TW201929241A - 太陽能電池 - Google Patents
太陽能電池 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201929241A TW201929241A TW106143580A TW106143580A TW201929241A TW 201929241 A TW201929241 A TW 201929241A TW 106143580 A TW106143580 A TW 106143580A TW 106143580 A TW106143580 A TW 106143580A TW 201929241 A TW201929241 A TW 201929241A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- layer
- solar cell
- doped
- semiconductor substrate
- regions
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 122
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 8
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 7
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical compound [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- -1 region Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
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
- H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact 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
- H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/068—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0682—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction 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
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
一種太陽能電池，其具有電池單元，且電池單元包括半導體基底、至少兩相鄰之摻雜區、至少一絕緣層、至少二個第一電極、至少一第一摻雜層和至少一第二電極。兩相鄰之摻雜區從第一表面延伸到部份半導體基底中。絕緣層覆蓋於兩相鄰之摻雜區與部份半導體基底的第一表面上，且絕緣層具有至少二個開口，其中開口的面積總和為A，半導體基底的總面積為B，且2%≦((A/B)×100%)≦9%。第一電極設置於絕緣層上且分別經由開口接觸兩相鄰之摻雜區的一部份。第一摻雜層設置於絕緣層上，且位於兩相鄰的第一電極之間。第二電極設置於第一摻雜層上。
Description
本發明是有關於一種光電轉換裝置，且特別是有關於一種太陽能電池。
現今人類使用的能源主要來自於石油，但由於地球的石油資源有限，因此近年來對於替代能源的需求與日俱增，而在各式替代能源中，太陽能已成為目前最具發展潛力的綠色能源。
然而，受限於高製作成本、製程複雜與光電轉換效率不佳等問題，太陽能電池的發展仍待進一步的突破。因此，如何製作出具有良好的光電轉換效率的太陽能電池，實為目前研發人員亟欲解決的問題之一。
本發明提供一種太陽能電池，其具有良好的光電轉換效率。
本發明的太陽能電池，其具有至少一電池單元。電池單元包括半導體基底、至少兩相鄰之摻雜區、至少一絕緣層、至少二個第一電極、至少一第一摻雜層和至少一第二電極。半導體基底具有第一表面和相對於第一表面的第二表面，其中半導體基底具有第一極性。至少兩相鄰之摻雜區從第一表面延伸到部份半導體基底中，其中摻雜區具有第二極性且不同於第一極性。至少一絕緣層覆蓋於兩相鄰之摻雜區與部份第一表面上，且絕緣層具有至少二個開口，開口分別暴露出兩相鄰之摻雜區的一部份，其中開口的面積總和為A，半導體基底的總面積為B，且2%≦((A/B)×100%)≦9%。至少二個第一電極設置於絕緣層上且分別經由開口接觸兩相鄰之摻雜區的一部份。至少一第一摻雜層設置於絕緣層上且位於兩相鄰的第一電極之間，其中第一摻雜層具有第一極性。至少一第二電極設置於第一摻雜層上。
基於上述，在本發明實施例的太陽能電池中，絕緣層覆蓋於兩相鄰之摻雜區與部份第一表面上，且第一摻雜層設置於絕緣層上。如此一來，絕緣層可對摻雜區和第一摻雜層中的少數載子提供場效應鈍化（field effect passivation）功能，使得少數載子不易發生複合。此外，至少二個第一電極設置於絕緣層上且分別經由開口接觸兩相鄰之摻雜區的一部份，如此可降低第一電極和摻雜區的接觸阻抗，以提升太陽能電池的填充因子（fill factor, FF）。另外，第二電極設置於兩相鄰第一電極之間的第一摻雜層上，使得太陽能電池的前側（即第二表面）不會有遮擋入射光線的金屬，進而提升太陽能電池的光電流（JSC
）值。
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。
以下將參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。另外，實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、面板、區域等的厚度。在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同的元件。應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件“上”或“連接到”另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為“直接在另一元件上”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，“連接”可以指物理及/或電性連接。然而，電性連接或耦合可為二元件間存在其它元件。
本文使用的“約”、“近似”或“實質上”包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，“約”可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30％、±20％、±10％、±5％內。再者，本文使用的“約”、”近似”或“實質上”可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。
除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。
本文參考作為理想化實施例的示意圖的截面圖來描述示例性實施例。因此，可以預期到作為例如製造技術及/或公差的結果的圖示的形狀變化。因此，本文所述的實施例不應被解釋為限於如本文所示的區域的特定形狀，而是包括例如由製造導致的形狀偏差。例如，示出或描述為平坦的區域通常可以具有粗糙及/或非線性特徵。此外，所示的銳角可以是圓的。因此，圖中所示的區域本質上是示意性的，並且它們的形狀不是旨在示出區域的精確形狀，並且不是旨在限制權利要求的範圍。
圖1為依據本發明一實施例的太陽能電池的剖面示意圖。請參照圖1，太陽能電池SC具有至少一個電池單元SCU。為了清楚表示電池單元SCU的具體結構，圖1中只繪示出一個電池單元SCU作為示範性實施例進行說明，但本發明不以此為限。在其他實施例中，太陽能電池SC也可具有多個電池單元SCU。電池單元SCU包括半導體基底100、至少兩相鄰之摻雜區106、至少一絕緣層108、至少兩個第一電極112、至少一第一摻雜層114和至少一第二電極116。
半導體基底100具有第一表面102和相對於第一表面102的第二表面104。在一些實施例中，第一表面102為太陽能電池SC的背側（rear side），而第二表面104則為太陽能電池SC的前側（front side）。如圖1所示，光線L照射至太陽能電池的第二表面104，故第二表面104亦稱為受光面（light-receiving side）。半導體基底100具有第一極性，其可以是N型半導體基底或是P型半導體基底。在一些實施例中，第一極性可為N型。於部份實施例中，第一極性也可為P型。其中，N型或P型之摻雜物可參閱後續描述。若，太陽能電池SC為N型太陽能電池，其具有良好的少數載子壽命和無光衰減的優點，故具有更大的效率提升空間和穩定性。在一些實施例中，半導體基底100的材料可包括砷化鎵、鍺、含矽材料、或其它合適的材料、或前述至少二種之組合。
至少兩相鄰之摻雜區106從第一表面102延伸到部份半導體基底100中。每一摻雜區106具有至少一個第一子區118與至少一個第二子區120。在一些實施例中，兩相鄰之摻雜區106皆具有第二極性（例如：第一子區118和第二子區120皆具有第二極性），且第二極性不同於第一極性。在本實施例中，若第一極性可為N型，則第二極性可為P型，但本發明不以此為限。於部份實施例中，若第一極性可為P型，則第二極性可為N型。在一些實施例中，摻雜區106的形成方法可以是對半導體基底100進行圖案化離子佈植製程、或其它合適的方法。
至少一層絕緣層108覆蓋於摻雜區106與部份第一表面102上。絕緣層108的材料可以是氧化矽（SiOx
）、氮化矽（SiNx
）、氮氧化矽（SiON）、氧化釔（YOx
）、或其它合適的材料、或前述之組合。在一些實施例中，絕緣層108具有至少二個開口110，其分別暴露摻雜區106的一部份。舉例來說，開口110暴露出相對應之第二子區120的至少一部分。在一些實施例中，形成絕緣層108的方法可以是化學氣相沈積法（chemical vapor deposition, CVD）、物理氣相沈積法（physical vapor deposition, PVD）、或其它合適的方法。
至少二個第一電極112設置於絕緣層108上且分別經由開口110接觸兩相鄰之摻雜區106的一部份，如此可降低第一電極112和摻雜區106的接觸阻抗，以提升太陽能電池的填充因子（FF）。第一電極112可為單層或多層結構，且其材料可以是導體材料，例如鋁、銀、鉑、金、銅、或其它合適之材料、上述材料之合金、或上述材料之組合。在本實施例中，第一電極112經由開口110接觸相對應的第二子區120。應注意的是，若開口110的面積過大則會導致絕緣層108的場效應鈍化效果降低，而難以降低少數載子複合的發生。因此，在一些實施例中，當開口110的面積總和為A，且半導體基底100的總面積為B的情況下，開口率（(A/B)×100%）實質上大於等於2%且實質上小於等於9%（例如：2%≦((A/B)×100%)≦9%）。如此一來，除了可降低第一電極112和摻雜區106的接觸阻抗之外，絕緣層108還能夠提供足夠的場效應鈍化效果，使得太陽能電池SC具有良好的光電轉換效率。在另一些實施例中，在開口率實質上大於等於5%且實質上小於等於9%（5%≦((A/B)×100%)≦9%）的情況下，太陽能電池SC具有更佳的光電轉換效率。應注意得是，在太陽能電池SC具有多個電池單元SCU的情況下，A表示多個電池單元SCU中的開口總合，而B則表示具有多個電池單元SCU的半導體基底SC的總面積。
至少一第一摻雜層114設置於絕緣層108上且位於兩相鄰的第一電極112之間，其中第一摻雜層114具有第一極性。如此一來，絕緣層108可對摻雜區106和第一摻雜層114中的少數載子提供場效應鈍化功能，使其不易發生複合，進而提升開路電壓（VOC
）。在一些實施例中，絕緣層108可作為穿隧氧化層（tunnel oxide layer），在其厚度t大於0奈米且實質上小於等於10奈米（0 nm ＜ t≦10 nm）的情況下，電子穿過絕緣層108的機率增加，使得太陽能電池SC的光電轉換效率能夠進一步提升。除此之外，由於摻雜區106（其具有第二極性，例如P型）、半導體基底100（其具有第一極性，例如N型）與絕緣層108，提供了類似異質接面（heterojunction）之結構，大幅降低了飽和電流，故能有效地提高光電轉換效率。在一些實施例中，第一摻雜層114的形成方法可以是先藉由化學氣相沉積或其它合適的方式，在絕緣層108表面上形成半導體材料層，較佳地，可為多晶矽層，然後再對上述的多晶矽層進行離子佈植製程，而本實施例之第一摻雜層114具有N型摻雜為範例，因此可包含N型摻雜物，例如砷、磷、銻、其它合適的摻雜物、或前述的化合物、或前述之組合，但本發明不以此為限。於其它實施例中，若第一摻雜層114具有P型摻雜物，例如：鋁、硼、鎵、其它合適的摻雜物、或前述的化合物、或前述之組合。在另一些實施例中，第一摻雜層114也可以是以低壓化學氣相沈積（low pressure chemical vapor deposition, LPCVD）或其它合適的方式，直接於絕緣層108的表面上形成具有第一極性的第一摻雜層114。在其他實施例中，第一摻雜層114還可以是在絕緣層108的表面上形成非晶矽層之後，再經由雷射退火、加熱退火、或其它合適的方式使非晶矽層再結晶形成多晶矽層，然後再對其進行離子佈植製程。
在一些實施例中，第一摻雜層114與半導體基底100具有實質上相同的極性，且第一摻雜層114阻值小於半導體基底100的阻值。如此一來，第一摻雜層114可作為背表面電場（back side field, BSF）元件，以改善開路電壓，進而提升太陽能電池SC的光電轉換效率。另外，摻雜區106與第一摻雜層114和半導體基底100具有相異的極性（例如摻雜區106可為P型；第一摻雜層114和半導體基底100皆可為N型），其可作為太陽能電池SC的射極（emitter）。在一些實施例中，第一摻雜層114的摻雜濃度大於半導體基底100的摻雜濃度。在一些實施例中，第一摻雜層114包括多晶矽，如此可進一步提升場效應鈍化的效果，以改善開路電壓，使得太陽能電池SC的光電轉換效率能夠提升。除此之外，由於N型摻多晶矽的少數載子生命週期（minority carrier lifetime, MCLT）大於P型摻多晶矽，且隱開路電壓（iVoc）亦較高，因此N型摻多晶矽的鈍化效果較P型摻多晶矽佳，但不限於此。
在一些實施例中，摻雜區106的第一子區118可鄰近於第一摻雜層114，而其第二子區120遠離於第一摻雜層114，較佳地，第二子區120之阻值可小於第一子區118之阻值、半導體基底100之阻值與第一摻雜層114之阻值，並且第一摻雜層114之阻值小於半導體基底100之阻值。如此一來，少數載子傾向從第二子區120經由第一子區118傳遞至第一摻雜層114，故可藉由縮短少數載子的行經路徑來提升其傳導效率。在一些實施例中，第一摻雜層114不重疊於兩相鄰之摻雜區106，例如第一子區118介於第二子區120和第一摻雜層114之間，如此可避免過多的P-N接面所導致之光電轉換效率不佳的問題。
至少一個第二電極116設置於第一摻雜層114上。如此一來，第一電極112和第二電極116都設置在太陽能電池SC的背側（例如：第一表面102），使得太陽能電池SC的前側（例如：第二表面104）不會有遮擋入射光線L的金屬，進而提升太陽能電池的光電流（JSC
）值。第二電極116可為單層或多層結構，且其材料可以是導體材料，例如鋁、銀、鉑、金、銅、或其它合適的材料、上述材料之合金、或上述材料之組合。
在一些實施例中，可選擇性地於第二表面104上設置具有第一極性（例如：與半導體基底100具有實質上相同的極性）的至少一第二摻雜層122，且其阻值小於半導體基底100之阻值（例如第二摻雜層122的摻雜濃度大於半導體基底100的摻雜濃度）。如此一來，第二摻雜層122可作為前表面場（front surface field, FSF）元件，使得第二摻雜層122可導引少數載子從FSF元件傳入半導體基底100中，藉此提升太陽能電池SC的光電轉換效率。在一些實施例中，第二摻雜層122的形成方法可以是對半導體基底100的第二表面104進行離子佈植製程。在另一些實施例中，第二摻雜層122也可藉由CVD或其它合適的方式形成於半導體基底100的第二表面104上。再者，為了提升太陽能電池SC的入光量，在一些實施例中，可選擇性地於第二摻雜層122的遠離半導體基底100的表面（例如：頂表面）上形成多個凹凸之微結構（如圖1所示）。在一些實施例中，可藉由粗糙化（textured）處理來形成凹凸之微結構，但本發明不以此為限。在一些實施例中，凹凸之微結構可為絨面結構。
此外，在一些實施例中，還可選擇性地於凹凸之微結構上設置至少一反射層124，如此可藉由提升入光量來增加光電流（JSC
）值。抗反射層124可為單層或多層結構，其材料包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋅、氧化鈦、銦錫氧化物、氧化銦、氧化鉍（bismuth oxide）、氧化錫（tin oxide）、氧化鋯（zirconium oxide），氧化鉿（hafnium oxide）、氧化銻（antimony oxide）、氧化釓（gadolinium oxide）、或其它合適的材料、或前述材料之組合。
圖2為本發明一實施例的太陽能電池之開口率與光電流及開路電壓的比較圖。
請參照圖2，可知隨著開口率越高，第一電極112與摻雜區106的接觸阻抗越低，故光電流值（單位：mA/cm2
）也越來越高。然而，當開口率大於約6%之後，光電流值隨著開口率增加的幅度則逐漸趨緩。另外，可知隨著開口率越高，絕緣層108的場效應鈍化效果越低，故開路電壓（單位：V）也越來越小。
圖3為本發明一實施例的太陽能電池之開口率與填充因子及轉換效率的比較圖。
請參照圖3，在開口率約為0%的情況下，填充因子（例如：FF值，無單位）約為78.5%；光電轉換效率（無單位）約為23.7%，而在開口率約大於0%的情況下，FF值增加至約81.5%，且光電轉換效率增加至約23.9%。然而，隨著開口率逐漸增加，FF值也逐漸降低，而光電轉換效率隨著開口率增加的幅度逐漸趨緩。當開口率約大於9%的情況下，FF值降低至約78%，且光電轉換效率降低至約23.4%，兩者皆小於開口率約為0%的情況。由此可知，開口率在實質上大於等於2%且實質上小於等於9%（例如：2%≦((A/B)×100%)≦9%）的情況下，太陽能電池SC可具有良好的光電轉換效率。更進一步地，如圖3所示，開口率在實質上大於等於5%且實質上小於等於9%的情況下，太陽能電池SC具有更佳的光電轉換效率。
下文將參照實施例1和比較例1至比較例3，更具體地描述本發明的特徵。雖然描述了以下實施例，但是在不逾越本發明範疇之情況下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應由下文所述之實施例對本發明作出限制性地解釋。圖4至圖6分別為比較例1至比較例3的剖面示意圖。
實施例
1
實施例1為上述實施例之太陽能電池（如圖1所示），其開口率約為5%。也就是說，絕緣層108（例如：穿隧氧化層，其厚度約為1 nm）的面積佔半導體基底100之總面積的約95%。
比較例
1
請參照圖4，比較例1的太陽能電池10包括N型半導體基底200、P型輕摻雜區202、P型重摻雜區204、第一電極206、穿隧氧化層208、N型重摻雜非晶矽層210、第二電極212以及抗反射層214。第一電極206設置於太陽能電池10的受光面，其與P型重摻雜區204接觸；而第二電極212設置於太陽能電池10的背側，其與N型重摻雜非晶矽層210接觸。也就是說，第一電極206和第二電極212分別設置於N型半導體基底200的相對兩側。另外，穿隧氧化層208設置於N型半導體基底200和N型重摻雜非晶矽層210之間，且穿隧氧化層208（厚度約為1 nm）不具有開口。也就是說，比較例1的開口率為0%，即穿隧氧化層208的面積佔半導體基底200之總面積的100%。抗反射層214設置於P型輕摻雜區202的凹凸之微結構上。
比較例
2
請參照圖5，比較例2的太陽能電池20包括N型半導體基底300、N型重摻雜區302、P型重摻雜區304、第一電極306、第二電極308、氧化層310、前表面電場元件312以及抗反射層314。第一電極306和第二電極308分離設置於太陽能電池20的背側，且兩者分別與N型半導體基底300中的N型重摻雜區302和P型重摻雜區304接觸。氧化層310（厚度約為72 nm）設置於第一電極306和第二電極308之間。也就是說，比較例2不具有穿隧氧化層。前表面電場元件312設置於太陽能電池20的受光面，且抗反射層314設置於前表面電場元件312的凹凸之微結構上。
比較例
3
請參照圖6，比較例3的太陽能電池30包括N型半導體基底400、P型重摻雜多晶矽層402、N型重摻雜多晶矽層404、第一電極406、第二電極408、穿隧氧化層410、前表面電場元件412以及抗反射層414。第一電極406和第二電極408分離設置於太陽能電池30的背側，且兩者分別與N型重摻雜多晶矽層404和P型重摻雜多晶矽層402接觸。穿隧氧化層410（厚度約為1 nm）設置於N型半導體基底400和P型重摻雜多晶矽層402與N型重摻雜多晶矽層404之間，且穿隧氧化層410不具有開口。也就是說，比較例3的開口率為0%，即穿隧氧化層410的面積佔N型半導體基底400之總面積的100%。前表面電場元件412設置於太陽能電池30的受光面，且抗反射層414設置於前表面電場元件412的凹凸之微結構上。
對上述實施例1和比較例1至比較例3進行光電流（JSC
，單位：mA/cm2
）、開路電壓（VOC
，單位：V）及填充因子（FF，無單位）的測試，而光電轉換效率（Eff，無單位）可經由下述式1獲得。實驗結果顯示於表1中。 [式1]
[表1]
由表1可知，雖然實施例1的光電流約略小於比較例1~3，但是其開路電壓大於比較例1、2的開路電壓且約略小於比較例3的開路電壓。除此之外，實施例1的填充因子大於比較例1~3的填充因子。如此一來，經式1計算後所獲得光電轉換效率，實施例1的太陽能電池仍然具有最高的光電轉換效率。
綜上所述，在上述實施例的太陽能電池中，絕緣層覆蓋於兩相鄰之摻雜區與部份第一表面上，且第一摻雜層設置於絕緣層上。如此一來，絕緣層可對摻雜區和第一摻雜層中的少數載子提供場效應鈍化功能，使其不易發生複合。此外，至少二個第一電極設置於絕緣層上且分別經由開口接觸兩相鄰之摻雜區的一部份，如此可降低第一電極和摻雜區的接觸阻抗，以提升太陽能電池的填充因子。另外，第二電極設置於兩相鄰第一電極之間的第一摻雜層上，使得太陽能電池的前側（例如：第二表面）不會有遮擋入射光線的金屬，進而提升太陽能電池的光電流值。
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。
SC、10、20、30‧‧‧太陽能電池
SCU‧‧‧電池單元
100‧‧‧半導體基底
102‧‧‧第一表面
104‧‧‧第二表面
106‧‧‧摻雜區
108‧‧‧絕緣層
110‧‧‧開口
112、206、306、406‧‧‧第一電極
114‧‧‧第一摻雜層
116、212、308、408‧‧‧第二電極
118‧‧‧第一子區
120‧‧‧第二子區
122‧‧‧第二摻雜層
124、214、314、414‧‧‧抗反射層
200、300、400‧‧‧N型半導體基底
202‧‧‧P型輕摻雜區
204‧‧‧P型重摻雜區
208、410‧‧‧穿隧氧化層
210‧‧‧N型重摻雜非晶矽層
302‧‧‧N型重摻雜區
304‧‧‧P型重摻雜區
310‧‧‧氧化層
312、412‧‧‧前表面電場元件
402‧‧‧P型重摻雜多晶矽層
404‧‧‧N型重摻雜多晶矽層
L‧‧‧光
t‧‧‧厚度
圖1為依據本發明一實施例的太陽能電池的剖面示意圖。 圖2為本發明一實施例的太陽能電池之開口率與光電流及開路電壓的比較圖。 圖3為本發明一實施例的太陽能電池之開口率與填充因子及轉換效率的比較圖。 圖4至圖6分別為比較例1至比較例3的太陽能電池的剖面示意圖。
Claims (13)
- 一種太陽能電池，具有至少一電池單元，且該至少一電池單元包括： 一半導體基底，具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面，其中該半導體基底具有一第一極性； 至少兩相鄰之摻雜區，從該第一表面延伸到部份該半導體基底中，其中該些摻雜區皆具有一第二極性，且該第二極性不同於該第一極性； 至少一絕緣層，覆蓋於該兩相鄰之摻雜區與部份該第一表面上，且該絕緣層具有至少二個開口，該些開口分別暴露出該兩相鄰之摻雜區的一部份，其中該些開口的面積總和為A，該半導體基底的總面積為B，且2%≦((A/B)×100%)≦9%； 至少二個第一電極，設置於絕緣層上且分別經由該些開口接觸該兩相鄰之摻雜區的一部份； 至少一第一摻雜層，設置於該絕緣層上且位於該兩相鄰的第一電極之間，其中該第一摻雜層具有該第一極性；以及 至少一第二電極，設置於該第一摻雜層上。
- 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中5%≦((A/B)×100%)≦9%。
- 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該第一摻雜層之阻值小於該半導體基底之阻值。
- 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該第一摻雜層不重疊於該兩相鄰之摻雜區。
- 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該第一摻雜層包括多晶矽。
- 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中該絕緣層包含一氧化物層，且該氧化物層厚度為t，且0 nm＜t≦10 nm。
- 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中每一該兩相鄰之摻雜區具有至少一第一子區與至少一第二子區，且該第二子區之阻值小於該第一子區之阻值。
- 如申請專利範圍第7項所述的太陽能電池，其中該些開口分別暴露出該些第二子區的至少一部份，且該些第一電極分別經由該些開口接觸該些第二子區。
- 如申請專利範圍第7項所述的太陽能電池，其中該些第二子區之阻值小於該半導體基底之阻值與該第一摻雜層之阻值。
- 如申請專利範圍第7項所述的太陽能電池，其中該些第一子區鄰近於該第一摻雜層，而該些第二子區遠離於該第一摻雜層。
- 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的太陽能電池，其中該至少一電池單元更包括： 至少一第二摻雜層，設置於該第二表面上，其中該第二摻雜層具有該第一極性，且該第二摻雜層之阻值小於該半導體基底之阻值。
- 如申請專利範圍第11項所述的太陽能電池，其中該第二摻雜層具有多個凹凸之微結構。
- 如申請專利範圍第12項所述的太陽能電池，其中該至少一電池單元更包括： 至少一抗反射層，設置於該些凹凸之微結構上。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW106143580A TWI667797B (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 太陽能電池 |
| CN201810105395.XA CN108565298B (zh) | 2017-12-12 | 2018-02-02 | 太阳能电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW106143580A TWI667797B (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 太陽能電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201929241A true TW201929241A (zh) | 2019-07-16 |
| TWI667797B TWI667797B (zh) | 2019-08-01 |
Family
ID=63531136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW106143580A TWI667797B (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 太陽能電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108565298B (zh) |
| TW (1) | TWI667797B (zh) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10045249A1 (de) * | 2000-09-13 | 2002-04-04 | Siemens Ag | Photovoltaisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen des Bauelements |
| CN102637766B (zh) * | 2011-02-15 | 2014-04-30 | 上海凯世通半导体有限公司 | 太阳能晶片掺杂方法、掺杂晶片、太阳能电池及制作方法 |
| US20120167978A1 (en) * | 2011-01-03 | 2012-07-05 | Lg Electronics Inc. | Solar cell and method for manufacturing the same |
| GB2491209B (en) * | 2011-05-27 | 2013-08-21 | Renewable Energy Corp Asa | Solar cell and method for producing same |
| CN102856328B (zh) * | 2012-10-10 | 2015-06-10 | 友达光电股份有限公司 | 太阳能电池及其制作方法 |
| US8642378B1 (en) * | 2012-12-18 | 2014-02-04 | International Business Machines Corporation | Field-effect inter-digitated back contact photovoltaic device |
| TWI462320B (zh) * | 2013-11-11 | 2014-11-21 | Neo Solar Power Corp | 背接觸式太陽能電池 |
| CN106229358A (zh) * | 2016-09-22 | 2016-12-14 | 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 | 一种高效的太阳能电池 |
-
2017
- 2017-12-12 TW TW106143580A patent/TWI667797B/zh active
-
2018
- 2018-02-02 CN CN201810105395.XA patent/CN108565298B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI667797B (zh) | 2019-08-01 |
| CN108565298A (zh) | 2018-09-21 |
| CN108565298B (zh) | 2020-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3916814B1 (en) | Photovoltaic module, solar cell, and method for producing solar cell | |
| CN109728103B (zh) | 太阳能电池 | |
| CN115241298B (zh) | 太阳能电池及其制备方法、光伏组件 | |
| US11189739B1 (en) | Solar cell | |
| CN102064216A (zh) | 一种新型晶体硅太阳电池及其制作方法 | |
| KR101569417B1 (ko) | 태양 전지 | |
| KR20140110213A (ko) | 태양 전지 | |
| TW201725746A (zh) | 串接式太陽電池及其製造方法以及太陽面板 | |
| CN113571590A (zh) | 利用晶体硅对太阳能电池光接收表面进行钝化 | |
| US20230275163A1 (en) | Solar cell and photovoltaic module | |
| KR101886818B1 (ko) | 이종 접합 실리콘 태양 전지의 제조 방법 | |
| KR102132740B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| TW201906180A (zh) | 光伏元件及其製造方法 | |
| KR20180101679A (ko) | 실리콘 태양전지 및 이를 제조하는 방법 | |
| CN113875025A (zh) | 太阳能电池和太阳能电池的制造方法 | |
| TWI667797B (zh) | 太陽能電池 | |
| KR20150052415A (ko) | 태양전지 | |
| KR20120009562A (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| TWI678814B (zh) | 太陽能電池及其製作方法 | |
| CN220543926U (zh) | 太阳能电池和光伏组件 | |
| KR20180127607A (ko) | 양면 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR20180064265A (ko) | 태양 전지 제조 방법 및 태양 전지 | |
| JP2023177241A (ja) | 太陽電池および光起電力モジュール | |
| JPH04299576A (ja) | 光起電力素子及びその製造方法 | |
| WO2014171686A1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof |