太阳能电池背面钝化局部扩散结构及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种太阳能电池背面钝化局部扩散结构及其制造方法，其构成包括：硅片层，其底面是设有多个凸出的电极加工部，该电极加工部的端边是具有一端接面；一钝化膜，该电极加工部是为凸出的形状并凸出于该钝化膜；一第一电极，设于一电极接面层，该第一电极接面层是为一金属硅合金层，该第一电极是为凸出的形状并凸出于该钝化膜；由此，能使烧结工艺所形成的硅片层空洞得以填补，使具有较佳组件使用寿命及提升其能量转换效率，并得以避免工艺成本耗费而能符合制造经济效益及积极提升其产业竞争力。
【专利说明】太阳能电池背面钝化局部扩散结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种太阳能电池构成及其制造方法，尤指一种利用背面钝化局部扩散以填补硅片层空洞，使具有较佳组件使用寿命及提升其能量转换效率的太阳能电池背面钝化局部扩散结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池又称为太阳能芯片或光电池，是一种利用太阳光发电的光电半导体组件。其以光照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子产生作用，进而瞬间就可输出电压及电流，故其在物理上则称为太阳能光伏(简称光伏Photovoltaic/PV)。而因太阳能电池发电是一种可再生的环保发电方式，其发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染，是目前相当成熟的绿能应用。
[0003]已知太阳能电池的制造方法如图1所示，其步骤包括:(I)于一硅片层80 (晶圆)顶面的微结构81上设有一第二减反射膜92及底面设有形成一背表面场(BSF/BackSurface Field)的钝化膜90，该钝化膜90是包括有一氧化铝层93 (Al2O3)及第一减反射膜91，其中该第一减反射膜91、第二减反射膜92是可为氮化硅层(SiNx);继(2)于该硅片层80的钝化膜90 (背表面场)以激光82进行蚀刻，并形成多个开孔83，且该开孔83并深入至该硅片层80 ;继(3)进行烧结程序，即于该硅片层80的钝化膜90 (第一减反射膜91)下方形成一铝层94 (Al)，并加热进行铝硅结合，即由该铝层94使铝进入该开孔83 (硅片层80)中，用以形成第一电极95。继(4)当进行铝扩散进入该开孔83中时，该第一电极95的上方(前端)会形成一铝硅合金层951及空洞84，其中，该铝硅合金层951是为进行铝扩散时铝与该硅片层80接触端的热熔结合物，而该空洞84即为硅片层80的所被热熔析出的空间部份；继于该硅片层80(晶圆)顶面的第二减反射膜92上设有第二电极96。
[0004]前述该已知太阳能电池的制造方法虽可完成太阳能电池的制造,但该制造方法所形成的构成仍有缺点存在，例如:当进行前述铝硅结合的加热及冷却阶段时，因硅的扩散速率与铝的扩散速率不相等，并由于合金相中的硅、铝浓度与铝层差异许多，且当高温时铝为热熔液态，而硅除了在铝硅合金外皆为固态，故硅会在开孔83 (硅片层80)中受到热熔液态的铝而侵蚀此区域，即固态硅会融入该热熔铝中而形成该铝硅合金层951，而当冷却阶段铝层中硅含量较低，使得合金层会较容易往铝层移动(硅为固态)，开孔中硅的原位置将形成空洞，且此时固态硅无法填入该空洞，而热熔液态的铝硅共熔物来不及填入该空洞，此为前述该空洞84形成的原因。而当该已知太阳能电池的空洞84形成后，将影响其能量转换的运作状态，使得其能量转换效率不佳，且另一面亦将影响组件的使用寿命，显非理想的设计。
[0005]再者，由于该已知太阳能电池的制造方法，其于背表面场形成第一电极时需先以激光进行蚀刻，使形成多个开孔83然后再进行铝硅结合，以完成该第一电极的制作。该激光蚀刻是以激光雕刻机来进行Laserlsolation及局部表面处理的技术工艺，而因该激光加工系统成本相当高(产出速度也不易符合太阳能电池的需求)，且其设备维护等级亦相当高(无尘室设备)，整体上将大为影响太阳能电池制造的成本经济效益，故亦有一并加以改良、突破的必要。因此如何解决已知太阳能电池制造上相关缺点问题，诚是业者研发、突破的重点方向。
[0006]缘此，本发明人有鉴于已知太阳能电池制造、结构上的缺点问题及其方法、构成设计上未臻理想的事实，本案发明人即着手研发构思其解决方案，希望能开发出一种更具质量稳定性、制造经济效率性的太阳能电池构成及其制造方法，以促进此业的发展，遂经多时的构思而有本发明的产生。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在提供一种太阳能电池背面钝化局部扩散结构及其制造方法，其能使烧结工艺所形成的硅片层空洞得以填补，使具有较佳组件使用寿命及提升其能量转换效率。
[0008]本发明的再一目的在提供一种太阳能电池背面钝化局部扩散(PassivateEmitter Rear-side Locally Diffuse,简称PERL)结构及其制造方法,其能减少以激光雕刻机来进行激光蚀刻(Laser Isolation及局部表面处理的)的技术工艺，使降低加工系统成本及符合太阳能电池的制造经济效益，进而积极提升其产业竞争力。
[0009]本发明为了达成上述的目的及功效，其所采用的方法技术包括:
[0010](I)在一硅片层底面设有多个分离的屏蔽；
[0011](2)于该硅片层底面进行蚀刻操作，使该硅片层相对该屏蔽处的部位露出而形成一电极加工部，该电极加工部是形成一凸出的形状，而各该电极加工部间则形成该硅片层底面的一蚀凹面，且该电极加工部是以一电极加工接面与该屏蔽相接；
[0012](3)于该硅片层的底面进行背表面场的处理，使该硅片层底面形成一钝化膜；
[0013](4)将该屏蔽去除，使该电极加工接面露出；
[0014](5)于该钝化膜下方形成一金属层，并加热进行该金属层的金属与硅结合的操作，该电极加工部是伸入该金属层中，使该金属层热熔的金属与该硅片层的电极加工部相接触及相互反应，继使该电极加工部与该金属层间形成至少一第一电极接面层，该第一电极接面层是包括一金属娃合金层，并于该第一电极接面层处设一第一电极，该第一电极是为凸出的形状并凸出于该钝化膜且伸入该金属层中。
[0015]本发明太阳能电池背面钝化局部扩散结构是包括有:一硅片层，该硅片层的底面是设有多个凸出的电极加工部，而各该电极加工部间则形成该硅片层底面的一蚀凹面，该电极加工部的端边是具有一端接面；一钝化膜，是设于该硅片层的蚀凹面上，该电极加工部是凸出于该钝化膜；一第一电极，该第一电极是设于一电极接面层，该电极接面层是设于该电极加工部的端接面上，该第一电极接面层是为一金属娃合金层，该第一电极是为凸出的形状并凸出于该钝化膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为使审查员对本发明的技术特征及所达成的功效更进一步的了解与认识，以下结合较佳的实施例及附图详细说明如后，其中:
[0017]图1为已知太阳能电池的制造方法流程示意图。
[0018]图2为已知太阳能电池的局部放大倒置示意图。[0019]图3为本发明太阳能电池的制造方法流程示意图。
[0020]图4为本发明太阳能电池的局部放大倒置示意图。
[0021]具体实施模式
[0022]请参阅图3，用以说明本发明太阳能电池背面钝化局部扩散制造方法，如图所示，本发明制造方法的步骤包括:
[0023](I)于一娃片层10 (晶圆)顶面设一微结构11，并于该微结构11上设有一第二减反射膜13，该第二减反射膜13是可为氮化硅层(SiNx)等。
[0024](2)于该硅片层10底面设有分离的多个屏蔽100 (Mask)，该屏蔽100是以抗腐蚀、抗酸碱材料制成。
[0025](3)于该硅片层10底面进行蚀刻操作，该蚀刻操作是可为化学蚀刻或其他蚀刻技术等操作，但不为所限，并使该硅片层10相对该屏蔽100处的部位露出而形成一电极加工部12，该电极加工部是形成一凸出的形状，而各该电极加工部12间则形成该硅片层10底面的一蚀凹面101，另，该电极加工部12是以一电极加工接面120与该屏蔽100相接。
[0026](4)于该娃片层10底面进行背表面场(BSF/Back Surface Field)的处理,使该娃片层10底面形成一钝化膜，该钝化膜是包括有一氧化铝层20 (Al2O3)及第一减反射膜30，其中，该第一减反射膜30是设于该硅片层10的蚀凹面101上，而该氧化铝层20是设于该第一减反射膜30上；该第一减反射膜30是可为氮化硅层(SiNx)等。
[0027](5)将屏蔽100于该电极加工部12下方的屏蔽100去除，使该电极加工部12的电极加工接面120露出。
[0028](6)进行烧结操作，即于该硅片层10的背表面场(钝化膜)进行一金属与硅结合的操作以完成电极制作，其是于该第一减反射膜30及该电极加工部12(电极加工接面120)下方形成一金属层41 (Al)，并加热进行该金属与硅结合，使该金属层41热熔的金属与该硅片层10的电极加工部12相接触及相互反应，继使该电极加工部12与该金属层41间形成至少一第一电极接面层42,该第一电极接面层42是包括一金属娃合金层，并于该第一电极接面层42处设一第一电极40，该第一电极40是为凸出的形状并凸出于该钝化膜且伸入该金属层41中。继于该硅片层10(晶圆)顶面的第二减反射膜13上设有第二电极15。
[0029]其中，上述一金属与硅结合的操作以完成电极制作，该金属可为以下之一或其组合，但不以此为限:铝、银、铜、锡、钛或镍等。
[0030]其中，上述第一电极40，其材料的选择可为共享的金属层或导电材料，例如可为以下之一但不以此为限:铝硅合金层、银硅合金层、铜硅合金层、锡硅合金层、钛硅合金层、镍娃合金层等。
[0031]前述步骤(6)的进行一金属与硅结合的操作，可为进行该金属的扩散，虽然硅的扩散速率与该金属的扩散速率不相等，但是当电极加工部12的硅扩散至该金属与硅合金层(第一电极接面层42)的位置后，由于该电极加工部12是为凸出的形状设计，将使该电极加工部12内的硅扩散后所形成的空洞，得以由具凸出设计的电极加工部12的周围热熔的液态金属扩散进入而填补该空洞，故最终其构成不会有空洞的形成。因此，本发明在形成该第一电极40的金属扩散操作中，其加工方向是使该娃片层10的电极加工部12呈凸出的形状，即其构成上是使该电极加工部12伸入该金属层41中，使该电极加工部12内的硅扩散后所形成的空洞，得以由具凸出设计的电极加工部12的周围热熔的液态金属(该金属层41)扩散进入而填补该空洞，而不会如已知的结构形成一空洞；如此，本发明太阳能电池背面钝化局部扩散制造方法即得以消除已知技术其空洞产生的缺点问题。
[0032]请一并参阅图4，是本发明局部放大倒置示意图，基于前述制造方法，本发明太阳能电池背面钝化局部扩散结构是包括有一硅片层10 (晶圆)、氧化铝层20 (Al2O3)、第一减反射膜30、第一电极40及第二电极15 ;该娃片层10的顶面是设一微结构11，该微结构11上设有一第二减反射膜13，该第二减反射膜13是可为氮化硅层(SiNx)等。该硅片层10的底面是设有多个凸出的电极加工部12，而各该电极加工部12间则形成该硅片层10底面的一蚀凹面101，该电极加工部12的端边是具有一端接面121。
[0033]该第一减反射膜30是设于该硅片层10的蚀凹面101上，该第一减反射膜30是可为氮化硅层(SiNx)等，该氧化铝层20是设于该第一减反射膜30上，该氧化铝层20及第一减反射膜30是构成一钝化膜，且该电极加工部12是为凸出的形状并凸出该第一减反射膜30 (钝化膜)。
[0034]该第一电极40是设于第一电极接面层42，该第一电极接面层42是设于该电极加工部12的端接面121上,该第一电极接面层42是为一金属娃合金层,该第一电极40是为凸出的形状并凸出于该钝化膜；一金属层41是设于该第一减反射膜30及第一电极接面层42上，即该金属层41是包覆该凸出的电极加工部12及第一电极接面层42 (该金属硅合金层)，亦即该电极加工部12是伸入该金属层41。该第二电极15是设于该硅片层10的顶面的第二减反射膜13上，该第一电极40、第二电极15是分别形成太阳能电池的正、负极。
[0035]其中，上述结构金属层41的金属可为以下之一或其组合，但不以此为限:铝、银、铜、锡、钦或镇等。
[0036]其中，上述结构第一电极40，其材料的选择可为共享的金属层或导电材料，例如可为以下之一但不以此为限:铝硅合金层、银硅合金层、铜硅合金层、锡硅合金层、钛硅合金层、镍硅合金层等。
[0037]换言之，本发明太阳能电池背面钝化局部扩散结构及其制造方法，因该电极加工部12为凸出的形状并凸出于该钝化膜且伸入该金属层41中，因此使得该第一电极40也为凸出的形状并凸出于该钝化膜且伸入该金属层41中，如此使得烧结工艺所形成的硅片层空洞得以填补，此凸出电极的结构减少了电极与周围材料间的接合空隙，使具有较佳组件使用寿命及提升其能量转换效率，且本发明同时能减少以激光雕刻机来进行激光蚀刻(Laser Isolation及局部表面处理的)的技术工艺,使降低加工系统成本及符合太阳能电池的制造经济效益，进而积极提升其产业竞争力。
[0038]综上所述，本发明确实为一相当优异的创思，故依法提出发明专利申请；惟上述说明的内容，仅为本发明的较佳实施例而已，凡是依本发明的技术手段所延伸的变化，理应落入本发明的权利要求范围内。
【权利要求】
1.一种太阳能电池背面钝化局部扩散制造方法，其包括有: (1)在一娃片层底面设有多个分离的屏蔽； (2)于该硅片层底面进行蚀刻操作，使该硅片层相对该屏蔽处的部位露出而形成一电极加工部，该电极加工部为凸出的形状，而各该电极加工部间则形成该硅片层底面的一蚀凹面，且该电极加工部以一电极加工接面与该屏蔽相接； (3)于该硅片层的底面进行背表面场的处理，使该硅片层底面形成一钝化膜； (4)将该屏蔽去除，使该电极加工接面露出； (5)于该钝化膜下方形成一金属层，并加热进行该金属层的金属与娃结合的操作，该电极加工部伸入该金属层中，使该金属层热熔的金属与该硅片层的电极加工部相接触及相互反应，继使该电极加工部与该金属层间形成至少一第一电极接面层，该第一电极接面层包括一金属娃合金层，并于该第一电极接面层处设一第一电极，该第一电极为凸出的形状并凸出于该钝化膜且伸入该金属层中。
2.如权利要求1所述的太阳能电池背面钝化局部扩散制造方法，其中该金属层的金属为以下之一或其组合:铝、银、铜、锡、钛或镍。
3.如权利要求1所述的太阳能电池背面钝化局部扩散制造方法，其中该第一电极，其是为以下之一:招娃合金层、银娃合金层、铜娃合金层、锡娃合金层、钛娃合金层、镍娃合金层。
4.如权利要求1所述的太阳能电池背面钝化局部扩散制造方法，其中该硅片层顶面设有一微结构，并于该微结构上设有一第二减反射膜，该第二减反射膜上设有至少一第二电极，该第二减反射膜包括一氮化硅层，该屏蔽以抗腐蚀、抗酸碱材料制成。
5.如权利要求1所述的太阳能电池背面钝化局部扩散制造方法，其中该钝化膜包括有一氧化铝层及第一减反射膜，该第一减反射膜设于该硅片层的蚀凹面上，该氧化铝层设于该第一减反射膜上，该第一减反射膜包括一氮化硅层。
6.如权利要求1所述的太阳能电池背面钝化局部扩散制造方法，其中于该第一电极的铝扩散操作中，其加工方向使该硅片层的电极加工部呈凸出的设置。
7.一种太阳能电池背面钝化局部扩散结构，其包括有: 一硅片层，该硅片层的底面设有多个凸出的电极加工部，而各该电极加工部间则形成该硅片层底面的一蚀凹面，该电极加工部的端边具有一端接面； 一钝化膜，设于该硅片层的蚀凹面上，该电极加工部为凸出的形状并凸出于该钝化膜； 一第一电极，设于一电极接面层，该电极接面层设于该电极加工部的端接面上，该第一电极接面层为一金属娃合金层，该第一电极为凸出的形状并凸出于该钝化膜。
8.如权利要求7所述的太阳能电池背面钝化局部扩散结构，其中该第一电极，其是为以下之一:招娃合金层、银娃合金层、铜娃合金层、锡娃合金层、钛娃合金层、镍娃合金层。
9.如权利要求7所述的太阳能电池背面钝化局部扩散结构，其中该硅片层的顶面设有一微结构，该微结构上设有一第二减反射膜。
10.如权利要求9所述的太阳能电池背面钝化局部扩散结构，其中该第二减反射膜包括一氮化硅层，该第二减反射膜上设有至少一第二电极。
11.如权利要求7所述的太阳能电池背面钝化局部扩散结构，其中该钝化膜包括有一氧化铝层及第一减反射膜，该第一减反射膜是设于该蚀凹面上，该第一减反射膜包括一氮化硅层，该氧化铝层设于该第`一减反射膜上。
【文档编号】H01L31/18GK103681951SQ201310150389
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年4月27日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】江豪祥, 廖品冠, 江起帆 申请人:耀华电子股份有限公司