TWI455341B - Method for manufacturing solar cells - Google Patents

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Description

太陽能電池的製造方法
本發明是有關於一種太陽能電池的製造方法，特別是指一種以RIE技術進行表面粗糙化後之製程改良的太陽能電池的製造方法。
已知太陽能電池結構中，其光照面通常具有凹凸結構，藉此降低太陽能電池表面對於光的反射率，提升太陽光入射比例。上述的表面凹凸結構，可以利用反應式離子蝕刻法(Reactive Ion Etching，簡稱RIE)蝕刻基板表面而形成。
參閱圖1，雖然RIE製程能蝕刻基板11而達到基板11表面凹凸的需求，但此製程中的帶電粒子(電漿)也會因此與基板11材料反應，使基板11表面形成一電漿破壞層12，該電漿破壞層12的存在將增加載子的再結合率(Recombination)，因而會降低太陽能電池的光電轉換效率，所以在RIE製程之後，必需再透過溼式蝕刻方式移除該電漿破壞層12，由於其材料是以矽(Si)、矽的氧化物(SiOx )為主，所以蝕刻液通常使用氫氧化鉀(KOH)、氫氟酸(HF)等溶液，當該電漿破壞層12移除後，後續再進行熱擴散(thermal diffusion)製程使該基板11表面形成p-n接面。
但是用於進行溼式蝕刻的儀器設備昂貴，而且在熱擴散製程之後還有另一次的溼式蝕刻必需進行，即是以HF移除基板11表面因高溫所產生的SiO2 ，所以如上述的太陽能 電池製造設備中，必需有兩組溼式蝕刻設備，造成設備及製造成本高，不利於工業量產。
因此，本發明之目的，即在提供一種降低設備成本、符合量產需求的太陽能電池的製造方法。
於是，本發明太陽能電池的製造方法，包含：(A)利用乾式蝕刻法蝕刻一第一導電型基板，使其表面成為高低起伏狀，且該第一導電型基板的表面還形成一個電漿破壞層；(B)對該第一導電型基板進行熱擴散處理，使該第一導電型基板形成一個位於該電漿破壞層的下方的第二導電型摻雜層，並將該電漿破壞層氧化而轉變成一個氧化層，所述熱擴散處理包括一個沉積階段以及一個驅入階段，該驅入階段是在一驅入溫度下持續一驅入時間，該驅入溫度為800℃~950℃，該驅入時間為20分鐘~50分鐘；(C)利用溼式蝕刻法移除該氧化層，完成製作該太陽能電池的半成品；及(D)在該太陽能電池的半成品上形成電極。
當驅入溫度太低而小於800℃時，由於溫度不足，無法使反應氣體分子產生足夠的移動動能，因此擴散效果不好，不利於第二導電型摻雜層的形成，也無法將該電漿破壞層氧化；當驅入溫度太高而大於950℃時，超過第一導電型基板的耐溫範圍，會產生翹曲現象。而驅入時間過短時，反應氣體分子未能充分擴散，亦不利於形成該第二導電型 摻雜層，該電漿破壞層也無法充分氧化；驅入時間最多50分鐘就能達到效果，再增加時間只是造成能源浪費。
本發明之功效：透過改善熱擴散處理的驅入階段，使電漿破壞層氧化，並利用熱擴散處理之後的溼式蝕刻去除該氧化層，使本發明可以省略熱擴散處理前的溼式蝕刻，如此可以降低設備成本、有利於量產，而且製作出的太陽能電池仍然維持一定以上的轉換效率。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例及數個實驗例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖2，本發明製造方法之較佳實施例，用於製造一太陽能電池，所述太陽能電池包括由下往上疊置的一第一導電型基板2、一第二導電型摻雜層4、一抗反射層5，以及二個各別位於該第一導電型基板2的下表面及抗反射層5的表面的電極6。
參閱圖3、4，本發明太陽能電池的製造方法包含：
(1)進行步驟71：準備該第一導電型基板2，本實施例為p型半導體矽(Si)基板，實施時不限於此，也可以使用n型基板。
(2)進行步驟72：利用乾式蝕刻法蝕刻該第一導電型基板2的一表面，本實施例是使用反應式離子蝕刻法(Reactive Ion Etching，簡稱RIE)，並以SF6 、Cl2 及O2 混合作為反應氣體，使第一導電型基板2的表面成為高低起伏狀，也就 是形成凹凸狀的粗糙微結構(Texturing)。而且因為該第一導電型基板2的表面會與電漿產生反應，因此會在此凹凸狀的粗糙微結構表面形成一個電漿破壞層3，該電漿破壞層3材料主要為矽及矽的氧化物(SiOx )。
(3)進行步驟73：對該第一導電型基板2進行熱擴散處理，所述熱擴散處理包括一個沉積階段以及一個驅入(drive-in)階段。首先為沉積階段，將該第一導電型基板2置入一高溫爐管，爐管內的溫度約為750℃~800℃，並且在爐管內通入一反應氣體，本實施例為N2 -POCl3 (三氯氧磷)、O2 及N2 的混合氣體，但不限於此，並進一步於該第一導電型基板2表面沉積磷(P)。
接著進行驅入階段，該驅入階段是在一驅入溫度下持續一驅入時間，該驅入溫度為800℃~950℃，較佳地為810℃~950℃，更佳地為850℃~900℃；該驅入時間為20分鐘~50分鐘，較佳地為25分鐘~37.5分鐘，使該第一導電型基板2表面的磷(P)進入該第一導電型基板2的表層，進而在該電漿破壞層3下方形成n型的第二導電型摻雜層4，其材料主要為磷玻璃(PSG)；本步驟亦相當於是在該第一導電型基板2內靠近該表面(該表面是指經過步驟72之乾式蝕刻法蝕刻的表面)處形成該第二導電型摻雜層4。
而且在驅入階段中，反應氣體分子也會擴散進入該電漿破壞層3，並因較高的溫度與時間之設定，使其氧化而轉變成為一個氧化層3’，該氧化層3’材料主要為二氧化矽、磷與矽的氧化物等；該氧化層3’相當於是形成於該第一導電型基 板2上靠近該表面(該表面是指經過步驟72之乾式蝕刻法蝕刻的表面)側。
需要說明的是，若第一導電型基板2使用n型半導體，則熱擴散處理而形成的第二導電型摻雜層4為p型半導體。
(4)進行步驟74：利用溼式蝕刻法移除該氧化層3’，使該第二導電型摻雜層4露出。本實施例使用氫氟酸(HF)等溶液作為蝕刻液。
(5)進行步驟75：在該第二導電型摻雜層4的表面形成氮化矽之抗反射層5，抗反射層5能降低太陽光反射，提升光線入射比例。於實施上，可以利用濺鍍(Sputtering)或電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)等技術進行。
此時已完成製作該太陽能電池的半成品，但須注意的是，形成抗反射層5並非必要步驟，因此太陽能電池的半成品中，也可以不包含該抗反射層5。
(6)進行步驟76：在該太陽能電池的半成品上形成電極6，電極6主要是透過網印的方式，形成於抗反射層5的上表面及該第一導電型基板2的下表面。其中圖3中電極6之型態僅為示意而非限定，亦可為其他設計之態樣。
(7)進行步驟77：將進行完步驟76的樣品置於高溫的燒結爐中，燒結爐內有複數個溫度不同的高溫區域，爐內的滾輪帶動樣品持續前進並且受到不同高溫的燒結，電極6因此能牢固地附著，如此即完成太陽能電池的製作。
本發明相對於現有製程而言，主要是省略熱擴散處理前的溼式蝕刻，並且改良熱擴散處理的驅入階段，藉由驅 入溫度及驅入時間的配合，能夠在形成該第二導電型摻雜層4時，還使該電漿破壞層3氧化，其優點在於：現有太陽能電池製程中，在熱擴散處理之後原本就必需進行溼式蝕刻，又因為氫氟酸溶液對於氧化物有良好的蝕刻效果，所以本發明直接利用此溼式蝕刻步驟移除該氧化層3’，而且氧化層3’是透過氧化該電漿破壞層3而得，所以氧化層3’的厚度原則上相對於電漿破壞層3更厚，較容易控制將其完全蝕刻，並避免傷害該第二導電型摻雜層4。
參閱表一，以下透過實驗例證明本發明製造出的太陽能電池仍然具有良好的性能。表一的Voc 代表開路電壓，Jsc 代表短路電流，F.F值代表fill factor，Eff.為轉換效率。在本發明實驗例1~8所限定的驅入溫度及驅入時間範圍內，各樣品的短路電流、F.F值及轉換效率都能達到一定的標準。反觀比較例1，其驅入溫度為780℃而低於800℃，反應氣體分子的移動動能不足、擴散效果不好，不利於第二導電型摻雜層4的形成，其電漿破壞層3也無法充分氧化及完全移除，造成比較例1的短路電流及轉換效率較差。
綜上所述，本發明改善熱擴散處理中的驅入階段，並且省略傳統方法在熱擴散處理前的溼式蝕刻，因此本發明製程中只需要一組溼式蝕刻設備，進而降低設備成本、有利於量產，而且製作出的太陽能電池仍然維持一定以上的轉換效率，因此本發明兼顧量產的可行性及太陽能電池品質。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2‧‧‧第一導電型基板
3‧‧‧電漿破壞層
3’‧‧‧氧化層
4‧‧‧第二導電型摻雜層
5‧‧‧抗反射層
6‧‧‧電極
71~77‧‧‧步驟
圖1是一種已知太陽能電池的示意圖；圖2是一示意圖，顯示本發明太陽能電池的製造方法之較佳實施例製造出的太陽能電池；圖3是該較佳實施例各步驟進行時的示意圖；及圖4是該較佳實施例的步驟流程圖。
71~77‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種太陽能電池的製造方法，包含：提供一第一導電型基板；以乾式蝕刻法蝕刻該第一導電型基板的一表面；在該第一導電型基板內靠近該表面處形成一第二導電型摻雜層，於該第一導電型基板上靠近該表面側形成一氧化層；以溼式蝕刻法移除該氧化層；及在該第一導電型基板上形成一電極。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造方法，其中，對該第一導電型基板進行一熱擴散處理以形成該第二導電型摻雜層，該熱擴散處理之驅入溫度為800℃~950℃。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之太陽能電池的製造方法，其中，該熱擴散處理之驅入時間為20分鐘~50分鐘。
  4. 依據申請專利範圍第2或3項所述之太陽能電池的製造方法，其中，該熱擴散處理之驅入時間為25分鐘~37.5分鐘。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造方法，其中，乾式蝕刻法為反應式離子蝕刻法。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造方法，其中，溼式蝕刻法的蝕刻液為氫氟酸溶液。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述之太陽能電池的製造方法 ，其中，於移除該氧化層後且形成該電極前，在該第二導電型摻雜層上形成一抗反射層。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之太陽能電池的製造方法，其中，更包含一用於該電極形成之燒結步驟。
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