TWI517423B - 背接式太陽電池製造方法 - Google Patents

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Description

背接式太陽電池製造方法 【相關申請案的交互參照】
本申請案根據35 U.S.C.§119主張在韓國智慧財產局中於2011年12月23日申請之第10-2011-0140698號、以及於2012年7月31日申請之第10-2012-0084073號韓國專利申請案之優先權，其揭露內容係於此全部併入作為參考。
以下揭露內容有關背接式太陽電池的製造方法，尤其關於藉由一簡單摻雜製程而允許光接收面以及其為該光接收面的相對表面之背面具有不同片電阻，並且具有高短路電流、開路電壓、及保真度從而展現優異光伏轉換效率之背接式太陽電池的製造方法。
例如高漲的油價、全球環境問題、化石燃料的用盡、核能發電的廢料處理、以及由於其建築物之新發電站選址、及其類似問題將目前的焦點投注在可再生能源上。尤其，其為無污染能源之太陽電池正在積極研究與發展中。
太陽電池係藉由利用光伏效應將光能轉換為電能之元件，並且具有無污染能源、無限資源、半永久性壽命、及其類似優點。此外，太陽能被期待作為在不考慮環境問題的情況下最終能解決人類能源問題的能源。
在太陽電池中，根據成分材料將結晶矽太陽電池分類為矽太陽電池、薄膜太陽電池、染料敏化太陽電池、及有機聚合物太陽電池。由於結晶太陽電池總計為太陽電池之全球輸出總量之最多者、相較其他類型 電池具有較高效率、並且已持續發展以降低其製造成本，故其為最普遍的太陽電池。
如韓國專利公開申請案第2007-0004671號中所揭露之射極穿透式背電極(EWT，emitter wrap through)結構之背接式矽太陽電池相較一般矽太陽電池具有一些優點。第一個優點為背接式太陽電池藉由允許消除光接收面減少(接點陰影損失)之接點而具有高轉換效率。第二個優點為由於二接點皆處於相同表面上，故背接式太陽電池較容易組裝在電路中，且因此在製造模組時可以更低的製造單位成本來生產。第三個優點為現有背接式矽太陽電池(交叉背接式)係以具有長電子壽命之n型基板來製造，但近來，亦可藉由在基板中形成藉以移動電子之穿孔而以具有低製造單位成本之p型基板來製造，從而降低製造單位成本。
有一些用於製造背接式矽太陽電池的方法。在這些方法之中，在金屬穿透式背電極(MWT，metallization wrap through)太陽電池中，為了製造背接式電池而藉由電極連接穿孔內部及背接點。相較於MWT太陽電池，背接式太陽電池的不同特徵為穿孔內部及背接點係藉由射極互相連接以允許電子的移動。這些導電通道可藉由使用雷射在矽基板中產生穿孔、並隨後在正面及背面上形成射極並且在穿孔的內部形成射極而形成。背接式太陽電池使所有陽極和陰極接收接面在其背面。由於光線大多在其正面附近被吸收，因此背接面電池被要求具有非常高的材料特性以確保有足夠時間讓載子在背面上執行接收接面並且從正面擴散至背面的。
在具有背接結構之太陽電池的情況下，光接收面及背面的各別片電阻必須精確地控制以減少表面再結合並促進電子移動。因此，採用多階段摻雜製程或使用遮罩之蝕刻製程。然而，習知技術的這些方法導致長製程時間以及可能阻礙生產率改善的複雜階段。
[相關技術文獻] [專利文獻]
(專利文獻1)韓國專利公開申請案第2007-0004671號
本發明之實施例係有關提供經由單一摻雜製程而具有高短 路電流、開路電壓、及保真度從而展現優異光伏轉換效率之背接式太陽電池的製造方法；在形成電極時能防止漏電流的產生之背接式太陽電池的製造方法；以及能減少製程階段的數目並減短製造時間從而達到成本降低及高生產率之背接式太陽電池的製造方法。
在一般實施態樣(背接式太陽電池的製造方法)中，該方法包括：a)形成穿過第一導電類型之半導體基板的二相對表面之穿孔；b)將第二導電類型之雜質摻雜至半導體基板的表面中以形成第二導電類型之層；c)在二相對表面其中之一上形成蝕刻光阻圖案以覆蓋穿孔的開口部；d)利用蝕刻光阻圖案作為蝕刻遮罩來選擇性蝕刻半導體基板的一表面，從而移除存在於其上不形成蝕刻光阻圖案之半導體基板的一表面上之第二導電類型之層的一部份；以及e)部份蝕刻存在於相對半導體基板的一表面之半導體基板的另一表面上之第二導電類型之層，從而控制存在於半導體基板的另一表面上之第二導電類型之層中的雜質濃度。
該方法可更包括：f)藉由在半導體基板的一表面上形成鈍化膜、以及在半導體基板的另一表面上形成抗反射膜而形成介電層；g)藉由在一表面上部份塗佈用於蝕刻鈍化膜之蝕刻糊來部份移除鈍化膜，從而露出藉由選擇性蝕刻而移除第二導電類型之層的半導體基板之一區域；以及h)藉由在一表面上形成與半導體基板之露出區域連接的第一電極、以及與經由穿透之第二導電類型之層連接的第二電極來形成電極。
於此，表面階梯高度可形成在藉由因選擇性蝕刻移除第二導電類型之層而露出之半導體基板的一表面與蝕刻光阻圖案下方之第二導電類型之層之間，並且表面階梯高度可為1至15 μm。
在摻雜中所形成之第二導電類型之層可具有10~40 Ω/sq.的片電阻，並且在部份蝕刻中，可部份移除在半導體基板的另一表面上所形成之第二導電類型之層以具有30~150 Ω/sq.的片電阻。
部份蝕刻可藉由乾蝕刻來實施。
於此，形成在穿孔的內表面上之第二導電類型之層的厚度可藉由部份蝕刻來加以控制。
形成在穿孔的內表面上之第二導電類型之層的厚度可藉由 部份蝕刻而從半導體基板的一表面往半導體基板的另一表面縮減。
該方法更包括：在部份蝕刻後，利用美國無線電公司(RCA，radio corporation of America)清洗方法來執行清洗製程。
蝕刻光阻圖案可藉由印刷製程而形成，並且印刷製程可包括網板印刷。
在另一個一般實施態樣中，背接式太陽電池係藉由前述方法來製造。
1‧‧‧穿孔
100‧‧‧半導體基板
210‧‧‧背面射極層
211‧‧‧圖案化背面射極層
220‧‧‧正面射極層
221‧‧‧正面射極層
230‧‧‧穿孔射極層
300‧‧‧蝕刻光阻圖案
400‧‧‧抗反射膜
500‧‧‧鈍化膜
510‧‧‧蝕刻鈍化膜
600‧‧‧p型電極
610‧‧‧背面區域
700‧‧‧n型電極
710‧‧‧2-1電極
711‧‧‧2-1電極
720‧‧‧2-2電極
圖1係顯示根據本發明之實施例之背接式太陽電池的製造方法之製程視圖。
圖2係根據本發明之實施例之製造方法中，藉由觀察當使用乾蝕刻執行部份蝕刻時之穿孔的剖面所獲得之掃描電子顯微鏡(SEM)影像。
圖3係顯示根據本發明之另一實施例之背接式太陽電池的製造方法之製程視圖。
以下，將參考附圖詳細描述本發明之製造方法。以下所示之圖式係經由範例的方式而提供，以使本發明的精神可充分地傳達給本發明所屬領域中具有通常技術者。因此，本發明不限於以下提出之圖式、並且可體現在不同形式中，並且以下提出之圖式可能為了闡明本發明的精神而擴大。又，整個說明書中相同參考數字表示相同元件。
於此，除非另有指示，否則說明書中使用的用語(包括技術及科學用語)與本發明所屬領域中具有通常技術者通常理解的用語具有相同意義，並且將省略可能混淆本發明要點之已知功能及構造的詳細描述。
根據本發明之背接式太陽電池的製造方法可包括：將第二導電類型之雜質摻雜至第一導電類型之半導體基板的表面中、形成穿過半導體基板的二相對表面之穿孔；在二相對表面其中之一表面上形成蝕刻光阻圖案以覆蓋穿孔的開口部；以及使用蝕刻光阻圖案作為蝕刻遮罩以選擇性蝕刻半導體基板的一表面，從而移除露出在半導體基板的一表面上之第二 導電類型之層的一部份。
具體而言，根據本發明之背接式太陽電池的製造方法可包括：a)形成穿過第一導電類型之半導體基板的二相對表面之穿孔；b)藉由將第二導電類型之雜質摻雜至半導體基板的表面中而形成第二導電類型之層；c)在二相對表面其中之一者上形成蝕刻光阻圖案以覆蓋穿孔的開口部；d)利用蝕刻光阻圖案作為蝕刻遮罩來選擇性蝕刻半導體基板的一表面，從而移除存在於其上不形成蝕刻光阻圖案之半導體基板的一表面上之第二導電類型之層的一部份；以及e)部份蝕刻存在於相對半導體基板的一表面之半導體基板的另一表面上的第二導電類型之層，從而控制存在於半導體基板的另一表面上之第二導電類型之層中的雜質濃度。
圖1係顯示根據本發明之實施例之背接式太陽電池的製造方法之製程視圖。如圖1所示，根據本發明之實施例之製造方法可包括：形成穿過第一導電類型之半導體基板100的二相對表面之穿孔1；允許第二導電類型之雜質擴散至包括半導體基板的二相對表面以及穿孔的內表面之半導體基板100的表面中，從而在半導體基板的二相對表面以及穿孔1的內表面上形成第二導電類型之層210、220、及230；在二相對表面其中至少一者上塗佈蝕刻光阻以覆蓋穿孔1的開口部，從而形成蝕刻光阻圖案300；利用蝕刻光阻圖案300作為蝕刻遮罩來選擇性蝕刻半導體基板的一表面，從而移除存在於其上不形成蝕刻光阻圖案300之半導體基板的一表面上之第二導電類型之層的一部份；以及在深度方向上(連接二相對表面之最短直線的方向上)部份蝕刻存在於相對半導體基板的一表面之半導體基板的另一表面上的第二導電類型之層，從而控制存在於半導體基板的另一表面上之第二導電類型之層中的雜質濃度。
第一導電類型表示p型導電性或n型導電性，並且第二導電類型表示具有互補第一導電類型之導電性。以下，將用第一導電類型為p型導電性並且第二導電類型為n型導電性來敘述本發明，但即便第一導電類型為n型導電性並且第二導電類型為p型導電性，亦當然保有本發明之技術範圍。
由於p型雜質，故第一導電類型可指p型導電性；並且由於 n型雜質(互補p型雜質之雜質)，故第二導電類型可指n型導電性。於此，p型雜質可包括摻雜在半導體基板中以提供電洞之雜質，並且n型雜質可包括摻雜在半導體基板中以提供電子之雜質。當以矽半導體作為例子時，p型雜質可為選自鋁、硼、及銦其中一者、或二者、或多者，並且n型雜質可為選自砷、及磷其中一者、或二者、或多者。
半導體基板100的例子可包括下列：包括矽(Si)、鍺(Ge)、或矽鍺化物(SiGe)之IV族半導體基板；包括鎵砷化物(GaAs)、銦磷化物(InP)、或鎵磷化物(GaP)之III-V族半導體基板；包括鎘硫化物(CdS)、或鋅碲化物(ZnTe)之II-VI族半導體基板；以及包括鉛硫化物(PbS)之IV-VI族半導體基板。結晶學上，半導體基板100的例子可包括單晶、多晶、及非晶基板。
穿孔的形成(步驟(a))可包括形成穿過半導體基板100的二相對表面(例如接收太陽光之光接收面、以及其為光接收面的相對表面之背面)之穿孔1。
穿孔的形成(步驟(a))可藉由利用雷射鑽孔來實施，並且穿孔可藉由其他如乾蝕刻、濕蝕刻、機械鑽孔、水刀加工、及其類似方法來形成。在使用雷射鑽孔的情況下，雷射較佳地在操作波長上具有足夠功率或強度，以使穿孔能在例如每一穿孔0.5 ms至5 ms之最短時間內形成。舉例而言，Nd：YAG雷射可用在雷射鑽孔中。在穿孔的形成(步驟(a))中，所形成之穿孔1可具有例如25至125 μm的直徑，並且較佳地為30至60 μm。
在穿孔的形成(步驟(a))中，複數穿孔1可形成在半導體基板100中，使其彼此隔開。具體而言，基於露出在二相對表面其中一者上之穿孔1的開口部，複數穿孔可彼此規則地隔開，使得MxN矩陣係由第一方向上之M個穿孔1的開口部以及第二方向上之N個穿孔1的開口部組成。於此，第一方向及第二方向屬於相同平面(半導體基板的一表面)，並且第一方向及第二方向可具有包括90°之預定角度。
根據本發明之實質精神，形成太陽電池中具有低片電阻之光電流移動路徑而導致穿孔1的密度(每單位半導體基板表面積的穿孔數量) 降低，且因此每單位半導體基板面積之用於接收光線的光有效區域可最大化。作為一實質例子，穿孔1的密度可為0.25至0.5/mm2。
由於藉由雷射鑽孔而實施之穿孔的形成(步驟(a))可能給半導體基板100帶來熱損壞，因此在穿孔的形成(步驟(a))後可進一步實施用以移除損壞區域的蝕刻製程。
在形成穿孔時用以移除損壞區域的蝕刻製程可為半導體製程中一般所採取的製程。例如，針對損壞區域(如表面上的毛邊)的蝕刻製程可藉由使用鹼性蝕刻溶液來實施。作為一實質例子，可藉由使用氫氧化鈉或氫氧化鉀在80~90℃的溫度下實施蝕刻製程。
穿孔的形成(步驟(a))允許複數穿孔1在半導體基板100中彼此隔開。之後，可實施摻雜(步驟(b))以摻雜第二導電類型之雜質至半導體基板中。
在摻雜(步驟(b))中，將第二導電類型之雜質摻雜至包括半導體基板的二相對表面以及穿孔的內表面之半導體基板100的表面中，從而形成其中第二導電類型之雜質係摻雜至半導體基板100的表面中之表面摻雜層。
在摻雜(步驟(b))中，第二導電類型之層210、220、及230係藉由將第二導電類型之雜質摻雜至包括半導體基板100的二相對表面以及穿孔1的表面(內表面)之半導體基板100的表面中作為表面摻雜層而形成。以下，在半導體基板100的二相對表面其中之一表面上所形成的第二導電類型之層被稱為正面射極層220；在穿孔1的表面上所形成的第二導電類型之層被稱為穿孔射極層230；以及在半導體基板100的二相對表面之另一表面上所形成的第二導電類型之層被稱為背面射極層210。
摻雜(步驟(b))可藉由使半導體基板100在包含第二導電類型之雜質的氣體存在下經過熱處理、或者使用包含第二導電類型之雜質或擴散類型源上之噴霧的固相源來完成。例如，第二導電類型之雜質(其係至少選自氣相POCl3、P2O5、及PH3之材料)係以與惰性氣體之載體氣體的混合物的方式來供應。半導體基板100經過800℃至900℃的溫度下長達10至60分鐘的熱處理，以使第二導電類型之雜質能摻雜至半導體基板100 中。於此，可藉由使用HF蝕刻溶液來進一步實施用於移除由於摻雜及熱處理所產生之雜質膜(如矽酸磷玻璃)的製程。
在如上述之摻雜(步驟(b))中，形成包括正面射極層220、穿孔射極層230、及背面射極層210的第二導電類型之層。在摻雜(步驟(b))中，第二導電類型之層可具有10~40 Ω/sq.的片電阻值。
於此，在摻雜(步驟(b))中，可進一步實施以下製程：適當地封住半導體基板100的側表面(即與穿孔平行之表面)以允許該表面不被第二導電類型之雜質所摻雜、或移除形成在半導體基板100的側表面上之第二導電類型之層。
在蝕刻光阻圖案的形成(步驟(c))中，蝕刻光阻圖案300可形成在穿孔1藉以穿過之半導體基板100的相對表面之一者上，以便覆蓋穿孔1的開口部。
具體而言，蝕刻光阻圖案300可形成在其上形成背面射極層210之半導體基板100的表面上，並且蝕刻光阻圖案300可具有對應至與穿孔射極層230電性連接之n型電極的形狀。
在蝕刻半導體基板時可物理化學上穩定的任何材料、以及可具有對鹼性或酸性蝕刻溶液之抗腐蝕性的任何材料可用作蝕刻光阻糊。例如可使用包含SGC-2500的商用產品(Seoul Chemical Research Laboratory Company)作為蝕刻光阻糊。蝕刻光阻糊係較佳地藉由使用如噴墨印刷、遮蓋法、模板印刷、或網板印刷之印刷方法來塗佈。蝕刻光阻糊係直接印刷，因而簡化製程條件、降低生產時間及製造成本、並且提高生產良率。
可藉由將蝕刻光阻糊塗佈成具有覆蓋穿孔1之開口部的複數帶狀來形成蝕刻光阻圖案300。複數帶狀可對應至具有魚骨結構或梳子結構之n型電極的形狀。
具體而言，藉由塗佈蝕刻光阻糊所形成之蝕刻光阻圖案300可包括覆蓋穿孔1之開口部的複數帶(蝕刻光阻帶)狀圖案，該複數帶狀圖案係露出在其上形成背面射極層210之半導體基板100的表面上。
更具體而言，當基於位在其上形成背面射極層210之半導體基板100的表面上之穿孔1的開口部時，形成複數穿孔1使得第一方向上之 M(M係M>1的整數)個穿孔1的開口部以及第二方向上之N(N係N>1的整數)個穿孔1的開口部彼此規則地隔開，蝕刻光阻圖案300可包括在第一方向上互相平行隔開之複數帶，並且帶(蝕刻光阻帶)可覆蓋所有位在第二方向的相同線上之複數穿孔1的開口部。
於此，蝕刻光阻圖案300之蝕刻光阻帶可具有穿孔1的開口部直徑之三至六倍的寬度。
在蝕刻光阻圖案300的形成(步驟(c))後，可藉由使用蝕刻光阻圖案300作為蝕刻遮罩而在其上形成背面射極層210之半導體基板100的表面上實施選擇性蝕刻(步驟(d))。具體而言，其上不形成蝕刻光阻圖案300之部份背面射極層210可藉由選擇性蝕刻(步驟(d))而移除。
在選擇性蝕刻(步驟(d))中，背面射極層210係藉由移除形成在除了鄰近穿孔1的開口部之預定表面區域以外的其餘表面區域上之部份背面射極層210而加以圖案化。存在於其中不形成蝕刻光阻圖案300之區域中的部份背面射極層210可藉由控制選擇性蝕刻(步驟(d))中的蝕刻深度而移除。
在選擇性蝕刻(步驟(d))中，其上形成背面射極層210之半導體基板的表面係以一預定深度加以蝕刻，且因此存在於其中不形成蝕刻光阻圖案300之區域中的部份背面射極層210可藉由控制選擇性蝕刻中的蝕刻時間而移除。在選擇性蝕刻(步驟(d))後，當然可移除蝕刻光阻圖案300。在移除蝕刻光阻圖案後，可進一步實施在其中包含氨水、過氧化物、以及水之混合物溶液中清洗半導體基板的製程。
經由選擇性蝕刻(步驟(d))，背面射極層210可被圖案化成具有對應蝕刻光阻圖案300的形狀。
具體而言，當基於位在其上形成背面射極層210之半導體基板的表面上之穿孔1的開口部時，可形成複數穿孔1使得第一方向上之M(M係M>1的整數)個穿孔1的開口部以及第二方向上之N(N係N>1的整數)個穿孔1的開口部彼此規則地平行隔開，藉由選擇性蝕刻(步驟(d))而圖案化之圖案化背面射極層211可具有在第一方向上彼此平行隔開之複數帶狀，並且具有單一帶狀之第二導電類型之表面摻雜層係位在延長 線上，該延長線連接位於第二方向上之相同線上之複數穿孔1的開口部。
亦即，藉由選擇性蝕刻(步驟(d))，第二導電類型之表面摻雜層係選擇性形成在其中形成位在背接式太陽電池的背面上之n型電極(n型指狀電極)的區域。
於此，蝕刻光阻圖案300可具有其中覆蓋所有位在相同線上之複數穿孔1的開口部之複數帶狀係彼此隔開的圖案，並且可更包括與彼此隔開之該複數帶狀交叉的其他帶狀。
亦即，蝕刻光阻圖案300可包括藉由將蝕刻光阻塗佈成具有與背接式太陽電池之n型指狀電極的形狀及位置對應之形狀及位置所形成之圖案，並且可包括藉由將蝕刻光阻塗佈成具有與連接n型指狀電極和對應n型指狀電極的圖案之n型匯流排電極的形狀及位置對應之形狀或位置所形成之圖案。
因此，第二導電類型之表面摻雜層(圖案化背面射極層211)可選擇性地形成在其中形成n型指狀電極的區域、以及其中形成n型匯流排電極的區域之半導體基板的表面上。
藉由選擇性蝕刻(步驟(d))，表面階梯高度可形成在半導體基板100的一表面(即半導體基板100的背面)中。
亦即，表面階梯高度可形成在圖案化背面射極層211與p型半導體基板的區域之間，該區域係由於對不形成蝕刻光阻圖案300所作之蝕刻而露出。
背面射極層210係藉由實施選擇性蝕刻(步驟(d))而圖案化成具有與n型指狀電極(以及n型匯流排電極)的形狀及位置對應之形狀及位置，並且表面階梯高度係形成在半導體基板100的背面中，俾能避免產生漏電流且能改善保真度。
可藉由使用濕蝕刻或乾蝕刻來實施選擇性蝕刻(步驟(d))，並且濕蝕刻可採用一般硝酸、氫氟酸、或醋酸之蝕刻溶液。在其中濕蝕刻係用於選擇性蝕刻(步驟(d))的情況下，半導體基板的一表面(其上形成背面射極層之表面)係浸在蝕刻溶液中，且其表面之浸入時間受到調節，使得蝕刻深度當然可加以控制。甚至在乾蝕刻的情況下，蝕刻深度當然可 藉由控制蝕刻時間來加以控制。
在選擇性蝕刻(步驟(d))後，實施部份蝕刻(步驟(e))使得其上形成正面射極層220之半導體基板100的表面以一預定深度加以蝕刻。雖然在摻雜(步驟(b))中將第二導電類型之雜質重摻雜至半導體基板的表面中，但在部份蝕刻(步驟(e))中移除一預定深度之正面射極層220，從而控制正面射極層220的第二導電類型之雜質的摻雜濃度。
當正面射極層220的蝕刻完成時，存留在其表面之第二導電類型的雜質濃度降低，且因此增加正面射極層220的片電阻。當正面射極層220的片電阻增加時，則表面再耦合降地。因為這個原因，所以由短波長光線所產生之載子的收集效率增高，且因此短路電流密度及開路電壓上升而導致太陽電池的轉換效率提高。於此，可完成部份蝕刻(步驟(e))，使得正面射極層220具有30~150 Ω/sq.的片電阻。
可藉由乾蝕刻來實施部份蝕刻(步驟(e))。亦即，在部份蝕刻(步驟(e))中，可在蝕刻時藉由具有方向性之乾蝕刻來實施蝕刻，並且乾蝕刻包括電漿蝕刻。
當藉由具有方向性之乾蝕刻來實施部份蝕刻(步驟(e))時，鄰接正面射極層220之穿孔射極層230以及正面射極層220的雜質濃度亦可受到調節，且因此能更加改善短路電流密度、開路電壓、及保真度。
具體而言，其上形成正面射極層220之半導體基板100的表面係利用具有方向性之乾蝕刻以一預定深度加以蝕刻，使得形成在穿孔的內表面上之穿孔射極層230的厚度也能受到調節。亦即，經由部份蝕刻(步驟(e))，使形成在穿孔1的內表面上之穿孔射極層230的厚度可從半導體基板100的背面往半導體基板100的光接收面減少，並且穿孔射極層230的厚度可從半導體基板100的背面往半導體基板100的光接收面持續減少。
更具體而言，在對其上形成正面射極層220之半導體基板100的表面進行乾蝕刻的情況下，穿孔射極層230也可能由於蝕刻方向性而經由穿孔1的開口部受到蝕刻。由於乾蝕刻具有直線方向性，因此較接近正面射極層220處完成較多蝕刻，且因此在鄰近正面射極層220之部份穿孔射極層230中的第二導電類型之雜質濃度可控制成具有類似正面射極層之 電阻，並且鄰接背面射極層210之部份穿孔射極層230可由於在摻雜(步驟(b))中之重摻雜而具有低電阻。
圖2係藉由觀察當使用電漿蝕刻執行部份蝕刻時之穿孔的剖面所獲得之掃描電子顯微鏡(SEM)影像。在圖2中，用語「正面」表示光接收面、並且用語「背面」表示背部表面。P1~P5代表藉由使用配備在掃描電子顯微鏡(SEM)之能量散佈光譜儀(EDS)所分析之區域。位於P1~P5下方的每一數字(mm)顯示p-n接面深度，即各區域之穿孔射極層的厚度。
如圖2所示，可看到在其中為了控制光接收面之正面射極層220的電阻而經由乾蝕刻以一預定深度蝕刻正面射極層220的情況下，穿孔射極層與基板之間的p-n接面深度從背面往光接收面變薄。這起因於在乾蝕刻時的蝕刻直線方向性，並且可看到由於乾蝕刻而使穿孔射極層的深度從背面往光接收面逐漸變薄。
在藉由下列製造太陽電池的情況下：在具有150~180 μm的厚度之p型半導體基板中以58/cm2的密度形成具有75 μm的直徑之穿孔、經由在半導體基板的表面摻雜p型雜質而形成具有25 Ω/sq.的電阻之第二導電類型之層、實施蝕刻光阻形成製程及選擇性蝕刻製程以圖案化背面射極層成具有1-2 mm寬度之魚骨結構、以及在半導體基板的光接收面上實施電漿蝕刻以允許正面射極層具有47 Ω/sq.的電阻，如此製造之太陽電池具有40.59 mA/cm2的短路電流密度(JSC)、0.628 V的開路電壓(VOC)、0.721%的填充因子(FF)、以及18.37%的能量轉換效率(η)。在藉由濕蝕刻光接收面成具有相同之47 Ω/sq.的電阻來製造太陽電池的情況下，如此製造之太陽電池具有40.58 mA/cm2的短路電流密度(JSC)、0.623 V的開路電壓(VOC)、0.676%的填充因子(FF)、以及17.1%的能量轉換效率(η)。在藉由不蝕刻光接收面成具有25 Ω/sq.的電阻來製造太陽電池的情況下，如此製造之太陽電池具有37.06 mA/cm2的短路電流密度(JSC)、0.611 V的開路電壓(VOC)、0.752%的填充因子(FF)、以及17.03%的能量轉換效率(η)。
如以上所述，開路電壓及短路電流可藉由控制正面射極層的電阻而改善，且此外，保真度可藉由利用乾蝕刻控制正面射極層的電阻而 進一步改善。
在部份蝕刻(步驟(e))中，於乾蝕刻完成後可進一步實施使用美國無線電公司(RCA)清洗方法之清洗製程。具體而言，根據在半導體領域中用以清洗基板之RCA清洗方法，氧化物及金屬雜質係藉由使用包括硫酸(H2SO4)、氫氯酸(HCl)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氟酸(HF)、及過氧化氫(H2O2)之化學溶液組合而去除。可藉由使用一般RCA清洗方法來實施清洗。於此，在使用RCA清洗方法之清洗時，可實施SC-1清洗，並隨後實施SC-2清洗。
如以上所述，在根據本發明之製造方法中，第二導電類型之表面摻雜層係經由摻雜(步驟(b))而均勻地形成在半導體基板的二相對表面及穿孔的內表面上；其上不形成蝕刻光阻圖案300之部份摻雜層係藉由利用選擇性蝕刻(步驟(d))來加以蝕刻並移除以便僅於n型電極(指狀電極及匯流排電極)的形成區域中局部地形成高濃度射極層；以及正面射極層221係藉由利用部份蝕刻(步驟(e))控制摻雜濃度的情況下而形成。
在根據本發明之實施例的製造方法中，在完成部份蝕刻(步驟(e))後(較佳地，清洗製程後)，可藉由在半導體基板的一表面上形成鈍化膜500以及在半導體基板的另一表面上形成抗反射膜400來進一步實施介電膜的形成(步驟(f))。
具體而言，在經由部份蝕刻(步驟(e))控制正面射極層220中的第二導電類型之雜質濃度後，可藉由在正面射極層上形成抗反射膜400以及在其上形成圖案化背面射極層211之半導體基板的一表面上形成鈍化膜500來實施介電膜的形成(步驟(f))。
在其上形成正面射極層220之半導體基板100的一表面上所形成之抗反射膜400表示扮演以下兩種角色之膜：防止太陽電池中所接收之光線再次逸出太陽電池、以及鈍化在半導體基板100的表面中作為電子陷阱位置之表面缺陷。
在其中防止反射作用及鈍化作用係由單一材料完成的情況下，抗反射膜400可為單層薄膜。在其中防止反射作用及鈍化作用係由不同材料完成的情況下，抗反射膜400可為其中堆疊不同材料層之多層薄膜。
或者，甚至在其中防止反射作用及鈍化作用係由單一材料完成的情況下，為了使防止反射作用最大化並且有效地鈍化缺陷，抗反射膜400可為其中堆疊不同材料層之多層薄膜。
舉例而言，抗反射膜400可為選自半導體氧化物、半導體氮化物、含氮之半導體氧化物、含氫之半導體氮化物、Al2O3、MgF2、ZnS、TiO2、以及CeO2其中至少一者之單膜，或為從其中選擇至少二者之膜所堆疊而成之多層薄膜。
作為矽太陽電池的例子，單膜式抗反射膜400可為矽氮化物膜、含氫之矽氮化物膜、或矽氧氮化物膜，並且多層薄膜式抗反射膜400可包括其中選自矽氧化物、矽氮化物、Al2O3、MgF2、ZnS、TiO2、以及CeO2其中至少二者之膜所堆疊而成之堆疊薄膜。
在其上形成圖案化背面射極層211之半導體基板的另一表面上所形成之鈍化膜500表示扮演鈍化在半導體基板100的表面中作為電子陷阱位置之表面缺陷的角色之膜。
舉例而言，鈍化膜500可包括半導體氧化物、半導體氮化物、含氮之半導體氧化物、含氫之半導體氮化物、半導體碳化物、或氧化鈦之膜，或其堆疊薄膜。
作為矽太陽電池的例子，鈍化膜500可為矽氮化物膜、含氫之矽氮化物膜、矽氧化物膜、氧化鋁膜、或矽氧氮化物膜，並且多層薄膜式鈍化膜500可包括其中選自矽氮化物膜、含氫之矽氮化物膜、矽氧化物膜、氧化鋁膜、矽氧氮化物膜、以及氧化鈦膜其中至少二者之膜所堆疊而成之堆疊薄膜。
抗反射膜400及鈍化膜500可藉由使用半導體護層製程中廣泛採用之薄膜形成方法來形成，並且可藉由選自例如物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、以及熱蒸鍍其中至少一者來形成。或者，抗反射膜400可藉由使用油墨或糊之一般印刷製程來形成。
在介電膜的形成(步驟(f))中形成抗反射膜400及鈍化膜500之後，藉由部分移除位在圖案化背面射極層上方之部份鈍化膜500來實 施鈍化膜的部份移除(步驟(g))(如圖3所示)。
鈍化膜500的部份移除(步驟(g))可藉由塗佈用於蝕刻鈍化膜之蝕刻糊來實施。
任何能蝕刻鈍化膜500之糊狀物可用作蝕刻糊。例如，包括SolarEtch系列(MERCK Company)用途產品可用作蝕刻糊。
可藉由印刷方式來塗佈蝕刻糊。具體而言，可藉由使用如噴墨印刷、遮蓋法、模板印刷、或網板印刷之印刷方法來塗佈蝕刻糊。蝕刻糊的直接印刷方式可簡化製程條件、降低生產時間及製造成本、以及提高生產效率。
蝕刻糊係以預定圖案塗佈在鈍化膜上，且因此其上塗佈蝕刻糊之鈍化膜的區域被部份移除，從而形成蝕刻鈍化膜510。
蝕刻糊係塗佈成具有與p型半導體基板連接之p型指狀電極(較佳地，p型指狀電極及p型匯流排電極)的形狀及位置對應之形狀及位置，從而露出p型半導體基板的表面。
換言之，在鈍化膜的移除(步驟(g))中，蝕刻糊係塗佈成使得p型半導體基板之一p型半導體區域對應至p型指狀電極(較佳地，p型指狀電極及p型匯流排電極)的形狀及位置，從而蝕刻鈍化膜。
p型電極600係形成在由於移除鈍化膜而露出表面之p型半導體區域上。p型電極600可包括彼此隔開之複數帶狀指狀電極、以及電性連接該複數指狀電極之匯流排電極。
n型電極(n型指狀電極及n型匯流排電極)和p型電極(p型指狀電極及p型匯流排電極)可各自具有魚骨結構。p型電極及n型電極可具有交叉結構。
經由一階段的摻雜製程而形成第二導電類型之層、經由選擇性蝕刻而形成高濃度背面射極層、經由部份蝕刻而形成低濃度正面射極層、形成介電層、以及移除鈍化膜以形成p型電極之上述結構經由例如使用一階段的摻雜及印刷來部份蝕刻、在形成電極時防止漏電流產生、以及經由該簡單製程而允許在短時間內製造高效率太陽電池從而實現降低成本及優異生產率之簡單製程而可具有高短路電流、開路電壓、及保真度。
在鈍化膜的移除(步驟(g))後，實施電極的形成(步驟(h))以形成n型電極及p型電極。具體而言，n型電極及p型電極係藉由塗佈n型電極材料及塗佈p型電極材料並隨後實施熱處理而形成。
更具體而言，p型電極材料係塗佈在藉由移除鈍化膜而露出之p型區域(露出表面之p型半導體基板)上，並且n型電極材料係塗佈在圖案化背面射極層211上方之鈍化膜上，並隨後實施熱處理，以使p型電極600與半導體基板連接，並且n型電極710及720係藉由穿透而與圖案化背面射極層211連接。
p型電極材料之塗佈及n型電極材料之塗佈可藉由獨立且分別印刷含有對應材料之糊狀物來實施。印刷方式包括噴墨印刷、遮蓋法、模板印刷、及網板印刷。
背面區域(BSF)610係藉由在形成p型電極時之熱處理而形成，並且p型電極材料較佳地含有鋁以便黏結至半導體基板。
n型電極(第二電極)700包括穿透後之2-1電極711以及2-2電極720。2-1電極711係經由穿透現象穿過鈍化膜而與圖案化背面射極層211連接。2-2電極720係形成在2-1電極711上，使得2-2電極720不穿過鈍化膜並且覆蓋2-1電極711。
熱處理前之2-1電極710係用於穿過鈍化膜以連接圖案化背面射極層211之連接電極，並且其係用以使鈍化膜的損壞最小化並且與圖案化背面射極層211電性連接。2-2電極720係用以降低由於2-1電極710的電極微結構所產生之電阻上升。
穿過鈍化膜之2-1電極表示用於2-1電極之材料與鈍化膜介面反應從而物理上與圖案化背面射極層接觸，並且表示用於2-1電極之材料係藉由穿透現象與圖案化背面射極層接觸。關於穿透現象之詳細機制請參見J.Hoomstra等人於31th IEEE PVSC Flordia 2005之文獻。
具體而言，鈍化膜被穿透的意義為塗佈在鈍化膜上、用於熱處理前之2-1電極710的電極材料藉由熱能而與鈍化膜在介面表面處執行氧化-還原反應從而蝕刻鈍化膜，並且包含在用於2-1電極之電極材料中的導電材料係熔化且再結晶從而藉由利用鈍化膜之蝕刻區域作為通道而與圖案 化背面射極層接觸。
例如，用於2-1電極之電極材料包括經由介面反應而蝕刻鈍化膜之玻璃料、以及包括穿過鈍化膜之蝕刻區域以便經由熔化及再結晶來製造出低電阻通道之導電金屬材料。
包含在2-1電極中的導電金屬材料之代表例子可為選自銀(Ag)、銅(Cu)、鈦(Ti)、金(Au)、鋁(Al)、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、以及其合金其中之一者、或二者、或多者，並且鑑於低熔點與良導電性，其中銀、銅、鎳、鋁、或其合金係較佳者。一般用以形成太陽電池的電極之含鉛氧化物之鉛玻璃、或含鉍氧化物或硼氧化物之無鉛玻璃可用作包含在2-1電極中且蝕刻鈍化膜之玻璃料。鉛玻璃基料的例子可係PbO-SiO2-B2O3-Al2O3玻璃料、PbO-SiO2-B2O3-Al2O3-ZrO2玻璃料、PbO-SiO2-B2O3-Al2O3-ZnO玻璃料、及PbO-SiO2-B2O3-Al2O3-ZnO-TiO2玻璃料。無鉛玻璃基料的例子可係Bi2O3-ZnO-SiO2-B2O3-Al2O3玻璃料、Bi2O3-SrO-SiO2-B2O3-Al2O3玻璃料、Bi2O3-ZnO-SiO2-B2O3-La2O3-Al2O3玻璃料、Bi2O3-ZnO-SiO2-B2O3-TiO2玻璃料、Bi2O3-SiO2-B2O3-SrO玻璃料、及Bi2O3-SiO2-B2O3-ZnO-SrO玻璃料。於此，鉛玻璃或無鉛玻璃可更包含選自Ta2O5、Sb2O5、HfO2、In2O3、Ga2O3、Y2O3、及Yb2O3其中之一、或二、或更多添加物。2-1電極較佳地包含3至5 wt%之鉛玻璃或無鉛玻璃。
熱處理前之2-1電極710可係均勻排列之複數圓點狀或細線狀。
2-2電極720係形成在熱處理前之2-1電極710及鈍化層上以覆蓋熱處理前之2-1電極710。2-2電極覆蓋2-1電極的意義為2-1電極的整個表面被2-2電極所包覆。
在2-1電極和2-2電極之中，2-2電極不穿過鈍化膜，且只有2-1電極選擇性地穿過欲與基板接觸之鈍化膜。2-2電極不穿過鈍化膜的意義為2-2電極的電極材料不與鈍化膜介面反應，且其意義為即使在其中施加熱能的情況下，仍不會發生藉由用於2-2電極之電極材料之鈍化膜的穿透。
較佳地，2-2電極720包含不與鈍化膜介面反應之玻璃料及 導電金屬材料。
包含在2-2電極中的玻璃料不與鈍化膜介面反應以增進2-2電極的物理黏結力，且因此用以增加圖案化背面射極層與2-1電極之間的介面黏結力。
包含在2-2電極中的導電材料較佳地為藉由針對第一電極之穿透所施加的熱能而實現平順緻密化及晶粒生長之導電材料。
包含在2-2電極中的導電金屬材料之代表例子可為選自銀(Ag)、銅(Cu)、鈦(Ti)、金(Au)、鋁(Al)、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、以及其合金其中之一者、或二者、或多者。包含在2-2電極中且不蝕刻鈍化膜之玻璃基料的例子可為不含B、Bi、及Pb之一般氧化矽基或磷酸基玻璃。更佳地，包含在2-2電極中之玻璃料較佳地為不含B、Bi、及Pb之氧化矽基或磷酸基玻璃，其玻璃化溫度(Tg)為包含在2-1電極中之玻璃料的1.2~2倍。
當使用SiO2作為網路形成元件時，氧化矽基玻璃料較佳地包含選自Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、BaO、SrO、ZnO、Al2O3、TiO2、ZrO2、Ta2O5、Sb2O5、HfO2、In2O3、Ga2O3、Y2O3、及Yb2O3其中之一者、或二者、或多者。磷酸基玻璃料係釩磷酸基玻璃(P2O5-V2O5)、或鋅銻磷酸基玻璃(P2O5-ZnO-Sb2O3)。磷酸基玻璃料較佳地包含選自K2O、Fe2O3、Sb2O3、ZnO、TiO2、Al2O3、及WO3其中之一者、或二者、或多者。於此，2-2電極較佳地包含3至5 wt%之氧化矽基玻璃或磷酸基玻璃。
2-2電極720可具有連接複數圓點狀熱處理前之2-1電極710的帶狀、或覆蓋細線狀熱處理前之2-1電極710的帶狀。
熱處理前之2-1電極710的圓點直徑或細線寬度可為30 μm至300 μm，並且2-2電極720的寬度可為50 μm至1000 μm。這些寬度可使由於2-2電極而縮小之光接收面積最小化、並降低由於2-2電極而增加之電阻，並且允許包括2-1電極及2-2電極之n型電極具有3~6x10-6 Ω cm的電阻。
因此，在印刷熱處理前之2-1電極710、以及在2-1電極710上形成2-2電極720以覆蓋2-1電極710之後，實施熱處理使得2-1電極及 2-2電極之間只有2-1電極與圖案化背面射極層選擇性地連接。於此，p型電極也在熱處理之前印刷，且因此p型電極600及BSF 610係較佳地經由單一熱處理連同n型電極(包括穿透後之2-1電極711、以及包覆2-1電極之2-2電極720)一起形成。
如以上所述，在根據本發明之太陽電池中，收集由光線之輻射所產生的電子或電洞之n型電極可包括2-1電極及2-2電極。
收集電子或電洞之n型電極包括太陽電池之n型指狀電極及/或n型匯流排電極。
於此，二或更多太陽電池藉以互相串接或並接之用於太陽電池模組化的焊接層可進一步形成在包括2-1電極及2-2電極之n型電極上方。具體而言，為了使二或更多太陽電池的電極互相串接或並接，故將導電帶焊接並黏結至電極，並且可進一步形成焊接用之焊接層。
具體而言，焊接層係用以增進導電帶與電極之間的融合特性、以及在導電帶與包括2-1電極及2-2電極之n型電極之間實施焊接時的焊接材料之潤溼特性。
任何能廣泛地用於使太陽電池模組化之導電帶可用作導電帶。導電帶的非限制性例子可為鍍有例如鉛、錫、或銀之焊接材料之銅帶。任何能廣泛地用以增進與焊接材料的黏結力、以及在太陽電池模組化時的潤溼特性之焊接層可用作焊接層。可考量焊接材料而適當地選擇焊接層。
然而，前述太陽電池當然可藉由使用由熱、或光、或化學硬化之可硬化導電黏著物來模組化，而非焊接。
在根據本發明之太陽電池的製造方法中，在形成蝕刻光阻圖案之前、且形成穿孔之後，可藉由蝕刻半導體基板100來進一步實施表面結構製程以便在半導體基板100的表面中形成微凹部及微凸部。該蝕刻包括乾或濕蝕刻，並且該結構化表面包括其中排列複數倒三角錐狀微凹-凸圖案之表面。
如以上所提出般，藉由本發明之製造方法所製造之太陽電池可具有高短路電流、開路電壓、及保真度，經由單一摻雜製程從而展現優異光伏轉換效率；在形成電極時防止漏電流的產生；以及減少製程階段的 數目並減短製造時間從而達到降低成本及高生產率。
如以上所述，雖然本發明係藉由如具體元件及其類似者、實施例、以及圖式之具體內容加以說明，惟其僅供作為幫助對本發明的整體瞭解。因此，本發明不限於示範性實施例。本發明所屬領域中具有通常技術者可由此說明而實施各種修改及變化。
因此，本發明的精神不應限於上述實施例，並且欲使以下申請專利範圍與所有對於該申請專利範圍所作相同或均等修改者落於本發明之範圍及精神內。
100‧‧‧半導體基板
211‧‧‧圖案化背面射極層
221‧‧‧正面射極層
230‧‧‧穿孔射極層
400‧‧‧抗反射膜
500‧‧‧鈍化膜
510‧‧‧蝕刻鈍化膜
600‧‧‧p型電極
610‧‧‧背面區域
700‧‧‧n型電極
710‧‧‧2-1電極
711‧‧‧2-1電極
720‧‧‧2-2電極

Claims (9)

  1. 一種背接式太陽電池的製造方法，該方法包含：a)形成穿過第一導電類型之半導體基板的二相對表面之穿孔；b)將第二導電類型之雜質摻雜至該半導體基板的表面中以形成第二導電類型之層；c)在該二相對表面其中之一上形成蝕刻光阻圖案以覆蓋該穿孔的開口部；d)利用該蝕刻光阻圖案作為蝕刻遮罩來選擇性蝕刻該半導體基板之一表面，從而移除存在於其上不形成該蝕刻光阻圖案之該半導體基板的一表面上之該第二導電類型之層的一部份；以及e)部份蝕刻存在於相對該半導體基板的一表面上之該半導體基板的另一表面上之該第二導電類型之層，從而控制存在於該半導體基板的另一表面上之該第二導電類型之層中該雜質的濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項之背接式太陽電池的製造方法，更包含f)藉由在該半導體基板的一表面上形成鈍化膜、以及在該半導體基板的另一表面上形成抗反射膜而形成介電層；g)藉由在一表面上部份塗佈用於蝕刻該鈍化膜之蝕刻糊來部份移除該鈍化膜，從而露出藉由該選擇性蝕刻而移除該第二導電類型之層之該半導體基板的一區域；以及h)藉由在該半導體基板的一表面上形成與該半導體基板之該露出區域連接的第一電極、以及與經由穿透之第二導電類型之層連接的第二電極來形成電極。
  3. 如申請專利範圍第1項之背接式太陽電池的製造方法，其中表面階梯高度係形成在藉由該選擇性蝕刻移除該第二導電類型之層而露出之該半導體基板的一表面、與該蝕刻光阻圖案下方之該第二導電類型之層之間。
  4. 如申請專利範圍第1項之背接式太陽電池的製造方法，其中在該摻雜中 所形成之該第二導電類型之層具有10~40Ω/sq.的片電阻，且其中在該部份蝕刻中，在該半導體基板的另一表面上所形成之該第二導電類型之層係部份移除以具有30~150Ω/sq.的片電阻。
  5. 如申請專利範圍第1項之背接式太陽電池的製造方法，其中該部份蝕刻係藉由乾蝕刻來實施。
  6. 如申請專利範圍第5項之背接式太陽電池的製造方法，其中在該穿孔的內表面上所形成之該第二導電類型之層的厚度係藉由該部份蝕刻而加以控制。
  7. 如申請專利範圍第5項之背接式太陽電池的製造方法，其中在該穿孔的內表面上所形成之該第二導電類型之層的厚度係藉由該部份蝕刻而從該半導體基板的一表面往該半導體基板的另一表面縮減。
  8. 如申請專利範圍第5項之背接式太陽電池的製造方法，更包含：在該部份蝕刻後，利用美國無線電公司(RCA，radio corporation of America)清洗方法來執行清洗製程。
  9. 如申請專利範圍第1項之背接式太陽電池的製造方法，其中該蝕刻光阻圖案係藉由印刷製程而形成。
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