TW449933B - Aluminum alloy back junction solar cell and a process for fabrication thereof - Google Patents

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TW449933B
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Hubert P Davis
Ruth A Garcia
Jalal Salami
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Ebara Solar Inc
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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明說明（) 發明背景 本發明與增進太陽電池及其製造方法有關。更明確地 說’本發明與P _ n接面位於太陽電池之非受光面附近的 太電池及其製造方法有關。 太陽電池的用途非常廣泛，因爲它們能將容易取得的 光能量，例如太陽，轉換成電能，用以操作靠電力驅動的 裝置，例如計算機、電腦、及家用熱水器等。圖1是由習 用之矽太陽電池1 0所構成之層堆疊的橫剖面圖典型上 ，習用的矽太陽電池1 〇包括一 ρ — η接面2 4，夾層於 Ρ -型的底層1 8與η —型層1 6之間，它位於受光面（ 正面）1 1附近。本文所使用的”受光面” 一詞，是習用 太陽電池在作用或操作時面對光能的面。因此，”非受光 面”是相反於受光面的表面。ρ - η接面2 4的基本結構 包括一在受光面1 1上或附近並配置於中度摻雜的（大約 1 015cm — 3) ρ —型底層（p ) 1 8上之重度摻雜（大 約1 0 2 ΰ c m _ 3 )的n 一型射極層（n + ) 1 6。習用太 陽電池的商用實施例，典型上包括一抗反射塗層1 4以及 成形於Ρ —型底層1 8與ρ —型矽接點22之間的Ρ+層 2 0° ρ-η接面24的典...氣]栗度，從η +射極層1 6的頂 '' ) 面往下度量’:大約0 . 5微米人爲便於收集ρ - η接面 2 4兩側所產生'的少數載子，正面之ρ - η接面2 4的深 度必須淺。穿透進入Ρ -型底層1 8並被底層1 8吸收的 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 一 __ __ n H ^ ^ t^i —9 —fl tn n An I ~^^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 4 4 9 9 3 3 A7 __. _B7__ 五·、發明說明€ ) 每一個光子，釋出能置給在束縛狀態的電子（共價鍵）， 使其成爲自由電子。此游離電子，以及它留在共價鍵中的 電洞（該電洞也可移動），構成太陽電池電流流動的電位 單元。爲使其對電流有貢獻，電子與電洞不能復合，而要 被與p - η接面2 4相關的電場所分開。如果此情況發生 ，電子將移動到η —型矽接點12，電洞將移動到ρ -型 矽接點2 2。 爲對太陽電池的電流有貢獻，光子產生的少數載子（ η +射極層中的電洞以及ρ —型底層內的電子）存在的時間 要夠長，以便它們能藉擴散它們被收集之到ρ — η接面 2 4而移動。少數載子可以移動而不被多數載子所復合而 損失的平均距離稱爲少數載子的擴散長度。少數載子的擴 散長度通常取決於諸因素，例如矽晶體中的缺陷濃度（即 復合中心）以及矽中摻雜原子的濃度。當缺陷或摻雜原子 濃度增加，少數載子的擴散長度縮短。因此，重度摻雜之 η +射極層1 6中電洞的擴散長度遠小於適度摻雜之ρ -型 底層18中電子的擴散長度。 熟悉此方面技術之人士應瞭解，η +射極層1 6幾乎是 ”死層”，在射極層1 6中產生的少數電荷載子，很少能 逃過復合而擴散到Ρ — η接面2 4。需要η+射極層1 6作 成很淺或儘量靠近射極層1 6表面是想要的。例如，一淺射 極層允許相當少之光子被吸收於η +射極層1 6中。此外， 在η +射極層1 6中由光產生的少數載子靠近ρ _ η接面 -5 - ------j----.--3 ·裝--------訂---------故 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） A7 ^49933 B7___ 五、發明說明❻) / 2 4 ’而有合理的機會被收集（擴散長度g接面深度）。 不幸的是，在習用的太陽電池設計中，n+射極層的深 度受到限制，無法做到所需的淺度。來自射極接點1 2的 金屬，特別是以網版印刷及燒結而成的接點，會穿入p -η接面2 4並破壞或使其劣化。在p - η接面2 4中出現 金屬會使接面”短路”或”分路”。因此，雖然爲增強太 陽電池所產生的電流需要淺且輕摻雜的η+射極層1 6，但 實際上，η+射極層1 6要比所希望的深且重度摻雜，以避 免造成Ρ — η接面2 4的分路。因此，在習用的太陽電池 中，位置較深的η +射極層1 6累及電池所能產生的電流量 〇 何種矽太陽電池的結構及製造方法是吾人所需，那就 是少數載子的擴散長度必須長，Ρ - η接面不會出現分路 >以及不會損及所產生的電流量。 發明槪述 態樣之一是本發明提供一種太陽電池。太陽電池包括 摻雜有導電性爲η —型原子的底層，且是由受光面與非受 光面所定義。當太陽電池暴露於光能之下時，光能照射於 受光面上，非受光面相對於受光面。太陽電池進一步包括 一由鋁合金製成的背面射極層，做爲導電性爲ρ —型的層 。太陽電池進一步包括配置於底層之非受光面與背面層間 的Ρ — η接面層。 -6 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公釐） ^ 丁 复 ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 VI In n I-**.『， · n n Bn n n ^^1-F ί l m n n m n· I Jlw/ . i - · 言 皂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 49 9 33 Δ7 A/ B7 五、發明說明（4 ) 在另一態樣中，本發明提供一種製造太陽電池的方法 。該方法包括：（1)提供一底層，（2)在底層的非受 光面上製造一導電性爲ρ ~型的射極層，以提供一重度摻 雜的型射極層，以及η _型底層與p -型射極層間的 Ρ _ η接面。本發明的底層具有η _型的導電性，且是由 受光面與非受光面所定義。當太陽電池暴露於光能之下時 ，光能照射在受光面上，非受光面在受光面的對側。 本發明以上及其它的特徵，將在以下的詳細描述中配 合附圖做更詳細的描述。 圖式簡單說明 以下以實例說明本發明，且不是對本發明的限制，所 附圖式爲： 圖1顯示習用太陽電池的橫剖面圖。 圖2顯示按本發明之實施例的太陽電池橫剖面圖。 圖3 Α — 3 D顯示製造圖2之本發明實施例的各階段 〇 圖4顯示鋁合金背接面樹枝網狀太陽電池所量測到的 I — V曲線。 圖5顯示鋁合金接面樹枝網狀太陽電池的內部量子效 率圖。 圖6是按本發明另一實施例的太陽電池橫剖面圖，太 陽電池的背側部分爲金屬覆蓋。 -7 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 449 9 3 3 A7 _._B7_ 五、發明說明户） 圖7是按本發明另一實施例的太陽電池橫剖面圖，其 電池背面底層上的接點是相互交錯的方式。 主要元件對照 10 矽太陽電池. 2 4 p - η接面 1 _8 底層 1 1 受光面 16 η +射極層 14 抗反射塗層 2 2 ρ _型矽接點 2 0 層 12 η —型矽接點 110 太陽電池層堆疊 112 正面的金屬接點 118 底層 126 受光面 12 8 非受光面 116 η + 層 114 抗反射塗層 124 ρ-η接面 12 2 鋁一矽共鎔金屬層 2 18 底層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 >= 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線 f 4 4 9 9 3 3 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明I?) 214 抗反射塗層 2 16 η + 層 222 鋁一矽共鎔金屬層 2 2 0 Ρ + 層 212 銀歐姆接點. 510 光譜反射率 5 12 外部量子效率 514 內部量子效率 300 太陽電池層堆疊 ' 3 3 0 η —型底層表面 400 太陽電池層堆疊 4 12 η —型接點 4 2 4 η + 區 - 較佳實施例描述 現將參考較佳實施例並配合附圖詳細描述本發明。在 以下的描述中，爲提供對本發明的全盤瞭解，將會描述許 多特定細節。不過，熟悉此方面技術之人士應瞭解，本發 明不一定需要這些特定細節的部分或全部也可實施。在其 它的例中，已爲吾人所熟知的製程步驟及/或，結構不再詳 細描述，以免使本發明含混不淸。 很重要的一點要牢記在心’通常’摻雜濃度相同，但 少數電子載子的擴散長度〔即ρ -型矽中的電子）與少數 _ 9 · 本紙張尺度適用申國固家標準（CNS)A4規格⑵0 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ----I---訂---11!1!! ^Λ)/ν A7 449933 __B7 五、發明說明（7 ) 電洞載子的擴散長度（即η -型矽中的電洞）不同。此差 異視晶體缺陷的性質而定，這些缺陷即是復合中心。例如 ，在樹枝網狀的矽中，主要的缺陷是矽氧化物的沈澱物， 其核在錯位的核心。矽氧化物沈澱物與與電洞間的介面藉 缺陷各處遊走，於是，電子很容易掉進電洞，發生復合事 件。 因此，本發明發現，就太陽電池的基底層而言，η -型摻雜所得到的少數載子擴散長度要比ρ -型摻雜所得到 的長。導電性爲η —型的太陽電池基底需要一 η -型的底 層。因此，ρ - η接面使用η —型底層製造，被照射側的 射極層包括硼，硼是Ρ -型雜質實用的選擇。 不幸的是 > 擴散硼經常會留下被染污的矽表面，因爲 會形成砸-矽化合物。此污跡嚴重破壞了太陽電池表面的 外觀。硼污跡可以被去除，但需要昂貴且不受歡迎的處理 步驟，例如污染的表面先熱氧化，再以化學方法去除熱氧 化物。因此，根據本發明的發現，就矽材料而言，摻雜η -型所得到的少數載子擴散長度較摻雜Ρ -型爲長，但所 欲的正面ρ - η接面被ρ -型射極層所出現的硼污跡所抵 銷。 現請回頭參閱圖1 ，商用太陽電池10的結構是 η + ρ ρ +。η +射極層1 6 —般是使用磷擴散而成（沒有 污跡問題），矽基底摻雜ρ -型，且矽的背表面2 0典型 上是摻雜Ρ +，以增進與接點金屬層2 2間的歐姆接觸。歐 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2J0 X 297公釐） ------^ . —0裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 449933 A7 ______B7 五、發明說明@ ) 姆接觸的電阻低。跨於歐姆接點上的電壓與流過接點的電 流間爲線性關係。反之，跨於整流接點上的電壓與流過接 點的電流就非線性關係。鋁_矽合金可用來提供P +摻雜及 背面金屬接點。更重要的是，商用太陽電池1 0的ρ — η 接面2 4位於電池的正面。如以上的解釋，爲避免正面接 面的分路’ η +射極層1 6被迫要比所想要的深。如果矽材 料使用少數載子擴散長度極佳的η 一型摻雜及正面的ρ _ η接面’硼摻雜的ρ 一型射極層可實用。硼摻雜，如前所 述1會產生污跡表面，它會破壞電池的外觀，只有使用額 外及不受歡迎的處理才能將其去除。 因此，本發明提供一種Ρ - η接面位於背面的太陽電 池。圖2顯示一太陽電池層堆疊1 1 〇，按本發明的一實 施例’它的ρ _ η接面位於背面（靠近底層之非受光面） ’因此，正面的金屬接點1 1 2不可能使ρ_η接面分路 。由於矽ρ +層中雜質選用鋁，因此接面也不可能被鋁分路 太陽電池層堆疊110包括導電性爲η—型的底層 1 1 8 ，它是由受光面1 2 6 (正面或頂面）與非受光面 128 (背面或底面）所定義。底層118靠近受光面 1 2 6的部分被淺的η +層1 1 6鈍化=典型上是由磷擴散 到矽層而成。因此，在本實施例中，實現習用η +層的優點 ，且沒有硼污跡的問題。選擇性的抗反射（A R )塗層 1 1 4配置於n+層1 1 6上。如果有如圖2所不的塗層’ -11 - 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · - — ——— — — ·1!11]--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 449933 A7 ____B7__ 五、發明說明P ) 銀接點1 1 2要經過焙烤以穿過A R塗層1 1 4到達η +矽 層1 1 6的表面。 Ρ — η接面1 2 4成形於非受光面1 2 8或底層 1 1 8與摻雜鋁之矽層1 2 0間的介面，其作用爲本發明 之太陽電池層堆疊中的ρ.+射極層。當鋁與矽合金化時，形 成一鋁一矽共鎔金屬層1 2 2，配置在ρ+層1 2 0的下方 ，並做爲Ρ+射極層1 2 0的自對準接點。値得注意的是， 在圖2的太陽電池結構中，硼摻雜不復存在，因此，不會 有硼污跡破壞正表面的外觀。 將Ρ - η接面配置在電池1 1 〇的背側是圖2所示之 太陽電池1 1 0的特色。必須牢記在心，目前沒有任何一 種矽太陽電池是使用鋁合金背接面的設計。此外，η +層 1 1 6的深度不再是造成分路的問題，因爲電池1 1 〇的 Ρ — η接面1 2 4在電池的背側。 按實施例，η —型的底層1 1 8是樹枝網狀的矽晶體 ，電阻係數大約在5 Ω — c m到大約1 〇 〇 Ω — c m之間 ，以大約2 Ο Ω - c m最佳。樹枝網狀矽基底晶體的厚度 大約3 0微米到大約2 0 0微米，以大約1 0 0微米爲佳 。爲使電池1 1 0能在實用的能量轉換效率位準下工作.， 在本實施例的一實施中，在η -型底層i 1 8中的電洞擴 散長度只稍小於底層1 1 8的厚度。不過，在較佳的實施 中，電洞的擴散長度實質上等於底層1 1 8的厚度，最好 是超過底層1 1 8的厚度。 -12 - ------Γ-----裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公^ " 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 449 9 3 3 A7 B7 五、發明說明（10 ) p — η接面靠近電池的背面而非正面與熟悉此方面技 術之人士所知的相反。一般需要Ρ - η接面靠近電池正面 的原因是，當光子從受光面朝背面行進時，被吸收的光子 數隨著單位深度而減少。例如，入射的光子在進入底層受 光面的前5微米內即有大約5 2%被吸收，在第二個5微 米大約有1 0%被吸收，在第三個5微米大約有6 %被吸 收。事實上，大約有7 0%的入射光子在進入底層的前 3 0微米被吸收。 由於電子-電洞對的產生是靠吸收光子，且由於少數 載子的電子-電洞對要擴散到接面以便被收集，將ρ - η 接面配置在受光面是合理的。根據經驗法則，這些少數載 子與接面的距離超過一個擴散長度就不會被收集，對太陽 電池的光電流也就沒有貢獻。 圖3 A_ 3 D顯示按照本發明之一實施例製造太陽電 池之各階段中的幾個重要中間結構。發明之說明實施例的 製程從導電性爲η -型的單晶矽基底開始，製造基底所使 用的是習用技術，例如，Czochraliski 、 Float-zone 、 Bridgman、邊緣定義的膜饋生長（E F G )、絲帶生長、 以定向固化的鑄矽結晶、以及樹枝網狀生長。不過，在較 佳實施例中，是以樹枝網狀生長技術製造η -型單晶基底 〇 現請參閱圖3 A，以η _型單晶做爲底層2 1 8 ，接 著在其下方成形太陽電池的ρ - η接面。在下一步中，使 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---I--1 丨訂 ---------^ 4 49 9 3 3 A7 _B7__ 五、發明說明（11 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 用熟悉製造半導體及太陽電池之技術之人士所熟知的擴散 方法，在底層2 1 8的上方形成一重度摻雜的η —型層 216 (在後文中稱爲” η+層”）。在本發明的實施例中 ，在底層2 1 8的上表面施加一含磷的層，並以任何型式 的熱源將磷原子驅使入底層2 1 8。磷層最好是來自網印 的糊或來自液體雜質，熱源以快速熱處理（RTP )單元 或輸送帶式爐，溫度保持在大約7 5 0 °C到大約1 0 5 0 °C，以大約9 5 0 °C爲佳。在此溫度下，擴散時間一般在 大約3 0秒到大約3 0分鐘之間，以大約5分鐘爲佳。結 果，形成一摻雜磷的n+鈍化層，其厚度一般在大約0·1 微米到大約1微米之間，以大約0 . 3微米爲佳，其面電 阻一般大約在1 Ο Ω/平方到大約2 Ο Ο Ω/平方之間， 以大約4 Ο Ω/平方爲佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 按本發明的另一實施例，底層2 1 8是以透明的介電 層鈍化，它具有一點正或負電荷。在本實施例的一實施中 ，底層是以熱生長的二氧化矽層鈍化，其厚度在大約5 0 埃到5 0 0埃之間，以大約1 5 0埃爲佳。在本實施例中 ，底層2 1 8的鈍化可以在快速熱處理單元中進行，溫度 一般在大約800 °C到大約1050 °C，以大約1000 °C爲佳。執行此種溫度處理的的時間一般大約在3 0秒到 3 0分之間，以大約5 0秒爲佳。無論η H+層如何被鈍化， 結論是形成η +層2 1 6，在底層2 1 8的頂面形成高一低 接面（η + η )。 -14 - 本纸張尺度逋用中國國家標準（CNS)A4規格（2]〇χ 297公釐) ' 449 9 3 3 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（12 ) 接著在η +層_2 1 6上沈積一層抗反射塗層2 1 4，如 圖3 Β所示。例如以電漿加強化學氣相沈積（p E C V D )氮化矽，或以大氣壓力化學氣相沈積（AP CVD)二 氧化鈦形成抗反射塗層2 1 4。 接著，使用習用的技術在底層2 1 8的非受光面或底 面沈積一鋁層2 2 2。按本發明的一實施例，鋁是以純鋁 糊網印到底層2 1 8的底表面。在本實施例的一實施中， 鋁層2 2 2是網印到電池的整個背面，厚度一般大約5微 米到3 0微米之間，以大約1 5微米爲佳。接著將太陽電 池的半成品送入輻射加熱輸送帶爐中，適當的溫度爲超過 鋁—矽的共鎔溫度，大約5 7 7 °C，例如大約7 0 0 t：到 大約1 0 0 0 °C之間，以大約以8 0 0 t：爲佳，處理時間 一般是大約0 1分到大約1 0分之間，以大約2分鐘爲 佳’以利於層2 2 2中至少部分的鋁與底層2 1 8合金化 。在合金化處理期間，輸送帶爐內的溫度要高到足以使鋁 有效地熔化矽。在此高溫下，大約有1 / 3厚度的鋁層有 效地熔化到部分底層，以產生p +層2 2 0，如圖3 C所示 例如，大約以8 0 0 °C，有1 5微米厚的鋁層2 2 2熔 化5微米的矽底層。結果1 p +層2 2 0是摻雜鋁的矽，且 接點層2 2 2是大約8 8 %的鋁（重量）與大約1 2 %的 矽（重量）所構成的共鎔合金。 卞文將描述如何產生p+射極層。當矽冷卻時，它持續 固化或在下方的矽上生長，也結合了適當的鋁雜質 > 濃度 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----7---^ — 裳--------訂 i I ^if I t— I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 449933 A7 B7 五、發明說明（13 ) 大約在1 0 1 8到大約1 0 1 9鋁原子/立方公分。鋁原子的 濃度遠小於矽原子濃度，在5 X 1 〇 2 2原子/立方公分中 ’矽原子大約是鋁原子的1 〇，〇 〇 〇倍。如圖3 C所示 >在各層冷卻後，靠近非受光面的—部分底層2 1 8轉化 成重度摻雜的P —型層2.2 0 (後文中稱爲” p +層”）。 部分的矽被熔化成爲鋁-矽共鎔金屬層2 2 2的—部分。 沒有被鋁熔解的矽其作用如同模板，用以重建矽晶體，如 同它再結晶生長。 鋁一矽共鎔金屬層2 2 2是一良導體（低電阻），並 做爲太陽電池的自對準金屬接點。鋁-矽共鎔金屬層 2 2 2的厚度一般是在大約1微米到大約3 0微米之間， 以大約1 5微米較佳。 圖3 D顯示在沈積完金屬接點並焙烤通過選擇性之抗 反射塗層後所得到的結構。例如，在η +層2 1 6上網印一 銀層，以網格的圖案覆蓋大約7 %的正面'以網印沈積銀 的厚度一般在大約5微米到大約2 0微米之間，以大約 1 0微米爲佳。接著，將所得到的太陽電池結構半製品通 過輸送帶爐，溫度保持在大約7 0 0 °C到大約9 0 0 °C之 間，且以大約7 6 0 °C爲佳。電池過爐的時間很短，以避 免銀糊中的不純物擴散到矽.中。在本發明的一實施例中， 此時間大約4 0秒。銀歐姆接點2 1 2到π —層2 1 6的厚 度一般在大約1微米到大約2 0微米之間，以大約1 〇微 米較佳。如果沈積有抗反射塗層，接著焙烤銀層以通過塗 -16 - 本紙張尺度過用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 〔請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) >裝 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4499 3 3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（14 ) 層。所有的操作（無論有或沒有抗反射塗層）都可在以輻 射加熱輸送帶爐執行。從本發明的製造步驟可瞭解，是高 產量低成本的製造。 圖4描繪的I — V曲線顯示，本發明之全背面金屬覆 蓋鋁合金背接面樹枝網狀砍太陽電池的光能一電能轉換效 率大約是1 2 · 5 %。得到圖4之資料所使用的太陽電池 ’其標稱厚度大約1 0 0微米，面積大約2 5 cm2。其它 的參數包括短路電流密度大約2 8 . 2 m A / c m 2，開路 電壓大約Ο 5 9 5伏’以及佔空因數（fii】 factor)大約 0 . 7 4 7。曲線的膝部顯示最大功率點，該處的VmP大 約◦ · 480伏，ImP大約〇 . 653安培。 圖5描繪圖4之太陽電池的光譜反射率（實心三角） 5 1 0、外部量子效率（空心方塊）5 1 2及內部量子效 率〔實心方塊）5 1 4。量測到的反射率大約4 7 %的長 波長（>9 5 0奈米）光反射自背面的鋁—矽共鎔金屬層 。此反射光接著第二次通過矽，以增加整體效率。內部量 子效率使用一維的有限元素模型P C 1 D計算，顯示電洞 在本電池之底層中的擴散長度大約2 0 〇微米。此爲電池 厚度的兩倍，即如對優良性能的要求。內部量子效率曲線 在大約5 0 0奈米到大約8 5 0奈米之範圍的斜率爲正， 顯示ρ - η接面在電池的背面，這也値得一提。在習用的 太陽電池中，內部量子效率曲線呈負斜率，顯示Ρ — η接 面在電池的正面。 - 17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公釐） ------1-----裝-—-----訂--------- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 49 9 3 3 A7 B7 五、發明說明（15 ) 圖6顯示本發明另一實施例的太陽電池層堆疊3 0 0 ’它大體上與圖2所示的太陽電池1 1 〇相同，除了太陽 電池3 0 0的背面僅部分轉換成p -型層及被金屬覆蓋。 因此’太陽電池3 0 0稱爲具有”部分”金屬覆蓋的背面 ’相對於圖2之電池1 1. 0的”全”金屬覆蓋，其整個背 面都以金屬覆蓋。圖6之部分金屬覆蓋的設計避免了薄電 池的彎曲，彎曲主要起因於當從大約5 7 7 °C的共鎔溫度 冷卻時’矽與鋁-矽共鎔金屬層間熱收縮的差異所導致。 此點很重要必須牢記在心，當使用全背面金屬覆蓋時，有 時會發生此種彎曲。間斷式的金屬也可節省鋁的成本。背 面金屬島間暴露出的η —型底層表面3 3 0要被鈍化，以 得到較好的能量轉換效率。例如，鈍化步驟可以在鋁合金 化步驟後，在快速熱處理單元中以大約1 〇 〇 〇 °C處理 5 0秒，以生長出厚度大約1 1 5埃的熱氧化物。在此初 步的成果中不施加抗反射塗層。面積大約2 5 cm2之樹枝 網狀矽電池有網印金屬但沒有抗反射塗層所獲得的效率大 約到達6 . 8 %。預期加了抗反射塗層後的效率大約 9.9%。 圖7所描繪的太陽電池層堆疊4 0 0是本發明的另一 實施例，它實質上與圖6的太陽電池3 0 0相同，除了太 陽電池4 0 0之η —型底層上的η —型接點4 1 2從電池 的正面移到電池背面，呈交錯型式排列。 圖7所示之結構具有另一項優點，正面被接點遮住的 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵0 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 449 9 3 3 A7 B7 五、發明說明（16 ) 部分變爲零。所有接點都在電池的背面使得模組中電池的 父互連接變得簡單，可以使用表面黏裝技術。目比鄰η +區 4 2 4的銀接點4 1 2可以使用不同的步驟成形。另 者，如果是使用自-摻雜的接點金屬（如銀-銻合金）而 非純銀，此η -型雜質源可以是接點材料本身。此型樹枝 網狀太陽電池的原型電池加上網印金屬及二氧化鈦的抗反 射塗層’以及大約2 5 cm2的面積，其效率大約1 〇 . 4 %。 値得一提的是，雖然本發明是以矽晶基底及鋁來描述 ，但沒有理由不能使用其它基底及導電材料。此外，因此 可瞭解所描述之一種新且創新的結構以及製造錦合金背接 面太陽電池的方法。熟悉此方面技術之人士應瞭解，本文 的教導，存在很多的替換及相等物，都倂入本文所揭示的 發明中。因此，本發明並不受限於前述具代表性的實施例 ，僅受以下申請專利範圍的限制》 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ο裝 _TI tl 14 i n ^—β 線J- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -19 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公釐）
I

Claims (1)

  1. 449933 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種太陽電池，包括： 一底層，包括導電性爲η —型的摻雜原子，且是由受 光面與非受光面所定義，當太陽電池暴露在光能下時，該 光能照射到該受光面，且該非受光面相對於該受光面； 一背面射極層包括一鋁合金接點，並做爲導電性爲ρ 一型的層；以及 一 Ρ - η接面配置於該底層之該非受光面與該背面層 之間。 2 如申請專利範圍第1項的太陽電池，進一步包括 一重度摻雜的η -型層，它被配置毗鄰底層的受光面。 3 .如申請專利範圍第2項的太陽電池，其中重度摻 雜的η —型層包括磷原子。 4 ·如申請專利範圍第2項的太陽電池，進一步包括 抗反射塗層，它被配置毗鄰重度摻雜的ΙΊ -型層。 5 .如申請專利範圍第4項的太陽電.池，進一步包括 金屬接點，焙烤通過抗反射塗層到達重度摻雜的η -型層 〇 6 .如申請專利範圍第5項的太陽電池，其中該金屬 接點包括銀，並做爲底層的歐姆接點。 7 .如申請專利範圍第5項的太陽電池，其中金屬接 點的厚度爲1微米到20微米。 8 .如申請專利範圍第1項的太陽電池，其中電洞通 過該底層的擴散長度稍小於底層的厚度。 9 .如申請專利範圍第8項的太陽電池，其中電涧通 本紙張尺度適用中國國家祿率（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、ΤΓ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 449 9 3 3 as B8 C8 ___――_____ 08 六、申請專利範圍 過該底層的擴散長度實際等於該底層的厚度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 0 ·如申請專利範圍第9項的太陽電池，其中電洞 通過該底層的擴散長度超過該底層的厚度。 1 1 ，如申請專利範圍第1 〇項的太陽電池，其中該 η -型底層係使.用包含自方向性固化的鑄矽結晶、緣—定 義膜—饋生長、絲帶生長、Czochralski、Float-zone、 Bridgman、以及樹枝網狀生長之群組所選出之—技術。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項的太陽電池，其中的 η -型底層是樹枝網狀砂層。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項的太陽電池，其中η 一型底層的電阻係數在5Ω— c m到1 〇 〇Ω- c m之間。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項的太陽電池，.其中η 一型底層的電阻係數大約2 0Ω_ cm。 1 5 .如申請專利範圍第1 2項的太陽電池，其中η —型底層的厚度在3 0微米到2 0 0微米之間。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項的太陽電池，其中η 一型底層的厚度爲100微米。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 7 .如申請專利範圍第1項的太陽電池，其中的銘 合金層做爲射極層之非受光面的自對準接點。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項的太陽電池，其中的 鋁合金層是鋁-矽共鎔金屬層。 1 9 ,如申請專利範圍第1 7項的太陽電池 > 其中銘 -矽共鎔金屬層的厚度在1微米到3 Q微米之間。 2 0 .如申請專利範圍第1 7項的太陽電池1其中銘 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS )八4规格（2〗〇><297公釐） -21 - ABCD 449933 六、申請專利範圍 合金層實質地覆蓋底層的非受光面。 2 1 .如申請專利範圍第1 7項的太陽電池，其中鋁 合金層部分覆蓋底層的非受光面。 2 2 .如申請專利範圍第2 1項的太陽電池，其中的 鋁合金層是以分區的方式部分覆蓋底層的非受光面，且指 狀交叉之η -型金屬接點係配置於分區之鋁合金層間的空 間中。 2 3 .如申請專利範圍第.2 2項的太陽電池，進一步 包括一重度摻雜的η -型層，毗鄰於金屬接點，以利於連 接到底層。 2 4 . —種製造太陽電池的方法 > 包括： 提供一底層，該底層具有η -型的導電性，且是由受 光面與非受光面所定義，當太陽電池暴露於光能下時，該 光能照射到該受光面，該非受光面相對於該受光面； 在該底層的該非受光面的同一側上製.造一導電性爲Ρ -型的射極層，以提供一重度摻雜的Ρ. -型射極層’以及 一介於該η —型底層與該ρ -型射極層間的Ρ — η接面。 2 5 .如申請專利範圍第2 4項的方法，其中所提供 的該底層包括製造η-型導電性的單晶矽基底1所使用的 技術選用自 Czochralski' Float-zone、Bridgman、方向性固 化的鑄矽結晶、緣—定義膜_饋生長（E F G )、絲帶生 長、以及樹枝網狀生長。 2 6 .如申請專利範圔第2 5項的方法’其中提供該 底層包括使用樹枝網狀生長製造η —型導電性單晶矽基底 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) " 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- 449933 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 〇 2 7 .如申請專利範圍第2 4項的方法，其中製造該 射極層包括步驟： 在該底層的該非受光面上提供一鋁層；以及 使該鋁從該背面與該底層之至少一部分形成合金，& 將該底層之該部分轉換成該射極層。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項的方法，其中底層包 括矽及該成爲合金的射極層，.該射極層包括以鋁原子做爲 P -型雜質，以及射極層背面的自對準接點層包括鋁一矽 合金。 2 9 ·如申請專利範圍第2 8項的方法，其中該提供 鋁之步驟，包括在底層的非照射側上網印鋁。 3 0 .如申請專利範圍第2 8項的方法 > 其中的該合 金化是在7 0 0 t：到1 0 0 0 °C間的溫度下完成。 3 1 _如申請專利範圍第2 8項的方.法，其中該合金 化是藉由保持該溫度，1分到3 0分的時間完成。 3 2 .如申請專利範圍第2 8項的方法，其中底層的 受光面是以磷摻雜層鈍化，其厚度在〇 _ 1微米到1微米 之間。 3 3 .如申請專利範圍第3 2項的方法，進一步包括 成形抗反射塗層，該塗層包含以二氧化鈦或氮化矽’成形 於磷摻雜層上。 34.如申請專利範圍第33項的方法，其中η 金屬接點成形在底層之上，提供底層的歐姆接點。 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -23- 449 9 3 3 A8 B8 CS D8 六、申請專利範圍 3 5 ·如申請.專利範圍第3 4項的方法，其中η -型 金屬接點成形在底層之下，提供底層的歐姆接點。 3 6 ·如申請專利範圍第2 7項的方法，其中的該配 置鋁層包括配置鋁，俾使形成在該合金化中之該鋁合金層 ，實質地覆蓋於射極層的背側。 3 7 .如申請專利範圍第2 7項的方法，其中該配置 鋁層包括配置部分覆蓋底層之非受光面的鋁層，俾使在該 合金化中形成射極層，以分區的方式覆蓋於底層的非受光 面。 3 8 ·如申請專利範圍第3 7項的方法，進一步包括 成形指形交叉之η —型金屬接點，配置於分區之鋁合金層 間的空間。 3 9 .如申請專利範圍第2 4項的方法，進一步包括 以介電層實質地鈍化底層所有暴露的受光面與非受光面。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > Α4規格（210 X 297公釐） -24-
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