TWI389322B - 具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法 - Google Patents

Description

具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法

本發明係關於一種太陽能電池的製造方法，特別是關於一種具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法。

由於科技的日益進步，太陽能電池的效率與普及率也日益的提升。現今廣泛使用中的太陽能電池其設計係具有一種p/n接面成形於前表面(接收光線之表面)附近，並於電池吸收光能時產生電子流。普通常見的電池設計在其前後二側分別形成電極。然後，這些太陽能電池再以串聯方式互相作電氣連接以增加電壓。

因此，傳統之太陽電池採用p型的基板，然後再利用高溫熱擴散的處理，使p型的基板上形成一層薄薄的n型半導體。在進行擴散程序前，會將表面製成粗糙化的組織(Texturing)結構，並加入抗反射層，以減少光的反射量。接著，進行網印程序，將製作完成的晶圓，塗佈上銀(Ag)膠及鋁(Al)膠，以一網印機將一種預設圖形印刷在晶圓的兩面。然後，進行共同燒結程序，將印刷有銀膠及鋁膠之晶圓，共同通過高溫燒結爐，使得銀膠及鋁膠可分別與晶圓之對應面產生共晶結構，而與晶圓因此具有一定之歐姆接觸(ohmic contact)。如此，便可於晶圓之表面接出導電電極，以完成一個簡單的太陽電池面板。

然而，在形成導電電極的區域，為了降低接觸電阻，一般而言，常需要具有較高的摻雜濃度。然而，在形成射 極(emitter)的區域為了提高短波長的頻率響應，摻雜的濃度就必須受到限制。如何能有效地平衡或選擇兩區域的摻雜濃度，將明顯影響太陽能電池的轉換效率。

鑒於上述之發明背景中，由於太陽能電池中形成電極的區域與形成射極的區域所需的摻雜濃度並不相同。如何能有效地控制兩區域的摻雜濃度，將可以使太陽能電池的效率，且更可以使太陽能電池的普及率提升。

本發明之目的之一係提供一種具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，可在電極區域形成較高的摻雜濃度，並在射極區域形成較低的摻雜濃度，使得太陽能電池的效率更為提升。

根據以上所述之目的，本發明係一種具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，包含下列步驟。首先，提供一基材；然後，形成一摻雜層於其上。此摻雜層包含一重摻雜部分與一輕摻雜部分，而輕摻雜部分位於重摻雜部分之下方，較佳地係單一次摻雜製程所形成。接著，移除摻雜層之重摻雜部分，例如是局部移除或全部移除。然後，再形成一抗反射層，並塗佈一圖案化之金屬膠於抗反射層上。加熱此金屬膠，以形成一太陽能電池之金屬電極。

根據上述之目的，本發明之一態樣係提供一種具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其包含有下列步驟，首先提供一基材，然後，形成一摻雜層，此摻雜層包含一重摻雜部分與一輕摻雜部分，且輕摻雜部分位於重摻雜部 分之下方，較佳地係單一摻雜製程所形成。接著，形成一圖案化之蝕刻阻障層，然後以圖案化之蝕刻阻障層為罩幕，移除露出的摻雜層之重摻雜部分。移除圖案化之蝕刻阻障層，然後形成一抗反射層，接著形成一圖案化之金屬膠於抗反射層上以及加熱金屬膠，以形成太陽能電池之金屬電極。

其中，上述之形成一圖案化之蝕刻阻障層，更可以利用蝕刻膠塗佈於蝕刻阻障層上，且進一步加熱蝕刻膠，以形成圖案化之蝕刻阻障層。值得注意的是，此圖案化之金屬膠係形成於未被移除之摻雜層之重摻雜部分之上方之抗反射層之上。而蝕刻阻障層係一氮化矽阻障層或一氧化矽阻障層。

根據上述之目的，本發明之另一態樣係提供一種具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其包含有下列步驟。首先，提供一基材，並形成一摻雜層於其上。此摻雜層包含一重摻雜部分與一輕摻雜部分，輕摻雜部分位於重摻雜部分之下方。去除摻雜層之重摻雜部分，再形成一圖案化之擴散阻障層，以圖案化之擴散阻障層為罩幕，摻雜露出的摻雜層之輕摻雜部分，以形成一重摻雜區。然後，移除圖案化之擴散阻障層，並形成一抗反射層。接著，形成一圖案化之金屬膠於抗反射層上，並加熱金屬膠，使形成一太陽能電池之金屬電極。

其中，上述之形成一圖案化之擴散阻障層，較佳地亦是利用塗佈蝕刻膠於擴散阻障層之上，以及加熱此蝕刻膠以形成圖案化之擴散阻障層。此外，上述之金屬膠係形成 於重摻雜區之上方。

其中，上述之重摻雜區與重摻雜部分之片電阻較佳地約為10－50 Ohm/sq.，而輕摻雜部分之片電阻較佳地約大於50 Ohm/sq.。而，上述之基材係為一p型基材，且摻雜層係為一n型離子摻雜層，例如是一磷離子摻雜層。

因此，本發明之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，僅需單一次的蝕刻膠圖案化阻障層，即可在太陽能電池基材上形成所需的輕摻雜區域與重摻雜區域。所以，本發明可以在太陽能電池所需之電極下方，形成高濃度之摻雜層，有效地降低接觸電阻。更可以在太陽能電池之射極區域，形成低濃度之摻雜層，有效地改善太陽能電池對短波長的頻率響應。其中，重摻雜區可以單一次或二次的摻雜製程來形成，其均不脫離本發明之精神與範圍。

本發明之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，不僅可以在太陽能電池之電極區域形成較高的摻雜濃度，並可在射極區域形成較低的摻雜濃度，使得太陽能電池的效率更為提升。以下將以圖示及詳細說明清楚說明本發明之精神，如所屬技術領域中具有通常知識者，在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

第1A－1H圖係繪示本發明之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法之一較佳實施例之製程示意圖。首先參閱第1A圖，如圖中所示，本發明之具有差異性摻雜之太陽能 電池係在一基材110進行摻雜，例如是進行磷離子(phosphorus ion)的摻雜，由於摻雜係由基材110的表面進行，故在基材110的表面將形成摻雜濃度較高的重摻雜部分112，而其下方則形成輕摻雜部分111。其中，基材110較佳地係p型基材，並利用高溫熱擴散處理，或離子植入等方法，在基材110的表面形成n型半導體層。此外，輕摻雜部分111的摻雜濃度相對於重摻雜部分112的摻雜濃度為低。一般而言，重摻雜部分112較佳地可量測而得其片電阻約為10－50 Ohm/sq.。而輕摻雜部分111較佳地則具有片電阻約大於50 Ohm/sq.，然並不限定於此。當本案之輕摻雜部分111的摻雜濃度相對於重摻雜部分112的摻雜濃度為低時，即可在後續形成太陽能電池後產生較佳的轉換效率與較低的接觸電阻。然後，形成一蝕刻阻障層120於重摻雜部分112之上。蝕刻阻障層120可以利用如氮化矽(silicon nitride)或氧化矽(silicon oxide)等材料來形成。

接著參閱第1B圖，利用印刷製程將蝕刻膠130轉印至蝕刻阻障層120之上。然後加熱蝕刻膠130，使蝕刻阻障層120形成所需的開口140，進而形成圖案化的蝕刻阻障層121，參閱第1C圖。此外，蝕刻阻障層120亦可以利用一般的光學微影製程進行所需的圖案化。

然後，參閱第1D圖，以圖案化的蝕刻阻障層121為罩幕，進一步蝕刻基材110上的重摻雜部分112，例如是以濕式蝕刻或乾式蝕刻將載子濃度較高的重摻雜部分112去除，以在重摻雜部分112上形成開口141，進而使其下方之濃度較低的輕摻雜部分111外露。

接著參閱第1E－1F圖，將圖案化的蝕刻阻障層121去除，然後形成一抗反射層150於基材110之上，亦即是在殘餘的重摻雜部分112與外露的輕摻雜部分111之上。

參閱第1G－1H圖，利用印刷法將金屬導電膠160，例如是銀膠或者是鋁膠，塗佈在抗反射層150之上，並利用高溫燒結製程使其穿過抗反射層150與下方的重摻雜部分112形成共晶結構，進而形成太陽能電池所需之金屬電極161。

由上述之說明可知，本實施例僅需單一次的摻雜製程，並利用蝕刻製程，即可在太陽能電池所需之電極下方形成高濃度之摻雜層，有效地降低接觸電阻，且同時在射極區域形成低濃度之摻雜層，有效地改善太陽能電池對短波長的頻率響應。

再參閱第2A－2H圖，其係繪示本發明之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法之另一較佳實施例之製程示意圖。如圖所示，首先參閱第2A圖，如圖中所示，本發明之具有差異性摻雜之太陽能電池係在一基材210進行摻雜，例如是進行磷離子(phosphorus ion)的摻雜，由於摻雜係由基材210的表面進行，故在基材210的表面將形成摻雜濃度較高的重摻雜部分212，而其下方則形成輕摻雜部分211。相同地，基材210較佳地係p型基材，並利用高溫熱擴散處理，或離子植入等方法，在基材210的表面形成n型半導體層。此外，輕摻雜部分211的摻雜濃度相對於重摻雜部分212的摻雜濃度為低。一般而言，重摻雜部分212較佳地可量測而得其片電阻約為10－50 Ohm/sq.，而輕摻雜 部分211較佳地則具有片電阻約大於50 Ohm/sq.，然並不限定於此。當本案之輕摻雜部分211的摻雜濃度相對於重摻雜部分212的摻雜濃度為低時，即可在後續形成太陽能電池後產生較佳的轉換效率與較低的接觸電阻。然後，移除摻雜濃度較高的重摻雜部分212，例如是利用回蝕(etching back)或其他的移除製程，僅保留下方摻雜濃度較低的輕摻雜部分211。

接著，參閱第2C圖，如圖中所示，形成一圖案化的擴散阻障層(diffusion barrier)221。此圖案化的擴散阻障層221較佳地亦可利用第1B圖中所揭露之蝕刻膠，將氮化矽或氧化矽所構成之擴散阻障層圖案化。此外，圖案化的擴散阻障層(diffusion barrier)221亦可以是利用光學微影製程來形成。

參閱第2D圖，進行第二次的摻雜，使得圖案化的擴散阻障層221中開口222下方的基材210與輕摻雜部分211形成一重摻雜區230。再參閱第2E圖，接著將圖案化的擴散阻障層221移除。然後，在其上形成抗反射層250，參閱第2F圖。

然後，參閱第2G圖，利用印刷法將金屬導電膠240，例如是銀膠或者是鋁膠，形成在抗反射層250之上，並位於重摻雜區230之上方。接著，參閱第2H圖，利用高溫燒結製程使金屬導電膠240穿過抗反射層250與下方的重摻雜區230形成共晶結構，進而形成太陽能電池所需之金屬電極260。

由上述之說明可知，本實施例雖然需要兩次的摻雜製 程，以在太陽能電池所需之電極下方形成高濃度之摻雜層，有效地降低接觸電阻，且在射極區域形成低濃度之摻雜層，有效地改善太陽能電池對短波長的頻率響應。然而，此兩次的摻雜製程僅需使用單一次蝕刻膠或光學微影製程，即可形成太陽能電池所需的電極圖案，有效地減少二次摻雜所需的蝕刻膠或光學微影製程的需求，且更提高太陽能電池的轉換效率。

如所屬技術領域中具有通常知識者所瞭解的，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍。凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

110‧‧‧基材

111‧‧‧輕摻雜部分

112‧‧‧重摻雜部分

120‧‧‧蝕刻阻障層

161‧‧‧金屬電極

210‧‧‧基材

211‧‧‧輕摻雜部分

212‧‧‧重摻雜部分

121‧‧‧圖案化的蝕刻阻障層

130‧‧‧蝕刻膠

140‧‧‧開口

141‧‧‧開口

150‧‧‧抗反射層

160‧‧‧金屬導電膠

221‧‧‧圖案化的擴散阻障層

222‧‧‧開口

230‧‧‧重摻雜區

240‧‧‧金屬導電膠

250‧‧‧抗反射層

260‧‧‧金屬電極

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1A－1H圖係繪示本發明之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法之一較佳實施例之製程示意圖；以及第2A－2H圖係繪示本發明之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法之另一較佳實施例之製程示意圖。

110‧‧‧基材

111‧‧‧輕摻雜部分

112‧‧‧重摻雜部分

120‧‧‧蝕刻阻障層

121‧‧‧圖案化的蝕刻阻障層

130‧‧‧蝕刻膠

140‧‧‧開口

141‧‧‧開口

150‧‧‧抗反射層

160‧‧‧金屬導電膠

161‧‧‧金屬電極

Claims (14)

1. 一種具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，至少包含：提供一基材；形成一摻雜層，該摻雜層包含一重摻雜部分與一輕摻雜部分，該輕摻雜部分位於該重摻雜部分之下方；形成一圖案化之蝕刻阻障層；以該圖案化之蝕刻阻障層為罩幕，移除露出的該摻雜層之該重摻雜部分；移除該圖案化之蝕刻阻障層；形成一抗反射層；形成一圖案化之金屬膠於該抗反射層上；以及加熱該金屬膠，使形成一太陽能電池之金屬電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之形成一圖案化之蝕刻阻障層，更包含：塗佈一蝕刻膠於該蝕刻阻障層；以及加熱該蝕刻膠，以形成該圖案化之蝕刻阻障層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之形成一圖案化之金屬膠於該抗反射層上，係將該金屬膠形成於未被移除之該摻雜層之該重摻雜部分之上方。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之摻雜層係為磷離子摻雜。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之重摻雜部分之片電阻較佳地約為10-50 Ohm/sq.。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之輕摻雜部分之片電阻較佳地約大於50 Ohm/sq.。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之基材係為一p型基材。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之摻雜層係為一n型離子摻雜層。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之蝕刻阻障層係一氮化矽阻障層或一氧化矽阻障層。
10. 一種具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，至少包含： 提供一基材；形成一摻雜層，該摻雜層包含一重摻雜部分與一輕摻雜部分，該輕摻雜部分位於該重摻雜部分之下方；去除該摻雜層之該重摻雜部分；形成一圖案化之擴散阻障層；以該圖案化之擴散阻障層為罩幕，再摻雜露出的該摻雜層之該輕摻雜部分，以形成一重摻雜區；移除該圖案化之擴散阻障層；形成一抗反射層；形成一圖案化之金屬膠於該抗反射層上；以及加熱該金屬膠，使形成一太陽能電池之金屬電極。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之形成一圖案化之擴散阻障層，更包含：塗佈一蝕刻膠於該擴散阻障層；以及加熱該蝕刻膠，以形成該圖案化之擴散阻障層。
12. 如申請專利範圍第10項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之形成一圖案化之金屬膠於該抗反射層上，係將該金屬膠形成於該重摻雜區之上方。
13. 如申請專利範圍第10項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之重摻雜部分之片電阻 較佳地約為10-50 Ohm/sq.且輕摻雜部分之片電阻較佳地約大於50 Ohm/sq.。
14. 如申請專利範圍第10項所述之具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法，其中上述之基材係為一p型基材，且該摻雜層係為一n型離子摻雜層。