TWI506808B - 製造太陽能電池的方法及太陽能電池 - Google Patents

Description

製造太陽能電池的方法及太陽能電池

本發明是有關於一種矽基太陽能電池及其製造方法。

太陽能電池是一種環保能源，可直接將太陽能轉換為電能。由於在發電過程中不產生二氧化碳等溫室氣體，因此不會對環境造成污染。當光照射在太陽能電池上時，利用其光電半導體的特性，使光子與導體或半導體中的自由電子作用而產生電流。目前現有的太陽能電池依據主體材料的不同可分為矽基半導體太陽能電池、染料敏化太陽能電池及有機材料太陽能電池。其中又以矽基半導體太陽能電池的光電轉換效率較佳，但仍有改善的空間。

基本的矽基半導體太陽能電池結構可包含第一導電型層和第二導電型層。第一導電型層與第二導電型層可分別例如為P型基板與N型半導體層。通常是將多片P型基板置入高溫爐管中，再通入三氯氧磷(POCl₃ )與氧氣，以於P型基板表面的下方形成一層N型半導體層。但由於多 片P型基板是在緊密排列的情況下進行熱擴散製程，故P型基板上的某些區域無法有效接觸POCl₃ 與氧氣。如此將會造成這些區域的摻質濃度較低，電阻較高，使N型半導體層整體的橫向阻抗偏高。有鑑於此，目前亟需一種新穎的太陽能電池的製造方法，以期能夠改善上述問題。

本發明之一態樣提供一種製造太陽能電池的方法，其包括下列步驟。提供一第一導電型層，第一導電型層具有一上表面。摻雜一摻質至第一導電型層中，以於第一導電型層之上表面之下方形成一第二導電型層，其中第二導電型層具有一輕摻雜區。利用一雷射摻雜製程摻雜摻質至第二導電型層之輕摻雜區中，以於第二導電型層之輕摻雜區中形成一半導體圖案層，其中半導體圖案層之摻質濃度大於第二導電型層之輕摻雜區之摻質濃度。

根據本發明一實施方式，第二導電型層之輕摻雜區之電阻大於或等於約130歐姆/平方。

根據本發明一實施方式，半導體圖案層之電阻介於約50歐姆/平方至約90歐姆/平方。

根據本發明一實施方式，半導體圖案層之深度大於第二導電型層之深度。

根據本發明一實施方式，製造方法更包括於形成半導體圖案層後，形成多個指狀電極接觸第一導電型層之上表面。

根據本發明一實施方式，製造方法更包括利用另一雷射摻雜製程形成一選擇性射極於第二導電型層中，其中選擇性射極之摻質濃度大於半導體圖案層之摻質濃度。

根據本發明一實施方式，雷射摻雜製程之雷射功率小於另一雷射摻雜製程之雷射功率。

本發明之另一態樣提供一種太陽能電池，其包括第一導電型層、第二導電型層與半導體圖案層。第一導電型層具有一上表面。第二導電型層位於第一導電型層之上表面之下方，其中第二導電型層具有一輕摻雜區。半導體圖案層位於第二導電型層之輕摻雜區中，其中半導體圖案層之摻質濃度大於第二導電型層之輕摻雜區之摻質濃度，且半導體圖案層係利用雷射摻雜製程而形成。

根據本發明一實施方式，第二導電型層之輕摻雜區之電阻大於或等於約130歐姆/平方。

根據本發明一實施方式，半導體圖案層之電阻介於約50歐姆/平方至約90歐姆/平方。

根據本發明一實施方式，半導體圖案層之深度大於第二導電型層之深度。

根據本發明一實施方式，多個指狀電極接觸第一導電型層之上表面。

根據本發明一實施方式，太陽能電池更包括多個選擇性射極設置於第二導電型層中，其中選擇性射極之摻質濃度大於半導體圖案層之摻質濃度。

根據上述，藉由形成半導體圖案層於第二導電型層 的輕摻雜區中，以降低第二導電型層之輕摻雜區的電阻。如此一來，可降低第二導電型層整體的橫向阻抗，增加載子的傳輸路徑，進而提昇電池的光電轉換效率。

3B-3B’、4B-4B’、5B-5B’‧‧‧線段

100‧‧‧方法

10、20、30‧‧‧步驟

110‧‧‧第一導電型層

110a‧‧‧上表面

110b‧‧‧下表面

120‧‧‧第二導電型層

120a‧‧‧輕摻雜區

130‧‧‧半導體圖案層

140‧‧‧指狀電極

150‧‧‧選擇性射極

d1‧‧‧第二導電型層之深度

d2‧‧‧半導體圖案層之深度

d3‧‧‧選擇性射極之深度

第1圖係繪示依照本發明一實施方式之一種太陽能電池之製造方法的流程圖。

第2、3A-3B、4A-4B、5A-5B圖係繪示依照本發明一實施方式之一種太陽能電池之製造方法之各製程階段的示意圖。

第6、7圖係繪示依照本發明另一實施方式之一種太陽能電池之製造方法之製程階段的剖面示意圖。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。

在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他情況下，為簡化圖 式，熟知的結構與裝置僅示意性地繪示於圖中。

本發明之一態樣提供一種製造太陽能電池的方法。第1圖係繪示依照本發明一實施方式之一種太陽能電池之製造方法100的流程圖。第2、3A-3B、4A-4B圖係繪示太陽能電池之製造方法100之各製程階段的示意圖。

在步驟10中，提供一第一導電型層110，如第2圖所示。第一導電型層110具有相對之上表面110a及下表面110b。第一導電型層110可為矽基板，例如單晶矽基板、多晶矽基板或非晶矽基板。在不同的實施例中，第一導電型層110可以是P型或N型的基板。在一實施例中，對第一導電型層110的上表面110a進行粗化製程，以降低入射光的反射率。例如可使用化學酸性蝕刻製程(蝕刻溶劑例如為氫氟酸或硝酸)或化學鹼性蝕刻製程(蝕刻溶劑例如為氫氧化鉀或異丙醇)對第一導電型層110的上表面110a進行粗化製程。

在步驟20中，如第3A-3B圖所示，摻雜摻質至第一導電型層110中，以於第一導電型層110之上表面110a之下方形成一第二導電型層120。第二導電型層120具有一輕摻雜區120a。第3A圖係繪示輕摻雜區120a的上視示意圖。第3B圖係繪示沿第3A圖中3B-3B’線段的剖面示意圖。例如可將摻質熱擴散至第一導電型層110中，以於第一導電型層110中靠近上表面110a的部分形成第二導電型層120。但在此步驟中可能發生先前技術所提及的問題，使第二導電型層120中形成摻質濃度較低的輕摻雜區120a， 導致第二導電型層120整體的橫向阻抗偏高(均勻性不佳)。因此，本發明之實施方式利用雷射摻雜製程形成半導體圖案層於輕摻雜區120a中(即下述步驟30)，以降低輕摻雜區120a的電阻，進而降低第二導電型層120整體的橫向阻抗。在一實施例中，第一導電型層110為P型基板，摻質為N型摻質，如磷基酸(HPO_x )。在另一實施例中，第一導電型層110為N型基板，摻質為P型摻質，如硼酸(H₃ PO₃ )。在一實施例中，輕摻雜區120a的摻質濃度為小於約10¹⁶ 原子/cm³ ，輕摻雜區120a以外的區域的摻質濃度為約10¹⁶ 至約10¹⁷ 原子/cm³ 。在一實施例中，輕摻雜區120a的電阻大於或等於約130歐姆/平方(Ω/□)，輕摻雜區120a以外的區域的電阻介於約90至約130歐姆/平方。本說明書中，「電阻」一詞係指薄層電阻或薄膜電阻(Sheet Resistance,Rs)。

在步驟30中，如第4A-4B圖所示，利用雷射摻雜製程摻雜摻質至第二導電型層120之輕摻雜區120a中，以於第二導電型層120之輕摻雜區120a中形成一半導體圖案層130。第4A圖係繪示半導體圖案層130的上視示意圖。第4B圖係繪示沿第4A圖中4B-4B’線段的剖面示意圖。半導體圖案層130的摻質濃度大於第二導電型層120之輕摻雜區120a的摻質濃度。故形成半導體圖案層130於輕摻雜區120a中能夠降低輕摻雜區120a的電阻，進而有效降低第二導電型層120整體的橫向阻抗。在一實施例中，半導體圖案層130的摻質濃度為約10¹⁷ 至約10¹⁸ 原子/cm³ ，電 阻介於約50歐姆/平方至約90歐姆/平方。在一實施例中，半導體圖案層130的深度d2大於第二導電型層120的深度d1，如第4B圖所示。在一實施例中，半導體圖案層130的深度d2為320nm，第二導電型層120的深度d1為125nm。至於半導體圖案層130的形狀及雷射製程參數，可依照第二導電型層120中摻質濃度或電阻值的分佈而決定，在此不加以限制。舉例來說，半導體圖案層130的上視輪廓可為格子形狀，如第4A圖所示。在一實施例中，雷射摻雜製程的雷射功率小於或等於130μJ。

以下針對摻質為磷摻質的實施例作進一步的具體說明。在步驟20中，如第3B圖所示，可將磷摻質熱擴散至P型的第一導電型層110中，以形成第二導電型層120。此時會同時形成磷矽玻璃(Phosphorous Silicate Glass,PSG)層(未繪示)覆蓋第一導電型層110的上表面110a。然後在步驟30中，如第4B圖所示，進行雷射摻雜製程，直接將磷矽玻璃層中的磷摻質摻雜至第二導電型層120之輕摻雜區120a中，以形成半導體圖案層130。故相較於形成圖案材料層後再進行熱擴散製程以形成半導體圖案層的過程，利用雷射摻雜製程直接形成半導體圖案層130較為簡便快速。

另一方面，設置於輕摻雜區120a中的半導體圖案層130能夠提供經過此區域的載子更多傳輸路徑，而可提高電池的光電轉換效率。故在其它實施方式中，可利用雷射摻雜製程形成半導體圖案層130於輕摻雜區120a以外的 區域，以進一步增加電池的光電轉換效率。

在步驟30後，形成多個指狀電極140接觸第一導電型層110的上表面110a，如第5A-5B圖所示。如第5A-5B圖所示，半導體圖案層130未對準或未大致對準指狀電極140。指狀電極140可利用任何習知的製程方法製得。在一實施例中，第一導電型層110的上表面110a的上方有一層磷矽玻璃層，故於形成指狀電極140前，需先去除掉磷矽玻璃層。在一實施例中，在形成指狀電極140前，先形成抗反射層(未繪示)接觸第一導電型層110的上表面110a。例如可利用電漿化學氣相沉積法形成抗反射層，再利用銀膠網印與高溫製程形成指狀電極140於第一導電型層110的上表面110a的上方。當然，在形成多個指狀電極140時，可同時形成匯流電極(未繪示)。後續可形成背電極(未繪示)於第一導電型層110的下表面110b上。背電極可利用任何習知的製程方法製得，故在此不贅述。

第6、7圖係繪示依照本發明另一實施方式之一種太陽能電池之製造方法之製程階段的剖面示意圖。在本實施方式中，接續步驟20，在步驟30(即形成半導體圖案層130)之前或之後，利用另一雷射摻雜製程形成選擇性射極150於第二導電型層120中，如第6圖所示。選擇性射極150可形成於欲形成指狀電極的位置的正下方。之後再形成多個指狀電極140對應選擇性射極150，如第7圖所示。由於指狀電極140的下表面接觸選擇性射極150，故指狀電極140與選擇性射極150之間具有極低的接觸電阻，有助於進 一步提昇電池的光電轉換效率。上述選擇性射極150的摻質濃度大於半導體圖案層130的摻質濃度。故步驟30中的雷射摻雜製程的雷射功率小於形成選擇性射極150的雷射摻雜製程的雷射功率。在一實施例中，選擇性射極150的摻質濃度為大於約10¹⁸ 原子/cm³ ，電阻介於約10歐姆/平方至約50歐姆/平方。在一實施例中，形成選擇性射極150的雷射摻雜製程的雷射功率大於180μJ。在一實施例中，選擇性射極150的深度d3大於第二導電型層120的深度d1及半導體圖案層130的深度d2。在一實施例中，選擇性射極150的深度d3為450nm，半導體圖案層130的深度d2為320nm，第二導電型層120的深度d1為125nm。

綜合上述，本發明之實施方式藉由雷射摻雜製程形成半導體圖案層於第二導電型層的輕摻雜區中，以降低第二導電型層之輕摻雜區的電阻。如此一來，可降低第二導電型層整體的橫向阻抗，增加載子的傳輸路徑，進而提昇電池的光電轉換效率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，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，當可作各種之更動與潤飾，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。

4B-4B’‧‧‧線段

110‧‧‧第一導電型層

120‧‧‧第二導電型層

120a‧‧‧輕摻雜區

130‧‧‧半導體圖案層

d1‧‧‧第二導電型層之深度

d2‧‧‧半導體圖案層之深度

Claims (7)

1. 一種製造太陽能電池之方法，包含：提供一第一導電型層，該第一導電型層具有一上表面；摻雜一摻質至該第一導電型層中，以於該第一導電型層之該上表面之下方形成一第二導電型層，其中該第二導電型層具有一輕摻雜區；利用一雷射摻雜製程摻雜該摻質至該第二導電型層之該輕摻雜區中，以於該第二導電型層之該輕摻雜區中形成一半導體圖案層，其中該半導體圖案層之摻質濃度大於該第二導電型層之該輕摻雜區之摻質濃度，該半導體圖案層之深度大於該第二導電型層之深度；以及形成多個指狀電極接觸該第二導電型層之該上表面，其中該半導體圖案層未對準或未大致對準該些指狀電極。
2. 如請求項1所述之製造方法，其中該半導體圖案層之電阻介於約50歐姆/平方至約90歐姆/平方。
3. 如請求項1所述之製造方法，更包括利用另一雷射摻雜製程形成一選擇性射極於該第二導電型層中，其中該選擇性射極之摻質濃度大於該半導體圖案層之該摻質濃度。
4. 如請求項3所述之製造方法，其中該雷射摻雜製程之雷射功率小於該另一雷射摻雜製程之雷射功率。
5. 一種太陽能電池，包含：一第一導電型層，具有一上表面；一第二導電型層，位於該第一導電型層內，其中該第二導電型層具有一輕摻雜區；一半導體圖案層，位於該第二導電型層之該輕摻雜區中，其中該半導體圖案層的導電型與該輕摻雜區的導電型相同，該半導體圖案層之摻質濃度大於該第二導電型層之該輕摻雜區之該摻質濃度，該半導體圖案層之深度大於該第二導電型層之深度，且該半導體圖案層係利用雷射摻雜製程而形成；以及多個指狀電極，接觸該第二導電型層之該上表面，其中該半導體圖案層未對準或未大致對準該些指狀電極。
6. 如請求項5所述之太陽能電池，其中該半導體圖案層之電阻介於約50歐姆/平方至約90歐姆/平方。
7. 如請求項5所述之太陽能電池，更包括多個選擇性射極設置於該第二導電型層中，其中該選擇性射極之摻質濃度大於該半導體圖案層之該摻質濃度。