TWI517416B - 異質接面太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

Description

異質接面太陽能電池及其製造方法

本發明係關於一種異質接面太陽能電池，尤指一種利用邊緣保護層保護非晶半導體層之異質接面太陽能電池。

在現有的技術中，為了使異質接面太陽能電池能有效的提升效率，通常會在摻雜型半導體基板的表面形成非晶半導體緩衝層，然後在兩面分別形成第一非晶半導體層與第二非晶半導體層，而由於摻雜型半導體基板摻雜有第一型半導體或第二型半導體，且第一非晶半導體層也會摻雜有第一型半導體與第二型半導體其中之一者，而與第二非晶半導體層則是摻雜有第一型半導體與第二型半導體其中之另一者，使得整個異質接面太陽能電池具有P-i-N接面，藉以有效的進行光電轉換而產生電能。

請參閱第一圖，第一圖係顯示先前技術第一實施例之異質接面太陽能電池之平面示意圖。如圖所示，一異質接面太陽能電池PA1包含一摻雜型半導體基板PA11、一非晶半導體緩衝層PA12、第一非晶半導體層PA13、一第二非晶半導體層PA14、一第一透明導電層P15以及一 第二透明導電層P16。

其中，異質接面太陽能電池PA1的製程是先在摻雜型半導體基板PA11的表面形成非晶半導體緩衝層PA12，然後在摻雜型半導體基板PA11的背面形成第一非晶半導體層PA13，接著在第一非晶半導體層PA13之正面形成第二非晶半導體層PA14，最後則在摻雜型半導體基板PA11的正面與背面分別形成第一透明導電層P15與第二透明導電層P16。

承上所述，在本實施例中，第一非晶半導體層PA13係摻雜有N型半導體，第二非晶半導體層PA14係摻雜有P型半導體，而為了避免第一透明導電層P15與第二透明導電層P16互相接觸而產生短路，整個製程異質接面太陽能電池PA1的製程是以背面遮罩的方式形成第一透明導電層P15與第二透明導電層P16，因此使第一非晶半導體層PA13容易同時與第一透明導電層P15及第二透明導電層P16接觸，形成漏電途徑；或者先形成整個透明導電層後再以雷射分割成第一透明導電層P15與第二透明導電層P16，但此種方式卻會產生出遭受雷射損傷的區域，也會導致異質接面太陽能電池PA1轉換效率的下降。

請參閱第二圖，第二圖係顯示先前技術第二實施例之異質接面太陽能電池之平面示意圖。如圖所示，一異質接面太陽能電池PA2包含一摻雜型半導體基板PA21、一非晶半導體緩衝層PA22、第一非晶半導體層PA23、一第二非晶半導體層PA24、一第一透明導電層P25以及一 第二透明導電層P26。

承上所述，在本實施例中，第一非晶半導體層PA23係N型半導體，第二非晶半導體層PA24係P型半導體，而為了避免第一透明導電層P25與第二透明導電層P26互相接觸而產生短路，整個製程異質接面太陽能電池PA2的製程是以正面遮罩的方式形成第一透明導電層P25與第二透明導電層P26，此異質接面太陽能電池PA2的正面邊緣因而產生對太陽光高反射的缺陷區域，造成異質接面太陽能電池PA2的短路電流(Jsc)下降；另一種解決短路問題的方式是先形成整個透明導電層後再以雷射分割成第一透明導電層P25與第二透明導電層P26，此種方式會產生出遭受雷射損傷的區域，也會導致異質接面太陽能電池PA2轉換效率的下降。

請參閱第三圖，第三圖係顯示先前技術第三實施例之異質接面太陽能電池之平面示意圖。如圖所示，一異質接面太陽能電池PA3包含一摻雜型半導體基板PA31、一非晶半導體緩衝層PA32、第一非晶半導體層PA33、一第二非晶半導體層PA34、一第一透明導電層P35以及一第二透明導電層P36。

承上所述，在本實施例中，第一非晶半導體層PA33係P型半導體，第二非晶半導體層PA34係N型半導體，而為了避免第一透明導電層P35與第二透明導電層P36互相接觸而產生短路，整個製程異質接面太陽能電池PA3的製程是以背面遮罩的方式形成第一透明導電層P35與第二透明導電層P36，因此使第一非晶半導體層PA33容 易同時與第一透明導電層P35及第二透明導電層P36接觸，形成漏電途徑，造成異質接面太陽能電池PA3轉換效率的下降；或者先形成整個透明導電層後再以雷射分割成第一透明導電層P35與第二透明導電層P36，但此種方式卻會產生出遭受雷射損傷的區域，也會導致異質接面太陽能電池PA3轉換效率的下降。

請參閱第四圖，第四圖係顯示先前技術第四實施例之異質接面太陽能電池之平面示意圖。如圖所示，一異質接面太陽能電池PA4包含一摻雜型半導體基板PA41、一非晶半導體緩衝層PA42、第一非晶半導體層PA43、一第二非晶半導體層PA44、一第一透明導電層P45以及一第二透明導電層P46。

承上所述，在本實施例中，第一非晶半導體層PA43係P型半導體，第二非晶半導體層PA44係N型半導體，而為了避免第一透明導電層P45與第二透明導電層P46互相接觸而產生短路，整個異質接面太陽能電池PA4的製程是以正面遮罩的方式形成第一透明導電層P45與第二透明導電層P46，此異質接面太陽能電池PA4的正面邊緣因而產生對太陽光高反射的缺陷區域，造成異質接面太陽能電池PA4的短路電流下降；另一種解決短路問題的方式是先形成整個透明導電層後再以雷射分割成第一透明導電層P45與第二透明導電層P46，但此種方式卻會產生出遭受雷射損傷的區域，也會導致異質接面太陽能電池PA4轉換效率的下降。

綜上所述，在現有的技術中，不管是先形成的第一非晶 半體或者後形成的第二非晶半導體，都有可能在形成第一透明導電層與第二透明導電層的過程中，非常容易造成第一非晶半體層或第二非晶半導體層同時與第一透明導電層P45及第二透明導電層P46接觸，形成漏電途徑，導致異質接面太陽能電池的轉換效率下降。

有鑒於在先前技術中，不管異質接面太陽能電池是採用何種製程，在最後形成第一透明導電層與第二透明導電層時，為了避免第一透明導電層與第二透明導電層接觸而短路，通常都會以遮罩或雷射切割的方式將第一透明導電層與第二透明導電層分隔開來，也因此會衍生出上述種種造成異質接面太陽能電池轉換效率低下的問題。

緣此，本發明之主要目的係提供一種異質接面太陽能電池，以利用邊緣保護層來銜接第一透明導電層與第二透明導電層，以避免上述之問題。

承上所述，本發明為了解決習知技術之問題所採用之必要技術手段係提供一種異質接面太陽能電池，包含一摻雜型半導體基板、一第一非晶半導體緩衝層、一第一非晶半導體層、一第二非晶半導體緩衝層、一第二非晶半導體層、一邊緣保護層、一第一透明導電層以及一第二透明導電層。

摻雜型半導體基板係具有一第一表面、一第二表面以及一側壁，第一表面與第二表面係相對地設置，側壁係連結第一表面與第二表面。第一非晶半導體緩衝層係設置 於摻雜型半導體基板之第一表面上，並包覆住部份之側壁。第一非晶半導體層係設置於第一非晶半導體緩衝層之表面，並摻雜有一第一型半導體。

第二非晶半導體緩衝層係設置於第二表面。第二非晶半導體層係包覆於第二非晶半導體緩衝層之表面，且第二非晶半導體層摻雜有一第二型半導體。邊緣保護層係包覆第一非晶半導體層之邊緣。第一透明導電層係設置於第一非晶半導體層之表面。第二透明導電層係設置於第二非晶半導體層上，其中第一透明導電層與第二透明導電層之間係經由邊緣保護層絕緣。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，摻雜型半導體基板係摻雜有第一型半導體與第二型半導體其中之一者。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，第二非晶半導體緩衝層進一步設置於第一非晶半導體層位於側壁之部份。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，摻雜型半導體基板為一單晶摻雜型半導體基板或一多晶摻雜型半導體基板。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，第一型半導體為P型半導體時，第二型半導體為N型半導體，第一型半導體為N型半導體時，第二型半導體為P型半導體。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，邊緣保護層之兩側係分別與第一透明導電層及第二透明導 電層接觸。較佳者，邊緣保護層與第一透明導電層之間具有一重疊區域，而重疊區域之面積為第一透明導電層之面積的5%以下。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，邊緣保護層之材質為一樹脂。較佳者，樹脂為一熱固性樹脂與一熱塑性樹脂其中之一者，熱固性樹脂為環氧樹脂、熱固性聚烯烴或矽氧樹脂，而熱塑性樹脂為乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、熱塑性聚烯烴或矽樹脂。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，邊緣保護層的厚度介於0.5um至100um之間。

本發明為解決習知技術之問題所採用之必要技術手段係更提供一種異質接面太陽能電池之製造方法，包含以下步驟：步驟(a)，製備一摻雜有一第一型半導體之摻雜型半導體基板；步驟(b)，於摻雜型半導體基板之一第一表面與一側壁上形成一第一非晶半導體緩衝層；步驟(c)，於第一非晶半導體緩衝層之表面上形成一摻雜有第一型半導體之第一非晶半導體層；步驟(d)，於摻雜型半導體基板之一第二表面與側壁上形成一第二非晶半導體緩衝層；步驟(e)，於第二非晶半導體緩衝層之表面上形成一摻雜有一第二型半導體之第一非晶半導體層；步驟(f)，形成一部份包覆第一非晶半導體層與第二非晶半導體層之邊緣保護層；步驟(g)，形成一包覆第一透明導電層與部份之邊緣保護層之第一透明導電層；步驟(h)，形成一包覆第二非晶半導體層與部份之邊緣保護層之第二透明導電層。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，摻雜型半導體基板為一單晶摻雜型半導體基板或一多晶摻雜型半導體基板。

由上述之必要技術手段所衍生之一附屬技術手段為，第一型半導體為P型半導體時，第二型半導體為N型半導體；第一型半導體為N型半導體時，第二型半導體為P型半導體。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

PA1、PA2、PA3、PA4‧‧‧異質接面太陽能電池

PA11、PA21、PA31、PA41‧‧‧摻雜型半導體基板

PA12、PA22、PA32、PA42‧‧‧非晶半導體緩衝層

PA13、PA23、PA33、PA43‧‧‧非晶半導體層

PA14、PA24、PA34、PA44‧‧‧第二非晶半導體層

PA15、PA25、PA35、PA45‧‧‧第一透明導電層

PA16、PA26、PA36、PA46‧‧‧第二透明導電層

100‧‧‧異質接面太陽能電池

1‧‧‧摻雜型半導體基板

11‧‧‧第一表面

12‧‧‧第二表面

13‧‧‧側壁

131‧‧‧第一邊緣

132‧‧‧第二邊緣

2‧‧‧第一非晶半導體緩衝層

3‧‧‧第一非晶半導體層

4‧‧‧第二非晶半導體緩衝層

5‧‧‧第二非晶半導體層

6‧‧‧邊緣保護層

7‧‧‧第一透明導電層

8‧‧‧第二透明導電層

第一圖係顯示先前技術第一實施例之異質接面太陽能電池之平面示意圖；第二圖係顯示先前技術第二實施例之異質接面太陽能電池之平面示意圖；第三圖係顯示先前技術第三實施例之異質接面太陽能電池之平面示意圖；第四圖係顯示先前技術第四實施例之異質接面太陽能電池之平面示意圖；第五圖係顯示本發明較佳實施例所提供之異質接面太陽能電池之平面示意圖；以及第六圖為本發明較佳實施例所提供之異質接面太陽能電池之製造方法步驟流程圖。

請參閱第五圖，第五圖係顯示本發明較佳實施例所提供之異質接面太陽能電池之平面示意圖。如圖所示，一種異質接面太陽能電池100包含一摻雜型半導體基板1、一第一非晶半導體緩衝層2、一第一非晶半導體層3、一第二非晶半導體緩衝層4、一第二非晶半導體層5、一邊緣保護層6、一第一透明導電層7以及一第二透明導電層8。

摻雜型半導體基板1係具有一第一表面11、一第二表面12以及一側壁13。第一表面11與第二表面12係相對地設置，側壁13係連結第一表面11與第二表面12，且側壁13與第一表面11之間係形成一第一邊緣131，側壁13與第二表面12之間係形成一第二邊緣132。

其中，摻雜型半導體基板1係摻雜有第一型半導體與第二型半導體其中之一者，而第一型半導體與第二型半導體為P型半導體與N型半導體之組合，意即當第一型半導體為一P型半導體與一N型半導體其中之一者時，第二型半導體為P型半導體與N型半導體其中之另一者，而在本實施例中，第一型半導體為N型半導體。此外，摻雜型半導體基板1在本實施例中為一單晶摻雜型半導體基板，但在其他實施例中，摻雜型半導體基板1亦可為一多晶摻雜型半導體基板。

第一非晶半導體緩衝層2係包覆摻雜型半導體基板1之第一表面11、第一邊緣131與側壁13。

第一非晶半導體層3係包覆第一非晶半導體緩衝層2之表面，並摻雜有一第一型半導體，而由於第一型半導體 在本實施例中為N型半導體，因此第一非晶半導體層3為N型非晶半導體層。

第二非晶半導體緩衝層4係包覆第二表面12與第一非晶半導體層3位於側壁13之部份。

第二非晶半導體層5係包覆於第二非晶半導體緩衝層4之表面，且第二非晶半導體層5摻雜有一第二型半導體，而由於第二型半導體在本實施例中為P型半導體，因此第二非晶半導體層5為P型非晶半導體層。

邊緣保護層6係包覆第一非晶半導體層3之邊緣。其中，邊緣保護層6為一樹脂，此樹脂可以是熱固性樹脂或熱塑性樹脂，例如為聚烯烴(polyolefin)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、環氧樹脂(Epoxy)或矽樹脂(silicone resin)。在實務運用上，邊緣保護層6的厚度介於0.5um至100um之間，厚度愈厚保護與絕緣效果愈好，但網印難度提高，故邊緣保護層6的厚度應依據實際需求調整，例如使用背面金屬濺鍍製作太陽能電池時，邊緣保護層6的厚度為30um，使用網版印刷製作雙面金屬電極的太陽能電池時，邊緣保護層6的厚度為15um，但不限於此。此外，邊緣保護層6主要是包覆住第一非晶半導體層3與第二非晶半導體層5於側邊露出的部份，而邊緣保護層6與第一透明導電層7之間以接觸到為主，因此重疊的部份越小越好，例如重疊區域面積為第一透明導電層7整體面積的5%以下。

第一透明導電層7係包覆第一非晶半導體層3上，而第二透明導電層8係設置於第二非晶半導體層5上。在本 實施例中，第一透明導電層7與第二透明導電層8為透明導電氧化物(transparent conductive oxide,TCO)，例如為In2O3、SnO2、ZnO、CdO或TiN。此外，在本實施例中，第一透明導電層7為背面透明導電層，而第二透明導電層8為正面透明導電層。

如上所述，由於第一透明導電層7與第二透明導電層8之間是經由邊緣保護層6進行絕緣保護，因此可以避免第一非晶半導體層3或第二非晶半導體層5同時與第一透明導電層P45及第二透明導電層P46接觸，杜絕漏電途徑，藉此能有效的提升異質接面太陽能電池100之轉換效率。

請一併參閱第五圖與第六圖，第六圖為本發明較佳實施例所提供之異質接面太陽能電池之製造方法步驟流程圖。如圖所示，一種異質接面太陽能電池之製造方法包含以下步驟：首先步驟S101為製備有第一型半導體摻雜之摻雜型半導體基板1；步驟S102係於摻雜型半導體基板1之第一表面11與側壁13上形成第一非晶半導體緩衝層2，在其他實施例中，第一非晶半導體緩衝層2係形成於部分的側壁13上；步驟S103是於第一非晶半導體緩衝層2之表面上形成有第一型半導體摻雜之第一非晶半導體層3，在其他實施例中，第一非晶半導體層3係形成於第一非晶半導體緩衝層2上並與側壁13接觸；步驟S104是於摻雜型半導體基板1之第二表面12與側壁13上形成第二非晶半導體緩衝層4，在本實施例中，由於側壁13上已先設置第一非晶半導體緩衝層2與第一 非晶半導體層3，因此第二非晶半導體緩衝層4在半導體基板側壁方向實質上是被設置於第一非晶半導體層3上；在其他實施例中，第二非晶半導體緩衝層4與側壁13接觸，並接觸第一非晶半導體緩衝層2或第一非晶半導體層3；步驟S105是於第二非晶半導體緩衝層4表面上形成有第二型半導體摻雜之第二非晶半導體層5；步驟S106是形成部份包覆第一非晶半導體層3與第二非晶半導體層5之邊緣保護層6，即邊緣保護層6係用以保護太陽能電池之第一表面11與側壁13之轉角處；在其他實施例中，邊緣保護層6可依其需要調整其包覆側壁13之範圍；步驟S107是形成包覆第一非晶半導體層3與部份之邊緣保護層6之第一透明導電層7；步驟S108是以遮罩方式形成包覆第二非晶半導體層5與部份之邊緣保護層6之第二透明導電層8。此外，在步驟S106中，邊緣保護層6是包覆第一非晶半導體層3之邊角部份與第二非晶半導體層5之側壁部份。

綜上所述，相較於先前技術之異質接面太陽能電池為了避免第一透明導電層與第二透明導電層互相接觸而使第一非晶半導體層或第二非晶半導體層露出，本發明藉由邊緣保護層覆蓋住第一非晶半導體層之邊緣，可有效的提升異質接面太陽能電池整體的轉換效率。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲 申請之專利範圍的範疇內。

100‧‧‧異質接面太陽能電池

1‧‧‧摻雜型半導體基板

11‧‧‧第一表面

12‧‧‧第二表面

13‧‧‧側壁

131‧‧‧第一邊緣

132‧‧‧第二邊緣

2‧‧‧第一非晶半導體緩衝層

3‧‧‧第一非晶半導體層

4‧‧‧第二非晶半導體緩衝層

5‧‧‧第二非晶半導體層

6‧‧‧邊緣保護層

7‧‧‧第一透明導電層

8‧‧‧第二透明導電層

Claims (16)

1. 一種異質接面太陽能電池，包含：一摻雜型半導體基板，係具有一第一表面、一第二表面以及一側壁，該第一表面與該第二表面係相對地設置，該側壁係連結該第一表面與該第二表面；一第一非晶半導體緩衝層，係設置於該摻雜型半導體基板之該第一表面上，並包覆住部份之該側壁；一第一非晶半導體層，係設置於該第一非晶半導體緩衝層之表面，並摻雜有一第一型半導體；一第二非晶半導體緩衝層，係設置於該摻雜型半導體基板之該第二表面；一第二非晶半導體層，係設置於該第二非晶半導體緩衝層之表面，且該第二非晶半導體層摻雜有一第二型半導體；一邊緣保護層，係設置於該第一非晶半導體層之周圍；一第一透明導電層，係設置於該第一非晶半導體層之表面；以及一第二透明導電層，係設置於該第二非晶半導體層上，其中該第一透明導電層與該第二透明導電層之間係經由該邊緣保護層絕緣。
2. 如申請專利範圍第1項所述之異質接面太陽能電池，其中，該摻雜型半導體基板係摻雜有該第一型半導體與該第二型半導體其中之一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之異質接面太陽能電池，其中，該第二非晶半導體緩衝層進一步設置於該第一非晶半導體層位於該側壁之部份。
4. 如申請專利範圍第1項所述之異質接面太陽能電池，其中，該摻雜型半導體基板為一單晶摻雜型半導體基板或一多晶摻雜型半導體基板。
5. 如申請專利範圍第1項所述之異質接面太陽能電池，其中，該第一型半導體為P型半導體時，該第二型半導體為N型半導體；該第一型半導體為N型半導體時，該第二型半導體為P型半導體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之異質接面太陽能電池，其中，該邊緣保護層之兩側係分別與該第一透明導電層及該第二透明導電層接觸。
7. 如申請專利範圍第6項所述之異質接面太陽能電池，其中，該邊緣保護層與該第一透明導電層之間具有一重疊區域。
8. 如申請專利範圍第7項所述之異質接面太陽能電池，其中，該重疊區域之面積為該第一透明導電層之面積的5%以下。
9. 如申請專利範圍第1項所述之異質接面太陽能電池，其中，該 邊緣保護層之材質為一樹脂。
10. 如申請專利範圍第9項所述之異質接面太陽能電池，其中，該樹脂為一熱固性樹脂或一熱塑性樹脂。
11. 如申請專利範圍第10項所述之異質接面太陽能電池，其中，該熱固性樹脂為環氧樹脂、熱固性聚烯烴或矽氧樹脂。
12. 如申請專利範圍第10項所述之異質接面太陽能電池，其中，該熱塑性樹脂為乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、熱塑性聚烯烴或矽樹脂。
13. 如申請專利範圍第1或3項所述之異質接面太陽能電池，其中，該邊緣保護層的厚度介於0.5um至100um之間。
14. 一種異質接面太陽能電池之製造方法，包含以下步驟：(a)製備一有一第一型半導體摻雜之摻雜型半導體基板；(b)於該摻雜型半導體基板之一第一表面與一側壁上形成一第一非晶半導體緩衝層；(c)於該第一非晶半導體緩衝層之表面上形成一有該第一型半導體摻雜之第一非晶半導體層；(d)於該摻雜型半導體基板之一第二表面與該側壁上形成一第二非晶半導體緩衝層；(e)於該第二非晶半導體緩衝層之表面上形成一有一第二型半導體摻雜之第二非晶半導體層； (f)形成一部份包覆該第一非晶半導體層與該第二非晶半導體層之邊緣保護層；(g)形成一包覆該第一非晶半導體層與部份之該邊緣保護層之第一透明導電層；以及(h)形成一包覆該第二非晶半導體層與部份之該邊緣保護層之第二透明導電層。
15. 如申請專利範圍第14項所述之異質接面太陽能電池之製造方法，其中，該摻雜型半導體基板為一單晶摻雜型半導體基板或一多晶摻雜型半導體基板。
16. 如申請專利範圍第14項所述之異質接面太陽能電池之製造方法，其中，該第一型半導體為P型半導體時，該第二型半導體為N型半導體；該第一型半導體為N型半導體時，該第二型半導體為P型半導體。