TWI568003B - 太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組 - Google Patents

Description

太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組

本發明是有關於一種光電轉換裝置，且特別是有關於一種太陽能電池。

為了提升太陽能電池的效率，在目前的太陽能電池製作過程中，一種技術係在太陽能電池之受光面上進行粗化處理，藉以在受光面上形成許許多多的粗糙結構，來增進太陽能電池之受光面對於入射光的吸收效率。

此外，為了增進太陽能電池之載子效率，通常會在受光面的粗糙結構形成後，再於受光面上覆蓋或成長氧化物等類型之鈍化層。然而，因為粗糙結構的凹凸不平，會導致鈍化層無法均勻地覆蓋在受光面上，例如在粗糙結構的頂部尖端或兩個表面相接的菱線上，皆會有覆蓋不易之問題，容易造成鈍化效果不佳。再加上，這些粗糙結構之頂部、或相鄰二粗糙結構之接合處會產生局部應力，例如在粗糙結構之頂部會產生反向壓縮應力。如此將使得鈍化層無法有效且全面性地鈍化受光面上之粗糙結構的所有表面，而嚴重影響太陽能電池之載子效率。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組，其可有效且全面性地鈍化太陽能電池之受光面。

本發明之另一態樣是在提供一種太陽能電池及其製造方法與太陽能電池模組，其可使載子在摻雜層中的行進更 為順暢，而可提高載子的生命週期，進而可提升太陽能電池的開路電壓(Voc)。

根據本發明之上述目的，提出一種太陽能電池。此太陽能電池包含一基板、複數個粗糙結構、一第一層、一鈍化層以及一電極。基板包括一第一面。複數個粗糙結構配置於第一面上，其中各粗糙結構具有複數個表面，這些表面相互連接並共同具有一頂部，且每一粗糙結構的這些表面彼此之間的複數個連接處及前述頂部為弧形。第一層具有第一導電型，且位於第一面上。此第一層沿各粗糙結構的複數個表面及前述頂部延伸配置，且此第一層在各頂部處的摻雜深度小於或等於在這些表面處的摻雜深度。鈍化層位於第一面上方之第一層上。電極位於第一面上，且穿過鈍化層並與第一層接觸。

依據本發明之一實施例，上述之複數個粗糙結構中的任二相鄰之粗糙結構的相鄰表面之間的另一連接處為弧形。

依據本發明之另一實施例，上述之基板為第一導電型或第二導電型之基板。

依據本發明之又一實施例，垂直上述基板之第一面的基板材料的晶格方向為100方向，垂直各粗糙結構的複數個表面的基板材料的晶格方向為111方向。

依據本發明之再一實施例，上述之複數個連接處的摻雜深度小於或等於在各粗糙結構的複數個表面處的摻雜深度。

根據本發明之上述目的，另提出一種太陽能電池模 組。此太陽能電池模組包含一上板、一下板、一如上述之太陽能電池以及至少一個封裝材料層。前述之太陽能電池設於上板與下板之間。前述之封裝材料層位於上板與下板之間，將太陽能電池與上板和下板結合。

根據本發明之上述目的，亦提出一種太陽能電池之製造方法，包含下列步驟。提供一基板，其中此基板包括一第一面。進行一粗化製程，使基板的第一面形成複數個粗糙結構，其中各粗糙結構具有複數個表面以及一頂部，且這些表面相互連接並共同具有前述頂部。進行一摻雜製程，使第一面上形成具有第一導電型之一第一層，其中此第一層沿各粗糙結構的複數個表面及頂部延伸配置。進行一蝕刻製程，使各粗糙結構之複數個表面之間的複數個連接處及頂部形成弧形，其中透過此蝕刻製程，使第一層在各頂部處的摻雜深度小於或等於在這些表面處的摻雜深度。形成一鈍化層於第一面上方之第一層上。形成一電極於第一面上，其中電極穿過鈍化層與第一層接觸。

依據本發明之一實施例，透過上述蝕刻製程使複數個粗糙結構中的任二相鄰之粗糙結構的相鄰表面之間的另一連接處形成弧形。

依據本發明之另一實施例，上述之基板為第一導電型或第二導電型之基板。

依據本發明之又一實施例，透過上述蝕刻製程使複數個表面之間的複數個連接處的摻雜深度小於或等於在各粗糙結構之複數個表面處的摻雜深度。

依據本發明之再一實施例，上述之蝕刻製程所使用之 一蝕刻液包含硝酸(HNO₃)、氫氟酸(HF)、醋酸(CH₃COOH)以及水。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。在本實施方式中，太陽能電池模組100主要包含一上板104、一下板106、一太陽能電池102、以及一個或多個封裝材料層，例如封裝材料層108與110，實施上可採用EVA材質。

如第1圖所示，在太陽能電池模組100中，太陽能電池102設於下板106上，且設於上板104之下。因此，上板104設於下板106之上，且太陽能電池102設於下板106與上板104之間。另外，二層封裝材料層108與110則分別設置在上板104與太陽能電池102、以及下板106與太陽能電池102之間。藉由高溫壓合的程序，封裝材料層108和110於熔融態時可將太陽能電池102與下板106和上板104結合。

請參照第2圖至第5圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池的製程剖面圖。在本實施方式中，製作如第5圖所示之太陽能電池102時，可先提供基板112。基板112之材料可例如為矽等半導體材料。如第2圖所示，基板112包含第一面114，於本實施例中即為基板112之正面。基板112可為第一導電型或第二導電型基板，其中第一導電型可例如為p型，而第二導電型可為n型。接著，可對基板112進行粗化製程，藉以在基板112之第一面114上形成複數個粗糙結構116。

請一併參照第2圖與第6圖，每一粗糙結構116可具有複數個表面118。而且，在每一粗糙結構116中，這些表面118彼此互相連接而對應形成多個連接處138，且共同具有一頂部120。在一實施例中，每一粗糙結構116可為金字塔型結構，即四角錐狀結構。因此，這些粗糙結構116均具有四個表面118。在其他實施例中，太陽能電池之粗糙結構可為其他多邊形錐狀結構。

此外，任二相鄰之粗糙結構116的相鄰表面118，即一粗糙結構116之一表面118與相鄰之另一粗糙結構116之相鄰表面118互相連接而形成連接處122。在一實施例中，垂直基板112之第一面114的基板112之材料的晶格方向為100方向，而垂直各粗糙結構116之各表面118的基板122之材料的晶格方向為111方向。

接下來，請再次參照第2圖，對基板112進行摻雜製程，藉以使基板112之第一面114形成具有第一導電型的第一層124。此第一層124延伸配置於每個粗糙結構116的所有表面118與頂部120。在一實施例中，第一層124所具有的第一導電型可為p型，且摻雜製程所採用之摻質可例如為硼。或是採用磷摻雜而得n型即本發明所謂之第二導電型。一般而言，因摻雜製程之特性的緣故，第一層124表面的摻質濃度較高。此外，因結構形狀的關係，在粗糙結構116之頂部120、連接處138(請先參照第6圖)以及在二相鄰粗糙結構116之相鄰表面118之間的連接處122的谷底等處可能會有局部應力產生，因此摻雜製程在粗糙結構116之頂部120、連接處138與連接處122所形成之 摻雜深度較大，亦即摻雜濃度較大。

接著，對基板112之第一面114的粗糙結構116進行導圓(rounding)處理。在一實施例中，如第3圖所示，可利用蝕刻製程來進行粗糙結構116的導圓處理，以使每個粗糙結構116的所有表面118之間所形成之連接處138與頂部120形成弧形。在另一實施例中，蝕刻製程也會在任二相鄰之粗糙結構116的相鄰表面118互相連接所形成之連接處122產生導圓效果，而使連接處112呈弧形。

在一實施例中，此蝕刻製程所使用之蝕刻液可例如包含硝酸、氫氟酸、醋酸以及水。在此實施例中，硝酸可與粗糙結構116之表面118、連接處138、連接處122以及頂部120等處的矽反應而形成氧化矽，而氫氟酸可將生成在粗糙結構116之表面118上的氧化矽蝕刻掉。在粗糙結構116之表面118上所重複進行之氧化矽生成與氧化矽蝕刻的過程，可使得粗糙結構116之表面118的連接處138、粗糙結構116的頂部120、以及任二相鄰之粗糙結構116的相鄰表面118之間的連接處122形成弧形。

在一示範例子中，蝕刻液可包含濃度70%的硝酸、濃度49%的氫氟酸、濃度100%的醋酸與濃度100%的水，且硝酸、氫氟酸、醋酸與水的體積比可為3：6：1：40。

於本實施方式中，在蝕刻過程中，由於粗糙結構116之表面118的連接處138、粗糙結構116的頂部120、以及任二相鄰之粗糙結構116的相鄰表面118之間的連接處122具有局部應力以及摻雜較深，亦即摻雜濃度較表面118為高的緣故，導致連接處138與122和頂部120處表面的矽 生成氧化矽的速率較快。而由於所生成之氧化矽會遭蝕刻移除，因此連接處138與122和頂部120處的矽消減的量也較表面118為多。

故，請一併參照第3圖、第7A圖與第7B圖，其中第7A圖與第7B圖係分別係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之粗糙結構的二局部放大圖。如第7A圖之局部區域126的放大圖所示，經導圓處理後，在每一粗糙結構116中，第一層124在頂部120處的摻雜深度130小於或等於在各表面118處的摻雜深度132。此外，如第7B圖之局部區域128的放大圖所示，任二相鄰之粗糙結構116的相鄰表面118之間的連接處122的摻雜深度134、以及第一層124在粗糙結構116之表面118的連接處138的摻雜深度，小於或等於在各表面118處的摻雜深度132。

此外，由於粗糙結構116是先經摻雜再經導圓處理，因此導圓處理可將摻雜時在第一層124之表面中所產生之缺陷或所造成之不平整結構磨平，而可有利於後續之鈍化處理的進行。而且，導圓處理時更可將第一層124表面摻雜濃度較高的部分移除，如此可有效提升載子在第一層124中的行進。

接著，如第4圖所示，於基板112之第一面114上方的第一層124上形成鈍化層136。在一實施例中，鈍化層136之材料可為氧化物、氮化物等材質。鈍化層136可與第一層124表面的懸鍵接合，而可避免這些懸鍵捕抓在第一層124中運行的載子，進而可使載子在第一層124中的行進較為順暢。如此一來，載子在第一層124中的壽命(life time)較長，進而可提升太陽能電池102(請參照第5圖)之開路電壓。

在本實施方式中，由於第一層124之表面已在導圓程序中被磨平，因此鈍化層136可順利蓋在整個第一層124上，同時在粗糙結構116的表面118、頂部120、連接處138等處，也不會因應力問題或尖銳之形狀關係，產生鈍化層136覆蓋性不佳之問題，故可有效避免鈍化層136因覆蓋不完整而產生缺陷。

如第5圖所示，於完成鈍化層136的設置後，可利用例如網印等方式在電極140所欲設置之處印刷上金屬材質之漿料，之後並透過溫度為八~九百度的燒結製程，讓金屬漿料穿透過鈍化層136而與第一層124接觸，藉此完成電極140的設置，從而完成太陽能電池102的製作。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明係先對基板之粗糙結構進行摻雜，再進行導圓程序，因此導圓處理可將摻雜程序在延伸設置在粗糙結構上的摻雜層之表面中所產生之缺陷或不平整結構磨平，使得摻雜層之表面更為平整。於是，可順利且全面性地鈍化摻雜層之表面，進而可大幅提升載子的效率。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明在導圓程序時可將摻雜層表面摻雜濃度相對較高的部分移除的更多，亦即對於粗糙結構上較為尖銳之處可有效導圓，增加鈍化層之覆蓋效果，因此可使載子在摻雜層中的行進更為順暢，進而可提高載子的生命週期，達到提升太陽能電池之開路電壓功效。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，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。

100‧‧‧太陽能電池模組

102‧‧‧太陽能電池

104‧‧‧上板

106‧‧‧下板

108‧‧‧封裝材料層

110‧‧‧封裝材料層

112‧‧‧基板

114‧‧‧第一面

116‧‧‧粗糙結構

118‧‧‧表面

120‧‧‧頂部

122‧‧‧連接處

124‧‧‧第一層

126‧‧‧局部區域

128‧‧‧局部區域

130‧‧‧摻雜深度

132‧‧‧摻雜深度

134‧‧‧摻雜深度

136‧‧‧鈍化層

138‧‧‧連接處

140‧‧‧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，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池模組的剖面示意圖。

第2圖至第5圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池的製程剖面圖。

第6圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之粗糙結構的立體示意圖。

第7A圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之粗糙結構的一局部放大圖。

第7B圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之粗糙結構的另一局部放大圖。

112‧‧‧基板

114‧‧‧第一面

116‧‧‧粗糙結構

118‧‧‧表面

120‧‧‧頂部

122‧‧‧連接處

124‧‧‧第一層

126‧‧‧局部區域

128‧‧‧局部區域

Claims (11)

1. 一種太陽能電池，包含：一基板，具有一第一面；複數個粗糙結構，形成於該第一面，每一粗糙結構具有複數個表面以及一頂部，其中該頂部及該複數個表面中之任兩相鄰表面之間的一連接處為弧形；一第一層，為第一導電型並位於該基板內靠近該第一面處，其中該第一層沿該複數個表面及該頂部延伸，該第一層在各該頂部處的摻雜深度小於或等於在該複數個表面處的摻雜深度；一鈍化層，位於該第一面上；以及一電極，位於該第一面上，並穿過該鈍化層而與該第一層接觸。
2. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該複數個粗糙結構中的任二相鄰之粗糙結構的相鄰表面之間的另一連接處為弧形。
3. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該基板為第一導電型或第二導電型。
4. 如請求項1所述之太陽能電池，其中垂直該第一面的該基板之材料的晶格方向為100方向，垂直該複數個表面的該基板之材料的晶格方向為111方向。
5. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該複數個連接處的摻雜深度小於或等於在該複數個表面處的摻雜深度。
6. 一種太陽能電池模組，包含： 一上板；一下板；一如請求項1之太陽能電池，設於該上板與該下板之間；以及至少一封裝材料層，位於該上板與該下板之間，將該太陽能電池與該上板和該下板結合。
7. 一種太陽能電池之製造方法，包含：提供一基板，該基板具有一第一面；使該第一面形成複數個粗糙結構，每一粗糙結構具有複數個表面以及一頂部；於該基板內靠近該第一面處摻雜形成為第一導電型之一第一層，該第一層沿該複數個表面及該頂部延伸；蝕刻各該粗糙結構，使該頂部及該複數個表面中之任兩相鄰表面之間的一連接處形成弧形，使該第一層在各該頂部處的摻雜深度小於或等於在該複數個表面處的摻雜深度；形成一鈍化層於該第一面上；以及形成一電極於該第一面上，並穿過該鈍化層而與該第一層接觸。
8. 如請求項7所述之太陽能電池之製造方法，其中透過蝕刻使該複數個粗糙結構中的任二相鄰之粗糙結構的相鄰表面之間的另一連接處形成弧形。
9. 如請求項7所述之太陽能電池之製造方法，其中該基板為第一導電型或第二導電型。
10. 如請求項7所述之太陽能電池之製造方法，其中透過蝕刻使該複數個連接處的摻雜深度小於或等於在該複數個表面處的摻雜深度。
11. 如請求項7所述之太陽能電池之製造方法，其中蝕刻所使用之蝕刻液包含硝酸、氫氟酸、醋酸以及水。