TWM527159U - 異質接面太陽能電池結構 - Google Patents

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吳立國
闕煒洛
余承曄
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元晶太陽能科技股份有限公司
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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。
太陽能電池(solar cell)是以p-型及n-型半導體材料接合構成正、負極的光電元件，當太陽能電池經陽光照射後會吸收太陽光能而產生電子及電洞，正電荷(電洞)與負電荷(電子)會分別往正(p-型)、負極(n-型)方向移動，產生直流電流。這種光電元件能把光能轉換成電能，因此亦被稱為光伏電池 (photovoltaic，簡稱PV)。
通常，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，接著以蝕刻製程去除磷玻璃層，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。
近年，業界提出一種異質接面結構(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer，簡稱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。由於HIT太陽能電池受限於製程溫度(需低溫製程)，無法使用高溫燒結製程(firing)，故無法以氮化矽或氧化矽做為抗反射層，而必須採用TCO導電薄膜作為抗反射層。
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；一本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板一正面上；一第二導電型氫化非晶矽膜，設於該本質氫化非晶矽膜上；一電極圖案，直接設置在該第二導電型氫化非晶矽膜上；以及一抗反射層，覆蓋該電極圖案以及該第二導電型氫化非晶矽膜。該電極圖案直接接觸到該第二導電型氫化非晶矽膜。
其中該電極圖案包含至少一匯流排電極以及至少一指狀電極。該抗反射層完全覆蓋該指狀電極。該抗反射層另設有一凹槽，僅僅顯露出該匯流排電極的上表面。
其中該抗反射層係為一介電抗反射層。例如，該介電抗反射層包含氮化矽或氧化矽。
一方面，本創作揭露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；一第一本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板一正面上；一第二導電型氫化非晶矽膜，設於該第一本質非晶矽膜上；一第一電極圖案，直接設置在該第二導電型氫化非晶矽膜上；一第一抗反射層，覆蓋該第一電極圖案以及該第二導電型氫化非晶矽膜；一第二本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板一背面上；一第一導電型氫化非晶矽膜，設於該第二本質氫化非晶矽膜上；一第二電極圖案，直接設置在該第一導電型氫化非晶矽膜上；以及一第二抗反射層，覆蓋該第二電極圖案以及該第一導電型氫化非晶矽膜。
其中該第一抗反射層中設有一第一凹槽，顯露出部分該第一電極圖案。該第二抗反射層中設有一第二凹槽，顯露出部分該第二電極圖案。其中該第一抗反射層及該第二抗反射層均為一介電抗反射層。
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圖至第5圖，其繪示出本創作異質接面太陽能電池的製作方法示意圖。
如第1圖所示，首先提供一半導體基板11，具有一第一導電型摻雜，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，可以先以表面粗糙化製程，形成有金字塔形結構，其高度較佳係2~6微米，但不限於此。通常，在形成金字塔形結構之前(或之後)，會另進行晶圓表面清潔製程，以去除污染物。
如第2圖所示，在完成表面粗糙化製程後，繼續進行化學氣相沉積(CVD)製程，於半導體基板11的正面S1上沉積本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜21、第二導電型(p型)氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜(以下稱p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜)22，同時於半導體基板11的背面S2上沉積本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜31、第一導電型(n型)氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜(以下稱n型氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜)32。
上述薄膜可利用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)法形成，其中CVD溫度範圍可介於20至200℃，其中，例如藉由在沉積過程中添加硼，可以提供p型摻雜，形成p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜22，藉由在沉積過程中添加磷，可以提供n型摻雜，形成n型氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜32。上述薄膜沉積方法為周知技術，故細節不再贅述。
如第3圖所示，接著利用網印製程，於半導體基板11的正面S1的p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜22上網印金屬漿料，形成電極圖案25，並且於半導體基板11的背面S2的n型氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜32上網印金屬漿料，形成電極圖案35，其中，電極圖案25及電極圖案35可以包括匯流排電極25a、35a以及指狀電極(在此圖中的剖面僅顯示出匯流排電極25a、35a)。
如第4圖所示，接著，利用化學氣相沉積製程，於半導體基板11的正面S1及背面S2分別沉積介電抗反射層28及介電抗反射層38，例如，介電抗反射層28及介電抗反射層38可以包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽或其組合。
最後，如第5圖所示，可以利用雷射或蝕刻等方法，分別移除掉匯流排電極25a、35a正上方的介電抗反射層28及介電抗反射層38，分別於半導體基板11的正面S1及背面S2形成凹槽29及凹槽39，顯露出匯流排電極25a、35a的上表面，方便進行後續的電池單元模組串接。接下來，可以再進行邊緣絕緣等後續處理，其為該領域週知技術，故細節不再贅述。
傳統HIT太陽能電池係在p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜22以及n型氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜32上繼續形成一透明導電氧化(transparent conductive oxide, TCO)層，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)。
然而，這樣的結構無法達到抗反射最佳化條件，故申請人提出一種改良的異質接面太陽能電池結構，不需採用上述透明導電氧化層，而是使用氮化矽或氧化矽為抗反射層，如此能夠達到抗反射最佳化條件，進一步提升電池效率及品質。
第6圖繪示出本創作異質接面太陽能電池結構的部分透視圖。為簡化說明，圖中僅顯示出半導體基板11的正面S1上的結構特徵。
如第6圖所示，本創作結構上的特徵在於匯流排電極25a以及指狀電極25b係直接形成在p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜22上，並且直接接觸p型氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜22，這與傳統的異質接面太陽能電池結構中，匯流排電極以及指狀電極均形成在透明導電氧化層上，有很大的差異。
本創作結構上的另一特徵在於指狀電極25b係完全被介電抗反射層28所覆蓋，而僅僅匯流排電極25a的上表面被顯露出來。匯流排電極25a的側壁還是可以被介電抗反射層28所覆蓋。半導體基板11的背面S2上的結構特徵，請參見第5圖，由於與正面S1類似，故不再贅述。
此外，透過這樣的結構特徵，照射到匯流排電極25a以及指狀電極25b上面的光線，經過反射後，還可以透過介電抗反射層28再反射到電池的內部，藉此提升電池效率。
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
21‧‧‧本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜
22‧‧‧第二導電型(p型)氫化非晶矽(p-a-Si:H)膜
25‧‧‧電極圖案
25a‧‧‧匯流排電極
25b‧‧‧指狀電極
28‧‧‧介電抗反射層
29‧‧‧凹槽
31‧‧‧本質氫化非晶矽(i-a-Si:H)膜
32‧‧‧第一導電型(n型)氫化非晶矽(n-a-Si:H)膜
35‧‧‧電極圖案
35a‧‧‧匯流排電極
38‧‧‧介電抗反射層
39‧‧‧凹槽
S1‧‧‧正面(受光面)
S2‧‧‧背面
第1圖至第5圖繪示出本創作異質接面太陽能電池的製作方法示意圖。 第6圖繪示出本創作異質接面太陽能電池結構的部分透視圖。
11‧‧‧半導體基板
21‧‧‧本質氫化非晶矽(i-a-Si：H)膜
22‧‧‧第二導電型(p型)氫化非晶矽(p-a-Si：H)膜
25‧‧‧電極圖案
25a‧‧‧匯流排電極
25b‧‧‧指狀電極
28‧‧‧介電抗反射層
29‧‧‧凹槽
S1‧‧‧正面(受光面)

Claims (15)

  1. 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；       一本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板的一正面上；       一第二導電型氫化非晶矽膜，設於該本質氫化非晶矽膜上；       一電極圖案，直接設置在該第二導電型氫化非晶矽膜上；以及       一抗反射層，覆蓋該電極圖案以及該第二導電型氫化非晶矽膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該電極圖案直接接觸到該第二導電型氫化非晶矽膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該電極圖案包含至少一匯流排電極以及至少一指狀電極。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該抗反射層完全覆蓋該指狀電極。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該抗反射層另設有一凹槽，僅僅顯露出該匯流排電極的上表面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該抗反射層係為一介電抗反射層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該介電抗反射層包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽或其組合。
  8. 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。
  9. 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；       一第一本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板一正面上；       一第二導電型氫化非晶矽膜，設於該第一本質氫化非晶矽膜上；       一第一電極圖案，直接設置在該第二導電型氫化非晶矽膜上；       一第一抗反射層，覆蓋該第一電極圖案以及該第二導電型氫化非晶矽膜；       一第二本質氫化非晶矽膜，設於該第一導電型摻雜半導體基板一背面上；       一第一導電型氫化非晶矽膜，設於該第二本質氫化非晶矽膜上；       一第二電極圖案，直接設置在該第一導電型氫化非晶矽膜上；以及       一第二抗反射層，覆蓋該第二電極圖案以及該第一導電型氫化非晶矽膜。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第一抗反射層中設有一第一凹槽，顯露出部分該第一電極圖案。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第二抗反射層中設有一第二凹槽，顯露出部分該第二電極圖案。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該第一抗反射層及該第二抗反射層均為一介電抗反射層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該介電抗反射層包含氮化矽、氧化矽、氮氧化矽或其組合。
  14. 如申請專利範圍第9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。
  15. 如申請專利範圍第9項所述的異質接面太陽能電池結構，其中該正面係為一受光面。
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