基板202可進行清洗、拋光、平坦化及/或薄化或其他製程。在一實施例中，矽基板202可為單晶或多晶矽基板。在一實施例中，矽基板202可為N型或P型矽基板。在一實施例中，N型及P型摻雜區232、234可在矽基板202內。在一實施例中，N型及P型摻雜區可設置在基板202上。在一示例中，N型及P型摻雜區232、234可為摻雜的多晶矽區域。在一實施例中，摻雜的多晶矽區域可設置在矽基板202上。在一實施例中，介電區域(例如穿隧氧化物)可設置在摻雜的多晶矽區域以及矽基板202之間。
在一實施例中，金屬觸指242、244可設置在矽基板202上，以允許從N型及P型摻雜區232、234至外部電路的電流傳導路徑。在一實施例中，分離區域246可形成以分離不同極性的金屬觸指242、244(例如正極及負極觸指242、244)以免其相互接觸。在一些實施例中，分離區域246可包含溝槽區域，其中溝槽區域可為矽基板202的部分蝕刻區域。在一示例中，溝槽區域可包含在背側206上的光接收表面211，及/或在一些實施例中，光接收表面211可為皺褶的。 在一實施例中，金屬觸指242、244可替代設置在太陽能電池200之前側204上(例如用於前接觸式太陽能電池)。在相同實施方式中，分離區域246可形成於金屬觸指242、244之間，以允許減少前接觸太陽能電池之前表面上的遮蔽，例如最大化光收集量。
在一實施例中，根據一些實施例，另一氧化區域218以及矽基區域220可設置在矽基板202之背側206上。在一實施例中，在背側206上的氧化區域218可包含氧化矽等。在一實施例中，在背側206上的矽基區域220可為非晶矽、氮化矽或微晶矽等。在一些實施例中，氧化區域以及矽基區域218、220可在太陽能電池200之背側206上形成界面區域215。在一實施例中，氧化區域210、218以及矽基區域212、220可以相同的製程(例如相同的熱生長及/或沉積製程)形成於前側204以及背側206上。在一些實施例中，在太陽能電池200之背側206上不需形成氧化區域218以及矽基區域220。在一實施例中，除了界面區域215位於太陽能電池200之背側204上外，界面區域215的結構大致相似於界面區域213的結構。
在一實施例中，根據一些實施例，表面區域222、224可設置在位於太陽能電池200之背側206的界面區域215上。在一實施例中，表面區域222可包含鋁氧化物。在一實施例中，表面區域324可包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。在一實施例中，在前側204上的表面區域214、216以及在背側206上的表面區域222、224可以相同的製程(例如相同的沉積製程)形成。在一些實施例中，不需形成表面區域222、224。在一實施例中，除了表面區域222、224位在太陽能電池200之背側204外，表面區域222、224的結構大致相似於表面區域214、216的結構。
參照第7圖所示，顯示根據一些實施例之示例性太陽能電池。如圖所示，其中第7圖的太陽能電池具有與第6圖的元件相似的參考數字，其中在所有附圖中相同的參考數字意指相似的元件。
第7圖係繪示根據一些實施例以第1-5圖所述方法形成的太陽能電池。如圖所示，太陽能電池300具有在正常操作期間面對太陽的前側304，以及相對於前側304的背側306。在一實施例中，太陽能電池300可包含矽基板302。
在一實施例中，氧化區域310可設置在位於太陽能電池300之前側304的光接收表面309上。在一實施例中，氧化區域310可包含氧化矽等。在一實施例中，氧化區域可具有介於2-10nm之範圍內的厚度。在一些實施例中，不需形成氧化區域210。
在一實施例中，在太陽能電池300之前側304上的光接收表面309可為在正常操作期間面對太陽光的矽基板302之一表面 (例如收集光)。在一實施例中，在矽基板302之前側304的光接收表面309可如圖所示為皺褶的。皺褶表面可具有規則或不規則形表面，用以散射入射光、降低太陽能電池之光接收及/或暴露表面之反射光量。在一些實施例中，光接收區域309不需為皺褶的。
在一實施例中，矽基區域312可設置在氧化區域310上。在一實施例中，矽基區域312可為非晶矽、氮化矽或微晶矽。在一實施例中，矽基區域312可具有介於1-20nm之範圍內的厚度。
在一實施例中，矽基區域312及/或氧化區域310可形成界面區域313。在一實施例中，界面區域313可具有介於1-30nm之範圍內的厚度。在一實施例中，界面區域310可隔絕矽基板302與第一表面區域314。在一示例中，矽基板可為N型矽基板，而第一表面區域314可包含鋁氧化物。在一實施例中，界面區域313之氧化區域310可隔絕負電荷與鋁氧化物。
在一實施例中，第一表面區域314可設置在界面區域313上。在一實施例中，第一表面區域314可配置以改善整體太陽能電池之鈍化(例如減少太陽能電池300之前側304上的表面重組)。在一示例中，第一表面區域214可包含鋁氧化物，以改善太陽能電池300的鈍化。在一實施例中，第一表面區域314可具有介於1-15nm之範圍內的厚度。在一實施例中，第一表面區域214可具有大約介於1.6–1.75之範圍內的折射率(n)。在一實施例中，第一表面區域314大致上可為透明的。
在一實施例中，具有鋁氧化物的第一表面區域314可使用蒸氣前導物形成，以大致地改善矽基板302之光接收表面309的表面鈍化(例如減少太陽能電池300之前側302的表面重組)。在一實施例中，第一表面區域314可為氫基鈍化區域。在一示例中，第一表面區域314可包含氫化的鋁氧化物。在一實施例中，第一表面區域314可包含額外的氫氣(例如來自於氫化氣體及/或蒸氣前導物製程) ，其大致上可減少矽基板302之光接收表面309的表面重組。在一實施例中，使用蒸氣前導物以形成具有鋁氧化物的第一表面區域314，大致上可改善太陽能電池300長時間曝曬在紫外(UV)光下之可靠度(例如大致上減少太陽能電池300之前側302因長時間曝曬在紫外(UV)光輻射下所導致的表面重組(光致衰減))。
在一實施例中，第二表面區域316可設置在位於太陽能電池200之前側204的第一表面區域314上。在一實施例中，第二表面區域316可配置以大致地提升太陽能電池300之光學特性(例如集光特性)。在一實施例中，第二表面區域314可為抗反射(AR)區域。在一實施例中，第二表面區域314可包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。在一示例中，氮化矽可用作為抗反射塗層。在一實施例中，第二表面區域316可具有大於第一表面區域314之厚度的厚度。在一實施例中，第二表面區域316可具有介於50-100nm之範圍內的厚度。在一實施例中，第二表面區域316大致上可為透明的。
在一實施例中，在太陽能電池300之前側304上形成氧化區域310之前，矽基板302可進行清洗、拋光、平坦化及/或薄化或其他製程。在一實施例中，矽基板302可為單晶或多晶矽基板。在一實施例中，矽基板302可為N型或P型矽基板。在一實施例中，N型及P型摻雜區332、334可在矽基板302內。在一實施例中，N型及P型摻雜區可設置在基板302上。在一示例中，N型及P型摻雜區332、334可為摻雜的多晶矽區域。在一實施例中，摻雜的多晶矽區域可設置在矽基板302上。在一實施例中，介電區域(例如穿隧氧化物)可設置在摻雜的多晶矽區域以及矽基板302之間。
在一實施例中，金屬觸指342、344可設置在矽基板302上，以允許從N型及P型摻雜區332、334至外部電路的電流傳導路徑。在一實施例中，分離區域346可形成以分離不同極性的金屬觸指342、344(例如，正極及負極觸指342、344) 以免其相互接觸。在一些實施例中，分離區域346可包含溝槽區域，其中溝槽區域可為矽基板302的部分蝕刻區域。在一示例中，溝槽區域可包含在背側206上的光接收表面311，及/或在一些實施例中，光接收表面311可為皺褶的。在一實施例中，金屬觸指342、344可替代設置在太陽能電池300之前側304上(例如用於前接觸式太陽能電池)。在相同實施方式中，分離區域46可形成於金屬觸指342、344之間，以允許減少前接觸太陽能電池之前表面上的遮蔽，例如最大化光收集量。
在一實施例中，根據一些實施例，另一氧化區域318以及矽基區域320可設置在矽基板302之背側306上。在一實施例中，在背側306上的氧化區域318可包含氧化矽等。在一實施例中，在背側306上的矽基區域320可為非晶矽、氮化矽或微晶矽等。在一些實施例中，氧化區域以及矽基區域318、320可在太陽能電池300之背側306上形成界面區域315。在一實施例中，形成氧化區域310、318以及矽基區域312、320可以相同的製程(例如相同的熱生長及/或沉積製程)形成於前側304以及背側306上。在一些實施例中，不需在矽基板302之背側306上形成氧化區域318以及矽基區域320。在一實施例中，除了界面區域315位在太陽能電池300之背側204上，形成界面區域315之結構及/或技術與形成界面區域313之結構及/或技術大致上相似。因此，界面區域313的描述同樣適用於界面區域315，而不在此贅述。
在一實施例中，表面區域322、324可設置在矽基板302之背側306上。在一實施例中，表面區域322可包含鋁氧化物。在一實施例中，表面區域324可包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。在一實施例中，在前側204上的表面區域314、316以及在背側206上的表面區域322、324可以相同的製程 (例如相同的沉積製程) 形成。在一些實施例中，不需形成表面區域322、324。在一實施例中，除了表面區域322、324位在太陽能電池300之背側304上外，形成表面區域322、324之結構及/或技術大致上與形成表面區域314、316之結構及/或技術相似。因此，界面區域314、316的描述同樣適用於表面區域322、324，而不在此贅述。
參照第6及7圖之太陽能電池200/300，根據一些實施例，界面區域213/313、包含鋁氧化物的第一表面區域214/314以及第二表面區域216/316的結合可提升整體太陽能電池效率。在一示例中，相比於不具有包含鋁氧化物的第一表面區域的太陽能電池，包含氧化矽的界面區域213/313及形成於矽基板202/302之光接收表面209/309上的氮化矽區域、包含鋁氧化物的第一表面區域214/314及包含氮化矽的第二表面區域216/316可將太陽能電池200/300的整體效率提升0.2-0.3% 。
參照第8及9圖，顯示示例性太陽能電池(A)以及(B)之飽和電流(Joe)之圖表。第8圖係具體顯示具有包含利用蒸氣製程(A) (例如在第4圖中探討的蒸氣前導物製程)形成的鋁氧化物(AlOx)的前表面區域的太陽能電池相對於具有利用非蒸氣製程(B)形成的鋁氧化物(AlOx)的前表面區域的太陽能電池的Joe的比較。如第8圖所示，具有利用非蒸氣製程(B)形成的前表面區域的太陽能電池的Joe較大。第9圖具體顯示太陽能電池(A)相對於太陽能電池(B)的Joe的比較，例如在不同UV曝曬次數下進行量測。在此示例顯示中，在時間0時量測UV曝曬次數1，大約一天之後量測UV曝曬次數2，大約二天之後量測UV曝曬次數3，以及大約三天之後量測UV曝曬次數4。如第9圖所示，具有利用非蒸氣製程(B)形成的前表面區域的太陽能電池的Joe隨曝曬時間延長而增加，這表示矽基底以及氧化區域(例如矽塊材以及氧化矽區域)之間的界面隨著UV暴露時間延長而逐漸鈍化。相比之下，對於太陽能電池(A)而言，界面被更好地鈍化且較能抵抗UV輻射劣化。
參照第10圖，其為利用包含鋁氧化物(AlOx)的前表面區域(FSR) (A)形成的太陽能電池以及利用包含氮化矽(SiN)的前表面區域(FSR) 形成的太陽能電池 (B)的反射率和波長的圖表。如第10圖所示，在紅外線範圍(例如介於大約700nm至1000nm之間)內，具有AlOx之FSR(A) 的反射率相對於具有SiN之FSR(B)較低。
第11及12圖係繪示太陽能電池(A)及(B)之短路電流(Jsc)及效率之圖表。第11及12圖係具體顯示在具有包含鋁氧化物(AlOx)的前表面區域(FSR)的太陽能電池上(A)相對於具有包含氮化矽(SiN)的前表面區域(FSR)的太陽能電池(B)上所進行的實驗的Jsc及效率的比較。如第11及12圖所示，Jsc隨著SiNFSR(B)實質上產生高於AlOxFSR(B)的效率而越高。
雖然已在前描述具體實施例，然而即使單一實施例僅描述特定的特徵，這些實施例並不意圖限制本揭露的申請專利範圍。除非另有說明，否則本揭露所提供的特徵之示例是意圖為說明性而非限制性的。對於可從本揭露所屬技術領域中獲利的技術人員而言，前面的描述係意在涵蓋此類的替代、修改及等效物。
本揭露的申請專利範圍涵蓋在本文中所揭示（明示地或隱含地）的任何特徵或特徵之組合，或其任何廣義涵蓋的範圍，無論其是否減輕任何或所有本文中提及的問題。因此，對於任何特徵的組合，新的專利申請範圍可能在這個申請案的審查過程中被制定（或者其主張優先權的申請案）。尤其是，參照所附的申請專利範圍，來自附屬項的特徵可與獨立項的特徵或不同的獨立項的特徵以任何適當的方式組合，而非僅限於所附之申請專利範圍中列舉的特定組合。
102、104、106、108‧‧‧步驟
200、300‧‧‧太陽能電池
202 、302‧‧‧矽基板
204 、304‧‧‧前側
206、306‧‧‧背側
209、211、309、311‧‧‧光接收表面
210、 218 、310、318‧‧‧氧化區域
212、 220、312、320‧‧‧矽基區域
213、215、 313、 315‧‧‧界面區域
214、216、222、224、314、 322、 324‧‧‧表面區域
242、244、 342、 344‧‧‧金屬觸指
246 、346‧‧‧分離區域
332‧‧‧N型摻雜區
334‧‧‧P型摻雜區
第1圖係繪示根據一些實施例之製造太陽能電池之示例性方法之流程示意圖。
第2至5圖係為根據一些實施例之在製造第1圖之太陽能電池之方法期間之示例性太陽能電池之剖面圖。
第6圖係繪示根據一些實施例之示例性太陽能電池。
第7圖係繪示根據一些實施例之另一示例性太陽能電池。
第8圖係繪示示例性太陽能電池之飽和電流之圖表。
第9圖係繪示示例性太陽能電池曝曬紫外光後之飽和電流之圖表。
第10圖係繪示示例性太陽能電池之反射率對波長之圖表。
第11圖係繪示示例性太陽能電池之短路電流之圖表。
第12圖係繪示示例性太陽能電池之效率之圖表。
102、104、106、108‧‧‧步驟

Claims (20)

  1. 一種太陽能電池，該太陽能電池包含： 一矽基板，係具有一光接收表面； 一界面區域，其位於該矽基板之該光接收表面上； 一第一表面區域，其包含位於該界面區域上之鋁氧化物；以及 一第二表面區域，其位於該第一表面區域上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中包含鋁氧化物的該第一表面區域之厚度大於該第二表面區域之厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該界面區域包含位於一氧化區域上之一矽基區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該界面區域包含多晶矽、氮化矽、微晶矽或二氧化矽。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中包含鋁氧化物的該第一表面區域的厚度係介於15 至150nm之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第二表面區域之厚度係介於1 至10nm之範圍內。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第二表面區域包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。
  8. 一種太陽能電池，該太陽能電池包含： 一矽基板，係具有一光接收表面； 一界面區域，其位於該矽基板之該光接收表面上； 一第一表面區域，其包含形成於該界面區域上之鋁氧化物；以及 一第二表面區域，其位於該第一表面區域上，其中該第二表面區域之厚度大於該第一表面區域之厚度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池，其中該界面區域包含位於一氧化區域上之一矽基區域。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池，其中該界面區域包含多晶矽、氮化矽、微晶矽或二氧化矽。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池，其中包含鋁氧化物的該第一表面區域之厚度係介於1至15nm之範圍內。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池，其中該第二表面區域之厚度係介於50至100nm之範圍內。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池，其中該第二表面區域包含氮化矽、氮化硼或氮化鈦。
  14. 一種製造太陽能電池之方法，該方法包含： 形成一界面區域於一矽基板之一光接收表面上； 形成一第一表面區域，其包含位於該界面區域上之鋁氧化物；以及 形成一第二表面區域於該第一表面區域上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中形成包含鋁氧化物的該第一表面區域包含執行原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沈積、分子束磊晶(MBE)或濺鍍。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中形成包含鋁氧化物的該第一表面區域包含在一原子層沉積(ALD)製程期間使用一氫化氣體。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中形成包含鋁氧化物的該第一表面區域包含使用一蒸氣前導物沉積該鋁氧化物。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中形成該界面區域包含形成一氧化區域於該矽基板之該光接收表面上以及隨後形成一矽基區域於該氧化區域上。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中形成該界面區域包含形成非晶矽、氮化矽或微晶矽或氧化矽於該矽基板之該光接收表面上。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之方法，更包含在形成該第二表面區域於該第一表面區域上之後，執行一退火製程。
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