TWI574425B - 太陽能電池及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種太陽能電池及其製備方法。
在太陽能電池領域中，為使入射光能夠多重反射、多重利用，受光面積增大，使光線被吸收機會增加，太陽電池表面粗糙結構化(texture)設計已是必然步驟。太陽能電池會經由粗糙化蝕刻在入光面形成大小不一的金字塔形狀，目的是為了增加光的有效路徑增加，進而增加太陽光的吸收率。在粗糙化蝕刻過程中，因為蝕刻液會對矽晶片(100)表面進行蝕刻，進而暴露出(111)的截面，產生金字塔形結構。
然而，各金字塔形結構的底部之間形成的谷部若太小，則殘留在谷部的金屬雜質在後續清洗製程中不易清洗乾淨，進而影響太陽能電池的開路電壓與光電轉換效能。
根據本發明之多個實施方式，係提供一種太陽
能電池，包含：一半導體基板，具有一入光面，入光面具有多個金字塔形結構，其中各個金字塔形結構包含一頂端，任兩相鄰之該些金字塔形結構間具有一谷部，谷部具有一曲率半徑介於25~500nm；一射極層，位於該半導體基板內且靠近該入光面；以及一電極，位於該半導體基板上。
在某些實施方式中，太陽能電池為異質接面太陽能電池(Hetero-Junction Solar Cell)，且射極層為硼的P型摻雜。
在某些實施方式中，更包含一反射層，覆蓋在射極層上。
本發明之多個實施方式，係提供一種製造太陽能電池之方法，製備方法包含：提供一半導體基板，半導體基板具有一製程面；在製程面上進行粗糙化蝕刻形成多個金字塔形結構，其中任兩相鄰之多個金字塔形結構間具有一谷部；氧化金字塔形結構的表面以形成一氧化層，使各個谷部未被氧化的部分形成一圓滑化結構；以及移除氧化層使圓滑化結構露出。
在某些實施方式中，在移除氧化層之後，更包含對製程面進行一摻雜製程，以形成一射極層於半導體基板內且靠近製程面。
在某些實施方式中，在形成射極層之後，更包含形成一抗反射層於射極層上。
在某些實施方式中，形成該氧化層的方法包含使
用大氣常壓電漿。
在某些實施方式中，蝕刻氧化層包含使用一蝕刻劑，且蝕刻劑包含HF、HCl或其組合。
在某些實施方式中，大氣常壓電漿的功率介於1~2.5KW。
在某些實施方式中，更包含形成多個電極接觸射極層。
為使本發明之上述及其他目的、特徵和優點更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖示詳細說明如下。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧半導體基板
120‧‧‧頂端
130‧‧‧谷部
150‧‧‧氧化層
132‧‧‧虛線框標示之谷部
200‧‧‧太陽能電池
210‧‧‧半導體基板
260‧‧‧射極層
270‧‧‧抗反射層
280‧‧‧電極
第1A-1C圖係繪示依照本發明一實施方式之一種太陽能電池之製造方法之各製程階段的剖面示意圖。
第1D圖係繪示第1C圖中谷部之圓滑化結構之放大示意圖。
第2圖係繪示根據本發明某些實施方式之一種太陽能電池之剖面示意圖。
以下將詳細討論本實施例的製造與使用，然
而，應瞭解到，本發明提供實務的創新概念，其中可以用廣泛的各種特定內容呈現。下文敘述的實施方式或實施例僅為說明，並不能限制本發明的範圍。
此外，在本文中，為了易於描述圖式所繪的某個元件或特徵和其他元件或特徵的關係，可能會使用空間相對術語，例如「在…下方」、「在…下」、「低於」、「在…上方」、「高於」和類似用語。這些空間相對術語意欲涵蓋元件使用或操作時的所有不同方向，不只限於圖式所繪的方向而已。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或定於另一方向)，而本文使用的空間相對描述語則可相應地進行解讀。
以下提供各種關於太陽能電池及其製作方法的實施例，其中詳細說明此太陽能電池的結構和性質以及此太陽能電池的製備步驟或操作。
本發明揭露一種太陽能電池。第1A至1C圖係繪示依照本發明一實施方式之一種太陽能電池之製造方法之各製程階段的剖面示意圖。請參照第1A圖，在一半導體基板110的製程面上進行粗糙化蝕刻形成包含多個金字塔形結構的粗糙面以減少反射光的損失。在一實施例中，使用氫氧化鉀的鹼性蝕刻溶液對半導體基板110之(100)表面進行蝕刻，進而暴露出(111)的截面，產生多個金字塔形結構。這些金字塔形結構的大小可以均勻或不同(隨機分佈)。各個金字塔形結構具有一頂端120，而且任意兩個金字塔形結構的底部間具有一谷部130。在另外某些實施例中，上述的金
字塔形結構也可是其他形狀的的凸起結構。
半導體基板110可為N型或P型，半導體基板110可以使用非晶矽(amorphous silicon)、多晶矽(poly crystalline)、GaAs、InGaP等半導體或三五族半導體材料。當使用不同半導體基板110的材料時，可相對應使用不同之蝕刻液或蝕刻方式以形成包含多個金字塔形結構之粗糙表面。在一些實施例中，蝕刻製程可以使用非等向性蝕刻或等向性蝕刻；也可使用化學酸性蝕刻製程(蝕刻液例如為氫氟酸或硝酸)或化學鹼性蝕刻製程(蝕刻液例如為氫氧化鉀或異丙醇)。在此技術領域中具有通常知識者應當了解，這些製程條件僅是為了說明，在維持實施例的範圍裡可以使用任意適合的製程條件。
在第1B圖中，完成包含多個金字塔形結構的粗糙面後，對半導體基板110之粗糙面進行氧化，使粗糙面中各金字塔形結構的表面形成氧化層150，並使各谷部130未被氧化的部分形成一個圓滑化結構132。在一實施例中，使用大氣常壓電漿(Atmospheric-pressure Plasma,AP)氧化金字塔形結構的表面以形成氧化層150。大氣常壓電漿的功率介於1~2.5KW，例如1.2KW、1.4KW、1.6KW、1.8KW、2KW或2.2KW，較佳為1.4-2.0KW。任何習知之氧化製程都可以使用於氧化金字塔形結構的表面以形成氧化層150，例如熱氧化製程。
在第1C圖中，移除在金字塔形結構表面形成之氧化層150，露出谷部130之圓滑化結構132。在一實施例
中，使用濕式蝕刻，蝕刻液包含HF、HCl或其組合。也可以使用乾式蝕刻或反應式離子蝕刻(Reactive Ion Etch,RIE)。在一實施例中，蝕刻製程為過蝕刻(Over Etching)以確保氧化層150完全被移除。
第1D圖繪示上述谷部的圓滑化結構132之放大示意圖。谷部的圓滑化結構132具有一曲率半徑(rv)介於25-500nm，例如50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm或450nm，較佳為100-350nm。需要注意的是，各個谷部130之圓滑化結構132在形成氧化層150時已經形成，藉由蝕刻將氧化層150移除後使圓滑化結構132露出。
在進行粗糙化蝕刻形成多個金字塔形結構後，若金字塔形結構底部間的谷部130過於狹小，則金屬雜質容易殘留其中，在後續的製程中也不易去除，而殘留的金屬雜質會影響太陽能電池的光電轉換效率和開路電壓(Voc)，因此谷部130圓滑化結構132之曲率半徑不能太小。如果金字塔形結構底部間的谷部130圓滑化結構132之曲率半徑太大，則會降低光電轉換效率，因為對於金字塔形結構的凹凸表面形貌進行氧化時，體積膨脹導致在半導體基板110中產生較大的應力，如果這些應力超過了半導體基板110表面的臨界剪切應力，將會形成錯位類型的缺陷導致載子複合機率增加進而減少了太陽能電池的光電轉換效率。
表1為依據本發明之一實施例所得之太陽能電池的效能數據。對照組為谷部130無圓滑化結構之太陽能電池；實驗組為谷部130有圓滑化結構132之太陽能電池，其中氧化金字塔形結構表面之方法為使用大氣常壓電漿，大氣常壓電漿之功率為1.6KW。從表1可得知，谷部130有圓滑化結構132之太陽能電池平均光電轉換效率提高0.11%，而開路電壓提升0.003V。
如第2圖所示，在移除金字塔形結構表面形成之氧化層150後，可以對半導體基板110之製程面進行一摻雜製程，以形成一射極層260於半導體基板內且靠近製程面。摻雜製程使用的摻質之導電型和半導體基板110之導電型不同，在一實施例中，半導體基板110為P型而摻質為N型，例如單晶矽太陽能電池或多晶矽太陽能電池，半導體基板110為P型，摻質可為N型的磷。在另一實施例中，半導體基板110為N型而摻質為P型，例如異質接面太陽能電池(Heterojunction Solar Cell)，半導體基板110為N型，摻質可為P型的硼。射極層260可為任何習知之射極，例如選擇性射極。
在一實施例中，形成射極層260後可在射極層260上面形成一抗反射層270增加太陽能電池的光吸收，進而提高太陽能電池的轉換效率。抗反射層的類型可以為例如單層抗反射薄膜、多層抗反射薄膜、次波長結構抗反射層或奈米結構抗反射層。抗反射層270可以使用電漿輔助化學氣
相沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)或其他習知方式沉積於射極層260上。
在一實施例中，形成抗反射層270後可以形成多個電極280接觸射極層260，電極280可為任何習知之電極，例如指狀電極。在一實施例中，使用網印機將金屬膏塗抹在晶片上，然後經過高溫火烤形成電極。
本發明之實施例的優點是一種金字塔形結構底部間的谷部具有圓滑化結構的太陽能電池，此種太陽能電池能減少金屬雜質殘留以提升光電轉換效率以及開路電壓。
以上概述數個實施例使熟悉此項技藝人士得以更加理解此揭露之各個部分。熟悉此項技藝人士應可理解並得以此為基礎據以設計或修正其他合成及結構以實施與此同樣之目的且/或具與此介紹相同優點之實施例。熟悉此項技藝人士者亦可理解在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之置換、替代及更動。
200‧‧‧太陽能電池
210‧‧‧半導體基板
260‧‧‧射極層
270‧‧‧抗反射層
280‧‧‧電極
Claims (6)
- 一種製造太陽能電池的方法，包含：提供一半導體基板，該半導體基板具有一製程面；在該製程面上進行粗糙化蝕刻形成多個凸起結構，其中任兩相鄰之該些凸起結構間具有一谷部；使用一大氣常壓電漿(Atmospheric-pressure Plasma)製程氧化該些凸起結構的表面以形成一氧化層，使各該谷部未被氧化的部分形成一圓滑化結構；以及移除該氧化層使該圓滑化結構露出。
- 如請求項1所述之製造太陽能電池的方法，在移除該氧化層之後，更包含對該製程面進行一摻雜製程，以形成一射極層於該半導體基板內且靠近該製程面。
- 如請求項2所述之製造太陽能電池的方法，更包含形成一抗反射層於該射極層上。
- 如請求項1所述之製造太陽能電池的方法，其中蝕刻該氧化層包含使用一蝕刻劑，且該蝕刻劑包含HF、HCl或其組合。
- 如請求項1所述之製造太陽能電池的方法，其中該大氣常壓電漿的功率介於1~2.5KW。
- 如請求項3所述之製造太陽能電池的方法，更包含形成多個電極接觸該射極層。
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