TWI469377B - 太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

Description

太陽能電池及其製造方法

本發明是有關於一種太陽能電池及其製造方法。

矽基太陽能電池為業界常見的一種太陽能電池。矽基太陽能電池的原理是將高純度的半導體材料(矽)加入摻質物使其呈現不同的性質，以形成p型半導體及n型半導體，並將p-n兩型半導體相接合，如此即可形成p-n接面。當太陽光照射到一個p-n結構的半導體時，光子所提供的能量可能會把半導體中的電子激發出來產生電子-電洞對。藉由電極的設置，使電洞往電場的方向移動並使電子往相反的方向移動，如此即可構成太陽能電池。

一般來說，當太陽能電池在運作一段時間之後會產生熱。倘若上述所產生的熱能沒有散出或是導出太陽能電池外，就容易使得太陽能電池的輸出效能變差。特別是，當太陽能電池溫度越高時，太陽能電池的輸出效能就會越低。

本發明提供一種太陽能電池及其製造方法，其可以解決傳統太陽能電池因熱能無法散出而導致輸出功率降低的問題。

本發明提出一種太陽能電池，其包括半導體基材、摻雜材料層、第一接觸電極、電極層、散熱材料層以及第二接觸電極。半導體基材具有第一表面以及第二表面。摻雜材料層位於靠近第一表面的半導體基材之上或內。第一接觸電極位於摻雜材料層上。電極層位於半導體基材之第二表面上。散熱材料層覆蓋電極層。第二接觸電極位於散熱材料層上，且第二接觸電極與電極層電性連接。

本發明提出一種太陽能電池的製造方法，包括提供半導體基材，其具有第一表面以及第二表面。於靠近第一表面之半導體基材之上或內形成摻雜材料層。於摻雜材料層上形成第一接觸電極。於半導體基材之第二表面上形成電極層。於電極層上形成散熱材料層。於散熱材料層上形成第二接觸電極，其中第二接觸電極與電極層電性連接。

基於上述，本發明在於半導體基材之第二表面之電極層上形成散熱材料層，其可以有效地將太陽能電池內所產生的熱能導出，以使得太陽能電池的溫度不會明顯升高。如此一來，便可使得太陽能電池為持較佳的輸出功率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A至圖1B是根據本發明一實施例之太陽能電池的製造流程視意圖。請參照圖1A，本實施例之太陽能電池的製造方法首先提供半導體基材102，半導體基材102具有第一表面102a以及第二表面102b。半導體基材102例如是摻雜n型摻質之半導體材料或是摻雜p型摻質之半導體材料。半導體基材102之半導體材料可為矽、硫化鎘(CdS)、銅銦鎵二硒(CuInGaSe₂ ，CIGS)、銅銦二硒(CuInSe₂ ，CIS)、碲化鎘(CdTe)、半導體有機材料(organic material)或上述材料堆疊之多層結構。上述之矽包括單晶矽(single crystal silicon)、多晶矽(polycrystal silicon)、非晶矽(amorphous silicon)或是微晶矽(microcrystal silicon)。摻雜於半導體材料中之n型摻質可以是選自元素週期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。摻雜於半導體材料中之p型摻質可以是選自元素週期表中三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)等等。

接著，於半導體基材102之第一表面102a內形成摻雜材料層104。所述摻雜材料層104可為摻雜n型摻質之材料層或是摻雜p型摻質之材料層。根據本實施例，若半導體基材102為摻雜p型摻質之半導體材料，那麼摻雜材料層104為摻雜n型摻質之材料層，以使得半導體基材102摻雜材料層104之間形成p-n接面。若半導體基材102為摻雜n型摻質之半導體材料，那麼摻雜材料層104為摻雜p型摻質之材料層，以使得半導體基材102摻雜材料層104之間形成p-n接面。根據本實施例，摻雜材料層104可採用擴散法或是離子植入法以將n型摻質或p型摻質摻入半導體基材102之第一表面102a內來形成。在此，n型摻質可以是選自元素週期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。p型摻質可以是選自元素週期表中三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)等等。

在本實施例中，摻雜材料層104更包括高摻雜濃度之接觸區104a，以後續是用來與接觸電極相接觸。一般來說，高摻雜濃度之接觸區104a的摻雜濃度高於摻雜材料層104之其他區域的濃度，且高摻雜濃度之接觸區104a的摻雜深度也可比摻雜材料層104之其他區域的深度來得深。在另一實施例中，摻雜材料層104也可不包括高摻雜濃度之接觸區104a，端看設計者需求而定。

之後，於摻雜材料層104(高摻雜濃度之接觸區104a)上形成第一接觸電極106。第一接觸電極106可為導電性佳之金屬材料或其他的導電材料。形成第一接觸電極106之方法例如是先在摻雜材料層104沈積一層電極材料層，之後藉由微影以及蝕刻程序以圖案化電極材料層即可形成，亦可利用印刷方式形成，本發明並不加以限制。

另外，於半導體基材102之第二表面102b上形成電極層108。上述之電極層108例如是金屬材料或是合金材料。形成電極層108之方法例如是採用沈積程序、塗佈程序、印刷程序或是其他的合適的方法。

接著，請參照圖1B，於電極層108上形成散熱材料層110，散熱材料110可為氮化硼、氮化鋁、鋁、銅、銀或是金。在此，形成散熱材料層110的方法可包括進行塗佈程序、印刷程序、物理氣相沈積程序或是化學氣相沈積程序。

上述之物理氣相沈積程序可包括離子束沈積、脈衝雷射沈積或反應性濺鍍。上述之化學氣相沈積程序例如是使用三氟化硼來選擇性蝕刻沈積六方氮化硼或電漿改善化學氣相沈積。

此外，上述塗佈程序可包括下列步驟。首先將散熱材料與溶劑混合。根據一實施例，上述之散熱材料可為奈米等級的陶瓷粉粒(例如是氮化硼或氮化鋁)或是金屬粉粒(例如是鋁、銅、銀或是金)，且散熱材料與溶劑之混合物可進一步添加黏結劑。接著將上述混合物於電極層108上進行噴塗步驟。所述噴塗步驟例如是採用噴槍工具或是旋轉塗佈的方式以使得混合物塗覆於電極層108上。之後，進行烘乾步驟，以使得混合物中的溶劑揮發，而固化成散熱材料層110。

值得一提的是，矽基板於室溫下之熱傳導係數為145W/m.，因此上述之散熱材料層110之熱傳導係數須高於145W/m.k。在此，散熱材料層110可包括陶瓷材料或金屬材料。上述之陶瓷材料包括氮化硼(於室溫下熱傳導係數為1500W/m.k)或氮化鋁(於室溫下熱傳導係數為220W/m.k)。上述之金屬材料包括鋁(於室溫下熱傳導係數為237W/m.k)、銅(於室溫下熱傳導係數為407W/m.k)、銀(於室溫下熱傳導係數為429W/m.k)或是金(於室溫下熱傳導係數為317W/m.k)。

之後，於散熱材料層110上形成第二接觸電極112，其中第二接觸電極112與電極層108電性連接。根據本實施例，第二接觸電極112與電極層108電性連接之方法例如是在散熱材料層110中形成接觸窗開口C以暴露出電極層108。在散熱材料層110中形成接觸窗開口C的方法例如是利用化學蝕刻程序或是雷射蝕刻程序。之後，所形成的第二接觸電極112可透過接觸窗開口C而與電極層108電性連接。另外，在本實施例中，第二接觸電極112可與第一接觸電極106對稱設置，但本發明不限於此。一般來說，第二接觸電極112的位置與後續封裝時之電路板之接點位置有關。換言之，為了方便後續封裝作業程序，第二接觸電極112的位置可作特殊的設計。

上述方法所形成的太陽能電池如圖1B所示，其包括半導體基材102、摻雜材料層104、第一接觸電極106、電極層108、散熱材料層110以及第二接觸電極112。半導體基材102具有第一表面102a以及第二表面102b。摻雜材料層104位於半導體基材102之第一表面102a內。第一接觸電極106位於摻雜材料層104上。電極層108位於半導體基材102之第二表面102b上。散熱材料層110覆蓋電極層108。第二接觸電極112位於散熱材料層110上，且第二接觸電極112與電極層108電性連接。

圖2A至圖2B是根據本發明另一實施例之太陽能電池的製造流程視意圖。圖2A至圖2B之實施例與上述圖1A至圖1B之實施例相似，因此與圖1A至圖1B之實施例相同的元件以相同的符號表示，且不再重複說明。在圖2A至圖2B之實施例中，半導體基材102具有第一表面102a以及第二表面102b，且摻雜材料層104是形成在半導體基材102之第一表面102a上。根據本實施例，在半導體基材102之第一表面102a上形成摻雜材料層104的方法例如是利用沉積法，以直接在半導體基材102之第一表面102a上沈積摻雜材料層104。上述之沈積程序例如是在沈積腔室中同時通入半導體材料以及摻雜材料，以沈積成摻雜材料層104。

類似地，在本實施例中，於半導體基材102之第二表面102b上之電極層108上也形成有散熱材料層110。形成散熱材料層110之方法以及散熱材料層110之材料與前述實施例相同或是相似。

因此，本實施例之方法所形成的太陽能電池如圖2B所示，其包括半導體基材102、摻雜材料層104、第一接觸電極106、電極層108、散熱材料層110以及第二接觸電極112。半導體基材102具有第一表面102a以及第二表面102b。摻雜材料層104位於半導體基材102之第一表面102a上。第一接觸電極106位於摻雜材料層104上。電極層108位於半導體基材102之第二表面102b上。散熱材料層110覆蓋電極層108。第二接觸電極112位於散熱材料層110上，且第二接觸電極112與電極層108電性連接。

承上所述，在本發明之太陽能電池中，因半導體基材102之第二表面102b上之電極層108上形成有散熱材料層110。此散熱材料層110可以將太陽能電池所產生的熱能散逸出去或傳導出去，以使太陽能電池的溫度不會升溫太多。換言之，本發明在於半導體基材之第二表面之電極層上形成散熱材料層可以有效地將太陽能電池內所產生的熱能導出，以使得太陽能電池的溫度不會明顯升高。如此一來，便可使得太陽能電池為持較佳的輸出功率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

102．．．半導體基材

102a．．．第一表面

102b．．．第二表面

104．．．摻雜材料層

104a．．．高摻雜濃度之接觸區

106．．．第一接觸電極

108．．．電極層

110．．．散熱材料層

112．．．第二接觸電極

C．．．接觸窗開口

圖1A至圖1B是根據本發明一實施例之太陽能電池的製造流程視意圖。

圖2A至圖2B是根據本發明另一實施例之太陽能電池的製造流程視意圖。

102．．．半導體基材

102a．．．第一表面

104．．．摻雜材料層

104a．．．高摻雜濃度之接觸區

106．．．第一接觸電極

108．．．電極層

110．．．散熱材料層

112．．．第二接觸電極

C．．．接觸窗開口

Claims (16)

1. 一種太陽能電池，包括：一半導體基材，其具有一第一表面以及一第二表面；一摻雜材料層，位於靠近該第一表面的該半導體基材之上或內；一第一接觸電極，位於該摻雜材料層上；一電極層，位於該半導體基材之該第二表面上；一散熱材料層，覆蓋該電極層；以及一第二接觸電極，位於該散熱材料層上，且該第二接觸電極與該電極層電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該散熱材料層之熱傳導係數高於145W/m.k。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中該散熱材料層包括一陶瓷材料或一金屬材料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中該陶瓷材料包括氮化硼或氮化鋁。
5. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中該金屬材料包括鋁、銅、銀或是金。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該散熱材料層中具有一接觸窗開口以暴露出該電極層，且該第二接觸電極透過該接觸窗開口而與該電極層電性連接。
7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一接觸電極以及該第二接觸電極對稱設置。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該半導體基材為摻雜p型摻質之一半導體材料，且該摻雜材料層包括摻雜n型摻質之一材料層。
9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該半導體基材為摻雜n型摻質之一半導體材料，且該摻雜材料層包括摻雜p型摻質之一材料層。
10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該摻雜材料層包括一高摻雜濃度之接觸區，且該第一接觸電極位於該高摻雜濃度之接觸區。
11. 一種太陽能電池的製造方法，包括：提供一半導體基材，其具有一第一表面以及一第二表面；於靠近該第一表面之該半導體基材之上或內形成一摻雜材料層；於該摻雜材料層上形成一第一接觸電極；於該半導體基材之該第二表面上形成一電極層；於該電極層上形成一散熱材料層；以及於該散熱材料層上形成一第二接觸電極，其中該第二接觸電極與該電極層電性連接。
12. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能電池的製造方法，其中於該電極層上形成該散熱材料層的方法包括進行一塗佈程序、一印刷程序、一物理氣相沈積程序或是一化學氣相沈積程序。
13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池的製造方法，其中該塗佈程序包括：將一散熱材料與一溶劑混合；進行一噴塗步驟；以及進行一烘乾步驟。
14. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池的製造方法，其中該物理氣相沈積程序包括一離子束沈積、一脈衝雷射沈積或一反應性濺鍍。
15. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能電池的製造方法，其中於靠近該第一表面之該半導體基材之上形成一摻雜材料層的方法包括一沉積法。
16. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能電池的製造方法，其中於靠近該第一表面之該半導體基材之內形成一摻雜材料層的方法包括一擴散法。