TWI495138B

TWI495138B - 光伏打元件製造方法

Info

Publication number: TWI495138B
Application number: TW102113025A
Authority: TW
Inventors: Shih Hung Wang; Tai Chung Liu
Original assignee: Shunt Free Tech
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2015-08-01
Also published as: TW201440242A

Description

光伏打元件製造方法

本發明係關於一種光伏打元件之製造方法，尤指一種利用臭氧進行表面鈍化處理之光伏打元件之製造方法。

電勢誘發衰減(Potential Induced Degradation，PID)為太陽能電池元件長期於高溫及高濕環境下，在高電壓作用下使得玻璃、封裝材料之間存在漏電流，大量電荷聚集於電池表面，使得其表面鈍化效果劣化，產生並聯電阻下降，進而造成太陽能電池效能降低之現象。

請參考圖1，係為習知太陽能電池之製造方法流程示意圖。首先，係提供一矽基板，該矽基板可具有一具有陷光結構之粗糙表面(S101)；接著，進行一摻雜處理，使該矽基板形成一PN接面(S102)；然後，晶邊絕緣該矽基板，並去除該矽基板表面含雜質原子之氧化矽(S103)；接著，再於其表面形成一抗反射膜(S104)，從而完成太陽能電池所需之光伏打元件；最後，於該矽基板兩側各自獨立形成一正電極以及一背電極(S105)，從而製備完成一習知之太陽能電池。

於上述太陽能電池製造流程中，習知將矽基板置於含氧環境，並照射紫外光以產生臭氧，從而鈍化該矽基板表面。然而，以此方式鈍化矽基板，往往因矽基板表面矽-氧鍵結受到紫外光照射破壞，而造成表面鈍化不足，進而導致所製備之太陽能電池應用於太陽能發電時，無法改善電勢誘發衰減所造成之效能降低。

有鑑於此，為改善上述電勢誘發衰減造成之問題，提供一種有效表面鈍化太陽能電池元件之製造方法，對於改善太陽能電池元件可靠度俾有其助益。

本發明之主要目的係在提供一種光伏打元件之製造方法，俾能透過此一製造方法，提高該光伏打元件之表面鈍化效果，從而降低電勢誘發衰減造成之問題，達到改善太陽能電池元件可靠度之目的。

為達成上述目的，本發明係提供一種光伏打元件之製造方法，包括：(A)提供一矽基板；(B)進行一摻雜處理，使該矽基板具有一PN接面；(C)去除該矽基板表面含雜質原子之氧化矽層；以及(D)以一含臭氧之氣體乾燥該矽基板並鈍化該矽基板之表面。

於上述本發明之光伏打元件製造方法中，該含臭氧之氣體可包括一載流氣體及一臭氧。於此，只要能夠輸送或調節該含臭氧之氣體之性質，如：溫度、壓力等，本發明並不特別限制載流氣體之種類。舉例而言，於本發明之一態樣中，該載流氣體可為一空氣、一氧氣、或其組合。

再者，只要所提供之含臭氧之氣體能鈍化該矽基板之表面，本發明並不特別限制其物理特性。舉例而言，於本發明之一態樣中，該含臭氧之氣體之溫度可為10℃至350℃，較佳可為10℃至200℃，更佳可為10℃至100℃，但本發明並不以此為限。於本發明之另一態樣中，該含臭氧之氣體之壓力可為1torr至770torr，較佳可為100torr至770torr，更佳可為700torr至760torr，但本發明並不以此為限。此外，於該含臭氧之氣體中，只要能鈍化該矽基板表面，本發明亦不特別限制該臭氧之含量。舉例而言，於本發明之一態樣中，該臭氧之濃度可為0.01ppm至1%，較佳可為0.05ppm至0.1%，更佳可為0.1ppm至0.05%，但本發明並不以此為限。於本發明之一具體態樣中，該含臭氧之氣體可於溫度25℃，壓力760torr，及臭氧濃度0.5ppm的條件下鈍化該矽基板表面。

此外，於上述本發明之光伏打元件製造方法中，該含臭氧之氣體可以各種方式形成，例如，放電法、電解法或光化法，本發明並不以此為限。較佳地，於本發明之一態樣中，該含臭氧之氣體可以一光化式臭氧產生器所提供，但本發明並不僅限於此。

於上述本發明之光伏打元件製造方法中，矽基板的種類本發明並不特別限制，任何本領域習知可用於製造太陽能電池之矽基板皆可使用。舉例而言，於本發明之一態樣中，該矽基板可為由單晶矽、多晶矽、或其組合所組成。此外，於本發明之另一態樣中，該矽基板可為P型矽或N型矽，本發明亦不特別限制。

於上述本發明之光伏打元件製造方法中，於步驟(B)中，該摻雜處理可為各種本領域習知之形成PN接面之方法，例如，擴散(diffusion)或離子植入(ion implantation)，本發明並不特別以此為限。舉例而言，於本發明之一態樣中，當該矽基板為P型矽時，該摻雜處理可為一磷擴散製程，本發明並不僅限於此。

於上述本發明之光伏打元件製造方法中，於步驟(C)中，各種習知去除含雜質原子之氧化矽之方法皆可使用，本發明並不特別以此為限。舉例而言，於本發明之一態樣中，可使用氫氟酸去除該含雜質原子之氧化矽層。再者，當於步驟(B)中採用磷擴散製程時，於步驟(C)中所去除之氧化矽層所含之雜質原子可為磷，但本發明並不以此為限。

於上述本發明之光伏打元件製造方法中，於步驟(C)之前及步驟(B)之後，更包括一步驟(B1)：對該矽基板進行一晶邊絕緣處理。於本發明中，只要能達到晶邊絕緣該矽基板之目的，各種習知之晶邊絕緣方式皆可使用，例如雷射晶邊絕緣、電漿處理、或化學蝕刻，本發明並不特別以此為限。舉例而言，於本發明之一態樣中，可以化學蝕刻方式進行該晶邊絕緣處理。再者，於上述步驟(B1)及步驟(C)之間，以及步驟(C)及步驟(D)之間，更包括以去離水清洗該矽基板。

於上述本發明之光伏打元件製造方法中，於步驟(B)之前，更包括一步驟(A1)：結構化該矽基板表面，以形成一具有陷光結構之粗糙表面。於本發明中，只要能使該矽基板形成一具有陷光結構之粗糙表面，各種結構化方式皆可採用，例如，雷射蝕刻法、濕式蝕刻法、或電漿蝕刻法，但本發明並不特別以此為限。舉例而言，於本發明之一態樣中，可利用濕式蝕刻法結構化該矽基板表面，但本發明並不僅限於此。

於上述本發明之光伏打元件製造方法中，於步驟(D)之後，更包括一步驟(E)：形成一抗反射膜於該矽基板之表面。於本發明中，只要能於該矽基板表面形成所需之抗反射膜，各種形成方式皆可使用，本發明並不特別以此為限。舉例而言，於本發明之一態樣中，可使用電漿化學氣相沉積法(Plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)於該矽基板表面形成所需之抗反射膜。此外，於本發明中，只要可具有所需抗反射膜之性質，本發明亦不特別限制抗反射膜之材料種類。舉例而言，於本發明之一態樣中，該抗反射膜可為一氮化矽膜，但本發明並不僅限於此。

據此，採用上述本發明之光伏打元件之製造方法製備之光伏打元件，將可有效提高該光伏打元件之鈍化效果，從而降低電勢誘發衰減造成之問題，達到改善太陽能電池元件可靠度之目的。

此外，應了解的是，只要能用於製造太陽能電池所需之光伏打元件，本發明之光伏打元件製造方法並無特別限制可應用其之光伏打元件製程。舉例而言，於本發明之一態樣中，本發明之光伏打元件製造方法可應用於一連續式製程，如採用德國RENA之INOXSIDE機台之IN LINE晶片水平傳輸式製程。於本發明之另一態樣中，本發明之光伏打元件製造方法則可應用於一傳統批次式製程。詳而言之，於連續式製程中，本發明之光伏打元件製造方法可於INOXSIDE機台乾燥風刀管路中通入含臭氧之氣體以達到同時乾燥並鈍化該矽基板表面之目的；抑或，本領域技術人員可於INOXSIDE機台出口處通以該含臭氧之氣體，從而達到鈍化該矽基板表面之目的；更甚者，本領域技術人員可關閉INOXSIDE機台之乾燥風刀，並於機台輸送帶末段另設一乾燥裝置，以一含臭氧之氣體乾燥該矽基板並同時鈍化該矽基板表面。而於批次式製程中，則可於去除含雜質原子之氧化矽層後，於乾燥步驟中，以一含臭氧之氣體乾燥該矽基板並同時鈍化該矽基板表面。

據此，即可將本發明之光伏打元件製造方法應用於習知之光伏打元件製程中。

1‧‧‧太陽能電池

11‧‧‧背電極

12‧‧‧光伏打元件

121‧‧‧矽基板

122‧‧‧抗反射膜

12‧‧‧正電極

圖1係習知太陽能電池之製造方法流程圖。

圖2係本發明實施例之太陽能電池製造方法流程圖。

圖3係本發明實施例之太陽能電池之結構示意圖。

實施例

請參考圖2，係本實施例之太陽能電池製造方法流程圖。首先，係提供一矽基板(S201)，其中，於本實施例中，該矽基板係為由一P型多晶矽所組成且其表面係經一結構化處理以形成一具有陷光結構之粗糙表面。接著，進行一摻雜處理，使該矽基板形成一PN接面(S202)。於本發明中，本領域技術人員可採用任何一種習知方式進行該摻雜處理，例如，於本實施例中，係於800至900℃下進行預沉積，接著，再於850至950℃下，進行磷趨入，從而完成一磷擴散製程，使該矽基板形成一PN接面。請繼續參考圖2，於完成該摻雜處理後，接著，係對該矽基板進行一晶邊絕緣處理(S2031)。爾後，係以氫氟酸去除矽基板表面含雜質原子之氧化矽層(S2032)，其中，於本實施例中，該雜質原子為磷。接著，採用一含臭氧之氣體乾燥該矽基板(S2033)並同時鈍化該矽基板之表面(S204)，其中，該含臭氧之氣體溫度係為25℃，其壓力係為760torr，且所含臭氧濃度係為0.5ppm。接著，於完成該矽基板之乾燥步驟(S2033)及其表面鈍化步驟(S204)後，再於該矽基板表面形成一抗反射膜(S205)，以提高其之光電轉換效率，其中，該抗反射膜係為一氮化矽。據此，即可應用本發明之光伏打元件之製造方法製備太陽能電池所需之光伏打元件。最後，於所製備之光伏打元件之矽基板兩側形成所需之正電極及背電極(S206)，即完成本發明之太陽能電池。

請一併參考圖3，係本實施例所製備之太陽能電池1之結構示意圖，其包括：一背電極11；一上述實施例所製備之光伏打元件12，該光伏打元件12係設置於該背電極11上，且其包括一經表面鈍化處理之矽基板121及一形成於該矽基板121上之抗反射膜122；以及一正電極13，係形成於該矽基板121上。

於本實施例中，包含步驟S2031至S2033之步驟S203可為採用德國製造商RENA製造之INOXSIDE機台進行之該晶邊絕緣及磷玻璃去除製程。此外，步驟S204所需之含臭氧之氣體可由一氙氣光化式臭氧產生機提供。更詳細地說，由該氙氣光化式產生機所產生之臭氧係與用於乾燥該矽基板之載流氣體混合，達到乾燥該矽基板並同時鈍化該矽基板表面之功效。再者，與習知光伏打電池模組鈍化矽基板表面之方法不同，於鈍化該矽基板表面之過程中，該矽基板並不受到紫外光之照射，故可避免矽基板表面鍵結受到破壞，更進一步提高其表面鈍化之效果，降低電勢誘發衰減造成之問題，達到改善太陽能電池元件可靠度之目的。

比較例

本比較例與上述實施例大致類似，所不同處僅在於本比較例係採用如圖1所示之習知太陽能電池製造方法製造比較例之太陽能電池。

試驗例1及2

試驗例1及2係為將上述實施例及比較例所製備之太陽能電池各自獨立於溫度85℃，濕度85%之條件下，以-1000Vdc偏壓進行96小時之電勢誘發衰減測試。測試結果如表1所示。

如表1所示，在相同的電勢誘發衰減測試條件下，採用習知方法所製造之光伏打電池模組，其所製備之太陽能電池之光電轉換效率衰減幅大為97.385%；反之，採用實施例所製造之光伏打電池模組所製備之太陽能電池之光電轉換效率衰減幅度僅為0.977%。是以，應用本發明光伏打電池模組製造方法可提高光伏打電池模組表面鈍化效果，有效降低電勢誘發衰減造成之問題，從而達到改善太陽能電池元件可靠度之目的。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

(該圖為一流程圖故無元件代表符號)

Claims

一種光伏打元件之製造方法，包括：(A)提供一矽基板；(B)進行一摻雜處理，使該矽基板具有一PN接面；(C)去除該矽基板表面含雜質原子之氧化矽層；(D)以一含臭氧之氣體乾燥該矽基板並鈍化該矽基板之表面；以及(E)形成一抗反射膜於該矽基板之表面。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，於步驟(D)中，該含臭氧之氣體係包括一載流氣體及一臭氧。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，於步驟(D)中，該含臭氧之氣體之溫度係為10℃至350℃。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，於步驟(D)中，該含臭氧之氣體之壓力係為1torr至770torr。
如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中，於步驟(D)中，該臭氧之濃度係為0.01ppm至1%。
如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中，該載流氣體係為一空氣、一氧氣、或其組合。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，該矽基板係為由單晶矽、多晶矽、或其組合所組成。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，於步驟(B)中，該摻雜處理係為一磷擴散製程。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，於步驟(C)中，係以氫氟酸去除該含雜質原子之氧化矽層。
如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中，於步驟(C)中，該雜質原子係為磷。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，於步驟(C)之前及步驟(B)之後，更包括一步驟(B1)：對該矽基板進行一晶邊絕緣處理。
如申請專利範圍第11項所述之製造方法，其中，於步驟(B1)及步驟(C)之間，以及步驟(C)及步驟(D)之間，更包括以去離水清洗該矽基板。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，於步驟(B)之前，更包括一步驟(A1)：結構化該矽基板表面，以形成一具有陷光結構之粗糙表面。
如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，該抗反射膜係為一氮化矽膜。