TW202243272A - 太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明是關於一種太陽能電池以及製造太陽能電池的方法，太陽能電池包含半導體基板、提供於半導體基板的一表面上的第一透明電極層以及提供於第一透明電極層的一表面上的第一電極，其中第一電極包含藉由使用鍍膜遮罩的沉積製程圖案化的第一圖案層。

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，特別是一種太陽能電池的電極。
太陽能電池包含提供於基板上的半導體層以及電極。
舉例來說，相關技術的太陽能電池包含於半導體基板的一表面上形成的n型半導體層、於半導體基板的另一表面上形成的p型半導體層以及於p型半導體層和n型半導體層的每一者上形成的電極。
在這種情況下，在相關技術中係透過微影製程形成電極，並且由於這一原因存在製造過程複雜並且生產率降低的問題。
〔技術問題〕
本發明旨在解決上述問題，並提供一種太陽能電池和製造此太陽能電池的方法，其中電極可透過鍍膜遮罩製程而不是微影製程形成。
〔技術方案〕
為了達到上述目的，本發明提供了一種太陽能電池，包含：一半導體基板；一第一透明電極層，提供於半導體基板的一表面上；以及一第一電極，提供於第一透明電極層的一表面上，其中第一電極包含藉由使用一鍍膜遮罩的一沉積製程圖案化的一第一圖案層。
第一透明電極層和第一圖案層各自可包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物。
第一圖案層可接觸第一透明電極層，且第一圖案層的銦含量可高於第一透明電極層的銦含量。
第一圖案層可接觸第一透明電極層，且第一圖案層的氧含量可低於第一透明電極層的氧含量。
第一電極可進一步包含提供於第一圖案層上的一第一種子層以及提供於第一種子層上的一第一金屬層，可藉由使用一鍍膜遮罩的一沉積製程圖案化第一種子層，且可藉由一選擇性沉積製程圖案化第一金屬層。
第一圖案層、第一種子層和第一金屬層可具有相同圖案。
一第一半導體層和一第二半導體層可被進一步提供於半導體基板與第一透明電極層之間，第一半導體層可由一本質非晶矽層形成，且第二半導體層可由一n型非晶矽層形成。
太陽能電池可進一步包含提供於第一透明電極層與第一圖案層之間的一鈣鈦礦太陽能電池，其中鈣鈦礦太陽能電池可包含一第一導電電荷傳輸層、提供於第一導電電荷傳輸層上的一光吸收層以及提供於光吸收層上的一第二導電電荷傳輸層。
太陽能電池可進一步包含提供於第二導電電荷傳輸層與第一圖案層之間的一第三透明電極層，其中第三透明電極層可包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物，第一圖案層可接觸第三透明電極層，第一圖案層的銦含量可高於第三透明電極層的銦含量，且第一圖案層的氧含量可低於第三透明電極層的氧含量。
此外，本發明提供一種太陽能電池，包含：一鈣鈦礦太陽能電池，包含一第一導電電荷傳輸層、提供於第一導電電荷傳輸層上的一光吸收層以及提供於光吸收層上的一第二導電電荷傳輸層；以及一第一電極，提供於第二導電電荷傳輸層的一表面上，其中第一電極包含藉由使用一鍍膜遮罩的一沉積製程圖案化的一第一圖案層。
太陽能電池可進一步包含提供於第二導電電荷傳輸層與第一圖案層之間的一第三透明電極層，其中第三透明電極層和第一圖案層各自可包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物。
第一圖案層可接觸第三透明電極層，第一圖案層的銦含量可高於第三透明電極層的銦含量，且第一圖案層的氧含量可低於第三透明電極層的氧含量。
此外，本發明提供一種製造太陽能電池的方法，包含：於一半導體基板的一表面上形成一第一透明電極層的一步驟；以及於第一透明電極層的一表面上形成一第一電極的一步驟，其中形成第一電極的步驟可包含透過使用一鍍膜遮罩的一沉積製程形成一第一圖案層的一製程，且第一透明電極層和第一圖案層在原位(in-situ)藉由連續製程形成。
第一透明電極層和第一圖案層各自可包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物。
在原位藉由連續製程形成第一透明電極層和第一圖案層的一製程可包含藉由供應一含錫材料、一含氧材料及一含銦材料至同一腔體中而形成第一透明電極層的一製程，並接著藉由搭配鍍膜遮罩供應含錫材料、含氧材料及含銦材料而形成第一圖案層的一製程。
在形成第一圖案層的製程中供應含銦材料的量與供應所有材料的量的比可高於在形成第一透明電極層的製程中供應該含銦材料的量與供應所有材料的量的比，且在形成第一圖案層的製程中供應含氧材料的量與供應所有材料的量的比可低於在形成第一透明電極層的製程中供應含氧材料的量與供應所有材料的量的比。
在原位藉由連續製程形成第一透明電極層和第一圖案層的一製程可包含藉由供應一含錫材料及一含氧材料至同一腔體中而形成第一透明電極層的一製程，並接著藉由搭配鍍膜遮罩供應含錫材料、含氧材料及一含銦材料而形成第一圖案層的一製程。
此外，本發明提供一種製造太陽能電池的方法，包含：於一半導體基板的一表面上形成一鈣鈦礦太陽能電池的一步驟，鈣鈦礦太陽能電池包含一第一導電電荷傳輸層、提供於第一導電電荷傳輸層上的一光吸收層以及提供於光吸收層上的一第二導電電荷傳輸層；於第二導電電荷傳輸層的一表面上形成一第三透明電極層的一步驟；以及於第三透明電極層的一表面上形成一第一電極的一步驟，其中形成第一電極的步驟包含透過使用一鍍膜遮罩的一沉積製程形成一第一圖案層的一製程，且第三透明電極層和第一圖案層在原位藉由連續製程形成。
第三透明電極層和第一圖案層各自可包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物。
形成第一電極的步驟可包含於第一圖案層上形成一第一種子層的一製程以及於第一種子層上形成一第一金屬層的一製程，可藉由使用一鍍膜遮罩的一沉積製程圖案化第一種子層，且可藉由一選擇性沉積製程圖案化第一金屬層。
〔有利功效〕
根據本發明，可以實現以下功效。
根據本發明的一實施例，由於包含第一圖案層的第一電極形成於第一透明電極層上，因此第一圖案層可透過鍍膜遮罩製程而不是微影製程形成，從而可以簡化製造製程且可以提升生產率。
尤其，第一透明電極層和第一圖案層可以在原位藉由連續製程形成，從而可以更加地提升生產率。
本發明的優點和特徵及其實施方法將透過參照圖式一起描述的以下實施例來闡明。然而，本發明可以用各種形式實施且不應被解釋為以於此闡述的實施例為限。相反地，所提供的實施例是為了使本發明徹底和完整，並將本發明的範圍完全傳達給本領域具通常知識者。此外，本發明僅由請求項的範圍來定義。
為了描述本發明實施例而於圖式中揭露的形狀、尺寸、比例、角度、數量僅僅是示例，並因此本發明不受限於圖式細節。相同的參考標號在全文中係指相同的元件。在以下描述中，當確定對相關已知技術的詳細描述會不必要地模糊本發明的重要內容時，此詳細描述將被省略。本說明書用來描述所使用的「包含」、「具有」及「含有」的情況下，除非使用「只/僅…..」，否則可以添加另一部件。單數形式的用語可以包含複數形式，除非提到相反的內容。
雖然沒有明確描述，但在解釋一個元件時，此元件被解釋為含有一個誤差範圍。
在描述位置關係方面，例如當兩個部件之間的位置關係被描述為「在..…上」、「在..…上方」、「在…..下」和「在..…一旁」時，除非使用「恰好」或「直接」，否則一個或多個其他部件可能被設置在這兩個部件之間。
在描述時間關係方面，例如當時間順序被描述為「在.....後」、「隨後」、「接下來」和「在.....前」時，除非使用「恰好」或「直接」，否則可能包含不連續的情況。
可以理解的是，儘管用語「第一」、「第二」等在此可用於描述各種元件，但這些元件不應受到這些用語的限制。這些用語只是用來區分一個元件和另一個元件。舉例來說，在不偏離本發明的範圍之情況中，第一元件可以被稱為第二元件，且同樣地第二元件也可以被稱為第一元件。
本發明各實施例的特徵可部分地或整體地相互耦合或結合，並可如本領域具通常知識者能夠充分理解的那樣彼此不同地相互操作和驅動。本發明的實施例可以彼此獨立進行，也可用共同依賴的關係共同進行。
圖1為根據本發明一實施例之太陽能電池的剖面示意圖。
如圖1所示，根據本發明一實施例的太陽能電池包含半導體基板100、第一半導體層210、第二半導體層220、第三半導體層230、第四半導體層240、第一透明電極層310、第二透明電極層320、第一電極410以及第二電極420。
半導體基板100可包含n型半導體晶圓。半導體基板100的一表面及另一表面(詳細來說，頂面和底面)可形成為凹凸結構。藉此，堆疊在半導體基板100的所述一表面上的多個層以及堆疊在半導體基板100的另一表面上的多個層可形成為對應半導體基板100之凹凸結構的凹凸結構。然而，凹凸結構可以只在半導體基板100的所述一表面和另一表面的一者中形成，或者可以在基板的所述一表面和另一表面的全部中不形成凹凸結構。
第一半導體層210形成於半導體基板100的所述一表面(例如頂面)上。第一半導體層210可透過例如化學氣相沉積(CVD)製程或原子層沉積(ALD)製程的薄膜沉積製程形成且可由本質半導體層(例如本質非晶矽層)形成。然而視情況，第一半導體層210可由摻雜少量摻雜物(例如少量n型摻雜物)的半導體層形成，並且例如可由摻雜少量n型摻雜物的非晶矽層形成。
第二半導體層220形成於第一半導體層210的一表面(例如頂面)上。第二半導體層220可透過薄膜沉積製程形成且可由例如極性與半導體基板100或第一半導體層210相同的n型半導體層形成。第二半導體層220可由n型非晶矽層形成。
第三半導體層230形成於半導體基板100的另一表面(例如底面)上。第三半導體層230可透過薄膜沉積製程形成且可由本質半導體層(例如本質非晶矽層)形成。然而視情況，第三半導體層230可由摻雜少量摻雜物(例如少量p型摻雜物)的非晶矽層形成。在這種情況下，摻雜於第三半導體層230上的摻雜物之極性與摻雜於第一半導體層210上的摻雜物之極性相反。
第四半導體層240形成於第三半導體層230的另一表面(例如底面)上。第四半導體層240可透過薄膜沉積製程形成且可由摻雜特定摻雜物的半導體層形成。在這種情況下，摻雜於第四半導體層240上的摻雜物之極性與摻雜於第二半導體層220上的摻雜物之極性相反。第四半導體層240可由p型非晶矽層形成。
第一透明電極層310形成於第二半導體層220的一表面(例如頂面)上。第一透明電極層310透過例如CVD製程、ALD製程或物理氣相沉積(PVD)製程的薄膜沉積製程形成。第一透明電極層310可由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如氧化銦錫(ITO)或二氧化錫(SnO 2))形成。
第二透明電極層320形成於第四半導體層240的另一表面(例如底面)上。第二透明電極層320透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成。第二透明電極層320可由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。第二透明電極層320和第一透明電極層310可由相同的材料形成。
第一電極410形成於第一透明電極層310的一表面(例如頂面)上。詳細來說，第一電極410形成於太陽光入射的入射面上，因此第一電極410被圖案化成特定形狀以防止入射的太陽光量被第一電極410減少。第一電極410可形成為凹凸結構。因此，包含於第一電極410中的多個層可以堆疊成凹凸結構。然而，第一電極410不以此為限且可以不形成為凹凸結構。
第一電極410可包含第一圖案層411、第一種子層412以及第一金屬層413。
第一圖案層411可形成於第一透明電極層310的一表面(例如頂面)上。
第一圖案層411可由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。
第一圖案層411可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成，且在這種情況下可藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程被圖案化。如此一來，第一透明電極層310可首先藉由不使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成，且接著第一圖案層411可藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程在原位(in-situ)形成。也就是說，第一透明電極層310和第一圖案層411可在原位藉由連續製程形成。
在這種情況下，第一圖案層411的銦含量可高於第一透明電極層310的銦含量，且第一圖案層411的氧含量可低於第一透明電極層310的氧含量。
當第一圖案層411的銦含量高於第一透明電極層310的銦含量以及第一圖案層411的氧含量低於第一透明電極層310的氧含量時，第一圖案層411的導電率可優於第一透明電極層310的導電率，從而可以降低第一透明電極層310與第一種子層412之間的接觸電阻。
此外，當第一透明電極層310的銦含量低於第一圖案層411的銦含量以及第一透明電極層310的氧含量高於第一圖案層411的氧含量時，第一透明電極層310的透光率可優於第一圖案層411的透光率，入射到太陽能電池內部的太陽光量可以增加。
第一種子層412可形成於第一圖案層411的一表面(例如頂面)上。
第一種子層412可包含導電材料(例如選自由銦(In)、錫(Sn)、鉭(Ta)和鋅(Zn)所組成的群組的至少一者)。
第一種子層412透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成。此外，第一種子層412可透過使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成為具有與第一圖案層411的圖案相同的圖案。在這種情況下，第一種子層412可像第一圖案層411一樣與第一圖案層411在原位藉由連續製程形成，並且對於連續製程的製程效率來說，可優選的是第一種子層412包含與包含在第一圖案層411中的材料相同的材料(例如銦(In)或錫(Sn))。
第一金屬層413可形成於第一種子層412的一表面(例如頂面)上。
第一金屬層413可由本領域具通常知識者已知的各種材料形成，並且優選可包含選自由鎢(W)、鋁(Al)和銅(Cu)所組成的群組的至少一者。
第一金屬層413透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成。此外，第一金屬層413可藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成，或藉由不使用鍍膜遮罩之本領域具通常知識者已知的選擇性沉積製程形成。在第一金屬層413藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成的情況中，第一金屬層413可像第一種子層412一樣與第一種子層412在原位藉由連續製程形成。第一金屬層413可形成為具有與第一種子層412的圖案相同的圖案。
視情況，第一種子層412和第一金屬層413可被省略，且在這種情況下，第一電極410可由第一圖案層411形成。
第二電極420形成於第二透明電極層320的另一表面(例如底面)上。第二電極420可形成於與太陽光入射到其上的入射面相對的表面上，並且因此可形成於第二透明電極層320的整個底面上。然而，如同前述的第一電極410，第二電極420可被圖案化成特定形狀，從而可被配置成使太陽光的反射光經由第二透明電極層320入射到太陽能電池的內側。第二電極420可形成為凹凸結構。藉此，包含於第二電極420中的多個層可以堆疊成凹凸結構。然而，第二電極420不以此為限且可以不形成為凹凸結構。
第二電極420可包含第二圖案層421、第二種子層422以及第二金屬層423。
第二圖案層421可形成於第二透明電極層320的另一表面(例如底面)上。
如同第二透明電極層320，第二圖案層421可由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。
第二圖案層421可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成，且在這種情況下可藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程被圖案化。如此一來，第二透明電極層320可首先藉由沒有使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成，且接著第二圖案層421可藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程在原位形成。也就是說，第二透明電極層320和第二圖案層421可在原位藉由連續製程形成。
在這種情況下，第二圖案層421的銦含量可高於第二透明電極層320的銦含量，且第二圖案層421的氧含量可低於第二透明電極層320的氧含量。
當第二圖案層421的銦含量高於第二透明電極層320的銦含量以及第二圖案層421的氧含量低於第二透明電極層320的氧含量時，第二圖案層421的導電率可優於第二透明電極層320的導電率，從而可以降低第二透明電極層320與第二種子層422之間的接觸電阻。
此外，當第二透明電極層320的銦含量低於第二圖案層421的銦含量以及第二透明電極層320的氧含量高於第二圖案層421的氧含量時，第二透明電極層320的透光率可優於第二圖案層421的透光率，入射到太陽能電池內部的太陽光量可以增加。
第二種子層422可形成於第二圖案層421的另一表面(例如底面)上。
第二種子層422可包含導電材料(例如選自由銦(In)、錫(Sn)、鉭(Ta)和鋅(Zn)所組成的群組的至少一者)。
第二種子層422透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成。此外，第二種子層422可透過使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成為具有與第二圖案層421的圖案相同的圖案。在這種情況下，第二種子層422可像第二圖案層421一樣與第二圖案層421在原位藉由連續製程形成，並且對於連續製程的製程效率來說，可優選的是第二種子層422包含與包含於第二圖案層421中的材料相同的材料(例如銦(In)或錫(Sn))。
第二金屬層423可形成於第二種子層422的另一表面(例如底面)上。
第二金屬層423可由本領域具通常知識者已知的各種材料形成，並且優選可包含選自由鎢(W)、鋁(Al)和銅(Cu)所組成的群組的至少一者。
第二金屬層423透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成。此外，第二金屬層423可藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成，或藉由不使用鍍膜遮罩之本領域具通常知識者已知的選擇性沉積製程形成。在第二金屬層423藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成的情況中，第二金屬層423可像是第二種子層422一樣與第二種子層422在原位藉由連續製程形成。第二金屬層423可形成為具有與第二種子層422的圖案相同的圖案。
視情況，第二種子層422和第二金屬層423可被省略，且在這種情況下，第二電極420可由第二圖案層421形成。
圖2為根據本發明另一實施例之太陽能電池的剖面示意圖。
如圖2所示，根據本發明另一實施例的太陽能電池包含半導體基板100、第一半導體層210、第二半導體層220、第三半導體層230、第四半導體層240、第一透明電極層310、第二透明電極層320、第一電極410、第二電極420以及鈣鈦礦太陽能電池500。
除了添加鈣鈦礦太陽能電池500之外，如圖2所示之根據本發明另一實施例的太陽能電池相同於根據上述圖1的太陽能電池。因此，類似的參考標號是指類似的元件，且只有不同的元件才會在以下描述。
如圖2所示，根據本發明另一實施例，鈣鈦礦太陽能電池500額外地形成於上述圖1中之結構中的第一透明電極層310與第一電極410之間。
因此，根據本發明另一實施例的太陽能電池可為具有包含塊材型(bulk-type)太陽能電池之串疊結構(tandem structure)的太陽能電池，其包含半導體基板100、第一半導體層210、第二半導體層220、第三半導體層230、第四半導體層240、第一透明電極層310、第二透明電極層320以及形成於塊材型太陽能電池上的鈣鈦礦太陽能電池500。
在這種情況下，第一透明電極層310可起到作為塊材型太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池500之間的緩衝層的功能，因而不需要單獨的緩衝層。
鈣鈦礦太陽能電池500可包含導電電荷傳輸層520、530以及光吸收層510。
鈣鈦礦太陽能電池500可包含一或多個導電電荷傳輸層520、530。舉例來說，鈣鈦礦太陽能電池500可包含在第一透明電極層310上接觸第一透明電極層310的第一導電電荷傳輸層520、提供於第一導電電荷傳輸層520上的光吸收層510以及提供於光吸收層510上的第二導電電荷傳輸層530。然而，本發明並不以此為限，且導電電荷傳輸層520、530可以只設置於光吸收層510之兩表面的其中一個表面上。
第一導電電荷傳輸層520可被配置成具有與第二半導體層220的極性不同的極性(例如p型極性)，且第二導電電荷傳輸層530可被配置成具有與第一導電電荷傳輸層520的極性不同的極性(例如n型極性)。因此，第一導電電荷傳輸層520可由電洞傳輸層(HTL)形成，且第二導電電荷傳輸層530可由電子傳輸層(ETL)形成。.
電洞傳輸層可包含各種p型有機材料，例如本領域具通常知識者已知的螺-MeO-TAD(Spiro-MeO-TAD)、胺基螺二茀(Spiro-TTB)、聚苯胺、多酚、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)，PEDOT-PSS)、聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]，PTAA)和聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl，P3HT)，或是可包含含有各種p型有機或無機材料的化合物以及各種p型金屬氧化物，例如本領域具通常知識者已知的鎳氧化物、鉬氧化物、釩氧化物、鎢氧化物或銅氧化物。
電子傳輸層可包含含有各種n型有機或無機材料的化合物以及n型有機材料，例如浴銅靈(bathocuproine，BCP)、富勒烯(C60)或苯基-C61-丁酸甲酯(phenyl-C61-butyric acid methyl ester，PCBM)，或是各種n型金屬氧化物，例如本領域具通常知識者已知的氧化鋅、c-TiO 2/mp-TiO 2、二氧化錫或氧化銦鋅(IZO)。
另外，第二導電電荷傳輸層530可接觸第一電極410的第一圖案層411，且在這種情況下，如同上述圖1中的第一透明電極層310和第一圖案層411在原位藉由連續製程形成，第二導電電荷傳輸層530和第一圖案層411可在原位藉由連續製程形成。為此，第二導電電荷傳輸層530可由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。在這種情況下，第二導電電荷傳輸層530透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成。
然而，儘管沒有繪示，可進一步於第二導電電荷傳輸層530與第一圖案層411之間形成第三透明電極層，且因此第三透明電極層可接觸第一圖案層411。在這種情況下，如同前述之第一透明電極層310，第三透明電極層可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成，且可由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。在這種情況下，第一圖案層411的銦含量可高於第三透明電極層的銦含量，且第一圖案層411的氧含量可低於第三透明電極層的氧含量。
光吸收層510包含本領域具通常知識者已知的鈣鈦礦化合物。
圖3為根據本發明又另一實施例之太陽能電池的剖面示意圖。
如圖3所示，根據本發明又另一實施例的太陽能電池包含第一電極410、第二電極420以及鈣鈦礦太陽能電池500。
根據圖3所示之本發明又另一實施例的太陽能電池具有塊材型太陽能電池從上述圖2的太陽能電池中被移除的結構，且具有第一電極410形成於鈣鈦礦太陽能電池500的一表面(例如頂面)上及第二電極420形成於鈣鈦礦太陽能電池500的另一表面(例如底面)上的結構。
在這種情況下，第一電極410、第二電極420及鈣鈦礦太陽能電池500的詳細構造可與上述圖2之描述相同。
雖然沒有繪示，但可進一步於第二導電電荷傳輸層530與第一圖案層411之間形成第三透明電極層，且因此第三透明電極層可接觸第一圖案層411。在這種情況下，如同前述之第一透明電極層310，第三透明電極層可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成，且可由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。因此在這種情況下，第一圖案層411的銦含量可高於第三透明電極層的銦含量，且第一圖案層411的氧含量可低於第三透明電極層的氧含量。
此外，在圖3中，第二電極420的第二圖案層421接觸鈣鈦礦太陽能電池500的第一導電電荷傳輸層520。在這種情況下，當第一導電電荷傳輸層520不是由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成時，第一導電電荷傳輸層520和第二圖案層421可以不是藉由連續製程形成。另一方面，當第一導電電荷傳輸層520由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成時，第一導電電荷傳輸層520和第二圖案層421可以不是藉由連續製程形成，且在這種情況下，第二圖案層421的銦含量可高於第一導電電荷傳輸層520的銦含量，且第二圖案層421的氧含量可低於第一導電電荷傳輸層520的氧含量。
圖4A至圖4D為根據本發明一實施例之製造太陽能電池的製程的剖面示意圖且涉及製造根據上述圖1之太陽能電池的製程。以下，省略了例如材料描述的相同元件的重複描述。
首先，如圖4A所示，第一半導體層210形成於半導體基板100的一表面(例如頂面)上，且第二半導體層220形成於第一半導體層210的一表面(例如頂面)上。
第一半導體層210可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程由本質半導體層(例如本質非晶矽層)或是摻雜少量n型摻雜物的半導體層(例如摻雜少量n型摻雜物的非晶矽層)形成。
第二半導體層220可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程由摻雜n型摻雜物的半導體層(例如摻雜n型摻雜物的非晶矽層)形成。
在這種情況下，第一半導體層210和第二半導體層220可在原位藉由連續製程形成。詳細來說，可藉由透過CVD製程、ALD製程或PVD製程將矽的源材料供應至腔體中而形成包含本質非晶矽層的第一半導體層210，且隨後可藉由透過CVD製程、ALD製程或PVD製程與矽的源材料一起額外供應n型摻雜物材料而形成包含n型非晶矽層的第二半導體層220。
隨後，如圖4B所示，第三半導體層230形成於半導體基板100的另一表面(例如底面)上，且第四半導體層240形成於第三半導體層230的另一表面(例如底面)上。
第三半導體層230可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程由本質半導體層(例如本質非晶矽層)是摻雜少量p型摻雜物的半導體層(例如摻雜少量p型摻雜物的非晶矽層)形成。
第四半導體層240可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程由摻雜p型摻雜物的半導體層(例如摻雜p型摻雜物的非晶矽層)形成。
在這種情況下，第三半導體層230和第四半導體層240可在原位藉由連續製程形成。詳細來說，可藉由透過CVD製程、ALD製程或PVD製程將矽的源材料供應至腔體中而形成包含本質非晶矽層的第三半導體層230，且隨後可藉由透過CVD製程、ALD製程或PVD製程與矽的源材料一起額外供應p型摻雜物材料而形成包含p型非晶矽層的第四半導體層240。
此外，圖4A的製程和圖4B的製程之間不設定特殊的順序。也就是說，可以先進行圖4B的製程，然後再進行圖4A的製程。
隨後，如圖4C所示，第一透明電極層310形成於第二半導體層220的一表面(例如頂面)上，且第一電極410形成於第一透明電極層310的一表面(例如頂面)上。
第一透明電極層310可藉由使用CVD製程、ALD製程或PVD製程由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。
形成第一透明電極層310的製程可包含藉由將含錫材料、含氧材料及含銦材料供應至一腔體中而形成ITO的製程，或是可包含藉由將含錫材料及含氧材料供應至一腔體中而形成SnO 2的製程。
形成第一電極410的製程可包含形成第一圖案層411的製程、於第一圖案層411的頂面形成第一種子層412的製程以及於第一種子層412的頂面形成第一金屬層413的製程。
第一圖案層411可藉由使用搭配鍍膜遮罩的CVD製程、ALD製程或PVD製程由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物形成。
形成第一圖案層411的製程可包含藉由將含錫材料、含氧材料及含銦材料供應至一腔體中而形成ITO的製程，或是可包含藉由將含錫材料及含氧材料供應至一腔體中而形成SnO 2的製程。
在這種情況下，第一圖案層411和第一透明電極層310可在原位藉由連續製程形成。舉例來說，可藉由使用CVD製程、ALD製程或PVD製程並藉由將含錫材料、含氧材料及含銦材料供應至一腔體中而形成第一透明電極層310，並接著可藉由使用搭配鍍膜遮罩的CVD製程、ALD製程或PVD製程並藉由供應含錫材料、相對於第一透明電極層310具有不同氧含量的含氧材料及相對於第一透明電極層310具有不同銦含量的含銦材料而形成第一圖案層411。
作為另一例子，可藉由使用CVD製程、ALD製程或PVD製程並藉由將含錫材料及含氧材料供應至同一腔體中而形成第一透明電極層310，並接著可藉由使用搭配鍍膜遮罩的CVD製程、ALD製程或PVD製程並藉由供應含錫材料、含氧材料及含銦材料而形成第一圖案層411。
在形成第一圖案層411的製程中供應含銦材料的量與供應所有材料的量的比可高於在形成第一透明電極層310的製程中供應含銦材料的量與供應所有材料的量的比，且在形成第一圖案層411的製程中供應含氧材料的量與供應所有材料的量的比可低於在形成第一透明電極層310的製程中供應含氧材料的量與供應所有材料的量的比。因此，第一圖案層411的銦含量可高於第一透明電極層310的銦含量，且第一圖案層411的氧含量可低於第一透明電極層310的氧含量，且因此第一圖案層411的導電率可以增加。
可藉由使用搭配鍍膜遮罩的CVD製程、ALD製程或PVD製程供應導電材料(例如選自由銦(In)、錫(Sn)、鉭(Ta)和鋅(Zn)所組成的群組的至少一者)而形成第一種子層412。
在這種情況下，第一種子層412可像是第一圖案層411一樣與第一圖案層411在原位藉由搭配鍍膜遮罩的連續製程形成。
第一金屬層413透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成。在這種情況下，第一金屬層413可藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成，或可藉由不使用鍍膜遮罩之本領域具通常知識者已知的選擇性沉積製程形成。在第一金屬層413藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成的情況中，第一金屬層413可像是第一種子層412一樣與第一種子層412在原位藉由連續製程形成。
第一金屬層413可由本領域具通常知識者已知的各種金屬材料形成，且優選可包含選自由鎢(W)、鋁(Al)和銅(Cu)所組成的群組的至少一者。
隨後，如圖4D所示，第二透明電極層320形成於第四半導體層240的另一表面(例如底面)上，且第二電極420形成於第二透明電極層320的另一表面(例如底面)上。
第二透明電極層320可藉由使用CVD製程、ALD製程或PVD製程由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。
形成第二透明電極層320的製程可包含藉由將含錫材料、含氧材料及含銦材料供應至一腔體中而形成ITO的製程，或是可包含藉由將含錫材料及含氧材料供應至一腔體中而形成SnO 2的製程。
形成第二電極420的製程可包含形成第二圖案層421的製程、於第二圖案層421的底面上形成第二種子層422的製程以及於第二種子層422的底面上形成第二金屬層423的製程。
第二圖案層421可藉由使用搭配鍍膜遮罩的CVD製程、ALD製程或PVD製程而由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物形成。
形成第二圖案層421的製程可包含藉由將含錫材料、含氧材料及含銦材料供應至一腔體中而形成ITO的製程，或是可包含藉由將含錫材料及含氧材料供應至一腔體中而形成SnO 2的製程。
在這種情況下，第二圖案層421和第二透明電極層320可在原位藉由連續製程形成。舉例來說，可藉由使用CVD製程、ALD製程或PVD製程並藉由將含錫材料、含氧材料及含銦材料供應至一腔體中而形成第二透明電極層320，並接著可藉由使用搭配鍍膜遮罩的CVD製程、ALD製程或PVD製程供應含錫材料、相對於第二透明電極層320具有不同氧含量的含氧材料及相對於第二透明電極層320具有不同銦含量的含銦材料而形成第二圖案層421。
作為另一例子，可藉由使用CVD製程、ALD製程或PVD製程將含錫材料及含氧材料供應至同一腔體中而形成第二透明電極層320，並接著可藉由使用搭配鍍膜遮罩的CVD製程、ALD製程或PVD製程供應含錫材料、含氧材料及含銦材料而形成第二圖案層421。
在形成第二圖案層421的製程中供應含銦材料的量與供應所有材料的量的比可高於在形成第二透明電極層320的製程中供應含銦材料的量與供應所有材料的量的比，且在形成第二圖案層421的製程中供應含氧材料的量與供應所有材料的量的比可低於在形成第二透明電極層320的製程中供應含氧材料的量與供應所有材料的量的比。因此，第二圖案層421的銦含量可高於第二透明電極層320的銦含量，且第二圖案層421的氧含量可低於第二透明電極層320的氧含量，且因此第二圖案層421的導電率可以增加。
可藉由使用搭配鍍膜遮罩的CVD製程、ALD製程或PVD製程供應導電材料(例如選自由銦(In)、錫(Sn)、鉭(Ta)和鋅(Zn)所組成的群組的至少一者)而形成第二種子層422。
在這種情況下，第二種子層422可像是第二圖案層421一樣與第二圖案層421在原位藉由搭配鍍膜遮罩的連續製程形成。
第二金屬層423透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成。在這種情況下，第二金屬層423可藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成，或可藉由不使用鍍膜遮罩之本領域具通常知識者已知的選擇性沉積製程形成。在第二金屬層423藉由使用鍍膜遮罩的薄膜沉積製程形成的情況中，第二金屬層423可像是第二種子層422一樣與第二種子層422在原位藉由連續製程形成。
第二金屬層423可由本領域具通常知識者已知的各種金屬材料形成，且優選可包含選自由鎢(W)、鋁(Al)和銅(Cu)所組成的群組的至少一者。
此外，圖4C的製程和圖4D的製程之間不設定特殊的順序。也就是說，可以先進行圖4D的製程，然後再進行圖4C的製程。
視情況，圖4C的製程可在圖4A的製程之後進行，並接著可以連續進行圖4B的製程和圖4D的製程。
圖5A至圖5D為根據本發明另一實施例之製造太陽能電池的製程的剖面示意圖且涉及製造根據上述圖2之太陽能電池的製程。
首先，如圖5A所示，第一半導體層210形成於半導體基板100的一表面(例如頂面)上，第二半導體層220形成於第一半導體層210的一表面(例如頂面)上，第一透明電極層310形成於第二半導體層220的一表面(例如頂面)上，鈣鈦礦太陽能電池500的第一導電電荷傳輸層520形成於第一透明電極層310的一表面(例如頂面)上，且光吸收層510形成於第一導電電荷傳輸層520的一表面(例如頂面)上。
形成第一半導體層210的製程、形成第二半導體層220的製程以及形成第一透明電極層310的製程係如上所述，因此省略其重複描述。
形成第一導電電荷傳輸層520的製程可包含透過例如蒸鍍製程的薄膜沉積製程形成包含有機材料之電洞傳輸層的製程，或是可包含透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成包含無機材料之電洞傳輸層的製程。
形成光吸收層510的製程可包含透過溶液製程或例如CVD製程的薄膜沉積製程形成鈣鈦礦化合物的製程。
隨後，如圖5B所示，第二導電電荷傳輸層530形成於鈣鈦礦太陽能電池500的光吸收層510的一表面(例如頂面)上，且第一電極410形成於第二導電電荷傳輸層530的一表面(例如頂面)上。
形成第二導電電荷傳輸層530的製程可包含透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成包含無機材料(尤其是包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物，例如ITO或SnO 2)之電子傳輸層的製程。
形成第一電極410的製程可包含形成第一圖案層411的製程、於第一圖案層411的頂面上形成第一種子層412的製程以及於第一種子層412的頂面上形成第一金屬層413的製程，並且各個製程係如上述。然而，第一圖案層411形成以接觸第二導電電荷傳輸層530，進而使第一圖案層411可像是第二導電電荷傳輸層530一樣與第二導電電荷傳輸層530在原位藉由連續製程形成。
然而，儘管沒有繪示，但可進一步於第二導電電荷傳輸層530與第一圖案層411之間形成第三透明電極層，進而使第三透明電極層可接觸第一圖案層411。在這種情況下，如同前述的第一透明電極層310，第三透明電極層可透過例如CVD製程、ALD製程或PVD製程的薄膜沉積製程形成，且可由包含銦和錫至少其中一者的透明氧化物(例如ITO或SnO 2)形成。因此，在這種情況下，第一圖案層411的銦含量可高於第三透明電極層的銦含量，且第一圖案層411的氧含量可低於第三透明電極層的氧含量。此外，第一圖案層411可像是第三透明電極層一樣與第三透明電極層在原位藉由連續製程形成。
隨後，如圖5C所示，第三半導體層230形成於半導體基板100的另一表面(例如底面)上，且第四半導體層240形成於第三半導體層230的另一表面(例如底面)上。
形成第三半導體層230的製程和形成第四半導體層240的製程係如上所述，因此省略其重複描述。
隨後，如圖5D所示，第二透明電極層320形成於第四半導體層240的另一表面(例如底面)上，且第二電極420形成於第二透明電極層320的另一表面(例如底面)上。
形成第二透明電極層320的製程和形成第二電極420的製程係如上所述，因此省略對其重複描述。
另外，儘管沒有繪示，一來第一半導體層210和第二半導體層220可依序形成於半導體基板100的頂面，且隨後第三半導體層230和第四半導體層240可依序形成於半導體基板100的底面，二來第一透明電極層310和第一電極410隨後可依序形成於第二半導體層220的頂面，且第二透明電極層320和第二電極420隨後可依序形成於第四半導體層240的底面。在這種情況下，形成於半導體基板100之底面上的構造可在形成於半導體基板100的頂面的構造之前形成。
以上參照圖式對本發明的實施例進行了更詳細的描述，但本發明並不侷限於這些實施例，在不背離本發明精神的範圍內可以進行各種修飾。因此應該理解的是，上述的實施例從各個方面來說都是示例性而非限制性的。應該理解的是，本發明的範圍是由請求項來定義而不是具體詳細描述來定義，請求項的含義和範圍以及從其均等概念推斷出的所有變化或修飾都涵蓋在本發明的範圍內。
100:半導體基板 210:第一半導體層 220:第二半導體層 230:第三半導體層 240:第四半導體層 310:第一透明電極層 320:第二透明電極層 410:第一電極 411:第一圖案層 412:第一種子層 413:第一金屬層 420:第二電極 421:第二圖案層 422:第二種子層 423:第二金屬層 500:鈣鈦礦太陽能電池 510:光吸收層 520:第一導電電荷傳輸層 530:第二導電電荷傳輸層
圖1為根據本發明一實施例之太陽能電池的剖面示意圖。 圖2為根據本發明另一實施例之太陽能電池的剖面示意圖。 圖3為根據本發明又另一實施例之太陽能電池的剖面示意圖。 圖4A至圖4D為根據本發明一實施例之製造太陽能電池的製程的剖面示意圖。 圖5A至圖5D為根據本發明另一實施例之製造太陽能電池的製程的剖面示意圖。
100:半導體基板
210:第一半導體層
220:第二半導體層
230:第三半導體層
240:第四半導體層
310:第一透明電極層
320:第二透明電極層
410:第一電極
411:第一圖案層
412:第一種子層
413:第一金屬層
420:第二電極
421:第二圖案層
422:第二種子層
423:第二金屬層

Claims (20)

  1. 一種太陽能電池，包含：一半導體基板；一第一透明電極層，提供於該半導體基板的一表面上；以及一第一電極，提供於該第一透明電極層的一表面上，其中該第一電極包含藉由使用一鍍膜遮罩的一沉積製程圖案化的一第一圖案層。
  2. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該第一透明電極層和該第一圖案層各自包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物。
  3. 如請求項2所述之太陽能電池，其中該第一圖案層接觸該第一透明電極層，且該第一圖案層的銦含量高於該第一透明電極層的銦含量。
  4. 如請求項2所述之太陽能電池，其中該第一圖案層接觸該第一透明電極層，該第一圖案層的氧含量低於該第一透明電極層的氧含量。
  5. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該第一電極更包含提供於該第一圖案層上的一第一種子層以及提供於該第一種子層上的一第一金屬層，以及係藉由使用一鍍膜遮罩的一沉積製程圖案化該第一種子層，且係藉由一選擇性沉積製程圖案化該第一金屬層。
  6. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該第一圖案層、該第一種子層和該第一金屬層具有相同的圖案。
  7. 如請求項1所述之太陽能電池，其中一第一半導體層和一第二半導體層被進一步提供於該半導體基板與該第一透明電極層之間，該第一半導體層由一本質非晶矽層形成，且該第二半導體層由一n型非晶矽層形成。
  8. 如請求項1所述之太陽能電池，更包含提供於該第一透明電極層與該第一圖案層之間的一鈣鈦礦太陽能電池，其中該鈣鈦礦太陽能電池包含一第一導電電荷傳輸層、提供於該第一導電電荷傳輸層上的一光吸收層以及提供於該光吸收層上的一第二導電電荷傳輸層。
  9. 如請求項8所述之太陽能電池，更包含提供於該第二導電電荷傳輸層與該第一圖案層之間的一第三透明電極層，其中該第三透明電極層包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物，以及該第一圖案層接觸該第三透明電極層，該第一圖案層的銦含量高於該第三透明電極層的銦含量，且該第一圖案層的氧含量低於該第三透明電極層的氧含量。
  10. 一種太陽能電池，包含：一鈣鈦礦太陽能電池，包含一第一導電電荷傳輸層、提供於該第一導電電荷傳輸層上的一光吸收層以及提供於該光吸收層上的一第二導電電荷傳輸層；以及一第一電極，提供於該第二導電電荷傳輸層的一表面上，其中該第一電極包含藉由使用一鍍膜遮罩的一沉積製程圖案化的一第一圖案層。
  11. 如請求項10所述之太陽能電池，更包含提供於該第二導電電荷傳輸層與該第一圖案層之間的一第三透明電極層，其中該第三透明電極層和該第一圖案層各自包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物。
  12. 如請求項11所述之太陽能電池，其中該第一圖案層接觸該第三透明電極層，該第一圖案層的銦含量高於該第三透明電極層的銦含量，且該第一圖案層的氧含量低於該第三透明電極層的氧含量。
  13. 一種製造太陽能電池的方法，包含：於一半導體基板的一表面上形成一第一透明電極層的一步驟；以及於該第一透明電極層的一表面上形成一第一電極的一步驟，其中形成該第一電極的該步驟包含透過使用一鍍膜遮罩的一沉積製程形成一第一圖案層的一製程，且該第一透明電極層和該第一圖案層在原位(in-situ)藉由連續製程形成。
  14. 如請求項13所述之製造太陽能電池的方法，其中該第一透明電極層和該第一圖案層各自包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物。
  15. 如請求項14所述之製造太陽能電池的方法，其中在原位藉由連續製程形成該第一透明電極層和該第一圖案層的一製程包含藉由將一含錫材料、一含氧材料及一含銦材料供應至同一腔體中而形成該第一透明電極層並接著藉由搭配該鍍膜遮罩供應該含錫材料、該含氧材料及該含銦材料而形成該第一圖案層的一製程。
  16. 如請求項15所述之製造太陽能電池的方法，其中在形成該第一圖案層的該製程中供應該含銦材料的量與供應所有材料的量的比高於在形成該第一透明電極層的該製程中供應該含銦材料的量與供應所有材料的量的比，且在形成該第一圖案層的該製程中供應該含氧材料的量與供應所有材料的量的比低於在形成該第一透明電極層的該製程中供應該含氧材料的量與供應所有材料的量的比。
  17. 如請求項14所述之方法，其中在原位藉由連續製程形成該第一透明電極層和該第一圖案層的一製程包含藉由將一含錫材料及一含氧材料供應至同一腔體中而形成該第一透明電極層並接著藉由搭配該鍍膜遮罩供應該含錫材料、該含氧材料及一含銦材料而形成該第一圖案層的一製程。
  18. 一種製造太陽能電池的方法，包含：於一半導體基板的一表面上形成一鈣鈦礦太陽能電池的一步驟，該鈣鈦礦太陽能電池包含一第一導電電荷傳輸層、提供於該第一導電電荷傳輸層上的一光吸收層以及提供於該光吸收層上的一第二導電電荷傳輸層；於該第二導電電荷傳輸層的一表面上形成一第三透明電極層的一步驟；以及於該第三透明電極層的一表面上形成一第一電極的一步驟，其中形成該第一電極的該步驟包含透過使用一鍍膜遮罩的一沉積製程形成一第一圖案層的一製程，且該第三透明電極層和該第一圖案層在原位(in-situ)藉由連續製程形成。
  19. 如請求項18所述之製造太陽能電池的方法，其中該第三透明電極層和該第一圖案層各自包含含有銦(In)和錫(Sn)至少其中一者的透明氧化物。
  20. 如請求項13至19任一項所述之製造太陽能電池的方法，其中形成該第一電極的該步驟包含於該第一圖案層上形成一第一種子層的一製程以及於該第一種子層上形成一第一金屬層的一製程，係藉由使用一鍍膜遮罩的一沉積製程圖案化該第一種子層，且係藉由一選擇性沉積製程圖案化該第一金屬層。
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