包含一吸光結構的多晶矽太陽能電池及其製造方法

专利摘要:
一種多晶矽太陽能電池製造方法，包含形成一吸光結構於多晶矽基板上，其中吸光結構的能帶間隙相異於多晶矽基板的能帶間隙。因此可以吸收能量大小相異於多晶矽太陽能電池的太陽光線，可以進一步增加多晶矽太陽能電池的光電轉換效率。
公开号:TW201301540A
申请号:TW100122759
申请日:2011-06-29
公开日:2013-01-01
发明作者:Yu-Chou Lee；Ming-Chung Hsu；Shih-Hao Yang
申请人:Tainergy Tech Co Ltd；
IPC主号:Y02E10-00

专利说明:
包含一吸光結構的多晶矽太陽能電池及其製造方法
本發明係關於一種多晶矽太陽能電池及其製造方法，尤其關於一種包含至少一吸光層的多晶矽太陽能電池及其製造方法。
圖1顯示習知之多晶矽太陽能電池製造方法的流程圖。圖2顯示一習知多晶矽太陽能電池之剖面示意圖。如圖1及圖2所示，多晶矽太陽能電池製造方法包含以下步驟。
步驟S02：提供一P型多晶矽基板110。
步驟S04：利用酸鹼溶液清洗或者蝕刻P型多晶矽基板110的至少一表面，使P型多晶矽基板110之該表面粗糙化，以降低太陽光的反射。
步驟S06：利用爐管擴散法或者網印、旋塗或噴霧法，於該表面上摻雜N型雜質，N型雜質會擴散進入P型多晶矽基板110，形成一N型雜質擴散區，以使P型多晶矽基板110具有N型區域111及P型區域112。
步驟S08：形成一抗反射層120於多晶矽基板110上。
步驟S10：形成電連接N型區域111及P型區域112的一電極結構130，電極結構130包含透過一外部負載形成一電流迴路的一第一電極131及一第二電極132。
習知P型多晶矽基板110其能帶間隙值為1.1eV，因此可以吸收能量約1.1 eV的太陽光譜，將光能轉換成電能。然而習知之多晶矽太陽能電池的吸光效率尚有更進一步的改善空間。
本發明一實施例之目的在於提供一種包含至少一吸光層的多晶矽太陽能電池及其製造方法。
依據本發明一實施例，提供一種太陽能電池製造方法其以下步驟。提供一多晶矽基板，多晶矽基板為第一型。使多晶矽基板的至少一表面粗糙化。形成一吸光結構於多晶矽基板上，其中吸光結構的能帶間隙相異於多晶矽基板的能帶間隙。於該表面上摻雜多數的第二型雜質，該些第二型雜質會擴散進入吸光結構及多晶矽基板的一部分，形成一第二型雜質擴散區，以使多晶矽基板具有第一區域及第二型區域。形成一抗反射層於吸光結構上。以及形成電連接第一型區域及第二型區域的一電極結構。
於一實施例中，該形成一吸光結構於多晶矽基板上的步驟包含：形成一第一吸光層於多晶矽基板上，且第一吸光層的能帶間隙相異於多晶矽基板的能帶間隙。較佳的情況是，該形成一吸光結構於多晶矽基板上的步驟更包含：形成一第二吸光層於第一吸光層上，其中第一吸光層的能帶間隙相異於第二吸光層的能帶間隙，且第二吸光層的能帶間隙相異於多晶矽基板的能帶間隙。
於一實施例中，該形成一吸光結構於多晶矽基板上的步驟包含以下步驟。將多晶矽基板置於一機台的一反應室中，採用一第一參數表並通入多種製程氣體，以形成一第一吸光層於該多晶矽基板上。將多晶矽基板置於機台的反應室中，採用一第二參數表並通入多種製程氣體形成一第二吸光層於第一吸光層上，其中第一吸光層的能帶間隙相異於第二吸光層的能帶間隙，且第一吸光層及第二吸光層的能帶間隙相異於多晶矽基板的能帶間隙。於一實施例中，該些製程氣體包含H₂、NH₃及SiH₄(於一實施例中還可以更包含有PH₃)，且第一參數表包含一第一供電功率及一第一溫度，第二參數表包含一第二供電功率及一第二溫度，且第二供電功率相異於第一供電功率以及第二溫度相異於第一溫度。較佳的情況是，第一吸光層為一微晶矽層，第二吸光層為一非晶矽層，而抗反射層為一氮化矽層。且第一吸光層及第二吸光層的能帶間隙介於1.1eV~1.8eV之間，且第二吸光層的能帶間隙大於第一吸光層的能帶間隙。
依據本發明一實施例，提供一種多晶矽太陽能電池具有互相連接之一第一型區域及一第二型區域。多晶矽太陽能電池包含一第一型多晶矽基板、一吸光結構、一抗反射層及一電極結構。第二型區域包含吸光結構及多晶矽基板之靠近吸光結構的一部分，而多晶矽基板的另一部分形成第二型區域，且吸光結構的能帶間隙相異於多晶矽基板的能帶間隙。抗反射層設於吸光結構上。電極結構電連接第一型區域及第二型區域，藉以產生電流。
於一實施例中，吸光結構包含一第一吸光層及一第二吸光層。第一吸光層設於多晶矽基板上，第二吸光層設於第一吸光層上，第一吸光層為一非晶矽層，第二吸光層為一微晶矽層，而抗反射層為一氮化矽層，而且第一吸光層及第二吸光層的能帶間隙介於1.1eV~1.8eV之間，且第二吸光層的能帶間隙大於第一吸光層的能帶間隙。於一實施例中，吸光結構的厚度介於300~500 之間。
依據本發明一實施例，適合於大量製造包含一吸光結構的多晶矽太陽能電池，不需要大幅地變更製程，且不需要大幅地變更生產機台的結構，因此能夠減少製造的成本。此外，由於使吸光結構的能帶間隙相異於多晶矽基板的能帶間隙，因此可以吸收能量大小相異於多晶矽太陽能電池的太陽光線，可以進一步增加太陽能電池的光電轉換效率。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖3A至3G顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法之各步驟的剖面示意圖。圖4顯示習知之多晶矽太陽能電池製造方法的流程圖。如圖3A至3G及圖4所示，多晶矽太陽能電池製造方法包含以下步驟。
如圖3A所示，步驟S12：提供一P型多晶矽基板210。
如圖3B所示，步驟S14：利用酸鹼溶液清洗或者蝕刻P型多晶矽基板210的至少一表面，使P型多晶矽基板210之該表面粗糙化，以降低太陽光的反射。於本實施例中，同時蝕刻P型多晶矽基板210的第一表面211及相對於第一表面211的第二表面212。
如圖3C所示，步驟S16：形成一吸光結構220於P型多晶矽基板210上，其中吸光結構220的能帶間隙相異於P型多晶矽基板210的能帶間隙。於一實施例中，吸光結構220可以包含有至少一層吸光層，例如僅包含一非晶矽層，而於本實施例中，吸光結構220包含一第一吸光層221及一第二吸光層222，因此步驟S16可以包含以下步驟。步驟S61：形成一第一吸光層221於P型多晶矽基板210上。步驟S62：形成一第二吸光層222於一第一吸光層221上，其中第一吸光層221的能帶間隙相異於第二吸光層222的能帶間隙，且第一吸光層221及第二吸光層222的能帶間隙相異於P型多晶矽基板210的能帶間隙。
於一實施例中，第一吸光層221可以為一非晶矽層(Amorphus Silicon,a-Si)，而於另一實施例中第二吸光層222可以為一微晶矽層(Microcrystalline Silicon，mc-Si)。採用非晶矽層及微晶矽層的優點在於，便於大量的製造。在製造多晶矽太陽能100的過程中，會有一形成反射層的步驟(如下述步驟S22)，其使用CVD的機台通入NH₃及SiH₄來形成氮化矽層作為反射層。於製造時，僅需於多晶矽太陽能所使用的CVD的機台中，增加一氫氣H₂管路，再配合通入NH₃及SiH₄，採用一第一參數表，即可形成一非晶矽層作為第一吸光層221。第一參數表中可以包含機台的供電功率、溫度、時間、氫氣H₂、NH₃及SiH₄的製程氣體濃度比例等。於一實施例中，不需要從機台中取出多晶矽太陽能100，而直接使用相異於第一參數表的第二參數表，例如採用較高的溫度、較小的供電功率等，如此可以直接於第一吸光層221上形成一微晶矽層作為第二吸光層222。應注意的是，前述採用第一參數表或第二參數表形成非晶矽層及微晶矽層是本發明具有通常知識者所習知的，且能夠依具不同的需求，變更該些參數表的數值來形成非晶矽層或微晶矽層，因此本發明不限定該些參數表的數值。
此外，於一實施例中，亦可以形成二層以上的吸光結構220。例如可以使用多個參數表，並改變每個參數表中的該些數值，依序P於型多晶矽基板210上形成第一微晶矽層、第二微晶矽層、第一非晶矽層、及第二非晶矽層(未圖示)，並使該些非晶矽層及該些微晶矽層的具有相異的能帶間隙。較佳的情況是，使該吸光結構220之該些吸光層的能帶間隙介於1.8 eV以及1.1 eV之間。且較靠近P型多晶矽基板210的吸光層的能帶間隙小於較遠離P型多晶矽基板210的吸光層的能帶間隙。亦即，第一微晶矽層的能帶間隙＜第二微晶矽層＜第一非晶矽層＜第二非晶矽層。如此方式，僅需於機台中調整參數，於不同的時間採用不同的參數表，即可形成包含至少一層吸光層的吸光結構220，並使該些吸光層的能帶間隙介於1.8 eV以及1.1 eV之間。
如上述，當吸光結構220由非晶矽層或微晶矽層所構成時，不需要大幅改變傳統製造的CVD機台，僅需於CVD機台中新增一氫氣H₂，即可形成能帶間隙相異於多晶矽基板的吸光結構220。於一實施例僅需再改變機台的參數，即可簡便地形成具有能帶間隙相異之多層的吸光結構220。因此不需要大幅變更製程機台的結構，不需要大幅地變更製程，能夠快速地導入多晶矽太陽能100的製造程序中，且能夠減省製造的成本。
此外，還可以再增加一PH₃氣體的管線，選擇性地對該些非晶矽層或微晶矽層摻雜雜質，以降低其能階，用以製造出具有特定能帶間隙的吸光層，其特定能帶間隙不同於未摻雜之非晶矽層或微晶矽層的能帶間隙。於其他實施例中，亦可以增加其他管線，用以對該些非晶矽層或微晶矽層摻雜雜質，藉以增加或減少其能階。
如圖3D所示，步驟S18：利用爐管擴散法或者網印、旋塗或噴霧法，於該表面上摻雜N型雜質，N型雜質會擴散進入吸光結構220及P型多晶矽基板210，形成一N型雜質擴散區，以使P型多晶矽基板210具有N型區域231及P型區域232。於本實施例中，使N型雜質依序擴散進入第一吸光層221、第二吸光層222及P型多晶矽基板210的一部分223，進而形成N型區域231。
步驟S20：對P型多晶矽基板210的第一表面211及第二表面212進行去除氧化層蝕刻，以去除於磷擴散步驟(步驟S18)中被形成在第一表面211及第二表面212上的磷矽玻璃(phosphosilicate glass，PSG)結構(未圖式)。於本實施例中，更去除吸光結構220之頂部表面部分的磷矽玻璃結構，亦即去除吸光結構220之最上層吸光層(第二吸光層222)的磷矽玻璃結構。
請參照圖3E，步驟S22：形成一抗反射層240於吸光結構220上。亦即形成一抗反射層240於吸光結構220之最上層吸光層(第二吸光層222)上。於本實施例中，抗反射層240可以為一非矽晶氮化矽層。
請參照圖3F，步驟S24：形成電連接N型區域231及P型區域232的一電極結構250。而電極結構250包含有電連接N型區域231的兩個第一電極251；以及電連接P型區域232的第二電極252。而第一電極251與第二電極252互相電連接，以形成一電流迴路。
於一實施例中，上述的步驟S22可以包含以下步驟。步驟S32：將一第一導電膠形成於吸光結構220之最上層吸光層(第二吸光層222)上。步驟S34：將一第二導電膠形成於P型區域232上。步驟S36：對形成有第一導電膠及第二導電膠的P型多晶矽基板210，進行燒結處理，使第一導電膠及第二導電膠被燒結後分別形成第一電極251與第二電極252，且第一電極251與第二電極252互相電連接，形成一個電流迴路。
請參照圖3G，步驟S26：形成至少一分離溝260，用以分離N型區域231與P型區域232，使太陽能電池200的電流無法通過P型多晶矽基板210之側邊的N型寄生結構而成為邊緣電性短路狀態。
圖3G顯示依據本發明一實施例之多晶矽太陽能電池之剖面圖。如圖3G所示，太陽能電池200包含有一吸光結構，一P型多晶矽基板210、一抗反射層240及一電極結構250。太陽能電池200中包含有一N型區域231及一P型區域232。吸光結構包含第一吸光層221及第二吸光層222。其中N型區域231包含第一吸光層221、第二吸光層222以及P型多晶矽基板210的一部分223。抗反射層240可以為一氮化矽層。電極結構250包含第一電極251與第二電極252，且第一電極251與第二電極252分別形成於P型多晶矽基板210的底側表面及吸光結構220之最上層吸光層(第二吸光層222)的頂側表面互相電連接，且第一電極251與第二電極252透過一外部負載(未圖示)形成一個電流迴路。
於習知的多晶矽太陽能電池，其能帶間隙值為1.1eV，因此可以吸收能量約1.1 eV的太陽光譜，但卻無法吸收能量高於1.1 eV的太陽光線，於本實施例中，由於吸光結構的能帶間隙可以設在介於1.8 eV以及1.1 eV之間，因此能夠吸收能量高於1.1 eV的太陽光線，而可以有效地提高光電轉換效率。
下表一顯示習知技術及本發明一實施例的實驗結果。比較例1-3為改變標準製程中的條件及參數，例如分別為無HF dipping、採用LF deposition、及採用NH3 treatment等，實施例1為採用如本發明一實施例之製造方法所製得之多晶矽太陽能電池的實驗結果。吸光結構為一非晶矽層，且其厚度為約300 。
如上表一所示，包含一非晶矽層的多晶矽太陽能電池200的光電轉換效率為16.5%，而比較例之多晶矽太陽能電池的光電轉換效率15.59%，效率增加了0.91%。多晶矽太陽能電池200的ISC值8.387A，亦大於比較例之多晶矽太陽能電池的ISC值8.1A。應了解的是，非晶矽層的厚度非本發明所限定者，於其他實施例中，非晶矽層的厚度可以介於300~500 之間，因為於厚度介於300~500 間時皆能夠有效提高包含一非晶矽層的多晶矽太陽能電池200的光電轉換效率。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100．．．多晶矽太陽能
110．．．多晶矽基板
111．．．N型區域
112．．．P型區域
120．．．抗反射層
130．．．電極結構
131．．．第一電極
132．．．第二電極
200．．．太陽能電池
210．．．P型多晶矽基板
211．．．第一表面
212．．．第二表面
220．．．吸光結構
221．．．第一吸光層
222．．．第二吸光層
223．．．P型多晶矽基板的一部分
231．．．N型區域
232．．．P型區域
240．．．抗反射層
250．．．電極結構
251．．．第一電極
252．．．第二電極
260．．．分離溝
圖1顯示習知之多晶矽太陽能電池製造方法的流程圖。
圖2顯示一習知多晶矽太陽能電池之剖面示意圖。
圖3A至3G顯示依據本發明一實施例之太陽能電池製造方法之各步驟的剖面示意圖。
圖4顯示習知之多晶矽太陽能電池製造方法的流程圖。
200．．．多晶矽太陽能電池
210．．．P型多晶矽基板
211．．．第一表面
212．．．第二表面
221．．．第一吸光層
222．．．第二吸光層
223．．．P型多晶矽基板的一部分
231．．．N型區域
232．．．P型區域
240．．．抗反射層
250．．．電極結構
251．．．第一電極
252．．．第二電極
260．．．分離溝

权利要求:
Claims (12)
[1] 一種多晶矽太陽能電池製造方法，包含：提供一多晶矽基板，該多晶矽基板為第一型；使該多晶矽基板的至少一表面粗糙化；形成一吸光結構於該多晶矽基板上，其中該吸光結構的能帶間隙相異於該多晶矽基板的能帶間隙；於該表面上摻雜多數的第二型雜質，該些第二型雜質會擴散進入該吸光結構及該多晶矽基板的一部分，形成一第二型雜質擴散區，以使該多晶矽基板具有第一區域及第二型區域；形成一抗反射層於該吸光結構上；以及形成電連接該第一型區域及該第二型區域的一電極結構。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之多晶矽太陽能電池製造方法，其中該形成一吸光結構於該多晶矽基板上的步驟包含：形成一第一吸光層於該多晶矽基板上，且該第一吸光層的能帶間隙相異於該多晶矽基板的能帶間隙。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之多晶矽太陽能電池製造方法，其中該形成一吸光結構於該多晶矽基板上的步驟更包含：形成一第二吸光層於該第一吸光層上，其中該第一吸光層的能帶間隙相異於該第二吸光層的能帶間隙，且該第二吸光層的能帶間隙相異於該多晶矽基板的能帶間隙。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之多晶矽太陽能電池製造方法，其中該形成一吸光結構於該多晶矽基板上的步驟包含：將該多晶矽基板置於一機台的一反應室中，採用一第一參數表並通入多種製程氣體，以形成一第一吸光層於該多晶矽基板上；及將該多晶矽基板置於該機台的該反應室中，採用一第二參數表並通入多種製程氣體形成一第二吸光層於該第一吸光層上，其中該第一吸光層的能帶間隙相異於該第二吸光層的能帶間隙，且該第一吸光層及該第二吸光層的能帶間隙相異於該多晶矽基板的能帶間隙。
[5] 如申請專利範圍第4項所述之多晶矽太陽能電池製造方法，其中，於該形成一第一吸光層於該多晶矽基板上的步驟中，該些製程氣體包含H₂、NH₃及SiH₄，且該第一參數表包含一第一供電功率及一第一溫度，於該形成一第二吸光層於該第一吸光層上的步驟中，該些製程氣體包含H₂、NH₃及SiH₄，且該第二參數表包含一第二供電功率及一第二溫度，且該第二供電功率相異於該第一供電功率、及該第二溫度相異於該第一溫度。
[6] 如申請專利範圍第5項所述之多晶矽太陽能電池製造方法，其中該形成一抗反射層於該吸光結構上的步驟，包含將該多晶矽基板置於另一機台的另一反應室中，採用一第三參數表並通入NH₃及SiH₄的製程氣體來形成抗反射層。
[7] 如申請專利範圍第6項所述之多晶矽太陽能電池製造方法，其中該第一吸光層為一微晶矽層，該第二吸光層為一非晶矽層，而該抗反射層為一氮化矽層。
[8] 如申請專利範圍第3至7項任一項所述之多晶矽太陽能電池製造方法，其中該第一吸光層及該第二吸光層的能帶間隙介於1.1eV~1.8eV之間，且該第二吸光層的能帶間隙大於該第一吸光層的能帶間隙。
[9] 如申請專利範圍第5項所述之多晶矽太陽能電池製造方法，該些製程氣體更包含PH₃。
[10] 一種多晶矽太陽能電池，具有互相連接之一第一型區域及一第二型區域，包含：一多晶矽基板，其為第一型；一吸光結構，設於該多晶矽基板上，其中該第二型區域包含該吸光結構及該多晶矽基板之靠近該吸光結構的一部分，而該多晶矽基板的另一部分形成該第二型區域，且該吸光結構的能帶間隙相異於該多晶矽基板的能帶間隙；一抗反射層，設於該吸光結構上；以及一電極結構，電連接該第一型區域及該第二型區域，藉以產生電流。
[11] 如申請專利範圍第10項所述之多晶矽太陽能電池，其中該吸光結構包含：一第一吸光層設於該多晶矽基板上；以及一第二吸光層設於第一吸光層上，其中該第一吸光層為一微晶矽層，該第二吸光層為一非晶矽層，而該抗反射層為一氮化矽層，而且該第一吸光層及該第二吸光層的能帶間隙介於1.1eV~1.8eV之間，且該第二吸光層的能帶間隙大於該第一吸光層的能帶間隙。
[12] 如申請專利範圍第10項所述之多晶矽太陽能電池，其中該吸光結構的厚度介於300~500 之間。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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TWI518927B|2016-01-21|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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TW100122759A|TWI518927B|2011-06-29|2011-06-29|包含一吸光結構的多晶矽太陽能電池及其製造方法|TW100122759A| TWI518927B|2011-06-29|2011-06-29|包含一吸光結構的多晶矽太陽能電池及其製造方法|