TWI385811B - 太陽能電池的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種太陽能電池製造方法，尤其關於一種包含去除矽晶基板中有害顆粒的太陽能電池製造方法。
圖4顯示習知太陽能電池之剖面圖。如圖4所示，太陽能電池100包含有一矽晶基板110、一抗反射層120、一分離溝140及一電極結構130。矽晶基板110包含有互相連接之一N型區域111及一P型區域112。電極結構130包含有貫穿抗反射層120並電連接N型區域111的上電極131；以及電連接P型區域112的下電極132。
如上所述，習知的太陽能電池100包含一具有P/N界面的矽晶基板110，而矽晶基板110的製造過程中，容易產生顆粒污染(particle contamination)現象，造成污染的顆粒可以例如為金屬，此些金屬顆粒會形成電子的複合中心，減少電子到達電極結構130的機會，因而降低了太陽能電池100的光電轉換效率。
因此需要一種能夠達到減少矽晶基板110中有害顆粒之效果的太陽能電池製造方法，藉以提升太陽能電池100的光電轉換效率。
本發明一實施例之目的在於提供一種減少矽晶基板中有害雜質的太陽能電池製造方法。
依據本發明一實施例，提供一種太陽能電池製造方法其包含以下步驟。提供一矽晶基板，且該矽晶基板為第一型並具有一第一表面及一第二表面。沈積一雜質捕集層於第一表面上。利用一酸溶液來蝕刻雜質捕集層，以去除雜質捕集層。將第二型之多數的雜質，摻雜於去除雜質捕集層後的矽晶基板的第一表面上，以形成一第一型區域及一第二型區域。形成電連接第一型區域及第二型區域的一電極結構。
於一實施例中，雜質捕集層為一層二氧化矽層。於一實施例中，雜質捕集層可以包含矽晶氮化矽層、非矽晶氮化矽層、氧化鈦層或氧化鋅層。
於一實施例中，酸溶液包含一氫氟酸。此外酸溶液亦可以更包含一氫氯酸。
於一實施例中，該蝕刻該雜質捕集層的步驟，是利用過蝕刻方式進行，以更進一步蝕刻部分的矽晶基板。。
依據本發明一實施例，於表面粗糙化後，預先沈積雜質捕集層，並再利用酸溶液來加以去除，能夠利用雜質吸附(Gettering)的方式，同時去除矽晶基板之表面的結晶粒及金屬雜質，減少矽晶基板中的缺陷或複合中心，增加少數載子的生命期，進而得到具有較好電或的太陽能電池。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1A至1B顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法的流程圖。圖2A至2H顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法之各步驟的剖面示意圖。如圖1A至1B及圖2A至2H所示，太陽能電池製造方法包含以下步驟。
如圖2A所示，步驟S02：提供一矽晶基板，且矽晶基板並具有一第一表面113及一第二表面114。於本實施例中，矽晶基板為一P型多晶矽基板110。
如圖2B所示，步驟S03：利用酸鹼溶液清洗蝕刻P型多晶矽基板110的第一表面113及第二表面114，使P型多晶矽基板110之表面113及114粗糙化，以降低太陽光的反射。於一實施例中，可以利用氫氟酸(HF)以及硝酸(HNO3
)溶液來蝕刻第一表面113。一實施例中，可以利用氫氧化鉀(KOH)溶液來蝕刻第二表面114。
如圖2C所示，步驟S04：沈積二氧化矽(SiO2
)層119於第一表面113上。於沈積二氧化矽層119後，P型多晶矽基板110內的金屬雜質會被吸進二氧化矽層119中，使P型多晶矽基板110中金屬雜質的數量減少。此外，亦可以沈積矽晶氮化矽(Si3
N4
)層或非矽晶氮化矽(SiNx
)層、氧化鈦(TiO2
)層、氧化鋅(ZnO)層等雜質捕集層，用以作為補獲P型多晶矽基板110內所殘留的金屬雜質。
如圖2D所示，步驟S05：利用氫氟酸溶液來蝕刻二氧化矽層119，以去除二氧化矽層119。藉此，步驟S05處理後的P型多晶矽基板110其內所殘量的金屬雜質的含量，會小於步驟S02中所提供之P型多晶矽基板110內的金屬雜質的含量。於一實施例中，以過蝕刻方式，更進一步蝕刻部分的P型多晶矽基板110，藉以確保完全去除二氧化矽層119，同時亦能夠去除該部分中的金屬雜質。於一實施例中，亦可以使用氫氟酸及氫氯酸的混合溶液來蝕刻二氧化矽層119。
如圖2E所示，步驟S06：將多數的N型雜質，摻雜於P型多晶矽基板110的第一表面113上。於一實施例中，可以利用爐管擴散法或者網印、旋塗或噴霧法，於第一表面113上摻雜N型雜質，N型雜質會擴散進入P型多晶矽基板110，形成一N型雜質擴散區，以使P型多晶矽基板110具有N型區域111及P型區域112。N型雜質可以為例如磷雜質，並且是在高溫度下，利用三氯氧磷(POCl3
)來對P型多晶矽基板110進行磷雜質摻雜。
如圖2F所示，步驟S07：形成一抗反射層120於P型多晶矽基板110上。
如圖2G所示，步驟S08：形成電連接N型區域111及P型區域112的一電極結構130。於一實施例中，上述的步驟S08可以包含以下步驟。步驟S32：將一第一導電膠形成於第一表面113上。步驟S34：將一第二導電膠形成於第二表面114上。步驟S36：對形成有第一導電膠及第二導電膠的P型多晶矽基板110，進行燒結處理，使第一導電膠被燒結後穿透抗反射層120形成第一電極131；使第二導電膠被燒結後形成第二電極132，且第一電極131及第二電極132透過一負載互相電連接，形成一個電流迴路。
請參照圖2H，於一實施例中，太陽能電池製造方法還可以包含步驟14：形成至少一分離溝140，用以切斷一電子從N型區域111流到第二電極132的一漏電流路徑。依據上述步驟，即可製得依本發明一實施例之太陽能電池100。
以下，更進一步說明本發明一實施例的原理。
P型多晶矽基板110之材料中的雜質會造成步驟S06中摻雜時的擴散濃度不均，為了改善此情況，本發明一實施例，新增一個去除雜質的程序，利用雜質吸附(Gettering)的方式來減少P型多晶矽基板110之表面的結晶粒及金屬雜質。金屬雜質在多晶矽太陽能電池中會形成複合中心而影響少數載子的生命期，而這些金屬雜質有很多種殘留的形式，包含了置換離子、間隙離子、氧化物、矽酸鹽、矽化物等沉澱物，其中以間隙雜質影響最大，例如鐵(Fe)或鉻(Cr)，另外銅(Cu)的沉澱物也會影響P型多晶矽基板110(矽晶圓)。
圖3顯示形成有二氧化矽層之P型多晶矽基板的原子排列的示意圖。如圖3所示，P型多晶矽基板110中的矽原子為規則排列。氧化矽(SiO2
)分子是每一個矽原子(Si)和四個氧原子(O)鍵結，且每一氧原子與兩個矽原子鍵結。在Si/SiO2
介面，部分矽原子未被鍵結。此不完整的矽氧化離子Si/SiO2
介面小於2nm，且是正固定氧化層電荷(fixed oxide charge)之來源。在Si/SiO2
介面上還有其他介面捕捉電荷(interface-trapped oxide)，此電荷可能是正或負的，這是由於結構缺陷、氧化導致缺陷或金屬雜質所致。
依本發明一實施例，於製造太陽能電池的程序中，加入了步驟S04及S05，利用氫氟酸溶液與P型多晶矽基板110之第一表面113的二氧化矽(SiO2
)進行反應，反應後生成水溶性的產物(H2
SiF6
)，再將H2
SiF6
藉由溶液帶離P型多晶矽基板110的表面113，如下化學式；
SiO2(s)
+6HF2(aq)
→H2
SiF6(aq)
+2H2
O(g)
其中，SiO2
為磷矽酸玻璃主要成分；而H2
SiF6
反應生成物可溶於水，因此很容易被溶液帶離P型多晶矽基板110的表面113。
以乾式或濕式氧化的方式，成長SiO2
時皆會消耗矽原子。消耗矽原子的厚度是SiO2
層的0.46單位，亦即每100nm氧化層會消耗46nm的矽。在利用氫氟酸移除SiO2
時，會同時因為熱氧化現象而產生雜質吸附(Gettering)的效果，進而能夠移除發生雜質吸附現象的金屬雜質或是表面缺陷。因此可有效提升少數載子的擴散長度，可提升開路電壓(Voc)，此時P型多晶矽基板110的晶片狀況較好，因此再進行步驟S06之爐管擴散來形成P-N二極體，以及後面的製程，即可得到具有較好電性表現之太陽能電池100。
綜上所述，依據本發明一實施例，於表面粗糙化後，預先沈積二氧化矽層，並再利用氫氟酸溶液來加以去除，能夠利用雜質吸附(Gettering)的方式，同時去除P型多晶矽基板110之表面的結晶粒及金屬雜質，減少P型多晶矽基板110之缺陷及複合中心，增加少數載子的生命期，進而得到具有較好電或的太陽能電池100。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100．．．太陽能電池
110．．．矽晶基板
111．．．N型區域
112．．．P型區域
113．．．第一表面
114．．．第二表面
119．．．二氧化矽層
120．．．抗反射層
130．．．電極結構
131．．．第一電極
132．．．第二電極
140．．．分離溝
圖1A至1B顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法的流程圖。
圖2A至2H顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法之各步驟的剖面示意圖。
圖3顯示形成有二氧化矽層之P型多晶矽基板的原子排列的示意圖。
圖4顯示習知太陽能電池之剖面圖。
Claims (9)
- 一種太陽能電池製造方法，包含：提供一矽晶基板，且該矽晶基板為第一型並具有一第一表面及一第二表面；沈積一雜質捕集層於該第一表面上；利用一酸溶液來蝕刻該雜質捕集層，以去除該雜質捕集層；將第二型之多數的雜質，摻雜於去除該雜質捕集層後的該矽晶基板的該第一表面上，以形成一第一型區域及一第二型區域；形成電連接該第一型區域及該第二型區域的一電極結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中於該沈積一雜質捕集層於該第一表面上的步驟前，該太陽能電池製造方法更包含：利用一酸鹼溶液，蝕刻該矽晶基板的該第一表面及該第二表面，使該矽晶基板的該第一表面及該第二表面粗糙化。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中該雜質捕集層為一層二氧化矽層。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中該酸溶液包含一氫氟酸。
- 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池製造方法，其中該酸溶液包含一氫氯酸。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中該蝕刻該雜質捕集層的步驟，是利用過蝕刻方式進行，以更進一步蝕刻部分的該矽晶基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中該雜質捕集層包含矽晶氮化矽層、非矽晶氮化矽層、氧化鈦層或氧化鋅層。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中該第二型之該些雜質為磷雜質。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池製造方法，其中該矽晶基板為一P型多晶矽基板。
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| CN101379595A (zh) * | 2006-01-23 | 2009-03-04 | Gp太阳能有限公司 | 用于制造具有不同掺杂浓度的区域的半导体元件的方法 |
| TW201003944A (en) * | 2008-05-13 | 2010-01-16 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor solar cells having front surface electrodes and methods of forming same |
-
2010
- 2010-01-18 TW TW099101170A patent/TWI385811B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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