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TWI430464B - 太陽能電池 - Google Patents

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TWI430464B
TWI430464B TW099142534A TW99142534A TWI430464B TW I430464 B TWI430464 B TW I430464B TW 099142534 A TW099142534 A TW 099142534A TW 99142534 A TW99142534 A TW 99142534A TW I430464 B TWI430464 B TW I430464B
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Bing Cyun Chen
Wei Chih Hsu
wei lun Chang
Chen Hsun Du
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Description

太陽能電池
本發明係有關於一種太陽能電池，且特別是有關於一種背接觸式太陽能電池(back contact solar cell)。
近年來由於受到全球氣候變遷、環境污染問題以及資源日趨短缺的影響，在環保意識高漲與能源危機的警訊下刺激了太陽光電產業的蓬勃發展。
和傳統的矽太陽能電池相比，背接觸式太陽能電池(back contact solar cell)因為降低電極接點的損失且兩個電極的接點都位於相同的表面上，因此其具有較高的光電轉化效率(photoelectric conversion efficiency)，且組裝成電子電路元件較為容易且便宜。
目前製作金屬化包覆貫穿(metllization wrap through,MWT)背接觸式太陽能電池之結構中，當將膠料填入通孔(through hole)中作為導電用途時，膠料需要與形成於受光面的電極一起高溫共燒(co-firing)，以使膠料能附著於基板上，然而，高溫共燒的過程中，膠料會穿透通孔的側壁，進而穿透PN介面(pn junction)，造成並聯電阻(Rsh )下降(亦即產生漏電流)，使填充因子(fill factor,FF)隨之下降。
因此，業界亟需提出一種太陽能電池，其不但能使膠料與基板之間的附著力佳，且不會降低太陽能電池的並聯電阻(Rsh )。
本發明提供一種太陽能電池，包括：一第一導電類型半導體基板，其中該第一導電類型半導體基板包括一受光面、一非受光面與複數個通孔(through hole)從該受光面延伸至該非受光面；一第二導電類型半導體層，形成於該非受光面之上且延伸至該第一導電類型半導體基板中，其中該第二導電類型與該第一導電類型相反；一第一電極層，形成於該第二導電類型半導體層之上；以及一第二電極層，形成於該受光面之上且穿過該通孔延伸至該非受光面。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明提供一種太陽能電池10，此種太陽能電池10不但能使膠料與基板之間的附著力佳，且不會降低電池的並聯電阻(Rsh)。本發明之太陽能電池之製作流程顯示於第1A圖~第1G圖中。
首先，請參見第1A圖，提供第一導電類型半導體基板100，其中第一導電類型半導體基板100包括受光面101、非受光面102與複數個通孔(through hole)104從受光面101延伸至非受光面102。受光面101用以吸收太陽光，以將光能轉換成電能。通孔104用以填充膠料，用以導通受光面101與非受光面102，一般通孔的直徑為約25~125 μm。形成通孔104之方法例如雷射鑽孔法(laser drilling method)、機械鑽孔法(mechanical drilling method)或是水刀加工(water jet maching)。
請參見第1B圖，接著施加一鹼性蝕刻步驟，以形成纖維化受光面101a與纖維化非受光面102a。此步驟之作用在於去除鑽孔時對半導體基板100表面造成之傷害，且可使半導體基板100表面纖維化(texturization)，以增加表面抗反射的效果。於一實施例中，可將半導體基板100浸泡於10重量百分比之氫氧化鈉(sodium hydroxide,NaOH)或氫氧化鉀(potassium hydroxide,KOH)中。
請參見第1C圖，使用第一導電類型之擴散源，使纖維化受光面101a、通孔104之側壁與纖維化非受光面102a形成第一導電類型半導體層106。第一導電類型可以為N型或P型，其中N型導電類型由摻雜磷(P)、砷(As)、銻(Tb)等雜質(dopant)而得。P型導電類型由摻雜硼(B)、鋁(Al)、鍺(Ge)、銦(In)等雜質而得。
於一實施例中，當第一導電類型為N型時，使用三氯氧磷(POCl3 )擴散源，以於纖維化受光面101a、通孔104之側壁與纖維化非受光面102a之上形成N+ 層106。於另一實施例中，當第一導電類型為P型時，使用三溴化硼(BBr3 )擴散源，以於纖維化受光面101a、通孔104之側壁與纖維化非受光面102a之上形成P+ 層106。
請參見第1D圖，於位在纖維化受光面101a之上的第一導電類型半導體層106之上形成抗反射層(anti-reflective coating,ARC) 108。抗反射層(ARC) 108之材料為一介電材料，例如氮化矽(SiN)、二氧化矽(SiO2 )、二氧化鈦(TiO2 )或五氧化二鉭(Ta2 O5 )。形成抗反射層108之方法，例如電漿增強型化學氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、低壓化學氣相沉積法(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)、噴塗法(ink jet printing)或塗佈法(coating method)。於一實施例中，亦可不形成第1C圖之導電類型半導體層106，直接進行第1D圖之步驟，於纖維化受光面101a之上形成抗反射層108。
請參見第1E圖，以鹼性溶液蝕刻纖維化非受光面102a，並進行研磨拋光製程(polishing process)，其中鹼性溶液例如氫氧化鈉(sodium hydroxide,NaOH)或氫氧化鉀(potassium hydroxide,KOH)，使纖維化非受光面102a形成平坦非受光表面102b。之後，於平坦非受光表面102b之上形成第一電極層110。第一電極層110之形成方法包括模版印刷(screen printing)、噴墨印刷(ink jet printing)、電鍍(electroplating)或無電極電鍍(electroless plating)。
第1F圖顯示形成第二電極層112之步驟，其中第二電極層112可分為三個區域，分別為位於抗反射層108之上的第一區域第二電極層112a、位於通孔104中的第二區域第二電極層112b與位於平坦非受光面102b之上的第三區域第二電極層112c。
形成第一區域第二電極層112a之方法同於形成第一電極層110之方法，在此不再贅述。形成第二區域第二電極層112b與第三區域第二電極層112c之方法包括利用模版印刷(screen printing)將含有第二電極層之膠料填入通孔104內，之後進行高溫共燒(co-firing)，使膠料與第一區域第二電極層112a相互鎔融，以形成第二電極層112。此處之高溫溫度約大於700℃~850℃，較佳為約730℃~800℃，更佳為約750℃~770℃。
於一實施例中，第一區域第二電極層112a由銀或銀合金所組成，而第二區域第二電極層112b與第三區域第二電極層112c由含有銀之膠料所組成。膠料中除了銀之後，尚包括玻璃與有機溶劑，其中銀作為導電之主要材料，玻璃作為黏著劑，有機溶劑則有助於模版印刷(screen printing)之進行。
於一實施例中，當第一導電類型為N型時，第二導電類型為P型時，半導體基板100為N型，第一電極層110為鋁或鋁合金，第二電極層112為銀或銀合金。
於另一實施例中，當第一導電類型為P型時，第二導電類型為N型時，半導體基板100為P型，第一電極為銀或銀合金，第二電極層為鋁或鋁合金。
請參見第1G圖，此圖顯示太陽能電池經過高溫共燒(co-firing)之後的剖面圖。經過高溫共燒之後，可使通孔104內膠料與位於纖維化受光面101a上的第二電極層112a共同形成第二電極層112，且共燒之後，位於纖維化受光面101a之上的第一導電類型半導體層106會穿透抗反射層108，使第一導電類型半導體層106與第二電極層112電性接觸。此外，經過共燒之後，於半導體基材100之非收光面102b之上形成第二導電類型半導體層114，其中第二導電類型與第一導電類型相反，且第二導電類型半導體層114延伸至半導體基材100中並相鄰於第一電極層110。需注意的是，第二導電類型半導體層114不會和第二電極112接觸。
於第1G圖中，第一電極層110之面積等於第二導電類型半導體層114之面積。於另一實施例中，第一電極層110之面積小於第二導電類型半導體層114之面積。
於一實施例中，使用鋁作為第一電極層110時，因為鋁可作為P型摻雜劑，因此當高溫燒結時，鋁會擴散到半導體基板100中，以形成P+ 層114。
此處須注意的是，經過高溫共燒的步驟，可使得第三區域第二電極層112c的膠料與第一導電類型半導體基板100之間的附著力佳，以利於後續的模組封裝製程(module package process)。
此外，於另一實施例中，亦可使用氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)之方法直接形成第二導電類型半導體層114，例如，將矽甲烷(SiH4 )與硼化氫(B2 H6 )通入腔體中， 使用電漿增強型化學氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)，以形成P+ 層114。
於另一實施例中，亦可將矽甲烷(SiH4 )與磷化氫(PH3 )通入腔體中，使用電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)，以形成N+ 層114。
此處須注意的是，由於本發明之PN介面形成於第二導電類型半導體層114與第一導電類型半導體基板100之間，亦即PN介面形成於平坦非受光面102b上，所以進行高溫燒結時，膠料不會穿過PN介面，因此可提高太陽能電池10之並聯電阻(Rsh )，以有效減少漏電流的產生。
請參見第2圖，此圖顯示本發明之太陽能電池20之另一實施例。第2圖與第1G圖之差別僅在於第2圖中不形成第一導電類型半導體層106，因此，可以簡化製程步驟。第2圖之其他元件與其形成方法皆與第1A~1G圖相同，在此不再贅述。
於第二實施例中，PN介面亦形成於平坦非受光面102b之上，所以進行高溫燒結時，膠料不會穿過PN介面，因此可提高太陽能電池10之並聯電阻(Rsh )，以有效減少漏電流的產生。
綜上所述，本發明之太陽能電池10、20不但能使通孔中的膠料與半導體基板之間的附著力佳，且不會降低電池的並聯電阻(Rsh )，可有效改善漏電流的情形。
【實施例】
實施例
請參見第1G圖，實施例中之太陽能電池包括：N型半導體基板100，N型半導體層106位於纖維化受光面101a之上，以及P型半島體層114位於平坦非受光面102b之上且延伸至N型半導體基板100中，第一電極層110為鋁，而第二電極層112為銀，因此，實施例中PN介面位於平坦非受光面102b之上。
比較例
比較例與實施例之差別在於比較例使用P型半導體基板，因此，比較例之PN介面位於受光面上。
表1顯示實施例 與比較例 之開路電壓(open-circuit voltage，Voc )、短路電流(short-circuit current，Jsc )、填充因子(fill factor)、電池轉換效率(power conversion efficiency)與並聯電阻(shunt resistance，Rsh )之數據，其中並聯電阻(Rsh )用於定義太陽能電池之漏電流大小，當並聯電阻越大時，表示漏電流越小。由表1中得知，並聯電阻由3.288 Ohm變成9.496 Ohm，由此可知，本發明之太陽能電池結構確實可以改善漏電流之情形。
第3圖中顯示實施例 與比較例 之開路電壓(open-circuit voltage，Voc )與短路電流(short-circuit current，Jsc )之關係圖，由開路電壓為0 V附近，實施例之短路電流值之斜率小於比較例之斜率，由此可知，實施例之漏電流低於比較例之漏電流。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬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，當可作任意之更動與潤飾，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。
10、20．．．太陽能電池
100．．．第一導電類型半導體基板
101．．．受光面
101a．．．纖維化受光面
102．．．非受光面
102a．．．纖維化非受光面
102b．．．平坦非受光面
104．．．通孔
106．．．第一導電類型半導體層
108．．．抗反射層
110．．．第一電極層
112．．．第二電極層
112a．．．第一區域第二電極層
112b．．．第二區域第二電極層
112c．．．第三區域第二電極層
114．．．第二導電類型半導體層
第1A~1G圖為一系列剖面圖，用以說明本發明一較佳實施例之太陽能電池的製作流程。
第2圖為一系列剖面圖，用以說明本發明另一較佳實施例之太陽能電池的結構。
第3圖為一關係圖，用以說明本發明之實施例與比較例之開路電壓(Voc )與短路電流(Jsc )之關係圖
10．．．太陽能電池
100．．．第一導電類型半導體基板
101a．．．纖維化受光面
102b．．．平坦非受光面
106．．．第一導電類型半導體層
108．．．抗反射層
110．．．第一電極層
112．．．第二電極層
112a．．．第一區域第二電極層
112b．．．第二區域第二電極層
112c．．．第三區域第二電極層
114．．．第二導電類型半導體層

Claims (12)

  1. 一種太陽能電池，包括：一第一導電類型半導體基板，其中該第一導電類型半導體基板包括一受光面、一非受光面與複數個通孔(through hole)從該受光面延伸至該非受光面；一第二導電類型半導體層，形成於該非受光面之上且延伸至該第一導電類型半導體基板中，其中該第二導電類型與該第一導電類型相反；一第一電極層，形成於該第二導電類型半導體層之上；以及一第二電極層，形成於該受光面之上且穿過該通孔延伸至該非受光面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，尚包括：一抗反射層，位於該受光面之上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中該抗反射層包括介電材料。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中該抗反射層包括氮化矽(SiN)、二氧化矽(SiO2 )、二氧化鈦(TiO2 )或五氧化二鉭(Ta2 O5 )。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，尚包括：一第一導電類型半導體層，位於該受光面之上與該通孔之側壁上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能電池，尚包括：一抗反射層位於該第一導電類型半導體層之上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第二電極層包括：一第一區域第二電極層，形成於該抗反射層之上；一第二區域第二電極層，形成於該通孔中；以及一第三區域第二電極層，形成於該非受光面之上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一導電類型為N型，該第二導電類型為P型。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一導電類型為P型，該第二導電類型為N型。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一電極層與該第二電極層各自包括鋁、銀或上述之合金。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一電極層之面積小於或等於該第二導電類型半導體層之面積。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第二導電類型半導體層不會和該第二電極接觸。
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