TWI425647B - 具有平坦晶圓背面之太陽能電池之製造方法 - Google Patents

Description

具有平坦晶圓背面之太陽能電池之製造方法

本發明係關於一種具有平坦晶圓背面之太陽能電池及其製造方法。

太陽能電池是一種能量轉換的光電元件，它是經由太陽光照射後，把光的能量轉換成電能，此種光電元件稱為太陽能電池(Solar Cell)。

在傳統的太陽能電池的製程中，表面粗化的蝕刻製程會使晶圓的正面及背面同時織構化(圖案化)，也就是被刻以紋理。如此一來，被織構化的背面的表面積會增加。另一方面，晶圓的背面所附著的鋁層並非是理想的鏡面，因而造成光線在背面被吸收的比例增加。此外，被織構化的背面的不平整表面使得鋁與矽的結合性不佳，降低了背面電場(BSF)的效應，因而也降低了太陽能電池的內部量子效率(IQE)。

圖1顯示一種傳統太陽能電池之局部剖面圖。如圖1所示，傳統的太陽能電池100包含一基板110、一抗反射層120、一正面電極130、一背面電極140及一背面金屬層150。基板110具有一N型半導體層110N及一P型半導體層110P。N型半導體層110N包覆P型半導體層110P並電連接至背面金屬層150。抗反射層120位於基板110之一正面110F上。正面電極130位於抗反射層120上並電連接至N型半導體層110N。背面金屬層150形成於基板110之一背面110B，背面電極140位於背面金屬層150上。

由於N型半導體層110N電連接至背面金屬層150，故會有漏電流產生，降低太陽能電池的效率。因此，最終的製程需要切割出一邊緣絕緣溝槽160，以阻止漏電流的產生。如此一來，還要多出一道雷射切割的程序，費時費工。

因此，本發明之一個目的係提供一種具有平坦晶圓背面之太陽能電池及其製造方法，以提升太陽能電池的內部量子效率。

為達上述目的，本發明提供一種具有平坦晶圓背面之太陽能電池之製造方法，包含以下步驟：提供一第一晶圓，第一晶圓包含一第一正面、一第一背面及連接第一正面及第一背面之多個第一側面；於第一晶圓之第一背面及此等第一側面形成一薄膜阻抗層；對第一晶圓之第一正面刻以紋理；對第一晶圓之第一正面進行摻雜及擴散處理，以形成一擴散層及於擴散層上之一磷化物層；移除磷化物層及薄膜阻抗層；於擴散層上形成一抗反射層；以及於抗反射層上形成多個正面電極，並於第一晶圓之第一背面形成一背面金屬層及多個背面電極。

本發明亦提供一種太陽能電池，其包含一基板、一抗反射層、一正面電極、一背面金屬層以及一背面電極。基板具有一正面、一背面及多個側面。基板係由一靠近正面之第一型半導體層及一靠近背面之第二型半導體層所構成，正面具有一粗化圖案，背面具有一平坦結構。抗反射層位於基板之正面之粗化圖案上。正面電極位於抗反射層上，並電連接至第一型半導體層。背面金屬層及背面電極位於基板之背面之平坦結構上。此等側面係由第一型半導體層之多個側面及第二型半導體層之多個側面所組成。

藉由本發明之太陽能電池及其製造方法，可以保有平坦的晶圓的背面，以利增強鋁與矽晶圓的結合性，提高背面電場(BSF)的效應；再來，也可減少光被吸收，因而也提升太陽能電池的內部量子效率(IQE)。此外，上述太陽能電池可以不需要形成邊緣絕緣溝槽，因此可以降低製程成本、提升產能、避免雷射切割造成的有效面積減少。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2至10顯示依據本發明之太陽能電池之製造方法之各步驟的對應結構。圖14顯示依據本發明之太陽能電池之製造方法之流程圖。以下將配合圖14及2至10來說明本發明之太陽能電池之製造方法。

首先，如圖2與14所示，於步驟(a)，提供一第一晶圓10，第一晶圓譬如是矽晶圓，並包含一第一正面11、一第一背面12及連接第一正面11及第一背面12之多個第一側面13。當然，第一晶圓10上面可能有些許粒子或雜質19，所以可以進行清洗程序，將粒子或雜質19去除，所剩下的結構如圖3所示。

接著，如圖4與14所示，於步驟(b)，於第一晶圓10之第一背面12及此等第一側面13形成一薄膜阻抗層20。舉例而言，薄膜阻抗層20係為一氮化矽層、氧化矽層等等。

然後，如圖5與14所示，於步驟(c)，對第一晶圓10之第一正面11刻以紋理。由於第一背面12及第一側面13係被薄膜阻抗層20所包覆，所以第一背面12及第一側面13都不會被刻以紋理而粗化並織構化。

接著，如圖6與14所示，於步驟(d)，對第一晶圓10之第一正面11進行摻雜及擴散處理，以形成一擴散層30及於擴散層30上之一磷化物層35。舉例而言，磷化物層35之材料包含磷矽玻璃(Phosphorous Silicate Glass，PSG)。在太陽能電池的晶圓經過擴散製程後，矽晶圓的表面會形成一層PSG，必須去除，以免對太陽能電池具有不利的影響。由於薄膜阻抗層20包覆住第一晶圓10之第一側面13，所以第一側面13並不會全部形成擴散層30。

然後，如圖7與14所示，於步驟(e)，移除磷化物層35及薄膜阻抗層20，其中所採用的步驟係將第一晶圓10浸泡到一磷化物移除溶液中，以利用磷化物移除溶液移除磷化物層35及薄膜阻抗層20。舉例而言，磷化物移除溶液可以是氫氟酸溶液，其能洗去PSG以及薄膜阻抗層。

接著，如圖8與14所示，於步驟(f)，於擴散層30上形成一抗反射層40，其材料譬如是氮化矽。

然後，如圖9與14所示，於步驟(g)，於抗反射層40上形成多個正面電極50，並於第一晶圓10之第一背面12形成一背面金屬層60及多個背面電極70。背面金屬層60的材料包含鋁。由於鋁層是形成在平坦的背面上，所以可以減少光線在背面被吸收的比例，並能提升鋁與矽的結合性，增加背面電場(BSF)的效應，因而也增加了太陽能電池的內部量子效率(IQE)。

值得注意的是，到圖9為止，即可作為可正常運作的太陽能電池。然而，亦可以再切割出邊緣絕緣溝槽80，如圖10所示，以符合某些特殊需求。

圖11至13顯示利用兩晶圓疊合來形成薄膜阻抗層之各步驟的對應結構。首先，如圖11所示，將第一晶圓10與一第二晶圓10'疊合成一堆疊體18，第一晶圓10之第一正面11靠著第二晶圓10'之一第二正面11'。接著，對堆疊體18進行電漿增強化學氣相沈積(PECVD)以形成薄膜阻抗層20。前述步驟(f)及步驟(b)都可以是藉由PECVD而完成。

然後，如圖13所示，分離堆疊體18。如此一來，就可以將第一晶圓10浸泡到一粗化蝕刻液(譬如是強鹼的氫氧化鉀(KOH))中，以對第一晶圓10之第一正面11刻以紋理。或者，第一晶圓10及第二晶圓10'皆可同時被刻以紋理。此外，本發明亦提供一種利用上述製造方法所製造出之太陽能電池。請參見圖9，太陽能電池包含基板10、抗反射層40、正面電極50、背面金屬層60以及背面電極70。

基板10具有正面11、背面12及多個側面13。基板10係由一靠近正面11之第一型半導體層14及一靠近背面12之第二型半導體層15所構成。舉例而言，第一型半導體層14係為N型半導體層，第二型半導體層15係為P型半導體層。正面11具有一粗化圖案11R，背面12具有一平坦結構12S。抗反射層40位於基板10之正面11之粗化圖案11R上。正面電極50位於抗反射層40上，並電連接至第一型半導體層14。背面金屬層60及背面電極70位位於基板10之背面12之平坦結構12S上。此等側面13係由第一型半導體層14之多個側面14S及第二型半導體層15之多個側面15S所組成。亦即，第二型半導體層15之側面15S係露出於外。

此外，基於上述的理由，此太陽能電池之基板10及抗反射層40可以不需具有邊緣絕緣溝槽。

藉由本發明之太陽能電池及其製造方法，可以保有平坦的晶圓的背面，以利增強鋁與矽晶圓的結合性，提高背面電場(BSF)的效應，再來，也可減少光被吸收，因而也提升太陽能電池的內部量子效率(IQE)。此外，上述太陽能電池可以不需要形成邊緣絕緣溝槽，因此可以降低製程成本、提升產能、避免雷射切割造成的有效面積減少。此外，本發明之製造方法可以沿用傳統製程所需的設備，而不需要另外添購設備以增加成本。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

(a)~(g)．．．方法步驟

10．．．第一晶圓/基板

10'．．．第二晶圓

11．．．第一正面

11'．．．第二正面

11R．．．粗化圖案

12．．．第一背面

12S．．．平坦結構

13．．．第一側面

14．．．第一型半導體層

14S．．．側面

15．．．第二型半導體層

15S．．．側面

18．．．堆疊體

19．．．粒子或雜質

20．．．薄膜阻抗層

30．．．擴散層

35．．．磷化物層

40．．．抗反射層

50．．．正面電極

60．．．背面金屬層

70．．．背面電極

80．．．邊緣絕緣溝槽

100．．．太陽能電池

110．．．基板

110B．．．背面

110F．．．正面

110N．．．N型半導體層

110P．．．P型半導體層

120．．．抗反射層

130．．．正面電極

140．．．背面電極

150．．．背面金屬層

160．．．邊緣絕緣溝槽

圖1顯示一種傳統太陽能電池之局部剖面圖。

圖2至10顯示依據本發明之太陽能電池之製造方法之各步驟的對應結構。

圖11至13顯示利用兩晶圓疊合來形成薄膜阻抗層之各步驟的對應結構。

圖14顯示依據本發明之太陽能電池之製造方法之流程圖。

(a)~(g)．．．方法步驟

Claims (6)

1. 一種具有平坦晶圓背面之太陽能電池之製造方法，包含以下步驟：(a)提供一第一晶圓，該第一晶圓包含一第一正面、一第一背面及連接該第一正面及該第一背面之多個第一側面；(b)於該第一晶圓之該第一背面及該等第一側面形成一薄膜阻抗層；(c)對該第一晶圓之該第一正面刻以紋理；(d)對該第一晶圓之該第一正面進行摻雜及擴散處理，以形成一擴散層及於該擴散層上之一磷化物層；(e)移除該磷化物層及該薄膜阻抗層；(f)於該擴散層上形成一抗反射層；以及(g)於該抗反射層上形成多個正面電極，並於該第一晶圓之該第一背面形成一背面金屬層及多個背面電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該薄膜阻抗層係為一氮化矽層或氧化矽層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(b)包含：(b1)將該第一晶圓與一第二晶圓疊合成一堆疊體，該第一晶圓之該第一正面靠著該第二晶圓之一第二正面；以及(b2)對該堆疊體進行電漿增強化學氣相沈積(PECVD)以形成該薄膜阻抗層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該步驟 (e)包含：(c1)分離該堆疊體；以及(c2)將該第一晶圓浸泡到一粗化蝕刻液中，以對該第一晶圓之該第一正面刻以紋理。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(e)包含：(e1)將該第一晶圓浸泡到一磷化物移除溶液中，以利用該磷化物移除溶液移除該磷化物層及該薄膜阻抗層。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該步驟(f)及該步驟(b)都是藉由PECVD而完成。