TWI419339B - 太陽能電池及其製作方法 - Google Patents

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TWI419339B TW98146580A TW98146580A TWI419339B TW I419339 B TWI419339 B TW I419339B TW 98146580 A TW98146580 A TW 98146580A TW 98146580 A TW98146580 A TW 98146580A TW I419339 B TWI419339 B TW I419339B
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Shih Cheng Lin
Shih Yu Huang
Chia Chen Tu
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Description

太陽能電池及其製作方法
本發明涉及一種具結晶矽太陽能電池以及製作方式，尤指一種具有選擇性發射區的太陽能電池。
影響太陽能電池的轉換效率的因素有非常多，但其中發射區的組成結構以及品質是被公認為最為重要的因素之一。發射區最佳化的方式與結構中，以選擇性發射區是被認為最為有效的方法。選擇性發射區，顧名思義，即是在電池的發射區中有選擇性的結構。最常見的就是在電池正面電極下方區域的發射區為具有較低表面阻值的區域，或是有較高濃度的混摻物，而在其他區域(非電極下方區域的部份)則是有較高的表面阻值或是有較低濃度的混參摻物。這樣的發射區結構主要的功能是減少電子電動於電池表面的複合效應，而增加電池的電流，電壓以及填充因子，進而增加整體電池的轉化效率。
為了將靠近電池表面的電子電洞複合效應儘量降低，選擇性發射區的設計上會考量以下的方式：於電池電極下方，電極與低阻值發射區接觸的區域，一般稱之為金屬半導體接點(Metal-semiconductor contact)，其寬度都較有限制(一般情況為30μ m到60μ m)，而在非電 池電極下方的高阻值發射區，其深度多小於0.2μ m。
然而具有上述選擇性發射區結構的太陽能電池，因高阻值深度非常淺，因此在製作電極時需要與低阻值發射區非常精準的對位，才能避免電極穿過發射層，導致短路的發生。因此這類太陽能電池目前製作電極的方式多是利用較昂貴或較複雜的製程，包括電鍍，無電鍍或蝕刻等方式。
例如US Pat.No.5,871,591號專利，名稱為Silicon Solar Cells Made by a Self-aligned,Selective emitter,Plasma-Etchback Process 即是利用複雜的蝕刻方式進行，而US Pat.No.6,277,667號專利，名稱為Method for Fabricating Solar Cell 以及US Pat.No.6,524,880號專利名稱為Solar Cell and Method for Fabricating the Same disclosed the self-alignment process for forming the metal contact 等兩篇專利即是利用電鍍或是無電鍍的方式來製作電極。
因此本發明的目的是要提供一種有價格優勢的並具有選擇性發射區結構的高效率太陽能電池。
本發明另一個目的是要提供一種可以利用網印方式製作電極的太陽能電池的選擇性發射區之結構。
為了達到上述的目的，本發明揭露一個具有選擇性發射區電極結構的太陽能電池以及一種利用網印的方式製作該電池電極的方式。
本發明所揭露的太陽能電池結構中，包含一個半導體基板，複數個具有較高阻值的第一選擇性發射區，複數個較低阻值的第二選擇性發射區，複數個電極，每一個電極涵蓋至少一部份第二選擇性發射區與一部份的第一選擇性發射區，複數個金屬半導體接點，每一個金屬半導體接點可以提供上述的電極、第一選擇性發射區與第二選擇性發射區良好的電性接觸，其中其第一選擇性發射區與第二選擇性發射區其深度不小於0.2μ m。
本發明所揭露的製作太陽能電池的方法中，於半導體基板上產生複數個具有較高阻值的第一選擇性發射區以及複數個較低阻值的第二選擇性發射區，並以網印的方式於至少一部分第二選擇性發射區以及部份的第一選擇性發射區的電池表面塗佈一金屬膠，並經高溫燒結後產生電極以及具有良好歐姆接觸的金屬半導體接點。
從結構來看，本發明是一種太陽能電池10,20,30其中包含了一個P型半導體基板11,21,31具有正反兩面，複數個第一選擇性發射區12,22,32於半導體基板11,21,31正反兩面其中一面，複數個第 二選擇性發射區13,23,33於和第一選擇性發射區12,22,32之同一面，其中第一選擇性發射區12,22,32與第二選擇性發射區13,23,33為間隔平行排列的方式，一背面電場17,27,37於第一選擇性發射區12,22,32之半導體基板11,21,31之另一面，複數個電極14,24,34，每一個電極14,24,34具有貼接於該第一選擇性發射區12,22,32及該第二選擇性發射區13,23,33的一表面，該表面涵蓋至少一部分第二選擇性發射區13,23,33與一部份的第一選擇性發射區12,22,32，以及複數個金屬半導體接點16,26,36，每一個金屬半導體接點16,26,36可以提供上述的電極14,24,34、第一選擇性發射區12,22,32與第二選擇性發射區13,23,33良好的電性接觸。其中背面電場17,27,37可以是藉由將P型的混摻物包含金屬鋁或是鋁和矽之合金，滲染至P型半導體基板11,21,31之選擇性發射區之另一面所造成。
第一選擇性發射區12,22,32之表面阻值介於80到400ohm/square之間，最佳的範圍是90到180ohm/square之間。而第二選擇性發射區13,23,33之表面阻值介於5到80ohm/square之間，最佳的範圍是20到60ohm/square之間。
此外，第一選擇性發射區12,22,32以及第二選擇性發射區13,23,33中，兩者的深度都不小於0.2μ m。但兩者的相對深度並無限制，可以是(i)第一選擇性發射區12之深度小於第二選擇性發射區13之深度如圖1.a所示，或(ii)第一選擇性發射區22之深度等於第二選 擇性發射區23之深度如圖1.b所示，或(iii)第一選擇性發射區32之深度大於第二選擇性發射區33之深度如圖1.c所示。於本發明最佳實施例中，第一選擇性發射區12之深度小於第二選擇性發射區13之深度。
本發明揭露之太陽能電池於最佳實施例中，更可以包含一層抗反射層15，該層覆蓋於與電極14相同之太陽能電池10表面上。
從製程的觀點來說，本發明揭露一個可利用網印的方式製作選擇性發射區太陽能電池電極之方式。其中之最佳實施的方式為提供一個P型的半導體基板11，產生複數個具有較高阻值的第一選擇性發射區12以及複數個較低阻值的第二選擇性發射區13，第一選擇性發射區與該第二選擇性發射區是互相交叉平行排列，形成一層氧化層於相同第一選擇性發射區12以及第二選擇性發射區13之相同之一面，以網印的方式於至少一部份第二選擇性發射區13以及部份的第一選擇性發射區12的電池表面塗佈一金屬膠，並經高溫燒結後產生電極14以及金屬半導體接點16，使該電極14之一表面貼接於該第一選擇性發射區12的該部份以及該第二選擇性發射區13的至少一部份。
該氧化層是半導體基板11於含氧的環境中經過高溫處理後所產生，並將於製作電極前移除。
其中形成產第一選擇性發射區12,22,32以及第二選擇性發射區13,23,33的順序可以為(i)先形成第一選擇性發射區12,22,32如圖3所示，或(ii)先形成第二選擇性發射區13,23,33如圖2所示，或(iii)同時形成第一選擇性發射區12,22,32以及第二選擇性發射區13,23,33如圖4所示。
此外，第二選擇性發射區13,23,33於半導體基材11上的位置是藉由去除半導體基材11的氧化層預計形成第二選擇性發射區13,23,33的區域，其方式包括但不限於(i)蝕刻(ii)黃光微影製程(ii)網印或(iii)雷射去除等方式。
本發明最佳實施例中，半導體基材11為P型半導體，且其表面阻值約為0.5ohm/square到6ohm/square之間。第一選擇性發射區12以及第二選擇性發射區13是藉由混摻N型混摻物到半導體基材11其中一表面所形成。而半導體基材11之另一面藉由混參P型混摻物而形成一背面電場17。且塗佈金屬膠於一個第二選擇性發射區13以及一部份的第一選擇性發射區12上並經由高溫燒結後，產生電極14以及金屬半導體接點16。上述金屬膠，一般為銀膠，其來源包括DuPont PV系列，FERRO 33-462,Heraeus SOL-9118A，以及Noritake NP-4682C.等。
於形成第一選擇性發射區12的步驟中，其深度不小於0.2μ m且其表面阻值介於80到400ohm/square之間，最佳的範圍是90到 180ohm/square之間。
於形成第二選擇性發射區13的步驟中，其深度不小於0.2μ m且表面阻值介於5到80ohm/square之間，最佳的範圍是20到60ohm/square之間。
於形成電極14與金屬半導體接點16的步驟中，塗佈一層金屬膠於一個第二選擇性發射區13以及一部份的第一選性發射區12之電池表面上之方式可藉由印刷、網印、轉印、熱轉印、電鍍、無電鍍或是電解沉積任一種方式來進行，後經由350~950℃的高溫燒結。
本發明結合選擇性發射區太陽能電池可減低表面電子電動複合效應的優點以及結合網印製作太陽能電池電極的技術，使得能夠利用以網印的方式生產高效率的太陽能電池並改善選擇性發射區太陽能電池大量生產的問題。
在本發明不侷限於上述特定的實施例，在不背離本發明的精神與實質情況下，熟析本發明領域的人員可根據本發明做出各種的改變或變形，但這些相應改變或變形都應屬於本發明所要求之權利範圍中。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧太陽能電池
11‧‧‧太陽能電池基板
12‧‧‧第一選擇性發射區
13‧‧‧第二選擇性發射區
14‧‧‧正面電極
15‧‧‧抗反射層
16‧‧‧金屬半導體接點
17‧‧‧背面電場
20‧‧‧太陽能電池
21‧‧‧太陽能電池基板
22‧‧‧第一選擇性發射區
23‧‧‧第二選擇性發射區
24‧‧‧正面電極
25‧‧‧抗反射層
26‧‧‧金屬半導體接點
27‧‧‧背面電場
30‧‧‧太陽能電池
31‧‧‧太陽能電池基板
32‧‧‧第一選擇性發射區
33‧‧‧第二選擇性發射區
34‧‧‧正面電極
35‧‧‧抗反射層
36‧‧‧金屬半導體接點
37‧‧‧背面電場
圖1a係根據本發明之太陽能電池的一截面。
圖1b係根據本發明另一實施例之太陽能電池的一截面。
圖1c係根據本發明另一實施例之太陽能電池的一截面。
圖2係完成本發明實施例之手段。
圖3係完成本發明另一實施例之手段。
圖4係完成本發明另一實施例之手段。
10．．．太陽能電池
11．．．太陽能電池基板
12．．．第一選擇性發射區
13．．．第二選擇性發射區
14．．．正面電極
15．．．抗反射層
16．．．金屬半導體接點
17．．．背面電場

Claims (25)

  1. 一種結晶矽太陽能電池，包含：複數個第一選擇性發射區，設於該太陽能電池的一前表面；複數個第二選擇性發射區，其中，該第一選擇性發射區的表面阻值高於該第二選擇性發射區的表面阻值；以及複數個電極，其中，每一個電極具有貼接於該第一選擇性發射區及該第二選擇性發射區的一表面，該表面涵蓋至少一部份第二選擇性發射區與部份的第一選擇性發射區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池，其中該第一選擇性發射區的深度不小於0.2μm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池，其中該第二選擇性發射區的深度不小於0.2μm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池，其中該第一選擇性發射區的該表面阻值介於80ohm/square到400ohm/square。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池，其中該第一選擇性發射區的該表面阻值介於90ohm/square到180ohm/square。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池，其中該第二選 擇性發射區的該表面阻值介於5ohm/square到80ohm/square。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池，其中該第二選擇性發射區的該表面阻值介於20ohm/square到60ohm/square。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池，其中該電極之該表面的寬度不小於該第二選擇性發射區之寬度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之結晶矽太陽能電池，其中該電極藉由塗佈金屬於一矽基板上經高溫燒結後產生，且該塗佈之方式包括印刷、網印、轉印、熱轉印、電鍍、無電鍍或是電解沉積的方式。
  10. 申請專利範圍第9項所述之結晶矽太陽能電池，其中該金屬包含一金屬膠。
  11. 申請專利範圍第10項所述之結晶矽太陽能電池，其中該金屬膠為銀膠。
  12. 申請專利範圍第10項所述之結晶矽太陽能電池，其中該金屬膠包含DuPont PV145,PV159,FERRO 33-462,Heraeus SOL-9118A與Noritake NP-4682C。
  13. 一種製作結晶矽太陽能電池之方法，包括：提供一矽基板；形成複數個第一選擇性發射區，於該矽基板之一前表面；形成複數個第二選擇性發射區於該前表面；於矽基板之該前表面形成一氧化層；以及形成複數個電極於至少一部份該第二選擇性發射區以及一部份的該第一選擇性發射區的表面上，使各該複數個電極之一表面貼接於該第一選擇性發射區的該部份以及該第二選擇性發射區的至少一部份。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該氧化層於形成電極之前被移除。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該第一選擇性發射區，其深度不小於0.2μm。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該第二選擇性發射區，其深度不小於0.2μm。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該第一選擇性發射區，其表面阻值介於80ohm/square到400ohm/square。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該第一選擇性發射區，其表面阻值介於90ohm/square到180ohm/square。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該第二選擇性發射區，其表面阻值介於5ohm/square到80ohm/square。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該第二選擇性發射區，其表面阻值介於20ohm/square到60ohm/square。
  21. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該第一選擇性發射區與該第二選擇性發射區是互相交叉平行排列。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該第二選擇性發射區需挖除部份所述之該氧化層再形成，挖除該氧化層之方法包括(i)蝕刻(ii)黃光微影製程(iii)網印或(iv)雷射挖除。
  23. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該電極是藉由塗佈金屬膠於該矽基板上經高溫燒結後產 生。
  24. 如申請專利範圍第13項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該電極，其寬度不小於該第二選擇性發射區之寬度。
  25. 申請專利範圍第23項所述之製作結晶矽太陽能電池之方法，其中該金屬膠包含DuPont PV145,PV159,FERRO 33-462,Heraeus SOL-9118A與Noritake NP-4682C。
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