TW201822369A - 矽基異質接面太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

矽基異質接面太陽能電池及其製造方法 Download PDF

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Abstract

一種矽基異質接面太陽能電池，包括以下構件。基板具有相對的第一表面與第二表面。第一本質型半導體層設置於第一表面上。P型半導體層設置於第一本質型半導體層上。第一透明導電膜設置於P型半導體層上。第一電極設置於第一透明導電膜上。第二本質型半導體層設置於第二表面上。N型半導體層設置於第二本質型半導體層上。第二透明導電膜設置於N型半導體層上。第二電極設置於第二透明導電膜上。第一透明導電膜的材料與第二透明導電膜的材料分別為藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的氫化鎢氧化銦。

Description

矽基異質接面太陽能電池及其製造方法
本發明是有關於一種太陽能電池及其製造方法，且特別是有關於一種矽基異質接面太陽能電池及其製造方法。
矽(Silicon)為目前通用的太陽能電池的原料代表，而在市場上又區分為單結晶矽、多結晶矽與非結晶矽。目前最成熟的工業生產製造技術和最大的市場佔有率是以單晶矽和非晶矽為主的光電板。
近來，發展出一種具有本質薄層的異質接面(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer，HIT)矽基太陽能電池構造，其於單晶矽基板與非晶矽層之間夾有本質型(i型)非晶矽層(intrinsic amorphous silicon thin layer)，以降低界面上的缺陷，進而改善異質接合界面的特性。
在HIT矽基太陽能電池中，透明導電膜是作為輸出電極使用，且對於HIT矽基太陽能電池的電性表現具有相當大的影響。目前，為了使透明導電膜具有較佳的光電特性，透明導電膜常見的材料為採用氧化銦(In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、氧化鋅(ZnO)與IWO等。
然而，目前透明導電膜的製程方式所製作薄膜過於平坦，為了能有效被利用，必須再額外進行蝕刻製程，其勢必會增加太陽能電池的製作時間與生產成本。
本發明提供一種矽基異質接面太陽能電池，其可具有較佳的光電特性。
本發明提供一種矽基異質接面太陽能電池，其可具有較快的鍍膜速度，進而可有效地降低太陽能電池的製作時間與生產成本。
本發明提出一種矽基異質接面太陽能電池，包括基板、第一本質型半導體層、P型半導體層、第一透明導電膜、至少一個第一電極、第二本質型半導體層、N型半導體層、第二透明導電膜與至少一個第二電極。基板具有相對的第一表面與第二表面。第一本質型半導體層設置於第一表面上。P型半導體層設置於第一本質型半導體層上。第一透明導電膜設置於P型半導體層上。第一電極設置於第一透明導電膜上。第二本質型半導體層設置於第二表面上。N型半導體層設置於第二本質型半導體層上。第二透明導電膜設置於N型半導體層上。第二電極設置於第二透明導電膜上。第一透明導電膜的材料與第二透明導電膜的材料分別為藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的氫化鎢氧化銦(In2 O3 :W:H)。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，在氫化鎢氧化銦中，鎢的含量例如是5%以下，且氫的含量例如是5%以下。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第一透明導電膜與第二透明導電膜可分別具有粗糙表面。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池中，第一透明導電膜與第二透明導電膜在350 nm至1200 nm的光譜範圍的光穿透率可大於85%，且光吸收率可小於5%。第一透明導電膜與第二透明導電膜的載子移動率可大於20 cm2 /s-V，且電阻率可小於10-3 Ω-cm。
本發明提出一種矽基異質接面太陽能電池的製造方法，包括下列步驟。提供基板，其中基板具有相對的第一表面與第二表面。在第一表面上形成第一本質型半導體層。在第一本質型半導體層上形成P型半導體層。藉由離子電漿蒸鍍沉積法，在P型半導體層上形成材料為氫化鎢氧化銦的第一透明導電膜。在第一透明導電膜上形成至少一個第一電極。在第二表面上形成第二本質型半導體層。在第二本質型半導體層上形成N型半導體層。藉由離子電漿蒸鍍沉積法，在N型半導體層上形成材料為氫化鎢氧化銦的第二透明導電膜。在第二透明導電膜上形成至少一個第二電極。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池的製造方法中，藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第一透明導電膜與第二透明導電膜可分別具有粗糙表面。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池的製造方法中，在離子電漿蒸鍍沉積法中，沉積速度例如是大於1.5 nm/s。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池的製造方法中，在離子電漿蒸鍍沉積法中，基板溫度例如是室溫至小於200℃。
依照本發明的一實施例所述，在上述矽基異質接面太陽能電池的製造方法中，在離子電漿蒸鍍沉積法中，電流密度例如是1 A/cm2 至10 A/cm2 ，製程氣體流量例如是50 sccm至200 sccm。
基於上述，在本發明所提出的矽基異質接面太陽能電池中，由於第一透明導電膜的材料與第二透明導電膜的材料分別為藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的氫化鎢氧化銦，因此可具有較佳的光電特性。
此外，在本發明所提出的矽基異質接面太陽能電池的製造方法中，由於第一透明導電膜與第二透明導電膜分別是藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成，因此可具有較快的鍍膜速度，進而可有效地降低太陽能電池的製作時間與生產成本。此外，藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第一透明導電膜與第二透明導電膜分別可具有極佳的附著力及高硬度，且可具有較佳的表面耐磨耗特性。另外，由於離子電漿蒸鍍沉積法能在低溫甚至室溫環境下製備薄膜，因此對於將第一透明導電膜與第二透明導電膜沉積於可撓性基板上具有極佳的優勢。
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。
圖1為本發明一實施例的矽基異質接面太陽能電池的剖面示意圖。圖2為本發明一實施例的矽基異質接面太陽能電池的製作流程圖。
以下，藉由圖1與圖2來說明矽基異質接面太陽能電池100及其製造方法。矽基異質接面太陽能電池100例如是具有本質薄層的異質接面(HIT)矽基太陽能電池。
請同時參照圖1與圖2，進行步驟S100，提供基板110，其中基板110具有相對的第一表面112與第二表面114。基板110例如是N型半導體基板或P型半導體基板，如N型矽基板或P型矽基板。在一實施例中，基板110可為N型單晶矽基板。基板110的厚度例如是90微米至250微米。在一實施例中，基板110的厚度可為90微米至150微米之間。此外，在步驟S100中，更可對基板110進行清洗製程與蝕刻製程，而使得第一表面112與第二表面114成為糙化表面。
進行步驟S102，在第一表面112上形成第一本質型半導體層120。第一本質型半導體層120的材料例如是非晶矽。第一本質型半導體層120的形成方法例如是射頻電漿增強型化學氣相沉積法(radio frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition，RF-PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(hot-wire chemical vapor deposition，HW-CVD)或特高頻電漿增強型化學氣相沉積法(very high frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition，VHF-PECVD)。
進行步驟S104，在第一本質型半導體層120上形成P型半導體層130。P型半導體層130的材料例如是經P型摻質進行摻雜的非晶矽。P型半導體層130的形成方法例如是射頻電漿增強型化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法或特高頻電漿增強型化學氣相沉積法。
進行步驟S106，藉由離子電漿蒸鍍沉積法，在P型半導體層130上形成材料為氫化鎢氧化銦的第一透明導電膜140。由於第一透明導電膜140是藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成，因此可具有較快的鍍膜速度，進而可有效地降低太陽能電池的製作時間與生產成本。
在用於形成第一透明導電膜140的離子電漿蒸鍍沉積法中，沉積速度例如是大於1.5 nm/s，基板溫度例如是室溫至小於200℃，電流密度例如是1 A/cm2 至10 A/cm2 ，製程氣體流量例如是50 sccm至200 sccm。
藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第一透明導電膜140可具有粗糙表面。在上述氫化鎢氧化銦中，鎢的含量例如是5%以下，且氫的含量例如是5%以下。
此外，藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第一透明導電膜140具有較佳的光電特性，說明如下。第一透明導電膜140在350 nm至1200 nm的光譜範圍(如，400 nm至1100 nm)的光穿透率可大於85%，且光吸收率可小於5%。第一透明導電膜140的載子移動率可大於20 cm2 /s-V。第一透明導電膜140的電阻率可小於10-3 Ω-cm，而能夠降低電池單元間的串連電阻(series resistance)，以提高電池的輸出電流。另外，第一透明導電膜140的折射係數須能與玻璃或底基板匹配。
進行步驟S108，在第一透明導電膜140上形成至少一個第一電極150。第一電極150可用於取出矽基異質接面太陽能電池100所產生的電力。第一電極150的材料例如是鋁(Al)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)或鈀(Pd)。第一電極150的形成方法例如是先利用物理氣相沉積法(如，濺鍍法)在第一透明導電膜140上形成第一電極材料層(未繪示)，再對第一電極材料層進行圖案化製程。在此實施例中，第一電極150的數量是以兩個為例來進行說明，但本發明並不以此為限。
進行步驟S110，在第二表面114上形成第二本質型半導體層160。第二本質型半導體層160的材料例如是非晶矽。第二本質型半導體層160的形成方法例如是射頻電漿增強型化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法或特高頻電漿增強型化學氣相沉積法。
進行步驟S112，在第二本質型半導體層160上形成N型半導體層170。N型半導體層170的材料例如是經N型摻質進行摻雜的非晶矽。N型半導體層170的形成方法例如是射頻電漿增強型化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法或特高頻電漿增強型化學氣相沉積法。
進行步驟S114，藉由離子電漿蒸鍍沉積法，在N型半導體層170上形成材料為氫化鎢氧化銦的第二透明導電膜180。由於第二透明導電膜180是藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成，因此可具有較快的鍍膜速度，進而可有效地降低太陽能電池的製作時間與生產成本。
在用於形成第二透明導電膜180的離子電漿蒸鍍沉積法中，沉積速度例如是大於1.5 nm/s，基板溫度例如是室溫至小於200℃，電流密度例如是1 A/cm2 至10 A/cm2 ，製程氣體流量例如是50 sccm至200 sccm。
藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第二透明導電膜180可具有粗糙表面。在上述氫化鎢氧化銦中，鎢的含量例如是5%以下，且氫的含量例如是5%以下。
此外，藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第二透明導電膜180具有較佳的光電特性，說明如下。第二透明導電膜180在350 nm至1200 nm的光譜範圍(如，400 nm至1100 nm)的光穿透率可大於85%，且光吸收率可小於5%。第二透明導電膜180的載子移動率可大於20 cm2 /s-V。第二透明導電膜180的電阻率可小於10-3 Ω-cm，而能夠降低電池單元間的串連電阻(series resistance)，以提高電池的輸出電流。另外，第二透明導電膜180的折射係數須能與玻璃或底基板匹配。
進行步驟S116，在第二透明導電膜180上形成至少一個第二電極190。第二電極190可用於取出矽基異質接面太陽能電池100所產生的電力。第二電極190的材料例如是鋁(Al)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)或鈀(Pd)。第二電極190的形成方法例如是先利用物理氣相沉積法(如，濺鍍法)在第二透明導電膜180上形成第二電極材料層(未繪示)，再對第二電極材料層進行圖案化製程。在此實施例中，第二電極190的數量是以兩個為例來進行說明，但本發明並不以此為限。
在上述實施例中，雖然矽基異質接面太陽能電池100的製造方法是以先形成位於第一表面112上的膜層，再形成位於第二表面114上的膜層為例來進行說明，但本發明並不以此為限。所屬技術領域具有通常知識者可依照製程需求來調整矽基異質接面太陽能電池100中的各膜層的形成順序。舉例來說，太陽能電池100的製造方法亦可先形成位於第二表面114上的膜層，再形成位於第一表面112上的膜層。在另一實施例中，太陽能電池100的製造方法亦可交替地形成位於第一表面112與第二表面114上的膜層。
基於上述實施例可知，在矽基異質接面太陽能電池100中，由於第一透明導電膜140的材料與第二透明導電膜180的材料分別為藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的氫化鎢氧化銦，因此可具有較佳的光電特性。
此外，上述實施例的矽基異質接面太陽能電池100的製造方法中，由於第一透明導電膜140與第二透明導電膜180分別藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成，因此可具有較快的鍍膜速度，進而可有效地降低太陽能電池的製作時間與生產成本。此外，藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第一透明導電膜140與第二透明導電膜180分別可具有極佳的附著力及高硬度，且可具有較佳的表面耐磨耗特性。另外，由於離子電漿蒸鍍沉積法能在低溫甚至室溫環境下製備薄膜，因此對於將第一透明導電膜140與第二透明導電膜180沉積於可撓性基板110上具有極佳的優勢。
以下，藉由圖1來說明本實施例的矽基異質接面太陽能電池100。此外，本實施例的矽基異質接面太陽能電池100的製造方法雖然是以上述製造方法為例進行說明，但本發明的矽基異質接面太陽能電池的製造方法並不以此為限。
請參照圖1，矽基異質接面太陽能電池100包括基板110、第一本質型半導體層120、P型半導體層130、第一透明導電膜140、至少一個第一電極150、第二本質型半導體層160、N型半導體層170、第二透明導電膜180與至少一個第二電極190。基板110具有相對的第一表面112與第二表面114。第一本質型半導體層120設置於第一表面112上。P型半導體層130設置於第一本質型半導體層120上。第一透明導電膜140設置於P型半導體層130上。第一電極150設置於第一透明導電膜140上。第二本質型半導體層160設置於第二表面114上。N型半導體層170設置於第二本質型半導體層160上。第二透明導電膜180設置於N型半導體層170上。第二電極190設置於第二透明導電膜180上。第一透明導電膜140的材料與第二透明導電膜180的材料分別為藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的氫化鎢氧化銦。另外，矽基異質接面太陽能電池100中的各構件的材料、設置方式、形成方法與功效已於上述圖2的製造方法中進行詳盡地說明，故於此不再贅述。
綜上所述，在上述矽基異質接面太陽能電池及其形成方法中，由於第一透明導電膜的材料與第二透明導電膜的材料分別為藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的氫化鎢氧化銦，因此可具有較佳的光電特性與較快的鍍膜速度，且可有效地降低太陽能電池的製作時間與生產成本。此外，藉由離子電漿蒸鍍沉積法所形成的第一透明導電膜與第二透明導電膜分別可具有極佳的附著力及高硬度，且可具有較佳的表面耐磨耗特性。另外，由於離子電漿蒸鍍沉積法能在低溫甚至室溫環境下製備薄膜，因此第一透明導電膜與第二透明導電膜沉積在可撓性基板的應用上具有極佳的優勢。
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當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧矽基異質接面太陽能電池
110‧‧‧基板
112‧‧‧第一表面
114‧‧‧第二表面
120‧‧‧第一本質型半導體層
130‧‧‧P型半導體層
140‧‧‧第一透明導電膜
150‧‧‧第一電極
160‧‧‧第二本質型半導體層
170‧‧‧N型半導體層
180‧‧‧第二透明導電膜
190‧‧‧第二電極
S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116‧‧‧步驟
圖1為本發明一實施例的矽基異質接面太陽能電池的剖面示意圖。 圖2為本發明一實施例的矽基異質接面太陽能電池的製作流程圖。

Claims (9)

  1. 一種矽基異質接面太陽能電池，包括： 一基板，具有相對的一第一表面與一第二表面； 一第一本質型半導體層，設置於該第一表面上； 一P型半導體層，設置於該第一本質型半導體層上； 一第一透明導電膜，設置於該P型半導體層上； 至少一個第一電極，設置於該第一透明導電膜上； 一第二本質型半導體層，設置於該第二表面上； 一N型半導體層，設置於該第二本質型半導體層上； 一第二透明導電膜，設置於該N型半導體層上；以及 至少一個第二電極，設置於該第二透明導電膜上，其中 該第一透明導電膜的材料與該第二透明導電膜的材料分別為藉由一離子電漿蒸鍍沉積法所形成的氫化鎢氧化銦(In2 O3 :W:H)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中在氫化鎢氧化銦中，鎢的含量為5%以下，且氫的含量為5%以下。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中藉由該離子電漿蒸鍍沉積法所形成的該第一透明導電膜與該第二透明導電膜分別具有一粗糙表面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的矽基異質接面太陽能電池，其中 該第一透明導電膜與該第二透明導電膜在350 nm至1200 nm的光譜範圍的光穿透率大於85%，且光吸收率小於5%， 該第一透明導電膜與該第二透明導電膜的載子移動率大於20 cm2 /s-V，且電阻率小於10-3 Ω-cm。
  5. 一種矽基異質接面太陽能電池的製造方法，包括： 提供一基板，其中該基板具有相對的一第一表面與一第二表面； 在該第一表面上形成一第一本質型半導體層； 在該第一本質型半導體層上形成一P型半導體層； 藉由一離子電漿蒸鍍沉積法，在該P型半導體層上形成材料為氫化鎢氧化銦的一第一透明導電膜； 在該第一透明導電膜上形成至少一個第一電極； 在該第二表面上形成一第二本質型半導體層； 在該第二本質型半導體層上形成一N型半導體層； 藉由該離子電漿蒸鍍沉積法，在該N型半導體層上形成材料為氫化鎢氧化銦的一第二透明導電膜；以及 在該第二透明導電膜上形成至少一個第二電極。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的矽基異質接面太陽能電池的製造方法，其中藉由該離子電漿蒸鍍沉積法所形成的該第一透明導電膜與該第二透明導電膜分別具有一粗糙表面。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的矽基異質接面太陽能電池的製造方法，其中在該離子電漿蒸鍍沉積法中，沉積速度大於1.5 nm/s。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的矽基異質接面太陽能電池的製造方法，其中在該離子電漿蒸鍍沉積法中，基板溫度為室溫至小於200℃。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的矽基異質接面太陽能電池的製造方法，其中在該離子電漿蒸鍍沉積法中，電流密度為1 A/cm2 至10 A/cm2 ，製程氣體流量為50 sccm至200 sccm。
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