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TW201411861A - 太陽能電池及其製作方法 - Google Patents

太陽能電池及其製作方法 Download PDF

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TW201411861A
TW201411861A TW101145357A TW101145357A TW201411861A TW 201411861 A TW201411861 A TW 201411861A TW 101145357 A TW101145357 A TW 101145357A TW 101145357 A TW101145357 A TW 101145357A TW 201411861 A TW201411861 A TW 201411861A
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TW
Taiwan
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doped region
substrate
heavily doped
solar cell
lightly doped
Prior art date
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TW101145357A
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English (en)
Inventor
Liang-Hsing Lai
Chih-Cheng Lu
Jen-Chieh Chen
Zhen-Cheng Wu
Original Assignee
Au Optronics Corp
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Abstract

一種太陽能電池，包括一基底、一第一輕摻雜區、一第二輕摻雜區、一第二重輕摻雜區、一第一電極以及一第二電極。第一輕摻雜區位於基底之一第一表面內，其中第一輕摻雜區具有一第一摻雜類型。第二輕摻雜區與第二重輕摻雜區位於基底之一第二表面內，其中第二輕摻雜區與第二重摻雜區具有一第二摻雜類型，且第一摻雜類型不同於第二摻雜類型。第一電極位於基底之第一表面上。第二電極位於基底之第二表面上。

Description

太陽能電池及其製作方法
本發明係關於一種太陽能電池及其製作方法，尤指一種具有選擇性背表面電場結構(selective back surface field,selective BSF)之太陽能電池及其製作方法。
太陽能電池是一種可將太陽光能轉換成電能的光電轉換元件，在石油資源面臨枯竭的今日，可望成為最具發展潛力的替代能源。然而，目前太陽能技術仍受限於高製作成本、製程複雜與光電轉換效率不佳等問題，因此太陽能的發展仍待進一步的突破。
本發明之目的之一在於提供一種具有高光電轉換效率之太陽能電池及其製作方法。
本發明之一較佳實施例提供一種製作太陽能電池之方法，包括下列步驟。提供一基底，其具有一第一表面與一第二表面，且第一表面相對於第二表面。於基底之第一表面內形成一具有第一摻雜類型的第一輕摻雜區。於基底之第二表面內形成一第二輕摻雜區以及一第二重摻雜區，其中第二輕摻雜區與第二重摻雜區具有一第二摻雜類型，且第一摻雜類型不同於第二摻雜類型。於基底之第一表面上 形成一第一電極。於基底之第二表面上形成一第二電極。
本發明之另一較佳實施例提供一種太陽能電池，包括一基底、一第一輕摻雜區、一第二輕摻雜區、一第二重輕摻雜區、一第一電極以及一第二電極。基底具有一第一表面與一第二表面，第一表面相對於第二表面，且第一表面係為一入光面。第一輕摻雜區位於基底之第一表面內，其中第一輕摻雜區具有一第一摻雜類型。第二輕摻雜區與第二重輕摻雜區位於基底之第二表面內，其中第二輕摻雜區與第二重摻雜區具有一第二摻雜類型，且第一摻雜類型不同於第二摻雜類型。第一電極位於基底之第一表面上。第二電極位於基底之第二表面上。
本發明之太陽能電池的背表面電場結構具有兩種摻雜濃度，可有效提升光電轉換效率。
為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。
請參考第1圖至第6圖。第1圖至第6圖繪示了本發明之第一較佳實施例之製作太陽能電池之方法示意圖。如第1圖所示，首先提供基底10。基底10可包括矽基底例如單晶矽基底、多晶矽基底、 微晶矽基底或奈米晶矽基底，但不以此為限而可為其它各種類型的半導體基底。基底10具有第一表面101與第二表面102，其中第一表面101與第二表面102彼此相對，且第一表面101為入光面。隨後，可對基底10進行切割損傷移除(saw damage remove,SDR)製程，例如利用酸性溶液或鹼性溶液清洗基底10，以去除切割對基底10造成的細微損傷。
如第2圖所示，接著可進行粗糙化製程，使基底10之第一表面101及/或第二表面102形成粗糙化表面，以增加入光量。粗糙化製程可利用溼式蝕刻製程或乾式蝕刻製程加以形成。粗糙化表面係由多個微結構例如金字塔結構所形成，且各微結構之高度大體上可介於0.1微米-0.15微米之間，但不以此為限。此外，於基底10之第一表面101內形成第一輕摻雜區12L，其中第一輕摻雜區12L具有第一摻雜類型，而基底10具有第二摻雜類型。第一摻雜類型與第二摻雜類型為不同之摻雜類型，例如第一摻雜類型可為n型，而第二摻雜類型可為p型，但不以此為限。第一輕摻雜區12L的摻雜濃度大體上介於1*1019atom/cm3-1*1021atom/cm3之間，例如2*1020atom/cm3，但不以此為限。第一輕摻雜區12L的片電阻大體上介於80Ω/□(Ω/square)-120Ω/□(Ω/square)之間，例如90Ω/□(Ω/square)，但不以此為限。在本實施例中，第一輕摻雜區12L可利用擴散製程加以製作。舉例而言，若第一摻雜類型為n型，則可選用磷、砷、銻或上述材料之化合物作為摻雜質進行擴散製程；若第一摻雜類型為p型，則可選用硼或硼化合物作為摻雜質進行擴 散製程。於擴散製程後，可進行晶邊絕緣(edge isolation)製程，以移除於擴散製程中於基底10之第一表面101與第二表面102之間的邊緣103產生的摻雜層，以確保基底10之第一表面101與第二表面102之間的電性隔離。晶邊絕緣製程可為例如雷射切割製程、乾式蝕刻製程或溼式蝕刻製程。第一輕摻雜區12L並不限於利用擴散製程加以製作，在變化實施例中，第一輕摻雜區12L亦可利用離子佈植製程加以製作。
接著於基底10之第二表面102內形成具有第二摻雜類型之第二輕摻雜區14L以及第二重摻雜區14H。在本實施例中，第二輕摻雜區14L係位於基底10之一部分的第二表面102內，而第二重摻雜區14H係位於基底10之另一部分的第二表面102內。也就是說，在垂直投影方向上，第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H並未重疊。在本實施例中，於基底10之第二表面102內形成第二輕摻雜區14L以及第二重摻雜區14H的方法如下所示。如第3圖所示，利用第一遮罩161進行第一離子佈植製程171，以於未被第一遮罩161所阻擋之基底10之部分第二表面102內形成第二輕摻雜區14L。如第4圖所示，利用第二遮罩162進行第二離子佈植製程172，以於未被第二遮罩162所阻擋之基底10之部分第二表面102內形成第二重摻雜區14H。在本實施例中，第二輕摻雜區14L的摻雜濃度大體上介於1*1017atom/cm3-5*1018atom/cm3之間，例如3*1018atom/cm3，而第二重摻雜區14H的摻雜濃度大體上介於5*1018atom/cm3-1*1019atom/cm3之間，例如6*1018atom/cm3，但不以 此為限。第二輕摻雜區14L的片電阻大體上介於50Ω/□(Ω/square)-80Ω/□(Ω/square)之間，例如60Ω/□(Ω/square)，而第二重摻雜區14H的片電阻大體上介於20Ω/□(Ω/square)-50Ω/□(Ω/square)之間，例如30Ω/□(Ω/square)，但不以此為限。此外，第二輕摻雜區14L以及第二重摻雜區14H之形成順序可以交換。在本實施例中，第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H構成了圖案化背表面電場結構(patterned back surface field,patterned BSF)，且第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H的面積比大體上可介於例如1：1至20：1之間，但不以此為限。
如第5圖所示，隨後可於基底10之第一表面101形成抗反射層18。在本實施例中，抗反射層18係以共形(conformal)方式形成於基板10之第一表面101上，因此抗反射層18亦具有粗糙化表面。抗反射層18可增加太陽能電池的入光量。抗反射層18可為單層或多層結構，且其材料可為例如氮化矽、氧化矽或氮氧化矽、或其它合適的材料，並可利用例如電漿增強化學氣相沉積(PECVD)製程形成，但不以此為限。接著於基底10之第一表面101上形成第一電極201，以及於基底10之第二表面102上形成第二電極202，其中第二電極202同時與第二輕摻雜區14L以及第二重摻雜區14H接觸。第一電極201可為單層或多層結構且係作為太陽能電池的指狀(finger)電極，而其材料可為高導電性材料，例如銀(Ag)，但不以此為限而可為其它高導電性材料，例如：金、鋁、銅、錫等等。第二電極202可為單層或多層結構且係作為太陽能電池的背電極，而其 材料可為高導電性材料，例如銀，但不以此為限而可為其它高導電性材料，例如：金、鋁、銅、錫等等。在本實施例中，第一電極201與第二電極202較佳地可分別利用印刷製程加以形成，且第一電極201與第二電極202的材料可為導電漿料，例如含銀漿料或含鋁漿料，但不以此為限。
如第6圖所示，接著，進行燒結(sintering)製程，使第一電極201穿過抗反射層18而與第一輕摻雜區12L接觸並電性連接，以完成本實施例之太陽能電池30。
本發明之太陽能電池及其製作方法並不以上述實施例為限。下文將依序介紹本發明之其它較佳實施例之太陽能電池及其製作方法，且為了便於比較各實施例之相異處並簡化說明，在下文之實施例中使用相同的符號標注相同的元件，且主要針對各實施例之相異處進行說明，而不再對重覆部分進行贅述。
請參考第7圖至第10圖，並一併參考第1圖與第2圖。第7圖至第10圖繪示了本發明之第一較佳實施例之變化實施例之製作太陽能電池之方法示意圖。本變化實施例之製作太陽能電池之方法係接續第2圖之方法後進行。本變化實施例之形成第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H之步驟與第一較佳實施例有所不同。如第7圖所示，於基底10之第二表面102內全面性地形成重摻雜區14，其中重摻雜區14具有第二摻雜類型。重摻雜區14可利用例如擴散製 程或離子佈植製程加以形成。如第8圖所示，接著於基底10之第二表面102上形成圖案化遮罩層15，其中圖案化遮罩層15覆蓋部分之基底10之第二表面102且暴露出部分之基底10之第二表面102，精確地說，圖案化遮罩層15暴露出部分之重摻雜區14。圖案化遮罩層15可利用例如噴墨製程形成於基底10之第二表面102，但不以此為限。圖案化遮罩層15的材料可為例如石臘，但不以此為限。接著，可以對基底10進行熱處理，例如退火製程。由於圖案化遮罩層15具有較高的熱傳導係數，因此在熱處理過程中，被圖案化遮罩層15所阻擋的重摻雜區14內的摻雜質會向基底10的內部擴散而使得位於圖案化遮罩層15下方的重摻雜區14的深度會略大於未被圖案化遮罩層15所阻擋的重摻雜區14的深度。如第9圖所示，隨後，移除圖案化遮罩層15所暴露出之部分之重摻雜區14以形成第二輕摻雜區14L。移除部分之重摻雜區14的步驟可為溼式蝕刻製程，例如利用酸液浸泡基底10以移除圖案化遮罩層15所暴露出之部分之重摻雜區14而形成第二輕摻雜區14L，或是乾式蝕刻製程，例如進行反應離子蝕刻(RIE)製程，以移除圖案化遮罩層15所暴露出之部分之重摻雜區14而形成第二輕摻雜區14L，但不以此為限。如第10圖所示，接著移除圖案化遮罩層15，以暴露出被圖案化遮罩層15所覆蓋之重摻雜區14。重摻雜區14具有重度摻雜，由於圖案化遮罩層15所暴露出之重摻雜區14內的部分摻雜質被移除，因此其摻雜濃度會小於重摻雜區14原本的摻雜濃度而形成第二輕摻雜區14L，而圖案化遮罩層15所覆蓋之重摻雜區14會維持原本的摻雜濃度，因此形成第二重摻雜區14H。隨後，於基底10之第一表面 101形成抗反射層18。接著，於基底10之第一表面101上形成第一電極201，以及於基底10之第二表面102上形成第二電極202。之後，進行燒結製程，使第一電極201穿過抗反射層18而與第一輕摻雜區12L接觸並電性連接，以完成本變化實施例之太陽能電池30’。
請參考第11圖與第12圖，並一併參考第6圖。第11圖繪示了本發明之第一較佳實施例與對照實施例之太陽能電池之開路電壓(open circuit voltage,Voc)的比較圖，而第12圖繪示了本發明之第一較佳實施例與對照實施例之太陽能電池之光電轉換效率的比較圖。上述太陽能電池的開路電壓與光電轉換效率是在表1所列出的條件下進行模擬所獲得的結果：
本實施例之太陽能電池具有輕度摻雜與重度摻雜兩種摻雜濃度的圖案化背表面電場結構，而對照實施例之太陽能電池僅具有單一摻雜濃度的背表面電場結構。如第11圖所示，本實施例之太陽能電池的開路電壓約為0.6285V，而對照實施例之太陽能電池的開路電壓約為0.6275V。如第12圖所示，本實施例之太陽能電池的光電轉換效率約為19.8%，而對照實施例之太陽能電池的光電轉換效率約為19.74%。由上述模擬結果可知，本實施例之太陽能電池的圖案化背表面電場結構，確實可有效提升太陽能電池的開路電壓與光電轉換效率。
請參考第13圖。第13圖繪示了本發明之第二較佳實施例之太陽能電池之示意圖。如第13圖所示，不同於第一較佳實施例，本實施例之太陽能電池40另包括第一重摻雜區12H，位於基底10之第一表面101內。第一重摻雜區12H具有第一摻雜類型，且其摻雜濃度高於第一輕摻雜區12L。此外，第一電極201係形成於第一重摻雜區12H上，且第一電極201係與第一重摻雜區12H接觸並電性連接而構成選擇性射極(selective emitter)結構。在本實施例中，第一輕摻雜區12L與第一重摻雜區12H的形成方式可利用離子佈植製程搭配遮罩加以實現，亦即類似於第一較佳實施例中所述之第二輕摻雜區 14L與第二重摻雜區14H的形成方式。或者，在變化實施例中，第一輕摻雜區12L與第一重摻雜區12H的形成方式可利用擴散製程或離子佈植製程並搭配蝕刻製程加以實現，亦即類似第一較佳實施例的變化實施例中所述之第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H的形成方式。
請參考第14圖。第14圖繪示了本發明之第三較佳實施例之太陽能電池之示意圖。如第14圖所示，不同於第一較佳實施例，在本實施例之太陽能電池50中，第二輕摻雜區14L係位於基底10之第二表面102內，第二重摻雜區14H係位於第二輕摻雜區14L上，且第二電極202係與第二重摻雜區14H接觸並電性連接。第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H可依序利用擴散製程或離子佈植製程加以形成，但不以此為限。另外，第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H的位置可以互換。
請參考第15圖。第15圖繪示了本發明之第四較佳實施例之太陽能電池之示意圖。如第15圖所示，不同於第二較佳實施例，在本實施例之太陽能電池60中，第二輕摻雜區14L係位於基底10之第二表面102內，第二重摻雜區14H係位於第二輕摻雜區14L上，且第二電極202係與第二重摻雜區14H接觸並電性連接。第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H可依序利用擴散製程或離子佈植製程加以形成，但不以此為限。另外，第二輕摻雜區14L與第二重摻雜區14H的位置可以互換。
綜上所述，本發明之太陽能電池的背表面電場結構係由第二輕摻雜區與第二重摻雜區所構成。第二輕摻雜區具有較低的飽和電流，因此可減少電子-電洞對的再結合(recombination)。此外，第二輕摻雜區亦可提高短波長響應(blue response)，因此可增加閉路電流。另一方面，第二重摻雜區具有重度摻雜，因此其與第二電極之間具有較低的接觸電阻，可增加填充係數。此外，第二重摻雜區可以增加費米能差(Fermi level difference)，因此可增加開路電壓，進而增加光電轉換效率。經過模擬結果顯示，本發明之太陽能電池的背表面電場結構具有兩種摻雜濃度，確實可有效提升光電轉換效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧基底
101‧‧‧第一表面
102‧‧‧第二表面
12L‧‧‧第一輕摻雜區
14L‧‧‧第二輕摻雜區
14H‧‧‧第二重摻雜區
161‧‧‧第一遮罩
171‧‧‧第一離子佈植製程
162‧‧‧第二遮罩
172‧‧‧第二離子佈植製程
18‧‧‧抗反射層
201‧‧‧第一電極
202‧‧‧第二電極
30‧‧‧太陽能電池
14‧‧‧重摻雜區
15‧‧‧圖案化遮罩層
30’‧‧‧太陽能電池
40‧‧‧太陽能電池
12H‧‧‧第一重摻雜區
50‧‧‧太陽能電池
60‧‧‧太陽能電池
103‧‧‧邊緣
第1圖至第6圖繪示了本發明之第一較佳實施例之製作太陽能電池之方法示意圖。
第7圖至第10圖繪示了本發明之第一較佳實施例之變化實施例之製作太陽能電池之方法示意圖。
第11圖繪示了本發明之第一較佳實施例與對照實施例之太陽能電池之開路電壓的比較圖。
第12圖繪示了本發明之第一較佳實施例與對照實施例之太陽能電池之光電轉換效率的比較圖。
第13圖繪示了本發明之第二較佳實施例之太陽能電池之示意圖。
第14圖繪示了本發明之第三較佳實施例之太陽能電池之示意圖。
第15圖繪示了本發明之第四較佳實施例之太陽能電池之示意圖。
10‧‧‧基底
101‧‧‧第一表面
102‧‧‧第二表面
12L‧‧‧第一輕摻雜區
14L‧‧‧第二輕摻雜區
14H‧‧‧第二重摻雜區
18‧‧‧抗反射層
201‧‧‧第一電極
202‧‧‧第二電極
30‧‧‧太陽能電池
103‧‧‧邊緣

Claims (16)

  1. 一種製作太陽能電池之方法，包括：提供一基底，其中該基底具有一第一表面與一第二表面，且該第一表面相對於該第二表面；於該基底之該第一表面內形成一第一輕摻雜區，其中該第一輕摻雜區具有一第一摻雜類型；於該基底之該第二表面內形成一第二輕摻雜區以及一第二重摻雜區，其中該第二輕摻雜區與該第二重摻雜區具有一第二摻雜類型，且該第一摻雜類型不同於該第二摻雜類型；於該基底之該第一表面上形成一第一電極；以及於該基底之該第二表面上形成一第二電極。
  2. 如請求項1所述之製作太陽能電池之方法，其中該基底具有該第二摻雜類型。
  3. 如請求項1所述之製作太陽能電池之方法，其中該第二輕摻雜區係位於該基底之一部分的該第二表面內，該第二重摻雜區係位於該基底之另一部分的該第二表面內，且該第二電極係與該第二輕摻雜區以及該第二重摻雜區接觸並電性連接。
  4. 如請求項3所述之製作太陽能電池之方法，其中形成該第二輕摻雜區之步驟包括：利用一第一遮罩進行一第一離子佈植製程，以於未被該第 一遮罩所阻擋之該基底內形成該第二輕摻雜區；以及形成該第二重摻雜區之步驟包括：利用一第二遮罩進行一第二離子佈植製程，以於未被該第二遮罩所阻擋之該基底內形成該第二重摻雜區。
  5. 如請求項3所述之製作太陽能電池之方法，其中形成該第二輕摻雜區與該第二重摻雜區之步驟包括：於該基底之該第二表面內全面性地形成一重摻雜區；於該基底之該第二表面上形成一圖案化遮罩層，其中該圖案化遮罩層覆蓋部分之該基底之該第二表面且暴露出部分之該重摻雜區；移除該圖案化遮罩層所暴露出之部分之該重摻雜區以形成該第二輕摻雜區；以及移除該圖案化遮罩層，以暴露出被該圖案化遮罩層所覆蓋之該重摻雜區，其成為該第二重摻雜區。
  6. 如請求項1所述之製作太陽能電池之方法，其中該第二輕摻雜區係位於該基底之該第二表面內，該第二重摻雜區係位於該第二輕摻雜區上，且該第二電極係與該第二重摻雜區接觸並電性連接。
  7. 如請求項1所述之製作太陽能電池之方法，另包括進行一粗糙化製程，使該基底之該第一表面形成一粗糙化表面。
  8. 如請求項1所述之製作太陽能電池之方法，另包括於該基底之該第一表面形成一抗反射層。
  9. 如請求項1所述之製作太陽能電池之方法，另包括於該基底之該第一表面形成一第一重摻雜區，其中該第一重摻雜區具有該第一摻雜類型，該第一電極係形成於該第一重摻雜區上，且該第一電極係與該第一重摻雜區接觸並電性連接。
  10. 一種太陽能電池，包括：一基底，其中該基底具有一第一表面與一第二表面，該第一表面相對於該第二表面，且該第一表面係為一入光面；一第一輕摻雜區，位於該基底之該第一表面內，其中該第一輕摻雜區具有一第一摻雜類型；一第二輕摻雜區，位於該基底之該第二表面內；一第二重輕摻雜區，位於該基底之該第二表面內，其中該第二輕摻雜區與該第二重摻雜區具有一第二摻雜類型，且該第一摻雜類型不同於該第二摻雜類型；一第一電極，位於該基底之該第一表面上；以及一第二電極，位於該基底之該第二表面上。
  11. 如請求項10所述之太陽能電池，其中該基底具有該第二摻雜類型。
  12. 如請求項10所述之太陽能電池，其中該第二輕摻雜區係位於該基底之一部分的該第二表面內，該第二重摻雜區係位於該基底之另一部分的該第二表面內，且該第二電極係與該第二輕摻雜區以及該第二重摻雜區接觸並電性連接。
  13. 如請求項10所述之太陽能電池，其中該第二輕摻雜區係位於該基底之該第二表面內，該第二重摻雜區係位於該第二輕摻雜區上，且該第二電極係與該第二重摻雜區接觸並電性連接。
  14. 如請求項10所述之太陽能電池，其中該基底之該第一表面具有一粗糙化表面。
  15. 如請求項10所述之太陽能電池，另包括一抗反射層，設置於該基底之該第一表面上。
  16. 如請求項10所述之太陽能電池，另包括一第一重摻雜區，位於該基底之該第一表面內，其中該第一重摻雜區具有一第一摻雜類型，該第一電極係形成於該第一重摻雜區上，且該第一電極係與該第一重摻雜區接觸並電性連接。
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