太阳能电池及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种太阳能电池及其制造方法，其中制造方法包括以下步骤：提供光电转换层。在光电转换层相对的第一表面与第二表面上分别形成透明导电层。在各透明导电层上形成覆盖层。在各覆盖层上形成种子层。在各种子层上形成电极层，其中各覆盖层的厚度介于50至850埃之间，而使得各电极层得以分别通过扩散至覆盖层中的种子层而与对应的透明导电层电性连接。
【专利说明】太阳能电池及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种光电转换元件及其制造方法，且特别是有关于一种太阳能电 池及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 在石化能源短缺以及能源需求量与日俱增的情况下，再生能源（Renewab 1 e energy)的开发成为当今非常重要的课题之一。再生能源泛指永续且无污染的天然能源，例 如太阳能、风能、水利能、潮汐能或是生物能等，其中，太阳能的利用更是近几年来在能源开 发的研究上相当重要且受欢迎的一环。
[0003] 太阳能电池是一种能量转换的光电元件（photovoltaic device)，其通过太阳光 的照射，将光的能量转换成电能。图1是现有的一种太阳能电池的剖面示意图。请参照图 1，太阳能电池100包括光电转换层110、透明导电层120a、120b及电极层130a、130b。电极 层130a、130b分别配置于光电转换层110的第一表面S1与第二表面S2上，其中第一表面 S1相对于第二表面S2,且透明导电层120a配置于光电转换层110与电极层130a之间，而 透明导电层120b配置于光电转换层110与电极层130b之间。
[0004] 一般而言，配置于光电转换层110的受光面（指第一表面S1)上的电极层130a除 了要能有效地收集载流子，还要尽量减少电极层130a遮蔽入射光的比例。因此，位于受光 面的电极层130a-般会设计成具有特殊图案的结构，例如是从汇流电极（busbar)延伸出 多条很细的指状（finger)电极。现有技术中欲形成所述电极图案（指汇流电极与指状电 极），通常是通过网版印刷将银胶（未示出）涂布于透明导电层120a上。此外，需搭配共 同烧结制程，以将银胶固化成电极层130a。然而，共同烧结制程属高温制程（超过摄氏700 度），其容易损害太阳能电池100内的膜层，特别是异质结（Hetero-junction)娃基太阳能 电池中的非晶硅半导体层。此外，电极层130a中指状电极或汇流电极的宽度也会受限于高 温制程，而无法进一步地减缩，进而局限了太阳能电池的光电转换效率。另一方面，倘若降 低共同烧结制程的温度，则会影响电极层130a的品质。所以，如何提升太阳能电池的可靠 性（也即如何降低电极层的制程对于太阳能电池内的膜层的损害），并进一步地提升太阳 能电池的光电转换效率，实为未来的趋势。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种太阳能电池的制造方法，其可制作出可靠性高且光电转换效率佳 的太阳能电池。
[0006] 本发明提供一种太阳能电池，其具有高可靠性及良好的光电转换效率。
[0007] 本发明的一种太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：提供光电转换层。在光电转 换层相对的第一表面与第二表面上分别形成透明导电层。在各透明导电层上形成覆盖层。 在各覆盖层上形成种子层。在各种子层上形成电极层，其中各覆盖层的厚度介于50至850 埃之间，而使得各电极层得以分别通过扩散至覆盖层中的种子层而与对应的透明导电层电 性连接。
[0008] 在本发明的一实施例中，上述的光电转换层是由P型半导体层及N型半导体层堆 叠形成的PN结构，或由P型半导体层、本征层（intrinsic layer)、N型半导体层堆叠形成 的PIN结构。
[0009] 在本发明的一实施例中，上述的透明导电层的材料包括金属氧化物。
[0010] 在本发明的一实施例中，上述的覆盖层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅 铝氧化物或上述至少二种材料的堆叠层。
[0011] 本发明的一实施例中，上述的种子层的材料包括银，且形成种子层的方法包括喷 洒（spray)、涂布（inject)或网版印刷（screen printing)。
[0012] 在本发明的一实施例中，上述的各种子层为叠层结构，且种子层的材料还包括 镍、铜、铝、钴、钛、或上述至少两者的混合物、金属硅化物（如硅化镍、硅化钴、硅化钛等） 或上述至少两种材料的堆叠层，而形成种子层的方法还包括无电镀（electroless)、电镀 (electroplating)、物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD)或化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition, CVD)〇
[0013] 在本发明的一实施例中，上述的电极层包括第一电极层以及第二电极层。第一电 极层覆盖于种子层上，且第二电极层覆盖于第一电极层上。第一电极层的材料包括导电金 属（如银、镍、铜、铝、钛、钴或上述至少两者的混合物）及金属硅化物（如硅化镍、硅化钴或 硅化钛），而第二电极层的材料包括锡、银或镍。
[0014] 本发明的一种太阳能电池，包括光电转换层、透明导电层、覆盖层、种子层、电极 层、另一透明导电层、另一覆盖层、另一种子层以及另一电极层。透明导电层配置于光电转 换层的第一表面上。覆盖层配置于透明导电层上，其中覆盖层的厚度介于50至850埃之 间。种子层配置于透明导电层上，且种子层与透明导电层电性连接。电极层配置于种子层 上。另一透明导电层配置于光电转换层的第二表面上，其中第一表面与第二表面彼此相对。 另一覆盖层配置于另一透明导电层上，其中另一覆盖层的厚度介于50至850埃之间。另一 种子层配置于另一透明导电层上，且与另一透明导电层电性连接。另一电极层配置于另一 种子层上。
[0015] 在本发明的一实施例中，上述的光电转换层是由P型半导体层及N型半导体层堆 叠形成的PN结构，或由P型半导体层、本征层、N型半导体层堆叠形成的PIN结构。
[0016] 在本发明的一实施例中，上述的透明导电层以及另一透明导电层的材料包括金属 氧化物。
[0017] 在本发明的一实施例中，上述的覆盖层以及另一覆盖层的材料包括氧化硅、氮化 硅、氮氧化硅、硅铝氧化物或上述至少二种材料的堆叠层。
[0018] 在本发明的一实施例中，上述的种子层以及另一种子层的材料包括银。
[0019] 在本发明的一实施例中，上述的种子层以及另一种子层分别为叠层结构，且种子 层以及另一种子层的材料还包括银以外的导电金属（如镍、铜、铝、钴、钛或上述至少两者 的混合物）及金属硅化物（如硅化镍、硅化钴、硅化钛）或上述至少两种材料的堆叠层。
[0020] 在本发明的一实施例中，上述的电极层包括第一电极层以及第二电极层。第一电 极层覆盖于种子层上，且第二电极层覆盖于第一电极层上。第一电极层的材料包括银、镍、 铜、铝、钴、钛或上述至少两者的混合物、金属硅化物（如硅化镍、硅化钴或硅化钛），而第二 电极层的材料包括锡、银或镍。
[0021] 基于上述，本发明在透明导电层上形成覆盖层及种子层，藉以使电极层的材料选 择性地成长于种子层上。如此，本发明可通过种子层的图案设计去调变电极图案（指电极 层的汇流电极与指状电极），而可以不用通过网版印刷及共同烧结制程去形成电极图案。因 此，可避免因共同烧结制程而对太阳能电池造成损害，进而使太阳能电池具有高可靠性。此 夕卜，本发明可通过种子层的设置，增加电极层与透明导电层的附着力（adhesion)，并降低电 极层与透明导电层的接触阻值，进而使太阳能电池具有良好的光电转换效率。
[0022] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详 细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是现有的一种太阳能电池的剖面示意图；
[0024] 图2A至图2F是本发明一实施例的一种太阳能电池的制作流程的剖面示意图。
[0025] 附图标记说明：
[0026] 100、200 :太阳能电池；
[0027] 110、210 :光电转换层；
[0028] 120a、120b、220A、220B :透明导电层；
[0029] 130a、130b、250A、250B :电极层；
[0030] 212 :硅基材；
[0031] 214A、214B :钝化层；
[0032] 216A :第一型半导体层；
[0033] 216B :第二型半导体层；
[0034] 230A、230B :覆盖层；
[0035] 240A、240B :种子层；
[0036] 242、246 :第一子种子层；
[0037] 244、248 :第二子种子层；
[0038] 252、256 :第一电极层；
[0039] 254、258 :第二电极层；
[0040] A1、A2:区域；
[0041] S1 :第一表面；
[0042] S2 :第二表面；
[0043] T :厚度。
【具体实施方式】
[0044] 图2A至图2F是本发明一实施例的一种太阳能电池的制作流程的剖面示意图。请 参照图2A，提供光电转换层210,其中光电转换层210具有相对的第一表面S1与第二表面 S2。第一表面S1例如是受光面，也即是，面向外界光线（未示出，例如太阳光）以吸收光子 的表面，而第二表面S2例如是非受光面，也即是背对外界光线的表面。
[0045] 光电转换层210可以是由P型半导体层及N型半导体层堆叠形成的PN结构，或是 由P型半导体层、本征层、N型半导体层堆叠形成的PIN结构。
[0046] 举例而言，光电转换层210例如是包括硅基材212、钝化层214A、214B、第一型半导 体层216A及第二型半导体层216B，其中第一型半导体层216A及第二型半导体层216B分别 位于娃基材212的相对两表面，且钝化层214A位于第一型半导体层216A与娃基材212之 间，而钝化层214B位于第二型半导体层216B与硅基材212之间。在本实施例中，第一型半 导体层216A与钝化层214A具有一接触面，且第一型半导体层216A相对于接触面的表面为 光电转换层210的第一表面S1。另一方面，第二型半导体层216B与钝化层214B也具有一 接触面，且第二型半导体层216B相对于接触面的表面为光电转换层210的第二表面S2。
[0047] 在本实施例中，硅基材212例如是P型硅基材或N型硅基材。钝化层214A、214B、 第一型半导体层216A及第二型半导体层216B例如是非晶硅半导体层，且例如是以等离子 增益化学气相沉积的方法制成。第一型半导体层216A及第二型半导体层216B其中一者为 N型半导体层，且第一型半导体层216A及第二型半导体层216B其中另一者为P型半导体 层。
[0048] 需说明的是，本实施例虽以娃基太阳能电池（Si based solar cell)的光电转换 层作为举例说明，但光电转换层的类型视太阳能电池的种类而定，因此本发明并不限定光 电转换层的类型。
[0049] 另外，为了提高吸收光子的能力，并降低外界光线的反射，本实施例还可选择性地 对硅基材212的受光面（例如是硅基材212与钝化层214A接触的表面）进行表面织构化 制程，而形成织构化表面。所述表面织构化制程例如是，但不限于，使用氢氧化钾（Κ0Η)溶 液来进行。
[0050] 请参照图2B，在光电转换层210的第一表面S1上形成透明导电层220A，且在光电 转换层210的第二表面S2上形成另一透明导电层220B。此处透明导电层220A、220B可作 为窗户层，其可用以调变光电转换效率、光穿透率（light transmittance)、载流子收集效 率等。在本实施例中，透明导电层220A、220B的材料例如是金属氧化物，如铟锡氧化物、铟 锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物、或其它合适的氧化物、或者是上述至少 二者的堆叠层。此外，形成透明导电层220A、220B的方法例如是蒸镀（evaporation)法、溅 镀（sputtering)法或其他适于沉积金属氧化物的方法。
[0051] 请参照图2C，在透明导电层220A上形成覆盖层230A。在本实施例中，覆盖层 230A的材料例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅铝氧化物或上述至少二种材料的堆叠层， 且覆盖层230A例如是以物理气相沉积（Physical Vapor D印〇siti〇n，PVD)、化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition, CVD)或电镀的方法在低温（温度范围介于摄氏150度至250 度之间）下制成，藉以避免对太阳能电池中已成型的其他膜层造成损害。
[0052] 详言之，本实施例的覆盖层230A的厚度T介于50至850埃之间，且折射率例如 介于1. 7至3. 5之间（上述"介于"皆包含端点值），因此，覆盖层230A除了具有低导电率 (即高阻值）外，还具有高穿透率，并可降低外界光线的反射。此外，覆盖层230A的制程与 现有的太阳能电池的制程相容，且形成后即无需移除。因此，本实施例的覆盖层230A除了 可保护太阳能电池（例如避免太阳能电池刮伤或受潮等）以及降低外界光线反射之外，还 具有制程简易的优点。
[0053] 请参照图2D，在覆盖层230A上形成种子层240A。在本实施例中，种子层240A除 了适于将欲形成的电极层（在后面示出）与透明导电层220A电性连接外，还可作为电极层 的晶种用。换言之，本实施例可通过种子层240A的图案设计去调变电极层的电极图案（指 电极层的汇流电极与指状电极）。由于种子层240A与欲形成的电极层是位于太阳能电池的 受光面，因此，考虑到欲形成的电极层遮蔽入射光的比例，种子层240A的图案（即欲形成的 电极层）不会完全覆盖于透明导电层220A上。也即是，种子层240A覆盖覆盖层230A部分 的区域A1，且曝露出覆盖层230A其余的区域A2。
[0054] 在本实施例中，种子层240A以叠层结构作为举例说明。具体而言，本实施例的种 子层240A包括第一子种子层242以及第二子种子层244,其中第一子种子层242介于透明 导电层220A与第二子种子层244之间。
[0055] 在形成第一子种子层242时，第一子种子层242的材料适于扩散至覆盖层230A 中，也即是，第一子种子层242的材料需具备适当的扩散性，如此一来，通过第一子种子层 242的材料的选择及覆盖层230A的厚度T(示出于图2C)的设计，在未移除欲形成第一子 种子层242处的覆盖层230A下（也即是在未移除区域A1的覆盖层230A下），第一子种子 层242也可与透明导电层220A电性连接。在本实施例中，第一子种子层242的材料例如是 银，而形成第一子种子层242的方法可以是喷洒或网版印刷。
[0056] 第二子种子层244适于作为欲成长的电极层的晶种，因此，第二子种子层244的材 料视电极层的材料而定。举例而言，当选择铜为电极层的材料时，则第二子种子层244的材 料可选择与铜匹配的材料。在其他实施例中，第二子种子层244的材料也可以是镍、铜、铝、 钴、钛或上述至少两者的混合物、金属硅化物（如硅化镍、硅化钴、硅化钛）或上述至少两种 材料的堆叠层，而形成种子层的方法可以是无电镀、电镀、物理气相沉积或化学气相沉积等 方法。在本实施例中，若使用镍、铜、铝、钴、钛或上述至少两者的混合物、金属硅化物（如硅 化镍、硅化钴、硅化钛）或上述至少两种材料的堆叠层等材料取代银的使用或降低银的使 用量，可进一步地减少制程成本。
[0057] 需说明的是，本实施例虽以叠层结构作为举例说明，但在其他未示出的实施例中， 种子层也可以是单层的结构。举例而言，当选择银为电极层的材料时，种子层的材料可选择 以银同时作为扩散层及晶种的材料。因此，在覆盖层230A上形成单层的种子层后，可直接 制作电极层。
[0058] 请参照图2E，在种子层240A上形成电极层250A。电极层250A位于太阳能电池的 受光面，且适于汇集由光电转换层210射出的载流子。此外，电极层250A可以是单层或叠 层结构。在本实施例中，电极层250A以叠层结构作为举例说明。
[0059] 详细而言，本实施例的电极层250A包括第一电极层252以及第二电极层254,其中 第一电极层252覆盖于种子层240A上，而第二电极层254覆盖于第一电极层252上。第二 电极层254的设置除了可避免第一电极层252氧化之外，还可作为后续太阳能电池模组组 装时的中介层（inter-layer)，藉以提升附着力。
[0060] 在本实施例中，第一电极层252的材料可以是银、镍、铜、铝、钴、钛或上述至少两 者的混合物、金属硅化物（如硅化镍、硅化钴或硅化钛）等具有良好导电率的材料，而第二 电极层254的材料可以是锡、银或镍等较不易氧化的材料。此外，形成第一电极层252与第 二电极层254的方法可以是无电镀或电镀等方法。由于铜的导电性高于银的导电性，因此， 若以铜作为第一电极层252的材料，除了可减少制程成本之外，还可进一步地提升太阳能 电池的光电转换效率及填充因子（fill factor)。
[0061] 在本实施例中，利用覆盖层230A及种子层240A具有不同的无电镀率或电镀率，而 在形成电极层250A之前，先形成覆盖层230A及种子层240A于透明导电层220A上。因此， 在形成电极层250A的过程中，电极层250A的材料会选择性地成长于种子层240A上。如此 一来，本实施例可通过种子层240A的图案设计去调变电极层250A的电极图案（指电极层 的汇流电极与指状电极），而可以不用通过网版印刷及共同烧结制程去形成电极图案。因 此，本实施例可避免因共同烧结制程（高温制程）而对太阳能电池造成损害，进而使太阳能 电池具有高可靠性。此外，本实施例还可通过种子层240A的设置，增加电极层250A与透明 导电层220A的附着力，并降低电极层250A与透明导电层220A的接触阻值，进而使太阳能 电池具有良好的光电转换效率。
[0062] 请参照图2F，在光电转换层210的第二表面S2上形成另一覆盖层230B、另一种子 层240B (包括第一子种子层246及第二子种子层248)以及另一电极层250B (包括第一电 极层256及第二电极层258)，其中形成此些膜层的方法可参照图2C至图2E及其对应的叙 述，于此便不再赘述。于此，太阳能电池200即初步完成。
[0063] 需说明的是，由于电极层250B位于太阳能电池200的非受光面，因此，电极层250B 不会遮蔽到入射光。换言之，电极层250B的图案设计可以具有更大的设计弹性，而种子层 240B的图案设计也可具有更大的设计弹性。在其他未示出的实施例中，位于非受光面的种 子层240B以及电极层250B的图案设计与位于受光面的种子层240A以及电极层250A的图 案设计可以不相同，又或者，种子层240B以及电极层250B可以是全面地覆盖于透明导电层 220B上，也即是，种子层240B直接接触于透明导电层220B上不需要另外生成覆盖层230B。 [0064] 综上所述，本发明在透明导电层上形成覆盖层及种子层，藉以使电极层的材料选 择性地成长于种子层上。如此，本发明可通过种子层的图案设计去调变电极层的电极图 案（指电极层的汇流电极与指状电极），而可以不用通过网版印刷及共同烧结制程去形 成电极图案。因此，可避免因共同烧结制程而对太阳能电池造成损害，进而使太阳能电池 具有高可靠性。此外，本发明可通过种子层的设置，增加电极层与透明导电层的附着力 (adhesion)，并降低电极层与透明导电层的接触阻值，进而使太阳能电池具有良好的光电 转换效率。
[0065] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征 进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本征脱离本发明各实施例技 术方案的范围。
【权利要求】
1. 一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括： 提供一光电转换层； 在该光电转换层相对的一第一表面与一第二表面上分别形成一透明导电层； 在各该透明导电层上形成一覆盖层； 在各该覆盖层上形成一种子层；以及 在各该种子层上形成一电极层，其中各该覆盖层的厚度介于50至850埃之间，而使得 各该电极层分别通过扩散至该覆盖层中的该种子层而与对应的该透明导电层电性连接。
2. 根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该光电转换层是由P型 半导体层及N型半导体层堆叠形成的PN结构，或由P型半导体层、本征层、N型半导体层堆 叠形成的PIN结构。
3. 根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该透明导电层的材料 包括金属氧化物。
4. 根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该覆盖层的材料包括 氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅铝氧化物或上述至少二种材料的堆叠层。
5. 根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该种子层的材料包括 银，且形成该种子层的方法包括喷洒、喷射或网版印刷。
6. 根据权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，各该种子层为一叠层 结构，且该种子层的材料还包括镍、铝、钴、钛、或上述至少两者的混合物，或者该种子层的 材料还包括硅化镍、硅化钴、硅化钛或上述至少两种材料的堆叠层，且形成该种子层的方法 还包括无电镀、电镀、物理气相沉积或化学气相沉积。
7. 根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该电极层包括一第一 电极层以及一第二电极层，该第一电极层覆盖于该种子层上，且该第二电极层覆盖于该第 一电极层上，该第一电极层的材料包括银、镍、铜、铝、钛、钴或上述至少两者的混合物、硅化 镍、硅化钴或硅化钛，而该第二电极层的材料包括锡、银或镍。
8. -种太阳能电池，其特征在于，包括： 一光电转换层； 一透明导电层，配置于该光电转换层的一第一表面上； 一覆盖层，配置于该透明导电层上，其中该覆盖层的厚度介于50至850埃之间； 一种子层，配置于该透明导电层上，且与该透明导电层电性连接； 一电极层，配置于该种子层上； 另一透明导电层，配置于该光电转换层的一第二表面上，其中该第一表面与该第二表 面彼此相对； 另一覆盖层，配置于该另一透明导电层上，其中该另一覆盖层的厚度介于50至850埃 之间； 另一种子层，配置于该另一透明导电层上，且与该另一透明导电层电性连接；以及 另一电极层，配置于该另一种子层上。
9. 根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该光电转换层是由P型半导体层 及N型半导体层堆叠形成的PN结构，或由P型半导体层、本征层、N型半导体层堆叠形成的 PIN结构。
10. 根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该透明导电层以及该另一透明导 电层的材料包括金属氧化物。
11. 根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该覆盖层以及该另一覆盖层的材 料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅铝氧化物或上述至少二种材料的堆叠层。
12. 根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该种子层以及该另一种子层的材 料包括银。
13. 根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，该种子层以及该另一种子层分 别为一叠层结构，且该种子层以及该另一种子层的材料还包括镍、铜、铝、钴、钛或上述至少 两者的混合物，或者该种子层以及该另一种子层的材料还包括硅化镍、硅化钴、硅化钛或上 述至少两种材料的堆叠层。
14. 根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，该电极层包括第一电极层以及第 二电极层，该第一电极层覆盖于该种子层上，且该第二电极层覆盖于该第一电极层上，该第 一电极层的材料包括银、镍、铜、铝、钴、钛或上述至少两者的混合物、硅化镍、硅化钴或硅化 钛，而该第二电极层的材料包括锡、银或镍。
【文档编号】H01L31/0224GK104157726SQ201310179816
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月15日 优先权日:2013年5月15日
【发明者】高武羣, 程立伟, 蒋天福 申请人:联景光电股份有限公司