製作太陽能電池的方法

2023-10-08 00:13:04

專利名稱：製作太陽能電池的方法
技術領域：
本發明是涉及ー種製作太陽能電池的方法，尤指ー種利用摻雜膠於半導體基底的正面(第一表面)形成具有非粗糙化表面的選擇性射極，以及利用粗糙化阻障層使半導體基底的背面(第二表面)具有非粗糙化表面的太陽能電池的製作方法。
背景技術：
由於地球石油資源有限，因此近年來對於替代能源的需求與日俱增。在各式替代能源中，太陽能由於能夠藉由自然界的循環而源源不絕，已成為目前最具發展潛カ的緑色能源。受限於高製作成本、製程複雜與光電轉換效率不佳等問題，太陽能的發展仍待進一歩的突破。因此，如何製作出低製作成本、具簡化製程與高光電轉換效率的太陽能電池， 而使太陽能取代現行高汙染與高風險的能源實為當前能產業最主要的發展方向之一。

發明內容
本發明的目的之ー在於提供ー種製作太陽能電池的方法，以簡化製程以節省製作成本，並提升太陽能電池的光電轉換效率。本發明的一較佳實施例提供ー種製作太陽能電池的方法，包括下列步驟。提供一半導體基底，其中半導體基底包括一第一表面與一第二表面，且第一表面具有一選擇性射極區域。於半導體基底的選擇性射極區域內的第一表面上形成一摻雜膠，且摻雜膠包括一摻雜劑、ー耐高溫材料及一有機溶剤。於半導體基底的第二表面形成一粗糙化阻障層。對半導體基底進行ー粗糙化處理，以使位於選擇性射極區域外未被摻雜膠覆蓋的半導體基底的第一表面形成一粗糙化表面，並使半導體基底的第二表面於粗糙化處理的後具有一平坦表面。進行ー擴散製程，以使位於選擇性射極區域內的摻雜膠的摻雜劑向下方擴散至第一表面內而形成具有重摻雜的一選擇性射扱，以及於擴散製程中通入一摻雜氣體以於位於選擇性射極區域外的第一表面形成一輕摻雜區，其中選擇性射極與輕摻雜區具有一第一摻雜類型。移除摻雜膠與粗糙化阻障層。於半導體基底的第一表面上形成ー抗反射層。於選擇性射極區域內的選擇性射極上形成一第一電極。於半導體基底的第二表面形成ー摻雜區， 其中摻雜區具有一第二摻雜類型，且第一摻雜類型的極性不同於第二摻雜類型的極性。於半導體基底的第二表面上形成一第二電極。本發明的製作太陽能電池的方法具有製程簡化與低製作成本的優點。


圖I至圖8繪示了本發明的一較佳實施例的製作太陽能電池的方法示意圖；圖9與圖10繪示了本發明的另ー較佳實施例的製作太陽能電池的方法示意圖；其中，主要元件符號說明I太陽能電池10半導體基底
4
101第一表面102第二表面
10S選擇性射極區域12摻雜膠
14粗糙化阻障層16選擇性射極
18輕摻雜區20抗反射層
22第一電極23金屬層
24第二電極25摻雜區
2太陽能電池26摻雜區
具體實施例方式為使熟習本發明所屬技術領域的一般技藝者能更進一歩了解本發明，下文特列舉本發明的較佳實施例，並配合所附附圖，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成的功效。請參考圖I至圖8。圖I至圖8繪示了本發明的一較佳實施例的製作太陽能電池的方法示意圖。如圖I所示，首先提供一半導體基底10。半導體基底10可為矽基底例如單晶娃基底、多晶娃基底、微晶娃基底或納米晶娃基底，但不以此為限而可為其它各種類型的半導體基底。半導體基底10具有一第一表面101與一第二表面102,且第一表面101具有 ー選擇性射極(selective emitter)區域10S,用以容置於後續製程中形成的選擇性射極。 在本實施例中，第一表面101為太陽能電池的正面(入光面)，而第二表面102為太陽能電池的背面。如圖2所示，於半導體基底10的選擇性射極區域IOS內的第一表面101上形成一摻雜膠(doping paste) 120摻雜膠12可為單層或多層結構，且其包括至少ー摻雜劑 (doping agent)、至少ー耐高溫材料及至少一有機溶劑。在本實施例中，摻雜劑可包括n型摻雜物或P型摻雜物，其中n型摻雜物可為例如磷、神、銻或上述材料的化合物，而p型摻雜物可為例如硼或硼化合物，但不以此為限。耐高溫材料可包含例如氧化矽、氮氧化矽、氮化娃、金屬氧化物(例如氧化鈦(TiO2)、氧化鎂(MgO)、氧化韓(CaO)、氧化招(Al2O3)、氧化錯 (ZrO)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)等等)、或其它材料、或前述的至少ニ種材料的混合物，但不以此為限。此外，耐高溫材料較佳亦可具有耐酸性或/及耐鹼性，藉此可避免摻雜膠12在後續製程中受到酸或鹼的侵蝕而受損。舉例而言，當耐高溫材料中的氧化矽的含量實質上大於93%時，其具有在高溫下能抵抗酸的侵蝕而易幹與鹼反應的特性。當耐高溫材料的主要成分為氧化鎂，或氧化鎂與氧化鈣的混合物時，其具有在高溫下能抵抗鹼的侵蝕的特性。當耐高溫材料的主要成分為氧化矽與氧化鋁時，依據氧化鋁的含量不同，可區分為三類第一類半矽質(氧化鋁的含量大體上介於15% -30% )、第二類粘土質(氧化鋁的含量大體上介於30% -48% )、與第三類高鋁質(氧化鋁的含量大體上大於48% )。在選用摻雜膠的耐高溫材料時，可依據耐高溫特性、抗酸性與抗鹼性的需要選用不同的材料並調整其比例。另外，摻雜膠的有機溶劑例如可選自下列溶劑的至少ー種こニ醇(ethylene glycol)、こニ醇單丁醚(ethylene glycol monobutyl ether)、こニ醇單苯基醚(ethylene glycol monophenyl ether)、雙甲氧塞こ酉學(methoxymethoxyethanol)、こ ニ 酉學一こ酸酉旨(ethylene glycol monoacetate)、こ ニ 酉學 ニ こ酸 (,ethylene glycol diacetate)、 ニ こニ醇(diethylene glycol)、ニ こ ニ醇單甲基醚(diethylene glycol monomethyl ether)、こニ醇こ醚醋酸(diethvlene glvcol monoethyl ether acetate)、ニこニ醇單丁醚(diethylene glycol monobutyl ether)、ニ 乙ニ醇單丁基醚乙酸酯(diethylene glycol monobutyl ether acetate)、ニ 6 ニ 酉學 ニ 甲醚、diethylene glycol dimethyl ether)、ニ乙ニ醇甲基乙基醚(diethylene glycol methylethyl ether)、ニ乙ニ醇ニ乙醚 (diethylene glycol diethyl ether)、ニ乙ニ酉享乙酉旨(diethylene glycol acetate)、三乙ニ醇(triethylglycol)、三乙ニ醇單甲醚(triethylene glycol monomethyl ether)、 三乙ニ酉享單乙基醚(triethylene glycol monoethyl ether)、四乙ニ酉享(tetraethylene glycol)、聚乙ニ酉享(polyethylene glycols)、丙ニ醇(propylene glycol)、丙ニ醇甲醚 ^propylene glycol monomethyl ether)、丙ニ醇單乙^propylene glyco丄 monoethyl ether)、ニ乙醇單丁醚(propylene glycol monobutyl ether)、I-丁氧基乙氧基丙醇 (1-butoxyethoxypropanol)、ニ 丙ニ醇(dipropylglycol)、丙 ニ 醇甲醚(dipropylene glycol monometnyl ether)、ニ 內二醇單乙基き ^aipropylene glycol monoethyl ether)、三丙ニ醇單甲醚(tripropylene glycol monomethyl ether)、聚氧化丙烯ニ 酉享(polypropylene glycols)、丙ニ醇(trimethylene glycol)、丁ニ醒(butanedial)、 I，5_戊ニ醒(1，5-pentanedial)、己ニ醇(hexylene glycol)、甘油(glycerine)、乙酸甘油酯(glyceryl acetate)、甘油ニ乙酸酯(glyceryl diacetate)、三乙酸甘油酯 ^glyceryl triacetate)、ニ輕甲基丙塊(trimethylolpropyneノ、1，2，6-haxanetriol、 ニ氧六環dioxane、三聚甲醒(trioxane)、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、四氫卩比喃 (tetrahydropyran)、甲醒縮ニ 甲酉享(methylal)、ニ 乙基乙縮醒(diethylacetal)、甲基乙基酮(methyl ethyl ketone)、甲基異丁基酮(methyl isobutyl ketone)、ニ 乙基酮 (diethyl ketone)、己ニ酮(acetonylacetone)、ニ丙酮醇(diacetone alcohol)、甲酸甲酉旨(methyl formate)、甲酸乙酉旨(ethyl formate)、丙基甲酉旨(propyl formate)、乙酸甲酯(methyl acetate)，以及乙酸乙酯(ethyl acetate)。另外，摻雜膠亦可視其它需要選擇性地加入具有特定功能的添加劑，例如消泡劑(antifoaming agent)、粘著力調整劑 (adhesion moderator)、整平劑(leveling agent)、觸變劑(thixotropic agent)、稠化劑 (thickening agent)或潤溼劑(wetting agent)等，或是選擇性地加入水或酸。此外，如圖2所示，於半導體基底10的第二表面102形成一粗糙化阻障層14，用以避免第二表面102於後續粗糙化處理之後產生粗糙化表面。在本實施例中，較佳地，粗糙化阻障層14可為單層或多層結構，且其成分可與摻雜膠12類似，其差別在於粗糙化阻障層14 未包括摻雜劑的成分，而可包括耐高溫材料與有機溶劑。此時，粗糙化阻障層14與摻雜膠 12可於下列圖5所示一起被移除。粗糙化阻障層14所包括的耐高溫材料及有機溶劑可與摻雜膠12所包括的耐高溫材料及有機溶劑相同，但不以此為限。於其它實施例中，粗糙化阻障層14可選用無機材料(例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其它合適的材料)或有機材料(例如高分子矽聚合物、聚碳酸酯類、聚對苯ニ甲酸酯類、聚丙醯酸酯類、或上述的衍生物、或其它合適的材料)，但可能在下列圖5所示的步驟中，需要至少一次的蝕刻製程，才可將粗糙化阻障層14移除乾淨。另外，摻雜膠12與粗糙化阻障層14的形成順序較佳為先於半導體基底10的第二表面102先形成粗糙化阻障層14，再於第一表面101形成摻雜膠12， 藉此較不易造成第一表面101的損傷，但不以此為限。例如，在其它考慮下，亦可先於半導體基底10的第一表面101形成摻雜膠12，再於第二表面102形成粗糙化阻障層14。此外， 在本實施例中，摻雜膠12與粗糙化阻障層14可分別利用一印刷製程分別形成於半導體基底10的第一表面101與第二表面102，但並以此為限而亦可利用其它成膜方式加以形成，例如噴墨方式、網版方式等等。如圖3所示,接著對半導體基底10進行ー粗糙化(texturing)處理，以使位於選擇性射極區域IOS外未被摻雜膠12覆蓋的半導體基底10的第一表面101形成一粗糙化表面。由於，半導體基底10的第二表面102覆蓋有粗糙化阻障層14，可以讓第二表面102不被粗糙化處理所影響，而使半導體基底10的第二表面102形成一平坦表面(非粗糙化表面)。在本實施例中，粗糙化處理可為一幹蝕刻製程例如一等離子體蝕刻製程，在此狀況下由於半導體基底10的第一表面101的選擇性射極區域IOS上覆蓋有摻雜膠12，且第二表面102覆蓋有粗糙化阻障層14，因此於粗糙化處理僅會使位於選擇性射極區域IOS外未被摻雜膠12覆蓋的半導體基底10的第一表面101會形成一粗糙化表面，而位於選擇性射極區域IOS內的第一表面101與第二表面102仍會具有一平坦表面。粗糙化處理並不限定為幹蝕刻製程，亦可為溼蝕刻製程，例如使用鹼性蝕刻液(例如氫氧化納(NaOH)與異丙醇 (isopropyl alcohol, IPA))或酸性蝕刻液(例如氫氟酸與其它溶劑)的溶液進行溼蝕刻製程。本發明於選擇性射極區域IOS內的第一表面101以及第二表面102形成非粗糙化表面的作法可保護選擇性射極區域IOS的半導體基板10的第一表面101以及第二表面102 免於在粗糙化製程中受到損傷，而可抑止接觸電阻(contact resistance)的升高。此外， 非粗糙化表面更可增加第二表面102的光線的反射，而可提升太陽能電池的短路電流增益 (Isc gain)。如圖4所示，接著進行ー擴散製程，以使位於選擇性射極區域10S內的摻雜膠12 的摻雜劑向下方擴散至第一表面101內而形成具有重摻雜的ー選擇性射極16 (或稱為重摻雜區)，且在擴散製程中通入一摻雜氣體以於位於選擇性射極區域10S外的第一表面101 形成一輕摻雜區18。擴散製程的製程溫度大體上較佳可大於800°C，但不以此為限。選擇性射極16可降低阻抗，因此可有效提高太陽能電池的開路電壓(Voc)與填充係數(fill factor, FF)，而輕摻雜區18則可提升光電轉換效率。值得說明的是選擇性射極16與輕摻雜區18具有一第一摻雜類型。舉例而言，若第一摻雜類型為n型，則擴散製程中所使用的摻雜氣體可包括含n型摻雜物的氣體例如三氯氧磷(POCl3)，而摻雜劑可使用n型摻雜物， 藉此選擇性射極16可具有重度n型摻雜物摻雜，而輕摻雜區18則可具有輕度n型摻雜物摻雜。若第一摻雜類型為P型，則擴散製程中所使用的摻雜氣體可包括含P型摻雜物的氣體，而摻雜劑可使用P型摻雜物，藉此選擇性射極16可具有重度p型摻雜物摻雜，而輕摻雜區18則可具有輕度p型摻雜物摻雜。另外，半導體基底10的摻雜類型則可視太陽能電池的需要加以選擇。例如，半導體基底10可具有第二摻雜類型，且第二摻雜類型的極性不同於第一摻雜類型的極性。舉例而言，選擇性射極16與輕摻雜區18具有n摻雜類型，則半導體基底10可具有P型摻雜類型，反之亦然。然而，半導體基底10亦可與選擇性射極16以及輕摻雜區18具有相同的第一摻雜類型。舉例而言，半導體基底10、選擇性射極16與輕摻雜區18可同樣具有n摻雜類型或是p型摻雜類型。如圖5所示，移除摻雜膠12與粗糙化阻障層14。摻雜膠12與粗糙化阻障層14 可利用一溼式製程同時加以移除，例如可使用一氫氟酸溶液同時移除位於第一表面101的摻雜膠12，以及位於第二表面的粗糙化阻障層14，但不以此為限。例如，亦可使用一乾式製程，或是混合使用一溼式製程與一溼式製程。隨後如圖6所示，於半導體基底10的第一表面101上形成ー抗反射層20。在本實施例中，抗反射層20是以共形(conformal)方式形成於半導體基板10的第一表面101上，因此抗反射層20在選擇性射極區域IOS外會有粗糙化表面，而在選擇性射極區域IOS內則具有非粗糙化表面。抗反射層20可増加太陽能電池的入光量，進而提升光利用率。抗反射層20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，並可利用例如一等離子體增強化學氣相沉積 (PECVD)製程形成，但不以此為限。接著進行於第一表面101形成第一電極22，以及於第二表面102形成摻雜區25 與第二電極24的步驟。如圖7所示，隨後於選擇性射極區域IOS內的選擇性射極16上形成一第一電極22。第一電極22可為單層或多層結構且是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、銅等等。此外，於半導體基底10的第二表面102更先形成一金屬層23，以及於半導體基底10的第二表面102上形成一第二電極24。在本實施例中，金屬層23可為ー單層或多層結構的軟性金屬層，其材料可為例如鉛(Pb)、錫(Sn)、銻(Sn)、鋁(Al)或上述的合金，且較佳為鋁或鋁合金，但不以此為限。第二電極24可為單層或多層結構且是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、銅等等。第一電極22、金屬層23與第二電極24的形成順序並不限定，且其較佳地可分別利用印刷製程加以形成，但不以此為限。第一電極22、金屬層23與第二電極 24的形成亦可利用例如沉積方式、噴墨方式、網版方式等。如圖8所示,進行ー燒結(sintering)製程，以使第一電極22與選擇性射極16連接，並利用燒結製程使金屬層23與半導體基底10形成由金屬矽化物(metal silicide)所構成的一摻雜區25,作為太陽能電池的背表面電極場(back surface field, BSF),即製作出本實施例的太陽能電池I。在本實施例中，當金屬層23的材料選用鋁或鋁合金為範例吋， 則形成的摻雜區25會由鋁矽化物所構成。此外，摻雜區25必須具有第二摻雜類型，也就是說，摻雜區25的摻雜類型必須與選擇性射極16以及輕摻雜區18的摻雜類型相反。例如， 若選擇性射極16以及輕摻雜區18為n型摻雜類型，則摻雜區25需為p型摻雜類型；反之若選擇性射極16以及輕摻雜區18為p型摻雜類型，則摻雜區25需為n型摻雜類型。至於半導體基底10的摻雜類型則不限，而可視太陽能電池的設計而與選擇性射極16以及輕摻雜區18實質上相同，或是與摻雜區24實質上相同。本發明的製作太陽能電池的方法並不以上述實施例為限。下文將依序介紹本發明的其它較佳實施例的製作太陽能電池的方法，且為了便於比較各實施例的相異處並簡化說明，在下文的實施例中使用相同的符號標註相同的元件，且主要針對各實施例的相異處進行說明，而不再對重複部分進行贅述。請參考圖9與圖10，並ー並參考圖I至圖6。圖9與圖10繪示了本發明的另ー較佳實施例的製作太陽能電池的方法示意圖。本實施例的製作太陽能電池的方法與前述實施例的主要差異在於形成摻雜區的步驟。本實施例的製作太陽能電池的方法是接續圖6的方法後進行。如圖9所示，進行另一擴散製程，通入至少ー摻雜氣體以於第二表面102形成一具有第二摻雜類型的摻雜區26。若第二摻雜類型為n型，則擴散製程中所使用的摻雜氣體可包括含n型摻雜物的氣體，若第二摻雜類型為p型，則擴散製程中所使用的摻雜氣體可包括含P型摻雜物的氣體。由上述可知，本實施例的製作太陽能電池的方法是利用擴散製程直接於第二表面102形成摻雜區26，而不同於前述實施例利用一金屬層形成摻雜區的作法。如圖10所示，於選擇性射極區域IOS內的選擇性射極16上形成一第一電極22，以於半導體基底10的第二表面102上形成一第二電極24。最後，再進行ー燒結製程，以使第 ー電極22與選擇性射極16連接，即製作出本實施例的太陽能電池2。綜上所述，本發明的方法僅於半導體基底的第一表面的輕摻雜區形成粗糙化表面，藉此可增加入光量而提升光利用率，而於第一表面的選擇性射極區域與第二表面形成非粗糙化表面，藉此可避免半導體基底受損而使得阻值得以降低，並增加第二表面的光線的反射，而可提升太陽能電池的短路電流增益。此外，本發明的摻雜膠具有形成選擇性射極與避免選擇性射極區域於粗糙化處理中形成粗糙化表面的雙重作用，而粗糙化阻障層則具有避免第二表面於粗糙化處理中形成粗糙化表面的作用，且摻雜膠與粗糙化阻障層均可利用印刷製程加以形成，並可利用溼式製程輕易加以ー並移除，因此本發明的製作太陽能電池的方法具有製程簡化與低製作成本的優點。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種製作太陽能電池的方法，包括提供一半導體基底，其中所述半導體基底包括一第一表面與一第二表面，且該第一表面具有一選擇性射極區域；於所述半導體基底的選擇性射極區域內的第一表面上形成一摻雜膠，且所述摻雜膠包括一摻雜劑、一耐高溫材料及一有機溶劑；於所述半導體基底的第二表面形成一粗糙化阻障層；對所述半導體基底進行一粗糙化處理，以使位於選擇性射極區域外未被摻雜膠覆蓋的半導體基底的第一表面形成一粗糙化表面，並使半導體基底的第二表面於粗糙化處理之後具有一平坦表面；進行一擴散製程，以使位於選擇性射極區域內的摻雜膠的摻雜劑向下方擴散至第一表面內而形成具有重摻雜的一選擇性射極，以及於該擴散製程中通入一摻雜氣體以於位於選擇性射極區域外的第一表面形成一輕摻雜區，其中所述選擇性射極與所述輕摻雜區具有一第一摻雜類型；移除所述摻雜膠與所述粗糙化阻障層；於所述半導體基底的第一表面上形成一抗反射層；於所述選擇性射極區域內的選擇性射極上形成一第一電極；於所述半導體基底的第二表面形成一摻雜區，其中該摻雜區具有一第二摻雜類型，且所述第一摻雜類型的極性不同於所述第二摻雜類型的極性；以及於所述半導體基底的第二表面上形成一第二電極。
2.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中所述摻雜劑包括η型摻雜物或P 型摻雜物。
3.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中所述耐高溫材料的成分為氧化矽、氮氧化矽、金屬氧化物、氮化矽、或上述至少二種的混合物。
4.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中位於所述選擇性射極區域內的抗反射層具有一平坦表面，且位於所述選擇性射極區域外的抗反射層具有一粗糙化表面。
5.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中所述粗糙化阻障層與所述摻雜膠是分別利用一印刷製程形成，且所述粗糙化阻障層與所述摻雜膠是利用一蝕刻製程加以移除。
6.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中所述半導體基底具有第一摻雜類型。
7.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中所述半導體基底具有第二摻雜類型。
8.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中所述第一電極與第二電極是分別以一印刷製程形成於所述半導體基底的第一表面與第二表面。
9.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，另包括於形成第一電極之後，進行一燒結製程，以使所述第一電極與所述選擇性射極連接。
10.如權利要求9所述的製作太陽能電池的方法，其中於所述半導體基底的第二表面形成摻雜區的步驟包括於所述半導體基底的第二表面形成一金屬層；以及利用所述燒結製程使所述金屬層與所述半導體基底形成由金屬矽化物所構成的摻雜區。
11.如權利要求10所述的製作太陽能電池的方法，其中所述金屬層為一軟性金屬層。
12.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中於所述半導體基底的第二表面形成摻雜區的步驟包括通入另一摻雜氣體進行另一擴散製程。
13.如權利要求I所述的製作太陽能電池的方法，其中所述粗糙化阻障層不包含所述摻雜劑。
全文摘要
本發明提供一種製作太陽能電池的方法，包括利用摻雜膠於半導體基底的第一表面形成選擇性射極，並藉由摻雜膠的屏障使選擇性射極具有非粗糙化表面，以及利用粗糙化阻障層使半導體基底的第二表面具有非粗糙化表面。
文檔編號H01L31/18GK102593259SQ20121006316
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月8日 優先權日2011年11月30日
發明者吳振誠, 胡雁程, 陳人傑 申請人:友達光電股份有限公司