TWM517421U

TWM517421U - 異質接面太陽能電池結構

Info

Publication number: TWM517421U
Application number: TW104213409U
Authority: TW
Inventors: 郭正聞; 官大明; 余承曄
Original assignee: 元晶太陽能科技股份有限公司
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2016-02-11

Description

異質接面太陽能電池結構

本創作係有關於一種太陽能電池技術領域，特別是有關一種異質接面(heterojunction)太陽能電池結構。

已知，太陽能電池的工作原理係利用太陽光之輻射能源與半導體材料作用來產生電能，主要材料包括有半導體材料，如單晶矽、多晶矽、非晶矽之矽基板或III-V族化合物之半導體材料等，以及用來作為電極之導電膠，例如，銀膠或鋁膠等。

一般，太陽能電池的製造方法係先進行晶圓表面清潔與粗糙化處理，然後進行擴散製程，在晶圓表面形成磷玻璃層及摻雜射極(emitter)區域，以蝕刻製程去除磷玻璃層後，再形成抗反射層，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，然後進行高溫燒結，形成電極。最後，進行串焊將電池單元串接成模組。

此外，業界還提出一種異質接面結構(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer, 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。目前量產的HIT太陽能電池以22%轉換效率，優於N型單晶電池(21%)及P型多晶電池(20.5%)。HIT太陽能電池具轉換效率高、載子損耗率低、製程溫度低及高溫特性佳等特點。

本創作之主要目的在提供一種改良的異質接面太陽能電池結構，可以進一步提升電池效率及品質。

根據本創作一實施例，本案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；一經退火處理的鈍化層，設於該半導體基板上；一本質非晶矽層，設於該經退火處理的鈍化層上；以及一第二導電型摻雜非晶矽層，設於該本質非晶矽層上。該經退火處理的鈍化層例如為氧化鋁。上述經退火處理的薄鈍化層12的厚度較佳介於6□至10□。

為讓本創作之上述目的、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，並非用來對本創作加以限制者。

請參閱第1圖，其繪示出本創作異質接面太陽能電池的部分剖面結構示意圖，其中第1圖中例示的是異質接面太陽能電池的正面(受光面)的部分剖面結構。

如第1圖所示，本創作異質接面太陽能電池結構包括一半導體基板11，例如，N型摻雜結晶矽基板或結晶矽晶圓，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(受光面)S1上，係以表面粗糙化製程，形成有金字塔形結構11a，其高度較佳係大於8微米，但不限於此。通常，在形成金字塔形結構11a之前(或之後)，會另進行晶圓表面清潔製程，以去除污染物。

在半導體基板11的正面S1的金字塔形結構11a上，設有一經退火處理的薄鈍化層12，例如，氧化鋁(Al ₂O ₃)，其可以利用原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)法或化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)法形成，但不限於此。

上述經退火處理的薄鈍化層12的厚度較佳介於6□至10□，但不限於此。基本上，上述經退火處理的薄鈍化層12的厚度小於15□。在其它實施例中，上述經退火處理的薄鈍化層12也可以是其它材料所構成，例如，二氧化矽(SiO ₂)、氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiON)等。

上述經退火處理的薄鈍化層12係指在沉積鈍化層之後，再以高溫爐管於700至800℃的溫度下進行退火處理，使得沉積在金字塔形結構11a上的薄鈍化層12具有較高的緻密度，故其厚度可以較薄(6□至10□)。此外，在高溫爐管經過700至800℃的退火處理可以修補介電層中的缺陷，進一步提升介電層品質。

在經退火處理的薄鈍化層12上，另設置有一厚度約介於5nm至20nm的本質非晶矽(α-Si(i))層13，其直接設置在經退火處理的薄鈍化層12表面上，並與經退火處理的薄鈍化層12直接接觸。然後，在本質非晶矽(α-Si(i))層13上直接設置有一厚度約介於5nm至20nm的P型非晶矽(α-Si(p))層14。P型非晶矽(α-Si(p))層14直接接觸本質非晶矽(α-Si(i))層13。

本質非晶矽(α-Si(i))層13及P型非晶矽(α-Si(p))層14均可利用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)法形成，CVD溫度範圍介於20至200℃，其中，藉由在沉積過程中添加硼，可以提供P型摻雜，形成P型非晶矽(α-Si(p))層14。形成本質非晶矽(α-Si(i))層13及P型非晶矽(α-Si(p))層14的方法為周知技術，故不再贅述。

在P型非晶矽(α-Si(p))層14上另設置有一透明導電氧化(transparent conductive oxide, TCO)層15，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)、二氧化錫(SnO ₂)或氧化鋅(ZnO)等。透明導電氧化層15可以利用物理氣相沉積(PVD)法形成，溫度範圍介於20至200℃，但不限於此。

另外，在透明導電氧化層15上可以設有一正面金屬電極16，例如，利用網印方法形成，其中網印燒結溫度不超過200℃。此外，亦可以選擇利用電鍍法形成正面金屬電極16。

本創作的太陽能電池可以在其正面及背面均具有異質接面結構。請參閱第2圖，其繪示出本創作異質接面太陽能電池的部分剖面結構示意圖，其中第2圖中例示的是異質接面太陽能電池的背面S2的部分剖面結構。

如第2圖所示，在半導體基板11的背面S2，係以表面粗糙化製程，形成有金字塔形結構11a，其高度較佳大於8微米，但不限於此。通常，在形成金字塔形結構11a之前(或之後)，會另進行晶圓表面清潔製程，以去除污染物。

在半導體基板11的背面S2的金字塔形結構11a上，設有一經退火處理的薄鈍化層22，例如，氧化鋁(Al ₂O ₃)，其可以利用原子層沉積(ALD)法或化學氣相沉積(CVD)法形成，但不限於此。

上述經退火處理的薄鈍化層22的厚度較佳介於6□至10□，但不限於此。基本上，上述經退火處理的薄鈍化層22的厚度小於15□。在其它實施例中，上述經退火處理的薄鈍化層22也可以是其它材料所構成，例如，二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽等。

上述經退火處理的薄鈍化層22係指在沉積鈍化層之後，再以高溫爐管於700至800℃的溫度下進行退火處理，使得沉積在金字塔形結構11a上的薄鈍化層22具有較高的緻密度，故其厚度可以較薄(6□至10□)。此外，在高溫爐管經過700至800℃的退火處理可以修補介電層中的缺陷，進一步提升介電層品質。

在經退火處理的薄鈍化層22上，另設置有一厚度約介於5nm至20nm的本質非晶矽(α-Si(i))層23，其直接設置在經退火處理的薄鈍化層22表面上，並與經退火處理的薄鈍化層22直接接觸。然後，在本質非晶矽(α-Si(i))層23上直接設置有一厚度約介於5nm至20nm的N型非晶矽(α-Si(n))層24。N型非晶矽(α-Si(n))層24直接接觸本質非晶矽(α-Si(i))層23。

本質非晶矽(α-Si(i))層23及N型非晶矽(α-Si(n))層24均可利用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)法形成，其中，藉由在沉積過程中添加磷，可以提供N型摻雜，形成N型非晶矽(α-Si(n))層24。形成本質非晶矽(α-Si(i))層23及N型非晶矽(α-Si(n))層24的方法為周知技術，故不再贅述。

在N型非晶矽(α-Si(n))層24上另設置有一透明導電氧化(TCO)層25，例如，氧化銦錫(ITO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、摻雜鍺氧化鋅(GZO)、二氧化錫(SnO ₂)或氧化鋅(ZnO)等。透明導電氧化層25可以利用物理氣相沉積(PVD)法形成，但不限於此。

另外，在透明導電氧化層25上可以設有一背面金屬電極26，例如，利用網印方法形成。此外，亦可以選擇利用電鍍法形成背面金屬電極26。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，凡依本創作申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本創作之涵蓋範圍。

11‧‧‧半導體基板
11a‧‧‧金字塔形結構
12‧‧‧經退火處理的薄鈍化層
13‧‧‧本質非晶矽(α-Si(i))層
14‧‧‧P型非晶矽(α-Si(p))層
15‧‧‧透明導電氧化層
16‧‧‧正面金屬電極
22‧‧‧經退火處理的薄鈍化層
23‧‧‧本質非晶矽(α-Si(i))層
24‧‧‧N型非晶矽(α-Si(n))層
25‧‧‧透明導電氧化層
26‧‧‧背面金屬電極
S1‧‧‧正面(受光面)
S2‧‧‧背面

第1圖例示異質接面太陽能電池的正面的部分剖面結構。第2圖例示異質接面太陽能電池的背面的部分剖面結構。

11‧‧‧半導體基板

11a‧‧‧金字塔形結構

12‧‧‧經退火處理的薄鈍化層

13‧‧‧本質非晶矽(α-Si(i))層

14‧‧‧P型非晶矽(α-Si(p))層

15‧‧‧透明導電氧化層

16‧‧‧正面金屬電極

22‧‧‧經退火處理的薄鈍化層

23‧‧‧本質非晶矽(α-Si(i))層

24‧‧‧N型非晶矽(α-Si(n))層

25‧‧‧透明導電氧化層

26‧‧‧背面金屬電極

S1‧‧‧正面(受光面)

S2‧‧‧背面

Claims

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；一經退火處理的鈍化層，設於該半導體基板上；一本質非晶矽層，設於該經退火處理的鈍化層上；以及一第二導電型摻雜非晶矽層，設於該本質非晶矽層上。
如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該經退火處理的鈍化層包含氧化鋁。
如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該經退火處理的鈍化層包含二氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽。
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。
如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該經退火處理的鈍化層的厚度介於6Å至10Å。
如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該本質非晶矽層的厚度介於5nm至20nm。
如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第二導電型摻雜非晶矽層的厚度介於5nm至20nm。
如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第二導電型摻雜非晶矽層上另設置有一透明導電氧化層。
如申請專利範圍第8項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該透明導電氧化層包含有氧化銦錫、氧化鋁鋅、氧化銦鎵鋅、摻雜鍺氧化鋅、二氧化錫或氧化鋅。
如申請專利範圍第8項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該透明導電氧化層上另設置有一金屬電極。
一種異質接面太陽能電池結構，包含有：一半導體基板，具有一正面以及一背面，其中該半導體基板具有一第一導電型；一經退火處理的第一鈍化層，設於該半導體基板的該正面上；一第一本質非晶矽層，設於該經退火處理的第一鈍化層上；一第一摻雜非晶矽層，設於該第一本質非晶矽層上，其中該第一摻雜非晶矽層具有一第二導電型；一經退火處理的第二鈍化層，設於該半導體基板的該背面上；一第二本質非晶矽層，設於該經退火處理的第二鈍化層上；以及一第二摻雜非晶矽層，設於該第二本質非晶矽層上，其中該第二摻雜非晶矽層具有該第一導電型。
如申請專利範圍第11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。