专利名称：太阳能电池的钝化层及其制造方法
技术领域：
本发明涉及可提升太阳能电池光电转换效率的钝化层及其制法，特别涉及太阳能电池中的氧化铝钝化层及其制造方法。
背景技术：
随着全球科技与经济的发展，能源需求也日益增长。现今能源原料如石油、天然气、煤等存量不断减少，因此必须积极寻找其它替代能源以满足日益增加的能源需求。由于太阳能具有低污染性及容易取得等优点，为目前最被看好且最重要的替代能源之一。
图1为公知的太阳能电池的示意图，其中，于一 P型硅半导体基材I上以掺杂的方式形成一 η型掺杂层2,随后于η型掺杂层2上形成一减反射层3 (如氮化娃)与电极4,并于P型硅半导体基材I的另一侧形成背电极5。此结构中，硅半导体基材I与掺杂层2的导电型态为可变动的，意即可选用η型娃半导体基材与P型掺杂层的组合。P型娃半导体基材 I及η型掺杂层2间会形成内部电场，当光照射在硅基材上时，激发硅原子的电子产生“光生电子与空穴对(light-generated electron-hole pairs)”,该电子与空穴对因电场作用造成电池内的正负电荷分别往两端电极集中，此时只要外加电路连接电极即可利用电池内的电力。
然而，电子与空穴对常因为太阳能电池内部再结合而无法利用，从而降低太阳能电池的光电转化效率。为减少电子空穴对的再结合，已知可于背电极5与P型硅半导体基材I间形成一带负电的钝化层(如氧化招层)，以限制少数载流子(minority carrier)的运动方向，减少电子朝背电极5方向移动，进而减少电子与空穴对再结合的机率，延长少数载流子生命期，以提高光电转化效率，此一现象称为“背电场效应(backsurface field effect)，，。
上述氧化铝钝化层可利用干法(如美国公开专利第2009165855号及中国公开专利第101330114号所揭示)，或利用湿法来形成。干法包括原子层沉积法(ALD)、化学气相沉积法(CVD)、溅镀(sputtering)等方法。干法必须于高度真空的环境下生长氧化铝钝化层，且具有生长速度极慢及高花费成本的缺点，而且无论是湿法还是干法，在后端应用仍有工艺繁琐的缺点，例如为了制作局部接触点(local contact)，需要在氧化铝钝化层上进行图案化(开接触窗口(或孔))(via)处理。传统图案化(开接触窗口(或孔))方法主要是使用微影蚀刻方式所完成的，此传统方法至少需要五个主要的步骤，包括光刻胶涂布、 曝光、显影、蚀刻及剥膜等步骤。其后，为简化方法，利用激光进行图案化。激光图案化技术直接对薄膜材料进行剥离，此技术可于基板上制作高分辨率的图案，虽然相较于传统图案化方法已可降低设备成本及提高制造工艺效率，但仍需额外步骤来完成图案化处理，且具有速度慢的缺点。
因此，目前仍需 一种快速、大量、便宜且可直接图案化(开接触窗口(或孔))的处理方式以制备太阳能电池中该氧化铝钝化层的方法。发明内容
本发明提供一种能以更简易的方法所制造的太阳能电池的钝化层，可以提升表面钝化效果，达到提升太阳能电池光电转换的效果。
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于太阳能电池中设置于基材表面的钝化层，包含通过丝网印刷法于基材上所形成的第一钝化层。
本发明的另一目的在于提供一种制备太阳能电池钝化层的方法，其包括
提供一基材；及
通过丝网印刷法于该基材表面形成第一钝化层。
发明效果
丝网印刷法(screen printing)已是目前相当成熟且广泛使用的技术,但根据目前现有技术，本发明所属相关领域尚无法将丝网印刷应用于太阳能电池的钝化层的制备中。本发明即提供一种可利用丝网印刷于基板上制备钝化层的方法，具体言之，本发明提供一种可利用丝网印刷于半导体基板上制备钝化层的方法，且于丝网印刷过程中，可同时进行图案化步骤。相较于先前技术所使用的方法，如原子层沉积法(ALD)、化学气相沉积法 (CVD)、溅镀(sputtering)等方法，本发明丝网印刷法具有成本低廉、生产快速及可图案化的优点。
图1为公知的太阳能电池的典型结构图。
图2为图案化图形
图3为根据本发明方法制备钝化层之示意图。
符号简单说明
Ip型娃半导体基材
2n型掺杂层
3减反射层
4 电极
5背电极
6 基材
7 网版
8涂料组合物
9 刮刀
10预定图案的涂层具体实施方式
以下将具体地描述根据本发明的部分具体实施方式
；但是，在不背离本发明的精神下，本发明尚可以多种不同形式的方式来实践，不应将本发明保护范围解释为限于说明书所陈述的内容。此外，在附图中，为明确起见，可能夸张表示各对象及区域的尺寸，而未按照实际比例绘示。另外，除非文中有另外说明，于本说明书中(以及在权利要求书中)所使用之「一」、「该」及类似用语应理解为包含单数及复数形式。
本发明提供一种用于太阳能电池中设置于基材表面的钝化层，其包含通过丝网印刷法于基材表面所形成的第一钝化层。
根据需要，本发明的钝化层可包含设置于该基材和第一钝化层之间的第二钝化层。
上述基材是本领域技术人员所熟知的，如半导体基材(如单晶硅晶圆、多晶硅晶圆、薄膜硅、非晶硅等)、有机基材、无机化合物半导体基材(如II1-V族、I1-VI族、或1-1I1-VI族无机化合物半导体基材)、玻璃基材、金属基材等。所述半导体基材例如含η型杂质层的P型娃半导体基材、或含P型杂质层的η型娃半导体基材。
根据本发明，第一钝化层通常具有至少约IOnm的厚度，但为避免制造铝电极的过程中被烧穿，而失去钝化效果，优选具有约20ηηΓ约2000nm,更优选具有约40ηηΓ约500nm 的厚度。
可用于本发明的第一钝化层的材料,为具有负的固定电荷(fixed charge)的金属氧化物，包括但不限于包括但不限于氧化铝、氧化锌和氧化铟锡。根据本发明的一种实施方式，本发明第一钝化层为使用丝网印刷法所形成的氧化铝(Al2O3)钝化层。
为与娃表面或缺陷处(如位错、晶界、点缺陷)的悬键(dangling bond)形成键， 有效降低电子空穴对在娃表面及缺陷处的再结合率(recombination rate),进而提升少数载流子生命期(life time)，并提升太阳能电池效率，本发明的太阳能电池钝化层可根据需要于该基材和第一钝化层之间包含第二钝化层。通常第二钝化层可通过热氧化法形成，其厚度为约InnT约15nm。根据本发明的一种实施方式，使用二氧化硅(SiO2)作为第二钝化层。
过去第一钝化层大多利用原子层沉积法(ALD)、化学气相沉积法(CVD)、溅镀 (sputtering)等干法，但由于干法必须于高度真空的环境下生长第一钝化层，所以具有工艺速度慢且高成本等缺点。另外，由于丝网印刷技术对于涂料组合物(印刷油墨)的粘度及流动性具有较严格要求。本案发明人经广泛研究发现，当使用具有至少约200cps粘度(厘泊 秒)的涂料组合物，并具有良好的粘度稳定(stability of viscidity)时,贝U可通过丝网印刷将涂料组合物施用于基材上形成成膜性良好的涂层。本发明使用丝网印刷法可直接形成具有预定图案(pattern)(开接触窗口(或孔))(如图2)的第一钝化层，只需以热处理方式(如加热烧结)处理该涂层，就可于该基材表面上形成一具有该预定图案的第一钝化层，而不需要另外使用光刻胶曝光、显影、蚀刻或利用激光进行图案化。因此，本发明方法可大幅增进第一钝化层的生成速度，并可降低生产成本。
本发明另外提供一种制备太阳能电池钝化层的方法，其包含
提供一基材；及
通过丝网印刷法于该基材表面形成第一钝化层，
其中基材和第一钝化层如上文所述。
上述丝网印刷法包含下列步骤
a)提供一涂料 组合物,其中该涂料组合物具有至少约200cps (厘泊 秒)的粘度；
b)通过丝网印刷将该涂料组合物涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层 '及
c)加热烧结该涂层，以于该基材上形成一具有该预定图案的第一钝化层。
上述步骤(a)的涂料组合物包含金属氧化物前体、溶剂和增稠剂。所述金属氧化物，包括但不限于氧化招、氧化锌和氧化铟锡。
上述步骤(b)所述的基材表面是指基材上表面或下表面或同时包括上及下表面， 所述基材为半导体基材。
上述步骤(C)，可使用的烧结温度为能达到烧结效果且不会损害基材的温度，一般为约300° C至约1000° C。
本发明的涂料组合物所使用的金属氧化物前体，以100重量份整体涂料组合物计，其含量为约I重量份至约50重量份，优选为约4重量份至约23重量份。
根据本发明的一种优选实施方式，金属氧化物前体为氧化铝前体，其经烧结后形成的第一钝化层为氧化铝钝化层。因此，根据本发明的一种优选实施方式，本发明第一钝化层为使用丝网印刷法所形成的氧化铝(Al2O3)钝化层。上述丝网印刷法包含下列步骤
I)提供一涂料组合物,其中该涂料组合物具有至少约200cps (厘泊 秒)的粘度；
II)通过丝网印刷将该涂料组合物涂布于基材表面，并形成一预定图案的涂层； 及
III)加热烧结该涂层，以于该基材表面形成一具有该预定图案的第一钝化层。
上述步骤(I)的涂料组合物包含氧化铝前体、溶剂和增稠剂。所述的氧化铝前体， 以100重量份整体涂料组合物计，其含量为约I重量份至约50重量份，优选为约4重量份至约23重量份。
上述步骤(II)所述的基材表面是指基材上表面或下表面或同时包括上及下表面，所述基材为半导体基材。
上述步骤(III)，可使用的烧结温度为能达到烧结效果且不会损害基材的温度，一般为约300° C至约1000° C。
根据本发明，该涂料组合物的制备方法并无特殊限制，可先采用溶胶-凝胶法制备氧化铝前体，待反应完成后，根据需要以适当的水及碱或酸(如硝酸)调节所得溶液至所需PH值，再加入溶剂和增稠剂之后，均匀搅拌，即可制得本发明的涂料组合物。
为提供良好背电场效应，本发明方法的第一钝化层含有非结晶型氧化铝颗粒，并具有约I纳米至约30纳米的平均粒径，优选为约5纳米至约20纳米，且氧化铝层的厚度一般为约10纳米至约2000纳米。
为使上述氧化铝前体稳定存在于该溶剂中，本发明方法所使用的氧化铝前体由氧化招衍生物及双齿螯合剂(bidentate chelating agent)所反应形成,该双齿螯合剂与该氧化铝衍生物的摩尔数比率(双齿螯合剂氧化铝衍生物)可为约O. 3至约3，为维持长时间的涂料组合物的粘度稳定性，增加由此氧化铝前体组合物烧结后所得钝化层的成膜性，该双齿螯合剂与该氧化铝衍生物的摩尔数比率优选佳为约I至约3。上述氧化铝衍生物可以通式Al (OR1) 3表示，其中R1可为H或经取代或未经取代的Cl至C13烷基，优选为H、甲基、 乙基、丙基或丁基。上述双齿螯合剂优选为
权利要求
1.一种用于太阳能电池中设置于基材表面的钝化层，包含通过丝网印刷法于该基材上所形成的第一钝化层。
2.如权利要求1所述的太阳能电池钝化层，其中该第一钝化层为具有负的固定电荷的金属氧化物。
3.如权利要求1所述的太阳能电池钝化层，其中该第一钝化层为氧化铝、氧化锌或氧化铟锡。
4.一种制备太阳能电池钝化层的方法，其包含 提供一基材；及 通过丝网印刷法于该基材表面形成第一钝化层。
5.如权利要求4所述的方法，其中该丝网印刷法包含下列步骤 a)提供一涂料组合物，其中该涂料组合物具有至少约200cps的粘度；b)通过丝网印刷将该涂料组合物涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层'及 c)加热烧结该涂层，以于该基材上形成一具有该预定图案的第一钝化层。
6.如权利要求5所述的方法，其中该涂料组合物包含金属氧化物前体、溶剂和增稠剂。
7.如权利要求6所述的方法，其中该涂料组合物包含氧化铝前体、溶剂和增稠剂。
8.如权利要求6所述的方法，其中该增稠剂选自以下组纤维素衍生物类、丙烯酸聚合物类、二氧化硅类、聚乙二醇类聚合物及它们的混合物。
9.如权利要求4所述的方法，其中该丝网印刷所使用的网版具有约100至约300目的网目大小。
全文摘要
本发明涉及用于太阳能电池中设置于基材表面的钝化层，其包含通过丝网印刷法于该基材表面所形成的第一钝化层。本发明还涉及制备该钝化层的方法。本发明方法可利用丝网印刷于半导体基板表面制备钝化层，且于丝网印刷过程中，可同时进行图案化步骤。因此使得本发明能以更为经济、快速的方法制备该钝化层。
文档编号H01L31/0216GK103050551SQ201210560980
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年3月30日
发明者方福全, 陈嘉弘, 洪瑞意, 温清章 申请人:长兴化学工业股份有限公司, 长阳开发科技股份有限公司