CN101304057A - 具平坦接触区的太阳能电池及其制程 - Google Patents

具平坦接触区的太阳能电池及其制程 Download PDF

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Abstract

一种具平坦接触区的太阳能电池制程,其是在太阳能基板表面布置遮幕,并定义布置该遮幕的表面局部为接触区且定义布置该遮幕的表面局部以外区域为裸露区;接着蚀刻该裸露区而使得该太阳能基板表面的裸露区粗糙化后,将太阳能基板表面遮幕移除;最后则是在该太阳能基板表面的接触区布置上一导电层。因此使得该太阳能基板具有一P型半导体层、一N型半导体层以及一导电层,且其中该N型半导体层形成于该P型半导体层上方,该裸露区为一粗糙表面,该接触区为平坦的表面,以及该导电层布置于该接触区。

Description

具平坦接触区的太阳能电池及其制程
技术领域
本发明关于一种具平坦接触区的太阳能电池及其制程,其特别是利用遮幕改善太阳能电池所铺设的电极与太阳能基板之间的接触性。
背景技术
习知的硅太阳能电池制程中,在电极制作之前,必须经过掺杂、蚀刻、热处理等制程,并利用化学蚀刻在芯片表面进行方向性蚀刻而形成粗糙的微结构,以增加光在太阳能电池中的行进路线,进而降低太阳能电池表面的光反射率。然而,此微结构产生的位置若为电极所在位置,则易对太阳能电池的效能产生不良影响。
其中,参考图1所示,其为一习知未使用本发明具平坦接触区的太阳能电池及其制程,其为一太阳能基板A1表面经由化学蚀刻在表面进行方向性蚀刻后布置上一电极A2,由于该电极A2所在位置的太阳能基板A1表面为光生载子(photo-carrier)的必经之路,若因蚀刻产生缺陷A3存在于该太阳能基板A1与电极A2接触处,影响将会特别显著。然而据选择性的方向性组织蚀刻过程中,必定会造成与该电极A2的接触表面劣化与基板中的组织缺陷扩大,使得将原本可藉由后处理而修补的该缺陷A3再也无法修补。这样的结果下,不但会增加该缺陷A3的表面积,也会增加再回复(recombination)中心与载子在传递过程中被捕捉与散射的机率以及减少能收集到的光电流,以至于使得太阳能电池的效率下降。另外,前述状况如果更严重的话,太阳能电池基板A1中产生较深的凹坑(pit)A4,该凹坑A4的形成会使得电极A2在操作时发生熔穿而产生一通道A5,并由该通道A5造成漏电流大增,以致于太阳能电池效能严重降低,甚至是产生不良品。
目前相关的改良方式有使用微影技术(lithography)或是雷射制程等,以达成具选择性的(selective area)方向性组织蚀刻或是移除不佳的电极接触面,但此类方法均需精准的对准技术、昂贵设备与较长的制程时间,且与目前主流性太阳能电池制程兼容性较低,因此仅适用于少量特殊规格的太阳能电池制造。
故本发明的发明人有鉴于习知太阳能电池的缺失,乃亟思发明一种具平坦接触区的太阳能电池及其制程。
发明内容
本发明主要目的为在方向性组织蚀刻后于电极布置区仍能维持平整,减少后续电极布置时,太阳能基板与电极接口缺陷的产生,而得以提升太阳能电池效率。
本发明另一目的为在方向性组织蚀刻后于电极布置区仍能维持平整,避免因方向性蚀刻导致太阳能基板电极布置区有凹坑产生,使电极不易搜集光电子。
本发明再一目的为可利用网印制程进行蚀刻步骤前的遮幕布置以及蚀刻步骤后的电极布置,不但与目前的太阳能电池制程完全兼容,且可以不需要半导体黄光制程,因此具有快速以及低成本的优点。
基于前述一种具平坦接触区的太阳能电池制程,其是在太阳能基板表面布置遮幕,并定义布置该遮幕的表面局部为接触区且定义布置该遮幕的表面局部以外区域为裸露区;接着蚀刻该裸露区而使得该太阳能基板表面的裸露区粗糙化后,将太阳能基板表面遮幕移除;最后则是在该太阳能基板表面的接触区布置上一导电层。因此使得该太阳能基板具有一P型半导体层、一N型半导体层以及一导电层,且其中该N型半导体层形成于该P型半导体层上方,该裸露区为一粗糙表面,该接触区为平坦的表面,以及该导电层布置于该接触区。
前述的太阳能基板表面的遮幕布置步骤可以使用网印制程形成该遮幕,且该遮幕可使用电路板制程常用的绿漆。前述的太阳能基板表面导电层布置步骤也可以使用网印制程形成该导电层。另外,该太阳能基板表面遮幕布置或太阳能基板表面导电层布置步骤也可以使用半导体黄光制程布置光阻而形成该遮幕。
前述的太阳能基板表面遮幕布置步骤的太阳能基板具有一P型半导体层且该P型半导体层上具有一N型半导体层,亦即事先提供一已经具有P型半导体层和N型半导体层的半导体结构。另外,该太阳能基板表面遮幕布置步骤中,该太阳能基板也可以先提供具有一P型半导体层的半导体结构,且在该太阳能基板表面遮幕移除步骤之后,再藉由参杂具有五个价电子的原子至该太阳能基板的P型半导体层顶端区域,而形成N型半导体层。
前述的太阳能基板表面遮幕移除后可进行一抗反射层布置,其是在该太阳能基板的上表面形成一抗反射层,该抗反射层辅助该太阳能基板减少表面的光反射损失。
因此,本发明的有益效果在于:使用具平坦接触区的太阳能电池及其制程,与目前的太阳能电池制程百分之百兼容,快速且不需高昂的设备,对产业极具实用性;另外其是使用一胶体材料并用网印的硬遮幕保护将与电极接触的芯片表面,在方向性组织蚀刻后仍能维持平整,减少后续网印电极时缺陷的产生,提升太阳能电池效率;其制程方法是利用与太阳能电池电极制作技术相同的网印制程,即可达成选区方向性组织蚀刻与电极接触面优化的效果。
为使熟悉该项技艺人士了解本发明的目的、特征及功效,兹藉由下述具体实施例,并配合图式,对本发明详加说明如后。
附图说明
图1显示习知未使用本发明具平坦接触区的太阳能电池及其制程;
图2a至图2d显示本发明具平坦接触区的太阳能电池一实施例的组件剖面示意图;
图3显示本发明具平坦接触区的太阳能电池制程的操作步骤流程图;
图4显示本发明具平坦接触区的太阳能电池另一实施例的组件剖面示意图;
图5a至图5e显示本发明具平坦接触区的太阳能电池再一实施例的组件剖面示意图;以及
图6显示本发明具平坦接触区的太阳能电池制程的另一操作步骤流程图。
主要组件符号说明
太阳能基板1
P型半导体层11
N型半导体层12
接触区13
裸露区14
导电层15
抗反射层16
遮幕2
溶液3
太阳能基板4
P型半导体层41
N型半导体层42
接触区43
裸露区44
导电层45
遮幕5
溶液6
步骤(301)、(302)、(303)、(304)
步骤(601)、(602)、(603)、(604)、(605)
具体实施方式
参考图2a至图2d以及图3所示,图2a至图2d显示本发明具平坦接触区的太阳能电池一实施例的组件剖面示意图,且图3显示本发明具平坦接触区的太阳能电池制程的操作步骤流程图。本发明具平坦接触区的太阳能电池制程中,其操作步骤包括:步骤(301),其是提供一太阳能基板1,该太阳能基板1具有一P型半导体层11且该P型半导体层11上具有一N型半导体层12,该太阳能基板1的N型半导体层12表面局部定义为接触区13以及局部定义为裸露区14,并于该太阳能基板1表面的接触区13布置一遮幕2,使得该遮幕2足以抵抗一溶液3侵蚀该太阳能基板1表面的接触区13,如图2a所示;步骤(302),其是将表面布置该遮幕2的该太阳能基板1浸泡于该溶液3中,该溶液3不与该遮幕2产生任何化学反应,藉由该溶液3产生化学反应而蚀刻该太阳能基板1表面的裸露区14,该太阳能基板1上的该裸露区14与该溶液3会发生选择性蚀刻作用,使得该太阳能基板1表面的裸露区14产生凹凸不平面而达表面粗糙化效果,其中此粗糙化后的表面可减少光线的反射,以及表面有该遮幕2隔绝的接触区13在经过表面粗糙化过程中仍可保持其表面平整性,如图2b所示;步骤(303),其是移除该太阳能基板1表面的遮幕2,如图2c所示,且当该太阳能基板1表面的遮幕2移除后,该N型半导体层2的接触区13仍维持平整;以及步骤(304),其是在该太阳能基板1表面平整的该接触区13布置上一导电层15,使得该导电层15可作为电极使用,并用以接收该太阳能基板1受光后产生的光电子,如图2d所示。
前述本实施例的遮幕2布置步骤中,可以使用网印制程形成该遮幕2,其中该遮幕2可以是一般印刷电路板制程中常使用的绿漆(green paint)或是其它种光阻。另外,该遮幕2也可以是半导体黄光制程所布置的光阻,并透过曝光显影技术而使得该遮幕2在该太阳能基板1上定义出该接触区13与该裸露区14。前述本实施例的移除该太阳能基板1表面的遮幕2步骤中,则是依据使用印刷电路板制程或半导体制程的方法,移除该太阳能基板1表面的遮幕2。具体来说,该遮幕2通常是一高分子聚合物,并可利用有机溶剂溶解该遮幕2,或是将该遮幕2自该太阳能基板1表面剥离。
再者,前述本实施例在该太阳能基板1该接触区13布置该导电层15的步骤中,可以使用网印制程形成该导电层15。另外,也可以使用印刷电路板制程中的电镀技术或是任何金属导线布置技术,藉以形成该导电层15,或是使用半导体制程中的镀膜技术并经由蚀刻制程或是举离法(lift-off method)等任何金属导线布置技术,藉以形成该导电层15。
基于前述本发明具平坦接触区的太阳能电池及其制程,使得具有该P型半导体层11以及该N型半导体层12的太阳能基板1上,形成平坦的该接触区13与粗糙的该裸露区14。其中不但可以在该太阳能基板1具有粗糙的裸露区14可减少表面光反射损失,且该太阳能基板1具有较平坦的接触区13,使得布置于该接触区13上的该导电层15可减少缺陷的产生,并使得该太阳能基板1中产生的载子在传递至该导电层15的过程中,减少因缺陷而产生的捕捉与散射等效应,以增加最终可收集的光电流而提升太阳能电池效率。
参考图4所示,其显示本发明具平坦接触区的太阳能电池另一实施例的组件剖面示意图。在前述实施例中,本发明具平坦接触区的太阳能电池制程中,可进一步在该太阳能基板1的裸露区14处形成一抗反射层16,藉以辅助该裸露区14减少表面的光反射损失。其中该抗反射层16可在前述实施例的方向性组织蚀刻后以及移除该遮幕2后,接着布置该抗反射层16于该太阳能基板1上。
参考图5a至图5e以及图6所示,图5a至图5e显示本发明具平坦接触区的太阳能电池再一实施例的组件剖面示意图,且图6显示本发明具平坦接触区的太阳能电池制程的另一操作步骤流程图。本发明具平坦接触区的太阳能电池制程的操作步骤包括:步骤(601),其是提供一太阳能基板4,该太阳能基板4具有一P型半导体层41,该太阳能基板4的表面局部定义为接触区43以及局部定义为裸露区44,并于该太阳能基板4表面的接触区43布置一遮幕5,使得该遮幕5足以抵抗一溶液6侵蚀该太阳能基板4表面的接触区43,如图5a所示;步骤(602),其是将表面布置该遮幕5的该太阳能基板4浸泡于该溶液6中,该溶液6不与该遮幕5产生任何化学反应,藉由该溶液6产生化学反应而蚀刻该太阳能基板4表面的裸露区44,该太阳能基板4上的该裸露区44与该溶液6会发生选择性蚀刻作用,使得该太阳能基板4表面的裸露区44产生凹凸不平面而达表面粗糙化效果,其中此粗糙化后的表面可减少光线的反射,以及表面有该遮幕5隔绝的接触区43在经过表面粗糙化过程中仍可保持其表面平整性,如图5b所示;步骤(603),其是移除该太阳能基板4表面的遮幕5,如图5c所示,且当该太阳能基板4表面的遮幕5移除后,该接触区13仍维持平整;步骤(604),其是藉由参杂五个价电子的原子,以使得该太阳能基板4的P型半导体层41顶端区域形成一N型半导体层42,如图5d所示;步骤(605),其是在该太阳能基板4表面平整的该接触区43布置上一导电层45,使得该导电层45可作为电极使用,并用以接收该太阳能基板4受光后产生的光电子,如图5e所示。
基于前述本发明具平坦接触区的太阳能电池及其制程,使得具有该P型半导体层41以及该N型半导体层42的太阳能基板4上,形成平坦的该接触区43与粗糙的该裸露区44。其中不但可以在该太阳能基板4具有粗糙的裸露区44可减少表面光反射损失,且该太阳能基板4具有较平坦的接触区43,使得布置于该接触区43上的该导电层45可减少缺陷的产生,并使得该太阳能基板4中产生的载子在传递至该导电层45的过程中,减少因缺陷而产生的捕捉与散射等效应,以增加最终可收集的光电流而提升太阳能电池效率。
在本实施例中,该太阳能基板4的上表面同样可以形成一抗反射层,藉以辅助该太阳能基板4减少表面的光反射损失。
前述的各个实施例中,该太阳能基板中,该N型半导体层形成于该P型半导体层上方,且一般为了提升捕捉光生电子的机率,该N型半导体层会较薄。实际上,该太阳能基板中,该P型半导体层也可以形成于该N型半导体层上方。本发明主要是针对该太阳能基板表面的接触区以及裸露区的形成,该太阳能基板只要是具有P-N接口即可以成为太阳能电池的太阳能基板,并未限制该P型半导体层与N型半导体层所构成的结构。
以上已将本发明作一详细说明,但以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明申请范围所作的均等变化与修饰等,皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。

Claims (11)

1、一种具平坦接触区的太阳能电池制程,其步骤包括:
太阳能基板表面遮幕布置,其是在一太阳能基板表面区部布置一遮幕,且定义布置该遮幕的表面局部为接触区,定义布置该遮幕的表面局部以外区域为裸露区,其中该遮幕足以抵抗一溶液侵蚀该太阳能基板表面的接触区;
裸露区蚀刻,其是将表面布置该遮幕的该太阳能基板浸泡于前述步骤的溶液中,该溶液以具选择性的方向性蚀刻作用蚀刻该太阳能基板表面的裸露区,使得该太阳能基板表面的裸露区粗糙化;
太阳能基板表面遮幕移除,其是移除该太阳能基板表面的遮幕;以及
太阳能基板表面导电层布置,其是在该太阳能基板表面的接触区布置上一导电层。
2、如权利要求1所述的具平坦接触区的太阳能电池制程,其特征在于:该太阳能基板表面遮幕布置步骤是使用网印制程形成该遮幕。
3、如权利要求2所述的具平坦接触区的太阳能电池制程,其特征在于:该遮幕为绿漆。
4、如权利要求1所述的具平坦接触区的太阳能电池制程,其特征在于:该太阳能基板表面遮幕布置步骤是使用半导体黄光制程布置光阻而形成该遮幕。
5、如权利要求1所述的具平坦接触区的太阳能电池制程,其特征在于:该太阳能基板表面遮幕布置步骤的太阳能基板具有一P型半导体层且该P型半导体层上具有一N型半导体层。
6、如权利要求1所述的具平坦接触区的太阳能电池制程,其特征在于:该太阳能基板表面遮幕布置步骤的太阳能基板具有一P型半导体层,且该太阳能基板表面遮幕移除步骤之后,进一步包括:
藉由参杂具有五个价电子的原子至该太阳能基板的P型半导体层顶端区域,并形成一N型半导体层。
7、如权利要求1所述的具平坦接触区的太阳能电池制程,其特征在于:该太阳能基板表面导电层布置步骤是使用网印制程形成该导电层。
8、如权利要求1所述的具平坦接触区的太阳能电池制程,其特征在于:该太阳能基板表面遮幕移除步骤之后,进一步包括:
抗反射层布置,其是在该太阳能基板的上表面形成一抗反射层,该抗反射层辅助该太阳能基板减少表面的光反射损失。
9、一种具平坦接触区的太阳能电池,其包括:
一太阳能基板,且该太阳能基板进一步包括:
一P型半导体层;
一N型半导体层;以及
一导电层;
其中该太阳能基板的上表面局部形成一裸露区且其它区域形成一接触区,该裸露区为以具选择性的方向性蚀刻作用的粗糙表面,该接触区为平坦的表面;以及该导电层布置于该接触区。
10、如权利要求9所述的具平坦接触区的太阳能电池,其特征在于:该N型半导体层形成于该P型半导体层上方。
11、如权利要求9所述的具平坦接触区的太阳能电池,其特征在于:该太阳能基板的上表面形成一抗反射层。
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