TWI836889B - 雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法及其製造設備 - Google Patents

Abstract

一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法如下。將待加工件依序經過多個相鄰的第一組工作腔室，於待加工件兩側的每一基材上，依序濺鍍形成第一端電極、第一太陽能電池以及內部抗反射層。執行第一金屬遮罩步驟。蒸鍍第一導電圖案層於內部抗反射層上，作為金屬導電端電極。再將待加工件經過多個相鄰的第二組工作腔室，依序形成第二太陽能電池、以及表面抗反射層。執行第二金屬遮罩步驟。蒸鍍第二導電圖案層於表面抗反射層上。最後蒸鍍一絕緣層於表面抗反射層。本發明還提供雙異質接面太陽能電池的製造設備。

Description

雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法及其製造設備

本發明涉及一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法及其製造設備，特別是涉及一種用以製造雙異質接面太陽能電池的製造設備、以及其製造方法。

太陽能電池屬於綠色能源，符合環保發展趨勢。然而，太陽能電池的發電成本仍較其他方式昂貴。現有的堆疊型太陽能電池(tandem solar cell)，其通常是利用化學氣相沉積法，例如電漿輔助化學氣相沉積的方法製作，因此其製程成本較高。

再者，現有的多個化學氣相沉積設備通常是呈直線接續排列，以形成多層的沉積薄膜。此種設備生產方式不僅佔用許多空間，兩個相鄰的設備之間還需要設置一移動待加工件的移動設備，導致成本較高，生產效率也受到影響。

此外，現有的矽基太陽能電池的光電轉換效率大約是21%至22%，最高只能到25%。光電轉換的效率偏低。

故，如何通過改良太陽能電池的製造設備及其製造方法，以降 低太陽能電池的生產成本，並提升生產效率，克服上述的缺陷，已成為該項技術領域所欲解決的一項課題。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法及其製造設備，能提升太陽能電池的製造效率，並且能提升雙異質接面太陽能電池的光電轉換效率。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，其包括至少下列步驟：提供一載板，並於所述載板的兩側各設置一基材，以形成一待加工件；將所述待加工件依序經過多個相鄰的第一組工作腔室，於所述待加工件兩側的每一所述基材上，依序濺鍍形成一第一端電極、一第一太陽能電池以及一內部抗反射層，其中所述第一端電極形成於所述基材上，所述第一太陽能電池形成於所述第一端電極上，所述內部抗反射層形成於所述第一太陽能電池上；執行第一金屬遮罩步驟；蒸鍍一第一導電圖案層於所述內部抗反射層上，作為金屬導電端電極，完成一半成品的待加工件；將半成品的所述待加工件經過多個相鄰的第二組工作腔室，於所述內部抗反射層上，依序形成一第二太陽能電池、以及一表面抗反射層，其中所述第二太陽能電池形成於所述內部抗反射層上，所述表面抗反射層形成於所述第二太陽能電池；執行第二金屬遮罩步驟；蒸鍍一第二導電圖案層於所述表面抗反射層上；以及蒸鍍一絕緣層於所述表面抗反射層上，其中所述第二導電圖案層與所述第一導電圖案層外露於所述絕緣層。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，還提供一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備，其包括：第一組工作腔室，呈圓環狀排列，所述第一組工作腔室包括相鄰的多個第一濺鍍腔室，以在一待加工件上依序濺鍍而形成一第一端電極、一第一太陽能電池以及一內部抗反射層；第一升降旋轉機構，位於所述第一組工作腔室的下方，用以將所述待加工件依序經過所述第一組工作腔室；第一金屬遮罩站，鄰近於所述第一組工作腔室，以執行第一金屬遮罩步驟於所述待加工件；第一蒸鍍站，鄰近於所述第一金屬遮罩站，以蒸鍍一第一導電圖案層於所述待加工件上；第二組工作腔室，呈圓環狀排列，所述第二組工作腔室包括相鄰的多個第二濺鍍腔室，依序形成一第二太陽能電池、以及一表面抗反射層於所述待加工件；第二升降旋轉機構，位於所述第二組工作腔室的下方，用以將經過第一組濺鍍步驟的所述待加工件依序經過所述第二組工作腔室的所述多個第二濺鍍腔室；第二金屬遮罩站，鄰近於所述第二組工作腔室，以於所述半成品執行第二金屬遮罩步驟；以及第二蒸鍍站，以蒸鍍一第二導電圖案層於所述表面抗反射層上，以及蒸鍍一絕緣層於所述表面抗反射層上。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，在待加工件的兩側同時製造雙異質接面太陽能電池，並且透過多個相鄰的工作腔室，可以提升生產效率。此外，本發明所提供的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池製造設備，將多個工作腔室呈圓環狀排列，其中升降旋轉機構能將多個待加工件依序經過多個工作腔室，結構的空間安排精簡，可以節省佔用的空間。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並 非用來對本發明加以限制。

2:雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池

La:受光側

Lb:背側

20:基材

21:第一端電極

22:第一太陽能電池

221:第一P型半導體層

222:第一本質半導體層

223:第一N型半導體層

23:共用電極結構

231:內部抗反射層

231a:透明導電氧化物層

231b:光學金屬層

232:第一導電圖案層

232U:第一梳狀匯流排

2321:第一匯流電極線

2322:第一梳齒狀電極線

232h:槽口

24:第二太陽能電池

241:第二N型半導體層

242:第二本質半導體層

243:第二P型半導體層

25:第二端電極

251:表面抗反射層

251a:透明導電氧化物層

251b:光學金屬層

252:第二導電圖案層

252U:第二梳狀匯流排

2521:第二匯流電極線

2522:第二梳齒狀電極線

252h:槽口

253:絕緣層

D1、D2、D3、D4:線寬

h1、h2:距離

Ie:光電子流

P1:前半流程設備

1A:第一組濺鍍設備

C10:第一入口腔室

C11~C17:第一濺鍍腔室

C18:第一出口腔室

1B:第一金屬遮罩站

1C:第一蒸鍍站

1E:儲備區

M1:第一金屬遮罩

M2:第二金屬遮罩

P2:後半流程設備

2A:第二組濺鍍設備

2B:第二金屬遮罩站

2C:第二蒸鍍站

C20:第二入口腔室

C21~C26:第二濺鍍腔室

C27:第二出口腔室

W1、W2、W3:待加工件

50:第一升降旋轉機構

51:第一升降單元

52:第一承載手臂

52U:第一容置座

60:第二升降旋轉機構

61:第二升降單元

62:第二承載手臂

62U:第二容置座

71:電子槍

71e:電子束

72:蒸鍍材料源

73:遮板

74:厚度偵測器

75:真空抽取部

80:濺鍍裝置

81:靶材

82:陰極板

83:磁控裝置

9:載板

R1:第一機械手臂

R2:第二機械手臂

R3:第三機械手臂

R4:第四機械手臂

R5:第五機械手臂

R6:第六機械手臂

SL:太陽光輻射光譜

A,B:光譜響應曲線

圖1為本發明的雙異質接面太陽能電池的示意圖。

圖2為本發明的雙異質接面太陽能電池的立體示意圖。

圖3為本發明的雙異質接面太陽能電池的製造設備的立體圖。

圖4為本發明的製造設備的前半流程設備的立體圖。

圖5為本發明的前半流程設備載入待加工件的立體圖。

圖6為本發明的前半流程設備於旋轉移動待加工件的立體圖。

圖7為本發明的前半流程設備繼續載入待加工件的立體圖。

圖8為本發明的第一濺鍍腔室內部的示意圖。

圖9為本發明的頭一個第一濺鍍腔室加工後的示意圖。

圖10為本發明的待加工件經過第七個第一濺鍍腔室加工後的示意圖。

圖11為本發明將待加工件移到第一金屬遮罩站的示意圖。

圖12為本發明執行金屬遮罩的示意圖。

圖13為本發明將待加工件移到第一蒸鍍站的示意圖。

圖14為本發明的第一蒸鍍站的電子槍蒸鍍設備的示意圖。

圖15為本發明的待加工件經過第一蒸鍍站的加工後的示意圖。

圖16為本發明的第一蒸鍍站加工後第一導電圖案層的俯視圖。

圖17為本發明的雙異質接面太陽能電池的第一導電圖案層的局部放大圖。

圖18為本發明的製造設備的後半流程設備的立體圖。

圖19為本發明的後半流程設備於旋轉移動待加工件的立體圖。

圖20為本發明的後半流程設備再載入待加工件的示意圖。

圖21為本發明的待加工件經過第六個第二濺鍍腔室加工後的示意圖。

圖22為本發明將待加工件移到第二金屬遮罩站的示意圖。

圖23為本發明將待加工件移到第二蒸鍍站的示意圖。

圖24為本發明的雙異質接面太陽能電池的第二導電圖案層的局部放大圖。

圖25為本發明的製造完成雙異質接面太陽能電池的示意圖。

圖26顯示本發明實施例的第一太陽能電池與第二太陽能電池的光譜響應曲線。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

本發明的實施例提供一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備，以及利用該製造設備的製造方法。具體的說，本發明的製造設備是用以製造申請人已申請的第111137446號申請案「雙能區光電效應奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池及其製造方法」，該申請案的內容一併視為本案的一部分。

參閱圖1至圖2所示，以下說明第111137446號申請案的雙能區光電效應奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池2，或簡稱雙異質接面太陽能電池2，其包括基材20、第一端電極21、第一太陽能電池22、共用電極結構23、第二太陽能電池24以及第二端電極25。

第一太陽能電池22位於第一端電極21上，靠近於背側Lb，並具有一第一PIN異質接面結構。進一步而言，第一太陽能電池22包括一第一P型半導體層221、一第一本質半導體層222以及一第一N型半導體層223，而形成前述的第一PIN異質接面結構。

第二太陽能電池24較靠近於受光側La(參圖2)，並具有一第二PIN異質接面結構。第二太陽能電池24包括一第二N型半導體層241、一第二本質半導體層242以及一第二P型半導體層243，而形成前述的第二PIN異質接面結構。在本實施例中，第二N型半導體層241、一第二本質半導體層242以及第二P型半導體層243是依序地設置在共用電極結構23上。

共用電極結構23是位於第一太陽能電池22與第二太陽能電池24之間，以並聯第一太陽能電池22與第二太陽能電池24。進一步而言，共用電極結構23會電性連接第一太陽能電池22的第一N型半導體層223與第二太陽能電池24的第二N型半導體層241。本實施例中，其中共用電極結構23的金屬導電端電極(Fingers)穿過並延伸至第二太陽能電池24的頂面，共用電極結構23的高度超過第二太陽能電池24。

具體的說，共用電極結構23包括內部抗反射層231、以及一作為金屬導電端電極(Fingers)的第一導電圖案層232。其中內部抗反射層231可以是ITO光學設計。作為金屬導電端電極的第一導電圖案層232包括多個相隔並排的第一梳狀匯流排232U，其細部結構容後說明。

第二端電極25設置在第二太陽能電池24上。其中，第二太陽能電池24的第二P型半導體層243是電性連接於第二端電極25。第二端電極25包括表面抗反射層251、作為金屬導電端電極(Fingers)的第二導電圖案層252、及一絕緣保護層253。

表面抗反射層251鄰近於受光側La，表面抗反射層251為具有低折射率的光學膜層，並允許太陽光穿透。本實施例的表面抗反射層251也包括一或多個透明導電氧化物層251a(圖1與圖2繪示兩層為例)、以及一光學金屬層251b。

作為金屬導電端電極(Fingers)的第二導電圖案層252在表面抗反射層251上，更具體的說，第二導電圖案層252位於透明導電氧化物層251a上，並通過表面抗反射層251的透明導電氧化物層251a(本實施例中為氧化銦錫，ITO)而電性連接於第二太陽能電池24的第二P型半導體層243。詳細而言，第二導電圖案層252包括多個相隔並排的第二梳狀匯流排252U，其細部結構容後說明。

絕緣層253位於透明導電氧化物層251a(亦即氧化銦錫，ITO)之上，以使第二端電極25的透明導電氧化物層251a與外界電性絕緣，而避免短路。

如圖1所示，在太陽光由雙異質接面太陽能電池2的受光側La進入其內部，且被第一太陽能電池22與第二太陽能電池24吸收之後，在第一太陽能電池22與第二太陽能電池24內所產生光電子流Ie，都會匯聚到共用電極結 構23，並且由共用電極結構23導出。

如圖3所示，本發明的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備，用以配合製造雙異質接面太陽能電池2，其包括前半流程設備P1、與後半流程設備P2。前半流程設備P1包括第一組濺鍍設備1A、第一金屬遮罩站1B及第一蒸鍍站1C，用以加工處理在儲備區1E的多個待加工件(W1、W2、W3…)。其中第一組濺鍍設備1A包括第一組工作腔室(C10~C18)、第一升降旋轉機構50。後半流程設備P2包括第二組濺鍍設備2A、第二金屬遮罩站2B及第二蒸鍍站2C，其中第二組濺鍍設備2A包括第二組工作腔室(C20~C27)、第二升降旋轉機構60。後半流程設備P2用以接續加工處理經過前半流程設備P1的多個待加工件(W1、W2、W3…)，至終即可完成多個雙異質接面太陽能電池2。

如圖4所示，前半流程設備P1介紹如下。本實施例中，第一組工作腔室(C10~C18)呈圓環狀排列，第一組工作腔室包括相鄰的一第一入口腔室C10、多個第一濺鍍腔室C11~C17、及一第一出口腔室C18，共九個腔室。其中第一入口腔室C10相鄰於第一出口腔室C18。第一入口腔室C10用以從儲備區1E載入一待加工件W1，例如透過第一機械手臂R1。待加工件W1經過多個第一濺鍍腔室C11~C17處理後，第一出口腔室C18用以卸載待加工件。多個第一濺鍍腔室C11~C17可以配置不同的靶材，依序在待加工件(W1、W2、W3…)上濺鍍而形成第一端電極21、第一太陽能電池22以及內部抗反射層231。容後續詳細說明。

第一升降旋轉機構50位於第一組工作腔室(C10~C18)的下方，第一升降旋轉機構50包括一第一升降單元51及多個第一承載手臂52。多個第一承載手臂52呈放射狀設置於第一升降單元51的頂部。第一承載手臂52的末端各設有一第一容置座52U，分別用以承載多個待加工件(W1、W2、W3…， 參閱圖11)，並將多個待加工件(W1、W2、W3…)依序旋轉經過第一組工作腔室(C10~C18)的各腔室。

第一金屬遮罩站1B，鄰近第一出口腔室C18。當待加工件經過多個第一濺鍍腔室C11~C17處理後，第一金屬遮罩站1B接收由第一出口腔室C18卸載的待加工件，並加以執行第一金屬遮罩步驟。具體的說，在待加工件的一側設置一第一金屬遮罩M1，或者在待加工件的兩側各設置第一金屬遮罩M1。本實施例設有第二機械手臂R2，設置於第一出口腔室C18的外側，用以移動經過第一組濺鍍流程的待加工件到第一金屬遮罩站1B。

第一蒸鍍站1C鄰近第一金屬遮罩站1B。第一蒸鍍站1C例如可以是電子槍蒸鍍設備。本實施例中設有一第三機械手臂R3，設置於第一金屬遮罩站1B的外側，用以移動經過第一金屬遮罩步驟的待加工件到第一蒸鍍站1C。

以下配合前半流程設備P1的各站加工設備，並配合圖式，說明本發明的製造方法如下。

如圖5所示，待加工件W1先是由儲備區1E，透過第一機械手臂R1，被載入第一入口腔室C10。待加工件W1被裝載在第一升降旋轉機構50的其中一個第一承載手臂52上，藉由第一升降旋轉機構50的旋轉，待加工件W1可以依序被轉到第一濺鍍腔室C11~C17，其中第一濺鍍腔室C11~C17可以配置不同的靶材。

如圖6所示，待加工件W1被裝載在第一升降旋轉機構50的其中一個第一承載手臂52，第一升降單元51將所有第一承載手臂52降低並旋轉，如圖6的順時針方向，旋轉一預定角度而抵達下一腔室下方。然後，如圖7所示，第一升降單元51將所有第一承載手臂52上升。待加工件W1由第一入口腔室C10被旋轉進入頭一個第一濺鍍腔室C11，以準備進行濺鍍。同時，如圖7所示，再透過第一機械手臂R1，從儲備區1E載入下一個待加工件W2，進入第 一入口腔室C10。

如圖8所示，為第一濺鍍腔室C11內部的示意圖。第一濺鍍腔室C11內部兩側各有一濺鍍裝置80，每一濺鍍裝置80包括一靶材81、一陰極板82、及一磁控裝置83，陰極板82設置於靶材81與磁控裝置83之間。待加工件W1平行地置於兩個靶材81之間。本實施例在儲備區1E的每一個待加工件包括載板9、及兩個基材20分別位於載板9的兩側。基材20可以是透明材料或者不透明的材料，例如是玻璃基材或者矽基材(例如，矽晶圓)。例如，在載板9的兩側設置黏著襯墊，然後將基材20黏接在載板9的黏著襯墊上。第一濺鍍腔室C11內的靶材81相對應地配合第一端電極21的材料。例如，本實施例的第一端電極21的材料可以是銀，相對應的，第一濺鍍腔室C11內的靶材81可以是銀。第一端電極21的厚度範圍可以由500nm至1000nm。完成後，如圖9所示。

然後，再將待加工件W1透過第一升降旋轉機構50，依序旋轉進入後續的第一濺鍍腔室C12~C17。後續的第一濺鍍腔室C12~C17內部設備相同於如圖8所示的第一濺鍍腔室C11。其中的靶材81因應雙異質接面太陽能電池2的各層材料而不同。

具體的說，在第一濺鍍腔室C12、C13、C14接續地形成第一太陽能電池22的第一P型半導體層221、第一本質半導體層222與第一N型半導體層223。在一實施例中，構成第一太陽能電池22的材料可以是多晶矽或微晶矽，以吸收能量較低的光束。在一實施例中，第一N型半導體層223、第一本質半導體層222以及第一P型半導體層221中的每一層的厚度範圍由10nm至300nm。詳細而言，構成第一P型半導體層221、第一本質半導體層222以及第一N型半導體層223的材料可以是微晶矽或多晶矽。在本實施例中，第一P型半導體層221與第一N型半導體層223都是重摻雜的半導體層，製造時，可以利用電漿轟擊經重摻雜的P型半導體靶材，藉此具有相對較低的片電阻率。

接著，在第一濺鍍腔室C15、C16、C17可以接續地形成內部抗反射層231的透明導電氧化物層231a、光學金屬層231b、與透明導電氧化物層231a。詳細而言，本實施例的內部抗反射層231包括兩個透明導電氧化物層231a以及一光學金屬層231b。光學金屬層231b被夾設在兩層透明導電氧化物層231a之間。舉例而言，本實施例的內部抗反射層231為ITO/Ag/ITO光學設計。透明導電氧化物層231a的材料例如是氧化銦錫(Indium tin oxide,ITO)，光學金屬層231b的材料例如是銀。

如圖10所示，經過第七個第一濺鍍腔室C17加工後的待加工件W1，其兩側分別具有第一端電極21、第一太陽能電池22及內部抗反射層231。待加工件W1接著藉由第一升降旋轉機構50被移動到第一出口腔室C18。

如圖11所示，第二機械手臂R2將經過第一組工作腔室的待加工件W1移到第一出口腔室C18，並移到第一金屬遮罩站1B，以執行第一金屬遮罩步驟。將待加工件W1的一側或兩側加上第一金屬遮罩M1(參圖12所示的)。第一金屬遮罩M1的鏤空圖案相對應於第一導電圖案層232。

如圖13所示，利用第三機械手臂R3將完成遮罩的待加工件W1移到第一蒸鍍站1C內。

參閱圖14，圖14是第一蒸鍍站1C內的電子槍蒸鍍設備示意圖。電子槍蒸鍍設備具有一電子槍71、一蒸鍍材料源72、一遮板73、厚度偵測器74及一真空抽取部75以形成真空環境。電子槍71發射電子束71e轟擊蒸鍍材料源72，將高能電子束之動能轉化為融化蒸鍍材料的熱能，利用蒸鍍材料達到熔點所產生的蒸氣壓在待加工件W1的一側面沉積形成第一導電圖案層232。過程中，厚度偵測器74可以偵測已沉積的薄膜厚度。當第一導電圖案層232的薄膜厚度達到預定厚度值之後，可以利用遮板73遮住電子束71e，然後將待加工件W1轉動180度，以蒸鍍待加工件W1的另一側。

補充說明，待加工件W1可以先只有一側進行了第一金屬遮罩步驟，然後，再移回第一金屬遮罩站1B，針對待加工件W1的另一側進行第一金屬遮罩步驟。然後，再移回到第一蒸鍍站1C內進行第二次蒸鍍。

移開遮板73，在待加工件W1的另一側面沉積形成另一層的第一導電圖案層232。過程中，厚度偵測器74可以偵測已沉積的薄膜厚度。當待加工件W1的另一側面的第一導電圖案層232已沉積到預定厚度值後，移出待加工件W1。本實施例可以再使用第三機械手臂R3將待加工件W1從第一蒸鍍站1C移出來。

如圖15至圖16所示，經過第一蒸鍍站1C的加工，第一導電圖案層232包括多個相隔並排的第一梳狀匯流排232U，每一第一梳狀匯流排232U包括一第一匯流電極線(Bus Bar)2321、以及多條第一梳齒狀電極線(Fingers)2322連接於第一匯流電極線2321的一側。每一第一匯流電極線2321的延伸方向與第一梳齒狀電極線2322的延伸方向不同。如圖17所示，每一條第一匯流電極線2321的線寬D1可以由0.5mm至1.0mm，較佳是0.5mm。每一條第一梳齒狀電極線2322的線寬D2範圍是0.5μm至5μm，較佳是1μm。每兩條相鄰的第一梳齒狀電極線2322的距離h1較佳為150μm，形成一槽口232h。每一第一梳齒狀電極線2322的長度較佳為15.4mm。

本實施例經過上述前半流程設備P1，可視為完成雙異質接面太陽能電池2的半成品。

如圖18所示，後半流程設備P2介紹如下。本實施例中，第二組工作腔室(C20~C27)呈圓環狀排列，第二組工作腔室包括相鄰的第二入口腔室C20、多個第二濺鍍腔室C21~C26、及第二出口腔室C27，共八個腔室。其中第二入口腔室C20相鄰於第二出口腔室C27。

經過前半流程設備P1的半成品的待加工件W1，被移動到第二組 工作腔室的第二入口腔室C20。本實施例可以是透過第四機械手臂R4，由第三機械手臂R3接收半成品的待加工件移W1。多個第二濺鍍腔室C21~C26配置不同的靶材，依序在待加工件(W1、W2、W3…)上濺鍍而形成第二太陽能電池24與表面抗反射層251。其細節容後續詳細說明。

如圖18所示，後半流程設備P2包括第二升降旋轉機構60，其位於第二組工作腔室(C20~C27)的下方。第二升降旋轉機構60可以將經過第一組濺鍍步驟的待加工件(W1、W2、W3…)依序經過第二組工作腔室的多個第二濺鍍腔室C21~C26。第二升降旋轉機構60包括一第二升降單元61及多個第二承載手臂62，多個第二承載手臂62呈放射狀設置於第二升降單元61的頂部，且分別用以承載待加工件(W1、W2、W3…)。第二承載手臂62的末端各設有一第二容置座62U，分別用以承載多個待加工件(W1、W2、W3…)。

第二金屬遮罩站2B鄰近於第二組工作腔室的第二出口腔室C27。當待加工件經過多個第二濺鍍腔室C21~C26處理後，第二金屬遮罩站2B接收在第二出口腔室C27內內的待加工件(W1、W2、W3…)，並加以執行第二金屬遮罩步驟。

完成遮罩後，將待加工件移到第二蒸鍍站2C，例如可以是電子槍蒸鍍設備，進行蒸鍍以形成一第二導電圖案層252以及一絕緣層253。本實施例中設有一第六機械手臂R6，設置於第二金屬遮罩站2B的外側，用以移動經過第二金屬遮罩步驟的待加工件到第二蒸鍍站2C。

以下配合後半流程設備P2的各站加工設備，並配合圖式，說明本發明的製造方法如下。

如圖19所示，待加工件W1被裝載在第二升降旋轉機構60的其中一個第二承載手臂62之後，第二升降單元61將所有第二承載手臂62降低並旋轉，如圖19的順時針方向，旋轉一預定角度而抵達下一腔室下方。然後，如 圖20所示，第二升降單元61將所有第二承載手臂62上升。待加工件W1由第二入口腔室C20被旋轉進入頭一個第二濺鍍腔室C21，以準備進行濺鍍。同時，如圖19所示，再透過第四機械手臂R4，從前半流程設備P1接收下一個待加工件W2，進入第二入口腔室C20。

第二濺鍍腔室C21~C26的內部設備相同於圖8所示的，不予以贅述。具體的說，配合圖21所示，在第二濺鍍腔室C21、C22、C23可用以接續地形成第二N型半導體層241、第二本質半導體層242、以及第二P型半導體層243，三層合起來形成第二太陽能電池24。其中，構成第二太陽能電池24的材料可以非晶矽為主，以吸收能量較高的光束。如此，可以提升雙異質接面太陽能電池2的光電轉換效率。

詳細而言，構成第二本質半導體層242以及第二P型半導體層243的材料為非晶矽。然而，構成第二N型半導體層241的材料可以是非晶矽、微晶矽或者多晶矽。也就是說，第二濺鍍腔室C21的靶材的材料為非晶矽、微晶矽或者多晶矽，第二濺鍍腔室C22、C23的靶材的材料為非晶矽。在一實施例中，第二N型半導體層241、第二本質半導體層242以及第二P型半導體層243中的每一層的厚度範圍由2nm至80nm。在本實施例中，第二P型半導體層243與第二N型半導體層241都是重摻雜的半導體層，藉此具有相對較低的片電阻率。

接著，在第二濺鍍腔室C24、C25、C26可以接續地形成透明導電氧化物層251a、光學金屬層251b以及另一透明導電氧化物層251a，三層共同形成表面抗反射層251。光學金屬層251b被夾設在兩層透明導電氧化物層251a之間。透明導電氧化物層251a的材料例如是氧化銦錫(Indium tin oxide,ITO)，光學金屬層251b的材料例如是銀。

如圖21所示，在最後一個第二濺鍍腔室C26內完成的待加工件 W1的示意圖。經過第二濺鍍腔室C26加工後的待加工件W1，其兩側分別具有第一端電極21、第一太陽能電池22、內部抗反射層231、第二太陽能電池24以及表面抗反射層251。然後，待加工件W1接著藉由第二升降旋轉機構60被移動到第二出口腔室C27。

第二金屬遮罩站2B，鄰近第二出口腔室C27。當待加工件經過多個第二濺鍍腔室C21~C26處理後，第二金屬遮罩站2B接收由第二出口腔室C27卸載的待加工件，並加以執行第二金屬遮罩步驟。具體的說，在待加工件的一側設置一第二金屬遮罩M2，或者在待加工件的兩側各設置第二金屬遮罩M2。本實施例設有第五機械手臂R5，設置於第二出口腔室C27的外側，用以移動經過第二組濺鍍流程的待加工件到第二金屬遮罩站2B。

如圖23所示，利用第六機械手臂R6將完成遮罩的待加工件W1移到第二蒸鍍站2C內。第二蒸鍍站2C內部設備可以是相同於圖14的第一蒸鍍站1C的電子槍蒸鍍設備。因此不重覆敘述。第二蒸鍍站2C內進行蒸鍍以在待加工件W1的兩側各形成一第二導電圖案層252以及一絕緣層253。

如圖24所示，第二導電圖案層252包括多個相隔並排的第二梳狀匯流排252U。每一第二梳狀匯流排252U包括一第二匯流電極線(Bus Bar)2521、以及多條第二梳齒狀電極線(Fingers)2522連接於第二匯流電極線2521的一側。任兩個相鄰的第二梳齒狀電極線2522形成一槽口252h。其中該些第二梳狀匯流排252U的第二梳齒狀電極線2522朝向同樣的方向，但是與第一梳齒狀電極線2322為相反方向。在本實施例中，每一條第二梳狀匯流排252U設置於表面抗反射層251最外側的透明導電氧化物層251a上。另外，每一條第二匯流電極線2521的線寬D3可以由0.5mm至1.0mm，較佳是0.5mm。每一條第二梳齒狀電極線2522的線寬D4可以由0.5μm至5μm，較佳是1μm。每兩條相鄰的第二梳齒狀電極線2522的距離h2較佳為150μm。每一第二梳齒狀電極 線2522的長度較佳為15.4mm。此外，該些第二梳狀匯流排252U與該些第一梳狀匯流排232U共同外露於雙異質接面太陽能電池2的最頂面。

絕緣層253的材料可以是氧化矽，本實施例可以藉由更換第二蒸鍍站2C的蒸鍍材料源，可以在同一蒸鍍站形成二氧化矽薄膜。絕緣層253位於透明導電氧化物層251a上，以使第二端電極25的透明導電氧化物層251a與外界電性絕緣，而避免短路。另外，絕緣層253的厚度範圍由150nm至250nm，較佳為180nm至220nm。

如圖25所示，在第二蒸鍍站2C所完成的，載板9的兩側各形成一個雙異質接面太陽能電池2。最後，透過使基材20與載板9分離，即可同時完成兩個雙異質接面太陽能電池2。

本發明還提供一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，包括至少下列步驟：提供一載板9，並於載板9的兩側各設置一基材20，以形成一待加工件。此方式，可以在載板9的兩側同時形成一雙異質接面太陽能電池，提高生產速度。然而，本發明不限制於此，也可以只在載板9的一側設置一基材20。

將待加工件依序經過多個相鄰的第一組工作腔室，於待加工件兩側的每一基材20上，依序濺鍍形成一第一端電極21、一第一太陽能電池22以及一內部抗反射層231，其中第一端電極21形成於基材20上，第一太陽能電池22形成於第一端電極21上，內部抗反射層231形成於第一太陽能電池22上；接著，於待加工件，進行第一金屬遮罩步驟；然後，蒸鍍一第一導電圖案層於內部抗反射層231上，作為金屬導電端電極232，完成一半成品的待加工件；將半成品的待加工件經過多個相鄰的第二組工作腔室，於內部 抗反射層231上，依序形成一第二太陽能電池24、以及一表面抗反射層251，其中第二太陽能電池24形成於內部抗反射層231上，表面抗反射層251形成於第二太陽能電池24上；然後，於待加工件，再進行第二金屬遮罩步驟；接著，蒸鍍一第二導電圖案層252於表面抗反射層251上；以及蒸鍍一絕緣層253於表面抗反射層251上，其中第二導電圖案層252與第一導電圖案層232外露於絕緣層253。

本實施例的製造方法的其中一項特點在於，其中將第一組工作腔室，包括有第一入口腔室C10、多個第一濺鍍腔室C11~C17、及第一出口腔室C18，呈圓環狀排列，其中第一入口腔室C10相鄰於第一出口腔室C18。本實施的此種安排方式，相較於直線式排的工作腔室，能節省空間，還能提升生產效率。本實施例的機構也較為節省，只需要一個第一升降單元51，即可同時將多個待加工件移動到下一個濺鍍腔室。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池製造設備，將多個工作腔室呈圓環狀排列，其中升降旋轉機構能將多個待加工件依序經過多個工作腔室，結構的空間安排精簡，可以節省佔用的空間。

本發明所提供的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，在待加工件的兩側同時製造雙異質接面太陽能電池，並且透過多個相鄰的工作腔室，可以提升生產效率。

相較於現有的堆疊型太陽能電池(tandem solar cell)，其通常是利用化學氣相沉積法(如：電漿輔助化學氣相沉積)，而具有較高的製程成本。相較之下，本發明實施例可通過濺鍍來形成第一太陽能電池22、內部抗反射 層231、第二太陽能電池24以及表面抗反射層251，可以減少製程設備的成本並降低製程難度。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備與其製造方法，其所製造的雙異質接面太陽能電池，由於第二太陽能電池通過共用電極結構並聯第一太陽能電池的技術方案，本發明得以提升雙異質接面太陽能電池2的光電轉換效率。

第一太陽能電池22與第二太陽能電池24通過共用電極結構23而並聯，不僅可以降低內電阻，也可以增加在界面(interface)的電子的量子穿隧效應。在一實施例中，通過調整第一太陽能電池22與第二太陽能電池24的材料，可以使第一太陽能電池22與第二太陽能電池24分別用以吸收太陽光中不同波段的能量，而提高光電轉換效率。

詳細而言，第一太陽能電池22與第二太陽能電池24分別被配置為吸收太陽光中不同波段的能量，可以大幅地減少熱損失(thermalization loss)，從而使電極耦合的雙異質接面太陽能電池2的光電轉換效率提升。

在一實施例中，第一太陽能電池22的主要材料為多晶矽或微晶矽，而可吸收太陽光中能量相對較低(也就是波長較長)的光束。另外，較靠近於受光側La的第二太陽能電池24的主要材料為非晶矽，可被配置為吸收太陽光L中能量相對較高(也就是波長較短)的光束。

請參照圖26，圖中的曲線SL代表太陽光輻射光譜，曲線A代表第一太陽能電池22(主要材料是微晶矽或多晶矽)的光譜響應曲線，而曲線B代表第二太陽能電池24(主要材料為非晶矽)的光譜響應曲線。相較於第二太陽能電池24而言，第一太陽能電池22對於波長範圍700nm至1100nm的光束(也就是能量較低的光束)具有較高的量子效率(或入射光子-電子轉換效率)。然而，第二太陽能電池24對於波長範圍400nm至750nm的光束(也就是能量較高的光束)具 有較高的量子效率(或入射光子-電子轉換效率)。

也就是說，通過使第一太陽能電池22與第二太陽能電池24對於太陽光的不同波段有不同的光子-電子轉換效率，雙異質接面太陽能電池2可以吸收太陽光在不同波段的能量，而大幅提升光電轉換效率。相較於現有的矽基太陽能電池，本發明實施例所提供的雙異質接面太陽能電池2具有更高的光電轉換效率。進一步而言，本發明的雙異質接面太陽能電池2的光電轉換效率至少40%，甚至可以達到45%。須說明的是，現有的堆疊型太陽能電池(tandem solar cell)，其通常是利用化學氣相沉積法(如：電漿輔助化學氣相沉積)來製作，而具有較高的製程成本。相較之下，本發明實施例可通過濺鍍來形成第一太陽能電池22、內部抗反射層231、第二太陽能電池24以及表面抗反射層251，可以減少製程設備的成本並降低製程難度。也就是說，在本發明中，通過改良雙異質接面太陽能電池2的製程設備與製造方法，有利於大量生產具有高光電轉換效率的雙異質接面太陽能電池2。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

P1:前半流程設備

1A:第一組濺鍍設備

C10:第一入口腔室

C11:第一濺鍍腔室

C18:第一出口腔室

1B:第一金屬遮罩站

1C:第一蒸鍍站

1E:儲備區

50:第一升降旋轉機構

P2:後半流程設備

2A:第二組濺鍍設備

2B:第二金屬遮罩站

2C:第二蒸鍍站

M1:第一金屬遮罩

M2:第二金屬遮罩

C20:第二入口腔室

C27:第二出口腔室

W1:待加工件

60:第二升降旋轉機構

R1:第一機械手臂

R2:第二機械手臂

R3:第三機械手臂

R4:第四機械手臂

R5:第五機械手臂

R6:第六機械手臂

Claims (12)

1. 一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，包括至少下列步驟：提供一載板，並於所述載板的兩側各設置一基材，以形成一待加工件；將所述待加工件依序經過多個相鄰且呈圓環狀排列的第一組工作腔室，於所述待加工件兩側的每一所述基材上，依序濺鍍形成一第一端電極、一第一太陽能電池以及一內部抗反射層，其中所述第一端電極形成於所述基材上，所述第一太陽能電池形成於所述第一端電極上，所述內部抗反射層形成於所述第一太陽能電池上；執行第一金屬遮罩步驟；蒸鍍一第一導電圖案層於所述內部抗反射層上，作為金屬導電端電極，完成一半成品的待加工件；將半成品的所述待加工件經過多個相鄰且呈圓環狀排列的第二組工作腔室，於所述內部抗反射層上，依序形成一第二太陽能電池、以及一表面抗反射層，其中所述第二太陽能電池形成於所述內部抗反射層上，所述表面抗反射層形成於所述第二太陽能電池；執行第二金屬遮罩步驟；蒸鍍一第二導電圖案層於所述表面抗反射層上；以及蒸鍍一絕緣層於所述表面抗反射層上，其中所述第二導電圖案層與所述第一導電圖案層外露於所述絕緣層。
2. 如請求項1所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，其中將所述第一組工作腔室呈圓環狀排列，所述第一組工作腔室包括一第一入口腔室、多個第一濺鍍腔室、 及一第一出口腔室，其中所述第一入口腔室相鄰於所述第一出口腔室，其中在每一所述第一濺鍍腔室內部兩側各設有一濺鍍裝置，將所述待加工件平行地置放於兩個所述濺鍍裝置之間。
3. 如請求項2所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，其中還包括提供一第一升降旋轉機構，將所述第一升降旋轉機構設置於所述第一組工作腔室的下方，用以將所述待加工件依序經過所述第一組工作腔室；其中所述第一升降旋轉機構包括一第一升降單元及多個第一承載手臂，所述多個第一承載手臂呈放射狀設置於所述第一升降單元的頂部，且分別用以承載所述待加工件。
4. 如請求項2所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，還包括提供一第一機械手臂、一第二機械手臂及一第三機械手臂；所述第一機械手臂將所述待加工件移動到所述第一入口腔室；所述第二機械手臂，設置於所述第一出口腔室的外側，用以移動經過第一組濺鍍流程的所述待加工件去進行所述第一金屬遮罩步驟；所述第三機械手臂設置於一第一金屬遮罩站的外側，用以移動經過所述第一金屬遮罩步驟的所述待加工件以蒸鍍所述第一導電圖案層。
5. 如請求項1所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，其中將所述第二組工作腔室呈圓環狀排列，所述第二組工作腔室包括一第二入口腔室、多個第二濺鍍腔室、及一第二出口腔室，其中所述第二入口腔室相鄰於所述第二出口腔室。
6. 如請求項5所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能 電池的製造方法，其中包括提供一第二升降旋轉機構，所述第二升降旋轉機構位於所述第二組工作腔室的下方，用以將所述待加工件依序經過所述第二組工作腔室；其中所述第二升降旋轉機構包括一第二升降單元及多個第二承載手臂，所述多個第二承載手臂呈放射狀設置於所述第二升降單元的頂部，且分別用以承載所述待加工件。
7. 如請求項5所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造方法，還包括提供一第四機械手臂、一第五機械手臂及一第六機械手臂；所述第四機械手臂將所述半成品移動到所述第二入口腔室；所述第五機械手臂設置於所述第二出口腔室的外側，用以移動經過第二組濺鍍流程的所述待加工件去進行所述第二金屬遮罩步驟；所述第六機械手臂移動經過所述第二金屬遮罩步驟的所述待加工件以蒸鍍所述第二導電圖案層。
8. 一種雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備，包括：第一組工作腔室，呈圓環狀排列，所述第一組工作腔室包括相鄰的多個第一濺鍍腔室，以在一待加工件上依序濺鍍而形成一第一端電極、一第一太陽能電池以及一內部抗反射層；第一升降旋轉機構，位於所述第一組工作腔室的下方，用以將所述待加工件依序經過所述第一組工作腔室；第一金屬遮罩站，鄰近於所述第一組工作腔室，以執行第一金屬遮罩步驟於所述待加工件； 第一蒸鍍站，鄰近於所述第一金屬遮罩站，以蒸鍍一第一導電圖案層於所述待加工件上，以完成一半成品的所述待加工件；第二組工作腔室，呈圓環狀排列，所述第二組工作腔室包括相鄰的多個第二濺鍍腔室，依序形成一第二太陽能電池、以及一表面抗反射層於所述待加工件；第二升降旋轉機構，位於所述第二組工作腔室的下方，用以將經過第一組濺鍍步驟的所述待加工件依序經過所述第二組工作腔室的所述多個第二濺鍍腔室；第二金屬遮罩站，鄰近於所述第二組工作腔室，以於半成品的所述待加工件執行第二金屬遮罩步驟；以及第二蒸鍍站，以蒸鍍一第二導電圖案層於所述表面抗反射層上，以及蒸鍍一絕緣層於所述表面抗反射層上。
9. 如請求項8所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備，其中所述第一組工作腔室還包括一第一入口腔室、及一第一出口腔室，其中所述第一入口腔室相鄰於所述第一出口腔室；其中每一所述第一濺鍍腔室內部兩側各有一濺鍍裝置，每一所述濺鍍裝置包括一靶材、一陰極板、及一磁控裝置，所述陰極板設置於所述靶材與所述磁控裝置之間，所述待加工件平行地置於兩個所述靶材之間。
10. 如請求項8所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備，其中還包括一第一升降旋轉機構，所述第一升降旋轉機構位於所述第一組工作腔室的下方，用以將所述待加工件依序經過所述第一組工作腔室；其中所述第一升降旋 轉機構包括一第一升降單元及多個第一承載手臂，所述多個第一承載手臂呈放射狀設置於所述第一升降單元的頂部，且分別用以承載所述待加工件。
11. 如請求項8所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備，其中所述第二組工作腔室還包括一第二入口腔室、及一第二出口腔室，其中所述第二入口腔室相鄰於所述第二出口腔室；其中每一所述第一濺鍍腔室內部兩側各有一濺鍍裝置，每一所述濺鍍裝置包括一靶材、一陰極板、及一磁控裝置，所述陰極板設置於所述靶材與所述磁控裝置之間，所述待加工件平行地置於兩個所述靶材之間。
12. 如請求項8所述的雙能區奈米電極耦合的雙異質接面太陽能電池的製造設備，其中還包括一第二升降旋轉機構，所述第二升降旋轉機構位於所述第二組工作腔室的下方，用以將所述待加工件依序經過所述第二組工作腔室；其中所述第二升降旋轉機構包括一第二升降單元及多個第二承載手臂，所述多個第二承載手臂呈放射狀設置於所述第二升降單元的頂部，且分別用以承載所述待加工件。

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