TWI575763B - 太陽能電池之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種光電轉換裝置，且特別是有關於一種太陽能電池之製造方法。
習知太陽能電池結構之一例為，於基板之一面是p型摻雜區(例如硼)，另一面為n型摻雜區(例如磷)。硼摻雜面可使用熱擴散製程而在基板形成雙面硼摻雜，再搭配不同濕蝕刻製程來移除背面及側邊的硼摻雜區域。於基板之一面形成硼摻雜面後，再進行磷摻雜。磷摻雜可利用熱擴散、離子佈植等技術製備，以在基板之相對另一面形成磷摻雜面。由於硼摻雜面與磷摻雜面的所需的表面鈍化特性不同，通常要以兩次獨立的成膜製程分別形成之，使電池的製程複雜度、成本提高。
因此，本發明之一目的就是在提供一種太陽能電池之製造方法，其利用控制於基板之相對之第一表面與第二表面內所形成之p型摻雜部與n型摻雜部的摻雜濃度、以及後續之熱處理的加熱溫度、加熱時間與氣體環境的方式，可於基板之第一表面與第二表面上同步形成具有所需厚度
之第一氧化矽層與第二氧化矽層，藉此提高太陽能電池的開路電壓(Voc)。
本發明之另一目的就是在提供一種太陽能電池之製造方法，其可僅利用一道熱處理製程，即可在基板之相對第一表面與第二表面上形成具所需厚度之第一氧化矽層與第二氧化矽層，因此可有效降低製程成本。
根據本發明之上述目的，提出一種太陽能電池之製造方法。在此太陽能電池之製造方法中，準備基板，其中此基板之材質為n型單晶矽，且具有第一表面及相對於第一表面之第二表面。形成硼摻雜之p型摻雜部於第一表面內、以及形成磷摻雜之n型摻雜部於第二表面內，其中p型摻雜部之摻雜濃度為4×1019cm-3至7×1019cm-3，n型摻雜部之摻雜濃度為1×1019cm-3至3×1019cm-3。於形成p型摻雜部之步驟與形成n型摻雜部之步驟後，對基板進行熱處理，以同步形成第一氧化矽層及第二氧化矽層，其中第一氧化矽層位於第一表面上並接觸p型摻雜部，第二氧化矽層位於第二表面上並接觸n型摻雜部。形成第一電極於第一表面上並與p型摻雜部電連接、以及形成第二電極於第二表面上並與n型摻雜部電連接。於進行前述熱處理時，加熱溫度為攝氏840度至880度，加熱時間為20分鐘至50分鐘，且基板乃置於氧體積濃度0~60%、氮體積濃度40%~100%之氣體環境中。
依據本發明之一實施例，上述之第一氧化矽層之厚度為3奈米至6奈米，第二氧化矽層之厚度為12奈米至26奈米。
依據本發明之另一實施例，上述之第一電極位於第一鈍化層上並經第一鈍化層的開孔而接觸p型摻雜部，第二電極位於第二鈍化層上並經第二鈍化層的開孔而接觸n型摻雜部。
依據本發明之又一實施例，上述太陽能電池之製造方法更包含形成第一氮化矽層於第一氧化矽層上，以及形成第二氮化矽層於第二氧化矽層上。
依據本發明之再一實施例，上述太陽能電池之製造方法更包含形成第一氧化鋁層於第一氧化矽層以及第一氮化矽層之間。
100‧‧‧太陽能電池
102‧‧‧基板
104‧‧‧第一表面
104a‧‧‧粗糙結構
106‧‧‧第二表面
106a‧‧‧粗糙結構
108‧‧‧p型摻雜部
110‧‧‧n型摻雜部
112‧‧‧第一鈍化層
114‧‧‧第二鈍化層
116‧‧‧第一電極
118‧‧‧第二電極
120‧‧‧第一氧化矽層
122‧‧‧第一氧化鋁層
124‧‧‧第一氮化矽層
126‧‧‧第二氧化矽層
128‧‧‧第二氮化矽層
200‧‧‧基板
202‧‧‧第一表面
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204‧‧‧第二表面
204a‧‧‧粗糙結構
206‧‧‧p型摻雜部
208‧‧‧n型摻雜部
210‧‧‧第一氧化矽層
212‧‧‧第二氧化矽層
214‧‧‧第一氧化鋁層
216‧‧‧第一氮化矽層
218‧‧‧第二氮化矽層
220‧‧‧第一鈍化層
222‧‧‧第二鈍化層
224‧‧‧第一電極
226‧‧‧第二電極
228‧‧‧太陽能電池
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之剖面示意圖；以及〔圖2A〕至〔圖2E〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之製程剖面圖。
由於雙面氧化層的結構與參數會影響太陽能電池之效能表現，因此本發明在此提出一種太陽能電池之製造
方法，其可有效控制太陽能電池之雙面氧化層的厚度，進而可提高太陽能電池的開路電壓，達到提升太陽能電池之效能的功效。
請參照圖1，係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之剖面示意圖。在此實施方式中，太陽能電池100可為雙面太陽能電池。舉例而言，太陽能電池100主要可包含基板102、p型摻雜部108、n型摻雜部110、第一鈍化層112、第二鈍化層114、第一電極116與第二電極118。基板102可為平板狀結構，且具有第一表面104以及相對於第一表面104之第二表面106。在一些例子中，基板102之材質可為n型單晶矽。此外，基板102之第一表面104上具有許多粗糙結構104a、以及第二表面106上具有許多粗糙結構106a，以增加基板102之光入射率。這些粗糙結構104a與106a可例如為金字塔型結構。
p型摻雜部108形成在基板102之第一表面104內。在一些例子中，p型摻雜部108為一硼摻雜部。舉例而言，p型摻雜部108之摻雜濃度為4×1019cm-3至7×1019cm-3。另一方面，n型摻雜部110形成在基板102之第二表面106內。在一些例子中，n型摻雜部110為一磷摻雜部。此外，n型摻雜部110之摻雜濃度可例如為1×1019cm-3至3×1019cm-3。在此敘明的是，半導體基板的摻雜濃度可能會依距離基板表面的深度而有變化，但本專利說明書中所指的摻雜部濃度係指在鄰接表面之基板區域之濃度，而上述
p型摻雜部108與n型摻雜部110之摻雜濃度的例子分別為鄰近基板102之第一表面104與第二表面106的摻雜濃度。
請再次參照圖1，第一鈍化層112設於基板102之第一表面104上，並與p型摻雜部108接觸。在一些例子中，第一鈍化層112可僅包含第一氧化矽層120，且第一氧化矽層120位於基板102之第一表面104上，並與第一表面104內之p型摻雜部108接觸。舉例而言，第一氧化矽層120之厚度例如為3奈米至6奈米。在另一些例子中，第一鈍化層112更可包含第一氮化矽層124，其中第一氮化矽層124設於第一氧化矽層120上，即第一氧化矽層120介於第一氮化矽層124與基板102之第一表面104之間。在又一些例子中，第一鈍化層112可進一步包含第一氧化鋁層122，其中第一氧化鋁層122位於第一氧化矽層120上，且第一氧化鋁層122介於第一氧化矽層120與第一氮化矽層124之間。藉由調整第一鈍化層112內的配置，例如單層結構或多層結構的配置，第一鈍化層112可具有符合產品所需之鈍化效果。
第二鈍化層114設於基板102之第二表面106上，並與n型摻雜部110接觸。在一些例子中，第二鈍化層114可僅包含第二氧化矽層126，且第二氧化矽層126位於基板102之第二表面106上，並與第二表面106內之n型摻雜部110接觸。舉例而言，第二氧化矽層126之厚度例如為12奈米至26奈米。在另一些例子中，第二鈍化層114更可包含第二氮化矽層128，其中第二氮化矽層128設於第二氧化矽層126上，即第二氧化矽層126介於第二氮化矽層128與基
板102之第二表面106之間。藉由調整第二鈍化層114內的配置，例如單層結構或多層結構的配置，第二鈍化層114可具有符合產品所需之鈍化效果。
在本實施方式中，藉由控制基板102之第一表面104內的第一氧化矽層120與第二表面106內的第二氧化矽層126的厚度、以及兩厚度之間的比例，可有效控制並提升太陽能電池100之開路電壓。請參照下表一，其列示出第一氧化矽層120對第二氧化矽層126之數個厚度比例與對應之最高開路電壓。
由上表一可知，當第一氧化矽層120對第二氧化矽層126之比例小於3/26時，太陽能電池100之最高開路電壓即下降到小於646mV。而開路電壓大於646mV時，太陽能電池100之電性表現較佳。因此，將第一氧化矽層120之厚度控制在3奈米至6奈米，以及將第二氧化矽層126之厚度控制在12奈米至26奈米，可使太陽能電池100具有所需之開路電壓。
請再次參照圖1，第一電極116設於基板102之第一表面104上，並與第一表面104內之p型摻雜部108電連
接。在第一鈍化層112僅包含第一氧化矽層120的例子中，第一電極116位於第一氧化矽層120上，且穿過第一氧化矽層120而與p型摻雜部108接觸。在第一鈍化層112包含多層結構的例子中，例如第一鈍化層112包含第一氧化矽層120、第一氧化鋁層122與第一氮化矽層124，第一電極116位於第一氮化矽層124上，且依序穿過第一氮化矽層124、第一氧化鋁層122與第一氧化矽層120而與p型摻雜部108接觸。
另一方面，第二電極118設於基板102之第二表面106上，並與第二表面106內之n型摻雜部110電連接。在第二鈍化層114僅包含第二氧化矽層126的例子中，第二電極118位於第二氧化矽層126上，且穿過第二氧化矽層126而與n型摻雜部110接觸。在第二鈍化層114包含多層結構的例子中，例如第二鈍化層114包含第二氧化矽層126與第二氮化矽層128，第二電極118位於第二氮化矽層124上，且依序穿過第二氮化矽層128與第二氧化矽層126而與n型摻雜部110接觸。
補充說明的是，第一電極116可為有部分位於第一鈍化層112之上而有另一部分穿過第一鈍化層112而和p型摻雜部108接觸，或者，第一電極116亦可全部穿過第一鈍化層112而和p型摻雜部108接觸。
類似的，第二電極118可為有部分位於第二鈍化層114之上而有另一部分穿過第二鈍化層114而和n型摻
雜部110接觸，或者，第二電極118亦可全部穿過第二鈍化層114而和n型摻雜部110接觸。
請參照圖2A至圖2E，係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之製程剖面圖。本實施方式之太陽能電池的製造方法不僅可應用在如上述實施方式之雙面太陽能電池的製作，亦可應用在單面太陽能電池的製作上。就雙面太陽能電池而言，兩個表面上的電極通常為魚骨形而各自只占據表面之一部分，以單面太陽能電池而言，非受光面上的電極則通常為整面式且具有反射功能。以下之說明係以雙面太陽能電池的製作為示範例子。
如圖2A所示，先準備基板200，此基板200可具有平板狀結構。基板200具有第一表面202以及相對於該第一表面202之第二表面204。舉例而言，基板200之材質可為n型單晶矽。在一些示範例子中，可選擇性地對基板200之第一表面202與第二表面204進行粗化處理，藉以在基板200之第一表面202上形成許多粗糙結構202a、以及在第二表面204上形成許多粗糙結構204a。這些粗糙結構202a與204a可例如為金字塔型結構。
接著，如圖2A所示，可利用例如熱擴散製程或離子佈植製程來分別形成p型摻雜部206於基板200之第一表面202內、以及n型摻雜部208於第二表面204內。在一些例子中，可先形成p型摻雜部206，再形成n型摻雜部208。舉例而言，可利用例如熱擴散製程對基板200進行硼摻雜，而使基板200之第一表面202與第二表面204、以及連接第
一表面202與第二表面204之基板200的側面均有硼摻雜區，再利用濕蝕刻製程來移除基板200之第二表面204與側面的硼摻雜區，而完成於基板200之第一表面202內之硼摻雜之p型摻雜部206的製作。在一些特定例子中，p型摻雜部206亦可採用離子佈植製程來製作。舉例而言，p型摻雜部206之摻雜濃度可為4×1019cm-3至7×1019cm-3，其中此摻雜濃度可為p型摻雜部108鄰近基板200之第一表面202的摻質濃度。
接下來，可利用例如熱擴散製程或離子佈植製程對基板200之第二表面204進行磷摻雜，而在基板200之第二表面204內形成磷摻雜之n型摻雜部208。舉例而言，n型摻雜部208之摻雜濃度可例如為1×1019cm-3至3×1019cm-3，其中此摻雜濃度可為n型摻雜部208鄰近基板200之第二表面204的摻質濃度。
形成p型摻雜部206與n型摻雜部208後，對基板200進行熱處理，以同步在基板200之第一表面202上形成第一氧化矽層210、及在第二表面204上形成第二氧化矽層212。如圖2B所示，第一氧化矽層210位於基板200之第一表面202上並接觸第一表面202內的p型摻雜部206，第二氧化矽層212位於第二表面204上並接觸第二表面204內的n型摻雜部208。舉例而言，第一氧化矽層210之厚度可為3奈米至6奈米，第二氧化矽層212之厚度可為12奈米至26奈米。在一些例子中，進行熱處理時，加熱溫度可控制為攝氏840度至880度，加熱時間可控制為20分鐘至50分鐘，且基
板200係置於氧體積濃度0~60%以及氮體積濃度40%~100%之氣體環境中。值得注意的是，在氧體積濃度為0%的氣體環境的例子中，由於進行熱處理前，基板200之第一表面202與第二表面204具有原生氧化層，因此在熱處理期間仍可分別在基板200之第一表面202與第二表面204形成第一氧化矽層210與第二氧化矽層212。
在本實施方式中，透過控制於基板200之第一表面202與第二表面204內所分別形成之p型摻雜部206與n型摻雜部208的摻雜濃度，以及控制後續之熱處理的加熱溫度、加熱時間與氣體環境的方式，可於基板200之第一表面202與第二表面204上同步形成具有所需厚度之第一氧化矽層210與第二氧化矽層212。藉此方式，可有效控制第一氧化矽層210與第二氧化矽層212之間的厚度比例，進而可有效控太陽能電池的開路電壓，達到提高太陽能電池之開路電壓的效果。而且，本實施方式僅需利用一道熱處理製程即可順利形成具所需厚度的第一氧化矽層210與第二氧化矽層212，因此可降低製程成本。
在一些例子中，如圖2C所示，選擇性地，可利用沉積製程於第一氧化矽層210上形成第一氧化鋁層214。在這樣的例子中，第一氧化矽層210位於第一氧化鋁層214與基板200之第一表面202之間，且第一氧化矽層210與第一氧化鋁層214共同構成基板200之第一表面202的鈍化結構。此沉積製程可例如為化學氣相沉積(CVD)製程、物理氣相沉積(PVD)製程或蒸鍍沉積製程。
在另一些例子中，如圖2D所示，選擇性地，可利用化學氣相沉積或物理氣相沉積等沉積製程，分別於第一氧化矽層210上方之第一氧化鋁層214上形成第一氮化矽層216、以及在第二氧化矽層212上形成第二氮化矽層218。在這樣的例子中，第一氧化鋁層214位於第一氧化矽層210與第一氮化矽層216之間，且第一氧化矽層210、第一氧化鋁層214與第一氮化矽層216共同構成基板200之第一表面202上的第一鈍化層220。此外，第二氧化矽層212介於第二氮化矽層218與基板200之第二表面204之間，且第二氧化矽層212與第二氮化矽層218共同構成基板200之第二表面204上的第二鈍化層222。
接著，如圖2E所示，形成第一電極224於基板200之第一表面202上並與第一表面202內的p型摻雜部206電連接，並形成第二電極226於基板200之第二表面204上並與第二表面204內的n型摻雜部208電連接，而完成太陽能電池228的製作。在一些示範例子中，可利用網印製程與熱製程來形成第一電極224與第二電極226。在第一鈍化層220僅包含第一氧化矽層210的例子中，第一電極224位於第一氧化矽層210上，且在熱製程期間穿過第一氧化矽層210而與p型摻雜部206接觸。在第一鈍化層220包含多層結構的例子中，例如第一鈍化層220包含第一氧化矽層210、第一氧化鋁層214與第一氮化矽層216，第一電極224位於第一氮化矽層216上，且在熱製程期間依序穿過第一氮化矽
層216、第一氧化鋁層214與第一氧化矽層210而與p型摻雜部206接觸。
另一方面，請再次參照圖2E，在第二鈍化層222僅包含第二氧化矽層212的例子中，第二電極226位於第二氧化矽層218上，且在熱製程期間穿過第二氧化矽層218而與n型摻雜部208接觸。在第二鈍化層222包含多層結構的例子中，例如第二鈍化層222包含第二氧化矽層212與第二氮化矽層218，第二電極226位於第二氮化矽層218上，且在熱製程期間依序穿過第二氮化矽層218與第二氧化矽層212而與n型摻雜部208接觸。
由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之太陽能電池之製造方法利用控制於基板之相對之第一表面與第二表面內所形成之p型摻雜部與n型摻雜部的摻雜濃度、以及後續之熱處理的加熱溫度、加熱時間與氣體環境的方式，可於基板之第一表面與第二表面上同步形成具有所需厚度之第一氧化矽層與第二氧化矽層，藉此可提高太陽能電池的開路電壓。
由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之太陽能電池之製造方法可僅利用一道熱處理製程，即可在基板之相對第一表面與第二表面上形成具所需厚度之第一氧化矽層與第二氧化矽層，因此可有效降低製程成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此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。
100‧‧‧太陽能電池
102‧‧‧基板
104‧‧‧第一表面
104a‧‧‧粗糙結構
106‧‧‧第二表面
106a‧‧‧粗糙結構
108‧‧‧p型摻雜部
110‧‧‧n型摻雜部
112‧‧‧第一鈍化層
114‧‧‧第二鈍化層
116‧‧‧第一電極
118‧‧‧第二電極
120‧‧‧第一氧化矽層
122‧‧‧第一氧化鋁層
124‧‧‧第一氮化矽層
126‧‧‧第二氧化矽層
128‧‧‧第二氮化矽層
Claims (5)
- 一種太陽能電池之製造方法，包含：準備一基板，其中該基板之材質為n型單晶矽，且具有一第一表面及相對於該第一表面之一第二表面；形成硼摻雜之一p型摻雜部於該第一表面內、以及形成磷摻雜之一n型摻雜部於該第二表面內，其中該p型摻雜部之摻雜濃度為4×1019cm-3至7×1019cm-3，該n型摻雜部之摻雜濃度為1×1019cm-3至3×1019cm-3；於形成該p型摻雜部之步驟與形成該n型摻雜部之步驟後，對該基板進行一熱處理，以同步形成一第一氧化矽層及一第二氧化矽層，其中該第一氧化矽層位於該第一表面上並接觸該p型摻雜部，該第二氧化矽層位於該第二表面上並接觸該n型摻雜部；以及形成一第一電極於該第一表面上並與該p型摻雜部電連接、以及形成一第二電極於該第二表面上並與該n型摻雜部電連接，其中，於進行該熱處理時，加熱溫度為攝氏840度至880度，加熱時間為20分鐘至50分鐘，且該基板乃置於氧體積濃度0~60%、氮體積濃度40%~100%之氣體環境中。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池之製造方法，其中該第一氧化矽層之厚度為3奈米至6奈米，該第二氧化矽層之厚度為12奈米至26奈米。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池之製造方法，其中該第一電極有部分穿過該第一氧化矽層而和 該p型掺雜部接觸，或者，該第二電極有部分穿過該第二氧化矽層而和該n型掺雜部接觸。
- 如申請專利範圍第1項之太陽能電池之製造方法，更包含形成一第一氮化矽層於該第一氧化矽層上，以及形成一第二氮化矽層於該第二氧化矽層上。
- 如申請專利範圍第4項之太陽能電池之製造方法，更包含形成一第一氧化鋁層於該第一氧化矽層以及該第一氮化矽層之間。
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Citations (4)
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| CN102315310A (zh) * | 2010-06-30 | 2012-01-11 | 比亚迪股份有限公司 | 一种太阳能电池片制备中的扩散工艺 |
| US20130312813A1 (en) * | 2012-05-22 | 2013-11-28 | Neo Solar Power Corp. | Solar cell and module thereof |
| CN204303826U (zh) * | 2014-11-19 | 2015-04-29 | 上海神舟新能源发展有限公司 | 一种高效n型双面太阳电池 |
| TW201533922A (zh) * | 2014-02-17 | 2015-09-01 | Motech Ind Inc | 背接觸太陽能電池、其製造方法，及太陽能電池模組 |
-
2015
- 2015-12-01 TW TW104140188A patent/TWI575763B/zh not_active IP Right Cessation
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| CN204303826U (zh) * | 2014-11-19 | 2015-04-29 | 上海神舟新能源发展有限公司 | 一种高效n型双面太阳电池 |
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