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    • 专利摘要:
    一種背接觸式太陽能電池結構，包含有一基材，且該基材包含有一受光正面以及一背面；一指電極，設於該受光正面上；一第一摻雜區，該第一摻雜區位於該受光正面以及該背面，其中該第一摻雜區具有一第一摻雜濃度；一傳導洞，設於該基材中，該傳導洞貫通該受光正面與該背面；一匯流電極，設於該背面上，且該匯流電極填入該傳導洞，並電連接該指電極；一第二摻雜區，該第二摻雜區為位於該傳導洞之一側壁上，其中該第二摻雜區具有一第二摻雜濃度，且該第二摻雜濃度大於該第一摻雜濃度；以及一接觸電極，設於該背面上，並與該匯流電極電性絕緣。
    公开号:TW201304155A
    申请号:TW100123630
    申请日:2011-07-05
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Chih-Chiang Huang；li-guo Wu；Szu-Chuan Wu；Cheng-Yeh Yu
    申请人:Tsec Corp；
    IPC主号:Y02E10-00
    专利说明:
    背接觸式太陽能電池
    本發明是有關於一種背接觸式(back-contacted)太陽能電池。特別是指一種可以避免傳導洞(via)發生漏電現象之背接觸式太陽能電池。
    所謂的背接觸式太陽能電池，係指太陽能電池的正極以及負極皆設置於太陽能電池的背面，因此可增加太陽能電池受光正面之面積，俾使輸出電流得以提升。在背接觸式太陽能電池的製程中，通常是採用金屬化包覆貫穿(metal wrap through，MWT)或射極包覆貫穿(emitter wrap through，EWT)技術，該些技術係提供許多貫穿受光正面以及背面之傳導洞於基板中。對於一金屬化包覆貫穿技術，已知可於傳導洞形成後，施行一網印製程(screen printing process)以及一金屬化製程，使匯流電極(bus bar)填入傳導洞中，俾使位於受光正面之匯流電極被改置於太陽能電池之背面。由於該匯流電極可電連接位於受光正面之指電極(finger electrode)，因此透過該電連接，電子便可從指電極經由匯流電極而被傳遞至外部負載。
    對於金屬化包覆貫穿技術，為了避免傳導洞內的匯流電極同時接觸P型以及N型半導體層而發生短路的現象，在傳導洞的匯流電極形成之前，必須先全面施行一摻質擴散製程，用以重摻雜傳導洞之側壁，使得匯流電極僅得直接接觸第二型半導體層，例如；N型半導體層。然而，由於傳導洞之開孔直徑，例如；60μm、摻質氣體之擴散速率以及摻質在基材內的擴散能力皆有一定之限制，致使在擴散製程結束後，位於傳導洞側壁的重摻雜區的接面深度可能仍不足，使得位於傳導洞內之匯流電極仍然可能同時接觸P型以及N型半導體層，導致漏電流之問題產生。
    因此，有必要提供一背接觸式太陽能電池之結構，以解決漏電流之問題，並且提高傳導洞側壁之分流(shunt)電阻，進而增進背接觸式太陽能電池之可靠度。
    本發明之目的在於提供一種背接觸式太陽能電池，可解決背接觸式太陽能電池易於在傳導洞發生漏電流之問題，並且提升傳導洞側壁之分流電阻。
    為了達到上述目的，根據本發明之較佳實施例，提供一種背接觸式太陽能電池結構，包含有一基材，具有一第一導電型，且該基材包含有一受光正面以及一背面；至少一指電極，設於該受光正面上；一第一摻雜區，具有一第二導電型，該第一摻雜區位於該受光正面以及該背面，其中該第一摻雜區具有一第一摻雜濃度；至少一傳導洞，設於該基材中，其中該傳導洞貫通該受光正面與該背面；至少一匯流電極，設於該背面上，且該匯流電極填入該傳導洞，並電連接該指電極；一第二摻雜區，具有一第二導電型，該第一摻雜區為位於該傳導洞之一側壁上，其中該第二摻雜區具有一第二摻雜濃度，且該第二摻雜濃度大於該第一摻雜濃度；以及至少一接觸電極，設於該背面上，並與該匯流電極電性絕緣。
    本發明提供一第二摻雜區，其位於背接觸式太陽能電池結構中的傳導洞之一側壁上，可解決漏電流之問題，並且提升傳導洞側壁之分流電阻，進而增進背接觸式太陽能電池之可靠度。
    為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
    請參閱第1圖，其為根據本發明較佳實施例所繪示之一種背接觸式太陽能電池結構剖面圖。如第1圖所示，該背接觸式太陽能電池結構1包含有一基材101，具有一第一導電型，例如；P型，且該基材101包含有一受光正面(radiation-receiving front surface)101a以及一背面(back surface)101b；至少一指電極(finger electrode)107被設置於該受光正面101a上；一具有第二導電型之第一摻雜區103a，例如：N型，其具有一第一摻雜濃度。且該第一摻雜區位於該受光正面101a以及該背面101b；至少一傳導洞105，設置於該基材101中，其中該傳導洞105貫通該受光正面101a與該背面101b；至少一匯流電極109，設於該背面101b上，且該匯流電極109填入該傳導洞105，並電連接該指電極107；一第二摻雜區103b，具有一第二導電型，該第二摻雜區103b為位於該傳導洞105之一側壁上，其中該第二摻雜區103b具有一第二摻雜濃度，且該第二摻雜濃度大於該第一摻雜濃度；以及至少一接觸電極111，設於該背面101b上，並與該匯流電極109電性絕緣。
    請參閱第2圖至第9圖，第2圖至第9圖所繪示的是根據本發明較佳實施例之背接觸式太陽能電池製作方法剖面圖，圖式中相同之元件或是部分係沿用相同之符號表示。需注意的是，圖式係以說明為目的，並未依照原尺寸做圖。
    如第2圖所示，在製程初始階段，提供一基材101，基材101具有一第一導電型，例如，P型，且基材101包含有一受光正面101a以及一背面101b，該受光正面101係用以接收輻射來源，例如：太陽光或其他可供半導體層吸收之電磁波段。其中，基材101可為單晶矽晶圓或多晶矽晶圓，但不限於此。接著，可經由鑽孔技術，例如：雷射鑽孔技術，形成至少一位於基板101內之傳導洞105，其中傳導洞105貫通該受光正面101a以及背面101b。如第3圖所示，由於矽晶圓是由矽鑄錠(ingot)經由線鋸切片而成，因此，必須進行一傳統之濕蝕刻製程，以去除位於基材101表面之線鋸缺陷。接著，對基材101之受光正面101a以及一背面101b進行傳統之表面粗糙化(texture)程序，已知表面粗糙化之目的在於降低輻射源在受光正面101a的反射現象，俾以增加太陽能電池之光電流。
    如第4圖所示，接著，將具有第二導電型，例如：N型，之摻質來源層10填入傳導洞105中並覆蓋住一傳導洞105開口旁之周圍位置13，該周圍位置13可對應至一匯流電極109(圖未示)之位置，摻質來源層10填入之方式可利用網印或是其他類似之方式，但不限於此。其中，該摻質來源層10可為任何含磷之漿料或液體。接著，如第5圖所示，利用一擴散爐提供三氯氧磷(Phosphorus chloride oxide,POCl3)氣體，於受光正面101a以及背面101b形成一具有一第一摻雜濃度的第一摻雜區103a，且其具有第二導電型。在形成第一摻雜區103a的同時，位於摻質來源層10內的摻質，例如：磷，會在擴散爐的高溫作用下，熱擴散進入傳導洞105之側壁以及進入對應至周圍位置13下方的基材101表面，形成一具有第二導電型的第二摻雜區103b。其中該第二摻雜區103b自該傳導洞105之側壁延伸至基材101的背面101b，因而構成一L型的第二摻雜區103b。此時，基材101與第二摻雜區103b之間會構成一PN接面，且其深度介於300奈米至1000奈米之間。根據本發明之另一較佳實施例，該第二摻雜區103b或許僅位於該傳導洞105之側壁，與該基材101之間至少構成一垂直PN接面。
    上述之第二摻雜區103b具有一第二摻雜濃度，例如：介於4E21至4E22 atoms/cm3之間(電阻值介於40~50Ω/sq)，且該第二摻雜濃度大於該第一摻雜濃度，例如：小於4E21 atoms/cm3。仍如第5圖所示，最後，去除摻質來源層10，再利用氫氟酸(hydrofluoric acid,HF)去除位於基材101表面之磷玻璃(phosphosilicate glass，PSG)。
    請參照第6圖，於受光正面101a形成一抗反射塗層(anti-reflective coating,ARC)100。抗反射塗層100之組成可包含氮化矽(SiNx)或二氧化鈦(TiO2)，但不限於此。已知，可透過不同之方式形成抗反射塗層100，例如，化學蒸氣沉積(CVD)、低壓化學蒸氣沉積(low pressure CVD,LPCVD)、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced CVD,PECVD)、噴塗熱解、旋轉塗佈、網印或是其他在此領域中習知的技術。其中，抗反射塗層100除了具有抗反射之用途，同時或許也可提供一種表面鈍化作用。
    如第7圖所示，接著，於背面101b形成至少一匯流電極(負極)109，且匯流電極109會填入或填滿已形成有第二摻雜區103b之傳導洞105內，並與第二摻雜區103b直接接觸。如第8圖所示，形成至少一指電極107，設於該受光正面101a上，並形成至少一接觸電極111，設於該背面101b上。上述形成匯流電極109、指電極107以及接觸電極111之方法可以是網印或是其它方法，例如：噴墨印刷、印花轉印(decal transfer)、電鍍(plating)、無電鍍(electroless plating)，但不限於此。並且，匯流電極109、指電極107以及接觸電極111之金屬膏成分可包括銀、鋁或其他低阻值之化合物，但不限於此。
    最後，如第9圖所示，經過一快速燒結爐(fast firing furnace,FFF)使匯流電極109與第二摻雜區103b構成歐姆接觸，並使接觸電極111中的銀、鋁與基材101中的矽產生一共晶合晶(eutectic alloy)，該共晶合晶可產生一背面電場(backside field)，已知背面電場可降低電子、電洞在基材101內的復合機率，提升載子收集率。再利用雷射或切割製程形成絕緣區15，將匯流電極109以及指電極107電絕緣接觸電極111。
    綜上所述，本發明提供一背接觸式太陽能電池結構1，如第1圖所示，其具有一第二摻雜區103b，該第二摻雜區103b沿著傳導洞105之側壁或進一步自傳導洞105之側壁水平延伸至匯流電極109下方的基材101的背面101b，如此可避免位於傳導洞105內之匯流電極109同時接觸接觸P型以及N型半導體層以及可提升傳導洞105側壁之分流電阻，解決了習之技術中傳導洞105產生漏電流之現象，進而增進背接觸式太陽能電池1之可靠度。
    以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
    1．．．背接觸式太陽能電池結構
    10．．．摻質來源層
    13．．．周圍位置
    15．．．絕緣區
    100．．．抗反射塗層
    101．．．基材
    101a．．．受光正面
    101b．．．背面
    103a．．．第一摻雜區
    103b．．．第二摻雜區
    105．．．傳導洞
    107．．．指電極
    109．．．匯流電極
    111．．．接觸電極
    第1圖所繪示的是根據本發明較佳實施例之背接觸式太陽能電池結構剖面圖。
    第2圖至第9圖所繪示的是根據本發明較佳實施例之背接觸式太陽能電池製作方法剖面圖。
    1．．．背接觸式太陽能電池結構
    13．．．周圍位置
    15．．．絕緣區
    100．．．抗反射塗層
    101．．．基材
    101a．．．受光正面
    101b．．．背面
    103a．．．第一摻雜區
    103b．．．第二摻雜區
    105．．．傳導洞
    107．．．指電極
    109．．．匯流電極
    111．．．接觸電極
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種背接觸式(back-contacted)太陽能電池結構，包含有：一基材，具有一第一導電型，且該基材包含有一受光正面(radiation-receiving front surface)以及一背面(back surface)；至少一指電極，設於該受光正面上；一第一摻雜區，具有一第二導電型，該第一摻雜區位於該受光正面以及該背面，其中該第一摻雜區具有一第一摻雜濃度；至少一傳導洞(via)，設於該基材中，其中該傳導洞貫通該受光正面與該背面；至少一匯流電極(bus bar)，設於該背面上，且該匯流電極填入該傳導洞，並電連接該指電極；一第二摻雜區，具有一第二導電型，該第二摻雜區為位於該傳導洞之一側壁上，其中該第二摻雜區具有一第二摻雜濃度，且該第二摻雜濃度大於該第一摻雜濃度；以及至少一接觸電極，設於該背面上，並與該匯流電極電性絕緣。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該第二摻雜區沿著該傳導洞之該側壁，與該基材之間構成一垂直PN接面。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該第二摻雜區進一步自該傳導洞之該側壁水平延伸至該匯流電極下方的該基材的該背面，而構成一L型第二摻雜區。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該第二摻雜濃度介於4E21至4E22 atoms/cm3之間，且第二摻雜區之阻值介於40~50Ω/sq。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該第一摻雜濃度小於4E21 atoms/cm3。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該第一導電型為P型，該第二導電型為N型。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該匯流電極與該第二摻雜區構成歐姆接觸。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該接觸電極與該第一摻雜區經燒結形成一背面電場(backside field)。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該第一摻雜區的接面深度介於180奈米至1000奈米之間。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之背接觸式太陽能電池結構，其中該第二摻雜區的接面深度介於300奈米至3000奈米之間。
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