专利名称：太阳能电池及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池及其制作方法，且特别是有关于一种具有微结构的抗反射层的太阳能电池及其制作方法。
背景技术：
请参照图1，其为公知太阳能电池剖面示意图。如图I所示，公知的太阳能电池I包括半导体基板10、第一抗反射层11、第二抗反射层12、第一电极13以及第二电极14。其中半导体基板10具有相对的N型半导体表面101与P型半导体表面102。第一抗反射层11设置于N型半导体表面101，而第二抗反射层12设置在P型半导体表面102。第一电极13与第二电极14则分别接触于N型半导体表面101与P型半导体表面102。公知的太阳能电池I为了提升光吸收效率，会将半导体基板10的表面粗糙化而形 成多个类似金字塔的微结构15，其制作方法是将半导体基板10浸泡在氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)等酸性蚀刻液中进行非等向性蚀刻，以粗化半导体基板10的表面。然而，在半导体基板10进行湿蚀刻的过程中，往往会因为酸性蚀刻液的浓度以及工艺温度难以控制得当而使半导体基板10过度受损，进而影响N型半导体表面101与P型半导体表面102之间电子空穴的传导效率，导致太阳能电池I光电转换效率下降。因此，如何在不损伤半导体基板10的前提下提高太阳能电池I的光吸收效率，实为此技术领域者所关注的重点之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一就是提供一种太阳能电池，其具有多个折射率不同的材料所形成的抗反射层，以提供较佳的光吸收效率。本发明的再一目的是提供一种太阳能电池制作方法，其通过沉积工艺在半导体基板上形成具有多个不同折射率材料的抗反射层，使得太阳能电池具有较佳的光吸收效率。本发明提出一种太阳能电池，包括半导体基板以及第一抗反射层。半导体基板具有相对的第一型半导体表面与第二型半导体表面。第一抗反射层包括多个折射凸块以及覆盖层。这些折射凸块设置于第二型半导体表面，其中各折射凸块具有第一折射部与第二折射部。第二折射部共形地覆盖第一折射部，且第一折射部的折射率大于第二折射部的折射率。覆盖层覆盖第二型半导体表面及这些折射凸块，且覆盖层的折射率小于这些第二折射部的折射率。本发明另提出一种太阳能电池制作方法，包括下列步骤提供半导体基板，此半导体基板具有相对的第一型半导体表面与第二型半导体表面；以及在第二型半导体表面上形成第一抗反射层，其中第一抗反射层包括多个折射凸块以及覆盖层，各折射凸块具有第一折射部与第二折射部，第二折射部共形地覆盖第一折射部，且第一折射部的折射率大于第二折射部的折射率，而覆盖层覆盖些折射凸块，且覆盖层的折射率小于这些第二折射部的折射率。
本发明实施例的太阳能电池及其制作方法主要是在半导体基板上形成由多个反射凸块与覆盖层构成的抗反射层，其中各折射凸块具有第一折射部与第二折射部，且第一折射部的折射率大于第二折射部的折射率，而覆盖层的折射率小于第二折射部的折射率。通过上述的抗反射层结构可提升太阳能电池的光吸收效率，且在制作的过程不会造成半导体基板的损伤，以避免在半导体基板的P型半导体表面与N型半导体表面之间发生电子空穴传导效率不佳的问题。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
图I绘示为公知太阳能电池剖面示意图；图2绘示为本发明的一实施例所述的太阳能电池剖面示意图； 图3A至图3H绘示为图2所示的太阳能电池的制作方法流程示意图。其中，附图标记I :公知太阳能电池10、20 :半导体基板11、21:第一抗反射层12、24:第二抗反射层13、22:第一电极14、23:第二电极15 :微结构101 :N型半导体表面102 :P型半导体表面2:太阳能电池201 :第一型半导体表面202 :第二型半导体表面211 :折射凸块212 :覆盖层220:第一电极图案230:第二电极图案221、222 :第一电极的一端 231、232 :第二电极的一端2111 :第一折射部2112 :第二折射部2001 :第一表面2002 :第二表面
具体实施例方式请参照图2，其为本发明的一实施例所述的太阳能电池剖面示意图。如图2所示，本实施例所述的太阳能电池2包括半导体基板20以及第一抗反射层21。半导体基板20具有相对的第一型半导体表面201与第二型半导体表面202。第一抗反射层21包括多个折射凸块211以及覆盖层212。这些折射凸块211设置于第二型半导体表面202，其中各个折射凸块211具有第一折射部2111与第二折射部2112。第二折射部2112共形地覆盖第一折射部2111，且第一折射部2111的折射率大于第二折射部2112的折射率。覆盖层212覆盖第二型半导体表面202及多个折射凸块211，且覆盖层212的折射率小于各个折射凸块211的第二折射部2112的折射率。承上述，本实施例所述的第一型半导体表面201为P型半导体表面，而第二型半导体表面202为N型半导体表面。当然，在其他实施例中，第一型半导体表面201也可以是N型半导体表面，而第二型半导体表面202则为P型半导体表面。具体来说，第一型半导体表面201在本实施例中，例如是作为太阳能电池2中的背面电场(Back Surface Field)，其主要用以增加开路电压(Voltage Open-Circuit)并增加太阳能电池2的光电转换效率，但本发明不以此为限。本实施例所述的第一抗反射层21具有这些折射凸块211，其可以是半球状、半椭圆状或其他弧状凸块，且这些折射凸块211的大小例如是介于70微米至100微米之间。各个折射凸块211的第一折射部2111的折射率例如是介于2. 6 2. 8之间，其材质例如是碳化硅(SiC)。各个折射凸块211的第二折射部2112的折射率例如是介于I. 8 2. 2之间，其材质例如是氮化娃(SiN)。而覆盖层212的折射率例如是I. 45,其材质例如是二氧化娃(Si02)。也就是说，当光线自太阳能电池2的外部通过空气(折射率约为I. 000293)入射覆盖层212并通过第二折射部2112以及第一折射部2111到达第二型半导体表面202时，由于覆盖层212的折射率大于空气的折射率，第二折射部2112的折射率大于覆盖层212的折射率，且第一折射部2111的折射率大于第二折射部2112的折射率，因此光线在入射至第二型半导体表面202的过程中，折射角度会逐渐变小。由此可知，通过这些折射凸块211搭配覆盖层212的结构设计，能够使得光线聚集入射到第二型半导体表面202，借以提高太阳能电池2的光吸收效应。
上述第一折射部2111、第二折射部2112与覆盖层212所使用的材质仅为举例说明，本发明不以此为限。假设第一折射部2111所使用的材料的折射率为A、第二折射部2112所使用的材料的折射率为B、覆盖层212所使用的材料的折射率为C，只要折射率符合A>B>C的材料，且可以形成如图2中所示的弧状凸块形状，皆可用来制作第一折射部2111、第二折射部2112与覆盖层212。再请参照图2，本实施例所述的太阳能电池2更包括第一电极22、第二电极23以及第二抗反射层24。第一电极22的一端221连接于半导体基板20的第二型半导体表面202,而第一电极22的另一端222突出于第一抗反射层21。第二抗反射层24设置于半导体基板20的第一型半导体表面201。值得一提的是,在其他实施例中，第二抗反射层24也可以与第一反射层21相同而具有折射凸块211，但本发明不以此为限。第二电极23的一端231连接于半导体基板20的第一型半导体表面202,而第二电极23的另一端232突出于第二抗反射层24。本实施例所述的第一电极22与第二电极23例如是可与外部装置(在本图示中未绘制)进行电性连接。请参照图3A至图3H，其为图2所示的太阳能电池的制作方法流程示意图。首先，如图3A所示，提供半导体基板20，此半导体基板20包括相对的第一表面2001与第二表面2002。接着，如图3B所示，在半导体基板20的第一表面2001掺入第一型掺质，使得半导体基板20的第一表面2001转变为第一型半导体表面201。在半导体基板20的第二表面2002掺入第二型掺质，使得半导体基板20的第二表面2002转变为第二型半导体表面202。上述在图3B的步骤中，第一型掺质例如包括硼(B)与铝(Al)等第III族元素的P型掺质，而第二型掺质例如是包括磷(P)、砷(As)以及锑(Sb)等第V族元素的N型掺质。此外，在图3B的步骤中，在半导体基板20的第一表面2001掺入第一型掺质以及在半导体基板20的第二表面2002掺入第二型掺质的方法包括离子扩散法与离子布植法，但本发明不以此为限。承上述，如图3C所示，进行第一沉积制程，而在半导体基板20的第二型半导体表面202上形成多个凸起的第一折射部2111。在本实施例中，这些第一折射部2111例如是由碳化硅(SiC)制成，且其折射率约介于2. 6 2. 8之间。接着如图3D所示，进行第二沉积制程，而于多个第一折射部2111上形成第二折射部2112。在本实施例中，第二折射部2112例如是由氮化硅(SiN)制成，且其折射率约介于1.8 2.2之间。特别的是，各个第二折射部2112分别共形覆盖于各个第一折射部2111上，进而形成多个折射凸块21。再如图3E所示，进行第三沉积制程，而在半导体基板20的第二型半导体表面202上形成覆盖层212覆盖图3D步骤中形成的这些折射凸块211，而多个折射凸块211与覆盖层212则构成上述在图2中所示的第一抗反射层21。在本实施例中，覆盖层212的材质例如是二氧化硅(Si02)，且其折射率约为1.45。详细来说，在图3C到图3E的步骤中，第一沉积制程、第二沉积制程以及第三沉积制程例如包括有机金属化学气相沉积工艺(MO-CVD)、等离子辅助化学气相沉积工艺(PECVD)、原子层化学气相沉积工艺(ALD)、分子束磊晶(MBE)、常压化学气相沉积工艺(APCVD)、电子回旋共振化学气相沉积工艺(ECR-CVD)以及超高真空化学气相沉积工艺(UHV-CVD)，但本发明不以此为限。承上述，如图3F所示，在半导体基板20的第一型半导体表面201形成第二抗反射 层24，而第二抗反射层24的材质例如是包括氧化硅(SiO)与氮化硅(SiN)。接着如图3G所示，在第一抗射层21上形成第一电极图案220，并在第二抗反射层24上形成第二电极230。最后如图3H所示，进行烧结制程，使得第一电极图案220穿过第一抗反射层21而接触于第二型半导体表面202，以形成如图2所示的第一电极22，以及使得第二电极图案230穿过第二抗反射层24而接触于第一型半导体表面201，以形成如图2所示的第二电极23。综上所述，在本发明实施例所述的太阳能电池及其制作方法主要是在半导体基板上形成由多个反射凸块与覆盖层构成的抗反射层，其中各折射凸块具有第一折射部与第二折射部，且第一折射部的折射率大于第二折射部的折射率，而覆盖层的折射率小于第二折射部的折射率，通过上述的抗反射层结构可提升太阳能电池的光吸收效率，并进而提升太阳能电池的光电转换效率。此外，本发明实施例所述的太阳能电池制作方法，由于不会使用到蚀刻工艺，因此，在制作的过程中不会造成半导体基板的损伤，如此一来，可以避免因半导体基板损伤所导致的P型半导体表面与N型半导体表面之间电子空穴的传导效率不佳的问题。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.ー种太阳能电池，其特征在于，包括一半导体基板以及ー第一抗反射层； 该半导体基板，具有相対的一第一型半导体表面与一第二型半导体表面；以及 该第一抗反射层，包括 多个折射凸块，设置于该第二型半导体表面，其中各该折射凸块具有一第一折射部与一第二折射部，该第二折射部共形地覆盖该第一折射部，且该第一折射部的折射率大于该第二折射部的折射率；以及 一覆盖层，覆盖该第二型半导体表面及这些折射凸块，且该覆盖层的折射率小于这些第二折射部的折射率。
2.根据权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，其中该第一型半导体表面为ーN型半导体表面，而该第二型半导体表面为ー P型半导体表面。
3.根据权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，其中该第一型半导体表面为ーP型半导体表面，而该第二型半导体表面为ー N型半导体表面。
4.根据权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，其中这些第一折射部的折射率介于2. 6^2. 8之间，这些第二折射部的折射率介于I. 8^2. 2之间，该覆盖层的折射率为I. 45。
5.根据权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，其中这些第一折射部的材质为碳化硅，这些第二折射部的材质为氮化硅，而该覆盖层的材质为ニ氧化硅。
6.根据权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，其中这些折射凸块为弧状凸块。
7.根据权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，还包括一第一电极，其中该第一电极的一端连接于该第二型半导体表面，而该第一电极的另一端突出于该第一抗反射层。
8.根据权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，还包括 一第二抗反射层，设置于该半导体基板的该第一型半导体表面；以及 一第二电极，该第二电极的一端连接于该第一型半导体表面，而该第二电极的另一端突出于该第二抗反射层。
9.一种太阳能电池制作方法，其特征在于，包括下列步骤 提供一半导体基板，该半导体基板具有相対的一第一型半导体表面与一第二型半导体表面；以及 在该第二型半导体表面上形成一第一抗反射层，其中该第一抗反射层包括多个折射凸块以及一覆盖层，各该折射凸块具有一第一折射部与一第二折射部，该第二折射部共形地覆盖该第一折射部，且该第一折射部的折射率大于该第二折射部的折射率，而该覆盖层覆盖这些折射凸块，且该覆盖层的折射率小于这些第二折射部的折射率。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池制作方法，其特征在于，其中该第二型半导体表面的形成方法包括在半导体基板的一第一表面掺入ー第二型掺质，而该第一型半导体表面的形成方法包括在半导体基板的一第二表面掺入ー第一型掺质。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池制作方法，其特征在于，其中在该第一表面掺入该第二型掺质以及在该第二表面掺入该第一型掺质的方法包括离子扩散法。
12.根据权利要求9所述的太阳能电池制作方法，其特征在于，其中在该第二型半导体表面上形成该第一抗反射层的方法包括下列步骤 进行ー第一沉积制程，而在该第二型半导体表面上形成这些第一折射部； 进行ー第二沉积制程，而在这些第一折射部上形成这些第二折射部；以及进行ー第三沉积制程，而在该第二型半导体表面上形成一覆盖层以覆盖这些折射凸块。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池制作方法，其特征在于，还包括下列步骤 在该第一型半导体表面上形成一第二抗反射层；以及 在该第一抗反射层上形成一第一电极图案以及在该第二抗反射层上形成一第二电极图案；以及 进行ー烧结制程，使得该第一电极图案穿过该第一抗反射层而接触于该第二型半导体表面，以形成一第一电极，以及使得该第二电极图案穿过该第二抗反射层而接触于该第一型半导体表面，以形成一第二电极。
14.根据权利要求9所述的太阳能电池制作方法，其特征在于，其中这些第一折射部的折射率介于2. 6 2. 8之间，这些第二折射部的折射率介于I. 8 2. 2之间，该覆盖层的折射率为 I. 45。
15.根据权利要求9所述的太阳能电池制作方法，其特征在于，其中这些第一折射部的材质为碳化硅，这些第ニ折射部的材质为氮化硅，而该覆盖层的材质为ニ氧化硅。
全文摘要
一种太阳能电池及其制作方法，太阳能电池包括半导体基板以及第一抗反射层。半导体基板具有相对的第一型半导体表面与第二型半导体表面。第一抗反射层包括多个折射凸块以及覆盖层。这些折射凸块设置于第二型半导体表面，其中各折射凸块具有第一折射部与第二折射部。第二折射部共形地覆盖第一折射部，且第一折射部的折射率大于第二折射部的折射率。覆盖层覆盖第二型半导体表面及这些折射凸块，且覆盖层的折射率小于这些第二折射部的折射率。
文档编号H01L31/18GK102769045SQ20121016527
公开日2012年11月7日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者何伟硕, 吴振诚, 胡雁程, 陈人杰 申请人:友达光电股份有限公司