TWI455340B - 太陽能電池的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種光電裝置的製造方法，且特別是有關於一種太陽能電池的製造方法。
傳統太陽能電池的摻雜方式為採用擴散製程，將摻質摻入基板之中以形成p-n接面，此p-n接面在受光情況下產生電子電洞對的移動，進而在基板中產生電流以達到光電轉換之目的。例如，若太陽能電池採用p型基板，在太陽能電池的擴散製程時，將p型基板置於高溫爐管中進行n型磷擴散程序，以對p型基板摻入n型摻質。
然而在高溫磷擴散製程中，會形成不必要之矽酸磷玻璃(Phospho-Silicate Glass,PSG)，而且於擴散製程後，整個p型基板會被一層n型摻質所包覆，此n型摻質可能會造成太陽能電池正、負電極之間產生短路現象。為了清除基板表面不必要之矽酸磷玻璃與避免正、負電極之間發生短路現象，通常還需要透過磷玻璃去除(Phospho-Silicate Glass Etching,PGE)方式將磷玻璃去除，以及使用雷射、電漿或化學蝕刻方式進行基板之邊緣隔絕(Edge Isolation)程序。
由此可知，在太陽能電池的基板採用擴散製程摻入所需摻質之後，尚需額外進行，例如磷玻璃去除以及基板邊緣隔絕等複雜程序。因此，傳統太陽能電池之摻雜方式的製程上仍有改進簡化之空間，並且成為一重要課題。
本發明之一態樣在於提供一種太陽能電池製造的方法，以解決習知太陽能電池製程上較為複雜的問題。
本發明之一實施方式是在提供一種太陽能電池的製造方法，包含步驟如下：對基板之第一表面進行離子佈植以形成第一摻雜層；對基板之第二表面進行離子佈植以形成第二摻雜層；對基板、第一摻雜層與第二摻雜層所形成之結構執行退火程序，並藉由退火程序形成第一鈍化層於第一摻雜層上與形成第二鈍化層於第二摻雜層上；於經退火程序後所形成之第一鈍化層上形成第三鈍化層；於經退火程序後所形成之第二鈍化層上形成第四鈍化層；以及分別於第三鈍化層與第四鈍化層上形成導電電極。
依據本發明一實施例，更包含於進行離子佈植之前，利用蝕刻方式將基板之第一表面與第二表面作粗糙化處理。
依據本發明另一實施例，其中基板為p型基板，且第一表面係透過進行離子佈植植入n型摻質，第二表面係透過進行離子佈植植入p+型摻質。
依據本發明又一實施例，其中基板為n型基板，且第一表面係透過進行離子佈植植入p型摻質，第二表面係透過進行離子佈植植入n+型摻質。
依據本發明再一實施例，其中第三鈍化層與第四鈍化層係透過一化學氣相沉積方式形成。
本發明之另一實施方式是在提供一種太陽能電池的製造方法，包含步驟如下：對基板之第一表面進行離子佈植以形成第一摻雜層；對基板之第二表面進行離子佈植以形成第二摻雜層；對基板、第一摻雜層與第二摻雜層所形成之結構執行退火程序，並藉由退火程序形成第一鈍化層於第一摻雜層上與形成第二鈍化層於第二摻雜層上；於經退火程序後所形成之第一鈍化層上形成第三鈍化層；以及分別於第三鈍化層與經退火程序後所形成之第二鈍化層上形成導電電極。
依據本發明一實施例，更包含於進行離子佈植之前，利用蝕刻方式將基板之第一表面作粗糙化處理。
依據本發明另一實施例，其中基板為p型基板，且第一表面係透過進行離子佈植植入n型摻質，第二表面係透過進行離子佈植植入p+型摻質。
依據本發明又一實施例，其中基板為n型基板，且第一表面係透過進行離子佈植植入p型摻質，第二表面係透過進行離子佈植植入n+型摻質。
依據本發明再一實施例，其中第三鈍化層係透過一化學氣相沉積方式形成。
應用本發明之優點係於利用離子佈植方式植入所需雜質，再經由退火程序活化摻入雜質後，即可完成太陽能電池基板摻雜製程。上述離子佈植方式更可簡化在傳統太陽能電池基板摻雜製程中，例如，清除磷玻璃與基板邊緣隔絕的步驟，因而簡化了摻雜的製程，並於進行離子佈植之退火程序與進行化學氣相沉積之後各自形成鈍化層，而能夠在較少的製程步驟下得到雙層鈍化層結構，使得整個太陽能電池的製造過程得以簡化，進而加速生產流程。
以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本揭示內容之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭示內容之較佳實施例後，當可由本揭示內容所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭示內容之精神與範圍。
第1A圖～第1I圖係繪示依照本發明一實施方式之太陽能電池製作流程的結構示意圖，第2圖係繪示依照本發明一實施方式之太陽能電池製造方法流程圖。請同時參閱第1A圖～第1I圖以及第2圖。
在步驟210中，利用蝕刻方式將第1A圖之基板110的第一表面120與第二表面130作粗糙化處理(Textured Process)，而成為如第1B圖所示結構。上述第一表面120與第二表面130之粗糙化處理可為同時或是分開進行，更可根據實際應用上的需求而只進行第一表面120或第二表面130之粗糙化處理。經上述粗糙化處理之後，可藉由光入射於此粗糙表面時產生散射與多重反射，以提供更長的光行進路徑，增加光子進入基板110的數目，進而形成更多的電子電洞。上述粗糙化處理之蝕刻方式可為濕式蝕刻法(Wet Etching)或乾式蝕刻法(Dry Etching)。
在步驟220中，對基板110之第一表面120進行離子佈植以形成第一摻雜層140，請參閱第1C圖。例如，當基板110為p型材質時，利用離子佈植方式，將n型摻質離子植入基板110之第一表面120，使得基板110在靠近第一表面120的部份形成n型之第一摻雜層140，而形成p-n接面於基板110與第一摻雜層140之間。同樣地，當基板110為n型材質時，利用離子佈植方式，將p型摻質離子植入基板110之第一表面120，使得基板110在靠近第一表面120的部份形成p型之第一摻雜層140，而形成p-n接面於基板110與第一摻雜層140之間。
在步驟230中，對基板110之第二表面130進行離子佈植以形成第二摻雜層150，請參閱第1D圖。例如，當基板110為p型材質時，利用離子佈植方式，將p+型摻質離子植入基板110之第二表面130，使得基板110在靠近第二表面130的部份形成p+型之第二摻雜層150，而形成與步驟220中的p-n接面對稱之p-p+接面於基板110與第二摻雜層150之間。同樣地，當基板110為n型材質時，利用離子佈植方式，將n+型摻質離子植入基板110之第二表面130，使得基板110在靠近第二表面130的部份形成n+型之第二摻雜層150，而形成與步驟220中的p-n接面對稱之n-n+接面於基板110與第二摻雜層150之間。
接著於步驟240中，對基板110、第一摻雜層140與第二摻雜層150所形成之結構執行退火程序。退火的方式可以是傳統爐管退火或是快速熱退火(Rapid Thermal Annealing,RTA)，其可活化被植入的離子，修補離子佈植所造成的佈植損壞(亦稱為晶格脫序，Lattice Disorder)。因此，上述基板110、第一摻雜層140與第二摻雜層150所形成之結構於執行退火程序後，其摻雜離子即可活化而且摻雜離子的佈植損壞得以被修補，而達成基板110摻雜之目的，並同時形成第一鈍化層160於第一摻雜層140上與形成第二鈍化層170於第二摻雜層150上，請參閱第1E圖。其中，第一鈍化層160與第二鈍化層170為經過上述退火程序後於第一摻雜層140與第二摻雜層150上所形成之氧化層(Oxide Layer)。
請參閱第1F圖，在步驟250中，於經退火程序後所形成之第一鈍化層160上形成第三鈍化層161，使得第一鈍化層160與第三鈍化層161形成雙層鈍化層結構。上述第三鈍化層161可透過化學氣相沉積方式(例如：以電漿輔助化學沉積方式)形成，且第三鈍化層161之材質可為氮化物(Nitride)或是氧化物(Oxide)，上述鈍化層之形成可減少入射光由外界環境進入第一摻雜層140之反射，以增加太陽能電池之光電轉換效率。
請參閱第1G圖，在步驟260中，於經退火程序後所形成之第二鈍化層170上形成第四鈍化層171，使得第二鈍化層170與第四鈍化層171形成雙層鈍化層結構。上述第四鈍化層171形成之方式與上述第三鈍化層161相同或類似，上述鈍化層之形成可減少入射光由外界環境進入第二摻雜層150之反射，以增加太陽能電池之光電轉換效率。
在步驟270中，分別形成導電電極180和190於第三鈍化層161與第四鈍化層171上，請參閱第1H圖。上述導電電極可利用如網版印刷(Screen Printing)或電鍍(Plating)方式形成。以網版印刷為例，其方式係將金屬膏(例如：銀漿)透過具電路圖案(Pattern)的網版或金屬板印製於第三鈍化層161上，再經過烘乾程序將金屬膏硬化，以形成第一電極180。接著，將金屬膏依上述方式印製於第四鈍化層171上，再經過烘乾程序將金屬膏硬化，以形成第二電極190。如此便完成第一電極180與第二電極190兩種導電電極之印製。需注意的是，上述形成第一電極180和第二電極190的順序可以相互對調，並不以上述為限。
步驟280接續上述導電電極180和190之製造，如第1I圖所示，於此步驟中透過高溫燒結(Firing)程序，去除金屬膏之有機成分，而且讓第一電極180得以穿透第三鈍化層161與第一鈍化層160，並滲入第一摻雜層140之表層形成歐姆接觸(Ohmic Contact)，同時第二電極190得以穿透第四鈍化層171與第二鈍化層170，並滲入第二摻雜層150之表層形成歐姆接觸，使得第一電極180與第二電極190得以將電子電洞所產生之電流導出，而完成雙面太陽能電池之製造程序。因此，上述雙面太陽能電池在不增加製造程序步驟下，使得太陽能電池的雙面同時具有雙層鈍化層結構。
第3A圖～第3H圖係繪示依照本發明另一實施方式之太陽能電池製作流程的結構示意圖，第4圖係繪示依照本發明另一實施方式之太陽能電池製造方法流程圖。請同時參閱第3A圖～第3H圖以及第4圖。
在步驟410中，利用蝕刻方式將第3A圖之基板310的第一表面320作粗糙化處理，而成為如第3B圖所示結構。上述基板表面310之粗糙化處理更可根據實際應用上的需求，同時或是分開進行第一表面320及(或)第二表面330之粗糙化處理，而不以上述為限。經上述粗糙化處理之後，可藉由光入射於此粗糙表面時產生散射與多重反射，以提供更長的光行進路徑，增加光子進入基板310的數目，進而形成更多的電子電洞。上述粗糙化處理之蝕刻方式可為濕式蝕刻法或乾式蝕刻法。
在步驟420中，對基板310之第一表面320進行離子佈植以形成第一摻雜層340，請參閱第3C圖。例如，當基板310為p型材質時，利用離子佈植方式，將n型摻質離子植入基板310之第一表面320，使得基板310在靠近第一表面320的部份形成n型之第一摻雜層340，而形成p-n接面於基板310與第一摻雜層340之間。同樣地，當基板310為n型材質時，利用離子佈植方式，將p型摻質離子植入基板310之第一表面320，使得基板310在靠近第一表面320的部份形成p型之第一摻雜層340，而形成p-n接面於基板310與第一摻雜層340之間。
在步驟430中，對基板310之第二表面330進行離子佈植以形成第二摻雜層350，請參閱第3D圖。例如，當基板310為p型材質時，利用離子佈植方式，將p+型摻質離子植入基板310之第二表面330，使得基板310在靠近第二表面330的部份形成p+型之第二摻雜層350，而形成與步驟420中的p-n接面對稱之p-p+接面於基板310與第二摻雜層350之間。同樣地，當基板310為n型材質時，利用離子佈植方式，將n+型摻質離子植入基板310之第二表面330，使得基板310在靠近第二表面330的部份形成n+型之第二摻雜層350，而形成與步驟420中的p-n接面對稱之n-n+接面於基板310與第二摻雜層350之間。
接著於步驟440中，對基板310、第一摻雜層340與第二摻雜層350所形成之結構執行退火程序。退火的方式可以是傳統爐管退火或是快速熱退火，其可活化被植入的離子，修補離子佈植所造成的佈植損壞。因此，上述基板310、第一摻雜層340與第二摻雜層350所形成之結構於執行退火程序後，其摻雜離子即可活化而且摻雜離子的佈植損壞得以被修補，而達成基板310摻雜之目的，並同時形成第一鈍化層360於第一摻雜層340上與形成第二鈍化層370於第二摻雜層350上，請參閱第3E圖。其中，第一鈍化層360與第二鈍化層370為經過上述退火程序後於第一摻雜層340與第二摻雜層350上所形成之氧化層。
請參閱第3F圖，在步驟450中，於經退火程序後所形成之第一鈍化層360上形成第三鈍化層361，使得第一鈍化層360與第三鈍化層361形成雙層鈍化層結構。上述第三鈍化層361可透過化學氣相沉積方式(例如：以電漿輔助化學沉積方式)形成，且第三鈍化層361之材質可為氮化物或是氧化物，上述鈍化層之形成可減少入射光由外界環境進入第一摻雜層340之反射，以增加太陽能電池之光電轉換效率。
在步驟460中，分別形成導電電極380和390於第三鈍化層361與經退火程序後所形成之第二鈍化層370上，請參閱第3G圖。上述導電電極可利用如網版印刷或電鍍方式形成。以網版印刷為例，其方式係將金屬膏(例如：銀漿)透過具電路圖案的網版或金屬板印製於第三鈍化層361上，再經過烘乾程序將金屬膏硬化，以形成第一電極380。接著，將金屬膏依上述方式印製於第二鈍化層370上，再經過烘乾程序將金屬膏硬化，以形成第二電極390。然後，再以金屬材質(例如：鋁漿)塗佈於整個第二鈍化層370之上，再經過烘乾程序將金屬材質硬化，以形成背面層391。如此便完成第一電極380與第二電極390兩種導電電極之印製。需注意的是，上述形成第一電極380和第二電極390的順序可以相互對調，並不以上述為限。
步驟470接續上述導電電極380和390之製造，如第3H圖所示，於此步驟中透過高溫燒結程序，去除金屬膏之有機成分，而且讓第一電極380得以穿透第三鈍化層361與第一鈍化層360，並滲入第一摻雜層340之表層形成歐姆接觸，同時第二電極390得以穿透第二鈍化層370，並滲入第二摻雜層350之表層形成歐姆接觸，使得第一電極380與第二電極390得以將電子電洞所產生之電流導出，而完成太陽能電池之製造程序。因此，上述太陽能電池在不增加製造程序步驟下，使得太陽能電池具有雙層鈍化層結構。
上述步驟與圖式說明係用以揭露本發明之特徵說明用，並未詳盡敘述與描繪出整個太陽能電池製造流程之細節部份，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，而不以上述為限。
綜上所述，應用本發明具有簡化太陽能電池製程的優點。本揭示內容利用離子佈植方式植入所需雜質，再經由退火程序活化摻入雜質後，即可完成太陽能電池基板摻雜製程。上述離子佈植方式更可簡化在傳統太陽能電池基板摻雜製程中，例如，清除磷玻璃與基板邊緣隔絕的步驟，因而簡化了摻雜的製程，並於進行離子佈植之退火程序與進行化學氣相沉積之後各自形成鈍化層，而能夠在較少的製程步驟下得到雙層鈍化層結構，使得整個太陽能電池的製造過程得以簡化，進而加速生產流程。
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。
110．．．基板
120．．．第一表面
130．．．第二表面
140．．．第一摻雜層
150．．．第二摻雜層
160．．．第一鈍化層
161．．．第三鈍化層
170．．．第二鈍化層
171．．．第四鈍化層
180．．．第一電極
190．．．第二電極
210~280．．．步驟
310．．．基板
320．．．第一表面
330．．．第二表面
340．．．第一摻雜層
350．．．第二摻雜層
360．．．第一鈍化層
361．．．第三鈍化層
370．．．第二鈍化層
380．．．第一電極
390．．．第二電極
391．．．背面層
410~470．．．步驟
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1A圖～第1I圖係繪示依照本發明一實施方式之太陽能電池製作流程的結構示意圖。
第2圖係繪示依照本發明一實施方式之太陽能電池製造方法流程圖。
第3A圖～第3H圖係繪示依照本發明另一實施方式之太陽能電池製作流程的結構示意圖。
第4圖係繪示依照本發明另一實施方式之太陽能電池製造方法流程圖。
210~280．．．步驟
Claims (10)
- 一種太陽能電池之製造方法，包含：對一基板之一第一表面進行離子佈植，以形成一第一摻雜層；對該基板之一第二表面進行離子佈植，以形成一第二摻雜層；對該基板、該第一摻雜層與該第二摻雜層所形成之結構執行一退火程序，並藉由該退火程序形成一第一鈍化層於該第一摻雜層上與形成一第二鈍化層於該第二摻雜層上；形成一第三鈍化層於經該退火程序後所形成之該第一鈍化層上；形成一第四鈍化層於經該退火程序後所形成之該第二鈍化層上；以及分別形成導電電極於該第三鈍化層與該第四鈍化層上。
- 如請求項1所述之太陽能電池之製造方法，更包含於進行離子佈植之前，利用蝕刻方式將該基板之該第一表面與該第二表面作粗糙化處理。
- 如請求項1所述之太陽能電池之製造方法，其中該基板為一p型基板，且該第一表面係透過進行離子佈植植入n型摻質，該第二表面係透過進行離子佈植植入p+型 摻質。
- 如請求項1所述之太陽能電池之製造方法，其中該基板為一n型基板，且該第一表面係透過進行離子佈植植入p型摻質，該第二表面係透過進行離子佈植植入n+型摻質。
- 如請求項1所述之太陽能電池之製造方法，其中該第三鈍化層與該第四鈍化層係透過一化學氣相沉積方式形成。
- 一種太陽能電池之製造方法，包含：對一基板之一第一表面進行離子佈植，以形成一第一摻雜層；對該基板之一第二表面進行離子佈植，以形成一第二摻雜層；對該基板、該第一摻雜層與該第二摻雜層所形成之結構執行一退火程序，並藉由該退火程序形成一第一鈍化層於該第一摻雜層上與形成一第二鈍化層於該第二摻雜層上；形成一第三鈍化層於經該退火程序後所形成之該第一鈍化層上；以及分別形成導電電極於該第三鈍化層與經該退火程序後所形成之該第二鈍化層上。
- 如請求項6所述之太陽能電池之製造方法，更包含於進行離子佈植之前，利用蝕刻方式將該基板之該第一表面作粗糙化處理。
- 如請求項6所述之太陽能電池之製造方法，其中該基板為一p型基板，且該第一表面係透過進行離子佈植植入n型摻質，該第二表面係透過進行離子佈植植入p+型摻質。
- 如請求項6所述之太陽能電池之製造方法，其中該基板為一n型基板，且該第一表面係透過進行離子佈植植入p型摻質，該第二表面係透過進行離子佈植植入n+型摻質。
- 如請求項6所述之太陽能電池之製造方法，其中該第三鈍化層係透過一化學氣相沉積方式形成。
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