TWI499073B - 矽晶太陽電池之背面電極製造方法 - Google Patents

Description

矽晶太陽電池之背面電極製造方法

本發明是有關於一種矽晶太陽電池之背面電極製造方法，且特別是有關於一種製造成本低、製程簡單的矽晶太陽電池之背面電極製造方法。

太陽能電池是一種非常有希望的乾淨能源，其可直接從陽光產生電(electricity)。不過，必須要有效地降低太陽能電池的生產成本，以便使其被廣泛接受而變成主要電源。

而目前文獻上所發表常用於矽晶太陽電池之背面點接觸電極配合背面鈍化層技術，一般是利用黃光微影技術在背面鈍化層上進行開孔，再鍍上金屬薄膜，如澳洲新南威爾斯大學所發表之論文Appl.Phys.Lett.55(13),pp.1363~1365(1989)，其使用黃光微影技術在背面二氧化矽鈍化層上進行開孔，再鍍上金屬薄膜，以提高效率。

但是這種方法始終未能進行量產化，原因是成本太高， 而且上述方法無法自然形成背面電場結構，必需另外進行擴散來製作背面電場。

另外，德國Fraunhofer ISE提出一種雷射燒結技術，不需使用黃光，即可自然形成局部的背面電場，如美國專利US 6,982,218 B2，其內容為在矽晶太陽電池背面沉積鈍化膜及電極金屬，其後以雷射進行點接觸燒結。

但是，因為此法為維持背面所需之最低串聯電阻，故必需以蒸鍍或濺鍍的方法，鍍上較厚之金屬層，有成本高、製程速率慢之缺點。

本發明提出一種矽晶太陽電池之背面電極製造方法，包括在一矽基板的背面上沉積一鈍化層，再在鈍化層上塗佈一第一金屬膠料。之後，在矽基板的背面上再塗佈一第二金屬膠料，且第二金屬膠料覆蓋第一金屬膠料。接著，進行一燒結步驟，使第一金屬膠料能穿過鈍化層與矽基板接合，並擴散入矽基板的背面內，並使第二金屬膠料固化，且第二金屬膠料不致於穿過鈍化層，以完成背面電極結構。

在本發明之一實施例中，上述第一金屬膠料為鋁膠、銀膠或銀鋁膠。

在本發明之一實施例中，上述燒結步驟的溫度為600℃~1000℃。

在本發明之一實施例中，上述第二金屬膠料為無鉛的金屬膠料，如鋁膠、銀膠或銀鋁膠。

在本發明之一實施例中，上述第二金屬膠料為不含玻璃的金屬膠料，如鋁膠、銀膠或銀鋁膠。

在本發明之一實施例中，上述在鈍化層上塗佈第一金屬膠料的方式包括塗佈圖案為點狀、線狀或格子狀的第一金屬膠料。

在本發明之一實施例中，上述鈍化層的材料包括SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 或TiO₂ 。

在本發明之一實施例中，上述鈍化層包括由選自非晶矽、SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 與TiO₂ 其中多種材料組合而成的複合層。

本發明因為利用簡單的金屬膠料塗佈方式，就能形成矽晶太陽電池之背面電極，因此可避免成本較高的蒸鍍或濺鍍等真空製程或避免鍍膜速率過慢之問題，能增加製程速率、降低製造成本低。而且，本發明之製程因為不需黃光即可製作點接觸電極，使鈍化膜之鈍化效果可以發揮，並可自然形成矽晶太陽電池之背面電極結構，所以與習知技術相比更為簡單。本發明所揭示之方法可將點接觸電極製作與背面電場同時形成，能提高太陽電池效率。

為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200‧‧‧矽基板

100a、200a‧‧‧背面

102、202‧‧‧鈍化層

104、204‧‧‧第一金屬膠料

106、210‧‧‧p+擴散區

108、206‧‧‧第二金屬膠料

110、208‧‧‧背面電極結構

圖1A至圖1D為依照本發明之一實施例之矽晶太陽電池之背面電極製造流程剖面圖。

圖2A至圖2C為依照本發明之另一實施例之矽晶太陽電池之背面電極製造流程剖面圖。

圖1A至圖1D為依照本發明之一實施例之矽晶太陽電池之背面電極製造流程剖面圖。

請參照圖1A，在一矽基板100的背面100a上沉積一層鈍化層102，其中鈍化層102的材料例如非晶矽、SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 、TiO₂ 、或者鈍化層102也可以是由選自非晶矽、SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 與TiO₂ 其中多種材料組合而成的複合層。而矽基板100即為矽晶太陽電池中的基板，且於矽基板100的正面(未繪示)有可能已經形成正面電極結構或者尚未形成正面電極結構。然後，在鈍化層102上塗佈一第一金屬膠料104，其中第一金屬膠料104例如鋁膠、銀膠或銀鋁膠。而且，在鈍化層102上塗佈第一金屬膠料104的方式譬如塗佈圖案為點狀、線狀或格子狀的第一金屬膠料104。

然後，請參照圖1B，以高溫進行第一次燒結，使第一金屬膠料104能穿過鈍化層102與矽基板100接合，並擴散入矽基板100的背面100a內。其中，第一次燒結的溫度約為600℃~1000 ℃。當第一金屬膠料104為鋁膠時，因為鋁離子會擴散入矽基板100，而使矽基板100的背面100a內形成p+擴散區106。

接著，請參照圖1C，在矽基板100的背面100a上塗佈一第二金屬膠料108，其中第二金屬膠料108例如鋁膠、銀膠或銀鋁膠。而且，從本圖可知第二金屬膠料108會與第一金屬膠料104相接觸。

之後，請參照圖1D，以低溫進行第二次燒結，使第二金屬膠料108固化，且不致於穿過鈍化層102，以完成背面電極結構110。，其中第二次燒結的溫度約為100℃~700℃，且第二次燒結的溫度比第一次燒結的溫度還要低。

為證實上述實施例的效果，以下進行一道實驗來進行驗證。

首先，利用目前技術製作矽晶太陽電池之矽基板，其步驟為：

1.以氫氧化鉀(KOH)進行鹼蝕刻，在一p型矽基板上進行表面結構化。

2.在三氯氧磷(POCl3)氣體環境中，將上述p型矽基板表面擴散為n型，以製作pn接面。

3.以電漿進行邊緣蝕刻。

4.以BOE去除上述第3步驟時所形成之矽酸磷玻璃(PSG)層。

5.以電漿氣相沉積(PECVD)進行抗反射層的鍍膜。

接著，進行本發明的步驟，包括：

1.以PECVD在上述矽基板之背面上沉積一層氮化矽做為鈍化層，其厚度約100mm。

2.以網印方法在鈍化層上塗佈一層厚度約10μm的鋁膠做為第一金屬膠料。而第一金屬膠料之圖形為150 μm的方形開孔，以上下左右皆400μm的間隔成陣列狀整面排列。

3.進行燒結溫度約為870℃的第一次燒結，使第一金屬膠料穿過鈍化層與矽基板接合，並擴散入矽基板的背面。

4.以網印方法在矽基板之背面上製作整面的鋁膠做為第二金屬膠料。

5.進行燒結溫度約為200℃的第二次燒結，使第二金屬膠料固化，且不致穿透鈍化層。

利用上述步驟製作出來的太陽電池，量測結果如下表一：

如表一所示，利用網印點接觸電極的電池，其開路電壓巳有明顯提升，效率也巳高於傳統網印電極。

圖2A至圖2C為依照本發明之另一實施例之矽晶太陽電池之背面電極製造流程剖面圖。

請參照圖2A，在一矽基板200的背面200a上沉積一層鈍化層202，其中鈍化層202的材料例如非晶矽、SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 、TiO₂ 等。而矽基板200即為矽晶太陽電池中的基板。然後，在鈍化層202上塗佈一第一金屬膠料204，其中第一金屬膠料204例如鋁膠、銀膠或銀鋁膠。而且，在鈍化層202上塗佈第一金屬膠料204的方式譬如塗佈圖案為點狀、線狀或格子狀的第一金屬膠料204。

接著，請參照圖2B，在矽基板200的背面200a上塗佈一第二金屬膠料206，其中第二金屬膠料206可為無鉛以及/或是不含玻璃的金屬膠料，如鋁膠、銀膠或銀鋁膠。而且，從本圖可知第二金屬膠料206會覆蓋第一金屬膠料204。

之後，請參照圖2C，進行一道燒結步驟，其溫度約為600℃~1000℃，使第一金屬膠料204能穿過鈍化層202與矽基板200接合，並擴散入矽基板200的背面200a內；同時，將第二金屬膠料206固化，且不致於穿過鈍化層202，以完成背面電極結構208。其中，第一金屬膠料204擴散入矽基板200的背面200a內可能會形成p+擴散區210。

綜上所述，本發明之特點在於不需使用蒸鍍或濺鍍等真空製程，因此製程速率快，所需的製造成本低。此外，本發明的製程不需黃光即可製作點接觸電極，並可自然形成矽晶太陽電池之背面電極結構。

雖然本揭露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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧矽基板

200a‧‧‧背面

202‧‧‧鈍化層

204‧‧‧第一金屬膠料

206‧‧‧第二金屬膠料

Claims (8)

1. 一種矽晶太陽電池之背面電極製造方法，包括：在一矽基板的背面上沉積一鈍化層；在該鈍化層上塗佈一第一金屬膠料；在該矽基板的背面上塗佈一第二金屬膠料，該第二金屬膠料覆蓋該第一金屬膠料；以及進行一燒結步驟，其中該燒結步驟的溫度為600℃~1000℃，使該第一金屬膠料能穿過該鈍化層與該矽基板接合，並擴散入該矽基板的背面內，並使該第二金屬膠料固化，且該第二金屬膠料不致於穿過該鈍化層，以完成背面電極結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽電池之背面電極製造方法，其中該第一金屬膠料為鋁膠、銀膠或銀鋁膠。
3. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽電池之背面電極製造方法，其中該第二金屬膠料為無鉛的金屬膠料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽電池之背面電極製造方法，其中該二金屬膠料為不含玻璃的金屬膠料。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之矽晶太陽電池之背面電極製造方法，其中該第二金屬膠料包括鋁膠、銀膠或銀鋁膠。
6. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽電池之背面電極製造方法，其中在該鈍化層上塗佈該第一金屬膠料的方式包括塗佈圖案為點狀、線狀或格子狀的該第一金屬膠料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽電池之背面電極製造 方法，其中該鈍化層的材料包括非晶矽、SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 或TiO₂ 。
8. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶太陽電池之背面電極製造方法，其中該鈍化層包括由選自非晶矽、SiO₂ 、SiN、Al₂ O₃ 與TiO₂ 其中多種材料組合而成的複合層。