TW201537757A - 太陽電池以及製造太陽電池的方法 - Google Patents

Abstract

一種太陽電池包括半導體基板，其具有接收輻射的前側表面及配置有第一與第二接面結構的背側表面，第一與第二接面結構分別位於基板的第一與第二區域部分中。第二區域部分毗鄰第一區域部分。第一接面結構包括覆蓋第一區域部分的第一導電型半導體層。第二接面結構包括覆蓋第二區域部分的第二導電型半導體層。第二接面結構的第二導電型半導體層部分地重疊第一接面結構的第一導電型半導體層，其中第二導電型半導體層的重疊部分在第一導電型半導體層的部分上方，且同時藉由它們之間的第一介電層而分開。第二導電型半導體層的重疊部分下方的第一導電型半導體層的部分與基板的半導體表面直接接觸。

Description

太陽電池以及製造太陽電池的方法

本發明是有關於一種太陽電池。此外，本發明是有關於一種製造所述太陽電池的方法。

本領域已知具有背側接點(back-side contact)的太陽電池。在此種太陽電池中，已經將接觸層(contact layer)實質上完全地配置在太陽電池基板的背側上。在此方式中，可將可收集輻射能(radiative energy)的太陽電池的前側區域最大化。

在背側上，接點結構被用於收集完全來自電池背面的光產生電荷載子(photogenerated charge carriers)。

此種接點結構可包括交指型的p型及n型異質結構接面(heterostructure junctions)(異質接面(heterojunction))。

舉例來說，已知此種類型的太陽電池被揭露於具有異質接面及跨指結構(inter-finger structure)的US 2008/0061293中。此種半導體裝置在結晶型半導體基板的至少一表面上包括經第一型 導電體所摻雜的至少一第一非晶半導體區。上述半導體基板在相同的至少一表面上包括經第二型導電體所摻雜的至少一第二非晶半導體區，且第二型導電體與第一型導電體的導電型相反。第一非晶半導體區及第二非晶半導體區形成交指型結構，且第一非晶半導體區藉由與半導體基板接觸的至少一介電區而與第二非晶半導體區絕緣。

此種半導體裝置的缺點為介電區無法收集光產生載子。此外，介電區需要將表面良好鈍化。再者，製造此種圖案化介電區需要額外的製程步驟，其增加太陽電池的成本。

此外，在半導體層包括非晶矽的案例中，因為大部分的鈍化介電質的沉積是在相對高的基板溫度下進行，而此相對高的基板溫度將劣化藉由非晶矽層所產生的鈍化層，故鈍化介電層的沉積通常受限在沉積半導體層之前進行。此種沉積順序意味著需要在所欲沉積半導體層的表面部分上移除介電質，此增加了表面損壞或污染的額外風險，且因此損耗了太陽電池的品質。

WO 2012/014960 A1揭露一種用於製造背接觸太陽電池的製程，其中第二半導體層經形成以覆蓋第一主表面。藉由使用對於第二半導體層的蝕刻速率大於絕緣層的第一蝕刻液進行蝕刻以部分地移除位於絕緣層上的第二半導體層的一部分。使用對於絕緣層的蝕刻速率大於第二半導體層的第二蝕刻液對上述第二半導體層進行蝕刻以移除絕緣層的一部分，從而暴露出第一半導體區。再者，WO2012/014960揭露「使用位於絕緣層下方的半導體 層作為n型非晶半導體層。接著在p型非晶半導體層上實質上全面地形成p側電極。基於此原因，可易於將具少數載子的電洞收集至p側電極。」。

本發明的目的在於提供一種太陽電池及一種製造所述太陽電池的方法，其可克服先前技術的缺點。

藉由包括半導體基板的太陽電池來達成前述目的。所述半導體基板具有用於接收輻射的前側表面及配置有第一接面結構及第二接面結構的背側表面，第一接面結構位於基板的第一區域部分中，第二接面結構位於基板的第二區域部分中。第二區域部分毗鄰(borders)第一區域部分。第一接面結構包括覆蓋第一區域部分的第一導電型半導體層。第二接面結構包括覆蓋第二區域部分的第二導電型半導體層。第二接面結構的第二導電型半導體層與第一接面結構的第一導電型半導體層部分地重疊。第二導電型半導體層的重疊部分在第一導電型半導體層的部分上方，且同時藉由它們之間的第一介電層而分開。第二導電型半導體層的重疊部分下方的第一導電型半導體層的部分直接接觸基板的半導體表面，其中第二區域部分中的第二導電型半導體層毗鄰第一區域部分中的第一導電型半導體層，且第二區域部分中的第二導電型半導體層鄰近於第一導電型半導體層及第二導電型半導體層的重疊部分。

文中的直接接觸意指，第一導電型半導體層的部分的表面位於半導體的基板表面上而不具有電性絕緣層於其間。

文中的毗鄰(bordering)或直接毗鄰(immediate bordering)意指，第二區域部分鄰近或最接近或抵接第一區域部分而不具有位於兩區域部分之間的中間介電材料。

有利地說，本發明提供以下方案與優點，也就是由於第一及第二接面結構直接毗鄰而兩者之間不具有間隙，因而將用於收集光產生電荷載子的區域最大化。再者，藉由僅使第一及第二導電型半導體層位於基板的半導體上，而不包括第一及第二接面區域之間的基板上的第一介電層，可達成較佳的鈍化層，其減少再結合效應(recombination effect)且改善太陽電池的效率。此外，在半導體層包括非晶矽的案例中，因為大部分的鈍化介電質(passivation dielectrics)的沉積是在相對高的基板溫度下進行，而此相對高的基板溫度將劣化藉由非晶矽層所產生的鈍化層，故鈍化介電層的沉積通常受限於在半導體層的沉積之前進行。此沉積順序意味著需要在欲沉積半導體層的表面部分上移除介電質，此增加了表面損壞或污染的額外風險，且因此損耗了太陽電池的品質。本發明不需要使用表面鈍化介電質，且因此在材料及介電層的沉積溫度的選擇上具有更大的彈性。

本發明在定義第一及第二區域部分時允許非常有益的製造寬容度。雖然可如使用本發明的任何適當的高圖案定義精確性來製造太陽電池，但本發明亦允許製造諸如圖案精確性較10微米 差或者更差的太陽電池。相較之下，對於習知的太陽電池製造來說，此種低精確性易於造成諸如因引起分流(shunt)、或增加串聯電阻、或殘留未鈍化的基板區域的電池效率損失。

除了使用半導體層將表面實質上完全覆蓋以外，本發明允許可將介電層用於圖案定義(如作為蝕刻期間的罩幕層或終止層)以及用於隔絕。此雙重功能減少成本並且節省製程步驟。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第一接面結構包括第一穿隧阻障層(tunnel barrier layer)，第一穿隧阻障層配置在第一導電型半導體層與基板之間；及/或其中第二接面結構包括第二穿隧阻障層，第二穿隧阻障層配置在第二導電型半導體層與基板之間。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第一接面結構及第二接面結構的至少一者包括磊晶矽層(epitaxial Si layer)，第一導電型半導體層為磊晶矽層及/或第二導電型半導體層為磊晶矽層。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第一導電型半導體層與基板的表面的重疊部分的界面為介電層的空隙(void)。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第一導電型是p型，第一導電型半導體層包括p型摻雜的非晶氫化矽(p+ a-Si：H)，且第一介電層包括氫化氮化矽(SiNx：H)。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第一接 面結構包括在第一導電型半導體層的頂部上的額外第一導電層或層堆疊。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中額外第一導電層為金屬層，或者層堆疊包括導電氧化層及非晶半導體層，非晶半導體層配置在導電氧化層及第一導電型半導體層的堆疊的頂部上。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第二接面結構包括在第二導電型半導體層的頂部上的額外第二導電層或層堆疊。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中額外第二導電層為金屬層，或者層堆疊包括導電氧化層及非晶半導體層，非晶半導體層配置在導電氧化層及第二導電型半導體層的堆疊的頂部上。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第一導電型半導體層的材料包括本徵非晶矽層或穿隧阻障層、以及摻雜層。摻雜層是選自於包括第一型摻雜非晶矽、第一型摻雜矽-碳混合物、第一型摻雜矽-鍺合金、第一型摻雜磊晶成長結晶矽以及第一型摻雜多晶矽的群組中的一者。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第二導電型半導體層的材料是選自於包括第二型摻雜非晶矽、第二型摻雜矽-碳混合物、第二型摻雜矽-鍺合金、第二型摻雜磊晶成長結晶矽、第二型摻雜多晶矽以及另一半導體的群組中的一者。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第一介電層的材料是選自於包括氮化矽、二氧化矽、氮氧化矽、介電有機化合物、介電金屬氧化物或介電金屬氮化物的群組中的一者。

在本發明是有關於上述太陽電池的態樣中，其中第一接面結構包括第一穿隧阻障層，第一穿隧阻障層配置在第一導電型半導體層與基板之間；及/或其中第二接面結構包括第二穿隧阻障層，第二穿隧阻障層配置在第二導電型半導體層與基板之間。

此外，本發明是有關於一種由半導體基板製造太陽電池的方法，半導體基板具有用於接收輻射的前側表面、以及配置有第一接面結構及第二接面結構的背側表面，第一接面結構位於基板的第一區域部分中，第二接面結構位於基板的第二區域部分中，且第二區域部分毗鄰第一區域部分。所述方法包括：在至少第一區域部分上方的基板的背側表面上沉積第一導電型半導體層；選擇性沉積導電層；至少在第一導電型半導體層上方沉積第一介電層；圖案化第一介電層以藉由覆蓋第一區域部分中的第一導電型半導體層來定義第一區域部分及暴露第二區域部分；使用經圖案化第一介電層作為罩幕對第一導電型半導體層進行圖案化，以在第一區域部分中的產生第一接面結構及暴露第二區域部分中的矽基板的表面；在背側表面及經暴露的第二區域部分上沉積第二導電型半導體層，第二導電型半導體層在毗鄰第二區域部分的第一介電層的至少部分上方。在此種方式中，第二接面結構的第二導電型半導體層與第一接面結構的第一導電型半導體層部 分地重疊，第二導電型半導體層的重疊部分在第一導電型半導體層的部分上方，且同時藉由它們之間的第一介電層而分開，且第二導電型半導體層的重疊部分下方的第一導電型半導體層的部分直接接觸基板的半導體表面。

在選擇性沉積的導電層為導電氧化物的案例中，可使用本徵非晶矽層替代以下的介電層。

第一導電型可相等於或相反於半導體基板的導電型。

如本發明的方法允許第一導電型膜層的邊緣與第一介電層的邊緣的自對準形式(self-aligned formation)，最大化覆蓋主動層(第一或第二導電型半導體層)的基板區域，同時改善兩半導體層之間的隔絕(isolation)。

此外，上述方法利於使得第一介電層用於分開第一及第二導電型半導體層、以及在沉積第二導電型半導體層期間用於覆蓋第一導電型半導體層。在沉積第二導電型半導體層期間，此覆蓋可以避免由第一導電型半導體層產生的鈍化層發生熱劣化(thermal degradation)。已知此劣化會在n型摻雜的a-Si：H層的沉積期間發生在p型摻雜的a-Si：H層中。

如一態樣，上述方法更提供在第二導電型半導體層上方沉積罩幕層的步驟，罩幕層至少覆蓋第二區域部分及(毗鄰的)的第一區域部分的一部分，接著對罩幕層進行圖案化；以及使用圖案化罩幕層來局部地移除第二導電型半導體層。

或者，可藉由直接的方法(direct method)來蝕刻第二導電 型半導體層，所述直接的方法例如為以所需要的圖案印刷蝕刻膠。

可選地，可使用第二導電型半導體層作為罩幕來移除第一介電層。此將使得這些膜層自對準。有利地說，因此上述方法允許第一導電型膜層及第二導電型膜層的邊緣與第一介電層的邊緣的自對準形式，最大化第一及第二導電型半導體層的暴露區域以用來塗佈金屬層，同時確保兩膜層之間的隔絕。

在上述方法的一態樣中，更包括：在第二導電型半導體層上方沉積罩幕層，罩幕層至少覆蓋第二區域部分及部分的第一區域部分；對罩幕層進行圖案化；使用圖案化罩幕層作為罩幕對第二導電型半導體層進行圖案化以在第二區域部分中產生具有圖案的第二接面結構，第二接面結構的圖案使得第二導電型半導體層毗鄰且部分地重疊第一導電型半導體層，第二導電型半導體層的重疊部分在第一導電型半導體層的頂部上，且被第一介電層分開。

如上述方法的一態樣，提供配置有第一穿隧阻障層的第一接面結構，第一穿隧阻障層配置在第一導電型半導體層與基板之間；及/或其中第二接面結構配置有第二穿隧阻障層，第二穿隧阻障層配置在第二導電型半導體層與基板之間。

在如上述方法的態樣中，第一接面結構及第二接面結構中至少一者包括磊晶矽層，第一導電型半導體層為磊晶矽層及基板，及/或第二導電型半導體層為磊晶矽層。

在如上述方法的一態樣中，第一導電型為p型，第一導 電型半導體層包括p型摻雜非晶氫化矽(p+ a-Si：H)，且第一介電層包括氫化氮化矽(SiNx：H)，所述SiNx：H層覆蓋所述p+ a-Si：H層。

藉由附屬項進一步定義較佳的實施例。

1、2、3‧‧‧太陽電池

5‧‧‧基板

10‧‧‧第一導電型半導體層

10a、10b‧‧‧穿隧阻障層

11‧‧‧圖案化第一導電型半導體層

15‧‧‧導電層

20‧‧‧第一介電層

21‧‧‧圖案化第一介電層

22、37‧‧‧介電層

25‧‧‧第二導電型半導體層

26‧‧‧圖案化第二導電型半導體層

27‧‧‧光阻圖案

30、50‧‧‧罩幕層

31‧‧‧圖案化罩幕

34、35‧‧‧金屬層

36‧‧‧間隙

40‧‧‧第二導電層

45‧‧‧圖案化第二導電層

55‧‧‧保護介電主體

A‧‧‧第一區域部分

B‧‧‧第二區域部分

C‧‧‧第三區域部分

D‧‧‧重疊部分

E、F‧‧‧邊界

S‧‧‧間隔

將參照一些繪示例示實施例的圖式更詳細地說明本發明。這些圖式只用於例示的目的且不限制由申請專利範圍所定義的發明概念。在圖式中：圖1a至圖1c繪示進行第一製造步驟後的太陽電池的剖面圖。

圖2繪示進行接續製程步驟後的太陽電池的剖面圖。

圖3繪示進行初始圖案化步驟後的太陽電池半導體基板的剖面圖。

圖4繪示完成第一半導體層的圖案化步驟後的太陽電池半導體基板的剖面圖。

圖5a及5b繪示進行接續製程步驟後的太陽電池的剖面圖。

圖6繪示沉積罩幕層後的太陽電池的剖面圖。

圖7繪示進行後續圖案化步驟後的太陽電池的剖面圖。

圖8繪示進行蝕刻步驟後的太陽電池的剖面圖。

圖9a至圖9c繪示進行接續製程步驟後的太陽電池的剖面圖。

圖10a至圖10e繪示進行金屬化步驟後太陽電池的剖面圖。

圖11a至圖11c繪示如另一實施例的太陽電池的剖面圖。

圖12繪示進行接續步驟後的如另一實施例的太陽電池的剖面圖。

圖13繪示移除第二罩幕層後的太陽電池的剖面圖。

圖14繪示進行後續製造步驟後的太陽電池的剖面圖。

在以下圖中，在各圖中的相同元件符號指稱相似或完全相同的組件。

太陽電池包括半導體基板，其通常為矽晶圓。此種晶圓可為多晶型或單晶型。

至少晶圓的前側上可被紋理化，且晶圓可藉由例如是前擴散層及前鈍化塗層而配置有前側鈍化層(front side passivation)。晶圓的前側上亦可配置有抗反射塗層。亦可在後續製程期間提供前側紋理層(texture)及塗層。所述前側亦可配置有犧牲層，其針對以下描述的一些製程提供保護。

圖1a繪示進行製造程序中第一製程步驟後的半導體基板5的剖面圖。在此步驟中，第一導電型半導體層10沉積在基板5的表面的至少第一部分上方。第一導電型半導體層將會與半導體基板的表面的形成第一接面。

第一導電型半導體層的材料可選自包括第一型摻雜非晶富氫矽(a-Si：H)、第一型摻雜微結晶矽、第一型摻雜非晶矽-碳混合物、第一型摻雜矽-鍺合金、第一型摻雜磊晶成長結晶矽、第一型 摻雜多晶矽或其他半導體的群組中。此外，第一導電型半導體層可包括本徵半導體層及第一型摻雜半導體層的堆疊(材料選自上述者)，其例如是習知技術中已知的具有本徵薄層的異質接面(HIT結構)。

第一導電型膜層亦可包括基板的表面層，由摻雜至基板中的擴散或植入所產生，基板的摻雜可為局部的或後續可為第一區域部分A(請參照圖3)外側的回蝕刻(etch-back)。

被覆蓋的第一區域部分至少相等於所欲產生第一接面的區域。

可選地，在一實施例中，第一接面及/或第二接面可包括金屬-絕緣-半導體(metal-insulator-semiconductor；MIS)接面。

圖1b繪示進行第一製造步驟後的半導體基板的剖面圖，在此案例中，第一導電型半導體層被導電層15覆蓋，導電層15作為收集層及/或並聯導體(parallel conductor)以改善電流萃取及/或電流流動(current flow)。導電層可例如是金屬層或(透明)導電氧化層或其組合。

以下將參照第一導電型半導體層不具有導電層的實施例來描述本發明。應理解的是，在另一實施例中可使用具有導電層15的第一導電型半導體層10的堆疊來取代第一導電型半導體層。

亦注意到如圖1c中所繪示，在一實施例中，在半導體基板5的表面與第一導電型半導體層10之間可配置薄的穿隧阻障層10a，薄的穿隧阻障層10a對半導體基板5與第一導電型半導體層 10之間的電荷載子提供穿隧接點(tunneling contact)。

圖2繪示進行接續步驟後的太陽電池1的剖面圖。在此接續步驟中，在第一導電型半導體層的頂部上沉積第一介電層20，以至少在第一區域部分A(請參照圖3)中覆蓋第一導電型半導體層。

應注意到，在選擇性將導電層沉積為導電氧化物的案例中，可沉積本徵非晶矽層來取代第一介電層。

第一介電層的材料可包括選自包括氮化矽、二氧化矽、氮氧化矽、介電有機化合物(例如「光阻(resist)」或樹脂)、介電金屬氧化物或介電金屬氮化物、以及其他適合的介電質的群組中的材料。

在圖1a、圖1b或圖1c的堆疊端具有導電氧化物作為頂層的案例中，可有益地選擇可用的蝕刻液將介電層取代為本徵非晶矽層。

圖3繪示第一介電層的圖案化步驟後的半導體基板的剖面圖。圖案化將第一介電層從所欲產生第二接面的半導體基板的第二區域部分B移除。在所欲產生第一接面的第一區域部分A中，保留圖案化第一介電層21。如本發明的態樣，第一區域部分A毗鄰(鄰近)半導體基板的第二區域部分B。

藉由圖案化步驟，可在第一型接面與第二型接面交錯的地方定義交指型結構。

上述圖案化步驟包括蝕刻步驟(可為選擇性蝕刻步驟)，以 移除第一介電層以及在移除第一介電層的區域中將第一導電型半導體層暴露出來。

圖案化第一介電層21用作產生圖案化第一導電型半導體層11的罩幕。使用蝕刻步驟(可為選擇性蝕刻步驟)將經暴露的第一導電型半導體層由半導體基板的第二區域部分B移除。

圖4示意地繪示第一導電型半導體層的圖案化。因為第一介電層的圖案轉移到第一導電型膜層的圖案中，兩膜層的圖案邊緣實質上為自對準。此種自對準具有減少製程步驟數目、減少所需的對準寬容度及減少成本的優點。

圖5a繪示後續步驟後的太陽電池剖面圖。在圖案化表面上，至少在半導體基板的第二區域部分B上方、以及至少在鄰近第二區域部分B的圖案化第一介電層21及圖案化第一導電型半導體層11的堆疊的毗鄰部分的上方沉積第二導電型半導體層25。

在此結構中，圖案化第一介電層21在重疊於圖案化第一導電型半導體層11的第二導電型半導體層25與圖案化第一導電型半導體層11之間提供絕緣。

第一及第二導電型半導體的重疊被繪示為具有斜坡。應注意的是，實際的傾斜角度可視實際上的製程步驟及條件而定。此外，斜坡可實質上垂直於基板表面或為階梯狀。

此外，第二導電型半導體層25毗鄰(border on)圖案化第一導電型半導體層11。

因為在對圖案化第一導電型半導體層11(對膜層21下方 的膜層11進行蝕刻)進行蝕刻的期間可能發生一些底切(undercut)，故詞彙「毗鄰」意欲定義兩個圖案化半導體層11及25之間的橫向距離最多為第一導電型半導體層11的厚度的數倍。

舉例而言，若圖案化第一導電型半導體層11的厚度為20nm，則毗鄰的膜層意指其與圖案化第一導電型半導體層11的距離為100nm或更小。

相似於圖案化第一導電型半導體層11，膜層25可選擇性地被導電層覆蓋，導電層例如是透明導電氧化物(TCO)及/或金屬。

第二導電型半導體層的材料可選自於包括第二型摻雜非晶矽、第二型摻雜矽-碳混合物、第二型摻雜矽-鍺合金、第二型摻雜磊晶成長結晶矽、第二型摻雜多晶矽、或者其他半導體的群組中。此外，與第一導電型半導體層相似，第二導電型半導體層可包括本徵半導體層及第二型摻雜半導體層的堆疊，其具有選自上述的材料。此外，與第一導電型半導體相似，在半導體基板5的表面與第二導電型半導體層之間，可配置有薄的穿隧阻障層(未繪示)。

此外，第二導電型膜層也可由形成MIS接面的層堆疊組成。

第二導電型與第一導電型相反。第一導電型半導體層可構成射極(emitter)，而第二導電型膜層可構成BSF；或者，第一導電型膜層可構成BSF，第二導電型膜層可構成射極。

在一實施例中，第一導電型為p型且第一導電型半導體 層為p+ a-Si：H，且第一介電層為SiNx：H。較佳地，本發明提供p型a-Si：H層被第一介電質所覆蓋的結構。在後續沉積a-Si層期間，暴露的p型a-Si：H層在裸露時基本上會因為熱暴露(thermal exposure)而劣化(degrade)。SiNx：H的覆蓋能保護p型層免於遭受上述劣化，且因此本發明使用p型射極作為第一導電型半導體層。由於p型層一般為通常在後表面上佔據最大面積的射極，因此基於電池效率因素，起始於p型層是較佳的。

此外，由於將第一導電型膜層開孔的製程可能造成表面損壞，而表面損壞將減少在開孔區域上所沉積的膜層的鈍化性質，故上述方式為較佳的。

圖5b繪示如進行上述圖5a所述的後續步驟後的一實施例的太陽電池的剖面圖，於此實施例中，穿隧阻障10a及10b存在於半導體基板5的表面與圖案化第一導電型半導體層11之間、或者穿隧阻障10a及10b存在於半導體基板5的表面與圖案化的第二導電型半導體層25之間、或者穿隧阻障10a及10b存在於半導體基板5的表面與圖案化第一導電型半導體層11及第二導電型半導體層25之間。

在第一導電型半導體層及第二導電型半導體層下方的穿隧阻障10a及10b可各自在分別獨立的製程中形成。可藉由表面反應(surface reaction)來成長穿隧阻障10a及10b，或者可藉由物理或化學沉積來沉積穿隧阻障10a及10b。

圖6繪示如本發明在進行另一步驟後的太陽電池的剖面 圖，在此另一步驟中，罩幕層30沉積在第一區域部分A及第二區域部分B中的至少部分上方。

罩幕層可包括選自於包括氮化矽(SiNx)、二氧化矽(SiO₂)、氮氧化矽(SiO_xN_y)、介電有機化合物(「光阻」或樹脂)、介電金屬氧化物或介電金屬氮化物、及其他適合的介電質的材料。罩幕層也可為金屬(例如接觸(contacting))層。

或者，視前述製程步驟中所沉積的頂層的蝕刻性質而定，罩幕層可為本徵非晶矽層。

接著進行圖7中繪示的圖案化步驟。在圖案化步驟中，藉由從圖案化第一介電層21及圖案化第一導電型半導體層11的堆疊的第三區域部分C移除罩幕層，以將罩幕層30圖案化為圖案化罩幕31。

或者是，也可以例如是經由接近式罩幕(proximity mask)進行沉積、或藉由印刷技術進行沉積等方式以適合的圖案(膜層31的圖案)來沉積罩幕層30。

所產生的第三區域部分C小於第一區域部分A，因此暴露圖案化第一介電層21及圖案化第一導電型半導體層11的堆疊上方的第二導電型半導體層的部分。同時，介電層31覆蓋與圖案化第一介電層21及圖案化第一導電型半導體層11的堆疊重疊的第二導電型半導體層25的其他部分。

圖8繪示進行後續蝕刻步驟後的太陽電池的剖面圖，在此後續蝕刻步驟中，使用圖案化罩幕31將在第三區域部分C上暴 露出來的第二導電型半導體層25移除，而因此產生圖案化第二導電型半導體層26。在此移除期間，第一介電層21保護第一導電型膜層11，且第一介電層21亦作為此第二移除的蝕刻終止層(etch-stop)。

除了前述進行沉積及圖案化膜層30及31並且蝕刻膜層25的方式以外，另一種可選的方式是藉由直接蝕刻製程在第三區域部分C上移除第二導電型半導體層25，其中直接蝕刻製程例如是印刷或(墨水)噴射蝕刻劑、或透過接近式罩幕進行電漿蝕刻。

至此，太陽電池結構包括：第一區域部分A，其中第一接面配置於圖案化第一導電型半導體層11與基板5之間；以及第二區域部分B，其中第二接面配置於圖案化第二導電型半導體層26與基板5之間。由於第一區域部分A及第二區域部分B在半導體基板的表面上，第一區域部分A及第二區域部分B彼此鄰近，故第一接面及第二接面也彼此鄰近。在此方式中，第一接面及第二接面可以最靠近的方式配置。此接面的毗鄰配置對主要用於收集電荷載子的基板區域(actively used substrate area for collecting charge carriers)提供實質上完整的覆蓋。

圖9a至圖9c繪示如不同實施例之進行後續步驟後的太陽電池的剖面圖。

在此步驟中，圖案化罩幕31或圖案化第二導電型半導體層26作用為用於蝕刻及移除第三區域部分C中的圖案化第一介電層21的罩幕。舉例而言，在藉由直接蝕刻製程(如上述)來局部移 除膜層25的案例中，可不存在罩幕31。

在藉由諸如印刷蝕刻膠(圖9b)等直接圖案化步驟中，可局部地移除膜層21(在第三區域部分C或其較小的區域部分中)。

藉由諸如濕式化學蝕刻步驟局部地移除膜層21及31的同時，可藉由諸如介電蝕刻罩幕(諸如所沉積的光阻圖案27)來保護區域D及在區域A及B上的一些鄰近區域。如圖9c所示，膜層21具有延伸至區域A中的部分(此部分具有一長度)，且膜層31存在於區域D上且具有延伸至區域B中的部分(此部分具有一長度)，故經由上述製程所得的結構與圖9a所示者不同。

圖9c的配置可用於改善長期穩定性及改善最終太陽電池(如圖10e所示的結構)中的電性隔離。

若存在圖案化罩幕31時，可在移除膜層21的同一蝕刻步驟中移除圖案化罩幕31(在第一及第二介電層的蝕刻選擇比及厚度都相符合(comparable)的案例中)，或在另一選擇性蝕刻步驟中移除圖案化罩幕31。

在對圖案化罩幕31進行蝕刻步驟與移除步驟後，太陽電池結構包括：第一區域部分A，其中第一接面配置於圖案化第一導電型半導體層11與基板5之間；以及第二區域部分B，其中第二接面配置於圖案化第二導電型半導體層26與基板5之間。進一步地說，太陽電池結構包括圖案化第二導電型半導體層26與圖案化第一導電型半導體層重疊的重疊部分。在重疊區域D中，藉由圖案化第一介電層21將第二導電型半導體層26分開及隔離。在 此實例中，圖9a、圖9b及圖9c中所示的區域D的寬度為介於約1微米至約1000微米之間。在其他實例中，區域D的寬度介於約10微米至約500微米之間。在又一實施例中，區域D的寬度介於約50微米至約250微米之間。

在第一區域部分A中的圖案化第一導電型半導體層11及第二區域部分B中的圖案化第二導電型半導體層26兩者與相應的全區域部分上方的基板表面直接接觸(或者在基板表面上存在有穿隧阻障層的案例中，兩者與覆蓋基板表面的穿隧阻障層直接接觸)，而分別形成第一接面及第二接面。

因此，第一導電型半導體層11與基板實質上全面地接觸。

圖10至圖14繪示可用於金屬化的一些製程。金屬化可由先前介紹的導電層、及/或後續可(額外)應用的其他導電層所構成。

在圖10至圖14中，與前述圖中具有相同元件符號的元件指稱相應的元件。

圖10a至圖10e繪示進行金屬化步驟後的太陽電池1的剖面圖。如圖10a所繪示，在圖案化第一導電型半導體層11及圖案化第二導電型半導體層26的頂部上沉積金屬層(金屬導電層)34、35。圖10b至圖10e繪示此步驟的選擇性調整。

至少藉由金屬層中的間隙36對金屬層34及35進行圖案化，以在基板5及膜層11的第一接面結構上方的金屬層的第一部分(元件符號34處)與基板5及膜層26的第二接面結構上方的金屬 層的第二部分(元件符號35處)之間產生電性絕緣。間隙36至少位於第二導電型半導體層26的重疊部分上方，以達成膜層11及膜層26上的最大金屬覆蓋及最小阻抗損失，但間隙36也可進一步延伸至部分A或B或兩者的上方。

舉例而言，若介電層21不完全是無針孔(pinhole)時，則將間隙36從重疊部分延伸至第一部分A或第二部分B或部分A及B兩者的上方，且此種方式可減少發生分流(shunt)的可能性。

圖10e繪示圖案化第一導電型半導體層11及圖案化第二導電型半導體層26的所有區域都不直接暴露於大氣條件下的實施例。與圖9c中所繪示的介電層27相同的介電層37覆蓋鄰近於第一半導體層11及第二半導體層26的重疊區域的膜層26的區域。此配置可增強太陽電池效能的耐久性。可將金屬層34及35沉積為毯層(blanket)並後續藉由蝕刻來圖案化，或者是可直接以圖案的方式沉積之。

金屬層亦可由以下方式組成：第一毯式沉積層(例如導電氧化物及/或種子金屬(seed metal)層)；接著進行第二金屬層的圖案化沉積(例如(網版)印刷或噴墨式的銀圖案、或者光阻圖案接續(電)鍍敷)；接著使用第二金屬圖案作為罩幕來對第一毯層進行回蝕刻。

在一實施例中，亦可藉由塗佈具有介電層(例如氮化矽)的第一毯層，之後再將對介電層進行圖案化及在不具有介電質的地方電鍍導電氧化物，以使得第一毯式沉積的膜層配置有金屬圖 案。

圖11a至圖11c繪示如相應的其他實施例的太陽電池2的剖面圖。單層的第一導電型半導體層被取代為第一堆疊層，而第一堆疊層在基板上形成第一接面結構且包括在其頂部的第一導電型半導體層11及導電層15。堆疊配置相似於圖1b所繪示者。

圖案化第二導電型半導體層26被第二導電層40覆蓋且形成第二堆疊層。較佳地，例如是藉由參照圖8的上述製程，以與第二導電型半導體層26相對應的方式對第二導電層進行圖案化。在圖11a所繪示的實施例中，可省略重疊部分上方的間隙36。

第一堆疊層毗鄰第二堆疊層。第二堆疊層與第一堆疊層在重疊區域D中重疊。在重疊區域D中，以與圖5至圖8所繪示相似的方式，藉由21使得第一堆疊層與重疊的第二堆疊層分開。

在第一接面結構中的導電層15為導電氧化物的案例中，介電層21可被取代為本徵非晶半導體層。

圖11b及圖11c繪示第二導電層40中的間隙36延伸至重疊部分D或部分的第二區域部分B上方的實施例。

必要時，可圍繞第二導電型半導體層26的重疊部分於第二導電層40中產生間隙36，以改善與第一接面結構中的導電層15的隔絕。

應理解的是，如上述可得到多種傾斜形式的重疊部分D，因此如圖11a及圖11b、圖11c中所示，第一及第二導電型半導體層具有不同斜度的重疊。

圖12繪示進行製造步驟後的如另一實施例的太陽電池的剖面圖。

在此實施例中，第一區域部分A中的第一接面結構包括在其頂部的第一導電型半導體層11及導電層15的堆疊。對第一導電型半導體層11及導電層15的堆疊進行圖案化，並藉由圖案化介電層22覆蓋第一導電型半導體層11及導電層15的堆疊。

第二導電型半導體層25覆蓋第一導電型半導體層11、導電層15及介電層22的圖案化堆疊。在第二區域部分B中的第二接面結構中，配置有圖案化第二導電層45及第二罩幕層50的堆疊，而第二罩幕層50在第二導電層45的頂部上。

為了得到圖12中所繪示的結構，至少在第二區域部分B上方沉積第二導電層45及第二罩幕層50兩者。接著將第二罩幕層50圖案化。接著將圖案化第二罩幕層50用於在第二區域部分B中定義圖案化第二導電層45的位置。在圖案化第二導電層45的末端E與第一區域部分A及第二區域部分B的邊界F之間選擇性地產生間隔S，以改善隔絕。

圖13為如一實施例繪示的圖12的太陽電池在進行接續步驟後的剖面圖，其中選擇性地移除第二罩幕層50。應理解的是，由於可透過第二罩幕層50達成與第二導電層45的接觸(例如藉由機械力)，因此第二罩幕層50的移除可為選擇性的。

圖14繪示圖13的太陽電池3在進行後續製造步驟後的剖面圖。在此後續步驟中，在如圖13所繪示的結構上方沉積介電 層(例如光阻層)。接著，若不以圖案的方式沉積介電層，則對介電層進行圖案化以產生保護介電主體55(例如光阻層)，其覆蓋第二導電型半導體層的重疊部分及第一區域部分A與第二區域部分B之間的邊界區域(E至F)。

以第二導電型半導體層的重疊部分重疊於圖案化導電層15及圖案化第一導電型半導體層11的堆疊的方式，將圖案化保護介電主體用作為蝕刻/移除第二導電型半導體層25及介電層22的部分的罩幕，其中使用導電層15及第二導電層45作為蝕刻終止層。第一介電層21作為分隔層。

可將保護介電主體55用於後續的鍍敷步驟(例如電鍍步驟)中，使得在第一區域部分A上的金屬接點與第二區域部分B上的金屬接點分開。由於保護介電主體55能保護非常薄且易受到大氣條件穿透太陽模組影響的膜層26，因此保護介電主體55也可提供太陽電池效能的耐久性。

本發明所屬技術領域具有通常知識者應理解的是，保護介電主體可應用在其他實施例中，例如是圖10e所示的實施例。

本發明所屬技術領域具有通常知識者應理解的是，可以設想並具以實現本發明的其他實施例而不違背本發明的真實精神，且本發明的範疇僅受限於所附的申請專利範圍。上述實施例是用於說明而非限制本發明。

1‧‧‧太陽電池

11‧‧‧圖案化第一導電型半導體層

21‧‧‧圖案化第一介電層

26‧‧‧圖案化第二導電型半導體層

A‧‧‧第一區域部分

B‧‧‧第二區域部分

C‧‧‧第三區域部分

D‧‧‧重疊部分

Claims (18)

1. 一種太陽電池，包括：半導體基板，具有前側表面及背側表面，所述前側表面用於接收輻射，且所述背側表面配置有在所述半導體基板的第一區域部分中的第一接面結構以及在所述半導體基板的第二區域部分中的第二接面結構；所述第二區域部分毗鄰所述第一區域部分；所述第一接面結構包括覆蓋所述第一區域部分的第一導電型半導體層；所述第二接面結構包括覆蓋所述第二區域部分的第二導電型半導體層；所述第二接面結構的所述第二導電型半導體層與所述第一接面結構的所述第一導電型半導體層部分地重疊，所述第二導電型半導體層的重疊部分位於所述第一導電型半導體層的部分的上方，且同時藉由所述第二導電型半導體層的所述重疊部分與所述第一導電型半導體層的所述部分之間的第一介電層將所述第二導電型半導體層的所述重疊部分與所述第一導電型半導體層的所述部分分開，且在所述第二導電型半導體層的所述重疊部分下方的所述第一導電型半導體層的所述部分直接接觸所述半導體基板的半導體表面，其中所述第二區域部分中的所述第二導電型半導體層毗鄰所 述第一區域部分中的所述第一導電型半導體層，所述第二區域部分中的所述第二導電型半導體層鄰近於所述第一導電型半導體層及所述第二導電型半導體層的重疊部分。
2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池，其中所述第一接面結構包括第一穿隧阻障層，所述第一穿隧阻障層配置於所述第一導電型半導體層及所述半導體基板之間；及/或其中所述第二接面結構包括第二穿隧阻障層，所述第二穿隧阻障層配置於所述第二導電型半導體層與所述半導體基板之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池，其中所述第一接面結構及所述第二接面結構中的至少一者包括磊晶矽層，所述第一導電型半導體層為磊晶矽層及/或所述第二導電型半導體層為磊晶矽層。
4. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池，其中所述第一導電型半導體層與所述半導體基板的表面的重疊部分的界面為介電層的空隙。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的太陽電池，其中所述第一導電型為p型，所述第一導電型半導體層包括p型摻雜的非晶氫化矽(p+ a-Si：H)，所述第一介電層包括氫化氮化矽(SiNx：H)。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的太陽電池，其中所述第一接面結構包括在所述第一導電型半導體層的頂部上的額外第一導電層或層堆疊。
7. 如申請專利範圍第6項所述的太陽電池，其中所述額外第一導電層為金屬層，或所述層堆疊包括導電氧化層及非晶半導體層，所述非晶半導體層配置在所述導電氧化層及所述第一導電型半導體層的頂部上。
8. 如申請專利範圍第1項至第7項所述的太陽電池，其中所述第二接面結構包括在所述第二導電型半導體層的頂部上的額外第二導電層或層堆疊。
9. 如申請專利範圍第8項所述的太陽電池，其中所述額外第二導電層為金屬層，或所述層堆疊包括導電氧化層及非晶半導體層，所述非晶半導體層配置在所述導電氧化層及所述第二導電型半導體層的頂部上。
10. 如申請專利範圍第1項至第9項所述的太陽電池，其中所述第一導電型半導體層的材料包括本徵非晶矽層或穿隧阻障層、以及摻雜層；所述摻雜層選自於包括第一型摻雜非晶矽、第一型摻雜矽-碳混合物、第一型摻雜矽-鍺合金、第一型摻雜磊晶成長結晶矽、及第一型摻雜多晶矽的群組中。
11. 如申請專利範圍第1項至第10項所述的太陽電池，其中所述第二導電型半導體層的材料選自於包括第二型摻雜非晶矽、第二型摻雜矽-碳混合物、第二型摻雜矽-鍺合金、第二型摻雜磊晶 成長結晶矽、第二型摻雜多晶矽、及其他半導體的群組中。
12. 如申請專利範圍第1項至第11項所述的太陽電池，其中所述第一介電層的材料選自於包括氮化矽、二氧化矽、氮氧化矽、介電有機化合物、介電金屬氧化物以及介電金屬氮化物的群組中。
13. 如申請專利範圍第1項至第12項所述的太陽電池，其中所述第一接面結構包括第一穿隧阻障層，所述第一穿隧阻障層配置於所述第一導電型半導體層與所述半導體基板之間；及/或其中所述第二接面結構包括第二穿隧阻障層，所述第二穿隧阻障層配置於所述第二導電型半導體層與所述半導體基板之間。
14. 一種由半導體基板製造太陽電池的方法，所述半導體基板具有前側表面及背側表面，所述前側表面用於接收輻射，而所述背側表面配置有所述半導體基板的第一區域部分中的第一接面結構、以及所述半導體基板的第二區域部分中的第二接面結構，所述第二區域部分毗鄰所述第一區域部分，所述由半導體基板製造太陽電池的方法包括：至少在所述第一區域部分上方的所述半導體基板的所述背側表面上沉積第一導電型半導體層；選擇性沉積導電層；至少在所述第一導電型半導體層上方沉積第一介電層；對所述第一介電層進行圖案化，用以藉由覆蓋所述第一區域部分中的所述第一導電型半導體來定義所述第一區域部分、及用以暴露所述第二區域部分； 使用經圖案化的所述第一介電層作為罩幕對所述第一導電型半導體層進行圖案化，以在所述第一區域部分中產生所述第一接面結構、以及暴露所述第二區域部分中的所述矽基板的表面；在所述背側表面與經暴露的所述第二區域部分上沉積第二導電型半導體層，所述第二導電型半導體層在毗鄰所述第二區域部分的所述第一介電層的至少部分上方，在此方式中，所述第二接面結構的所述第二導電型半導體層與所述第一接面結構的所述第一導電型半導體層部分地重疊，所述第二導電型半導體層的重疊部分位於所述第一導電型半導體層的部分上方，同時藉由所述第二導電型半導體層的所述重疊部分與所述第一導電型半導體層的所述部分之間的所述第一介電層將所述第二導電型半導體層的所述重疊部分與所述第一導電型半導體層的所述部分分開，且所述第二導電型半導體層的所述重疊部分下方的所述第一導電型半導體層的所述部分直接接觸所述半導體基板的半導體表面。
15. 如申請專利範圍第14項所述的由半導體基板製造太陽電池的方法，更包括：在所述第二導電型半導體層上方沉積罩幕層，所述罩幕層至少覆蓋所述第二區域部分及部分的所述第一區域部分；對所述罩幕層進行圖案化；使用經圖案化的所述罩幕層作為罩幕對所述第二導電型半導 體層進行圖案化，以在所述第二區域部分中產生所述第二接面結構，所述第二接面結構具有圖案，所述圖案使得所述第二導電型半導體層毗鄰且部分地重疊於所述第一導電型半導體層；所述第二導電型半導體層的所述重疊部分位於所述第一導電型半導體層的頂部上，且藉由所述第一介電層將所述第二導電型半導體層的所述重疊部分及所述第一導電型半導體層的所述頂部分開。
16. 如申請專利範圍第14項所述的由半導體基板製造太陽電池的方法，其中所述第一接面結構配置有第一穿隧阻障層，所述第一穿隧阻障層配置於所述第一導電型半導體層與所述半導體基板之間；及/或其中所述第二接面結構配置有第二穿隧阻障層，所述第二穿隧阻障層配置於所述第二導電型半導體層與所述半導體基板之間。
17. 如申請專利範圍第14項所述的由半導體基板製造太陽電池的方法，其中所述第一接面結構及所述第二接面結構中的至少一者包括磊晶矽層，所述第一導電型半導體層為磊晶矽層及所述半導體基板；及/或所述第二導電型半導體層為磊晶矽層。
18. 如申請專利範圍第14項所述的由半導體基板製造太陽電池的方法，其中所述第一導電型為p型，所述第一導電型半導體層包括p型摻雜的非晶氫化矽(p+ a-Si：H)，且所述第一介電層包括氫化氮化矽(SiNx：H)，所述SiNx：H層覆蓋所述p+ a-Si：H層。