TWI384631B - Black polycrystalline silicon solar cell and its making method - Google Patents

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Description

黑色多晶矽太陽能電池及其製作方法
本發明係有關於太陽能電池，特別是關於一種黑色多晶矽太陽能電池及其製作方法。
按，在現今的綠色建築潮流中，為了滿足環保與美觀的需求，具低反射率、黑色外觀之太陽能電池已成為一深具潛力之產品。在傳統太陽能電池中，多晶矽晶圓電池片之顏色通常屬於藍色系列，亦即其在照射光短波長部分之反射率會升高，而無法提供黑色外觀，且其抗反射層所使用的氧化鈦、氧化鉭或氮化鈦等材料成本很高。另，習知有利用碳化矽晶圓實施具黑色外觀之太陽能電池者，然其成本比多晶矽晶圓電池片高出約400倍，並不符經濟效益。
因此，亟需提供一低成本之解決方案，其可使多晶矽晶圓電池片之外觀呈現黑色而在照射光之全波長範圍(400nm~1100nm)具低反射率。
有鑒於此瓶頸，本發明提出一種新穎的多晶矽晶圓電池片製作方法，該方法可用低成本的常見材料實現一黑色多晶矽太陽能電池。
本發明之一目的在於提供一低成本、易量產之黑色多晶矽晶圓電池片製作方法，用以滿足現今的綠色環保需求。
本發明之另一目的在於提供一低成本、易量產之黑色多晶矽晶圓電池片，用以與現今的綠色建築材料搭配。
本發明又一目的在於提供一具簡單製作工序之黑色多晶矽晶圓電池片製作方案，其可用低成本的常見材料及製程實現一黑色多晶矽太陽能電池。
為達成本發明上述諸目的，一黑色多晶矽太陽能電池製作方 法乃被提出，該方法包含以下步驟：在一基材上形成一PN接面；在該PN接面之上形成一非晶矽氮化矽(amorphous silicon nitride)層；以及在該非晶矽氮化矽層之上形成一晶矽氮化矽(crystalline silicon nitride)層。
為達成上述諸目的，本發明進一步提出一黑色多晶矽太陽能電池，其具有：一PN接面，係用以接收光子以產生帶電載子；一非晶矽氮化矽層，係形成於該PN接面之上；以及一晶矽氮化矽層，係形成於該非晶矽氮化矽層之上，其中該非晶矽氮化矽層及該晶矽氮化矽層之組合係用以使該電池受光面呈現黑色以抗反射。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。
請參照圖1，其繪示本發明黑色多晶矽太陽能電池一實施例之剖面圖。如圖1所示，該黑色多晶矽太陽能電池具有一P型井101、一N型半導體層102、一非晶矽氮化矽a-SiN 103、一晶矽氮化矽Si3 N4 104及一金屬導線105。
其中該P型井101係用以作為該電池之基材，其具有一粗化表面，該粗化表面較佳為V狀。
該N型半導體層102係形成於該P型井101該粗化表面之上，以在該N型半導體層102與該P型井101之間產生一PN接面。
該非晶矽氮化矽a-SiN 103具有一第一厚度，其較佳為10nm~40nm，係形成於該N型半導體層102之上。
該晶矽氮化矽Si3 N4 104係形成於該非晶矽氮化矽a-SiN 103之上。其中，該非晶矽氮化矽a-SiN 103及該晶矽氮化矽Si3 N4 104之組合係用以使該電池受光面呈現黑色以在照射光之全波長範圍(400nm~1100nm)具低反射率。
該金屬導線105係形成於該晶矽氮化矽Si3 N4 104之上，用以 收集該PN接面產生之帶電載子。
請參照圖2，其繪示本發明黑色多晶矽太陽能電池一實施例之製作流程圖。如圖2所示，該製作流程包含：表面粗化(步驟a)；磷擴散(步驟b)；氧化物移除(步驟c)；氮化矽沉積(步驟d)；電極印刷(步驟e)；烘烤繞結(步驟f)；以及晶圓邊緣隔離(步驟g)。
在步驟a中，表面粗化係針對一P型基材實施，用以產生一粗化表面以增加抗反射能力。
在步驟b中，磷擴散係用以在該P型基材粗化表面上形成一N型半導體層以在該N型半導體層與該P型基材之間產生一PN接面。
步驟c係用以移除於步驟b形成的表面氧化物，其中該表面氧化物係用於步驟b中協助界定該N型半導體層之形成範圍。
在步驟d中，氮化矽沉積係利用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)製程以形成一抗反射層，該氮化矽沉積包含一非晶矽氮化矽a-SiN層沉積及一晶矽氮化矽Si3 N4 層沉積。其中該非晶矽氮化矽a-SiN層具有一第一厚度，其較佳為10nm~40nm，而該非晶矽氮化矽a-SiN層及該晶矽氮化矽Si3 N4 層之組合係用以使該電池受光面呈現黑色以在照射光之全波長範圍(400nm~1100nm)具低反射率。
步驟e及步驟f係用以在該抗反射層之上形成導電電極，用以收集由該PN接面產生之帶電載子。
步驟g係利用雷射在晶圓邊緣切割以隔離該PN接面、避免電池發生短路現象。
請參照圖3，其繪示本發明黑色多晶矽太陽能電池一實施例之反射率對波長分佈圖。如圖3所示，照射光波長由400nm至約1100nm之反射率量測值均在0.05附近，證明本案黑色多晶矽太陽能電池在照射光之全波長範圍(400nm~1100nm)均具低反射率。
是故，經由上述本案較佳實施例之實施，即可提供一低成本、易量產之黑色多晶矽晶圓電池片。本發明之解決方案具簡單製作 工序、可用低成本的常見材料及製程實現一黑色多晶矽太陽能電池，確可改進習知技術之缺點。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，例如基材半導體型態之變更、粗化表面形狀之變更、抗反射層厚度之變更等，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
101‧‧‧P型井
102‧‧‧N型半導體層
103‧‧‧非晶矽氮化矽a-SiN
104‧‧‧晶矽氮化矽Si3 N4
105‧‧‧金屬導線
圖1為一示意圖，其繪示本發明黑色多晶矽太陽能電池一實施例之剖面圖。
圖2為一示意圖，其繪示本發明黑色多晶矽太陽能電池一實施例之製作流程圖。
圖3為一示意圖，其繪示本發明黑色多晶矽太陽能電池一實施例之反射率對波長分佈圖。
101‧‧‧P型井
102‧‧‧N型半導體層
103‧‧‧非晶矽氮化矽a-SiN
104‧‧‧晶矽氮化矽Si3 N4
105‧‧‧金屬導線

Claims (15)

  1. 一種黑色多晶矽太陽能電池，其具有：一PN接面，係用以接收光子以產生帶電載子；一非晶矽氮化矽層，係形成於該PN接面之上；以及一晶矽氮化矽層，係形成於該非晶矽氮化矽層之上，其中該非晶矽氮化矽層及該晶矽氮化矽層之組合係用以使該電池受光面呈現黑色以在照射光之全波長範圍抗反射，而所述的全波長範圍係400nm~1100nm。
  2. 如申請專利範圍第1項之黑色多晶矽太陽能電池，其進一步具有金屬導線，用以收集由該PN接面產生之帶電載子。
  3. 如申請專利範圍第1項之黑色多晶矽太陽能電池，其進一步具有一經表面粗化之P型半導體基材。
  4. 如申請專利範圍第1項之黑色多晶矽太陽能電池，其中該非晶矽氮化矽之化學式為a-SiN，其具有一第一厚度，所述的第一厚度係介於10nm至40nm之間。
  5. 如申請專利範圍第1項之黑色多晶矽太陽能電池，其中該晶矽氮化矽之化學式為Si3 N4 。
  6. 一種黑色多晶矽太陽能電池製作方法，其包含以下步驟；在一基材上形成一PN接面；在該PN接面之上形成一非晶矽氮化矽層；以及在該非晶矽氮化矽層之上形成一晶矽氮化矽層。
  7. 如申請專利範圍第6項之黑色多晶矽太陽能電池製作方法，其進一步包含在該晶矽氮化矽層之上形成金屬導線，用以收集該PN接面產生之帶電載子。
  8. 如申請專利範圍第6項之黑色多晶矽太陽能電池製作方法，其中該基材為一P型半導體材料且其經過表面粗化處理。
  9. 如申請專利範圍第6項之黑色多晶矽太陽能電池製作方法，其中該非晶矽氮化矽之化學式為a-SiN，其具有一第一厚度， 所述的第一厚度係介於10nm至40nm之間。
  10. 如申請專利範圍第6項之黑色多晶矽太陽能電池製作方法，其中該晶矽氮化矽之化學式為Si3 N4 。
  11. 如申請專利範圍第6項之黑色多晶矽太陽能電池製作方法，其中該非晶矽氮化矽層及該晶矽氮化矽層之組合係用以使該電池受光面呈現黑色以在照射光之全波長範圍抗反射，而所述的全波長範圍係400nm~1100nm。
  12. 一種黑色多晶矽太陽能電池，其具有：一第一型半導體基材，其具有一粗化表面；一第二型半導體層，係形成於該第一型半導體基材該粗化表面之上，其中該第一型半導體基材與該第二型半導體層間形成一PN接面，用以接收光子以產生帶電載子；一抗反射層，係形成於該PN接面之上，該抗反射層具有一非晶矽氮化矽層及一晶矽氮化矽層，其中該非晶矽氮化矽層及該晶矽氮化矽層之組合係用以使該電池受光面呈現黑色以在照射光之全波長範圍抗反射，而所述的全波長範圍係400nm~1100nm；以及一導電電極，係形成於該抗反射層之上，用以收集由該PN接面產生之帶電載子。
  13. 如申請專利範圍第12項之黑色多晶矽太陽能電池，其中該第一型為P型。
  14. 如申請專利範圍第12項之黑色多晶矽太陽能電池，其中該第二型為N型。
  15. 如申請專利範圍第12項之黑色多晶矽太陽能電池，其中該抗反射層在所述的全波長範圍具有一反射率上限，該反射率上限為0.05。
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