太阳能电池及其制作方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种背面具有高反射率区域而正面具有细蚀刻痕迹的高效率太阳能电池及其制作方法。

背景技术：

目前，太阳能电池是通过入射光线照射半导体基板，在其PN接面处产生电子空穴对，在电子空穴对再结合之前，分别经由电池正面(或受光面)及背面电极收集，如此产生光电流。其中，入射光线穿透半导体基板，在背面有一定部份会反射，反射的光可让电池进行二次吸收，形成电子空穴对，增加光电流。已知背面抛光结构可以增加正面入射光于背面的反射量。

目前，结晶硅太阳能电池的制作是在正面扩散后，形成PN接面，再利用化学蚀刻溶液蚀刻芯片背面及硅芯片边缘，以达到隔离与背面抛光的效果。这种利用化学溶液从硅芯片背面蚀刻的方式，在硅芯片正面的四个边缘会形成所谓的“蚀刻痕迹(etch mark)”。

现行以化学蚀刻溶液蚀刻芯片背面及硅芯片边缘的作法，通常是采用Schmid机台或RENA机台来进行，其中，Schmid机台是以水膜覆盖正面，利用背面滚轮接触式蚀刻，缺点是边缘无法完整蚀刻(正面无明显蚀刻痕迹)，使得隔离性不佳，并联电阻低，漏电流较高。RENA机台主要以背面浸泡蚀刻，缺点是若要达到背面抛光效果，必需提高蚀刻率，如此造成正面蚀刻严重(蚀刻痕迹过宽)，外观不良且电池效率下降。

由此可知，本技术领域仍需要一种改良的电池制作方法，其能制作出具有高反射率区域(背面抛光)太阳能电池，同时能够达到良好的隔离效果以及电池效率，并且解决蚀刻痕迹过宽问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在提供一种改良的太阳能电池结构，其具有背面高反射率区域以及正面低反射区域与细蚀刻痕迹，能够达到较高的电池效率。

根据本发明一实施例，本发明提供一种太阳能电池，包含有一半导体基板，具有一第一表面及一第二表面。第一表面具有一低反射率区域。蚀刻痕迹位于所述第一表面的周围，环绕着所述低反射率区域，形成一封闭图案，其中所述蚀刻痕迹的平均宽度小于或等于2毫米(mm)。第二表面具有一高反射率区域，即抛光面。

根据本发明另一实施例，本发明提供一种太阳能电池，其中当以同波长的光照射时该高反射率区域与所述低反射率区域时，所述高反射率区域的反射率高于所述低反射率区域。

根据本发明另一实施例，本发明提供一种太阳能电池的制作方法，包含有：提供一半导体基板，具有一第一表面以及一第二表面；进行一表面清洁与粗糙化处理，在所述第一表面及所述第二表面形成一粗糙表面结构；进行一背面抛光工艺，抛光所述第二表面上的所述粗糙表面结构；在所述背面抛光工艺后，进行一扩散工艺，于所述半导体基板第一表面上形成一磷硅酸盐玻璃层及一掺杂层；以及进行一隔离工艺，将形成于所述半导体基板第一表面的边缘以及所述第二表面的掺杂层蚀刻掉。

为让本创作的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附图式，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与图式仅供参考与说明用，并非用来对本创作加以限制。

附图说明

图1为依据本发明一实施例所绘示的太阳能电池的俯视示意图。

图2为沿着图1切线I-I’所绘示的剖面示意图。

图3至图7是以剖面图例示本发明一实施例太阳能电池的制造方法。

图8为高反射率区域的反射率与光波长的曲线图。

图9为低反射率区域的反射率与光波长的曲线图。

具体实施方式

请参阅图1及图2，其中图1为依据本发明一实施例所绘示的太阳能电池俯视示意图，图2为沿着图1切线I-I’所绘示的剖面示意图。

如图1及图2所示，本发明太阳能电池1包含一半导体基板100，具有一第一表面100a(也可称为正面或受光面)以及一第二表面100b(也可称为背面或反射面)。第一表面100a与第二表面100b为半导体基板100的相对的两面。根据本发明实施例，所述半导体基板100可以是N型或P型结晶硅基板，但不限于此。半导体基板100的第一表面100a上，可分隔出一低反射率区域(粗糙面)10以及一蚀刻痕迹12。第二表面100b，经抛光后形成高反射区域(抛光面)20。

根据本发明实施例，所述蚀刻痕迹12是位于第一表面100a的周围，形成一环绕低反射率区域10的封闭图案。根据本发明实施例，所述蚀刻痕迹12的平均宽度不大于2毫米(mm)。

从外观上，可以用肉眼轻易分辨出低反射率区域10，蚀刻痕迹12以及高反射区域20。根据本发明实施例，低反射率区域10通常显现出深灰色，蚀刻痕迹12通常显现出焦黑色，而高反射区域20通常呈现浅灰色。以一相同波长的光照第一表面100a与第二表面100b时，由于第一表面100a具有低反射率区域10，而第二表面100b具有高反射率区域20，因此第一表面100a可反射的光少于第二表面100b。

如图2所示，根据本发明实施例，太阳能电池1的第一表面100a上可另包含一N型或P型掺杂发射极层(emitter layer)22以及至少一抗反射层(anti-reflection layer)24。根据本发明实施例，所述抗反射层24可以包含氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，但不限于此。在其他实施例中，太阳能电池1的第一表面100a上可以依需要设置多层抗反射层，各抗反射层是选自氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。

根据本发明实施例，太阳能电池1的第一表面100a上可另包含至少一正面接触电极30，例如，以网印银胶，再经烧结而成的电极。

根据本发明实施例，太阳能电池1的第二表面100b上可另包含一背面表 面电场(back surface field，BSF)42以及一背面接触电极40。根据本发明实施例，背面接触电极40可以包含铝金属，但不限于此。根据本发明实施例，背面接触电极40上可另包含至少一背面接垫50，例如，以网印银胶，再经烧结而成的接垫。背面接垫50在图中以虚线表示，通常可以是两平行的带状不连续结构，但不限于此，在其他实施例中，背面接垫50可以为连续结构、部分连续结构等变化。

本领域的技术人员应理解，图2中所例示结晶硅太阳能电池结构并非用于限制本发明范畴，本发明的半导体基板可应用于其它类型太阳能电池结构，例如，背面钝化发射极太阳能电池(Passivated emitter rear cell，PERC)或双面太阳能电池(Bifacial solar cell)，当利用本发明的半导体基板制作背面钝化发射极太阳能电池时，优选地，以具有低反射区域10的第一表面100a作为受光面，具有高反射区域20的第二表面100b作为背光面，并于第二表面100b形成背面接触电极40与局部背面表面电场(Local BSF)。

以下，将通过图3至图7介绍制作本发明太阳能电池的方法。

首先，如图3所示，提供一半导体基板100，具有一第一表面100a(或受光面)以及一第二表面100b(或反射面)。根据本发明实施例，所述半导体基板100可以是N型或P型结晶硅基板。

接着，如图4所示，进行晶圆表面清洁与粗糙化处理，分别在第一表面100a及第二表面100b形成类似金字塔型的粗糙表面结构101a及101b。此时，半导体基板100的第一表面100a以及第二表面100b均为疏水性表面(硅表面)，疏水性表面在后续工艺中，能够不受亲水蚀刻介质的移除或蚀刻的效果而起到表面保护的功效。

如图5所示，接着进行一背面抛光(backside polish)工艺，将第二表面100b的粗糙表面结构101b抛光，在第二表面100b形成一较平坦的表面。根据本发明实施例，所述背面抛光工艺可以利用亲水性蚀刻介质进行第二表面100b的抛光蚀刻，例如，将半导体基板100水平放置在复数滚轮上，通过滚轮带动亲水性蚀刻介质，使其与第二表面100b接触一预定时间并蚀刻一预定厚度。

根据本发明实施例，所述亲水性蚀刻介质可以包含氢氟酸(HF)、硝酸 (HNO₃)及硫酸(H₂SO₄)。根据本发明实施例，所述预定时间例如可以介于80至360秒。根据本发明实施例，依据所述预定时间，所述预定厚度可以介于1.3微米(μm)至6微米之间。根据本发明实施例，所述背面抛光工艺不会在半导体基板100的第一表面100a形成明显的蚀刻痕迹。

然后，如图6所示，进行一扩散(diffusion)工艺，至少在半导体基板100的第一表面100a形成一磷玻璃(PSG)层21及掺杂发射极层22。根据本发明实施例，掺杂层22为N型掺杂。此时，由于半导体基板100上覆盖有磷硅酸盐玻璃层21，故为亲水性表面。

如图7所示，进行一隔离(isolation)工艺，将前面扩散工艺中形成于半导体基板100边缘以及第二表面100b的掺杂层蚀刻掉。根据本发明实施例，所述隔离工艺可以利用亲水性蚀刻介质进行半导体基板100边缘以及第二表面100b的蚀刻，例如，将半导体基板100水平放置在滚轮上，通过滚轮带动亲水性蚀刻介质，使其与第二表面100b接触一预定时间并蚀刻一预定厚度。

根据本发明实施例，所述亲水性蚀刻介质可以包含氢氟酸(HF)、硝酸(HNO₃)及硫酸(H₂SO₄)。根据本发明实施例，由于在进行隔离工艺时，半导体基板100上为亲水性表面，故所述隔离工艺完成后会在半导体基板100的第一表面100a形成一蚀刻痕迹12。如同前文所述，所述蚀刻痕迹12是位于第一表面100a的周围，形成一环绕低反射率区域10的封闭图案。根据本发明实施例，所述蚀刻痕迹12的平均宽度不大于2毫米。

在完成所述隔离工艺后，可以选择继续进行一碱浴(alkaline bath)工艺，将残酸中和掉，利用例如氢氧化钾(KOH)溶液冲洗半导体基板100。然后，可以继续进行一氢氟酸蚀刻浴(HF bath)工艺，将经过碱浴工艺处理过的半导体基板100浸泡在氢氟酸溶液中，以完全去除剩下的磷硅酸盐玻璃层21。

后续工艺步骤包括于掺杂发射极层22上形成至少一抗反射层，然后，利用网印技术于电池正、背面以金属浆料网印出电极图案，然后进行高温烧结，形成电极，最后获得如图2中所示结构。由于上述后段步骤皆为公知步骤，因此不再赘述。

利用本发明上述工艺方法形成的太阳能电池，其背面具有高反射率(～33％@600nm)，并且正面具有宽度较窄的蚀刻痕迹(≦2毫米)，使得本发明 的太阳能电池的效率提高0.15～0.17％，达到20.48％，故本发明可谓具有显著的进步。

请参见图8，其为高反射率区域的反射率与光波长的曲线图，其中曲线A～C是以经过背面抛光的太阳能电池为测量样本，曲线D是以未经过背面抛光，如公知的RENA机台进行隔离工艺的太阳能电池为测量样本。

更进一步说明，图8中的曲线A是以本发明太阳能电池为测试样本，其制作流程如同图3至图7所示，曲线B的太阳能电池是在扩散工艺后以RENA机台进行隔离时，延长蚀刻时间进行背面抛光。曲线C的太阳能电池则是在扩散工艺后以Schmid机台进行隔离时，延长蚀刻时间进行背面抛光。

从太阳能电池背面反射率量测的结果可看出，相对于曲线B～D的比较例，本发明太阳能电池的高反射率区域可达到较高的反射率。从图8可整理出，本发明太阳能电池1的高反射率区域20对波长350纳米(nm)至450纳米的光的反射率可介于30～70％，对波长450纳米至1050纳米的光的反射率可介于25～50％，例如，特别是在波长600纳米的光的反射率约33％，对波长1050纳米至1200纳米的光的反射率可介于30～70％。

请参见图9，图9中的曲线是对太阳能电池正面之低反射率区域10进行量测的结果，本发明太阳能电池1的低反射率区域10对波长350纳米(nm)至450纳米的光的反射率介于10～30％，对波长450纳米至1050纳米的光的反射率介于5～20％，对波长1050纳米至1200纳米的光的反射率介于10～60％，因此当以同波长的光照射高反射率区域20与低反射率区域10时，高反射率区域20的反射率高于低反射率区域10。因此，通过本发明所述的工艺方法，能制作出具有高反射率区域(背面抛光)的太阳能电池，同时能够达到良好的隔离效果以及电池效率，并且解决蚀刻痕迹过宽问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。