TWI398961B - 包含至少二次去除有害雜質步驟之太陽能電池的製造方法 - Google Patents

Description

包含至少二次去除有害雜質步驟之大陽能電池的製造方法

本發明係關於一種太陽能電池製造方法，尤其關於一種利用摻雜的雜質去除矽晶基板中有害顆粒的太陽能電池製造方法。

傳統的太陽能電池包含一具有P/N界面的矽晶基板，而矽晶基板的製造過程中，容易產生顆粒污染(particle contamination)現象，而對製造良率產生不好的影響。中華民國專利申請號第095139453號，揭露一種高吸雜能力及高平坦度之矽晶片及其製造方法。於此方法中，在矽晶基板的高溫製程中會產生一層均勻的錯位缺陷(stacking fault defects)，該缺陷層會將製程中的金屬污染(有害顆粒)吸進其中，是為吸雜區域(gettering sites)，藉此能夠減少矽晶基板中的有害金屬顆粒。於美國專利第5066359號中，是於鹹蝕刻時，未將研磨損傷層完全除去，而留一層薄的研磨損傷層用以作為吸雜(gettering)層。於中華民國專利申請第096127007號中，利用矽烷(silane)氣體在矽晶圓上沉積多晶矽區域作為雜質捕集區域，使矽晶圓包含一矽切片及一第一雜質捕集區域。

該些先前技術，雖已具有減少矽晶基板中有害顆粒的效果，但是用於製造太陽能電池時尚具有改善的空間。

本發明一實施例之目的在於提供一種減少矽晶基板中有害雜質的太陽能電池製造方法。一實施例中，提供一種利用摻雜磷雜質的方式來減少矽晶基板中有害雜質的太陽能電池製造方法。

依據本發明一實施例，提供一種太陽能電池製造方法其包含以下步驟。提供一矽晶基板，且該矽晶基板為第一型並具有一第一表面及一第二表面。將第二型之多數的第一雜質，摻雜於矽晶基板的第一表面上。對矽晶基板的第一表面進行第一次蝕刻。將第二型之多數的第二雜質，摻雜於已被第一次蝕刻的矽晶基板的第一表面上，以形成一第一型區域及一第二型區域。對矽晶基板的第一表面進行第二次蝕刻。以及形成電連接第一型區域及第二型區域的一電極結構。

於一實施例中，第一型為P型，而第二型為N型。且較佳的情況是第一雜質及第二雜質皆為磷雜質。

於一實施例中，對矽晶基板的第一表面進行第一次蝕刻的步驟，可以更對矽晶基板的第二表面進行第一次蝕刻。此外，對矽晶基板的第一表面進行第二次蝕刻的步驟，可以更對矽晶基板的第二表面進行第二次蝕刻。

於一實施例中，將第二型之多數的第一雜質摻雜於矽晶基板的第一表面上的步驟，是在一第一預定溫度下進行，將第二型之多數的第二雜質摻雜於已被第一次蝕刻的矽晶基板的第一表面上的步驟，是在一第二預定溫度下進行，且第一預定溫度高於第二預定溫度。

於一實施例中，對矽晶基板的第一表面進行第一次蝕刻的步驟，進行一第一預定期間，對矽晶基板的第一表面進行第二次蝕刻的步驟，進行一第二預定期間，且第一預定期間長於第二預定期間。

依本發明一實施例的太陽能電池製造方法，對矽晶基板進行兩次摻雜磷雜質的步驟以及兩次蝕刻步驟(較佳的情況是一次過蝕刻步驟及一次標準蝕刻步驟)，能夠有效減少矽晶基板中的有害雜質，進而提升矽晶基板內部少數載子的生命期。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

一般而言半導體元件能夠被分成P型及N型。以P型半導體元件為例，P型半導體元件會具有較多的電洞，因此P型半導體元件中多數載子(carrier)是指電洞，少數載子是指電子，而N型半導體元件則相反。

本案發明人進行實驗，對太陽能電池的原料矽晶圓(wafer)進行全檢測，並實際生產電池片，比對所產出之太陽能電池的光電轉換效率以及全檢測結果，發現矽晶圓中的少數載子(以P型多晶矽晶圓為例，少數載子為電子)的生命週期，會影響太陽能電池的光電轉換效率。於矽晶圓的製造過程中，受到顆粒污染而殘留的有害金屬粒子，會減少矽晶圓中的少數載子的生命週期。

為了提升太陽能電池之矽晶圓中少數載子的生命週期，在大致不影響太陽能電池品質及製程的情況下，本案發明人嘗試進行實驗，利用摻雜磷雜質的方式，驗證磷雜質吸附有害金屬粒子的效果。

本發明之實驗的設計方式如下說明。於一比較例中，僅對矽晶圓的一表面進行一次摻雜磷雜質的步驟。因為摻雜磷雜質的步驟中，會於表面處形成阻礙電子流動的陷阱(trap)層，因此更進一步在摻雜磷雜質的步驟後，對矽晶圓的該表面進行蝕刻以去除上述陷阱層。於本發明一實施例中，為了驗證磷雜質吸附有害金屬粒子的效果，進行了二次摻雜磷雜質的步驟以及二次蝕刻步驟。以下將詳述本發明一實施例之太陽能電池製造方法，以及上述二次摻雜磷雜質的步驟以及二次蝕刻步驟的目的及作用。

圖1A至1B顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法的流程圖。圖2A至2H顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法之各步驟的剖面示意圖。如圖1A至1B及圖2A至2H所示，太陽能電池製造方法包含以下步驟。

如圖2A所示，步驟S02：提供一矽晶基板，且矽晶基板並具有一第一表面113及一第二表面114。於本實施例中，矽晶基板為一P型多晶矽基板110。

如圖2B所示，步驟S03：利用酸鹼溶液清洗或者蝕刻P型多晶矽基板110的第一表面113及第二表面114，使P型多晶矽基板110之表面113及114粗糙化，以降低太陽光的反射。

如圖2C所示，步驟S04：將N型之多數的第一雜質，摻雜於P型多晶矽基板110的第一表面113上。於一實施例中，可以利用爐管擴散法或者網印、旋塗或噴霧法，於第一表面113上摻雜N型雜質，N型雜質會擴散進入P型多晶矽基板110，形成一N型雜質擴散區，以使P型多晶矽基板110具有N型區域111及P型區域112。於一實施例中，第一雜質可以為磷雜質，並且是在溫度約800℃至約820℃下，利用三氯氧磷(POCl₃ )來對P型多晶矽基板110進行磷雜質摻雜。為了使磷雜質能夠更深入P型多晶矽基板110內部，藉以吸附較多的有害雜質，最佳的情況是使步驟S04的製程溫度高於後述之步驟S08的製程溫度。

如圖2D所示，步驟S06：對P型多晶矽基板110的第一表面113進行第一次蝕刻。於一實施例中，步驟S06進行1.5小時(其為後述步驟S10之0.5小時的三倍)。步驟S06的蝕刻時間長於後述之步驟S10的蝕刻時間，除了能夠去除步驟S04所形成的陷阱層外，還能夠去除步驟S04所形成之N型區域111的至少一部分。因為於此部分中磷雜質已吸附有一部分之P型多晶矽基板110中的有害雜質(亦即摻雜磷雜質的步驟具有吸雜(gettering)的功能)，所以去除N型區域111之該至少一部分後的P型多晶矽基板110，會具有較少的有害雜質。

如圖2E所示，步驟S08：將N型之多數的第二雜質，摻雜於已被第一次蝕刻的P型多晶矽基板110的第一表面113上，再一次地使P型多晶矽基板110具有N型區域111及P型區域112。於一實施例中，第二雜質可以為磷雜質，並且是在溫度約790℃至約810℃下，利用三氯氧磷(POCl₃ )，對P型多晶矽基板110進行磷雜質摻雜。第二次磷摻雜步驟，除了能夠形成N型區域111外，亦具有吸附P型多晶矽基板110中的有害雜質的功能，達到第二次吸雜的效果。此外，於一實施例中，第二雜質亦可以不使用磷雜質，僅要是能形成N型雜質擴散區的N型雜質皆可。

步驟S10：對P型多晶矽基板110的第一表面113進行第二次蝕刻，藉以去除步驟S08所形成的陷阱層。於一實施例中，由於步驟S10僅需達到去除步驟S08所形成的陷阱層的程度即可，因此依實驗的經驗，可以將步驟S10的蝕刻時間設為進行0.5小時。

如圖2F所示，步驟S11：形成一抗反射層120於P型多晶矽基板110上。

如圖2G所示，步驟S12：形成電連接N型區域111及P型區域112的一電極結構130。

於一實施例中，上述的步驟S12可以包含以下步驟。步驟S32：將一第一導電膠形成於第一表面113上。步驟S34：將一第二導電膠形成於第二表面114上。步驟S36：對形成有第一導電膠及第二導電膠的P型多晶矽基板110，進行燒結處理，使第一導電膠被燒結後穿透抗反射層120形成第一電極131；使第二導電膠被燒結後形成第二電極132，且第一電極131及第二電極132互相電連接，形成一個電流迴路。

請參照圖2H，於一實施例中，太陽能電池製造方法還可以包含步驟14：形成至少一分離溝140，用以分離相鄰的電池盒(cell)。依據上述步驟，即可製得依本發明一實施例之太陽能電池100。

下表一顯示比較例(進行一次吸雜步驟)及本發明一實施例(進行二次吸雜步驟)的實驗結果。

如上表一所示，進行二次吸雜步驟之實施例的太陽能電池100的光電轉換效率16.132%，優於進行一次吸雜步驟之比較例之太陽能電池的光電轉換效率16.076%。進行二次吸雜步驟之實施例的太陽能電池100的電壓(Voc)值0.619及電流(Isc)值8.234，分別優於進行一次吸雜步驟之比較例之太陽能電池的電壓(Voc)值0.615及電流(Isc)值8.230。其中，電壓值的增加幅度較明顯，可以得知P型多晶矽基板110中少數載子的生命期已有增加，因此能夠得到較好的光電轉換效率。

綜上所述，習知太陽能電池的製程中，是利用摻雜磷雜質的方式來形成具有P/N界面的矽晶基板。依上述實驗結果，能夠確定磷雜質具有吸雜(gettering)的功能。因此依本發明一實施例的太陽能電池製造方法，對矽晶基板進行兩次摻雜磷雜質的步驟以及兩次蝕刻步驟(較佳的情況是一次過蝕刻步驟及一次標準蝕刻步驟)，能夠有效減少矽晶基板中的有害雜質，進而提升矽晶基板內部少數載子的生命期。結果，能夠提升太陽能電池的電壓(Voc)、電流(Isc)以及光電轉換效率(Ncell)。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100．．．太陽能電池

110．．．矽晶基板

111．．．N型區域

112．．．P型區域

113．．．第一表面

114．．．第二表面

120．．．抗反射層

130．．．電極結構

131．．．第一電極

132．．．第二電極

140．．．分離溝

圖1A至1B顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法的流程圖。

圖2A至2H顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法之各步驟的剖面示意圖。

Claims (10)

1. 一種太陽能電池製造方法，包含：提供一矽晶基板，且該矽晶基板為第一型並具有一第一表面及一第二表面；將第二型之多數的第一雜質，摻雜於該矽晶基板的該第一表面上；對該矽晶基板的該第一表面進行第一次蝕刻；將第二型之多數的第二雜質，摻雜於已被第一次蝕刻的該矽晶基板的該第一表面上，以形成一第一型區域及一第二型區域；對該矽晶基板的該第一表面進行第二次蝕刻；形成電連接該第一型區域及該第二型區域的一電極結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中該對該矽晶基板的該第一表面進行第一次蝕刻的步驟，更對該矽晶基板的該第二表面進行第一次蝕刻。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池製造方法，其中該對該矽晶基板的該第一表面進行第二次蝕刻的步驟，更對該矽晶基板的該第二表面進行第二次蝕刻。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中該第一雜質的種類相同於該第二雜質的種類。
5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池製造方法，其中該將第二型之多數的第一雜質摻雜於該矽晶基板的該第一表面上的步驟，是在一第一預定溫度下進行，該將第二型之多數的第二雜質，摻雜於已被第一次蝕刻的該矽晶基板的該第一表面上的步驟，是在一第二預定溫度下進行，且該第一預定溫度高於該第二預定溫度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池製造方法，其中該對該矽晶基板的該第一表面進行第一次蝕刻的步驟，進行一第一預定期間，該對該矽晶基板的該第一表面進行第二次蝕刻的步驟，進行一第二預定期間，且該第一預定期間長於該第二預定期間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池製造方法，其中該第一預定期間約三倍於該第二預定期間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池製造方法，其中該第一型為P型，而該第二型為N型。
9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池製造方法，其中該將第二型之多數的第一雜質摻雜於該矽晶基板的該第一表面上的步驟，是在溫度約800℃至約820℃下，利用三氯氧磷對該矽晶基板進行磷雜質摻雜。
10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池製造方法，其中該將第二型之多數的第二雜質摻雜於已被第一次蝕刻的該矽晶基板的該第一表面上的步驟，是在溫度約790℃至約810℃下，利用三氯氧磷對該矽晶基板進行磷雜質摻雜。