TWI524545B - Method of Making Solar Cell Structure - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種太陽電池，特別是有關於一種晶矽太陽電池的製作方法。
單晶矽的組成原子均按照一定的規則，週期性地排列，它的製作方法是把矽金屬(純度為99.999999999%，11個9)熔融於石英坩堝中，然後把晶種插入液面，以每分鐘2~20轉的速率旋轉，同時以每分鐘0.3~10毫米的速度緩慢的往上拉引，如此即可形成一直徑4~8吋單晶矽碇，此製作方法稱為柴氏長晶法(Czochralski method)，用單晶矽製成的太陽電池，效率高且性能穩定，目前已被廣泛的應用。
近年來國際石油價格不斷攀升，且核能安全堪憂。而台灣的能源仰賴進口煤炭與核能發電，火力發電與核能發電佔了台灣發電比例的絕大多數，為了降低對於進口的依賴程度和在台灣核能設施過於老舊使人受到生命威脅的情況下，再生能源對於台灣這塊土地來說，需要受到相當大的重視。
在眾多的再生能源中，以太陽電池最為適合普遍地開發，因為台灣地處亞熱帶區，一年來日照豐沛，且台灣在太陽電池製造上有非常大的優勢，如半導體產業技術成熟，在全球太陽電池出貨中佔據要角，因此極具發展半導體太陽電池優勢。
以現今發展的太陽電池製作步驟，首先以RCA清洗流程清洗基板表面，之後結構化基板表面，並使用酸性溶液清洗結構化表面，再來使用擴散製程製作P型半導體層或是N型半導體層於基板表面上，而擴散P型半
導體層或N型半導體層是取決於基板的型態，目前皆以P型半導體參雜矽當作基板，再高溫擴散N型半導體參雜層，再來使用蝕刻方式蝕刻擴散後基板邊緣，再來也是用蝕刻方式去除基板表面氧化物，接著在基板表面製作抗反射層，最後再製作金屬電極。
由上列製作流程中，可以得知太陽電池的製作是需要經過多項不同製程所結合起來的。因此如何增加太陽電池的效率值與簡化在製程中所投資的成本是一項非常重要的課題，而其中以抗反射技術最為重要，例如表面以酸性溶液蝕刻或是在表面備製抗反射層皆被廣泛應用，然而表面以酸性溶液蝕刻或是在表面備製抗反射層，皆需要多道製程，而增加製造成本；又在製作抗反射層之後，再製作金屬電極，於製作金屬電極之過程中，會減損抗反射膜之效用，因而會降低抗反射之作用，進而減少進光量，而降低太陽電池效率。
有鑒於此，為了提升晶矽太陽電池效率，本發明將高介電材料二氧化鉿(HfO2)當鈍化層提供高性能的保護效果，同時於製作金屬電極之後，再利用微球結構製備抗反射層，以避免抗反射層的性能減損。
本發明結構包括一P型金屬接觸電極、一P型半導體層、一單晶P型基板、一N型半導體層、一N型金屬接觸電極、一表面鈍化層以及一微球狀結構化抗反射層，其中該N型半導體層與該P型半導體層分別位於該單晶P型基板之上側與下側，該P型金屬接觸電極位於該P型半導體層之下側，該表面鈍化層位於該N型半導體層上側，該N型金屬接觸電極具特定的圖案分佈且穿過該表面鈍化層與該N型半導體層連接，而該微球狀結構化抗反射層位於不具該N型金屬接觸電極的該表面鈍化層上側。
又本發明為先製作該表面鈍化層於該N型半導體層上側，再讓該N型金屬接觸電極具特定的圖案分佈於該表面鈍化層上側，且其經烘烤後，該N型金屬接觸電極為穿過該表面鈍化層與該N型半導體層連接，最後才於不具該N型金屬接觸電極的該表面鈍化層上側形成該微球狀結構化抗反射層。
據此，該表面鈍化層可以提供高效之保護效果，而該微球狀結構化抗反射層的設置，可以避免太陽光反射，而增加太陽光的通過量，且該微球狀結構化抗反射層為最後製成，因而可以避免該微球狀結構化抗反射層的性能減損，藉以提昇太陽電池效率。
10‧‧‧P型金屬接觸電極
20‧‧‧P型半導體層
30‧‧‧單晶P型基板
40‧‧‧N型半導體層
50‧‧‧N型金屬接觸電極
60‧‧‧表面鈍化層
70‧‧‧微球狀結構化抗反射層
圖1為本發明較佳實施例之結構示意圖。
圖2A為本發明半成品之結構示意圖一。
圖2B為本發明半成品之結構示意圖二。
茲有關本發明的詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
請參閱「圖1」所示，本發明結構包括一P型金屬接觸電極10、一P型半導體層20、一單晶P型基板30、一N型半導體層40、一N型金屬接觸電極50、一表面鈍化層60以及一微球狀結構化抗反射層70，其中該N型半導體層40與該P型半導體層20分別位於該單晶P型基板30之上側與下側，該P型金屬接觸電極10位於該P型半導體層20之下側，該表面鈍化層60位於該N型半導體層40上側，該N型金屬接觸電極50具特定的圖案分佈且穿過該表
面鈍化層60與該N型半導體層40連接，而該微球狀結構化抗反射層70位於不具該N型金屬接觸電極50的該表面鈍化層60上側。
又接觸該N型半導體層40的單晶P型基板30的表面，可以為鋸齒狀表面，其可讓該N型半導體層40、該表面鈍化層60與該微球狀結構化抗反射層70皆具有鋸齒狀表面，因而可以增加抗反射之效果，而增加太陽電池結構的電池效率。
而本發明的製造方法，首先為取一單晶P型基板30，將該單晶P型基板30用丙酮清洗10分鐘，乙醇清洗10分鐘，去離子水(DI Water)清洗10分鐘，再以攝氏100度烘乾10分鐘。
而該N型半導體層40形成於該單晶P型基板30之方式，為使用一旋轉塗佈機將磷擴散溶液均勻旋塗至該單晶P型基板30上，讓該單晶P型基板30為塗佈有磷，其轉速設定成兩階段，其第一轉轉速為1000rpm，時間為15秒，第二轉轉速為3000rpm，時間為20秒。再將該單晶P型基板30放置通入氮氣的高溫爐管中，並以攝氏200度烘烤，烘烤時間為15分鐘，以烘乾表面擴散源有機物。接著將該單晶P型基板30放置於快速退火爐中，先將其抽真空，待真空抽至100毫托耳(mtorr)以下再通入氮氣，其氮氣維持在4-6托耳(torr)，退火溫度為攝氏950度，持續約60秒，即完成該N型半導體層40的製作。
且在形成該N型半導體層40於該單晶P型基板30之前，該單晶P型基板30接觸該N型半導體層40的表面，可以藉由蝕刻製程形成鋸齒狀表面，即可讓該N型半導體層40、該表面鈍化層60與該微球狀結構化抗反射層70皆具有鋸齒狀表面。
而該P型半導體層20形成於該單晶P型基板30下之方式，為使用旋轉塗佈機將硼擴散溶液均勻旋塗至該單晶P型基板30上，讓該單晶P型基板
30為塗佈有硼，其轉速設定成兩階段，其第一轉轉速為2000rpm，時間為10秒，第二轉轉速為3000rpm，時間為20秒。將該單晶P型基板30放置通入氮氣的高溫爐管中，並以攝氏200度烘烤，烘烤時間為15分鐘，以烘乾表面擴散源有機物。接著再將該單晶P型基板30放置快速退火爐中，先將其抽真空，待真空抽至100毫托耳(mtorr)以下在通入氮氣，其氮氣維持在4-6托耳(torr)，退火溫度為攝氏950度，持續約60秒，即完成該P型半導體層20的製作。
而該表面鈍化層60的製作方式，為使用一濺鍍機系統沉積二氧化鉿(HfO2)薄膜，射頻(rf)功率控制在100-300瓦(W)，並通入95%氬(Ar)氣與5%氧氣，時間為4分鐘，腔體壓力控制在5毫托耳(mtorr)，厚度約為80奈米(nm)。
請再一併參閱「圖2A」與「圖2B」，而該N型金屬接觸電極50的製作方式，為以熱蒸鍍機系統蒸鍍鋁於該表面鈍化層60上(如「圖2A」)，其厚度約為150奈米(nm)，且該N型金屬接觸電極50在形成之後，更經過一烘烤程序，藉由該烘烤程序，讓該N型金屬接觸電極50滲透該表面鈍化層60而進入與該N型半導體層40連結(如「圖2B」)。
同樣的，該P型金屬接觸電極10的製作方式，為以熱蒸鍍機系統蒸鍍鋁於該P型半導體層20下，其厚度約為300奈米(nm)。
最後，該微球狀結構化抗反射層70的製作方式，為使用旋轉塗佈機將該微球狀結構化抗反射層70的材料，二氧化矽(SiO2)顆粒粉末溶液均勻的塗佈在該表面鈍化層60具有該N型金屬接觸電極50的一側上，此階段控制第一轉在1000rpm，旋塗時間10秒，第二轉控制在1000-5000rpm，旋塗時間20-40秒。將旋塗好的結構放置高溫退火爐內，進行攝氏300度、時間10分鐘的處理，目的將二氧化矽(SiO2)顆粒內部結晶更凝聚。
如上所述，本發明於太陽電池結構之內，形成表面鈍化層與微球狀結構化抗反射層，透過該表面鈍化層可以提供保護效果，而該微球狀結構化抗反射層的設置，可以增加太陽光的通過量，又該微球狀結構化抗反射層的製作為在製作P型金屬接觸電極與N型金屬接觸電極之後，因而可以維持良好的抗反射作用，可藉以提昇太陽電池效率。
10‧‧‧P型金屬接觸電極
20‧‧‧P型半導體層
30‧‧‧單晶P型基板
40‧‧‧N型半導體層
50‧‧‧N型金屬接觸電極
60‧‧‧表面鈍化層
70‧‧‧微球狀結構化抗反射層
Claims (6)
- 一種如申請專利範圍第1項所述之太陽電池結構的製作方法，其中為先製作該表面鈍化層於該N型半導體層上側，再讓該N型金屬接觸電極具特定的圖案分佈於該表面鈍化層上側，且經烘烤後，讓該N型金屬接觸電極穿過該表面鈍化層與該N型半導體層連接，最後才於不具該N型金屬接觸電極的該表面鈍化層上側形成該微球狀結構化抗反射層，且該N型半導體層形成於該單晶P型基板之方式，為使用一旋轉塗佈機將磷擴散溶液均勻旋塗至該單晶P型基板上，其轉速設定成兩階段，其第一轉轉速為1000rpm，時間為15秒，第二轉轉速為3000rpm，時間為20秒，接著再將該單晶P型基板放置通入氮氣的高溫爐管中，並以攝氏200度烘烤，烘烤時間為15分鐘，以烘乾表面擴散源有機物，接著將該單晶P型基板放置快速退火爐中，先將其抽真空，待真空抽至100毫托耳以下在通入氮氣，其氮氣維持在4-6托耳，退火溫度為攝氏950度，持續約60秒，即完成該N型半導體層的製作。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池結構的製作方法，其中在形成該N型半導體層於該單晶P型基板之前，該單晶P型基板接觸該N型半導體層的表面，藉由蝕刻製程形成鋸齒狀表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池結構的製作方法，其中該P型半導體層形成於該單晶P型基板下之方式，為使用一旋轉塗佈機將硼擴散溶液均勻旋塗至該單晶P型基板上，其轉速設定成兩階段，第一轉轉速為2000rpm，時間為10秒，第二轉轉速為3000rpm，時間為20秒，將該單晶P型基板放置通入氮氣的高溫爐管中，並以攝氏200度烘烤，烘烤時間為15分鐘，以烘乾表面擴散源有機物，接著再將該單晶P型基板放置快速退火爐中，先將其抽真空，待真空抽至100m托 耳以下在通入氮氣，其氮氣維持在4-6托耳，退火溫度為攝氏950度，持續約60秒，即完成該P型半導體層20的製作。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池結構的製作方法，其中該表面鈍化層的製作方式，為使用一濺鍍機系統沉積二氧化鉿薄膜，射頻功率控制在100-300瓦，並通入95%氬氣與5%氧氣，時間為4分鐘，腔體壓力控制在5毫托耳，厚度約為80奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池結構的製作方法，其中該N型金屬接觸電極的製作方式，為以熱蒸鍍機系統蒸鍍鋁於該表面鈍化層上，其厚度約為150奈米，且該N型金屬接觸電極在形成之後，更經過一烘烤程序，藉由該烘烤程序，讓該N型金屬接觸電極滲透該表面鈍化層而進入與該N型半導體層連結。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池結構的製作方法，其中該微球狀結構化抗反射層的製作方式，為使用旋轉塗佈機將該微球狀結構化抗反射層的材料，二氧化矽顆粒粉末溶液均勻的塗佈在該表面鈍化層具有該N型金屬接觸電極的一側上，此階段控制第一轉在1000rpm，旋塗時間10秒，第二轉控制在1000-5000rpm，旋塗時間20-40秒，將旋塗好的結構放置高溫退火爐內，進行攝氏300度、時間10分鐘的處理，目的將二氧化矽顆粒內部結晶更凝聚。
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