TWI493740B - 太陽能電池結構與其製造方法 - Google Patents

Description

太陽能電池結構與其製造方法

本揭露是有關於一種太陽能電池結構與其製造方法，特別是有關於一種利用選擇性射極(Selective Emitter)技術來製造之太陽能電池結構。

近年來，由於環境污染的問題越來越嚴重，很多國家開始開發新的綠色能源來減少境污染的問題。太陽能電池可將太陽的光能轉為電能，且這種轉換不會產生任何污染性的物質，因此太陽能電池逐漸受到重視。

太陽能電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光來發電。太陽能電池之發電原理是當太陽光照射在太陽能電池上時，太陽能電池會吸收太陽光能，而使太陽能電池之P型半導體與N型半導體分別產生電洞與電子，並使電子與電洞分離來形成電壓降，進而產生電流。

選擇性射極技術是是一種新式的太陽能電池製造技術，其做法在於降低吸光面的N型材料(例如磷)的摻雜濃度以達到較佳之吸光性，以及加重在電極下方的N型材料摻雜濃度，來達到電子傳遞低阻抗的效果，藉以提高光能和電能的轉換效率。由於選擇性射極技術可大幅提高轉換效率，因此選擇性射極技術逐漸成為太陽能電池的主要製造方法之一。

請同時參照第1a圖和第1b圖，第1a圖係繪示利用選擇性射極技術來製造之習知太陽能電池之半成品10的俯視圖，第1b圖係繪示利用此半成品來製成之習知太陽能電池20的俯視圖。在選擇性射極技術中，在形成電極之前，會先於基板12上形成高摻雜區域14和低摻雜區域16。然後，指狀電極22和匯流電極24會對位形成於高摻雜區域14上。通常，指狀電極22和匯流電極24的寬度係與下方高摻雜區域14的寬度一致，以產生較佳之電性效果。且指狀電極22之功用主要在於收集電池上之電流，並將電流傳導至匯流電極24，並透過匯流電極24將電流向外導出，以供使用。

雖然選擇性射極技術可提高太陽能電池的光電轉換效率，但是選擇性射極技術的製造成本卻比一般製程還要昂貴，因此需要一種改善的選擇性射極技術來降低製造成本。

本發明之一方面是在提供一種太陽能電池結構與其製造方法，其成本以及製造所需的時間皆比習知選擇性射極技術更少。

根據本發明之一實施例，此太陽能電池結構包含半導體基板、射極層、複數條指狀電極以及至少一匯流電極。射極層係形成於半導體基板上，以形成PN接面(PN Junction)，其中射極層包含高摻雜區域和低摻雜區域，高摻雜區域的摻雜濃度係高於低摻雜區域的摻雜濃度，且高摻雜區域包含複數條高摻雜指部，這些高摻雜指部之間係由低摻雜區域作間隔設置。指狀電極係對位形成於高摻雜指部上。匯流電極係形成於射極層上，並與指狀電極交叉設置，其中匯流電極係與高摻雜指部及低摻雜區域上下對應。

根據本發明之一實施例，在此太陽能電池結構之製造方法中，首先提供一半導體基板。然後，形成射極層於半導體基板上，以形成PN接面，其中射極層包含高摻雜區域和低摻雜區域，高摻雜區域的摻雜濃度係高於低摻雜區域的摻雜濃度，且該高摻雜區域包含複數條高摻雜指部，高摻雜指部之間係由低摻雜區域作間隔設置。接著，形成複數條指狀電極以及至少一匯流電極於射極層上，其中指狀電極係對位設於高摻雜指部上，而匯流電極係與指狀電極交叉設置，且匯流電極係與高摻雜指部及低摻雜區域上下對應。

請同時參照第2圖、第3a至3e圖、第4a至4e圖以及第5圖，第2圖係繪示根據本發明一實施例之太陽能電池製造方法100的流程示意圖，第3a至3e圖係繪示對應至製造方法100之各步驟的太陽能電池俯視結構示意圖，第4a至4e圖係繪示對應至製造方法100各步驟之太陽能電池剖面結構示意圖，第5圖係繪示沿著第3e圖之剖面線A-A’方向觀察所得之剖面示意圖。本發明實施例之太陽能電池係利用選擇性射極(Selective Emitter)技術來製造，在以下的敘述中將詳細說明本發明實施例之太陽能電池的製造方法與結構。

在太陽能電池之製造方法100中，首先進行基板提供南驟110，如第3a圖和第4a圖所示，以提供半導體基板210。在本實施例中，半導體基板210為P型半導體基板，其材質亦可為第III-V族之二元半導體材料，例如砷化鎵。接著，進行表面粗糙化步驟120，如第3b圖和第4b圖所示，以粗糙化半導體基板210的表面212。表面粗糙化步驟120可利用鹼式蝕刻(Alkaline texture)、酸式蝕刻(Acidic texture)或反應式離子蝕刻(Reactive Ion Etch；RIE)技術來進行蝕刻，以形成粗糙化之表面，其中，鹼式蝕刻之材料係為鹼性溶液，並由異丙醇與氫氧化鉀或氫氧化鈉等成份所組成；而酸式蝕刻之材料係為酸性溶液，並主要由硝酸等成份所組成。

然後，進行射極層形成步驟130，如第3c圖和第4c圖所示，於基板210上形成一摻雜有磷之N型射極層220。一般而言，射極層形成步驟130可利用高溫擴散爐或是離子摻雜機等技術來進行，另外，更可以網印、噴墨、鐳射摻雜、鐳射消熔(Laser Ablation)或光罩技術等方式來形成射極層220之高摻雜區域222，從而使射極層220中具有高摻雜區域222和低摻雜區域224。高摻雜區域222和低摻雜區域224皆為N型摻雜，且高摻雜區域222的摻雜濃度係高於低摻雜區域224的摻雜濃度。高摻雜區域222包含有高摻雜指部222a，而每兩指部222a之間係由低摻雜區域224分開，意即高摻雜指部222a之間係由低摻雜區域224作間隔設置。在本實施例中，高摻雜指部222a係彼此平行，但本發明之實施例並不受限於此。

接著，進行抗反射層形成步驟140，如第3d圖和第4d圖所示，以將抗反射層230形成於射極層上。抗反射層230可減少入射光的反射，以提高太陽光的利用率。在本實施例中，該抗反射層230形成於該射極層220之高摻雜區域222和低摻雜區域224上，即如第4d圖所示，而抗反射層230之材質可為SiO_x 、SiN_x 或Al₂ O₃ ，但本發明之實施例並不受限於此。

然後，進行電極形成步驟150，如第3e圖和第4e圖所示，以網版印刷技術將指狀電極242和匯流電極244網印形成於射極層220上。其中指狀電極242係形成於高摻雜指部222a上，以利用高摻雜指部222a與基板210間的PN接面來擷取電子。匯流電極244則與指狀電極242交叉設置，以將指狀電極242所擷取的電子匯集起來，並向外傳輸，以提供外部裝置所需的電能。

請參照第5圖，其係繪示沿著第3e圖之剖面線A-A’方向觀察所得之剖面示意圖。在本實施例中，匯流電極244的下方為彼此交錯間隔設置之高摻雜指部222a和低摻雜區域224，意即匯流電極244係與高摻雜指部222a及低摻雜區域224上下對應而成交叉設置，其中，低摻雜區域224之一部份係位於至少一匯流電極244之正下方，由此可知，本發明與習用選擇性射極技術有所區別。亦即本實施例並未提供專用的高摻雜區域給匯流電極244。另外，於本第5圖中，該匯流電極244與其下方的高摻雜指部222a和低摻雜區域224間係繪製為平面連接關係，但此僅為便於說明之故，實際狀態係可有粗糙之結構存在，故不受限於圖式之呈現。

值得注意的是，在本實施例中，當指狀電極242與匯流電極244網印在抗反射層230上時，該指狀電極242係位於高摻雜指部222a上方，並透過燒結使指狀電極242穿過下方的抗反射層230而與高摻雜指部222a電性連接，如此即可從基板210擷取電子。其次，並透過上述之燒結使匯流電極244穿過其下方之抗反射層230，進而與高摻雜指部222a及低摻雜區域224連接。另外，本實施例之指狀電極242和匯流電極244係彼此垂直，但本發明之實施例並不受限於此。例如，在本發明之其他實施例中指狀電極242和匯流電極244之間的夾角可為30度、60度或任一大於0的角度。再者，本實施例之指狀電極242和匯流電極244並不一定要同時形成。例如，在本發明之其他實施例中，指狀電極242和匯流電極244可於不同的步驟中來分別形成。

由上述說明可知，本發明實施例之太陽能電池結構並未如習知結構一般提供了專用的高摻雜區域給匯流電極來使用，因此本發明實施例之太陽能電池結構所需的材料成本較習知結構低廉，例如以網印技術製作高摻雜區域時，可節省匯流電極處高摻雜區域之印刷材料，或是採用鐳射摻雜技術時，可節省匯流電極處高摻雜區域之摻雜工序，從中可省下材料與時間之成本。再者，習用技術中於專用的高摻雜區域上形成匯流電極亦需要額外的對位製程，而本發明實施例之太陽能電池製造方法可省下此對位製程，因此可減少製造太陽能電池所需的時間與成本。

另外，經由實驗證明，即便匯流電極下方並未形成有專用的高摻雜區域，太陽能電池所產生的功率並不會受到明顯的影響。因此，本發明實施例之太陽能電池可提供與習知太陽能電池實質相同的功率。

請參照第6圖，其係繪示根據本發明另一實施例之太陽能電池結構之高摻雜區域的俯視示意圖。在本實施例中，高摻雜區域222包含高掺雜之指部222a以及細線圖案222b。細線圖案222b係用以作為匯流電極244專用的高摻雜區域，意即後續將形成的匯流電極244會設置於細線圖案222b上。在本實施例中，細線圖案222b的寬度係實質小於匯流電極244的寬度。

由上述說明可知，匯流電極244專用的高摻雜區域並不會明顯影響太陽能電池所提供的功率，因此即便本實施例提供給匯流電極的高摻雜區域小於習知太陽能電池提供給匯流電極的高摻雜區域，也不會影響到本實施例太陽能電池所提供的功率。另外，由於本實施例之匯流電極的專用高摻雜區域面積小於習知太陽能電池之匯流電極的專用高摻雜區域面積，因此本實施例之太陽能電池結構的製造成本可較為低廉。另言之，此細線圖案的寬度尺寸更可以較高掺雜指部222a為小，此端視設計之需求而定。

請參照第7圖，其係繪示根據本發明又一實施例之太陽能電池結構之高摻雜區域的俯視示意圖。在本實施例中，高摻雜區域222包含高掺雜之指部222a以及虛線圖案222c。虛線圖案222c係由多個小型的塊狀高摻雜區域所形成，其作用與上述之細線圖案222b相同，係用來作為匯流電極244專用的高摻雜區域。本實施例係採用虛線圖案222c來取代細線圖案222b，因此本實施例之太陽能電池結構的製造成本也可比習知太陽能電池更為低廉。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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．．．太陽能電池之半成品

12．．．基板

14．．．高摻雜區域

16．．．低摻雜區域

20．．．習知太陽能電池

22．．．指狀電極

24．．．匯流電極

100．．．太陽能電池之製造方法

110．．．基板提供步驟

120．．．表面粗糙化步驟

130．．．射極層形成步驟

140．．．抗反射層形成步驟

150．．．電極形成步驟

210．．．基板

212．．．表面

222．．．高摻雜區域

220．．．射極層

222a．．．高摻雜指部

222b．．．細線圖案

222c．．．虛線圖案

224．．．低摻雜區域

230．．．抗反射層

242．．．指狀電極

244．．．匯流電極

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1a圖係繪示利用選擇性射極技術來製造之習知太陽能電池之半成品的俯視圖。

第1b圖係繪示利用第1a圖之半成品所製成之習知太陽能電池的俯視圖。

第2圖係繪示根據本發明一實施例之太陽能電池結構之製造方法的流程示意圖。

第3a至3e圖係繪示對應至太陽能電池製造方法之各步驟的太陽能電池結構的俯視示意圖。

第4a至4e圖係繪示對應至太陽能電池製造方法之各步驟的太陽能電池結構的剖面示意圖。

第5圖係繪示沿著第3e圖之剖面線A-A’方向觀察所得之剖面示意圖。

第6圖係繪示根據本發明另一實施例之太陽能電池結構之高摻雜區域的俯視示意圖。

第7圖係繪示根據本發明又一實施例之太陽能電池結構之高摻雜區域的俯視示意圖。

222．．．高摻雜區域

222a．．．高摻雜指部

224．．．低摻雜區域

Claims (6)

1. 一種太陽能電池結構，包含：一半導體基板；一射極層，形成於該半導體基板上，以形成PN接面(PN Junction)，其中該射極層包含一高摻雜區域和一低摻雜區域，該高摻雜區域的摻雜濃度係高於該低摻雜區域的摻雜濃度，且該高摻雜區域包含複數條高摻雜指部，彼此互相平行且間隔設置；複數條指狀電極，係對位形成於該些高摻雜指部上，其中該些高摻雜指部的寬度大於或等於該些指狀電極的寬度；以及至少一匯流電極，形成於該射極層上，並與該些指狀電極交叉設置，該至少一匯流電極與每兩相鄰的該些高摻雜指部於半導體基板上定義多個塊狀區域，其中對應於每一該些塊狀區域的射極層包含部分該高摻雜區與部分該低摻雜區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中該至少一匯流電極係與該些指狀電極垂直。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池結構，其中對應於每一該些塊狀區域的該些部分高摻雜區域與該些高摻雜指部連接。
4. 一種太陽能電池之製造方法，至少包含：提供一半導體基板；形成一射極層於該半導體基板上，以形成PN接面，其中該射極層包含一高摻雜區域和一低摻雜區域，該高摻雜區域的摻雜濃度係高於該低摻雜區域的摻雜濃度，且該高摻雜區域包含複數條高摻雜指部，彼此互相平行且間隔設置；形成複數條指狀電極，其中該些指狀電極係對位設於該些高摻雜指部上，且該些高摻雜指部的寬度大於或等於該些指狀電極的寬度；以及形成至少一匯流電極於該射極層上，其中該至少一匯流電極係與該些指狀電極交叉設置，該至少一匯流電極與每兩相鄰的該些高摻雜指部於半導體基板上定義多個塊狀區域，其中對應於每一該些塊狀區域的射極層包含部分高摻雜區域與部分低摻雜區域。
5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池製造方法，其中該至少一匯流電極係與該些指狀電極垂直。
6. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池製造方法，其中對應於每一該些塊狀區域的該些部分高摻雜區域與該些高摻雜指部連接。