TWI581447B - 異質接面太陽能電池結構及其製作方法 - Google Patents

異質接面太陽能電池結構及其製作方法 Download PDF

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異質接面太陽能電池結構及其製作方法
本發明係有關於一種太陽能電池技術領域，特別是有關一種具有圖形化差異阻值透明導電氧化(Selective TCO)薄膜的異質接面結構(HIT)太陽能電池結構及其製作方法。
太陽能電池(solar cell)是以p-型及n-型半導體材料接合構成正、負極的光電元件，當太陽能電池經陽光照射後會吸收太陽光能而產生電子及電洞，正電荷(電洞)與負電荷(電子)會分別往正(p-型)、負極(n-型)方向移動，產生直流電流。這種光電元件能把光能轉換成電能，因此亦被稱為光伏電池 (photovoltaic，簡稱PV)。
近年，業界提出一種異質接面結構(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer，簡稱HIT)太陽能電池，以非晶矽薄膜來降低載子表面再結合速率，進一步提升太陽能電池的光電轉換效率。
目前，HIT太陽能電池的製造方法係先以化學蝕刻製程進行晶圓表面清潔與粗糙化處理，然後進行化學氣相沉積製程，分別於晶圓正、背面上形成p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜、本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜與本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜、n型氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜，形成P-I-N-I-N異質接面結構。
然後，利用物理氣相沉積製程，於晶圓正、背面上形成透明導電氧化(Transparent Conductive Oxide，簡稱TCO)薄膜。然後，利用網印技術於電池正、背面以金屬漿料網印出電極圖案，再進行高溫燒結，形成電極。最後，進行邊緣絕緣。
然而，傳統HIT太陽能電池的TCO薄膜為單一阻值(Homogeneous TCO)，因此接觸電組較高。
本發明的主要目的在提供一種改良的HIT太陽能電池結構，以解決先前技藝的不足與缺點。
根據本發明一實施例，提供一種異質接面太陽能電池結構，包含有：一第一導電型摻雜半導體基板；一第一本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板的一正面上；一第二導電型氫化非晶矽膜，設於該第一本質氫化非晶矽膜上；一第一透明導電氧化薄膜，設於該第二導電型氫化非晶矽膜上；一第一圖形化低阻值區域，設於該第一透明導電氧化薄膜中；以及一正面電極圖案，設置在該第一圖形化低阻值區域上。
所述的異質接面太陽能電池結構，另包含：一第二本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板的一背面上；一第一導電型氫化非晶矽膜，設於該第二本質氫化非晶矽膜上；一第二透明導電氧化薄膜，設於該第一導電型氫化非晶矽膜上；一第二圖形化低阻值區域，設於該第二透明導電氧化薄膜中；以及一背面電極圖案，設置在該第二圖形化低阻值區域上。
其中，該第一圖形化低阻值區域的阻值較該第一透明導電氧化薄膜的阻值低，該第二圖形化低阻值區域的阻值較該第二透明導電氧化薄膜的阻值低。
根據本發明另一實施例，提供一種異質接面太陽能電池結構的製作方法，包含有：提供一第一導電型摻雜半導體基板；於該第一導電型摻雜半導體基板的一正面上沉積一第一本質氫化非晶矽膜；於該第一本質氫化非晶矽膜上沉積一第二導電型氫化非晶矽膜；於該第二導電型氫化非晶矽膜上沉積一第一透明導電氧化薄膜；於該第一透明導電氧化薄膜中形成一第一圖形化低阻值區域；以及於該第一圖形化低阻值區域上形成一正面電極圖案。
所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，另包含：於該第一導電型摻雜半導體基板的一背面上沉積一第二本質氫化非晶矽膜；於該第二本質氫化非晶矽膜上沉積一第一導電型氫化非晶矽膜；於該第一導電型氫化非晶矽膜上沉積一第二透明導電氧化薄膜；於該第二透明導電氧化薄膜中形成一第二圖形化低阻值區域；以及於該第二圖形化低阻值區域上形成一背面電極圖案。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
請參閱第1圖至第4圖，其繪示出本發明異質接面太陽能電池的製作方法示意圖。
本發明異質接面太陽能電池可以是雙面受光太陽能電池或者是單面受光太陽能電池。
如第1圖所示，首先提供一半導體基板11，具有一第一導電型摻雜，例如，n型摻雜結晶矽基板、鎵摻雜(Ga-doped)晶圓或結晶矽晶圓，其厚度例如約60-200微米左右，但不限於此。半導體基板11的正面S1上，可以先以表面粗糙化製程，形成有金字塔形結構，但不限於此。以雙面受光太陽能電池為例，在半導體基板11的正面S1及背面S2上，皆形成有金字塔形結構。通常，在形成金字塔形結構之前(或之後)，會另進行晶圓表面清潔製程，以去除污染物。
在完成表面粗糙化製程後，繼續進行化學氣相沉積(CVD)製程，於半導體基板11的正面S1上沉積本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜21、第二導電型(p型)氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜(以下稱p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜)22，同時於半導體基板11的背面S2上沉積本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜31、第一導電型(n型)氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜(以下稱n型氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜)32。
需理解的是，在上述實施例中，第一導電型為p型，該第二導電型為n型，故構成PININ異質接面結構。但在其它實施例中，第一導電型可以為n型，該第二導電型可以為p型，如此構成NIPIP異質接面結構。
上述薄膜可利用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)法形成，其中CVD溫度範圍可介於20至200℃，其中，例如藉由在沉積過程中添加硼，可以提供p型摻雜，形成p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜22，藉由在沉積過程中添加磷，可以提供n型摻雜，形成n型氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜32。上述薄膜沉積方法為周知技術，故細節不再贅述。
如第2圖所示，然後，利用物理氣相沉積(PVD)製程，於晶圓正面S1及背面S2上形成透明導電氧化(TCO)薄膜23及TCO薄膜33，例如，氧化銦錫(indium tin oxide, ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide, IGZO)、摻雜鍺氧化鋅(gallium doped zinc oxide, GZO)、氧化錫(SnO x)或氧化鋅(ZnO x)，但不限於此。
根據本發明實施例，TCO薄膜23及TCO薄膜33可以是單層或多層材料結構。
如第3圖所示，接著於TCO薄膜23及TCO薄膜33中分別形成圖形化低阻值區域23a及圖形化低阻值區域33a，其中，圖形化低阻值區域23a及圖形化低阻值區域33a的阻值較其周圍的TCO薄膜23及TCO薄膜33的阻值低。
根據本發明實施例，圖形化低阻值區域23a及圖形化低阻值區域33a可以是形成在預定形成接觸電極的位置，但不限於此。
根據本發明實施例，電極下方可以全部或部分為圖形化低阻值區域。舉例來說，可以是指狀電極下方為圖形化低阻值區域，而匯流排電極下方為TCO薄膜（匯流排電極下方沒有該圖形化低阻值區域），但不限於此。或者，在另一實施例中，可以是指狀電極下方及匯流排電極下方皆為圖形化低阻值區域，但不限於此。
根據本發明實施例，圖形化低阻值區域23a及圖形化低阻值區域33a可以利用雷射製程形成，但不限於此。
根據本發明實施例，例如，可以使用波長為532nm，功率為10W~40W之雷射，於TCO薄膜中形成圖形化低阻值區域，但不限於此。
如第4圖所示，接著利用網印製程，於半導體基板11的正面S1的圖形化低阻值區域23a及TCO薄膜23上網印金屬漿料，形成電極圖案25，並且於半導體基板11的背面S2的圖形化低阻值區域33a及TCO薄膜33上網印金屬漿料，形成電極圖案35，其中，電極圖案25及電極圖案35可以包括匯流排電極或指狀電極(在此圖中的剖面僅顯示出匯流排電極)。之後，進行邊緣絕緣製程。
傳統HIT太陽能電池的TCO薄膜為單一阻值(Homogeneous TCO)，因此接觸電組較高，故申請人提出一種改良的HIT太陽能電池結構及製作方法，能在TCO薄膜中形成圖形化低阻值區域，構成圖形化差異阻值TCO薄膜，使得電池的接觸電阻降低，進而提升電池效率。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
11‧‧‧半導體基板
21‧‧‧本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜
22‧‧‧第二導電型(p型)氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜
23‧‧‧TCO薄膜
23a‧‧‧圖形化低阻值區域
25‧‧‧電極圖案
31‧‧‧本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜
32‧‧‧第一導電型(n型)氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜
33‧‧‧TCO薄膜
33a‧‧‧圖形化低阻值區域
35‧‧‧電極圖案
S1‧‧‧正面(受光面)
S2‧‧‧背面
第1圖至第4圖繪示出本創作異質接面太陽能電池的製作方法示意圖。
11‧‧‧半導體基板
21‧‧‧本質氫化非晶矽(i-a-Si：H)膜
22‧‧‧第二導電型(p型)氫化非晶矽(p-a-Si：H)膜
23‧‧‧TCO薄膜
23a‧‧‧圖形化低阻值區域
25‧‧‧電極圖案
31‧‧‧本質氫化非晶矽(i-a-Si：H)膜
32‧‧‧第一導電型(n型)氫化非晶矽(n-a-Si：H)膜
33‧‧‧TCO薄膜
33a‧‧‧圖形化低阻值區域
35‧‧‧電極圖案
S1‧‧‧正面(受光面)
S2‧‧‧背面

Claims (18)

  1. 一種異質接面太陽能電池結構，包含有：一第一導電型摻雜半導體基板；一第一本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板的一正面上；一第二導電型氫化非晶矽膜，設於該第一本質氫化非晶矽膜上；一第一透明導電氧化薄膜，設於該第二導電型氫化非晶矽膜上；一第一圖形化低阻值區域，設於該第一透明導電氧化薄膜中，其中該第一圖形化低阻值區域係由雷射處理該第一透明導電氧化薄膜而得，且該第一圖形化低阻值區域的電阻值較該第一透明導電氧化薄膜的電阻值低；以及一正面電極圖案，設置在該第一圖形化低阻值區域上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該正面電極圖案包含至少一匯流排電極以及至少一指狀電極。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第一圖形化低阻值區域僅設於該至少一指狀電極下方。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第一圖形化低阻值區域僅設於該至少一匯流排電極下方及該至少一指狀電極下方。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第一透明導電氧化薄膜包含氧化銦錫、氧化鋁鋅、氧化銦鎵鋅、摻雜鍺氧化鋅、氧化錫或氧化鋅。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第一導電型為n型，該第二導電型為p型。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中另包含：一第二本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板的一背面上；一第一導電型氫化非晶矽膜，設於該第二本質氫化非晶矽膜上；一第二透明導電氧化薄膜，設於該第一導電型氫化非晶矽膜上；一第二圖形化低阻值區域，設於該第二透明導電氧化薄膜中，其中該第二圖形化低阻值區域的電阻值較該第二透明導電氧化薄膜的電阻值低；以及一背面電極圖案，設置在該第二圖形化低阻值區域上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第一導電型為n型，該第二導電型為p型。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第一導電型為p型，該第二導電型為n型。
  10. 一種異質接面太陽能電池結構的製作方法，包含有：提供一第一導電型摻雜半導體基板；於該第一導電型摻雜半導體基板的一正面上沉積一第一本質氫化非晶矽膜；於該第一本質氫化非晶矽膜上沉積一第二導電型氫化非晶矽膜；於該第二導電型氫化非晶矽膜上沉積一第一透明導電氧化薄膜；施行一雷射製程，以於該第一透明導電氧化薄膜中形成一第一圖形化低阻值 區域，其中該第一圖形化低阻值區域的電阻值較該第一透明導電氧化薄膜的電阻值低；以及於該第一圖形化低阻值區域上形成一正面電極圖案。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，其中該正面電極圖案包含至少一匯流排電極以及至少一指狀電極。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，其中該第一圖形化低阻值區域僅設於該至少一指狀電極下方。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，其中該第一圖形化低阻值區域僅設於該至少一匯流排電極下方及該至少一指狀電極下方。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，其中該第一透明導電氧化薄膜包含氧化銦錫、氧化鋁鋅、氧化銦鎵鋅、摻雜鍺氧化鋅、氧化錫或氧化鋅。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，其中該第一導電型為n型，該第二導電型為p型。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，其中該第一導電型為p型，該第二導電型為n型。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，其中該第一圖形化低阻值區域係利用雷射製程形成。
  18. 如申請專利範圍第10項所述的異質接面太陽能電池結構的製作方法，其中另包含：於該第一導電型摻雜半導體基板的一背面上沉積一第二本質氫化非晶矽膜；於該第二本質氫化非晶矽膜上沉積一第一導電型氫化非晶矽膜；於該第一導電型氫化非晶矽膜上沉積一第二透明導電氧化薄膜；施行一雷射製程，以於該第二透明導電氧化薄膜中形成一第二圖形化低阻值區域，其中該第二圖形化低阻值區域的電阻值較該第二透明導電氧化薄膜的電阻值低；以及於該第二圖形化低阻值區域上形成一背面電極圖案。
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TW201622169A (zh) * 2014-10-06 2016-06-16 Kaneka Corp 太陽能電池及太陽能電池模組、以及太陽能電池及太陽能電池模組之製造方法

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Hitoshi Sakata,"20.7% HIGHEST EFFICIENCY LARGE AREA (100.5cm2) HIT CELL", Twenty-Eighth IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2000, Pages 7~12. *

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