太阳能电池及其背面电极的制造方法与流程

本发明涉及一种太阳能电池及其背面电极的制造方法。

背景技术：

太阳能电池是当前发展最成熟以及应用最广泛的绿色能源技术，为了提高太阳能电池的发电效率以及降低发电成本，各种太阳能电池结构不断被开发出来。太阳能电池大致可分为硅基太阳能电池、化合物半导体太阳能电池及有机太阳能电池等三种，其中又以硅基太阳能电池的技术最为成熟也最为普及，尤其硅单晶太阳能电池的转换效率更是居所有太阳能电池之冠。

目前已发表的具高转换效率的硅晶太阳能电池多达十几种，其中具商业规模量产可能性的大致有异质接面结合本质硅薄膜太阳能电池(HIT,Hetero-junction with Intrinsic Thin Layer)、指叉式背电极太阳能电池(IBC,Interdigitated Back Contact)、双面发电太阳能电池(Bifacial)以及射极钝化及背电极太阳能电池(PERC,Passivated Emitter Rear Locally Diffused Cell)。

在制造双面发电太阳能电池或者是制造射极钝化及背电极太阳能电池的时候，必须通过激光剥蚀(laser ablation)的方式来蚀穿位于背面的抗反射层和钝化层，使位于钝化层下方的半导体层裸露出来，其中激光剥蚀出来的穿孔通常呈长条状且彼此间隔相同。接着通过网印的方式将预先调配好的铝浆刮入激光剥蚀出来的穿孔中，然后只要再经过铝浆烧结程序就可以在太阳能电池的背面形成多个程栅栏状的背面电极。

然而在印刷铝浆前，网板图案必须先与激光剥蚀出的穿孔图案进行对位，在不考虑网印机器本身存在的对位误差之下，网板长时间连续使用或者是多次使用之后容易出现材料疲乏的情况。最终结果就是导致背面电极与激光剥蚀出的蚀孔对位不良而发生错位的情况。请参照图1，为错位示意图(一)，图中背面电极91相较于激光剥蚀出的蚀孔92平移了一段距离，但背面电极91尚可以完整覆盖激光剥蚀出的蚀孔92。当错位情况不严重，也就是背面电极91 尚可以完整覆盖激光剥蚀出的蚀孔92时，错位的存在对太阳能电池的转换效率事实上并无显著影响。进一步参照图2，为错位示意图(二)，当错位的程度已经导致有激光剥蚀出的蚀孔92未被背面电极91所完整覆盖时，即便仅有少部分蚀孔92未被背面电极91所完整覆盖，太阳能电池的转换效率仍会出现明显下降。在太阳能电池领域，纵使转换效率仅有0.1％的下降，由于太阳能电厂的发电量是以百万瓦计，因此总发电瓦数会显著减少，导致每瓦发电成本上升。

网板印刷实务上发现，此种因为网板材料疲乏所导致的错位常发生在位于太阳能电池的侧边区域上的背面电极，离中央区域愈远不仅愈容易发生，错位的程度也愈明显。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种太阳能电池的背面电极的制造方法，包含以下步骤：(a)提供一半导体基板，其掺杂有一第一型掺质，具有一第一表面与相对于第一表面的一第二表面，第一表面具有至少m个第一穿孔，m为大于1的正整数，各第一穿孔沿X轴方向间隔排列，相邻二第一穿孔的中心相隔第一间距a；(b)提供一网板，网板具有至少m个网孔，各网孔沿X轴方向间隔排列，相邻二网孔的中心实质上相隔第一间距a，m个网孔分别地对应各所述第一穿孔；(c)藉由上述网板以一网印工艺形成至少m个背面电极于所述第一表面；(d)量测背面电极的中心与位于其下方的第一穿孔的中心在X轴方向上的一最大间距S；(e)根据最大间距S调整另一半导体基板的相邻二第一穿孔的中心的距离为相隔一第二间距b，第二间距b大于第一间距a。

在一实施例中，上述第二间距b满足：

在一实施例中，上述另一半导体基板的第一表面具有一中央区与至少二侧边区，所述至少二侧边区分别位于所述中央区的二侧，于步骤(e)中调整位于至少二侧边区上的相邻二第一穿孔的中心的距离为第二间距b。

在一实施例中，上述中央区沿Y轴方向延伸至上述另一半导体基板的边缘，上述至少二侧边区分别位于上述中央区沿X轴方向的二侧，上述中央区的面积占第一表面的面积的十分之一至三分之一。

在一实施例中，上述另一半导体基板的第一表面具有平行于Y轴方向的一中心线，上述第二间距b随着远离所述中心线而增加。

在一实施例中，上述另一半导体基板的第一表面具有平行于Y轴方向的一中心线，上述第二间距b是在500微米至2500微米的范围间。

本发明还提出一种太阳能电池，包含：一半导体基板，掺杂有一第一型掺质，具有一第一表面与相对于第一表面的一第二表面；一第一钝化层，位于第一表面上，具有m个第一穿孔，m为大于1的正整数，各第一穿孔沿X轴方向间隔排列；一第一抗反射层，位于第一钝化层上，具有分别对应于m个第一穿孔的m个第二穿孔；多个背电场区，位于第一表面，分别对应于m个第一穿孔，多个背电场区的第一型掺质的浓度大于半导体基板的第一型掺质的浓度；多个背面电极，各背面电极沿X轴方向间隔排列，分别经由m个第二穿孔与所述m个第一穿孔而与多个背电场区电接触，任一背面电极沿Y轴方向具有一第一中心线，相对于任一背面电极的第一穿孔沿Y轴方向具有一第二中心线，第一中心线与第二中心线在X轴方向上的距离小于250微米；一第二掺质层，位于第二表面上，第二掺质层中掺杂有一第二型掺质；一第二钝化层，位于第二掺质层上，具有多个第三穿孔；一第二抗反射层，位于第二钝化层上，具有分别对应于多个第三穿孔的多个第四穿孔；及多个正面电极，分别经由第三穿孔与第四穿孔而与第二掺质层电接触。

在一实施例中，上述太阳能电池的半导体基板的第一表面具有平行于Y轴方向的一第三中心线，相邻二第一穿孔的第二中心线相隔一第二间距b，第二间距b为500微米至2500微米。

在一实施例中，上述太阳能电池的半导体基板的第一表面具有平行于Y轴方向的一第三中心线，相邻二第一穿孔的第二中心线相隔一间距b，b随着远离所述第三中心线而增加。

在一实施例中，上述太阳能电池的半导体基板的第一表面具有平行于Y轴方向的一第三中心线以及具有一中央区与至少二侧边区，中央区沿Y轴方向延伸至半导体基板的边缘，至少二侧边区分别位于中央区沿X轴方向的二侧，中央区的面积占第一表面的面积的十分之一至三分之一，位于至少二侧边区上的相邻二第一穿孔的第二中心线相隔一第二间距b。

在一实施例中，上述第二间距b是在500微米至2500微米的范围间。

在一实施例中，上述第二间距b随着远离第三中心线而增加。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为错位示意图(一)；

图2为错位示意图(二)；

图3为本发明的太阳能电池的背面电极制造方法流程图；

图4为本发明的网板工艺示意图(一)；

图5为本发明的太阳能电池的背面电极示意图(一)；

图6为本发明的网板工艺示意图(二)；

图7为本发明的太阳能电池的背面电极示意图(二)；

图8为本发明的太阳能电池的剖视示意图(一)；

图9为本发明的太阳能电池的背面电极示意图(三)；

图10为本发明的太阳能电池的剖视示意图(二)。

其中，附图标记

1、2、3 太阳能电池

101、201、301 半导体基板

101e、201e、301e 边缘

1011、2011、3011 第一表面

1011a、2011a、3011a 中央区

1011b、2011b、3011b 侧边区

1012、2012、3012 第二表面

103、203、303 第一钝化层

103a、203a、303a 第一穿孔

104、204、304 第一抗反射层

104a、204a、304a 第二穿孔

105、205、305 背电场区

106、206、306 背面电极

107、207、307 第二掺质层

108、208、308 第二钝化层

108a、208a、308a 第三穿孔

109、209、309 第二抗反射层

109a、209a、309a 第四穿孔

110、210、310 正面电极

91 背面电极

92 蚀孔

99 网板

99a 网孔

C1 网孔的中心

C2 第一穿孔的中心/中心线

C3 背面电极的中心/中心线

CL 第一表面的中心线

步骤S01：提供一半导体基板，其第一表面具有至少m个第一穿孔，各第一穿孔沿X轴方向间隔排列，相邻二第一穿孔的中心相隔第一间距a。

步骤S02：提供一网板，网板具有至少m个网孔，各网孔沿X轴方向间隔排列且分别地对应各所述第一穿孔。

步骤S03：藉由网板以一网印工艺形成至少m个背面电极于第一表面。

步骤S04：量测背面电极的中心与位于其下方的第一穿孔的中心在X轴方向上的一最大间距S。

步骤S05：根据最大间距S调整另一半导体基板的相邻二第一穿孔的中心的距离为相隔第二间距b，第二间距b大于第一间距a。

具体实施方式

以下将说明本实施例的太阳能电池的背面电极制造方法，在此需特别说明的是以下各步骤的描述顺序并非用来限制本实施例的实施顺序。

请参照图3至图5，分别为本发明的太阳能电池的背面电极的制造方法流程图、网板工艺示意图(一)与太阳能电池的背面电极示意图(一)。在步骤S01中提供一片半导体基板101，所提供的半导体基板101掺杂有第一型掺质(例如P型掺质)，其具有第一表面1011与相对于第一表面的第二表面1012。 当未来加工成太阳能电池成品时，第二表面1012用以作为一受光面，第一表面1011为一受光面或非受光面。如图3所示，第一表面1011上设有第一钝化层103与第一抗反射层104，通过激光剥蚀(Laser ablation)工艺即可在第一表面1011上的第一钝化层103形成至少m个第一穿孔103a，第一穿孔103a实际上为直线形穿孔、虚线状穿孔、点状穿孔或其组合，在第一表面1011上的第一抗反射层104形成至少m个第二穿孔104a，其中m为大于1的正整数。第一表面1011上的各个第一穿孔103a与第二穿孔104a的开口大小相同，且均是沿X轴方向间隔排列，相邻二第一穿孔103a的中心C2是相隔第一间距a。

步骤S02提供网印工艺所需的一网板99，网板99设置有分别地对应各第一穿孔103a的至少m个网孔99a，各网孔沿X轴方向间隔排列。

步骤S03藉由网印工艺将铝浆通过网板99刮入第一穿孔103a与第二穿孔104a中，再进行铝浆烧结程序，藉此形成至少m个背面电极106于第一表面1011上，如图4与图5所示。

步骤S04是要量测背面电极106的中心C3与位于其下方的第一穿孔103a的中心C2在X轴方向上的最大间距。网板99上相邻两网孔99a之间的间距在正常情况下实质上会等于相邻两第一穿孔103a的中心的间距a，此时网印出来的相邻两背面电极106之间的间距虽然并不直接等于间距a，但通常各个背面电极106仍足以覆盖其下的第一穿孔103a，也就是如图1所示般。但是当网板99长期使用而导致材料疲乏时，网板99上相邻两网孔99a之间的间距就会改变而导致错位情况发生。如图4所示，网孔99a的中心C1与位于其下方的第一穿孔103a的中心C2已经错开，也因此网印出来的背面电极106的中心C3与位于其下方的第一穿孔103a的中心C2也会跟着错开，最终导致如图5所示般，部分背面电极106无法完全覆盖位于其下方的激光剥蚀的蚀孔92(也就是图4所示的第一穿孔103a与第二穿孔104a)。错开的程度通常会随着远离第一表面1011的中央而愈趋严重。图5中背面电极106的中心C3与位于其下方的第一穿孔103a的中心C2在X轴方向上的最大间距S是发生在半导体基板101的外缘处。

上述各步骤主要是在评估当通过网板99而在半导体基板101的第一表面1011形成背面电极106的过程中，位于半导体基板101的背面电极106与激光剥蚀出的第一穿孔103a两者之间的最大错位距离，也就是如图5所示的背 面电极106中心C3与第一穿孔103a中心C2之间在X轴方向上的最大间距S。接下来的步骤S05便可根据最大间距S来调整激光剥蚀工艺中相邻两蚀孔的间距，也就是将相邻两第一穿孔的距离从原先的第一间距a调整为第二间距b，且b大于a。

请参照图6与图7，分别为本发明的网板工艺示意图(二)与太阳能电池背面电极的俯视示意图(二)。在确认出网板99在进行上述网印工艺时所会发生的最大错位情况后，也就是量测出背面电极106中心C3与位于其下的第一穿孔103a中心C2之间在X轴方向上的最大间距S后，即可根据最大间距S来调整激光剥蚀工艺中每道激光刻痕之间的间距。此时，改使用将实际加工成太阳能电池产品的另一片半导体基板201，其结构大体上与半导体基板101相同。利用激光剥蚀工艺在半导体基板201的第一表面2011上形成第一穿孔203a与第二穿孔204a，然而此时相邻第一穿孔203a的中心C3的距离不再是原先的第一间距a而是第二间距b，且b大于a。藉以让第一穿孔203a的中心能更加对准网孔99a的中心，使得后续在形成背面电极206时，背面电极206能更容易完整覆盖第一穿孔203a与第二穿孔204a，减少因为背面电极206未能完整覆盖第一穿孔203a与第二穿孔204a的工艺缺陷的发生机率。如图7所示，调整后的太阳能电池的背面电极206已能完全覆盖其下的激光剥蚀所形成的刻孔92(也就是第一穿孔203a与第二穿孔204a)。使用上述调整方式所制造出的太阳能电池2的背面电极206会有个特征，就是中央区2011a的背面电极206的中心C3与位于其下的第一穿孔203a与第二穿孔204a的中心C2反而会比调整前的距离来得略为增加。也就是在不调整的情况下，中央区2011a的背面电极206的中心C3可能会和其下的激光剥蚀所形成的刻孔92重迭或者相当靠近；但调整之后，中央区2011a的背面电极206的中心C3与位于其下的第一穿孔203a与第二穿孔204a的中心C2会比调整前的显得更加错开。因为原先中央区2011a上的背面电极206的中心C3与位于其下的第一穿孔203a与第二穿孔204a的中心C2本来就较不容易发生明显错位，因此调整后反而会造成错位情况略增。但如同前述，只要背面电极206尚可以完整覆盖激光剥蚀出的蚀孔92时，错位的存在对太阳能电池的转换效率事实上并无显著影响。上述中央区2011a是沿Y轴方向延伸至半导体基板201的边缘201e，至少二侧边区2011b分别位于中央区2011a沿X轴方向的二侧。

上述调整第二间距b的方式端视错位情况来处置，其中一种调整第二间距b的方式是依据以下公式：

上述公式是直接把最大错位也就是最大间距S乘以2后直接除以第一表面2011上m个第一穿孔203a之间所构成的(m-1)个间隔数。乘以2的原因是因为错位通常是从第一表面2011的中央朝二侧逐渐增加，由于最大间距S实际上是从第一表面2011的中央到边缘逐渐错开，因此最大间距S是从第一表面2011的中央朝外侧经过了(m-1)/2个间隔所累积而成的。换言之，上述公式是直接将最大间距S除以(m-1)/2个间隔数来做为修正值。修正后的第二间距b相较于修正前的第一间距a会增加的单位距离。依据上述调整方式已可将背面电极206未能完整覆盖第一穿孔203a与第二穿孔204a的工艺缺陷的发生机率从大于10％降低至小于3％。

另一种调整方法是着眼于错位的情况通常大多发生在第一表面2011的侧边区2011b，因此可以仅调整第一表面2011的侧边区2011b上相邻二第一穿孔203a的第二间距b，位于第一表面2011的中央区2011a上的相邻二第一穿孔203a的中心的距离则仍维持第一间距a。上述中央区2011a的面积是占第一表面2011的面积的十分之一至三分之一间。依据上述调整方式可将背面电极206未能完整覆盖第一穿孔203a与第二穿孔204a的工艺缺陷的发生机率从大于10％降低至小于3％。

另一种调整方式是着眼于错位的情况是从第一表面2011的中央朝边缘逐渐变严重，因此调整后的相邻二第一穿孔203a之中心的距离第二间距b不是定值，而是随着距离第一表面2011的中央的距离朝边缘的方向逐渐增加。

承上，上述逐渐增加的方式可以是线性增加。举例来说，假设第一表面2011具有中心线CL，若把最靠近第一表面2011的中心线CL的第一穿孔203a编号为1，然后朝半导体基板201的外缘沿X轴方向依序编号为2、3…、n-1、n。则编号2与编号3的第一穿孔203a之间的间距相较于编号1与编号2的第一穿孔203a之间的间距，二者的差值为ΔS；编号3与编号4的第一穿孔203a之间的间距相较于编号2与编号3的第一穿孔203a之间的间距，二者的差值为2ΔS；编号4与编号5的第一穿孔203a之间的间距相较于编号3与编号4 的第一穿孔203a之间的间距，二者的差值为3ΔS；…依此类推，最外缘的编号(n-1)与编号n的第一穿孔203a之间的间距相较于编号(n-2)与编号(n-1)的第一穿孔203a之间的间距为(n-2)ΔS。其中，ΔS+2ΔS+3ΔS+…+(n-2)ΔS＝最大间距S，也就是最大间距S满足下式：依据上述方式可将背面电极206未能完整覆盖第一穿孔203a与第二穿孔204a的工艺缺陷的发生机率从大于10％降低至小于1％。

请参照图8与图9，分别为本发明的太阳能电池的剖视示意图(一)与太阳能电池的背面电极示意图(三)，公开一太阳能电池3，其包含半导体基板301、第一钝化层303、第一抗反射层304、多个背电场区305、多个背面电极306、第二掺质层307、第二钝化层308、第二抗反射层309及多个正面电极310。

半导体基板301掺杂有一第一型掺质，在本实施例中，第一型掺质是为P型掺质(例如ⅢA族元素的硼)。半导体基板301具有第一表面3011与相对于第一表面3011的第二表面3012。

第一钝化层303位于第一表面3011上，其具有m个第一穿孔303a，m为大于1的正整数，各第一穿孔303a沿X轴方向间隔排列。

第一抗反射层304位于第一钝化层303上，具有分别对应于m个第一穿孔303a的m个第二穿孔304a。上述m个第一穿孔303a与第二穿孔304a是由同一道激光剥蚀手段所形成。

多个背电场区305位于第一表面3011，分别对应于m个第一穿孔303a，多个背电场区305的P型掺质的浓度大于半导体基板301的P型掺质的浓度。位于第一表面3011的多个背电场区305的形成原因在于铝浆填入第二穿孔304a与第一穿孔303a之后，需再经过烧结工艺方能形成背面电极306。而在烧结过程当中，铝原子会扩散进入半导体基板301的第一表面3011中，而铝和硼同属ⅢA族元素，因此会在第一表面3011与背面电极306的接触部位形成一个局部P型掺杂浓度较高的一个区域(Local Back Surface Field)，也就是本实施例中的背电场区305。背电场区305的形成有助于降低铝背面电场与半导体基板间的表面载子复合效应，也可以避免铝浆烧结后造成的翘曲及破片现象。

多个背面电极306彼此是间隔排列，分别经由多个第二穿孔304a与多个第一穿孔303a而与多个背电场区305电接触。任一背面电极306沿Y轴方向具有一中心线C3，对应于背面电极306的第一穿孔303a沿Y轴方向具有一中心线C2，中心线C3与中心线C2在X轴方向上的距离是不大于250微米，较佳为不大于20微米。且相邻两第一穿孔303a的距离b是为定值。

第二掺质层307位于第二表面3012上，第二掺质层307中掺杂有一第二型掺质，本实施例中第二型掺质是为N型掺质(例如ⅤA族元素的磷)。第二钝化层308位于第二掺质层307上，其具有多个第三穿孔308a。第二抗反射层309位于第二钝化层308上，其具有分别对应于多个第三穿孔308a的多个第四穿孔309a。多个正面电极310分别地经由第三穿孔308a与第四穿孔309a而与第二掺质层307电接触。

本实施例的太阳能电池3的半导体基板301的第一表面3011具有平行于Y轴方向的中心线CL，相邻二第一穿孔303a的中心线C2是相隔一间距b，b随着远离第一表面3011的中心线CL而增加。

请参照图10，为本发明的太阳能电池的剖视示意图(二)，其绘示了本实施例的另一实施态样。在图10所示的实施态样中，相邻二第一穿孔303a的中心线C2相隔之间距b并非定值而是随着远离第一表面3011的中心线CL而线性增加。举例来说，把最靠近第一表面3011的中心线CL的第一穿孔303a编号为1，然后朝半导体基板301的外缘沿X轴方向依序编号为2、3…、n-1、n。则编号1与编号2的第一穿孔303a之间的间距定义为b1，编号2与编号3的第一穿孔303a之间的间距定义为b2，依此类推，最外缘的编号(n-1)与编号n的第一穿孔303a之间的间距定义为bn-1。其中，b2-b1等于ΔS单位距离、b3-b1等于2ΔS单位距离、b4-b1等于3ΔS单位距离…依此类推。其中，自中心线CL往一侧的第一穿孔算起时，单侧的各第一穿孔之间的间距差ΔS的和等于最大间距S，即ΔS+2ΔS+3ΔS+…+(n-2)ΔS＝最大间距S。

在另一实施态样中，半导体基板301的第一表面3011是具有一中央区3011a与二侧边区3011b，二侧边区3011b是分别位于中央区3011a沿X轴方向的二侧。中央区3011a沿Y轴方向是延伸至半导体基板301的边缘301e，其面积占第一表面3011的面积的十分之一至三分之一。而位于二侧边区3011b上的相邻二第一穿孔303a的中心线C2之间距是随着远离第一表面3011的中 心线CL而增加，位于中央区3011a上的相邻二第一穿孔303a的中心线C2的间距则实质上为保持不变。

当然，本发明还可有其他多种实施例，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。