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TWI492395B - 太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

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TWI492395B
TWI492395B TW101105984A TW101105984A TWI492395B TW I492395 B TWI492395 B TW I492395B TW 101105984 A TW101105984 A TW 101105984A TW 101105984 A TW101105984 A TW 101105984A TW I492395 B TWI492395 B TW I492395B
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趙在億
李龍和
李東昊
柳賢澈
金剛逸
玄德煥
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韓華石油化學股份有限公司
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Description

太陽能電池及其製造方法
本發明係關於一種太陽能電池以及其製造方法，且特定言之，係關於一種可將因半導體基板與電極接觸所造成之表面缺陷降到最低、且具有極低電極電阻之太陽能電池，以及其製造方法。
矽太陽能電池係於1950年代發展，且至今已藉由使用二氧化矽膜進行矽表面鈍化(passivation)技術降低基板之表面缺陷而得到改善，該鈍化技術係於1980年代即已開始用於微電子學領域，從而顯著提升電壓及電流。因此，迎來高效率太陽能電池之時代。
影響以半導體為基材之無機太陽能電池(即最普遍之太陽能電池)效率之因素係可概分為三類。
用於提升太陽能電池效率之第一個因素係太陽能電池須經設計為具有可最大化吸光性之結構。為了此目的，於結晶矽太陽能電池中，係藉由賦予其表面不平整之紋理而降低其反射率。太陽能電池之表面，以肉眼觀察時係呈深藍色。其原因係因抗反射膜塗覆其表面以傳送最大量之光線進入太陽能電池。另外，太陽能電池之受光面積需藉由最小化電極之面積以確保達到最大程度。
用於提升太陽能電池效率之第二個因素係為了產生能量，雖然吸光性已提升至最高，受光激發之電子與電洞仍不能降回基態。因被稱為「載子」(carrier)之電子與電洞係藉由存在於基板之雜質與基板表面之缺陷而再結合(recombine)並消滅(extinguish)，載子之壽命必須藉由使用高純度矽或藉由移除雜質之匯集加工(gathering process)與移除表面缺陷之鈍化加工而增加，以生成因載子於其再結合前移動至表面電極而造成之電力。目前，氮化矽層係同時作為移除表面缺陷之鈍化膜與抗反射膜。此氮化矽層對於降低成本係極為有利。
由於太陽能電池為一電性裝置，用於提升太陽能電池效率之第三個因素係必須考量電極之排列與電極材料之選擇，以最小化載子移動以及與外部電極接觸之過程中之各種電阻損耗情形。特定言之，因魚骨型(fishbone-type)表面電極必須最小化陰影損耗(shading loss)並同時增加導電度，因此需要依據裝置之性質而最佳化其線寬、數量等。
如上所述，一般而言，半導體基板之鈍化層亦係作為抗反射膜。然而，使用貫穿加工(punch-through process)於該半導體基板上形成金屬電極時，對用於降低半導體基板中之表面缺陷的鈍化層之傷害係無可避免。因此，因鈍化層係於使用貫穿加工形成金屬電極之過程中遭受部分損傷，造成載子再結合之表面缺陷增加，因而降低太陽能電池之效率。為了克服此一問題，必須藉由使用金屬電極與半導體基板二者間之局部接觸方式形成金屬電極，將可歸因於該金屬電極之形成引起之表面缺陷增加降至最低。
另外，為了解決上述問題，新南威爾斯大學(UNSW)係藉由使用平版印刷法(lithography)圖樣化一鈍化層並最小化接觸電極之面積與增加導電電極之厚度，製造出如PESC、PERC、PERL等高效率太陽能電池(Zhao J、Wang A、Green MA、Ferrazza F，新型19.8%效率之「蜂巢」紋理之多晶與24.4%單晶矽太陽能電池，Applied Physics Letters 1998；73：1991~1993)。然而，此方法因其步驟複雜且平版印刷法昂貴之故，並不適於製造低價之高效率太陽能電池。
如上所述，為了實現局部電極結構，傳統上係已使用過藉由使用平版印刷法、化學蝕刻或雷射而移除鈍化膜以形成一用於形成電極之圖樣之方法，但此等方法係存在因步驟數之增加造成製造成本上升之問題，且因而難以將此等方法商業化。此即，即使藉由此等傳統方法實現局部電極結構，此等傳統方法亦僅能在太陽能電池之效率提升至其效率足以抵銷並超過引入新步驟造成之成本上升之程度下，方能實際應用之，因此難以應用此等方法至太陽能電池之商業化。此外，此等方法係存在因金屬電極之線寬與厚度減少而電阻增加，從而造成太陽能電池之效率降低之問題。
因此，本發明係為解決上述問題而生，且本發明之一目的係提供一由簡單印刷步驟製造之太陽能電池，其可最小化因電極造成之鈍化膜損傷，且具有優異之電性性質，以及提供其製造方法。
為了達成以上目的，本發明之一方面係提供一種太陽能電池，包含：一具有一p-n接面(junction)之半導體基板；一形成於該半導體基板之至少一側上之抗反射膜；形成於該抗反射膜上之第一電極；以及覆蓋該第一電極之第二電極，其中僅該第一電極係選擇性地穿過該抗反射膜，並藉由貫穿加工與該半導體基板連接。
該太陽能電池可包括形成於其二側上相互面對之抗反射膜，各該抗反射膜係一單層膜或一雙層膜，且各該抗反射膜係包括形成於其上之該第一電極與第二電極。
該太陽能電池之二側可包括一受光表面與一相對於該受光表面之表面。
該第一電極可為以規律間隔排列之點狀電極。該第二電極可為彼此間隔排列之條狀電極，且各該條狀電極可連接二或多個該點狀電極。各該第一電極之點直徑可為30至300微米。
該第一電極與該第二電極二者係可皆為條狀電極。於此情況下，各該第一電極之寬度可為30至300微米，而各該第二電極之寬度可為50至1000微米。
本發明之另一方面係提供一種製造太陽能電池之方法，包含：於一具有一p-n接面之半導體基板之至少一側上形成一抗反射膜；在熱處理時將一穿過該抗反射膜之第一電極材料施用於該抗反射膜上，以形成第一電極；在熱處理時將一不穿過該抗反射膜之第二電極材料施用於該第一電極上，以形成覆蓋該第一電極之第二電極；以及熱處理該提供有該第一電極與第二電極之半導體基板，以選擇性地僅連接該第一電極及第二電極之該第一電極與該半導體基板。
於形成該抗反射膜時，該半導體基板之一側可為一受光表面，且一抗反射膜亦可形成於一相對於該受光表面之表面上。
於形成該第一電極與形成該第二電極時，該第一電極與該第二電極可分別形成於在該太陽能電池之該受光表面上形成之該抗反射膜上、以及在該相對於其受光表面之表面上形成之該抗反射膜上。
可藉由網版印刷(screen printing)、噴墨印刷(inkjet printing)、平版印刷(offset printing)或氣膠印刷(aerosol printing)各自獨立地進行該第一電極之形成與該第二電極之形成。
於形成該第一電極時，該第一電極可為以規律間隔排列之點狀電極。該第一電極可為點直徑為30至300微米之點狀電極。
於形成該第二電極時，該第二電極可為彼此間隔排列之條狀電極，且各該條狀電極可連接二或多個該點狀電極。
於形成該第一電極時，該第一電極可為寬度為30至300微米之點狀電極。於形成該第二電極時，該第二電極可為寬度為50至1000微米之條狀電極。
於熱處理該半導體基板時，該熱處理可於100至900℃之溫度下進行。
各該第一電極可包括含氧化鉛之鉛玻璃玻料(glass frit)或含氧化鉍與氧化硼之無鉛玻璃玻料。各該第二電極可包括不含硼(B)、鉍(Bi)與鉛(Pb)之二氧化矽基(silica-based)玻璃玻料或磷酸鹽基(phosphate-based)玻璃玻料。
[有利效果]
如上所述，根據本發明之太陽能電池之優點在於，因可藉由部分接觸或局部接觸而最小化由鈍化層之損傷所造成之表面缺陷，因而最小化歸因於載子再結合造成之載子消滅；因鈍化層係分別提供於太陽能電池之受光表面與其相對之表面上，因而最小化歸因於表面缺陷所造成之光電電流損耗；以及因形成於半導體基板上之第一電極係經第二電極覆蓋，使串聯電阻減少，從而增加該太陽能電池之光電效率。
根據本發明製造太陽能電池之方法之優點在於，因不須使用昂貴之設備經多道程序而形成電極圖樣，故可減少製造成本，非高價之太陽能電池可大量生產、可以簡單印刷步驟縮小之，且可形成能最小化鈍化層之損傷並具有低串聯電阻之電極；且因鈍化層係分別提供於太陽能電池之受光表面與其相對之表面上，因而最小化歸因於表面缺陷而造成之光電電流之損耗。
本發明之以上及其它目的、特性與優點將由以下較佳實施態樣之敘述結合所附圖式而更為顯明。
以下將參考所附圖式詳述本發明之較佳實施態樣。以下圖式僅係提供予本領域之技藝人士作為範例，以充分解釋本發明之技術概念。因此，本發明係可修改成各種形式而不侷限於以下圖式，且此等圖式係可能為了清楚解釋本發明之技術概念而被過大表現。另外，於所有圖式中相同或相似之元件係使用相同之元件符號標明。
於此情況中，其意指本說明書中所使用之技術與科學用語於無不同之定義時，其一般係為本領域之技藝人士所了解者。另外，於本發明之敘述中，當確定相關技術之詳細敘述可能模糊本發明之要旨時，將省略該敘述。
根據本發明之太陽能電池係包含：一具有一p-n接面之半導體基板；一形成於該半導體基板之至少一側上之抗反射膜；以及形成於該抗反射膜上之第一電極與第二電極，其中該第一電極係穿過該抗反射膜與該半導體基板連接，而該第二電極係不穿過該抗反射膜，並形成於該第一電極上以覆蓋該第一電極。
本發明之太陽能電池意指一種以半導體為基材之太陽能電池。該以半導體為基材之太陽能電池係包括：一標準太陽能電池，其中電極係分散地位於其受光側與背側；一背側太陽能電池，其中所有電極係位於其背側，如交指式背電極(interdigitated back-contact，IBC)、金屬穿透式背電極(metal wrap-through，MWT)、射極穿透式背電極(emitter wrap-through，EWT)等；以及一雙面式太陽能電池。
於本發明之太陽能電池中，該半導體基板係包含：一含有矽(Si)、鍺(Ge)或鍺化矽(silicon-germanium，SiGe)之第IV族半導體基板；一含有砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)或磷化鎵(GaP)之第III-V族半導體基板；一含有硫化鎘(CdS)或碲化鋅(ZnTe)之第II-VI族半導體基板；以及一含有硫化鉛(PbS)之第IV-VI族半導體基板。
以晶體來看，該半導體基板係包括單晶基板、多晶基板以及非晶基板。
另外，該半導體基板係包含一半導體基板，其含有摻入雜質而具有一選擇性射極結構之基板，以及一用於形成背側電場之背側表面場之層(back surface field layer)。該半導體基板係包括經蝕刻賦予紋理而表面不平整之半導體基板。
該具有一p-n接面之半導體基板意指一半導體基板，其中一摻入第一導電性雜質之區域係與一摻入第二導電性雜質(補充該第一導電性雜質)之區域相互面對以形成一空乏層。
該具有一p-n接面之半導體基板係包含一半導體基板，其包括一摻雜第二導電性雜質之摻雜層，該摻雜層係於第二導電性雜質之存在下，藉由施用熱能至摻雜有第一導電性雜質之半導體基板上而形成。該摻雜層係包含一該半導體基板之表面層。
舉例言之，該第一導電性雜質係含有硼(B)或鋁(Al)之p型雜質，而該第二導電性雜質係含有磷(P)或鍺(Ge)之n型雜質。
該半導體基板之一側(有一抗反射膜形成於其上)係包含一受光表面，一面向該受光表面之表面，以及一該受光表面之側表面。該抗反射膜係形成於該半導體基板之至少一側上。因此，該抗反射膜可形成於選自該受光表面、面向該受光表面之表面與該受光表面之側表面中之一或多者上。
於本發明之敘述中，該抗反射膜係同時用於避免引入太陽能電池之光線被釋出至太陽能電池外，以及藉由減少作為電子之陷阱區之表面缺陷而鈍化該半導體基板之表面。
當使用單一材料進行抗反射與鈍化時，該抗反射膜可為一單層膜，而當使用相互不同之材料進行抗反射與鈍化時，該抗反射膜可為一多層膜。
然而，即使當使用單一材料進行抗反射與鈍化時，為了最大化抗反射性與藉由減少表面缺陷而有效地鈍化該半導體基材之表面，該抗反射膜仍可為一多層膜。
具體而言，該抗反射膜可為選自以下群組之任一單層膜：半導體氮化物膜、半導體氧化物膜、含氫之半導體氮化物膜、含氮之半導體氧化物膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氟化鎂(MgF2 )膜、硫化鋅(ZnS )膜、二氧化鈦(TiO2 )膜、以及二氧化鈰(CeO2 )膜，且可為一藉由層合選自該單層膜群組之二或多種單層膜而形成之多層膜。
舉例言之，於矽太陽能電池中，單層抗反射膜可選自氮化矽膜、含氫之氮化矽膜、氮氧化矽膜、以及二氧化矽膜，而多層抗反射膜可為藉由層合選自以下群組之二或多種單層膜而形成之多層膜：氮化矽膜、含氫之氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化矽膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氟化鎂(MgF2 )膜、硫化鋅(ZnS )膜、二氧化鈦(TiO2 )膜、以及二氧化鈰(CeO2 )膜。
穿過該抗反射膜之該第一電極係藉由該第一電極與該抗反射膜間之界面反應而與該半導體基板行物理性接觸。此即，該第一電極係藉由貫穿現象(punch through phenomenon)與該半導體基板接觸。關於該貫穿現象之特定機制係參考文獻[J. Hoomstra等人，第31屆佛羅里達IEEE PVSC，2005年]。
具體言之，該第一電極穿過該抗反射膜意指施用於該抗反射膜之第一電極材料係藉由於該第一電極材料與該抗反射膜之間之界面的熱能而進行氧化還原反應，而蝕刻該抗反射膜，且該第一電極材料中包含之導電材料係經熔化及再結晶，該第一電極材料因而沿該抗反射膜被蝕刻之區域與半導體基板接觸。
例如，該第一電極材料係包括藉由界面反應而蝕刻該抗反射膜之玻璃玻料，且包括一藉由熔化與再結晶作用貫穿該經蝕刻之抗反射膜以製作一低電阻通道之導電性金屬材料。
包含於該第一電極之導電性金屬材料之代表性實例可包括銀(Ag)、銅(Cu)、鈦(Ti)、金(Au)、鎢(W)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、以及其合金。於此，以低熔點與優異之導電性而言，該導電性材料較佳係銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、及其合金。常用於形成太陽能電池電極之含有氧化鉛之鉛玻璃或含有氧化鉍與氧化硼之無鉛玻璃，係可使用作為包含於第一電極並蝕刻該抗反射膜之玻璃玻料。該鉛玻璃玻料之實例可包括氧化鉛-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁(PbO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 )玻璃玻料、氧化鉛-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁-二氧化鋯(PbO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 -ZrO2 )玻璃玻料、氧化鉛-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁-氧化鋅(PbO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 -ZnO)玻璃玻料、以及氧化鉛-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁-氧化鋅-二氧化鈦(PbO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 -ZnO-TiO2 )玻璃玻料。該無鉛玻璃玻料之實例可包括氧化鉍-氧化鋅-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁(Bi2 O3 -ZnO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 )玻璃玻料、氧化鉍-氧化鍶-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁(Bi2 O3 -SrO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 )玻璃玻料、氧化鉍-氧化鋅-二氧化矽-三氧化二硼-三氧化二鑭-氧化鋁(Bi2 O3 -ZnO-SiO2 -B2 O3 -La2 O3 -Al2 O3 )玻璃玻料、氧化鉍-氧化鋅-二氧化矽-三氧化二硼-二氧化鈦(Bi2 O3 -ZnO-SiO2 -B2 O3 -TiO2 )玻璃玻料、氧化鉍-氧化鋅-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鍶(Bi2 O3 -SiO2 -B2 O3 -SrO)玻璃玻料、以及氧化鉍-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋅-氧化鍶(Bi2 O3 -SiO2 -B2 O3 -ZnO-SrO)玻璃玻料。於此情況下，該鉛玻璃玻料或該無鉛玻璃玻料可另外含有選自以下群組之一或多種添加劑：五氧化二鉭(Ta2 O5 )、五氧化二銻(Sb2 O5 )、氧化鉿(HfO2 )、氧化銦(In2 O3 )、氧化鎵(Ga2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )以及氧化鐿(Yb2 O3 )。較佳地，該第一電極係包含3至5重量%之鉛玻璃玻料或無鉛玻璃玻料。
該第一電極與該半導體基板之連接意指包含於該第一電極之導電性材料係與該半導體基板行物理性接觸，並與該導體基板電性連接。該半導體基板與該第一電極連接之區域係該半導體基板摻雜有該第一導電性雜質之區域，或係該半導體基板摻雜有該第二導電性雜質之區域。
於此情況下，摻雜有該第一導電性雜質或第二導電性雜質之該半導體基板之區域係包括一局部性密集摻雜同一類型雜質之該半導體基板之區域，且該局部性密集摻雜同一類型雜質之該半導體基板之區域係包括一形成選擇性射極之區域、以及一形成背側電場(backside electric field)之區域。
該第二電極係形成於該第一電極與該抗反射膜上，使得該第一電極覆蓋該第二電極。該第二電極覆蓋該第一電極之含義係意指該第二電極係覆蓋該第一電極之整個表面。該第一電極之整個表面係意指該第一電極未與該半導體基板接觸之表面，且該第一電極之表面係包括其頂部表面與其側表面。
如上所述，該第二電極係未穿過該抗反射膜且係直接形成於該抗反射膜上，而該第一電極係穿過該抗反射膜並與該半導體基板接觸。於此情況下，該第二電極未穿過該抗反射膜之含義係意指該第二電極材料係不與該抗反射膜於兩者之間的界面處發生反應，且歸因於該第二電極材料之該抗反射膜之貫穿現象即使於施加熱能時亦不發生。
具體言之，該第二電極不穿過該抗反射膜之含義係意指即使於第二電極材料施用於第一電極材料上，且於第二電極材料施用之區域施加熱能時，第二電極材料與該抗反射膜之間亦不發生氧化還原反應。
此即，該第二電極係不穿過該抗反射膜之含義係意指第二電極材料與該抗反射膜之間係不發生氧化還原反應、或不發生第二電極材料之熔化與結晶。
較佳地，該第二電極係包含不與該抗反射膜於二者之間之界面處發生反應之玻璃玻料，以及一導電性金屬材料。
包含於該第二電極之玻璃玻料係不與該抗反射膜於二者之間之界面處發生反應，且係用於改良該第二電極之物理黏合性與增加該第二電極與該半導體基板間之界面附著，以及該第二電極與該第一電極間之界面附著。
較佳地，包含於該第二電極中之導電性金屬材料為一可藉由施用以貫穿該第一電極之熱能而增密(densify)、且從而生成其顆粒之導電性金屬材料。
包含於該第二電極中之導電性材料之代表性實例可包括銀(Ag)、銅(Cu)、鈦(Ti)、金(Au)、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、以及其合金。較佳地，包含於該第二電極且不蝕刻該抗反射膜之玻璃玻料一般使用不含硼(B)、鉍(Bi)或鉛(Pb)之二氧化矽基玻璃玻料或磷酸鹽基玻璃玻料。更佳地，包含於該第二電極之玻璃玻料為二氧化矽基玻璃玻料或磷酸鹽基玻璃玻料，其中該玻璃玻料之玻璃轉化溫度為包含於該第一電極中之玻璃玻料之玻璃轉化溫度的1.2至2倍，且其不含硼(B)、鉍(Bi)或鉛(Pb)。
該二氧化矽基玻璃玻料係包含二氧化矽(SiO2 )作為形成網狀之成分，且包含選自以下群組之一或多者：氧化鋰(Li2 O)、氧化鈉(Na2 O)、氧化鉀(K2 O)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鋇(BaO)、氧化鍶(SrO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁(Al2 O3 )、二氧化鈦(TiO2 )、二氧化鋯(ZrO2 )、五氧化二鉭(Ta2 O5 )、五氧化二銻(Sb2 O5 )、氧化鉿(HfO2 )、氧化銦(In2 O3 )、氧化鎵(Ga2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )以及氧化鐿(Yb2 O3 )。該磷酸鹽基玻璃玻料係釩-磷酸鹽基玻璃玻料(P2 O5 -V2 O5 )或鋅-銻-磷酸鹽基玻璃玻料(P2 O5 -ZnO-Sb2 O3 )。該磷酸鹽基玻璃玻料可包含選自以下群組之一或多者：氧化鉀(K2 O)、氧化鐵(Fe2 O3 )、三氧化二銻(Sb2 O3 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )以及氧化鎢(WO3 )。於此情況中，較佳地，該第二電極包含3至5重量%之二氧化矽基玻璃玻料或磷酸鹽基玻璃玻料。
如上所述，根據本發明之太陽能電池係經配置，使得收集藉由光線照射產生之電子與電洞之電極係包括該第一電極與該第二電極。
收集電子與電洞之電極係包括指狀電極及/或匯流排電極(bus bar electrode)。
於此情況下，該太陽能電池係可另外包含一焊接層(soldering layer)，用於製作一於包括第一電極或第二電極之電極上彼此以串聯或並聯方式連接二或多個太陽能電池之太陽能電池模組。特定言之，為使二或多個太陽能電池之電極彼此以串聯或並聯方式連接，電極係藉由將電極焊接於導電性條帶(ribbon)而彼此貼附。因而於電極上形成該焊接層以進行焊接。
具體而言，該焊接層係用於改良導電性條帶與電極間之黏合性，以及焊接包括該第一電極與該第二電極之電極與該導電性條帶時該焊接材料之可濕性(wettability)。
可使用通常用於製作太陽能電池模組之導電性條帶作為該導電性條帶。該導電性條帶之一實例係鍍有一焊接材料(如錫、鉛或銀)之銅條帶。只要該焊接層係一般用於改善該焊接層與焊接材料間之黏合性，以及於製作太陽能電池模組時該焊接材料之可濕性，則該焊接層即為足夠的。該焊接層係可視該焊接材料而適當地選擇之。
然而，該太陽能電池模組係可使用熱固性、光固性或化學固性導電黏合劑取代焊接而製作。
以下將詳述本發明，假定一含有p型雜質之半導體基板係摻雜有n型雜質作為表面層，以形成一具有p-n接面之半導體基板。
第1圖係顯示一根據本發明之一實施態樣之太陽能電池的剖視圖。
如第1圖所示，一半導體基板100係提供有一p型雜質摻雜區域101與一n型雜質摻雜區域102之接面(第1圖之虛線)。
如第1圖所示，本發明之太陽能電池係包含：一包含一p型雜質摻雜區域101與一作為射極層之n型雜質摻雜區域102之半導體基板100；一形成於該半導體基板100之射極層上之抗反射膜200；穿過該抗反射膜200並因而連接至該射極層之第一電極300；以及覆蓋該第一電極之第二電極400。
第1圖係顯示提供有包括第一電極300與第二電極400之前電極之太陽能電池。於此，採用穿過該抗反射膜200並因而與該射極層連接之電極之第一電極300以最小化該抗反射膜200之損傷，並與該射極層電性連接。採用第二電極400以減少因第一電極300之超微結構造成之阻抗增加。
如第1圖所示，根據本發明之太陽能電池之特徵在於抗反射膜200之損傷係藉由第一電極300而最小化，且第一電極300係與該半導體基板電性連接，因而減少扮演再結合區之表面缺陷，且可能避免光電流被消滅。此外，根據本發明之太陽能電池之特徵在於抗反射膜200之損害係藉由覆蓋該第一電極之第二電極400而最小化，且阻抗變得極小，從而最小化電阻之損失。
第2圖係顯示根據本發明之一實施態樣之太陽能電池之第一電極結構之透視圖，且第3圖係顯示根據本發明之另一實施態樣之太陽能電池之第一電池結構之透視圖。
如第2圖所示，第一電極300係規律排列之點狀電極。該點係可為圓形點、橢圓形點、四角形點或多角形點。
如第2圖所示，基於包含多個沿直線排列且彼此間隔之點的一個單元，較佳係二或多個單元以規律間隔排列且彼此間隔，更佳係二或多個單元彼此平行排列且彼此間隔。
當第一電極300係點狀電極時，第二電極400係多個彼此間隔之條狀電極，且各條狀電極係覆蓋二或多個點狀電極。
更具體言之，如第2圖所示，第二電極400係各自覆蓋構成第一電極300之各單元之條狀電極。
第一電極300係可具有30至300微米之點直徑。於此點直徑內，第一電極300可與半導體基板100藉由貫穿加工而穩定地連接，且該抗反射膜之損傷可降至最小。
第二電極400係形成於第一電極300上，且係覆蓋多個沿直線排列並彼此間隔之點狀電極的條狀電極，其可具有50至1000微米之寬度(W2 )。於此寬度內，歸因於第二電極400之受光面積之減少係可減至最小，且歸因於第一電極300之阻抗之增加也可降低。具體言之，於此寬度內，由第一電極300與第二電極400所組成之前電極可具有3×10-6 至6×10-6 歐姆-公分之阻抗。
第3圖係顯示包含皆為條狀之第一與第二電極之太陽能電池的透視圖。如第3圖所示，第一電極300係彼此平行排列且彼此間隔之條狀電極，且第二電極400係分別覆蓋條狀第一電極300之條狀電極。
較佳地，該第一電極之寬度(W1 )為30至300微米。於此寬度內，第一電極300係與半導體基板100以一連續直線之形狀連接，且最小化抗反射膜200之損傷。同時，較佳地，該第二電極之寬度(W2 )為30至300微米，如同該點狀第一電極之情況。
第4圖係顯示根據本發明之又一實施態樣之太陽能電池之剖視圖。如第4圖所示，根據此實施態樣之太陽能電池之特徵在於，抗反射膜200與500係分別形成於太陽能電池之受光表面以及其相對之表面(背側表面)上，從而有效地避免歸因於再結合之光電流損耗。
如同基於第1圖至第3圖所述情況，該太陽能電池係於其背側表面上提供有第一電極600，其穿過與p型雜質摻雜區域(包括一背側表面場區域)連結之背側抗反射膜500，且提供有不穿過該背側抗反射膜且覆蓋第一電極600之第二電極700。第一電極600與第二電極700係構成背電極。
於此情況中，該背電極可具有與基於第2圖及第3圖所述之局部接觸電極相同之形狀。另外，該背電極可包括點狀或條狀第一電極300、以及覆蓋點狀或條狀第一電極300之膜型第二電極400。
第5圖係顯示一種製造根據本發明之太陽能電池的方法之流程圖。於根據本發明之製造太陽能電池之方法中，熱處理前之第一電極係稱作第一印刷電極，而熱處理前之第二電極係稱作第二印刷電極。如第5圖所示，根據本發明之製造太陽能電池之方法係包含以下步驟：於一具有一p-n接面之半導體基板100之至少一側上形成一抗反射膜200；於熱處理時將穿過抗反射膜200之第一電極材料施用於抗反射膜200上，以形成第一電極301(第一印刷電極)；於熱處理時將一不穿過抗反射膜200之第二電極材料施用於第一電極301上，以形成覆蓋第一電極301之第二電極401(第二印刷電極)；以及熱處理提供有第一電極301(第一印刷電極)與第二電極401(第二印刷電極)之半導體基板100，以選擇性地僅連接第一電極301(第一印刷電極)及第二電極401(第二印刷電極)之第一電極301(第一印刷電極)與半導體基板100。
抗反射膜200可為選自以下群組之任一單層膜：半導體氮化物膜、半導體氧化物膜、含氫之半導體氮化物膜、含氮之半導體氧化物膜、氧化鋁(AlO3 )膜、氟化鎂(MgF2 )膜、硫化鋅(ZnS)膜、二氧化鈦(TiO2 )膜以及二氧化鈰(CeO2 )膜，且可為藉由層合選自該單層膜之群組中之二或多種單層膜而形成之多層膜。例如於矽太陽能電池中，抗反射膜200可選自以下群組之任一單層膜：氮化矽膜、含氫之氮化矽膜、氮氧化矽膜、二氧化矽膜、氧化鋁(Al2 O3 )膜、氟化鎂(MgF2 )膜、硫化鋅(ZnS)膜、二氧化鈦(TiO2 )膜以及二氧化鈰(CeO2 )膜，且可為藉由層合選自該單層膜之群組中之二或多種單層膜而形成之多層膜。
抗反射膜200可藉由一般用於半導體鈍化之膜形成步驟而形成。例如，抗反射膜200可藉由選自以下群組之至少一者而形成：物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)與熱蒸鍍法(thermal evaporation)。
形成抗反射膜200後，第一電極301(第一印刷電極)係形成於抗反射膜200上。第一電極301(第一印刷電極)可藉由將第一電極材料施用於該抗反射膜上而形成，特定言之，可藉由將該第一電極材料印刷於該抗反射膜上而形成。
較佳地，印刷第一電極301(第一印刷電極)係藉由選自網版印刷、凹版印刷、平版印刷、連續滾筒印刷、噴墨印刷、以及氣膠印刷之至少一者的方式進行。若以步驟成本與大量生產而言，更佳係藉由網版印刷進行第一電極301(第一印刷電極)之印刷。
如上所述，該第一電極材料係包含使用用於貫穿加工之熱能進行該第一電極材料與該抗反射膜間之界面反應以蝕刻該抗反射膜之玻璃玻料，以及於其熔化且再結晶時穿過該抗反射膜之導電性金屬顆粒。
可使用製造傳統太陽能電池時藉由貫穿加工而形成前電極所使用之一般玻璃玻料作為用於蝕刻之玻璃玻料。另外，可使用含有氧化鉛之鉛玻璃與含有氧化鉍和氧化硼之無鉛玻璃作為蝕刻用玻璃玻料，其各於該第一電極與該抗反射膜間之界面反應時生成一穩定玻璃相，並維持足夠之低黏度且具有優異之接觸強度。該鉛玻璃玻料之實例可包括氧化鉛-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁(PbO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 )玻璃玻料、氧化鉛-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁-二氧化鋯(PbO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 -ZrO2 )玻璃玻料、氧化鉛-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁-氧化鋅(PbO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 -ZnO)玻璃玻料、以及氧化鉛-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁-氧化鋅-二氧化鈦(PbO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 -ZnO-TiO2 )玻璃玻料。該無鉛玻璃玻料之實例可包括氧化鉍-氧化鋅-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁(Bi2 O3 -ZnO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 )玻璃玻料、氧化鉍-氧化鍶-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋁(Bi2 O3 -SrO-SiO2 -B2 O3 -Al2 O3 )玻璃玻料、氧化鉍-氧化鋅-二氧化矽-三氧化二硼-三氧化二鑭-氧化鋁(Bi2 O3 -ZnO-SiO2 -B2 O3 -La2 O3 -Al2 O3 )玻璃玻料、氧化鉍-氧化鋅-二氧化矽-三氧化二硼-二氧化鈦(Bi2 O3 -ZnO-SiO2 -B2 O3 -TiO2 )玻璃玻料、氧化鉍-氧化鋅-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鍶(Bi2 O3 -SiO2 -B2 O3 -SrO)玻璃玻料、以及氧化鉍-二氧化矽-三氧化二硼-氧化鋅-氧化鍶(Bi2 O3 -SiO2 -B2 O3 -ZnO-SrO)玻璃玻料。於此情況下，該鉛玻璃玻料或該無鉛玻璃玻料可另外含有選自以下群組之一或多種添加劑：五氧化二鉭(Ta2 O5 )、五氧化二銻(Sb2 O5 )、氧化鉿(HfO2 )、氧化銦(In2 O3 )、氧化鎵(Ga2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )以及氧化鐿(Yb2 O3 )。
可使用製造傳統太陽能電池時藉由貫穿加工而形成前電極所使用之一般導電性金屬顆粒作為包含於該第一電極材料中之導電性金屬顆粒。包含於該第一電極中之該導電性金屬顆粒之實例可包括銀(Ag)、銅(Cu)、鈦(Ti)、金(Au)、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、以及其合金。於此，以低熔點與優異之導電性而言，該導電性材料較佳係銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Cr)、及其合金。
較佳地，該第一電極包含3至5重量%之鉛玻璃玻料或無鉛玻璃玻料。
形成第一電極301之後，第二電極401係形成於第一電極301上以覆蓋該第一電極。第二電極401，如同第一電極301，可藉由施用一第二電極材料至第一電極301上或藉由印刷該第二電極材料至第一電極301上而形成。
因此，根據本發明之製造太陽能電池之方法的特徵在於，具有超微接觸電極與優異導電性之太陽能電池可於不使用昂貴設備與進行複雜步驟下，藉由二步驟印刷與熱處理而製造。
較佳地，第二電極401之印刷，如同印刷第一電極301，為藉由選自網版印刷、凹版印刷、平版印刷、連續滾筒印刷、噴墨印刷、以及氣膠印刷之至少一者之方式進行。以步驟成本與大量生產而言，更佳係藉由網版印刷進行第二電極401之印刷。
如上所述，包含於該第二電極之該第二電極材料係包括選自以下群組之導電性金屬顆粒：銀(Ag)、銅(Cu)、鈦(Ti)、金(Au)、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、以及其合金，以及不與該抗反射膜於該第二電極與該抗反射膜間之界面處發生反應之非反應性玻璃玻料。
用於改良電極強度與增加第二電極401與第一電極301間之界面黏合性，以及第二電極401與抗反射膜200間之界面黏合性之非反應性玻璃玻料，可為不含硼(B)、鉍(Bi)及鉛(Pb)之二氧化矽基玻璃玻料或磷酸鹽基玻璃玻料。更佳地，包含於該第二電極之玻璃玻料可為二氧化矽基玻璃玻料或磷酸鹽基玻璃玻料，其中該玻璃玻料之玻璃轉化溫度(Tg)為包含於該第一電極中之玻璃玻料之玻璃轉化溫度的1.2至2倍，且其不含硼(B)、鉍(Bi)及鉛(Pb)。
該二氧化矽基玻璃玻料係包含二氧化矽作為形成網狀之成分，且包含選自以下群組之一或多者：氧化鋰(Li2 O)、氧化鈉(Na2 O)、氧化鉀(K2 O)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鋇(BaO)、氧化鍶(SrO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁(Al2 O3 )、二氧化鈦(TiO2 )、二氧化鋯(ZrO2 )、五氧化二鉭(Ta2 O5 )、五氧化二銻(Sb2 O5 )、氧化鉿(HfO2 )、氧化銦(In2 O3 )、氧化鎵(Ga2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )以及氧化鐿(Yb2 O3 )。該磷酸鹽基玻璃玻料係釩-磷酸鹽基玻璃玻料(P2 O5 -V2 O5 )或鋅-銻-磷酸鹽基玻璃玻料(P2 O5 -ZnO-Sb2 O3 )。該磷酸鹽基玻璃玻料矽可包含選自以下群組之一或多者：氧化鉀(K2 O)、氧化鐵(Fe2 O3 )、三氧化二銻(Sb2 O3 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )以及氧化鎢(WO3 )。
較佳地，該第二電極材料包含3至5重量%之二氧化矽基玻璃玻料或磷酸鹽基玻璃玻料。
使用二段式印刷形成第一電極301與第二電極401之後，僅第一電極301藉由熱處理穿過抗反射膜200，以選擇性地僅連接第一電極301與半導體基板100。
熱處理之進行係為產生第一電極301之貫穿加工，並改良第一電極301與第二電極401間之界面結合、第二電極401與抗反射膜200間之界面結合、以及第一電極301與第二電極401之強度。熱處理可以逐步方式於100至900℃下進行數分鐘。
由於第一電極301與第二電極401係於其印刷後在100至900℃下進行熱處理，第一電極301係藉由貫穿現象與半導體基板100連接，且因第二電極401之顆粒係經增密與生長，第二電極401係轉化為具有高密度、高物理強度與優異接面性質之電極。
第6圖係顯示根據本發明之另一實施態樣之製造太陽能電池之方法之流程圖。根據本實施態樣之製造太陽能電池之方法係如同基於第5圖所描述之方法，惟抗反射膜200與500係分別於半導體基板100之二側上形成，較佳係於半導體基板100之受光表面與其相對表面上形成。於此情況中，第一電極301與601以及第二電極401與701係以與第5圖中相同之方式分別於抗反射膜200與500上形成，之後進行熱處理而分別轉化成太陽能電池之前電極300與400、以及太陽能電池之背電極600與700。於此情況下，不同於第6圖，可於第一電極與第二電極形成於一抗反射膜200上，且第一電極與第二電極形成於另一抗反射膜500上之後再進行熱處理；或是，亦可於第一電極與第二電極於一抗反射膜200上形成後進行熱處理，之後於第一電極與第二電極於另一抗反射膜500上形成後可另外進行熱處理。
如第7圖所示，根據本實施態樣之製造太陽能電池之方法可包括於形成該抗反射膜步驟前，蝕刻半導體基板100以使其表面不平整之賦予表面紋理的步驟。半導體基板100之蝕刻可藉由乾式蝕刻或濕式蝕刻而形成。經賦予紋理之半導體基板100之表面係以倒金字塔之形狀而不平整地形成。
另外，根據本實施態樣之製造太陽能電池之方法可包括以下步驟：將含p型雜質之摻雜材料施用於半導體基板100之面向受光表面之背側表面上，並之後熱處理塗覆有該含p型雜質之摻雜材料之半導體基板100，而於半導體基板100之背側表面上形成一背側表面場(BSF)層。
儘管已為例示目的而揭露本發明之較佳實施態樣，本領域之技藝人士仍可瞭解於不背離如所附申請專利範圍中揭露之本發明的範疇與精神下，各種修改、增添與取代係為可能的。
本發明之簡易修改、增添與取代係屬於本發明之範疇，且本發明之特定範疇係由隨附申請專利範圍清楚界定之。
100．．．具有p-n接面之半導體基板
101．．．p型雜質摻雜區域
102．．．n型雜質摻雜區域
200、500．．．抗反射膜
300、600．．．第一電極
301、601．．．第一電極
400、700．．．第二電極
401、701．．．第二電極
W1 ．．．第一電極寬度
W2 ．．．第二電極寬度
第1圖係顯示根據本發明之一實施態樣之太陽能電池之剖視圖；
第2圖係顯示根據本發明之一實施態樣之太陽能電池之透視圖；
第3圖係顯示根據本發明之另一實施態樣之太陽能電池之透視圖；
第4圖係顯示根據本發明之又一實施態樣之太陽能電池之剖視圖；
第5圖係顯示根據本發明之一實施態樣之製造太陽能電池的方法之步驟圖；
第6圖係顯示根據本發明之另一實施態樣之製造太陽能電池的方法之步驟圖；以及
第7圖係顯示根據本發明之又一實施態樣之太陽能電池之剖視圖。
100．．．具有p-n接面之半導體基板
101．．．p型雜質摻雜區域
102．．．n型雜質摻雜區域
200．．．抗反射膜
300．．．第一電極
301．．．第一電極
400．．．第二電極
401．．．第二電極

Claims (19)

  1. 一種太陽能電池，包含：一具有一p-n接面(p-n junction)之半導體基板，其中該半導體基板表面係以倒金字塔形狀構成；一形成於該半導體基板之至少一側上之抗反射膜；形成於該抗反射膜上之第一電極；以及覆蓋該第一電極之第二電極，其中，僅該第一電極係選擇性地穿過該抗反射膜，並藉由貫穿加工(punch through process)與該半導體基板連接。
  2. 如請求項1之太陽能電池，其中該太陽能電池係包括形成於其二側上相互面對之抗反射膜，各該抗反射膜係一單層膜或一雙層膜，且各該抗反射膜係包括形成於其上之該第一電極與第二電極。
  3. 如請求項2之太陽能電池，其中該太陽能電池之二側係包括一受光表面與一相對於該受光表面之表面。
  4. 如請求項1之太陽能電池，其中該第一電極係以規律間隔排列之點狀電極。
  5. 如請求項4之太陽能電池，其中該第二電極係彼此間隔排列之條狀電極，且各該條狀電極係連接二或多個該點狀電極。
  6. 如請求項1之太陽能電池，其中該第一電極與該第二電極二者皆為條狀電極。
  7. 如請求項6之太陽能電池，其中各該第一電極之寬度係30至300微米。
  8. 如請求項7之太陽能電池，其中各該第二電極之寬度係50至 1000微米。
  9. 一種製造太陽能電池之方法，包含：蝕刻一具有一p-n接面之半導體基板，以使其表面成為由倒金字塔形狀構成的不平整表面；於該具有一p-n接面之半導體基板之至少一側上形成一抗反射膜；在熱處理時將一穿過該抗反射膜之第一電極材料施用於該抗反射膜上，以形成第一電極；在熱處理時將一不穿過該抗反射膜之第二電極材料施用於該第一電極上，以形成覆蓋該第一電極之第二電極；以及熱處理該提供有該第一電極與第二電極之半導體基板，以選擇性地僅連接該第一電極及第二電極之該第一電極與該半導體基板。
  10. 如請求項9之製造太陽能電池之方法，其中，於形成該抗反射膜時，該半導體基板之一側係一受光表面，且一抗反射膜亦形成於一相對於該受光表面之表面上。
  11. 如請求項10之製造太陽能電池之方法，其中，於形成該第一電極與形成該第二電極時，該第一電極與該第二電極係分別形成於在該太陽能電池之該受光表面上形成之該抗反射膜上、以及在該相對於其受光表面之表面上形成之該抗反射膜上。
  12. 如請求項9之製造太陽能電池之方法，其中係藉由網版印刷(screen printing)、噴墨印刷(inkjet printing)、平版印刷(offset printing)或氣膠印刷(aerosol printing)各自獨立地 進行該第一電極之形成與該第二電極之形成。
  13. 如請求項9之製造太陽能電池之方法，其中，於形成該第一電極時，該第一電極係以規律間隔排列之點狀電極。
  14. 如請求項13之製造太陽能電池之方法，其中，於形成該第二電極時，該第二電極係彼此間隔排列之條狀電極，且各該條狀電極係連接二或多個該點狀電極。
  15. 如請求項9之製造太陽能電池之方法，其中，於形成該第一電極時，該第一電極係寬度為30至300微米之點狀電極。
  16. 如請求項15之製造太陽能電池之方法，其中，於形成該第二電極時，該第二電極係寬度為50至1000微米之條狀電極。
  17. 如請求項9之製造太陽能電池之方法，其中，於熱處理該半導體基板時，該熱處理係於100至900℃之溫度下進行。
  18. 如請求項9之製造太陽能電池之方法，其中各該第一電極係包括含氧化鉛之鉛玻璃玻料(frit)或含氧化鉍與氧化硼之無鉛玻璃玻料。
  19. 如請求項18之製造太陽能電池之方法，其中各該第二電極係包括不含硼(B)、鉍(Bi)與鉛(Pb)之二氧化矽基玻璃玻料或磷酸鹽基玻璃玻料。
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