TWI626758B - 太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

Abstract

太陽能電池的製造方法包含形成鈍化層於基板之背光面。形成第一電極圖案於背光面。形成保護層於鈍化層以及第一電極圖案上。形成第一電極層於保護層上。進行燒結製程，使得保護層形成燒結通道，且第一電極圖案經由燒結通道連接第一電極層。

Description

太陽能電池及其製造方法

本發明提供一種太陽能電池。

現今人類使用的能源主要來自於石油資源，但由於地球石油資源有限，因此近年來對於替代能源的需求與日俱增，而在各式替代能源中又以太陽能最具發展潛力。傳統太陽能電池係由一背電極、一光電轉換層以及一前電極依序堆疊所構成，且透過光電轉換層將太陽光轉換為電流，並藉由背電極與前電極將電流導引出，進而產生電能。然而，於製造過程中，太陽能電池的生產需投資極高的設備成本以及執行繁複的製造流程。因此，上述之情事對於太陽能電池的發展造成一定程度的阻礙，亦為本領域所屬技術人員所欲解決的問題。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可解決上述問題之太陽能電池。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式， 太陽能電池的製造方法包含形成鈍化層於基板之背光面。形成第一電極圖案於背光面。形成保護層於鈍化層以及第一電極圖案上。形成第一電極層於保護層上。進行燒結製程，使得保護層形成燒結通道，且第一電極圖案經由燒結通道連接第一電極層。

依據本發明一實施方式，前述之形成第一電極圖案於背光面上的步驟包含印刷第一電極圖案於鈍化層上，致使第一電極圖案穿鈍化層而連接於基板之背光面。

依據本發明一實施方式，前述之印刷第一電極圖案於鈍化層上的步驟係使第一電極圖案相對於背光面之高度大於鈍化層相對於背光面之高度。

依據本發明一實施方式，前述之形成鈍化層於背光面的步驟包含使用電漿輔助化學氣相沈積製程(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)將鈍化層沈積於背光面。

依據本發明另一實施方式，太陽能電池包含、基板、鈍化層、第一電極圖案、保護層以及第一電極層。基板具有背光面。鈍化層設置於背光面。第一電極圖案設置於背光面。保護層覆蓋於鈍化層以及第一電極圖案上，且保護層具有燒結通道。第一電極層設置於保護層上。第一電極圖案經由燒結通道連接第一電極層。

依據本發明一實施方式，前述之鈍化層之材料包含氧化鋁(Al₂O₃)或氧化矽(SiO₂)。

依據本發明一實施方式，前述之第一電極圖案之 材料包含相較第一電極層於保護層中易擴散之金屬或金屬化合物。

依據本發明一實施方式，前述之第一電極圖案之材料包含一含鋁之金屬化合物。

依據本發明一實施方式，前述之第一電極圖案的線寬實質上為20微米至200微米。

依據本發明一實施方式，前述之保護層之材料包含氮矽化物(Si₃N₄)或氧化矽(SiO₂)。

綜上所述，本發明之太陽能電池可使用網印設備來製作第一電極圖案。此外，網版印刷係藉由電極漿料並利用直接印刷製程而將第一電極圖案印刷於基板上，因而能省去許多製程步驟。因此，前述之太陽能電池的製造方法可便於太陽能電池的製造流程，並降低太陽能電池的製造成本。此外，第一電極圖案之材料包含相較第一電極層於保護層中易擴散之金屬或金屬化合物，因而可形成燒結通道，藉以電性連接基板與第一電極層。再者，本實施方式之第一電極圖案相對於背光面之高度大於鈍化層相對於背光面之高度。藉此，當執行燒結製程時，可更容易於保護層中形成燒結通道。

1‧‧‧太陽能電池

10‧‧‧基板

100‧‧‧迎光面

102‧‧‧背光面

11‧‧‧射極層

12‧‧‧抗反射層

13‧‧‧鈍化層

14‧‧‧第一電極圖案

15‧‧‧保護層

150‧‧‧燒結通道

16‧‧‧第一電極層

17‧‧‧第二電極圖案

170‧‧‧第二導電部

18‧‧‧磷矽玻璃層

19‧‧‧背面電場

1001~1005‧‧‧步驟

H1‧‧‧高度

H2‧‧‧高度

W‧‧‧線寬

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施方式能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖繪示根據本揭露一實施方式之太陽能電池的剖視圖。

第2A圖至第2I圖係繪示依據本揭露之一些實施方式之太陽能電池於中間製造階段下的剖視圖。

第3圖繪示太陽能電池的製造方法之一些實施方式的流程圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

關於本文中所使用的用詞「實質上(substantially)」、「大約(around)」、「約(about)」或「近乎(approximately)」應大體上意味在給定值或範圍的百分之二十以內，較佳係在百分之十以內，而更佳地則是百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如「實質上」、「大約」、「約」或「近乎」所表示的誤差或範圍。

第1圖繪示根據本揭露一實施方式之太陽能電池1的剖視圖。如圖所示，本實施方式之太陽能電池1包含基板10、射極層11、抗反射層12、鈍化層13、第一電極圖案14、 保護層15、第一電極層16、第二導電部170以及背面電場19。基板10具有迎光面100以及背光面102。

射極層11位於基板10之迎光面100上。抗反射層12設置於射極層11上。鈍化層13以及第一電極圖案14設置於基板10之背光面102。保護層15覆蓋於鈍化層13以及第一電極圖案14上，且保護層15具有燒結通道150。第一電極層16設置於保護層15上。第一電極圖案14經由燒結通道150連接第一電極層16。第二導電部170位於抗反射層12上，並穿過抗反射層12，且延伸而連接至射極層11。背面電場19位於基板10之背光面102鄰近第一電極圖案14的部份。以下將於太陽能電池1在中間製造階段下而詳細介紹各元件的結構、功能以及各元件之間的連接關係。

第2A圖至第2I圖係繪示依據本揭露之一些實施方式之太陽能電池1於中間製造階段下的剖視圖。

如第2A圖之剖視圖所示，太陽能電池1之初始結構包含基板10。於基板10的迎光面100形成凹凸紋理，以降低光線的反射率，而由於凹凸紋理相當細微，因此在第2A圖中省略繪示。於一些實施例中，基板10可為，但不限於，P型矽基板。於其他實施方式中，基板10可為N型矽基板。此外，於基板10之迎光面100形成凹凸紋理的方式可採用，但不限於，濕蝕刻或反應離子蝕刻等適合的製程。

接著，如第2B圖之剖視圖所示，提供摻雜劑，並利用例如熱擴散的方式在基板10之迎光面100形成射極層11。於本實施例中，射極層11可為，但不限於，N型射極 層。於其他實施方式中，射極層11可為P型射極層。於前述製程中，熱擴散之擴散源可為三氯氧磷(POCl₃)，且在基板10與射極層11之間形成PN接面。此時，由於磷擴散製程，射極層11上會形成磷矽玻璃層18。其後，如第2C圖之剖視圖所示，再利用例如氫氟酸(HF)蝕刻之方式，將磷矽玻璃層18移除。因此，基板10表面上僅覆蓋射極層11。

隨後，如第2D圖之剖視圖所示，於射極層11上形成抗反射層12。抗反射層12可利用化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition,CVD)來沈積氮矽化合物(Si₃N₄)而形成，但本發明不以此為限。抗反射層12係具有可降低光線的反射率，並具有高通透性等作用。於一些實施例中，抗反射層12之材質可為，但不限於，氮化矽(Si₃N₄)、二氧化矽(SiO₂)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO₂)或二氧化鎂(MgO₂)等材料。

接著，如第2E圖之剖視圖所示，於基板10之背光面102沈積鈍化層13。鈍化層13之材質可為氧化鋁(Al₂O₃)，但本發明不以此材料為限。於其他實施方式中，鈍化層13之材質可為氮化矽(Si₃N₄)。鈍化層13的形成方式可為電漿輔助化學氣相沈積製程(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)，但本發明不以此製程為限。此外，對於電漿輔助化學氣相沈積製程來說，其具有較大面積的覆蓋性與均一性、所沉積的薄膜結構緻密且無孔洞，並可精確地控制膜厚度以及可採用較低的工作溫度。於其他實施方式中，鈍化層13的形成方式亦可包含原 子層沈積製程(Atomic Layer Deposition,ALD)、物理氣相沈積製程(Physical Vapor Deposition,PVD)、化學氣相沈積製程(Chemical Vapor Deposition,CVD)或包含有氧化鋁或氮化矽之漿料印刷等其他適合的製程。

藉此，鈍化層13可作為背反射器，以增加長波光的吸收，同時將P極及N極之間的電勢差最大化來降低電子與電洞的複合，並有效提高次要載子的壽命(life time)，從而提升太陽能電池1的轉化效率。舉例來說，若基板10為P型矽基板，則鈍化層13之材質可包含氧化鋁。在前述配置下，因為鈍化層13具有負電荷，因而不會形成反轉層而造成太陽能電池1的漏電，從而可增加基板10中多數載子濃度並可降低少數載子濃度，從而降低表面複合速率。然而，於其他實施方式中，鈍化層13之材質亦可為氧化矽，但本發明不以此材料為限。

相對的，若基板10為N型矽基板，則鈍化層13之材質可包含氮化矽。在前述配置下，因為鈍化層13具有正電荷，因而不會形成反轉層而造成太陽能電池1的漏電，從而可增加基板10中多數載子濃度並可降低少數載子濃度，從而降低表面複合速率。再者，鈍化層13亦可以鈍化表面缺陷。於一些實施方式中，鈍化層13之材質可包含氧化鋁或氧化矽等材料。

接著，如第2F圖之剖視圖所示，形成第一電極圖案14於背光面102。進一步來說，印刷第一電極圖案14於鈍化層13上，致使第一電極圖案14穿過鈍化層13而連接 於基板10之背光面102。於本實施方式中，印刷第一電極圖案14的方法可包含網版印刷技術等其他適合的製程。網版印刷技術是將含有金屬的導電漿料透過絲網網孔壓印在矽片上形成電路或電極的過程。藉此，可使用網印設備來製作第一電極圖案14。此外，網版印刷係藉由電極漿料並利用直接印刷製程而將第一電極圖案14印刷於基板10上，因而能省去許多製程步驟，從而降低太陽能電池1的製造成本。

於一些實施方式中，印刷第一電極圖案14於鈍化層13上的步驟係使第一電極圖案14相對於背光面102之高度H1大於鈍化層13相對於背光面102之高度H2。藉此，當執行後續之燒結製程時，可更容易於保護層15中形成燒結通道150(見第1圖)，藉以電性連接基板10與第一電極層16。然而，本實施方式不以前述結構配置為限。於其他實施方式中，可視實際需求而彈性配置前述結構。

於一些實施方式中，第一電極圖案14的線寬W實質上為20微米至200微米，但不以此為限。

於一些實施方式中，第一電極圖案14之材料包含於燒結製程時，相較第一電極層16於保護層15中易擴散之金屬或金屬化合物。

於一些實施方式中，第一電極圖案14之材料包含一含鋁之金屬化合物。

接著，如第2G圖之剖視圖所示，於鈍化層13及第一電極圖案14上形成保護層15。於本實施方式中，保護層15之材料包含氮矽化物(Si₃N₄)，但不以此材料為限。 於其他實施方式中，保護層15之材質亦可包含氧化矽(SiO₂)等材料。此外，保護層15的形成方式可包含電漿輔助化學氣相沈積製程(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)，但不以此製程為限。於其他實施方式中，保護層15的形成方式亦可為原子層沈積製程、物理氣相沈積製程、化學氣相沈積製程或包含有氮矽化物或氧化矽之漿料印刷等適合的製程。藉此，保護層15可避免後續製程之第一電極層16(見第2H圖)穿透鈍化層13，進而維持鈍化層13的作用以及後續所形成之局部背面電場19。此外，於本實施方式中，保護層15之厚度實質上為約80nm至約400nm，但不以此厚度為限。

接著，如第2H圖之剖視圖所示，於保護層15上設置第一電極層16，且於抗反射層12上設置第二電極圖案17。詳細來說，透過金屬鍍膜(Metallization)製程(例如：即採用電鍍(Plating)或網版印刷(Screen Printing)技術等方式)將第一電極層16塗覆於保護層15上。於本實施例中，第一電極層16之材料係可為鋁(Al)，但不以此材料為限。同樣地，將第二電極圖案17塗覆在抗反射層12上。於本實施方式中，第二電極圖案17可為銀(Ag)，但不以此材料為限。此外，將第二電極圖案17的形成方法可包含網版印刷技術等適合的製程。

接著，如第2I圖之剖視圖所示，對第一電極圖案14、第一電極層16以及第二電極圖案17進行燒結(sintering)製程。前述之燒結製程會使得第一電極圖案14 擴散於保護層15中，並進而與第一電極層16電性連接。從另一個角度來看，第一電極圖案14擴散於保護層15中的部分等同於在保護層15中形成燒結通道150，且第一電極圖案14可經由燒結通道150連接第一電極層16。此外，在燒結製程時，由於第一電極圖案14之導熱，基板10之背光面102鄰近第一電極圖案14的部份(亦即，未被鈍化層13所覆蓋之背光面102之部位)會形成局部背面電場19，以產生局部背接點。藉此，背面電場19可使得少數載子侷限於半導體的空乏區(depletion region)中，以利少數載子的有效收集。此外，背面電場19可降低介面的表面載子複合速率，因而提升載子的收集率。

同時，由於燒結製程的進行，本實施方式之第二電極圖案17會形成第二導電部170。進一步來說，前述之燒結製程會使得第二電極圖案17擴散於抗反射層12中，並進而與射極層11電性連接，藉以完成本實施方式之太陽能電池1之製造。

第3圖繪示太陽能電池的製造方法之一些實施方式的流程圖。儘管關於第2A圖至第2I圖已描述太陽能電池的製造方法，應瞭解到，太陽能電池的製造方法並不受限於此類結構，而是可作為獨立於結構的方法單獨使用。

儘管本文將所揭示太陽能電池的製造方法繪示及描述為一系列步驟或事件，但應瞭解到，並不以限制性意義解讀此類步驟或事件之所繪示次序。舉例而言，除本文繪示及/或描述之次序外，一些步驟可以不同次序發生及/或與 其他步驟或事件同時發生。另外，實施本文描述之一或多個態樣或實施方式可並不需要全部繪示操作。進一步地，可在一或多個獨立步驟及/或階段中實施本文所描繪之步驟中的一或更多者。具體來說，太陽能電池的製造方法包含步驟1001~1005。

於步驟1001中，形成鈍化層13於基板10之背光面102。第2A圖以及第2B圖繪示對應於步驟1001的一些實施方式。

於步驟1002中，形成第一電極圖案14於背光面102。進一步來說，印刷第一電極圖案14於鈍化層13上，致使第一電極圖案14穿過鈍化層13而連接於基板10之背光面102。第2F圖繪示對應於步驟1002的一些實施方式。

於步驟1003中，形成保護層15於鈍化層13以及第一電極圖案14上。第2G圖繪示對應於步驟1003的一些實施方式。

於步驟1004中，形成第一電極層16於保護層15上。第2H圖繪示對應於步驟1004的一些實施方式。

於步驟1005中，進行燒結製程，使得於保護層15中形成燒結通道150，且第一電極圖案14經由燒結通道150連接第一電極層16。第2I圖繪示對應於步驟1005的一些實施方式。

因此，本發明係關於太陽能電池1之結構及其製造方法，此太陽能電池1使用燒結製程來形成燒結通道，藉此提供提供第一電極圖案與第一電極層的電性連接。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的太陽能電池可使用網印設備來製作第一電極圖案。此外，網版印刷係藉由電極漿料並利用直接印刷製程而將第一電極圖案印刷於基板上，因而能省去許多製程步驟。因此，前述之製造方法可便於太陽能電池1的製造流程，並降低太陽能電池的製造成本。此外，第一電極圖案之材料包含相較第一電極層於保護層中易擴散之金屬或金屬化合物，因而形成燒結通道，藉以電性連接基板與第一電極層。再者，本實施方式之第一電極圖案相對於背光面之高度大於鈍化層相對於背光面之高度。藉此，當執行後續之燒結製程時，可更容易於保護層中形成燒結通道。

Claims (10)

1. 一種太陽能電池的製造方法，包含：形成一鈍化層於一基板之一背光面；形成一第一電極圖案於該背光面；平坦地形成一保護層於該鈍化層以及該第一電極圖案上；形成一第一電極層於該保護層上；以及進行一燒結製程，使得該保護層形成一燒結通道，該燒結通道遠離該基板的一表面與該保護層遠離該基板的一表面係共平面該基板的一表面與該保護層遠離該基板的一表面係共平面，其中該些燒結通道相對該第一電極層的底部係位於該保護層的相對兩表面之間，且該第一電極圖案經由該燒結通道連接該第一電極層。
2. 如請求項1所述之太陽能電池的製造方法，其中形成該第一電極圖案於該背光面上的步驟包含：印刷該第一電極圖案於該鈍化層上，致使該第一電極圖案穿過該鈍化層而連接於該基板之該背光面。
3. 如請求項2所述之太陽能電池的製造方法，其中印刷該第一電極圖案於該鈍化層上的步驟係使該第一電極圖案相對於該背光面之高度大於該鈍化層相對於該背光面之高度。
4. 如請求項1所述之太陽能電池的製造方 法，其中形成該鈍化層於該背光面的步驟包含：使用一電漿輔助化學氣相沈積製程(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)將該鈍化層沈積於該背光面。
5. 一種太陽能電池，包含：一基板，具有一背光面；一鈍化層，設置於該背光面；一第一電極圖案，設置於該背光面；一保護層，平坦地覆蓋於該鈍化層以及該第一電極圖案上，且具有一燒結通道，且該燒結通道遠離該基板的一表面與該保護層遠離該基板的一表面係共平面，其中該些燒結通道相對該第一電極層的底部係位於該保護層的相對兩表面之間；以及一第一電極層，設置於該保護層上，其中該第一電極圖案經由該燒結通道連接該第一電極層。
6. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該鈍化層之材料包含氧化鋁或氧化矽。
7. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該第一電極圖案之材料包含相較該第一電極層於該保護層中易擴散之金屬或金屬化合物。
8. 如請求項7所述之太陽能電池，其中該第 一電極圖案之材料包含一含鋁之金屬化合物。
9. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該第一電極圖案的一線寬實質上為20微米至200微米。
10. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該保護層之材料包含氮矽化物或氧化矽。