TWI496305B

TWI496305B - 太陽能電池及其製作方法

Info

Publication number: TWI496305B
Application number: TW103100995A
Authority: TW
Inventors: Liang Pin Chen
Original assignee: Motech Ind Inc
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-08-11
Also published as: TW201528533A

Description

太陽能電池及其製作方法

本發明是有關於一種電池，且特別是有關於一種太陽能電池及其製作方法。

太陽能電池，又稱為光伏電池，為一種將太陽能轉換成電能的裝置。太陽能電池通常以半導體製程製作於半導體晶圓或基板上，以在基板表面附近形成p-n接面。接著，利用太陽光照射在基板表面，以產生電子-電洞對。此些電子-電洞對遷移至基板的基極摻雜區、射極摻雜區，從而產生基極/射極摻雜區之間的電壓差，以引導電池的電流至一外部電路。

然而，在背面接觸式太陽能電池中，太陽能電池的射極摻雜區/基極摻雜區主要採用熱擴散法，將摻質植入於基板中。接著，介電層覆蓋在基板的表面，且金屬接觸點穿過介電層而接觸相對應的摻雜區。然而，射極摻雜區內的摻雜濃度太高或太低均會影響太陽能電池的效率，且會影響金屬接觸點與射極摻雜區之間的接觸阻抗。因此，如何提高太陽能電池的效率，以及避免因射極摻雜區的摻質橫向擴散作用而造成電子-電洞對的復合速率的增加，實為業界所欲解決的課題。

本發明係有關於一種太陽能電池及其製作方法，用以提高太陽能電池的效率。

根據本發明之一方面，提出一種太陽能電池，包括一基板、一第一摻雜區、一第二摻雜區、一第三摻雜區、一第一電極以及一第二電極。基板為第二導電型並具有一正面以及一與正面相對之背面。背面包括一底面以及一自底面朝遠離正面方向延伸的突出部。第一摻雜區為第一導電型並位於底面的表面內。第二摻雜區為第二導電型並位於背面之內，第二導電型與第一導電型之電性彼此相反。第三摻雜區為第一導電型並位於突出部中，且第三摻雜區的摻雜濃度大於第一摻雜區的摻雜濃度。第一電極配置於突出部上並與第三摻雜區接觸。第二電極配置於背面上並與第二摻雜區接觸。

根據本發明之一方面，提出一種太陽能電池的製作方法，包括下列步驟。提供一基板，基板為第二導電型並具有一正面以及一與正面相對之背面。於背面處進行第一導電型之摻雜。蝕刻背面以形成一底面以及一自底面朝遠離正面方向延伸的突出部，其中底面處為一第一摻雜區，突出部處為一第三摻雜區，且第三摻雜區的摻雜濃度大於第一摻雜區的摻雜濃度。於背面處進行第二導電型之摻雜，以形成一第二摻雜區。配置一第一電極於突出部並與第三摻雜區接觸。配置一第二電極於背面並與第二摻雜區接觸。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧太陽能電池

110‧‧‧基板

111‧‧‧正面

112‧‧‧背面

113‧‧‧突出部

114‧‧‧底面

115‧‧‧第一表面

116‧‧‧第二表面

120‧‧‧第一摻雜區

122‧‧‧前電場

123、124‧‧‧介電層

130‧‧‧第二摻雜區

132、232‧‧‧阻隔層

133‧‧‧摻雜源

134‧‧‧射極摻雜區

134’‧‧‧其他區域

140‧‧‧第一電極

150‧‧‧第二電極

160‧‧‧第三摻雜區

235‧‧‧粗糙結構

236‧‧‧摻雜區

237‧‧‧電極

第1A及1B圖繪示依照本發明一實施例之太陽能電池及其基板的示意圖。

第2A~2G圖繪示依照本發明一實施例之局部蝕刻基板以形成突出部的各個步驟。

第3A~3D圖繪示依照一實施例於基板的背面局部形成一粗糙結構的各個步驟。

在本實施例之一範例中，揭露一種太陽能電池及其製作方法，其藉由蝕刻基板而於基板的背面形成一朝遠離正面的方向延伸的突出部，可做為對位機台的對位參考。另外，在本實施例之一範例中，揭露一種太陽能電池及其製作方法，其中上述的突出部之設計，可避免突出部中較高濃度之摻質橫向擴散的作用而影響其餘射極摻雜區的摻雜濃度。另外，在本實施例之一範例中，揭露一種太陽能電池及其製作方法，其中上述的突出部的摻雜濃度大於其餘射極摻雜區的濃度，當金屬接觸點形成在突出部上時，可減少金屬接觸點與射極摻雜區的接觸阻抗。

另外，在本實施例之一範例中，基板的背面例如以鋁漿經快速熱處理可在較短時間內將P型摻質趨入至基板的一表面內，而獲得摻雜濃度較高的射極摻雜區，並可因採塗布鋁漿之方式，故可精確定義射極摻雜區的位置。

另外，在本實施例之一範例中，基板的背面局部形成一粗糙結構(例如金字塔形結構)，且粗糙結構位於摻雜區與相對應的電極之間，以使電極與摻雜區之間的接觸阻抗降低。此外，基板的背面未形成粗糙結構的區域例如以濕式蝕刻或平坦化處理的方式形成一非粗糙表面(例如平坦化表面)，以增加入射光線於基板內部反射的能力。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1A及1B圖，其繪示依照本發明一實施例之太陽能電池100及其基板110的示意圖。太陽能電池100至少包括一基板110、一第一摻雜區120、一第二摻雜區130、一第一電極140、一第二電極150以及一第三摻雜區160。

基板110內包括植入一第一導電型或第二導電型之摻質，以使基板110成為p型基板或n型基板，若為n型基板，少數電荷載子為電洞h+，若為p型基板，少數電荷載子為電子e-。在本實施例中，以n型基板110為範例，第一摻雜區120為P+摻雜區，第二摻雜區130為N++摻雜區，但本發明不以此為限。第一摻雜區120可做為一射極摻雜區，而第二摻雜區130可做為一基極摻雜區。因此，在前電場122的作用下，少數電荷載子將由靠近基板110正面111附近的生成點往第一摻雜區120移動，以收集往第一摻雜區120移動的少數電荷載子，而多數電荷載子將由靠近基板110正面111附近的生成點往第二摻雜區130移動，以收集往第二摻雜區130移動的多數電荷載子。於實施上，係由第一摻雜區120與第三摻雜區160構成射極摻雜區，第二摻雜區130構成基極摻雜區。

基板110具有一正面111以及一背面112，背面112包括一底面114以及一自該底面114朝遠離正面111的方向延伸的突出部113。在一實施例中，突出部113與底面114之間具有一高度差，因此對位機台可利用此高度差精確定位，以找到突出部113所在的座標位置。

請參照第1A圖，突出部113包括一與底面114平行的第一表面115，背面112具有一第二表面116。在一實施例中，突出部113係由該基板110的該背面112未被蝕刻的一第一部分所形成，而該底面114與該第二表面116係由該背面112被蝕刻的一第二部分所形成。也就是說，基板110的背面112的表面輪廓主要是由突出部113的第一表面115以及由突出部113的兩側向外延伸的底面114和第二表面116所構成。

在一實施例中，底面114與該第二表面116被蝕刻的深度相同，使得底面114與第二表面116大致上齊平。在另一實施例中，當底面114與該第二表面116被蝕刻的深度不相同時，底面114與第二表面116之間可能存在一高度差(圖未示)，此高度差之設計可避免不同摻質之橫向擴散作用，本發明對此不加以限制。於實施上，第二表面116可為未被蝕刻之狀態而與第一表面115齊平等高。

請參照第1B圖，基板110的正面111上包括一前電場122以及一介電層124，前電場122位於基板110的正面111並沿著正面111平行延伸，而介電層124沿著正面111覆蓋前電場122。此外，基板110的背面112上更包括一介電層123，此介電層123沿著背面112覆蓋突出部113、底面114與第二表面116，且第一電極140穿過介電層123而接觸突出部113的第一表面115，第二電極150穿過介電層123而接觸基板110的第二表面116。

第一摻雜區120位於背面112的底面114內，第一摻雜區120具有一第一摻雜濃度，例如10¹⁵ ~10¹⁷ 原子/cm² 。第二摻雜區130位於背面112的第二表面116內，第二摻雜區130具有一第二摻雜濃度，例如10¹⁸ ~10¹⁹ 原子/cm² 。在一實施例中，第一摻雜區120內包括植入之一第一導電型之摻質，例如是p型摻質(鋁或硼)或n型摻質(磷)。第二摻雜區130內包括植入之一第二導電型之摻質，例如是n型摻質(磷)或p型摻質(鋁或硼)。第一導電型與第二導電型的電性相反。

第一電極140配置於突出部113的第一表面115並與第三摻雜區160接觸。第二電極150配置於基板110的第二表面116並與第二摻雜區130接觸。第一電極140與第二電極150可為金屬接觸點，亦即金屬電極，以做為接觸外部電路之二端點。在一實施例中，第一摻雜區120與第二摻雜區130例如為交錯排列的指叉狀區域，並藉由條狀或指叉狀的第一電極140連接至外部電路，以及藉由條狀或指叉狀的第二電極150連接至外部電路，以使外部電路可接收來自太陽能電池100的電流。

在一實施例中，為了抑制摻質橫向擴散的作用，第一摻雜區120的摻雜濃度為輕摻雜，以避免污染非摻雜區，進而減少非摻雜區中電子-電洞對的復合速率。此外，為了減少電極的接觸阻抗，使第三摻雜區160位於突出部113中，並使第三摻雜區160靠近突出部113的第一表面115，且第三摻雜區160的摻雜濃度大於該第一摻雜區120的摻雜濃度。在一實施例中，第三摻雜區160的摻雜濃度例如10¹⁹ 原子/cm² 以上，但本發明不排除第三摻雜區160的摻雜濃度介於10¹⁷ ~10¹⁹ 原子/cm² 或更低。

在一實施例中，由於第三摻雜區160位於突出部113中，摻質只能沿著垂直基板110的方向移動，而無法沿著平行基板110的方向移動，因此第一摻雜區120的摻雜濃度實質上不會受到第三摻雜區160橫向擴散的作用而改變。

突出部113之第一表面115上具有數個與該第一電極140接觸的第一粗糙結構，背面112之第二表面116具有數個與第二電極150接觸的第二粗糙結構，例如第3D圖之示意及其相關說明所述，且背面112未設有第一電極140與第二電極150之處為不具粗糙結構的表面，於實施上可為經過蝕刻而呈現較平坦之表面，藉此於電極接觸之處可有效降阻抗，而對於未設置電極之處則因設計成不具粗糙結構的平坦表面，故可有效將入射至晶圓內部之入射光做內部反射，以進一步吸收而提昇整體之效率。

請參照第2A~2G圖，其繪示依照第一實施例之局部蝕刻基板110以形成突出部113的各個步驟。在第2A及2B圖中，例如以鋁漿做為摻雜源133以形成射極摻雜區134。在一實施例中，摻雜源133被印刷於基板110的一表面，並加熱摻雜源 133使其摻質被趨入至基板110中。在第2C圖中，移除摻雜源133，並移除生成於表面的鋁-矽合金，可得到植入p型摻質的射極摻雜區134。

在一實施例中，由於鋁漿的熱處理時間短，並能得到深度較深且摻雜濃度較高的射極摻雜區134，且能精確地定位射極摻雜區134的位置，相對於傳統以熱擴散法將硼離子植入於射極摻雜區，效果更好且時間縮短。當然，本發明不限制以鋁漿做為摻雜源133，亦不排除以離子植入法來形成射極摻雜區134。

在第2D及2E圖中，形成一阻隔層132於基板110的一表面，並移除部分阻隔層132。在第2F圖中，以阻隔層132為罩幕，蝕刻基板110的背面112，以形成一突出部113。其中，阻隔層132對應於未被蝕刻的突出部113的表面上。由於射極摻雜區134的表面被蝕刻而剩下突出部113，突出部113內的摻雜濃度將高於被蝕刻後其他區域134’的摻雜濃度。在一實施例中，突出部113例如是P++摻雜區域，而被蝕刻後其他區域134’例如是P+摻雜區域。最後，在第2G圖中，移除阻隔層132，則大致上完成蝕刻。

接著，請參照第3A~3D圖，其繪示依照一實施例於基板210的背面局部形成一粗糙結構235的各個步驟。首先，在第3A圖中，以一阻隔層232覆蓋基板210的一表面，而未被阻隔層232覆蓋的區域形成一粗糙結構235。在第3B圖中，移除阻隔層232。在第3C圖中，對應於基板210形成有粗糙結構235的區域進行熱擴散法或離子植入法，以形成一摻雜區236，例如是射極摻雜區或基極摻雜區。在第3D圖中，形成一電極237於相對應的摻雜區236上，且粗糙結構235位於電極237與相對應的摻雜區236之間。於實施上，上述的電極237例如是第1B圖中的第一電極140與第二電極150，且上述的粗糙結構235可形成於突出部113之第一表面115上與背面之第二表面116上，並分別與第一電極140與第二電極150接觸。此外，於實施上，上述之粗糙結構可於未有阻隔層之情況下先形成，之後在欲保留粗糙結構之處形成阻隔層，其餘未覆蓋阻隔層之粗糙結構部份則蝕刻移除，從而得到所欲之粗糙結構與不具粗糙結構的平坦表面。

據此，本發明上述任一實施例所揭露之太陽能電池及其製作方法，係藉由蝕刻基板而於基板的背面形成一朝遠離正面的方向延伸的突出部，可做為對位機台的對位參考，並可避免突出部中較高濃度之摻質橫向擴散的作用而影響周圍射極摻雜區的摻雜濃度。且突出部之設置可令後續網印之電極漿料於高溫燒結時，限制其於突出部之內而不會往左右去擴散而影響周圍射極摻雜區的摻雜濃度。在另一實施例中，基板的背面局部形成一粗糙結構(例如金字塔形結構)，且粗糙結構位於摻雜區與相對應的電極之間，以使電極與摻雜區之間的接觸阻抗降低。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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。