TWI446566B - 以濕式化學方法製作具有表面鈍化結構之結晶矽太陽能電池之方法 - Google Patents

以濕式化學方法製作具有表面鈍化結構之結晶矽太陽能電池之方法 Download PDF

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yi min Pan
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Description

以濕式化學方法製作具有表面鈍化結構之結晶矽太陽能電池之方法
本發明係關於一種太陽能電池之製造方法，尤其關於一種以濕式化學方法製作具有表面鈍化結構之結晶矽太陽能電池之方法。
圖1顯示一種傳統太陽能電池之局部剖面圖。如圖1所示，傳統的太陽能電池100包含一基板110、一抗反射層120、一正面電極130、一背面電極140及一背面金屬層150。基板110具有一N型半導體層110N及一P型半導體層110P。N型半導體層110N包覆P型半導體層110P並電連接至背面金屬層150。抗反射層120位於基板110之一正面110F上。正面電極130位於抗反射層120上並電連接至N型半導體層110N。背面金屬層150形成於基板110之一背面110B，背面電極140位於背面金屬層150上。
結晶矽晶片本身具有許多的懸鍵(dangling bonds)，且懸鍵(dangling bonds)會與P-N介面(P-N junction)所形成之電子進行結合，進而降低太陽能電池之效率。
本發明之一個目的係提供一種以濕式化學方法製作具有表面鈍化結構之結晶矽太陽能電池之方法，利用濕式化學方法來形成表面鈍化結構，以提升太陽能電池之開路電壓(Voc)及短路電流(Isc)，進而提升轉換效率(efficiency)。
為達上述目的，本發明提供一種以濕式化學方法製作具有表面鈍化結構之結晶矽太陽能電池之方法，依序包含以下步驟：對一裸晶進行預處理，以得到一預處理過之晶片，其具有一第一型半導體層及一第二型半導體層，第二型半導體層具有一外露之粗化表面；將預處理過之晶片浸泡至一裝有一溶液之浸泡槽中，以得到一浸泡過之晶片；從浸泡槽取出浸泡過之晶片並乾燥，以得到一乾燥過之晶片；對乾燥過之晶片進行退火，以於外露之粗化表面上形成一氧化層而獲得一退火過之晶片；以及對退火過之晶片進行後處理，以形成結晶矽太陽能電池。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
本發明為利用濕式化學方法製備結晶矽太陽能電池之鈍化結構，藉以提升太陽能電池之開路電壓(Voc)及短路電流(Isc)，進而提升轉換效率(efficiency)圖2至14顯示本發明之太陽能電池的製造方法之各步驟的結構圖。圖15顯示本發明之太陽能電池的製造方法之流程圖。如圖15所示，本發明之太陽能電池1之製造方法依序包含以下步驟。首先，於步驟(a)，對一裸晶10進行預處理，以得到一預處理過之晶片20，其具有一第一型半導體層(可以是P/N型)21及一第二型半導體層(可以是N/P型)22，第二型半導體層22具有一外露之粗化表面23，如圖5所示。預處理的方式有很多種，以下以一例子來說明。首先，提供裸晶10，其具有一正面11、一背面12、多個連接至正面11及背面12之側面13，以及位於正面11上的多個粒子14，其結構如圖2所示。正面11與背面12兩者實質上平行。接著，移除裸晶10上之粒子14並清潔裸晶10，其結構如圖3所示。接著，對裸晶10進行粗化而於正面11上形成外露之粗化表面23，如圖4所示。然後，對裸晶10進行摻雜，以於裸晶10上形成第二型半導體層22及於第二型半導體層22之粗化表面23上形成一磷化物層16，如圖5所示。磷化物層16之材料包含磷矽玻璃(Phosphate Silicon Glass，PSG)。接著，移除磷化物層16以形成預處理過之晶片20，如圖6所示。在太陽能電池的晶片經過擴散製程後，晶片的表面會形成一層PSG，必須去除，以免對太陽能電池具有不利的影響。
如圖7與15所示，於步驟(b)，將預處理過之晶片20浸泡至一裝有一溶液3之浸泡槽2中，以得到一浸泡過之晶片30，如圖8所示。溶液係為HNO3 或H2 O2 。溶液之溫度介於15至200℃之間。預處理過之晶片20被浸泡持續5至200分鐘。
接著，如圖8-9與15所示，於步驟(c)，從浸泡槽2取出浸泡過之晶片30並乾燥，以得到一乾燥過之晶片40。於圖8中，正面11形成有一前驅物31。於圖9中，正面11形成有對應於前驅物31之另一前驅物41。
然後，如圖10與14所示，於步驟(d)，對乾燥過之晶片40於譬如100至800℃的溫度進行退火，以於外露之粗化表面23上形成一對應於前驅物41之氧化層51(譬如是二氧化矽、氧化矽)而獲得一退火過之晶片50。值得的注意的是，退火過之晶片50之側面13亦可形成有氧化層51。
然後，於步驟(e)，對退火過之晶片50進行後處理，以形成結晶矽太陽能電池1。步驟(e)的細節將說明如下，但這些細節並未意圖限制本發明之範疇。
首先，於氧化層51上形成一抗反射層52，更可使抗反射層52致密化，如圖11所示。抗反射層52的材料譬如是氮化矽。
接著，於抗反射層52上形成複數個電連接至第二型半導體層22之上電極53，並於退火過之晶片50之背面12形成複數個下電極54及一背面金屬層55，如圖12與13所示。所採取的方式譬如是網印上電極53、下電極54及背面金屬層55以後，配合燒結處理而使上電極53穿過氧化層51及抗反射層52而電連接至第二型半導體層22。同理，也可用網印的方式印上背面金屬層55及下電極54，配合燒結來形成圖13的構造。最後，利用雷射光來形成邊緣絕緣溝槽56，以提升效率，如圖14所示。
在其他領域中，製備鈍化結構大多以高溫爐管設備進行，但由於設備昂貴，且需在高溫(約900℃)下進行製程，對於能源的消耗影響極大，且製程時間較為冗長。與現有製程相較之下，本發明具有製程簡單及時間較短等優點，且能源消耗及設備費用均低於其他製程，故具有相當大的競爭力。此外，利用濕式化學方法來形成表面鈍化結構，可以提升太陽能電池之開路電壓及短路電流，進而提升轉換效率，其主要的原理為鈍化結構會填補懸鍵(dangling bond)，因而可避免電子被懸鍵(dangling bond)捕捉，可提升短路電流以及開路電壓，進而提昇效率。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。
(a)-(e)．．．方法步驟
1．．．太陽能電池
2．．．浸泡槽
3．．．溶液
10．．．裸晶
11．．．正面
12．．．背面
13．．．側面
14．．．粒子
16．．．磷化物層
20．．．預處理過之晶片
21．．．第一型半導體層
22．．．第二型半導體層
23．．．外露之粗化表面
30．．．浸泡過之晶片
31．．．前驅物
40．．．乾燥過之晶片
41．．．前驅物
50．．．退火過之晶片
51．．．氧化層
52．．．抗反射層
53．．．上電極
54．．．下電極
55．．．背面金屬層
56．．．邊緣絕緣溝槽
圖1顯示一種傳統的太陽能電池之示意圖。
圖2至14顯示本發明之太陽能電池的製造方法之各步驟的結構圖。
圖15顯示本發明之太陽能電池的製造方法之流程圖。
(a)-(e)．．．方法步驟

Claims (9)

  1. 一種以濕式化學方法製作具有表面鈍化結構之結晶矽太陽能電池之方法，依序包含以下步驟：(a)對一裸晶進行預處理，以得到一預處理過之晶片，其具有一第一型半導體層及一第二型半導體層，該第二型半導體層具有一外露之粗化表面；(b)將該預處理過之晶片浸泡至一裝有一溶液之浸泡槽中，以得到一浸泡過之晶片，其中該浸泡過之晶片上之該外露之粗化表面形成一第一前驅物；(c)從該浸泡槽取出該浸泡過之晶片並乾燥，以得到一乾燥過之晶片，其中該乾燥過之晶片上之該外露之粗化表面形成一對應於該第一前驅物之一第二前驅物；(d)對該乾燥過之晶片進行退火，以於該外露之粗化表面上形成一氧化層而獲得一退火過之晶片，其中該氧化層對應於該第二前驅物；以及(e)對該退火過之晶片進行後處理，以形成該結晶矽太陽能電池。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該溶液係為HNO3 溶液。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該溶液係為H2 O2 溶液。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該溶液之溫度介於15至200℃之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該預處理過之晶片被浸泡持續5至200分鐘。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該乾燥過之晶片係於100至800℃下進行退火。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(a)依序包含：(a1)移除該裸晶上之粒子並清潔該裸晶；(a2)對該裸晶進行粗化而形成該外露之粗化表面；(a3)對該裸晶進行摻雜，以於該裸晶上形成該第二型半導體層及於該第二型半導體層之該外露之粗化表面上形成一磷化物層；以及(a4)移除該磷化物層以形成該預處理過之晶片。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(e)依序包含：(e1)於該氧化層上形成一抗反射層，並使該抗反射層致密化；(e2)於該抗反射層上形成複數個電連接至第二型半導體層之上電極，並於該退火過之晶片之一背面形成複數個下電極及一背面金屬層；以及(e3)形成邊緣絕緣溝槽。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該退火過之晶片之側面形成有該氧化層。
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