TW200901484A - Method for the manufacture of a solar cell and the resulting solar cell - Google Patents

Description

200901484 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種由矽或矽基板製造太陽能電池的方 法，以及使用此種方法所製造之太陽能電池。 【先前技術】 太陽能電池之效率通常受該太陽能電池之表面的本質或 表面塗層的影響。特別重要的係抗反射及鈍化特性，特定 言之係要使最大光照入射到太陽能電池。太陽能電池之正 面通常具有一抗反射塗層，例如S iN。 習知之太陽能電池之製造包含下文中以彙總形式描述的 一系列方法步驟。基礎通常係藉由單晶或多晶^以晶圓來 提供，該等晶圓通過蝕刻方法進行表面結構化以改良吸收 特性。在單晶石夕的情況中，該飯刻方法係使用氣氧化納或 氯氧化卸溶液與異丙醇之混合物來進行。多晶石夕係使用氮 氣酸及硝酸溶液進行姓刻。接著進行進一步蝕刻清洗順序 以便為隨後的擴散過程提供最佳表面準備。在該過程中， 藉由使磷擴散到大約0.5 4爪之深度而在矽中產生一 p_n接 面。該p-n接面分離由光形成之電荷載子。為產生該ρ·η接 面，將晶圓在-爐中在通常為氣體混合物或水溶液之一磷 源的存在下加熱到大約800t至95〇t。該磷穿透該矽表 面。與正導電性之摻雜蝴的基極相反，該捧雜填之塗層為 負導電性。在該過程中’於該表面上形成一填玻璃，其在 隨後步驟中藉由用HF姓刻而移除。為了減少反射及用於純 化之目的，隨後施覆一大略為80 _厚、通常包含_沿之 129411.doc 200901484 塗層到該石夕表面。接著將金屬接點施覆到正面（銀）及背面 (金或銀）。4 了產生所謂的BSF(背表面場），最好將鋁，在 該過程中為施覆到晶圓背面之部分銘，在隨後的燒製步驟 中合金化到碎中。 【發明内容】 本發明之問題係要提供一種上述方法及以其所製造之太 陽能電池，其可避免先前技術的 步增加太陽能電池之效率。 之了進- 此問題藉由一種具有請求項1之特徵的方法以及一種且 有請求項19之特徵的太陽能電轉得解決。本發明之有矛; 及較佳開發方案形成進—步請求項之題材及在下文中將更 Γ地解釋。藉由明確引用使得各請求項之内容成為本說 明内容之部分。 根據本發明，將一光學折射率n介於3.5至4.〇之間的第一 塗層施覆到-摻雜石夕基板的至少一面，其中為了進 生太陽能電池該石夕基板因此已經進行前處理。將二 射率η介於1.9至2·2之間的第-會展#爱， 千 门旳弟一塗層施覆到該第一塗層。因 此’在本發明之範脅内為太陽能電池之一 : 射塗層建立了一雙声处槿。θ 塗曰或抗反 雙層、、“冓坆使侍可能減少衝擊到太陽能 電池之光的反射，以致有更多# 负又夕的先衝擊到該太陽能 從而增加後者之效率。由於此 從夕層，，Ό構之結果，亦 良該太陽能電池之正面的鈍化。 又 根據本發明之一 3.9之間的折射率。 開發方案，第-塗層可具有介於3.6至 其可包含Μ⑪及/或鍺形成。其可有 129411.doc 200901484 利地由SiGe或者a_SiGe:H形成。因此，此情况下該材料之 以塗層並非用作一半導體塗層，而係要提供抗反射功能。 在本發明之一進一步開發方案中，第二塗層可具有介於 1.94至2.1之間的折射率n。由於此種塗層結構之結果，獲 得一作用特別令人滿意的整體抗反射塗層。此外，該第二 塗層可包含或由矽形成，較有利地為SiN(x):H。 例如在僅有正面受照射之太陽能電池的情況中，顯然可 單獨在正面為一抗反射塗層提供此種雙重塗層或層結構。 …：而較有利的疋太陽能電池之兩面都具有此種雙層結 構，至少係在該兩面都經光照射的情況中。 在一種製造方法中，可首先將矽基板之兩面塗上第一塗 層。接著可將第二塗層施覆到兩面，此產生一可更容易處 理之處理技術。 根據本發明之—開發方案，第—塗層可包含石夕及鍺，例 如前述的化合物。至少對於第—塗層，及特別地同樣對於 第二塗層或者第一塗層及第二塗層一起，可具有一上升的 鍺濃度梯度。此種梯度可例如在料㈣之產生或施覆期 間產生。此可對抗反射特性及鈍化特性產生正面影響。 在該矽基板之進一步處理期間，可在基板至少一面上部 分移除該等塗層，以便產生或施覆—接點到下層的推雜； 基板。此種接點較有利地為金屬或係由金屬所製成。其可 有利地為線性或類點陣，但至少在該太陽能電池之正面僅 占據一最小表面積，以確保僅存在最小遮蔽。 電接點（舉例而言諸 根據本發明之一進一步開發方案 129411.doc 200901484 如經施覆為線接點）係以使其不直接接觸第一塗層或與其 沒有任何連接的方式產生。為了此目的，例如，第一塗層 可藉由一電介質塗層而與該電接點分離，且此種電介質塗 層係例如由SiN製成。較有利地，該電介質塗層係由第二 塗層形成。在一發明製造方法中，可將第一塗層施覆到矽 基板，接著以使結構型樣基本上對應於應施覆之電接點形 狀的方式結構化。然而，可在一稍微較大的表面區域上導 入一結構或在每一情况中導入具有稍微較大寬度到該塗層 中或可將其移除。接著將第二塗層施覆到第一塗層，及^ 著亦將該第二塗層導人到已於第—塗層中根據結構型樣被 對應移除之區域。隨後第二塗層用—較薄型樣進行結構 化，或以可於所得結構中以期望型樣導入電接點的方式移 除深達下層矽基板。以此方式，不僅獲得本發明的層結 構，並且同時電接點不會接觸到第一塗層。料塗層之結 構化可例如關械方式進行，但财利地係使用雷射。 為準備之目的及在施覆該等發明塗層之前，可將石夕基板 之頂面經η·摻雜’較有利地係用磷摻雜。可在背面產生一 Ρ-摻雜塗層，其應較薄及宜以aSiGe，摻雜或由其製成。 可在基板之兩面上都提供一上述雙層結構以用於抗反射 及純化特性，及在兩面上都提供先前所述之電接點。將一 背面層結構施覆到該p-摻雜石夕。 該等及進—步特徵可從諸請求項、說明以及附圖推測出 來，單獨或呈次組合形式的個別特徵都可實施於本發明之 -實施例及其他領域中’及可代表此處申請保護之有利的 129411.doc 200901484 可獨立保護構造。本申請案細分為個別段落，副標題並不 限制下面所作出之陳述的一般有效性。 【實施方式】 圖1展示一太陽能電池20之截面。在一p_摻雜矽基板4 上，將一摻雜磷之η-矽之較薄的塗層3施覆到向上定向的 正表面。將一具有介於3.6至3.9之間之光學折射率η的正面 第一抗反射塗層2施覆到該塗層3。將一正面第二抗反射塗 層1施覆到該正面第一塗層2,該正面第二抗反射塗層1的 光學折射率η係介於1.94至2.1之間。 在基板4之背面提供一背面第一抗反射塗層5,其折射率 η係對應於正面第一抗反射塗層2。在基板4之背面再次提 供一背面第二抗反射塗層6，其折射率η再次係對應於正面 第二抗反射塗層1。 該基板4之塗布或先前摻雜已在前文中詳細描述。較有 利地係先將正面及背面第一抗反射塗層2及5施覆到具有正 面η-矽塗層3的基板4。在一進一步方法步驟中施覆正面及 背面第二抗反射塗層1及6。 為了產生該等電接點，在該正表面或正面第一及第二抗 反射塗層1及2中例如藉由雷射加工製得溝槽。按前文描述 之方式（例如藉由印刷）將金屬接點9導入到該等溝槽中。較 有利地電接點9係由鋁製成及亦與該η_矽塗層3接觸。 在太陽能電池20之背面上進行一類似的接觸，首先將兩 個背面抗反射塗層5及6分離深達該基板4。在所得溝槽中 導入由銘製成的另一金屬接點7，與先前對於正表面所描 129411.doc •10- 200901484 述的類似。在該鋁接點7與該p_摻雜矽基板4之間形成一如 通常為專家所熟知之所謂的鋁背面場8。 與習知之單層抗反射塗層（例如SiN)相比較，太陽能電 池20之正面雙重抗反射塗層1及2以及背面塗層5及6的優點 係反射率低得多，特別是在55〇 nm以下以及7〇〇 nm以上的 波長範圍内。因此光效率及還有本發明太陽能電池之能量 效率得到明顯改良。 圖2展示再次如關於圖1所述由一基板104構成之另一太 陽Sb電池120，其在其頂面上具有一摻雜填的n_矽塗層 103。將第一抗反射塗層1〇2及1〇5施覆到正面及背面，及 對其再次施覆第二抗反射塗層1〇1及1〇6。該等光學折射率 可與相對於圖1所描述的相同。 儘管在該背面再次進行使用鋁金屬接點1〇7的接觸，其 中該鋁金屬接點導入到該兩個背面抗反射塗層的溝槽中， 由於所得的鋁背面場丨〇8，正面上的接觸稍微不同。此 處在正面第一抗反射塗層1〇2中製得一溝槽，或者僅將該 溝槽分離到甚大於隨後將要施覆之電接點1〇9大的寬度。 接著施覆正面第一抗反射塗層101，及在其中形成另一溝 槽，或者在一對應於接點1〇9之寬度上將其分離深達n_矽 塗層103。隨後按前文描述之方式導入接點1〇9。如前文所 描述，此處的優點係金屬接點1〇9僅直接連接到該&矽塗 層1〇3或者與其接觸，但不與正面第一抗反射塗層⑺之連 接。位於該正面第一抗反射塗層1〇2及該金屬接點1〇9之間 之正面第二抗反射塗層1〇1的部分作為電介質塗層，用於 129411.doc 200901484 隔離太陽能電池120之正面接點。 圖3展示太陽能電池220的另一變型，其以與圖2中大致 相同之方式同樣在背面提供正面接觸的形成。此意味在背 面第一抗反射塗層205與背面施覆之鋁金屬接點207之間延 伸背面第二抗反射塗層206的部分，即在基板204之背面上 的部分213。部分213形成一電介質塗層用於隔離背面金屬 接點207與背面第一抗反射塗層205。此處再次形成鋁背面 場208。或者’具有基板204、η-矽塗層203及穿過正面第 一抗反射塗層202及正面第二抗反射塗層2〇1之正面抗反射 塗層與正面金屬接點209之太陽能電池220的結構係對應於 圖2之結構，及此同樣適用於製造方法。 正面及背面接點的形式在所示諸圖中始終是相同的，但 其亦可不同’例如在一面上可以為線性接點而另一面的接 點形狀可與其不同。

由於第一抗反射塗層（特別是在正面之抗反射塗層）相對 於下層矽基板之特性的結果，可產生光學特性的最佳調 整。另外，亦可產生矽基板之一極為無應變之塗層。 【圖式簡單說明】 本發明之實施例概略呈現於附圖中，其中展示： 圖1 f過m電池的-截面，該太陽能電池具有 位於兩面上之兩個具有不同光學折射率的塗層，以及導 到其中的接點。 其在正面具有一稍微修 圖2 圖1之太陽能電池的變型 改之接點配置。 129411.doc •12- 200901484 圖3 圖1之太陽能電池的進一步變型，其在正面及背面 具有一經進一步修改之接點。 【主要元件符號說明】 1, 101， 201 正面第二抗反射塗層 2, 102, 202 正面第一抗反射塗層 3, 103, 203 η-矽塗層 4, 104, 204 矽基板 5, 105, 205 背面第一抗反射塗層 6, 106, 206 背面第二抗反射塗層 7, 107, 207 金屬接點/鋁接點/電接點 8, 108, 208 鋁背面電場 9, 109, 209 金屬接點/鋁接點/電接點 112, 212, 213 電介質塗層 20, 120, 220 太陽能電池 129411.doc 13-

Claims (1)

1. 200901484 十、申請專利範圍： 1· 一種由矽製造太陽能電池（20，12〇，22〇)之方法，其中將 一光學折射率η介於3.5至4·〇之間的第一塗層（2, 5, 1〇2, ⑽，2G2, 205)施覆到-摻雜石夕基板（4，1()4, 2〇4)的至少 -面’及將—光學折射率n介於19至2.2之間的第二塗層 〇, 6, 1(U，1()6, 2()1，施覆到該第—塗層5, 1〇2, 1〇5, 202, 205)。 月求項1之方法’其中該第一塗層（2, 5，1〇2，1〇5,

   / 205)具有介於3_6至3.9之間的折射率n。 月求項1之方法，其中該第一塗層（2, 5，1〇2, 1〇5, 2〇2, 205)包含石夕。 月求項1之方法，其中該第一塗層（2，5，i 〇2，！ 〇5, 2〇2, 205)包含鍺。 5.如請求項1之方法 205)包含SiGe，及 其中該第一塗層（2，5，102, 105, 202, 至少該第一塗層（2，5，102，105, 202, 205)具有—上升的鍺濃度梯度。 月长項5之方法，其中該第一塗層（2, 5，102，105, 202, 2〇5)及該第二塗層 6, 101，106, 201，206)-起具有- 上升的鍺濃度梯度。 月求項1之方法，其中該第二塗層（1，6，101, 106, 201, 206)具有介於1.94至之間的折射率n。 月求項1之方法，其中該第二塗層（1，6, 101, 106, 201, 2〇6)包含石夕。 月长項8之方法，其中該第二塗層（1，6，101，106, 201， 129411.doc 200901484 206)包含 siN(x):H。 1〇·如請求項1之方法，其中先將該第一塗層（2, 5，102，105, 202, 205)施覆到一摻雜矽基板（4，104, 204)的兩面，接著 再將該第二塗層（1，6, 101，1〇6, 201，206)施覆到兩面。 11. 如請求項1之方法，其中在該矽基板（4，104，204)的至少 一面上，將該兩個塗層（丨，2，5，6，1〇1，1〇2, 105，106, 201，202, 205, 206)至少部分地移除，以便對該下層摻雜 矽基板（4，104，204)施覆一接點（7，9，107，109，207, 209)。 12. 如請求項η之方法，其中在該矽基板（4, 1〇4, 204)的至少 一面上，將該兩個塗層（1，2，5，6，101，102，105，106, 201，202, 205, 206)以線性方式至少部分地移除。 13. 如請求項1之方法’其中將一電接點（107，109, 207，209) 以使該第一塗層（102, 202, 205)不直接接觸該電接點之方 式施覆到該碎基板（104，204)。 14. 如請求項13之方法，其中該第一塗層（1〇2, 202, 205)藉由 一電介質塗層（112, 212, 213)而與該電接點分離。 15. 如請求項13之方法，其中在施覆該第一塗層（丨〇2，202, 205)之後，將該第一塗層用對應於待施覆之該等電接點 (109，207，209)的結構型樣及比該等電接點（1〇9, 207, 209)大之寬度進行結構化，及接著將該第二塗層（1〇1, 201，206)施覆到該第一塗層（102, 202, 205)，及利用該等 電接點之最終型樣將一接點結構導入到該第二塗層（101, 201，206)中，及隨後將該等電接點（1〇9, 207, 209)導入到 129411.doc 200901484 此接點結構中。 16.如請求項1之方法，其中該矽基板（4，1〇4，204)係在一頂 面（3，103, 203)上經n_摻雜，其中在該背面產生一 p-摻雜 塗層。 17·如請求項16之方法，其中該p-摻雜塗層比該n_摻雜塗層 薄。 18. 如請求項17之方法，其中該P-摻雜塗層係經a-Si:Ge-硼摻 雜。 19. 一種太陽能電池（2〇, 12〇, 220)，其係由一矽基板㈠，1〇4, 204)製成，該矽基板係利用如請求項丨之方法進行處理。’ 129411.doc