TW201917909A - 用於製造同質接面光伏電池的方法 - Google Patents
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Abstract
用於製造一種光伏電池的方法，該方法包含以下步驟：a）提供結晶矽基板（1），包含：第一表面（10）；第二表面（11），與第一表面（10）相對，並被至少一個隧道氧化膜（2）覆蓋；b）形成多晶矽層，在隧道氧化膜（2）上；c）形成第一抗反射層（4）在多晶矽層的部分（3a）上，使得多晶矽層具有自由區域，第一抗反射層（4）係適用於提供一阻擋層給多晶矽層（3）的第一部分（3a）的熱氧化步驟；熱氧化多晶矽層的自由區域，以便在自由區域形成第二抗反射層（5）。
Description
本發明涉及同質結接面光伏電池技術領域。更具體地，本發明涉及雙面光伏電池的製造，即包含： 一第一表面，旨在直接暴露於太陽輻射； 一相對的第二表面，其可例如經由漫射輻射或者經由反照效應間接地接收太陽輻射。
本發明特別發現其在所謂的“高溫”同質接面光伏電池的製造中的應用，也就是說其組成材料適合於在高於300℃的溫度的熱處理下使用。
從習知技術中已知的一種光伏電池，特別是描述於文獻“Passivated rear contacts for high-efficiency n-type Si solar cells providing high interface passivation quality and excellent transport characteristics”
, F. Feldmann et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 120, 270-274, 2014(以下稱D1)、“n-Type polysilicon passivating contact for industrial bifacial n-type solar cells”
, M.K. Stodolny et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 158, 24-28, 2016（以下稱D2）及“Implementation of n+ and p+ POLO junctions on front and rear side of double-side contacted industrial silicon solar cells”
, R. Peibst et al., 32nd
European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 2016 (以下稱D3)的光伏電池，包含： 一第一表面（稱為正面），旨在暴露於光輻射； 一第二表面（稱為背面），與第一表面相對，並被氧化膜（通常稱為隧道氧化膜）覆蓋； 一有摻雜的多晶矽層，形成在隧道氧化膜上。
鈍化接觸結構定義為被隧道氧化物/多晶矽層堆疊形成，並且得以改善光伏電池的性能，即相對於傳統的光伏電池增加開路電壓（Voc）。
然而，如D2之§3.3中所述，至目前為止，描述於習知技術中的這種光伏電池如果希望在摻雜的多晶矽層上省去昂貴的透明導電氧化層（描述於D1和D3中）則要將其工業化需要相當厚的有摻雜的多晶矽層（大於60奈米（nm）；D2提到70奈米（nm）和200奈米（nm）的厚度），因此並未完全令人滿意。然而，對於這樣的厚度，多晶矽層內的光子的寄生吸收通過增加穿過光伏電池的短路電流（Isc）而具有不利影響。
本發明旨在完全地或部分地解決上述缺點。
第一種解決方案可以包含： a01
）提供結晶矽基板，包含： 第一表面，用於暴露於光輻射； 與第一表面相對的第二表面，並覆蓋有隧道氧化膜； b01
）在隧道氧化膜上形成多晶矽層； c01
）在多晶矽層的一部分上形成第一抗反射層，使得多晶矽層具有自由區域； d01
）完全蝕刻多晶矽層的自由區域。
多晶矽層的自由區域域旨在於光伏電池的電性接觸之間延伸。這種基本的第一解決方案可以通過步驟d01
消除多個電性接觸之間的多晶矽層內的光子的寄生吸收（零厚度）。然而，這種第一解決方案將不再受益於光伏電池的電性接觸之間鈍化接觸的存在（即隧道氧化物/多晶矽層結構），造成無法顯著增加Voc。
第二種解決方案可以包含： a02
）提供結晶矽基板，包含： 第一表面，用於暴露於光輻射; 與第一表面相對的第二表面，並覆蓋有隧道氧化膜； b02
）在隧道氧化膜上形成多晶矽層； c02
）在多晶矽層的一部分上形成第一抗反射層，使得多晶矽層具有自由區域； d02
）部分地蝕刻多晶矽層的自由區域。
多晶矽層的自由區域旨在光伏電池的電性接觸之間延伸。這種第二解決方案可以通過步驟d02
）減少電性接觸之間的多晶矽層內的光子的寄生吸收（減少，非零厚度）。然而，這樣的第二種解決方案並不完全令人滿意，因為可以通過電漿或濕蝕刻程序進行的蝕刻步驟d02
）可能會： 沒有完全再現性， 由於多晶矽晶界處的不同的動力性質而不均勻， 使用的化學物質對結構造成損害。
為此目的，本發明的一個主題是製造光伏電池的方法，包含以下步驟： a）提供結晶矽基板，包含： 一第一表面； 與第一表面相對的一第二表面，並覆蓋有至少一個隧道氧化膜； b）形成多晶矽層在隧道氧化膜上； c）形成第一抗反射層在多晶矽層的一部分上，使得多晶矽層具有自由區域，第一抗反射層適用於提供一阻擋層給多晶矽層的所述部分的熱氧化步驟； d）熱氧化多晶矽層的自由區域，以便在所述自由區域上形成第二抗反射層。
因此，根據本發明的這種製造方法得以通過在步驟d）期間所進行熱氧化的材料的消耗來局部地減少多晶矽層的厚度。其結果是減少了光子的寄生吸收。應當注意，在步驟c）期間形成的第一抗反射層可以為其覆蓋的多晶矽層的部分的熱氧化提供局部阻擋的作用。
此外，在步驟d）期間進行的熱氧化使第二抗反射層得以形成。可以藉由第一抗反射層和第二抗反射層改善基板的第二表面的鈍化層。
最後，與例如蝕刻中的化學蝕刻相比，熱氧化是具有良好再現性、均勻性和無害性的技術。
定義
術語“結晶”應理解為意指多晶形式或單晶形式的矽，因此不包含非晶矽。
表述“抗反射層”應理解為表示單層或多個子層的疊層，由於合適的厚度，使得與光輻射的反射相關的光學損失可以減少，從而可以優化基板對光輻射的吸收。
表述“自由區域”應理解為意指未被覆蓋的多晶矽層的區域，特別是未被第一抗反射層覆蓋的區域。多晶矽層的自由區域旨在於光伏電池的電性接觸之間延伸。
表述“至少一個隧道氧化物膜”應理解為表示單個氧化膜或包含多個隧道氧化膜的堆疊層，單個氧化膜或氧化膜堆疊層足夠薄以使得電流能夠經由隧道效應在其中流動。
根據本發明的製造方法可包含一個或多個下列特徵。
根據本發明的一個特徵，步驟d）在嚴格低於850℃的溫度，優選在700℃和800℃的溫度之間的溫度下進行。
因此，獲得的一個優點是當摻雜多晶矽層時，防止摻雜物向基板擴散。
根據本發明的一個特徵，在步驟d）結束時形成的第二抗反射層是厚度在40奈米（nm)和100奈米(nm)之間的熱氧化多晶矽。
因此，獲得的一個優點是能夠提供基板的第二表面的抗反射功能和鈍化功能。
術語“厚度”應理解為表示沿基板法線的尺寸。
根據本發明的一個特徵，步驟d）使用水蒸氣進行。
因此，與乾熱氧化（即在分子氧存在下）相比，獲得的一個優點是快速形成有利於工業化的熱氧化物。
根據本發明的一個特徵，在步驟b）期間形成的多晶矽層具有初始厚度，並且其上形成有第二抗反射層的多晶矽層的厚度嚴格小於步驟d）結束時的初始厚度。
因此，這導致在步驟d）期間進行熱氧化相關的材料的消耗。
根據本發明的一個特徵，在步驟d）結束時，其上形成有第二抗反射層的多晶矽層的厚度嚴格小於10奈米（nm）。
因此，獲得的一個優點是在多晶矽層內光子的寄生吸收顯著減少了。
根據本發明的一個特徵，在步驟b）期間形成的多晶矽層的初始厚度在60奈米（nm）和90奈米（nm）之間。
因此，通過這種厚度範圍獲得的一個優點是能夠利用工業技術進行步驟b），例如通過化學氣相沉積，例如低壓化學氣相沉積（Low Pressure Chemical Vapour Deposition，LPCVD）。
根據本發明的一個特徵，其上形成有第一抗反射層的多晶矽層部分在步驟d）結束時保持初始厚度。
根據本發明的一個特徵，在步驟b）期間形成的多晶矽層是p型或n型摻雜的，摻雜物濃度優選地在5´1017
原子∙公分-3
和5´1020
原子∙公分-3
之間。
因此，獲得的一個優點是在與基板的介面處降低少數電荷載子的密度，同時允許多數電荷載子的高電導以準備用於將來的電性接觸。
根據本發明的一個特徵，在步驟c）中形成的第一抗反射層由選自由包含氧化鋁、氮化矽、氧化鈦的一群組中之至少其中之一材料者。
根據本發明的一個特徵，在步驟a）期間覆蓋基板的第二表面的隧道氧化膜具有嚴格小於3奈米（nm）的厚度。
因此，獲得的一個優點是允許隧道氧化膜內的隧道效應產生電流。這種隧道氧化物可以與多晶矽層結合形成鈍化接觸。
根據本發明的一個特徵，在步驟a）期間提供的基板和在步驟b）期間形成的多晶矽層摻雜後為相同類型的導電性，該基板優選地具有嚴格小於250微米（mm）的厚度，更優選地小於200微米（mm）。
因此，允許在多晶矽層和基板之間形成“高-低”接面，也就是說涉及單一類型的導電性的n+/n或p+/p接面。
本發明的另一主題是一種光伏電池，包含： 結晶矽基板，包含： 第一表面； 第二表面，與第一表面相對，並被至少一個隧道氧化膜覆蓋； 形成於隧道氧化膜上的多晶矽層，包含： 第一部分，具有的第一厚度優選在60奈米（nm）和90奈米（nm）之間； 第二部分，與第一部分相鄰，並且具有嚴格小於第一厚度的第二厚度，第二厚度優選嚴格小於10奈米（nm）； -第一抗反射層，形成在多晶矽層的第一部分上，且由適用於提供一阻擋層給多晶矽的熱氧化步驟的第一材料製成； -第二抗反射層，形成在多晶矽層的第二部分上，且由不同於第一材料的第二材料製成，第二材料是熱氧化多晶矽。
因此，根據本發明的這種光伏電池得以限制通過的短路電流（Isc）的劣化，同時增加相對於傳統的光伏電池的開路電壓（Voc）。
出於簡化的目的，執行相同功能的相同元件或元件將對各種實施例具有相同的附圖標記。
本發明的一個主題是製造光伏電池的方法，包含以下步驟： a）提供結晶矽基板1，包含： 第一表面10； 第二表面11，與第一表面10相對，並且被至少一個隧道氧化膜2覆蓋； b）在隧道氧化膜2上形成多晶矽層3； c）在多晶矽層3的第一部分3a上形成第一抗反射層4，使得多晶矽層3具有自由區域ZL，第一抗反射層4適用於提供一阻擋層給多晶矽的所述第一部分3a的熱氧化驟步； d）熱氧化多晶矽層3的自由區ZL，以便在自由區ZL上形成第二抗反射層5。
在圖1中示出步驟（a）。在圖2中示出（步驟b）。在圖3中示出步驟（c）。最後，在圖4中示出步驟（d）。
基板
在步驟a）期間提供的基板1有效益地是n型或p型摻雜的。在步驟a）期間提供的基板1和在步驟b）期間形成的多晶矽層3較佳為摻雜後為相同類型的導電性。對於n型摻雜基板1，基板1優選地具有1歐姆∙（Ω.）公分和7歐姆（Ω.）∙公分之間的電阻率。對於p型基板，基板1優選地具有0.5歐姆（Ω.）∙公分和5歐姆（Ω.）∙公分之間的電阻率。
基板1優選地具有嚴格小於250微米（μm）的厚度，更優選地小於200微米（μm）。
製造基板1的矽可以是單晶或多晶。
根據一個實施例，基板1的第一表面10旨在直接暴露於太陽輻射是較佳的。然後，基板1的第一表面10對應於光伏電池的正面，而基板1的第二表面11對應於光伏電池的背面。然後，基板1的第二表面11通過漫射輻射或通過反照率效應（albedo effect）間接地暴露於太陽輻射。因此，在步驟b）期間形成多晶矽層3作為光伏電池的背面。
根據替代方案，基板1的第二表面11旨在直接暴露於太陽輻射。然後，基板1的第二表面11對應於光伏電池的正面，而基板1的第一表面10對應於光伏電池的背面。然後，基板1的第一表面10通過漫射輻射或通過反照率效應間接地暴露於太陽輻射。因此，在步驟b）期間形成多晶矽層3作為光伏電池的正面。
氧化膜
在此提醒，陳述“至少一個隧道氧化物膜”應理解為表示單個隧道氧化膜2或其疊層（稱為隧道疊層），其包含多個隧道氧化膜，單個隧道氧化膜2或其疊層足夠薄以允許電流在其中流動。
覆蓋在步驟a）期間提供的覆蓋基板1的第二表面11的隧道氧化膜2或隧道疊層具有嚴格小於3奈米（nm）的厚度是較佳的。
隧道氧化膜2由氧化矽SiOx
，x≤2製成是較佳的。隧道氧化膜2優選通過熱氧化形成在基板1的第二表面11上。還可以設計用臭氧（O3
）進行化學氧化。
多晶矽層
在步驟b）期間形成的多晶矽層3具有60奈米（nm）至90奈米（nm）之間的初始厚度是較佳的。因為第一抗反射層4為熱氧化提供局部阻擋，其上形成有第一抗反射層4的多晶矽層3的第一部分3a在步驟d）結束時保持初始厚度。在步驟b）期間形成的多晶矽層3較佳為以優選5´1017
原子∙公分-3
和5´1020
原子∙公分-3
之間的摻雜物濃度進行p型或n型摻雜。
當在步驟b）期間形成多晶矽層3作為光伏電池的正面時，在步驟a）期間提供的基板1和在步驟b）期間形成的多晶矽層3摻雜後為相同類型的導電性。
當在步驟b）期間形成多晶矽層3作為光伏電池的背面時，在步驟a）期間提供的基板1和在步驟b）期間形成的多晶矽層3可以是： 以相同類型的導電性摻雜，或 以相反類型的導電性摻雜。
在步驟d）結束時，其上形成有第二抗反射層5的多晶矽層的第二部分3b具有非零厚度，嚴格小於初始厚度，並且較佳為厚度嚴格小於10奈米（nm）。
在步驟b）期間，多晶矽層3通過沉積非晶矽層（例如通過低壓化學氣相沉積（Low Pressure Chemical Vapour Deposition ，LPCVD）或通過電漿增強化學氣相沉積（Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition ，PECVD）形成是較佳的，然後進行退火，得以使非晶矽層結晶。
第一抗反射層
在此提醒，表述“第一抗反射層”應理解為意味單層或多個子層堆疊，由於合適的厚度，其得以減少太陽輻射的反射相關的光學損失，進而得以優化基板1對太陽輻射的吸收。形成第一抗反射層4的單層由選擇的材料製成，以便形成對下面的多晶矽的熱氧化的阻擋層。類似地，形成第一抗反射層4的子層疊層由選擇的材料製成，以便對設置在下面的多晶矽形成熱氧化的阻擋層。因此，位於第一抗反射層4下方的多晶矽由第一抗反射層4保護，並且在用於形成第二抗反射層5的步驟d）期間不會被熱氧化。
在步驟c）期間形成的第一抗反射層4較佳選自由包含氧化鋁、氮化矽、氧化鈦的一群組中之至少其中之一材料者。氮化矽可包含氧和/或碳。因此，第一抗反射層4可以是使用SiNx
Oy
Cz
製成的單層，其中x＞y且x＞z，並且優選y≠0。這種單層具有60奈米（nm）至80奈米（nm）的厚度是較佳的。根據一個替代方案，第一抗反射層4是包含使用SiNx
Oy
Cz
製成的子層的疊層，其中x＞y且x＞z，並且優選y≠0。
作為非限制性示例，第一抗反射層4可以通過電漿增強化學氣相沉積（PECVD）形成。
第一抗反射層4具有30奈米（nm）至100奈米（nm）的厚度是較佳的。
如圖3所示，第一抗反射層4直接並局部沉積在步驟b）中形成的多晶矽層3上，以便在多晶矽層3的表面上限定自由區域ZL，即未被第一抗反射層4覆蓋的區域。
熱氧化
步驟d）在嚴格低於850℃的溫度進行是較佳的，在700℃至800℃的溫度下進行是更佳的。步驟d）使用水蒸氣進行是較佳的。然後將其稱為濕熱氧化。
較佳地進行步驟d），以便在多晶矽層3的自由區域ZL處的多晶矽不被完全消耗。換句話說，較佳地執行步驟d）使得其上具有第二抗反射層的多晶矽層的第二部分3b在步驟d）結束時，形成非零厚度。
該熱氧化步驟具有在步驟d）結束時形成第二抗反射層5的效果，同時局部且以受控方式減薄下面的多晶矽層的第二部分3b的厚度。
第二抗反射層
在步驟d）結束時形成的第二抗反射層5是熱氧化多晶矽，其具有40奈米（nm）至100奈米（nm）的厚度是較佳的。換句話說，在步驟d）結束時形成的第二抗反射層5是通過下面的多晶矽層的第二部分3b的優選為濕熱氧化的熱氧化，獲得的氧化多晶矽。
光伏電池
為了獲得一種光伏電池，根據本發明的方法優選包含未示出的步驟，包含： 在基板1的第一表面10上形成半導體區域； 在半導體區上形成鈍化層； 使半導體區與電極接觸。 使多晶矽層的第一部分3a與電極接觸。
本發明的一個主題是光伏電池，包含： 基底1，包含： 第一表面10； 第二表面11，與第一表面10相對，並覆蓋有至少一個隧道氧化膜2； 多晶矽層3，形成於隧道氧化膜2上，並包含： 第一部分3a，具有第一厚度，第一厚度優選在60奈米（nm）和90奈米（nm）之間； 第二部分3b，與第一部分3a相鄰，並且具有嚴格小於第一厚度的第二厚度，第二厚度優選嚴格小於10奈米（nm）； 第一抗反射層4，形成在多晶矽層3的第一部分3a上，且由適用於提供一阻擋層給多晶矽的熱氧化步驟的第一材料製成； 第二抗反射層5，形成在多晶矽層3的第二部分3b上，並由不同於第一材料的第二材料製成，第二材料是熱氧化多晶矽。
在步驟d）結束時獲得這種光伏電池。基板1的第一表面10可以是光伏電池的正面或背面。
本發明不限於所公開的實施例。本領域技術人員能夠考慮其技術上有效的組合併用等同物替換它們。
1‧‧‧基板
2‧‧‧隧道氧化膜
3‧‧‧多晶矽層
3a‧‧‧第一部分
3b‧‧‧第二部分
4‧‧‧第一抗反射層
5‧‧‧第二抗反射層
10‧‧‧第一表面
11‧‧‧第二表面
ZL‧‧‧自由區域
在本發明的各種實施例的詳細說明中，其他特徵和優點將變得顯而易見，該說明書附有示例和對附圖的參考資料。
圖1至圖4是根據本發明的方法的步驟的剖面示意圖。
為了使附圖較易理解，附圖未按照比例表示。
Claims (15)
- 一種用於製造光伏電池的方法，包含以下步驟： a）提供一結晶矽基板（1），包含： 一第一表面（10）； 一第二表面（11），與第一表面（10）相對，並被至少一個隧道氧化膜（2）覆蓋； b）形成一多晶矽層（3）在該隧道氧化膜（2）上； c）形成一第一抗反射層（4）在一多晶矽層（3）的一第一部分（3a）上，使得該多晶矽層（3）具有多個自由區域（ZL），該第一抗反射層（4）係適用於提供一阻擋給該多晶矽層（3）的該第一部分（3a）的一熱氧化步驟； d）熱氧化該多晶矽層（3）的該些自由區域（ZL），以在該些自由區域（ZL）上形成一第二抗反射層（5）。
- 如請求項1所述的方法，其中步驟d）在低於850℃的一溫度實施。
- 如請求項1所述的方法，其中步驟d）在溫度介於700℃至800℃之間實施。
- 如請求項1所述的方法，其中在步驟d）結束時形成的該第二抗反射層（5）是厚度在40奈米(nm)和100奈米(nm)之間的一熱氧化多晶矽。
- 如請求項1所述的方法，其中步驟d）是使用水蒸氣實施。
- 如請求項1所述的方法，其中在步驟b）期間形成的該多晶矽層（3）具有一初始厚度，並且其中形成有該第二抗反射層（5）於上方的該多晶矽層的一第二部分（3b）的厚度小於步驟d）結束時的該初始厚度。
- 如請求項5所述的方法，其中上方形成有該第二抗反射層（5）的該多晶矽層的該第二部分（3b）的厚度小於10奈米（nm）。
- 如請求項5所述的方法，其中在步驟b）期間形成的該多晶矽層（3）的該初始厚度是在60奈米（nm）和90奈米（nm）之間。
- 如請求項5所述的方法，其中上方形成有該第一抗反射層（4）的該多晶矽層（3）的該第一部分（3a）在步驟d）結束時保持該初始厚度。
- 如請求項1所述的方法，其中在步驟b）期間形成的該多晶矽層（3）是p型摻雜或n型摻雜，摻雜物濃度在5´1017 原子∙公分-3 及5´1020 原子∙公分-3 之間。
- 如請求項1所述的方法，其中在步驟c）中形成的該第一抗反射層（4）選自由包含氧化鋁、氮化矽、氧化鈦的一群組中之至少其中之一材料者。
- 如請求項1所述的方法，其中在步驟a）期間提供的覆蓋該基板（1）的該第二表面（11）的該隧道氧化物膜（2）具有小於3奈米（nm）的厚度。
- 如請求項1所述的方法，其中在步驟a）期間提供的該基板（1）和在步驟b）期間形成的該多晶矽層（3）摻雜後為相同類型的導電性。
- 一種光伏電池，包含： 一結晶矽基板（1），包含： 一第一表面（10）； 一第二表面（11），與該第一表面（10）相對，並至少被一隧道氧化膜（2）覆蓋； 一多晶矽層（3），形成在該隧道氧化膜（2）上，並包含： 一第一部分（3a），其具有在60奈米（nm）和90奈米（nm）之間的一第一厚度； 一第二部分（3b），與該第一部分（3a）相鄰，並具有小於該第一厚度的一第二厚度； 一第一抗反射層（4），形成在該多晶矽層（3）的該第一部分（3a）上，並由適用於提供一阻擋層給該多晶矽的一第一材料的熱氧化步驟； 一第二抗反射層（5），形成在該多晶矽層（3）的該第二部分（3b）上，並由不同於該第一材料的一第二材料製成，該第二材料係一熱氧化多晶矽。
- 如請求項14所述的光伏電池，其中該第二厚度為小於10奈米（nm）。
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