TWI481060B - 太陽能電池的製作方法 - Google Patents

Description

太陽能電池的製作方法

本發明是有關於一種光電元件的製作方法，且特別是有關於一種太陽能電池的製作方法。

由於石化能源短缺，人們對環保重要性的認知提高，因此人們近年來不斷地積極研發替代能源與再生能源的相關技術，希望可以減少目前人類對於石化能源的依賴程度以及使用石化能源時對環境帶來的影響。在眾多的替代能源與再生能源的技術中，以太陽能電池最受矚目。主要是因為太陽能電池可直接將太陽能轉換成電能，且發電過程中不會產生二氧化碳或氮化矽等物質，因此不會造成環境汙染的問題。

太陽能電池的原理是將p型半導體與n型半導體相接合，以形成p-n接面。當太陽光照射到具有此p-n結構的半導體時，光子所提供的能量可把半導體中的電子激發出來而產生電子電洞對。電子與電洞均會受到內建電位的影響，使得電洞沿著電場方向移動，電子則往相反的方向移動。如果以導線將此太陽能電池與負載連接起來，則可形成一個迴路，並可使電流流過負載，此即為太陽能電池發電的原理。

在一般的N型太陽能電池的製程中，通常是先於N形基板的正面上形成硼矽玻璃(boron silicate glass， BSG)，以及於N型基板的背面上形成磷矽玻璃(phosphor silicate glass，PSG)。然後，進行熱製程，使硼矽玻璃中的硼掺質擴散至基板中而形成作為射極的摻雜區，以及使磷矽玻璃中的磷掺質擴散至基板中而形成提供金屬接觸(omic contact)與背電場(back surface field，BSF)的摻雜區。

然而，在形成上述二個摻雜區的過程中，不論是進行二次熱處理來分別形成二個摻雜區，或是在同一個熱處理分別形成二個摻雜區，硼掺質與磷掺質皆會分別自硼矽玻璃與磷矽玻璃擴散至外界，甚至導致二個摻雜區受到交叉汙染。為了避免上述問題，通常需要額外的製程或裝置來對受污染的摻雜區進行處理，因而導致製程困難度增加。

本發明提供一種太陽能電池的製作方法，其具有較簡單的製程步驟。

本發明提出一種太陽能電池的製作方法，其包括以下步驟：提供具有第一導電型的基板，此基板具有彼此相對的正面與背面；於正面上形成含有具有第二導電型的第一掺質的第一摻雜層；於第一摻雜層上形成第一阻障層；於背面上形成含有具有第一導電型的第二掺質的第二摻雜層；於第二摻雜層上形成第二阻障層；進行熱處理，使第一掺質擴散至基板中而形成第一摻雜區，以及使第二掺質擴散至基板中而形成第二摻雜區；移除第一阻障層、第一 摻雜層、第二阻障層與第二摻雜層；於正面上形成第一鈍化層；於背面上形成第二鈍化層；於第一鈍化層中形成與第一摻雜區連接的第一電極；於第二鈍化層中形成與第二摻雜區連接的第二電極。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述之第一阻障層的材料例如為氮化矽。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述之第一阻障層的形成方法例如為化學氣相沈積法。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述之第二阻障層的材料例如為氮化矽。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述之第二阻障層的形成方法例如為化學氣相沈積法。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述之第一導電型例如為N型，而第二導電型例如為P型。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述之第一摻雜層的材料例如為硼矽玻璃，而第二摻雜層的材料例如為磷矽玻璃。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述之第一導電型例如為P型，而第二導電型例如為N型。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述之第一摻雜層的材料例如為磷矽玻璃，而第二摻雜層的材料例如為硼矽玻璃。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述在形成第一鈍化層之後以及在形成第一電極之前，還可 以於第一鈍化層上形成抗反射層。

依照本發明實施例所述之太陽能電池的製作方法，上述在進行熱處理時，例如是將多個已形成有第一阻障層、第一摻雜層、第二阻障層與第二摻雜層的基板排列成列，其中第n個基板的第一摻雜層鄰近第n+1個基板的第一摻雜層，且第n+1個基板的第二摻雜層鄰近第n+2個基板的第二摻雜層。

基於上述，本發明在形成作為射極的摻雜區以及形成提供金屬接觸與背電場的摻雜區時，先於基板的正面與背面上的二個摻雜層上分別形成阻障層，因此在進行熱處理的過程中，可以避免摻雜層中的掺質擴散至外界，且可避免所形成的摻雜區受到來自外界的具有不同導電型的掺質的汙染。

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1D為依照本發明一實施例所繪示的太陽能電池之製作流程剖面圖。首先，請參照圖1A，提供具有彼此相對的正面100a與背面100b的基板100。基板100可為單晶矽或多晶矽基板。此外，基板100例如為N型基板。然後，於正面100a上依序形成含有P型掺質的摻雜層102與阻障層104，以及於背面100b上形成含有N型掺質的摻雜層106與阻障層108。在本實施例中，並不限定正 面100a與背面100b上的膜層的形成順序。換句話說，可以是先形成摻雜層102與阻障層104，然後再形成摻雜層106與阻障層108；或者，也可以是先形成摻雜層106與阻障層108，然後再形成摻雜層102與阻障層104。

含有P型掺質的摻雜層102的材料例如為硼矽玻璃，其形成方法例如為化學氣相沈積法、噴塗或印刷。阻障層104的材料例如為氮化矽，其形成方法例如為化學氣相沈積法。含有N型掺質的摻雜層106的材料例如為磷矽玻璃，其形成方法例如為化學氣相沈積法、噴塗或印刷。阻障層108的材料例如為氮化矽，其形成方法例如為化學氣相沈積法。阻障層104用以防止在後續熱處理的過程中摻雜層102中的P型掺質擴散至外界，以及避免來自外界的N型掺質擴散至摻雜層102下方的基底100中。同樣地，阻障層108用以防止在後續熱處理的過程中摻雜層106中的N型掺質擴散至外界，以及避免來自外界的P型掺質擴散至摻雜層106下方的基底100中。

然後，請參照圖1B，進行熱處理，使摻雜層102中的P型掺質擴散至基板100中而形成摻雜區110，以及使摻雜層106中的N型掺質擴散至基板100中而形成摻雜區112。摻雜區110用以作為太陽能電池中的射極，而摻雜區112用以提供金屬接觸與背電場。上述的熱處理例如是將基板100置於高溫爐管中來進行高溫擴散製程。

在本實施例中，僅對一個基板100進行熱處理，但本發明並不限於此。在另一實施例中，也可以同時對多個基 板100進行熱處理。圖2為同時對多個基板進行熱處理的剖面示意圖。請參照圖2，將多個已形成有阻障層104、摻雜層102、阻障層108與摻雜層106的基板100排列成列。排列方式例如是使第1個基板100的摻雜層102鄰近第2個基板100的摻雜層102，且第使2個基板100的摻雜層106鄰近第3個基板100的摻雜層106，並以此類推。亦即，使第n個基板100的摻雜層102鄰近第n+1個基板100的摻雜層102，且使第n+1個基板100的摻雜層106鄰近第n+2個基板100的摻雜層106。由於相同導電型的摻雜層彼此相鄰，因此在熱處理的過程中可以進一步減少摻雜區受到交叉污染的機會。

接著，請參照圖1C，移除阻障層104、摻雜層102、阻障層108與摻雜層106。移除阻障層104、摻雜層102、阻障層108與摻雜層106的方法例如是使用氫氟酸進行清洗。此外，在移除阻障層104、摻雜層102、阻障層108與摻雜層106之後，還可以選擇性地利用蝕刻製程對基板100進行紋理化處理，使正面100a成為粗糙表面。由於正面100a為粗糙表面，因此當光線入射至正面100a時會產生散射和多重反射，使得光線在太陽能電池中的行進路徑更長，藉此增加光子被吸收的機會。然後，於摻雜區110上形成鈍化層114，以及於摻雜區112上形成鈍化層118。鈍化層114與鈍化層118的形成方法例如為熱成長、化學氣相沈積法、噴塗或印刷。鈍化層114的材料例如為氧化矽、氧化鋁或氮化矽。鈍化層118的材料例如為氧化矽、 或氮化矽。在本發明中，並未對鈍化層114與鈍化層118的形成次序作限制。也就是說，可以先形成鈍化層114再形成鈍化層118，或者先形成鈍化層118再形成鈍化層114。或者，當鈍化層114與鈍化層118的材料相同時，兩者也可以在同一步驟中形成。

此外，在形成鈍化層114之後，還可以選擇性地於鈍化層114上形成抗反射層116。抗反射層116的材料例如氮化矽或透明導電氧化物(transport conductive oxide，TCO)。抗反射層116的形成方法例如是熱成長、化學氣相沈積法、噴塗或印刷。

之後，請參照圖1D，於抗反射層116與鈍化層114中形成與摻雜區110連接的電極120，以及於鈍化層118中形成與摻雜區112連接的電極122，以製成太陽能電池10。電極120的材料例如為金屬(如鋁)或合金(如銀鋁合金)，其形成方法例如是先以網版印刷的方式將金屬膠(如鋁膠或銀鋁膠)形成在抗反射層116上(若未形成有抗反射層116，則將金屬膠形成在鈍化層114上)，再進行熱處理，將金屬膠中的樹脂、溶劑等載體去除，並將金屬膠中的金屬粉體燒結(sintering)成緻密結構，且使金屬膠中的金屬穿透抗反射層116與鈍化層114而到達摻雜區110，以形成與摻雜區110連接的電極120。電極122的材料例如為金屬(如銀)，其形成方法與電極120的形成方法相同，於此不另行說明。

在本發明的實施例中，並未對電極120與電極122的 形成次序作限制。也就是說，可以先形成電極120再形成電極122，或者先形成電極122再形成電極120。或者，也可以是在形成用以形成電極120與電極122的金屬膠之後，再進行熱處理。

特別一提的是，在本實施例中，基板100為N型基板，但本發明並不限於此。在另一實施例中，基板100為也可以是P型基板。在此情況下，則於正面100a上形成含有N型掺質的摻雜層以及於背面100b上形成含有P型掺質的摻雜層，而其他製程步驟則與本實施例相同。

綜上所述，在本發明的實施例中，先於基板的正面與背面上的二個摻雜層上分別形成阻障層，然後再進行熱處理來形成作為射極的摻雜區以及提供金屬接觸與背電場的摻雜區。因此，在進行熱處理的過程中，可以避免摻雜層中的掺質擴散至外界，且可以避免所形成的摻雜區受到來自外界的具有不同導電型的掺質的汙染。

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。

10‧‧‧太陽能電池

100‧‧‧基板

100a‧‧‧正面

100b‧‧‧背面

102、106‧‧‧摻雜層

104、108‧‧‧阻障層

110、112‧‧‧摻雜區

114、118‧‧‧鈍化層

116‧‧‧抗反射層

120、122‧‧‧電極

圖1A至圖1D為依照本發明實施例所繪示的太陽能電池之製作流程剖面圖。

圖2為同時對多個基板進行熱處理的剖面示意圖。

100‧‧‧基板

102、106‧‧‧摻雜層

104、108‧‧‧阻障層

110、112‧‧‧摻雜區

Claims (11)

1. 一種太陽能電池的製作方法，包括：提供具有一第一導電型的一基板，該基板具有彼此相對的一正面與一背面；於該正面上形成一第一摻雜層，該第一摻雜層含有具有一第二導電型的一第一掺質；於該第一摻雜層上形成一第一阻障層；於該背面上形成一第二摻雜層，該第二摻雜層含有具有該第一導電型的一第二掺質；於該第二摻雜層上形成一第二阻障層；進行一熱處理，使該第一掺質擴散至該基板中而形成一第一摻雜區，以及使該第二掺質擴散至該基板中而形成一第二摻雜區；移除該第一阻障層、該第一摻雜層、該第二阻障層與該第二摻雜層；於該正面上形成一第一鈍化層；於該背面上形成一第二鈍化層；於該第一鈍化層中形成與該第一摻雜區連接的一第一電極；以及於該第二鈍化層中形成與該第二摻雜區連接的一第二電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製作方法，其中該第一阻障層的材料包括氮化矽。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製作 方法，其中該第一阻障層的形成方法包括化學氣相沈積法。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製作方法，其中該第二阻障層的材料包括氮化矽。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製作方法，其中該第二阻障層的形成方法包括化學氣相沈積法。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製作方法，其中該第一導電型為N型，而該第二導電型為P型。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池的製作方法，其中該第一摻雜層的材料包括硼矽玻璃，而該第二摻雜層的材料包括磷矽玻璃。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製作方法，其中該第一導電型為P型，而該第二導電型為N型。
9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池的製作方法，其中該第一摻雜層的材料包括磷矽玻璃，而該第二摻雜層的材料包括硼矽玻璃。
10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製作方法，其中在形成該第一鈍化層之後以及在形成該第一電極之前，更包括於該第一鈍化層上形成一抗反射層。
11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製作方法，其中在進行該熱處理時，包括將多個已形成有該第一阻障層、該第一摻雜層、該第二阻障層與該第二摻雜層的該基板排列成列，第n個該基板的該第一摻雜層鄰近該第n+1個該基板的該第一摻雜層，且該第n+1個該基板的該第二摻雜層鄰近該第n+2個該基板的該第二摻雜層。