TWI443852B - 太陽能電池形成方法 - Google Patents

Description

太陽能電池形成方法

本揭示內容是有關於一種電子裝置的製造方法，且特別是有關於一種太陽能電池形成方法。

在注重環保節能的現代，利用光電轉換技術將太陽能轉換為電能的太陽能電池十分受到重視，其相關技術的研究也正蓬勃地發展。在形成太陽能電池時，常會額外增加製程的手續，以如電漿輔助化學氣相沉積法的技術，沉積一層保護層後才形成抗反射層與電極。此保護層之作用在於減少太陽能為電池表面反射的機會、提供保護作用以及降低電子電洞復合機率。

然而，額外增加的這道保護層製程，都將使整體太陽能電池製程的製造成本與時間成本上升。因此，如何設計一個新的太陽能電池形成方法，能夠在以更低成本的方式提供保護層的製造，乃為此一業界亟待解決的問題。

因此，本揭示內容之一態樣是在提供一種太陽能電池形成方法，包含下列步驟：提供第一半導體基板，第一半導體基板包含第一表面及第二表面；於第一表面上進行擴散製程，俾同時形成複合結構，其中複合結構包含：第二半導體層以及玻璃層。第二半導體層與第一半導體基板相接，俾形成P-N接面。玻璃層包含第一濃度區以及第二濃度區，第二濃度區之平均濃度大於第一濃度區之平均濃度，其中第一濃度區位於第二半導體層及第二濃度區間；移除第二濃度區，俾保留第一濃度區做為介電保護層；形成抗反射層於玻璃層之第一濃度區上；以及於抗反射層及第二表面上分別形成第一電極層以及第二電極層。

依據本揭示內容一實施例，於第一表面上進行擴散製程前更包含下列步驟：於第一表面進行清洗製程；以及於第一表面進行結構化處理(texturization)。

依據本揭示內容另一實施例，第一半導體基板為矽基板。矽基板為單晶矽基板、多晶矽基板或非晶矽基板。

依據本揭示內容又一實施例，其中第一半導體基板為N型半導體基板，於第一表面上進行擴散製程之步驟更包含：將P型半導體材料擴散至第一半導體基板上，以形成複合結構。

依據本揭示內容再一實施例，其中第一半導體基板為P型半導體基板，於第一表面上進行擴散製程之步驟更包含：將N型半導體材料擴散至第一半導體基板上，以形成複合結構。其中第二半導體層為磷佈植二氧化矽層。

依據本揭示內容更具有之一實施例，其中第一濃度區至第二濃度區具有漸增之濃度分佈。

依據本揭示內容再具有之一實施例，其中移除第二濃度區之步驟是藉由濕式蝕刻製程完成。第一電極層是藉由網印製程形成，且第一電極層包含複數匯流電極(bus bar electrode)以及複數指狀電極(finger electrode)。第一電極層為負極，第二電極層為正極。其中第一電極層之材質包含銀。形成第一電極層以及第二電極層後更包含一步驟：對第一電極層以及第二電極層進行燒結製程。

依據本揭示內容另一實施例，其中抗反射層之材質為氮化矽。抗反射層是藉由電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)形成。

應用本揭示內容之優點係在於藉由移除擴散製程中產生的玻璃層中濃度較高的部份，並留下濃度較低的部份做為保護層，避免以往由額外沉積之方式增加的製造及時間成本，而輕易地達到上述之目的。

請參照第1圖。第1圖為本揭示內容一實施例中，太陽能電池形成方法之流程圖。請同時參照第2A圖至第2E圖。第2A圖至第2E圖為依第1圖所繪示之太陽能電池形成方法之流程中，各製程階段的剖面示意圖。太陽能電池形成方法包括下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。)

於步驟101，提供第一半導體基板20。如第2A圖所繪示，於本實施例中，第一半導體基板20包含第一表面21a及第二表面21b。第一半導體基板20為矽基板。矽基板可為單晶矽基板、多晶矽基板或非晶矽基板。於不同之實施例中，半導體基板20可以是N型或是P型的半導體基板20。

於步驟102，於第一半導體基板20的第一表面21a上進行清洗製程以及結構化處理。其中清洗製程可藉由超純水與化學溶劑清洗第一半導體基板20，以去除晶圓表面各種微小顆粒，並可反覆進行清洗製程，直到第一半導體基板20完全清潔。而結構化處理可藉由化學酸性蝕刻製程(蝕刻溶劑可例如為氫氟酸或硝酸)或化學鹼性蝕刻製程(蝕刻溶劑可例如為氫氧化鉀或異丙醇)，以對第一半導體基板20之第一表面21a(亦可包含第二表面21b)進行非等向性蝕刻並結構化。

於步驟103，於第一半導體基板20的第一表面21a上進行擴散製程，俾同時形成複合結構22。如第2B圖所示，複合結構22包含：第二半導體層220以及玻璃層222。

於一實施例中，第一半導體基板20為P型半導體基板，擴散製程是藉由將N型半導體材料擴散至第一半導體基板20上，以形成複合結構22。於另一實施例中，第一半導體基板20亦可為N型半導體基板，於此情形下，擴散製程是藉由將P型半導體材料擴散至第一半導體基板20上，以形成複合結構22。然而下列敘述將僅以P型半導體基板之第一半導體基板20及以N型半導體材料擴散之擴散製程為例進行說明。

第二半導體層220與玻璃層222將隨著擴散製程的進行依序形成於第一半導體基板20的第一表面21a上，亦即第二半導體層220將直接與第一半導體基板20接觸，而玻璃層222將覆蓋於其上。

因此，第二半導體層220將具有與第一半導體基板20相反的傳導特性，二者間形成一個P-N接面。在P-N接面附近，因電子-電洞的再結合形成一個載子空乏區，而P型的第一半導體基板20及N型的第二半導體層220中也因分別帶有負、正電荷，因此形成一個內建電場。當太陽光照射到這P-N結構時，P型的第一半導體基板20及N型的第二半導體層220因吸收太陽光而產生電子-電洞對。由於空乏區所提供的內建電場，會使電子和電洞分別往N型區域及P型區域移動，進而產生光電流。於一實施例中，N型半導體材料可為磷，所形成的第二半導體層220為磷佈植二氧化矽層。而P型之第一半導體基板20可為一個硼基板。於其他實施例，亦可使用不同的掺雜物達到近似的功效。

在擴散製程進行中，玻璃層222將形成於第二半導體層220上。整體玻璃層222之厚度，可因為擴散製程實施方式之不同或是實施時間的長短而不同。於一實施例中，玻璃層222為矽磷酸玻璃(Phosphosilicate Glass；PSG)，其所具有的佈植物濃度，將隨著與第二半導體220的距離愈遠而漸增的分佈形式。因此玻璃層222將包含第一濃度區222a以及第二濃度區222b，其中第一濃度區222a位於第二半導體層220及第二濃度區222b間，而第二濃度區222b之平均濃度大於第一濃度區222a之平均濃度。亦即，玻璃層222中的濃度分佈，是由第一濃度區222a往第二濃度區222b漸增的形式。

於其他實施例中，濃度亦可能非漸增，而是集中於第二濃度區222b，或是由於濃度分佈之形式而包含更多層之結構，而非僅為兩個濃度區之形式所限。

接著，如第2C圖所示，於步驟104，移除第二濃度區222b，俾保留第一濃度區222a。第二濃度區222b之移除可藉由濕式蝕刻製程完成。剩餘濃度較低的第一濃度區222a，即可做為一個介電保護層，以提供減少太陽能為電池表面反射的機會、保護機制以及降低電子電洞復合機率的作用。

在執行濕式蝕刻製程時，藉由調整其參數，即可控制移除之厚度，以使玻璃層222所剩餘的第一濃度區222a部份可以提供最佳的保護效果。亦即，剩餘的第一濃度區222a與移除的第二濃度區222b間的相對厚度關係，可由濕式蝕刻製程的參數決定，二者間之界定可視不同之情況調整，並非為一特定數值所限。

因此，藉由擴散製程，玻璃層222可與第二半導體層220同時形成，並在移除濃度較高的第二濃度區222b後，保留第一濃度區222a直接做為一個介電保護層，不需要額外以沉積的方式來形成保護層，在製程的製造成本與時間成本上來說，都可以有效地降低。

於步驟105，如第2D圖所示，形成抗反射層24於第一濃度區222a上。抗反射層24可藉由電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)形成。於一實施例中，抗反射層24之材質為氮化矽，以提供降低入射光線反射機率之作用。

接著於步驟106，如第2E圖所示，於抗反射層24及第二表面21b上分別形成第一電極層26以及第二電極層28。第一電極層26可藉由網印製程形成，其材質可為銀。請參照第3圖。第3圖為第2E圖之結構由A方向觀察之俯視圖。第一電極層26為整體結構受光之一側，包含複數匯流電極30以及複數指狀電極32。其中匯流電極30的粗細程度大於指狀電極32。指狀電極32用以將光能轉換出的電流導出，匯流電極30則進一步收集由指狀電極32導出的電流並匯出至外部負載(未繪示)。

另一方面，第二電極層28為背光之一側，因此可不需要形成如第一電極層26之匯流電極30以及複數指狀電極32。於一實施例中，第一電極層26之材質包含銀，而第二電極層28之材質則包含銀及鋁。實質上，在形成第一電極層26及第二電極層28後，尚需進行一個燒結製程，以使第一電極層26及第二電極層28的金屬材質得以與抗反射層24及第二表面21b緊密結合，其中第一電極層26更將穿透抗反射層24、第一濃度區222a以及第二半導體層220，以將電流導出。一實施例中，第一電極層26為負極，第二電極層28為正極。在第一電極層26及第二電極層28燒結後，主要的太陽能電池形成方法之流程即完成。於部份實施例中亦可再進行後續之處理，這些處理為通常知識者所熟知的範圍，因此不在此討論。

應用本揭示內容之優點係在於藉由移除擴散製程中產生的玻璃層中濃度較高的部份，並留下濃度較低的部份做為保護層，避免以往由額外沉積之方式增加的製造及時間成本。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

101-106．．．步驟

20．．．第一半導體基板

21a．．．第一表面

21b．．．第二表面

22．．．複合結構

220．．．第二半導體層

222．．．玻璃層

222a．．．第一濃度區

222b．．．第二濃度區

24．．．抗反射層

26．．．第一電極層

28．．．第二電極層

30．．．匯流電極

32．．．指狀電極

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖為本揭示內容一實施例中，太陽能電池形成方法之流程圖；

第2A圖至第2E圖為依第1圖所繪示之太陽能電池形成方法之流程中，各製程階段的剖面示意圖；以及

第3圖為第2E圖之結構由A方向觀察之俯視圖。

101-106．．．步驟

Claims (15)

1. 一種太陽能電池形成方法，包含下列步驟：提供一第一半導體基板，該第一半導體基板包含一第一表面及一第二表面；於該第一表面上進行一擴散製程，俾同時形成一複合結構，其中該複合結構包含：一第二半導體層，具有與該第一半導體基板相反之傳導特性，並與該第一半導體基板相接以形成一P-N接面；以及一玻璃層，該玻璃層包含一第一濃度區以及一第二濃度區，該第二濃度區之平均濃度大於該第一濃度區之平均濃度，其中該第一濃度區位於該二半導體層及該第二濃度區間；移除該第二濃度區，俾保留該第一濃度區做為一介電保護層；形成一抗反射層於該玻璃層之該第一濃度區上；以及於該抗反射層及該第二表面上分別形成一第一電極層以及一第二電極層。
2. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中於該第一表面上進行該擴散製程前更包含下列步驟：於該第一表面進行一清洗製程；以及於該第一表面進行一結構化處理(texturization)。
3. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該第一半導體基板係為一矽基板。
4. 如請求項3所述之太陽能電池形成方法，其中該矽基板為一單晶矽基板、一多晶矽基板或一非晶矽基板。
5. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該第一半導體基板為一N型半導體基板，於該第一表面上進行該擴散製程之步驟更包含：將一P型半導體材料擴散至該第一半導體基板上，以形成該複合結構。
6. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該第一半導體基板為一P型半導體基板，於該第一表面上進行該擴散製程之步驟更包含：將一N型半導體材料擴散至該第一半導體基板上，以形成該複合結構。
7. 如請求項6所述之太陽能電池形成方法，其中該第二半導體層為一磷佈植二氧化矽層。
8. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該第一濃度區至該第二濃度區具有漸增之一濃度分佈。
9. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中移除該第二濃度區之步驟是藉由一濕式蝕刻製程完成。
10. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該第一電極層是藉由一網印製程形成，且該第一電極層包含複數匯流電極(bus bar electrode)以及複數指狀電極(finger electrode)。
11. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，於形成該第一電極層以及該第二電極層後更包含一步驟：對該第一電極層以及該第二電極層進行一燒結製程。
12. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該抗反射層之材質為氮化矽。
13. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該抗反射層是藉由一電漿輔助化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)形成。
14. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該第一電極層為負極，該第二電極層為正極。
15. 如請求項1所述之太陽能電池形成方法，其中該第一電極層之材質包含銀。