TWI596795B - 用以抑制太陽能電池的光致衰減的方法、在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法及製造太陽能電池的製程 - Google Patents
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Description
本發明是關於製造太陽能電池，尤其是一種在製造製程用以減少光致衰減的方法。
目前，太陽能是一種日漸增長的能源，以促進全球綠色能源。然而，始終存在著低光電轉換效率的問題。特別是在長期的日照下，太陽能電池的效率會隨著時間而衰減；這種現象被稱之為“光致衰減(light-induced-degradation,LID)”現象。
一般用於改善光致衰減現象的方法包含藉由提升矽質量以減少單晶與多晶晶片於晶體生長過程所產生的間隙態氧原子。於矽生長時改變摻雜濃度及/或施加外部磁場也有所幫助。另一種方法是減少硼原子摻雜劑，例如，使用鎵或銦取代硼作為摻雜劑。又一方法是採用磷摻雜的N型晶片取代硼摻雜的P型晶片來製作太陽能電池。這些方法可以改善光致衰減現象，但也顯著地提高太陽能電池的製造成本。
中國專利公開號CN102839415揭露一種於晶片矽生長步驟施加外部磁場或選擇性使用鎵取代硼作為晶片摻雜劑以解決光致衰減現象的
方法。中國專利公開號CN102437232揭露鎵摻雜劑及替代地磷摻雜劑以減少光致衰減現象。
因此，需要提供一種方案以解決上述問題。
本發明提供一種用以調制光致衰減現象的最佳化製程參數的方法，透過照射與加熱太陽能電池，使得光致衰減現象可以被抑制低於一預定的光致衰減。本方法包含步驟：(a)以一輻照度照射太陽能電池；(b)保持太陽能電池於一溫度範圍；(c)經過一時間後，將太陽能電池遠離步驟(a)的輻照度；以及(d)測定輻照度、溫度範圍與時間，使得光致衰減最佳地低於一預定的光致衰減。
110‧‧‧光源
120‧‧‧光譜儀
190‧‧‧太陽能電池
圖1是繪示輻照度是藉由放置在光源正下方的光譜儀而測定。
圖2是繪示藉由光譜儀測定的輻照度光譜。
圖3是繪示藉由熱電偶測定的溫度曲線。
圖4是繪示LID budget、輻照度、溫度與時間參數的圖表。
圖5是繪示本發明在製造太陽能電池用以減少光致衰減的方法的流程圖。
圖6是繪示根據本發明製造太陽能電池的製程的流程圖。
典型的矽太陽能電池是使用硼和磷摻雜劑來摻雜。然而，硼摻雜劑會與氧結合以產生硼-氧鍵結複合物。這些複合物是由硼摻雜的間隙態電洞陷獲環境氧電子以形成複合中心，進而降低了少數載子壽命與其擴
散長度。因此，太陽能電池的效率降低且由太陽能電池構成的太陽能模組的整體輸出功率也減小。這種現象被稱為光致衰減(LID)。特別在典型的硼摻雜太陽能電池上，這種光致衰減約3~10%，使太陽能電池的效率有著顯著的衰減。
目前光致衰減在3%以下是可以被接受的，但隨著新技術提升太陽能電池的轉換效率，若光致衰減沒有隨之下降，其相對的效應會更顯著。
本發明提供一種在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，透過照射與加熱太陽能電池一段時間，使得硼氧鍵結複合物可以被減少且太陽能電池的效率可以被提升，以改善光致衰減現象。
請參閱圖1，光源110通常可以是發光二極體(light-emitting diode,LED)、高強度放電燈(high-intensity discharge lamp,HID)或鹵素燈(halogen lamp)，用以照射與加熱太陽能電池。一般而言，光源的輻照度至少等於AM 1.5G=1kW/m2定義的“one sun”的太陽光。輻照度可以由放置在太陽能電池190上且光源110正下方的光譜儀120來測定，因此得到如圖2所示的輻照度光譜。當照射光的波長是位於400~1100nm(可見光與近紅外光)區間，該光線可有效地被太陽能電池190吸收，因此，於波長400~1100nm預定區間的輻照度至少為“one sun”。此外，輻照度可以由兩個或兩個以上的光源來產生，且其輻照度為該些光源的平均輻照度。
請再參閱圖1，太陽能電池190可藉由光源110加熱，且溫度可以由設置在太陽能電池上的熱電偶來測定。藉由熱電偶獲得的溫度如圖3所示的溫度曲線。根據本發明的實驗經驗，太陽能電池190的溫度保持在200~300℃。可顯著地減少光致衰減現象。
再者，從本發明實驗經驗得知，當輻照度大於1kW/m2且不超過8kW/m2、溫度介於200~300℃以及時間介於10~600秒。其實驗結果的輻照度、溫度與時間等參數可在製造太陽能電池時使該光致衰減落在一最佳值內。
本發明提供一種用以調制光致衰減現象的最佳化製程參數的方法，透過照射與加熱太陽能電池，使得光致衰減現象可以被抑制低於一預定的光致衰減。在本發明的一實施例中，本發明方法包含步驟：(a)以一輻照度照射太陽能電池；(b)保持太陽能電池於一溫度範圍；(c)經過一時間後，將太陽能電池遠離步驟(a)的輻照度；以及(d)測定輻照度、溫度範圍與時間，使得光致衰減最佳地低於一預定的光致衰減。不斷重複本方法，可獲得多組製程參數，使得光致衰減低於一最佳的光致衰減值，與工業標準一致。
在本發明的另一實施例中，在波長400~1100nm區間的輻照度大於1kW/m2且不超過8kW/m2、溫度介於200~300℃以及時間介於10~600秒，且預定的光致衰減為1.5%(相對百分比)。
經由本發明的實驗經驗得知，基於上述的參數可以導出一公式，即一“LID budget”公式表示如下：
本公式先對輻照度的波長函數積分再對溫度的時間函數積分，且時間為一不定積分，其中該時間為本發明經由實驗經驗得知的製程時間。
在本發明的一實施例中，積分輻照度I(λ)的波長介於400~1100nm，其中此波長範圍的光可以被矽基板有效地吸收以促進電場產
生電流所需的電子電洞對。根據本發明的實驗經驗，積分波長400~1100nm範圍所得的輻照度是大於1kW/m2且不超過8kW/m2。
積分時間限制t1為偵測太陽能電池的溫度藉由輻照度或其他加熱源(例如：電阻加熱器)升溫超過200℃門檻。時間t為一變動限制，經由實驗經驗在不同預設的照射功率下的輻照度來偵測光致衰減達到一預設的光致衰減(例如：理想的1.5%)，因此減少光致衰減現象，並使溫度冷卻至200℃以下，而t值因此被測定作為製程時間。此外，為了量產，該時間介於10-600秒最有效益。因此，基於本發明的實驗經驗所得的參數與LID budget揭露的方法產生如圖4的圖表。
請參閱圖4，x軸為LID budget。左側y軸為照光加熱製程前後的效率差。右側y軸為光致衰減(稱為“光致衰減測試”)，是一種用以快速模擬實際光致衰減現象的工業標準方法。“光致衰減測試”包含將太陽能電池放置在one sun輻照度與50±10℃的模擬下60小時。根據圖4，LID budget介於4.0x103與3.5x104kW℃ sec/m2時，光致衰減會低於1.5%且效率差低於0.1%。為了獲取最佳效率，LID budget縮小至7.0x103與3.5x104kW℃ sec/m2時，使得效率差會低於0.05%，而光致衰減仍可抑制低於1.5%。
請參閱圖5，本發明提供一種運用三個參數的方法，包含輻照度、溫度與時間，且藉由任意兩個參數，可以藉由上述LID budget的定義計算另一參數。在本發明另一實施例中，本方法包含步驟：(a)設置三個參數，包含輻照度、溫度與時間；(b)決定該些參數中的任意二個參數；(c)藉由LID budget的定義計算另一參數的範圍；(d)以該輻照度照射太陽能電池；(e)保持太陽能電池於該溫度；以及(f)經過該時間後，將太陽能電池遠離步驟(d)的輻照度。
在本發明另一實施例中，太陽能電池的溫度是藉由步驟(d)的輻照來維持，太陽能電池的溫度是藉由一額外的加熱裝置來維持，太陽能電池的溫度於步驟(f)後降到室溫，輻照度是藉由兩個光源產生，輻照度是該兩個光源的平均輻照度，LID budget的定義如下：
其中LID budget是介於4.0x103與3.5x104kW℃ sec/m2，與LID budget是介於7.0x103與3.5x104kW℃ sec/m2。
請參閱圖6，本發明顯示一種製造太陽能電池的方法。在本發明的另一實施例，本方法包含步驟：(a)對太陽能電池的矽基板進行粗糙化；(b)形成太陽能電池的p-n接面；(c)形成太陽能電池的導電層；(d)藉由LID budget的定義設置三個參數，包含輻照度、溫度與時間；(e)以該輻照度照射太陽能電池；(f)保持太陽能電池於該溫度；以及(g)經過該時間後，將太陽能電池遠離步驟(e)的輻照度。
從本製程中，光致衰減現象可以藉由上述提及的實施例進而改善。此外，光致衰減可以被抑制低於1.5%以及效率差低於0.1%。
儘管本發明已經描述關於目前被認為是實際的示範性實施例，但是應當理解本發明不限於所公開的實施例，而是，與此相反，意在包含所附專利權利要求的精神和範圍內的各種修改和相等的設置，及其等同物。
110‧‧‧光源
120‧‧‧光譜儀
190‧‧‧太陽能電池
Claims (16)
- 一種用以抑制太陽能電池的光致衰減的方法，包含步驟：(a)以一輻照度照射該太陽能電池；(b)保持該太陽能電池的溫度介於200~300℃；(c)經過一時間後，將該太陽能電池遠離該步驟(a)的輻照度；(d)測定該輻照度、該溫度範圍與該時間，使得該光致衰減最佳地低於一預定的光致衰減。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以抑制太陽能電池的光致衰減的方法，其中該輻照度的波長範圍介於400~1100nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以抑制太陽能電池的光致衰減的方法，其中該輻照度大於1kW/m2且不超過8kW/m2。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以抑制太陽能電池的光致衰減的方法，其中該時間介於10~600秒。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以抑制太陽能電池的光致衰減的方法，其中該預定的光致衰減為1.5%。
- 一種在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，包含步驟：(a)設置三個參數，包含一輻照度、一溫度與一時間；(b)決定該些參數中的任意二個參數；(c)藉由一LID budget的定義計算另一該參數的範圍，其中該LID budget的定義如下：
- 如申請專利範圍第6項所述之在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，其中該太陽能電池的溫度是藉由該步驟(d)的輻照來維持。
- 如申請專利範圍第6項所述之在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，其中該太陽能電池的溫度是藉由一額外的加熱裝置來維持。
- 如申請專利範圍第6項所述之在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，其中該太陽能電池的溫度於步驟(f)後降到室溫。
- 如申請專利範圍第6項所述之在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，其中該輻照度是藉由兩個光源產生。
- 如申請專利範圍第10項所述之在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，其中該輻照度是該兩個光源的一平均輻照度。
- 如申請專利範圍第6項所述之在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，其中該LID budget介於4.0x103與3.5x104kW℃ sec/m2之間。
- 如申請專利範圍第6項所述之在製造太陽能電池用於減少光致衰減的方法，其中該LID budget介於7.0x103與3.5x104kW℃ sec/m2之間。
- 一種製造太陽能電池的製程，包含步驟：(a)對該太陽能電池的矽基板進行粗糙化；(b)形成該太陽能電池的p-n接面；(c)形成該太陽能電池的導電層；(d)藉由一LID budget的定義設置三個參數，包含一輻照度、一溫度與一時間，其中該LID budget的定義如下：
- 如申請專利範圍第14項所述之製造太陽能電池的製程，其中該LID budget介於4.0x103與3.5x104kW℃ sec/m2之間。
- 如申請專利範圍第14項所述之製造太陽能電池的製程，其中該LID budget介於7.0x103與3.5x104kW℃ sec/m2之間。
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