TW202312507A - 鈍化接觸太陽能電池及其背面鈍化結構的製作方法 - Google Patents
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Abstract
一種鈍化接觸太陽能電池包含一矽基板及之一背面鈍化結構，該背面鈍化結構包含一穿隧氧化層、一N型摻雜多晶矽薄膜及一覆蓋層，該穿隧氧化層形成於該矽基板上，該N型摻雜多晶矽薄膜透過一電漿輔助化學氣相沉積製程形成於該穿隧氧化層上，且該N型摻雜多晶矽薄膜的一厚度介於30-100 nm之間，該覆蓋層形成於該N型摻雜多晶矽薄膜上，以電漿輔助化學氣相沉積製成之該N型摻雜多晶矽薄膜能讓穿隧氧化層保有良好的鈍化能力，而提高該鈍化接觸太陽能電池的轉換效率。
Description
本發明是關於一種鈍化接觸太陽能電池，特別是關於一種具背面鈍化結構之鈍化接觸太陽能電池及其背面鈍化結構的製作方法。
太陽能電池的發電原理是透過半導體基板吸收太陽光能後產生自由的電子電洞對，再藉由半導體基板內部擴散所建立的電場將自由電子與電洞分別蒐集在半導體基板的兩側，最後以導線連接在半導體基板兩側形成迴路後即可產生電流。但由於半導體基板吸收太陽光能後產生的自由電子及電洞彼此相當容易複合，因此，如何在電子與電洞複合前將其蒐集，為太陽能電池提高轉換效率的關鍵。目前一種鈍化接觸太陽能電池將一鈍化層設置於半導體基板與金屬電極之間，可隔開半導體基板及金屬電極之間的接觸而減少金屬接觸所造成的載子複合，能夠有效的提高太陽能電池的轉換效率，且鈍化層的鈍化能力與太陽能電池的轉換效率呈正比關係，因此，如何提高鈍化層的鈍化能力成了高轉換效率之鈍化接觸太陽能電池的研究發展重點之一。
本發明的主要目的在於以電漿輔助化學氣相沉積形成的N型摻雜多晶矽薄膜使穿隧氧化層的品質受到保護，讓穿隧氧化層具有良好的鈍化能力，進而提高鈍化接觸太陽能電池的轉換效率。
本發明之一種鈍化接觸太陽能電池包含一矽基板及一背面鈍化結構，該背面鈍化結構包含一穿隧氧化層、一N型摻雜多晶矽薄膜及一覆蓋層，該穿隧氧化層形成於該矽基板上，該N型摻雜多晶矽薄膜透過一電漿輔助化學氣相沉積製程形成於該穿隧氧化層上，且該穿隧氧化層位於該矽基板及該N型摻雜多晶矽薄膜之間，其中該N型摻雜多晶矽薄膜的一厚度介於30-100 nm之間，該覆蓋層形成於該N型摻雜多晶矽薄膜上，該N型摻雜多晶矽薄膜位於該覆蓋層及該穿隧氧化層之間。
本發明之一種鈍化接觸太陽能電池之背面鈍化結構的製作方法包含：於一矽基板的一背面形成一穿隧氧化層；透過一電漿輔助化學氣相沉積製程形成一N型摻雜多晶矽薄膜於該穿隧氧化層上，該穿隧氧化層位於該矽基板及該N型摻雜多晶矽薄膜之間，且該N型摻雜多晶矽薄膜的一厚度介於30-100 nm之間；以及形成一覆蓋層於N型摻雜多晶矽薄膜上，該N型摻雜多晶矽薄膜位於該覆蓋層及該穿隧氧化層之間。
本發明以電漿輔助化學氣相沉積製程形成該N型摻雜多晶矽薄膜，可避免該N型摻雜多晶矽薄膜在製造過程中對該穿隧氧化層造成破壞，讓該穿隧氧化層能保有良好的鈍化能力，進而提高該鈍化接觸太陽能電池的轉換效率。
請參閱第1圖，其為本發明之一實施例，一種鈍化接觸太陽能電池100的示意圖，該鈍化接觸太陽能電池100具有一矽基板110、一背面鈍化結構120、一正面鈍化結構130及一正面電極140。該背面鈍化結構120位於該矽基板110的背面，該正面鈍化結構130及該正面電極140位於該矽基板110的受光面，且該正面電極140穿過該正面鈍化結構130而接觸該矽基板110。
該矽基板110可為P型摻雜結晶矽基板或N型摻雜結晶矽基板，較佳的，該矽基板110為N型摻雜結晶矽基板，可具有較佳的發電效率。該正面鈍化結構130具有一氧化鋁薄膜131、一氮化矽薄膜132及一抗反射鍍膜133，該氧化鋁薄膜131形成於該矽基板110之該受光面上，該氮化矽薄膜132形成於該氧化鋁薄膜131上，該抗反射鍍膜133形成於該氮化矽薄膜132上。其中，該氧化鋁薄膜131及該氧化矽薄膜132用以修飾該矽基板110之受光面的缺陷，且該氧化矽薄膜132具有抗反射之效果。該抗反射鍍膜133則用以進一步地減少入射光的反射而提高光入射量，較佳的，該矽基板110的該受光面為三角錐或四角椎狀，以降低該受光面的光反射率。
該正面電極140透過網版印刷於該正面鈍化結構130上後經由燒結製程燒穿該正面鈍化結構130而成，該正面電極140用以將該鈍化接觸太陽能電池100受到太陽光照後累積於該受光面的載子導出形成電流。
請再參閱第1圖，該背面鈍化結構120具有一穿隧氧化層121、一N型摻雜多晶矽薄膜122及一覆蓋層123，該穿隧氧化層121形成於該矽基板110的該背面，該N型摻雜多晶矽薄膜122形成於該穿隧氧化層121上，使該穿隧氧化層121位於該N型摻雜多晶矽薄膜122及該矽基板110之間，該覆蓋層123形成於該N型摻雜多晶矽薄膜122上，使該N型摻雜多晶矽薄膜122位於該覆蓋層123及該穿隧氧化層121之間。
該穿隧氧化層121可透過一氧化法或一原子層沉積法形成於該矽基板110上，該穿隧氧化層121用以分隔該矽基板110與背面電極(圖未繪出)之接觸並修補該矽基板110之該背面的缺陷，而可減少該矽基板110的載子複合，以提升該鈍化接觸太陽能電池100的轉換效率。較佳的，該穿隧氧化層121的一厚度介於0.1-3 nm之間，可具有良好的載子選擇性。
該N型摻雜多晶矽薄膜122是透過一電漿輔助化學氣相沉積(PECVD, Plasma-enhanced chemical vapor deposition)製程形成於該穿隧氧化層121上，該N型摻雜多晶矽薄膜122用以降低輸出電阻，並與背面電極(圖未繪出)有著良好的接觸介面。請參閱第2圖，本實施例是以一超高頻電漿系統200進行該電漿輔助化學氣相沉積製程，其中，該超高頻電漿系統200具有一反應腔210，且該超高頻電漿系統200透過一幫浦對該反應腔210抽氣，以抽離該反應腔210中反應完的氣體並保持該反應腔210的腔體壓力。該矽基板110設置於該反應腔210中，該超高頻電漿系統200將一製程氣體G通入該反應腔210中，並透過一射頻產生器RF產生一射頻訊號至該反應腔210中的一電極220，該電極220將該製程氣體G解離為電漿，並對設置於一基板230上的該矽基板110進行該電漿輔助化學氣相沉積製程。
請參閱第1及2圖，在本實施例中，形成該N型摻雜多晶矽薄膜122之該電漿輔助化學氣相沉積製程的一操作頻率為40.68 MHZ，該製程氣體G為一氫氣/矽甲烷製程氣體，該氫氣/矽甲烷製程氣體之矽甲烷與氫氣的比例為1:2，且該製程氣體G的流量介於2-5 sccm，該基板230的溫度為200 ℃，該反應腔210之腔體壓力為400 mtorr，該射頻產生器RF之該射頻功率為35mW/cm
2。透過上述製程參數操作之該電漿輔助化學氣相沉積製程的製程溫度相較於低壓化學氣相沉積(LPCVD, Low-pressure CVD)的製程溫度低且為低離子轟擊，可避免高溫製程導致該N型摻雜多晶矽薄膜122中的元素擴散至該穿隧氧化層121中造成破壞而使該穿隧氧化層121的鈍化能力下降。此外，由於該電漿輔助化學氣相沉積製程的氣體解離度高，透過該電漿輔助化學氣相沉積製程能夠形成高鍍率、高摻雜及緻密性佳的該N型摻雜多晶矽薄膜122。
該N型摻雜多晶矽薄膜122未經一熱處理前的結晶度介於30~50%，而該N型摻雜多晶矽薄膜122經該熱處理後的一結晶度介於80~100%、一片電阻介於50-120 Ω/cm
2，該熱處理的溫度介於800-950 ℃。
該覆蓋層123透過化學氣相沉積、物理氣相沉積或原子層沉積法形成於該N型摻雜多晶矽薄膜122上，且該覆蓋層123之材料可選自為氮化矽、氮氧化矽、氧化矽、氧化鋁或氧化鉿，該覆蓋層123用以保護該N型摻雜多晶矽薄膜122。
請參閱第3圖，其為該鈍化接觸太陽能電池100之背面鈍化結構120的製作方法10的流程圖，其包含「形成穿隧氧化層11」、「形成N型摻雜多晶矽薄膜12」及「形成覆蓋層13」。
請配合參閱第1圖，於步驟11中，以氧化法或原子層沉積法於該矽基板110上形成該穿隧氧化層121，在本實施例中，是透過第2圖之該超高頻電漿系統200對該矽基板110之該背面進行氧氣電漿表面處理而成。其中，形成該穿隧氧化層121的該操作頻率為40.68 MHz、該腔體壓力為1000 mtorr、該氧氣流量為100 sccm、該射頻功率為60 mW/cm2，該基板溫度為150 ℃，形成之該穿隧氧化層121的厚度為1.5 nm。
接著進行步驟12，以該超高頻電漿系統200進行電漿輔助化學氣相沉積製程而於該穿隧氧化層121上形成該N型摻雜多晶矽薄膜122，形成該N型摻雜多晶矽薄膜122的該操作頻率為40.68 MHZ，該氫氣/矽甲烷製程氣體之矽甲烷與氫氣的比例為1:2，該氫氣/矽甲烷製程氣體之流量介於2-5 sccm，該基板溫度為200 ℃，該腔體壓力為400 mtorr，該射頻功率為35mW/cm
2，形成之該N型摻雜多晶矽薄膜122的厚度為80 nm。再透過900 ℃退火1個小時，可將該N型摻雜多晶矽薄膜122的結晶度提升至95%，片電阻為80 Ω/cm
2。
最後，於步驟13中，透過化學氣相沉積、物理氣相沉積或原子層沉積法於該N型摻雜多晶矽薄膜122上形成該覆蓋層123，其中，該覆蓋層123之材料可選自為氮化矽、氮氧化矽、氧化矽、氧化鋁或氧化鉿，該覆蓋層123用以保護該N型摻雜多晶矽薄膜122。
經實際製作後分析得知，本實施例之該鈍化接觸太陽能電池100的該背面鈍化結構120之載子生命週期可達到2990 μs，暗喻電壓為707 mV，表面複合電流j0為7.3 fA/cm
2，皆有著相當好的表現，證明該背面鈍化結構120確實可提升該鈍化接觸太陽能電池100的轉換效率。
本發明以電漿輔助化學氣相沉積製程形成該N型摻雜多晶矽薄膜122，可避免該N型摻雜多晶矽薄膜122在製造過程中對該穿隧氧化層121造成破壞，讓該穿隧氧化層121能保有良好的鈍化能力，進而提高該鈍化接觸太陽能電池100的轉換效率。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100:鈍化接觸太陽能電池
110:矽基板
120:背面鈍化結構
121:穿隧氧化層
122:N型摻雜多晶矽薄膜
123:覆蓋層
130:正面鈍化結構
131:氧化鋁薄膜
132:氮化矽薄膜
133:抗反射鍍膜
200:超高頻電漿系統
210:反應腔
220:電極
230:基板
10:鈍化接觸太陽能電池之背面鈍化結構的製作方法
11:形成穿隧氧化層
12:形成N型摻雜多晶矽薄膜
13:形成覆蓋層
第1圖：依據本發明之一實施例，一種鈍化接觸太陽能電池的示意圖。
第2圖：依據本發明之一實施例，一超高頻電漿系統的示意圖。
第3圖：依據本發明之一實施例，一種鈍化接觸太陽能電池之背面鈍化結構的製作方法的流程圖。
100:鈍化接觸太陽能電池
110:矽基板
120:背面鈍化結構
121:穿隧氧化層
122:N型摻雜多晶矽薄膜
123:覆蓋層
130:正面鈍化結構
131:氧化鋁薄膜
132:氮化矽薄膜
133:抗反射鍍膜
140:正面電極
Claims (9)
- 一種鈍化接觸太陽能電池，其包含： 一矽基板；及 一背面鈍化結構，該背面鈍化結構包含： 一穿隧氧化層，形成於該矽基板上； 一N型摻雜多晶矽薄膜，透過一電漿輔助化學氣相沉積製程形成於該穿隧氧化層上，且該穿隧氧化層位於該矽基板及該N型摻雜多晶矽薄膜之間，其中該N型摻雜多晶矽薄膜的一厚度介於30-100 nm之間；以及 一覆蓋層，形成於該N型摻雜多晶矽薄膜上，該N型摻雜多晶矽薄膜位於該覆蓋層及該穿隧氧化層之間。
- 如請求項1之鈍化接觸太陽能電池，其中該N型摻雜多晶矽薄膜的一結晶度介於80~100%、一片電阻介於50-120 Ω/cm 2。
- 如請求項1之鈍化接觸太陽能電池，其中該穿隧氧化層的一厚度介於0.1-3 nm之間。
- 如請求項1之鈍化接觸太陽能電池，其中該鈍化接觸太陽能電池的該背面鈍化結構之載子生命週期不小於2990 μs，且暗喻電壓不小於707 mV。
- 一種鈍化接觸太陽能電池之背面鈍化結構的製作方法，其包含： 於一矽基板的一背面形成一穿隧氧化層； 透過一電漿輔助化學氣相沉積製程形成一N型摻雜多晶矽薄膜於該穿隧氧化層上，該穿隧氧化層位於該矽基板及該N型摻雜多晶矽薄膜之間，且該N型摻雜多晶矽薄膜的一厚度介於30-100 nm之間；以及 形成一覆蓋層於N型摻雜多晶矽薄膜上，該N型摻雜多晶矽薄膜位於該覆蓋層及該穿隧氧化層之間。
- 如請求項5之鈍化接觸太陽能電池之背面鈍化結構的製作方法，其中該電漿輔助化學氣相沉積製程的一操作頻率為40.68 MHZ、一基板溫度介於50-200 ℃之間。
- 如請求項5之鈍化接觸太陽能電池之背面鈍化結構的製作方法，其中該電漿輔助化學氣相沉積製程包含通入一製程氣體，該製程氣體包含一氫氣及一矽甲烷，且該矽甲烷與該氫氣的比例為1:2~1:5。
- 如請求項5之鈍化接觸太陽能電池之背面鈍化結構的製作方法，其中形成一覆蓋層於N型摻雜多晶矽薄膜上之後，更包含將該N型摻雜多晶矽薄膜經一熱處理，且該熱處理的溫度介於800-950 ℃。
- 如請求項5之鈍化接觸太陽能電池之背面鈍化結構的製作方法，其中該穿隧氧化層可透過一氧化法或一原子層沉積法形成於該矽基板上，且該穿隧氧化層的一厚度介於0.1-3 nm之間。
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