专利名称：太阳能电池及其制作方法
技术领域：
本发明关于一种太阳能电池及其制作方法，尤指一种具有选择性背表面电场结构(selective back surface field, selective BSF)的太阳能电池及其制作方法。
背景技术：
太阳能电池是一种可将太阳光能转换成电能的光电转换元件，在石油资源面临枯竭的今日，可望成为最具发展潜力的替代能源。然而，目前太阳能技术仍受限于高制作成本、工艺复杂与光电转换效率不佳等问题，因此太阳能的发展仍待进一步的突破
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高光电转换效率的太阳能电池及其制作方法。本发明的一较佳实施例提供一种制作太阳能电池的方法，包括下列步骤。提供一基底，其具有一第一表面与一第二表面，且第一表面相对于第二表面。于基底的第一表面内形成一具有第一掺杂类型的第一轻掺杂区。于基底的第二表面内形成一第二轻掺杂区以及一第二重掺杂区，其中第二轻掺杂区与第二重掺杂区具有一第二掺杂类型，且第一掺杂类型不同于第二掺杂类型。于基底的第一表面上形成一第一电极。于基底的第二表面上形成一第二电极。其中，该基底具有该第二掺杂类型。其中，该第二轻掺杂区位于该基底的一部分的该第二表面内，该第二重掺杂区位于该基底的另一部分的该第二表面内，且该第二电极与该第二轻掺杂区以及该第二重掺杂区接触并电性连接。其中，形成该第二轻掺杂区的步骤包括利用一第一屏蔽进行一第一离子布植工艺，以于未被该第一屏蔽所阻挡的该基底内形成该第二轻掺杂区；以及形成该第二重掺杂区的步骤包括利用一第二屏蔽进行一第二离子布植工艺，以于未被该第二屏蔽所阻挡的该基底内形成该第二重掺杂区。其中，形成该第二轻掺杂区与该第二重掺杂区的步骤包括于该基底的该第二表面内全面性地形成一重掺杂区；于该基底的该第二表面上形成一图案化屏蔽层，其中该图案化屏蔽层覆盖部分的该基底的该第二表面且暴露出部分的该重掺杂区；移除该图案化屏蔽层所暴露出的部分的该重掺杂区以形成该第二轻掺杂区；以及移除该图案化屏蔽层，以暴露出被该图案化屏蔽层所覆盖的该重掺杂区，其成为该第二重掺杂区。其中，该第二轻掺杂区位于该基底的该第二表面内，该第二重掺杂区位于该第二轻掺杂区上，且该第二电极与该第二重掺杂区接触并电性连接。其中，另包括进行一粗糙化工艺，使该基底的该第一表面形成一粗糙化表面。其中，另包括于该基底的该第一表面形成一抗反射层。其中，另包括于该基底的该第一表面形成一第一重掺杂区，其中该第一重掺杂区具有该第一掺杂类型，该第一电极形成于该第一重掺杂区上，且该第一电极与该第一重掺杂区接触并电性连接。本发明的另一较佳实施例提供一种太阳能电池，包括一基底、一第一轻掺杂区、一第二轻掺杂区、一第二重轻掺杂区、一第一电极以及一第二电极。基底具有一第一表面与一第二表面，第一表面相对于第二表面，且第一表面系为一入光面。第一轻掺杂区位于基底的第一表面内，其中第一轻掺杂区具有一第一掺杂类型。第二轻掺杂区与第二重轻掺杂区位于基底的第二表面内，其中第二轻掺杂区与第二重掺杂区具有一第二掺杂类型，且第一掺杂类型不同于第二掺杂类型。第一电极位于基底的第一表面上。第二电极位于基底的第二表面上。其中，该基底具有该第二掺杂类型。其中，该第二轻掺杂区位于该基底的一部分的该第二表面内，该第二重掺杂区位于该基底的另一部分的该第二表面内，且该第二电极与该第二轻掺杂区以及该第二重掺杂区接触并电性连接。
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其中，该第二轻掺杂区位于该基底的该第二表面内，该第二重掺杂区位于该第二轻掺杂区上，且该第二电极与该第二重掺杂区接触并电性连接。其中，该基底的该第一表面具有一粗糙化表面。其中，另包括一抗反射层，设置于该基底的该第一表面上。其中，另包括一第一重掺杂区，位于该基底的该第一表面内，其中该第一重掺杂区具有一第一掺杂类型，该第一电极形成于该第一重掺杂区上，且该第一电极与该第一重掺杂区接触并电性连接。本发明的太阳能电池的背表面电场结构具有两种掺杂浓度，可有效提升光电转换效率。
图I至图6绘示了本发明的第一较佳实施例的制作太阳能电池的方法示意图。图7至图10绘示了本发明的第一较佳实施例的变化实施例的制作太阳能电池的方法示意图。图11绘示了本发明的第一较佳实施例与对照实施例的太阳能电池的开路电压的比较图。图12绘示了本发明的第一较佳实施例与对照实施例的太阳能电池的光电转换效率的比较图。图13绘示了本发明的第二较佳实施例的太阳能电池的示意图。图14绘示了本发明的第三较佳实施例的太阳能电池的示意图。图15绘示了本发明的第四较佳实施例的太阳能电池的示意图。其中，附图标记10 :基底101 :第一表面102 :第二表面12L :第一轻掺杂区14L:第二轻掺杂区14H:第二重掺杂区161 :第一屏蔽171 :第一离子布植工艺162 :第二屏蔽172 :第二离子布植工艺
18 :抗反射层201 :第一电极202:第二电极30:太阳能电池14:重掺杂区15:图案化屏蔽层30’ 太阳能电池40 :太阳能电池12H :第一重掺杂区50 :太阳能电池60:太阳能电池103 :边缘
具体实施例方式
为使熟习本发明本领域技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。请参考图I至图6。图I至图6绘示了本发明的第一较佳实施例的制作太阳能电池的方法不意图。如图I所不，首先提供基底10。基底10可包括娃基底例如单晶娃基底、多晶娃基底、微晶娃基底或奈米晶娃基底，但不以此为限而可为其它各种类型的半导体基底。基底10具有第一表面101与第二表面102，其中第一表面101与第二表面102彼此相对，且第一表面101为入光面。随后，可对基底10进行切割损伤移除(saw damage remove, SDR)工艺，例如利用酸性溶液或碱性溶液清洗基底10，以去除切割对基底10造成的细微损伤。如图2所示，接着可进行粗糙化工艺，使基底10的第一表面101及/或第二表面102形成粗糙化表面，以增加入光量。粗糙化工艺可利用湿式蚀刻工艺或干式蚀刻工艺加以形成。粗糙化表面是由多个微结构例如金字塔结构所形成，且各微结构的高度大体上可介于0. I微米-0. 15微米之间，但不以此为限。此外，于基底10的第一表面101内形成第一轻掺杂区12L，其中第一轻掺杂区12L具有第一掺杂类型，而基底10具有第二掺杂类型。第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，例如第一掺杂类型可为n型，而第二掺杂类型可为P型，但不以此为限。第一轻掺杂区12L的掺杂浓度大体上介于l*1019atom/cm3-l*1021atom/cm3之间，例如2*102°atom/cm3,但不以此为限。第一轻掺杂区12L的片电阻大体上介于 80 Q / □ ( Q / square) -120 Q / □ ( Q / square)之间，例如 90 Q / □ ( Q /square)，但不以此为限。在本实施例中，第一轻掺杂区12L可利用扩散工艺加以制作。举例而言，若第一掺杂类型为n型，则可选用磷、砷、锑或上述材料的化合物作为掺杂质进行扩散工艺；若第一掺杂类型为P型，则可选用硼或硼化合物作为掺杂质进行扩散工艺。于扩散工艺后，可进行晶边绝缘(edge isolation)工艺，以移除于扩散工艺中于基底10的第一表面101与第二表面102之间的边缘103产生的掺杂层，以确保基底10的第一表面101与第二表面102之间的电性隔离。晶边绝缘工艺可为例如激光切割工艺、干式蚀刻工艺或湿式蚀刻工艺。第一轻掺杂区12L并不限于利用扩散工艺加以制作，在变化实施例中，第一轻掺杂区12L亦可利用离子布植工艺加以制作。接着于基底10的第二表面102内形成具有第二掺杂类型的第二轻掺杂区14L以及第二重掺杂区14H。在本实施例中，第二轻掺杂区14L位于基底10的一部分的第二表面102内，而第二重掺杂区14H位于基底10的另一部分的第二表面102内。也就是说，在垂直投影方向上，第二轻掺杂区14L与第二重掺杂区14H并未重迭。在本实施例中，于基底10的第二表面102内形成第二轻掺杂区14L以及第二重掺杂区14H的方法如下所示。如图3所不,利用第一屏蔽161进行第一离子布植工艺171,以于未被第一屏蔽161所阻挡的基底10的部分第二表面102内形成第二轻掺杂区14L。如图4所示，利用第二屏蔽162进行第二离子布植工艺172，以于未被第二屏蔽162所阻挡的基底10的部分第二表面102内形成第二重掺杂区14H。在本实施例中，第二轻掺杂区14L的掺杂浓度大体上介于l*1017atom/cm3-5*1018atom/cm3 之间，例如 3*1018atom/cm3,而第二重惨杂区 14H 的惨杂浓度大体上介于5*1018atom/cm3-l*1019atom/cm3之间，例如6*1018atom/cm3,但不以此为限。第二轻掺杂区14L的片电阻大体上介于50 Q / □ ( Q/square)-80 Q / □ ( Q/square)之间，例如60 Q/口(Q/square)，而第二重掺杂区14H的片电阻大体上介于20Q/口 (Q/square) -50 Q / □ ( Q / square)之间，例如 300/口( Q/square),但不以此为限。此外，第二轻掺杂区14L以及第二重掺杂区14H的形成顺序可以交换。在本实施例中，第二轻掺杂区14L与第二重掺杂区14H构成了 图案化背表面电场结构(patterned back surfacefield, patterned BSF)，且第二轻掺杂区14L与第二重掺杂区14H的面积比大体上可介于例如1:1至20:1之间，但不以此为限。如图5所示，随后可于基底10的第一表面101形成抗反射层18。在本实施例中，抗反射层18系以共形(conformal)方式形成于基板10的第一表面101上，因此抗反射层18亦具有粗糙化表面。抗反射层18可增加太阳能电池的入光量。抗反射层18可为单层或多层结构，且其材料可为例如氮化硅、氧化硅或氮氧化硅、或其它合适的材料，并可利用例如电浆增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成，但不以此为限。接着于基底10的第一表面101上形成第一电极201，以及于基底10的第二表面102上形成第二电极202，其中第二电极202同时与第二轻掺杂区14L以及第二重掺杂区14H接触。第一电极201可为单层或多层结构且系作为太阳能电池的指状(finger)电极，而其材料可为高导电性材料，例如银(Ag)，但不以此为限而可为其它高导电性材料，例如金、铝、铜、锡等等。第二电极202可为单层或多层结构且系作为太阳能电池的背电极，而其材料可为高导电性材料，例如银，但不以此为限而可为其它高导电性材料，例如金、铝、铜、锡等等。在本实施例中，第一电极201与第二电极202较佳地可分别利用印刷工艺加以形成，且第一电极201与第二电极202的材料可为导电浆料，例如含银浆料或含铝浆料，但不以此为限。如图6所示,接着,进行烧结(sintering)工艺,使第一电极201穿过抗反射层18而与第一轻掺杂区12L接触并电性连接，以完成本实施例的太阳能电池30。本发明的太阳能电池及其制作方法并不以上述实施例为限。下文将依序介绍本发明的其它较佳实施例的太阳能电池及其制作方法，且为了便于比较各实施例的相异处并简化说明，在下文的实施例中使用相同的符号标注相同的元件，且主要针对各实施例的相异处进行说明，而不再对重复部分进行赘述。请参考图7至图10，并一并参考图I与图2。图7至图10绘示了本发明的第一较佳实施例的变化实施例的制作太阳能电池的方法示意图。本变化实施例的制作太阳能电池的方法系接续图2的方法后进行。本变化实施例的形成第二轻掺杂区14L与第二重掺杂区14H的步骤与第一较佳实施例有所不同。如图7所示，于基底10的第二表面102内全面性地形成重掺杂区14，其中重掺杂区14具有第二掺杂类型。重掺杂区14可利用例如扩散工艺或离子布植工艺加以形成。如图8所示，接着于基底10的第二表面102上形成图案化屏蔽层15，其中图案化屏蔽层15覆盖部分的基底10的第二表面102且暴露出部分的基底10的第二表面102，精确地说，图案化屏蔽层15暴露出部分的重掺杂区14。图案化屏蔽层15可利用例如喷墨工艺形成于基底10的第二表面102，但不以此为限。图案化屏蔽层15的材料可为例如石腊，但不以此为限。接着，可以对基底10进行热处理，例如退火工艺。由于图案化屏蔽层15具有较高的热传导系数，因此在热处理过程中，被图案化屏蔽层15所阻挡的重掺杂区14内的掺杂质会向基底10的内部扩散而使得位于图案化屏蔽层15下方的重掺杂区14的深度会略大于未被图案化屏蔽层15所阻挡的重掺杂区14的深度。如图9所示，随后，移除图案化屏蔽层15所暴露出的部分的重掺杂区14以形成第二轻掺杂区14L。移除部分的重掺杂区14的步骤可为湿式蚀刻工艺，例如利用酸液浸泡基底10以移除图案化屏蔽层15所暴露出的部分的重掺杂区14而形成第二轻掺杂区14L，或是干式蚀刻工艺，例如进行反应离子蚀刻(RIE)工艺，以移除图案化屏蔽层15所暴露出的部分的重掺杂区14而形成第二轻掺杂区14L，但不以此为限。如图10所示，接着移除图案化屏蔽层15，以暴露出被图案化屏蔽层15所覆盖的重掺杂区14。重掺杂区14具有重度掺杂，由于图案化屏蔽层15所暴露出的重掺杂区14内的部分掺杂质被移除，因此其掺杂浓度会小于重掺杂区14原本的掺杂浓度而形成第二轻掺杂区14L，而图案化屏蔽层15所覆盖的重掺杂区14会维持 原本的掺杂浓度，因此形成第二重掺杂区14H。随后，于基底10的第一表面101形成抗反射层18。接着,于基底10的第一表面101上形成第一电极201,以及于基底10的第二表面102上形成第二电极202。之后，进行烧结工艺，使第一电极201穿过抗反射层18而与第一轻掺杂区12L接触并电性连接，以完成本变化实施例的太阳能电池30’。请参考图11与图12，并一并参考图6。图11绘示了本发明的第一较佳实施例与对照实施例的太阳能电池的开路电压(open circuit voltage, Voc)的比较图，而图12绘示了本发明的第一较佳实施例与对照实施例的太阳能电池的光电转换效率的比较图。上述太阳能电池的开路电压与光电转换效率是在表I所列出的条件下进行模拟所获得的结果表I
权利要求
1.一种制作太阳能电池的方法，其特征在于，包括 提供一基底，其中该基底具有一第一表面与一第二表面，且该第一表面相对于该第二表面； 于该基底的该第一表面内形成一第一轻掺杂区，其中该第一轻掺杂区具有一第一掺杂类型； 于该基底的该第二表面内形成一第二轻掺杂区以及一第二重掺杂区，其中该第二轻掺杂区与该第二重掺杂区具有一第二掺杂类型，且该第一掺杂类型不同于该第二掺杂类型； 于该基底的该第一表面上形成一第一电极；以及 于该基底的该第二表面上形成一第二电极。
2.根据权利要求I所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，该基底具有该第二掺 杂类型。
3.根据权利要求I所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，该第二轻掺杂区位于该基底的一部分的该第二表面内，该第二重掺杂区位于该基底的另一部分的该第二表面内，且该第二电极与该第二轻掺杂区以及该第二重掺杂区接触并电性连接。
4.根据权利要求3所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于， 形成该第二轻掺杂区的步骤包括 利用一第一屏蔽进行一第一离子布植工艺，以于未被该第一屏蔽所阻挡的该基底内形成该第二轻掺杂区；以及 形成该第二重掺杂区的步骤包括 利用一第二屏蔽进行一第二离子布植工艺，以于未被该第二屏蔽所阻挡的该基底内形成该第二重掺杂区。
5.根据权利要求3所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，形成该第二轻掺杂区与该第二重掺杂区的步骤包括 于该基底的该第二表面内全面性地形成一重掺杂区； 于该基底的该第二表面上形成一图案化屏蔽层，其中该图案化屏蔽层覆盖部分的该基底的该第二表面且暴露出部分的该重掺杂区； 移除该图案化屏蔽层所暴露出的部分的该重掺杂区以形成该第二轻掺杂区；以及 移除该图案化屏蔽层，以暴露出被该图案化屏蔽层所覆盖的该重掺杂区，其成为该第二重掺杂区。
6.根据权利要求I所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，该第二轻掺杂区位于该基底的该第二表面内，该第二重掺杂区位于该第二轻掺杂区上，且该第二电极与该第二重掺杂区接触并电性连接。
7.根据权利要求I所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，另包括进行一粗糙化工艺，使该基底的该第一表面形成一粗糙化表面。
8.根据权利要求I所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，另包括于该基底的该第一表面形成一抗反射层。
9.根据权利要求I所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，另包括于该基底的该第一表面形成一第一重掺杂区，其中该第一重掺杂区具有该第一掺杂类型，该第一电极形成于该第一重掺杂区上，且该第一电极与该第一重掺杂区接触并电性连接。
10.一种太阳能电池，其特征在于，包括 一基底，其中该基底具有一第一表面与一第二表面，该第一表面相对于该第二表面，且该第一表面为一入光面； 一第一轻掺杂区，位于该基底的该第一表面内，其中该第一轻掺杂区具有一第一掺杂类型； 一第二轻掺杂区，位于该基底的该第二表面内； 一第二重轻掺杂区，位于该基底的该第二表面内，其中该第二轻掺杂区与该第二重掺杂区具有一第二掺杂类型，且该第一掺杂类型不同于该第二掺杂类型； 一第一电极，位于该基底的该第一表面上；以及 一第二电极，位于该基底的该第二表面上。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，该基底具有该第二掺杂类型。
12.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，该第二轻掺杂区位于该基底的一部分的该第二表面内，该第二重掺杂区位于该基底的另一部分的该第二表面内，且该第二电极与该第二轻掺杂区以及该第二重掺杂区接触并电性连接。
13.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，该第二轻掺杂区位于该基底的该第二表面内，该第二重掺杂区位于该第二轻掺杂区上，且该第二电极与该第二重掺杂区接触并电性连接。
14.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，该基底的该第一表面具有一粗糙化表面。
15.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，另包括一抗反射层，设置于该基底的该第一表面上。
16.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，另包括一第一重掺杂区，位于该基底的该第一表面内，其中该第一重掺杂区具有一第一掺杂类型，该第一电极形成于该第一重掺杂区上，且该第一电极与该第一重掺杂区接触并电性连接。
全文摘要
一种太阳能电池及其制造方法，该太阳能电池包括一基底、一第一轻掺杂区、一第二轻掺杂区、一第二重轻掺杂区、一第一电极以及一第二电极。第一轻掺杂区位于基底的一第一表面内，其中第一轻掺杂区具有一第一掺杂类型。第二轻掺杂区与第二重轻掺杂区位于基底的一第二表面内，其中第二轻掺杂区与第二重掺杂区具有一第二掺杂类型，且第一掺杂类型不同于第二掺杂类型。第一电极位于基底的第一表面上。第二电极位于基底的第二表面上。本发明的太阳能电池的背表面电场结构具有两种掺杂浓度，可有效提升光电转换效率。
文档编号H01L31/18GK102856436SQ20121032671
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者赖良星, 吕智成, 陈人杰, 吴振诚 申请人:友达光电股份有限公司