太阳能电池结构及其制造方法与流程

本发明是有关于一种光电转换装置，且特别是有关于一种太阳能电池结构及其制造方法。

背景技术：

在太阳能电池中，钝化结构与工艺是不可或缺的重要结构与工艺。无论是传统背电场(backsurfacefield，bsf)太阳能电池，或者是射极与背电极钝化(passivatedemitterandrearcell，perc)太阳能电池、与异质接面薄本征层(heterojunctionwithintrinsicthinlayer，hit)太阳能电池，都具备钝化层。以制作这些太阳能电池的钝化层时多采低压化学气相沉积(lpcvd)工艺，低压化学气相沉积工艺的设备为真空设备，因此设备较为昂贵，且材料的选定也不尽理想。

故，目前的钝化层的工艺与材料仍有相当的改善空间。

技术实现要素：

因此，本发明的一目的就是在提供一种太阳能电池结构及其制造方法，其在硅基板的相对二表面上分别设置由非晶二氧化硅钝化层与本征型非晶硅钝化层所构成的双层钝化层结构。由于非晶二氧化硅钝化层可有效钝化硅基板的表面，而可解决硅基板介面缺陷的问题，再搭配能隙较小且阻抗较低的本征型非晶硅钝化层，可提升双层钝化层结构的载子传导效率，故可有效提升太阳能电池的开路电压，进而可提高太阳能电池的光电转换效率。

本发明的另一目的是在提供一种太阳能电池结构的制造方法，其可通过将硅基板浸泡于具有硝酸成分的溶液中的湿式工艺，在硅基板的表面上形成非晶二氧化硅钝化层。由于形成非晶二氧化硅钝化层的湿式工艺可紧接在硅基板的其它湿式工艺与湿式清洗处理后在同一机台中进行，因此可避免硅基板遭到外界环境的污染。此外，湿式工艺可使非晶二氧化硅钝化层全面性地成长在硅基板的表面上。故，本方法的运用可大幅提升硅基板的表面的钝化效果。

根据本发明的上述目的，提出一种太阳能电池结构。此太阳能电池结构包含硅基板、第一钝化结构、以及第二钝化结构。硅基板具有相对的第一表面与第二表面。第一钝化结构覆盖在硅基板的第一表面上，其中第一钝化结构包含依序堆叠在第一表面上的第一非晶二氧化硅钝化层以及第一本征型非晶硅钝化层。第二钝化结构覆盖在硅基板的第二表面上，其中第二钝化结构包含依序堆叠在第二表面上的第二非晶二氧化硅钝化层以及第二本征型非晶硅钝化层。

依据本发明的一实施例，上述的硅基板的材料为单晶硅或多晶硅。

依据本发明的一实施例，上述每个第一非晶二氧化硅钝化层与第二非晶二氧化硅钝化层的厚度从约0.5nm至约3nm。

依据本发明的一实施例，上述每个第一本征型非晶硅钝化层与第二本征型非晶硅钝化层的厚度从约0.5nm至约10nm。

依据本发明的一实施例，上述每个第一非晶二氧化硅钝化层与第二非晶二氧化硅钝化层在波长500nm下的折射率从约1.40至约1.55。

依据本发明的一实施例，上述的太阳能电池结构更包含第一掺杂型硅层、透明导电层、第一电极、第二掺杂型硅层、以及第二电极。第一掺杂型硅层设于第一本征型非晶硅钝化层上。透明导电层设于第一掺杂型硅层上第一电极设于部分的透明导电层上。第二掺杂型硅层设于第二本征型非晶硅钝化层上。第二电极覆盖第二掺杂型硅层上。

依据本发明的一实施例，上述的硅基板包含第一掺杂区邻设于硅基板的第一表面、以及第二掺杂区邻设于硅基板的第二表面。而且，上述的太阳能电池结构更包含第一电极、以及第二电极。第一电极设于第一钝化结构上且穿过部分的第一钝化结构与第一掺杂区接触。第二电极设于第二钝化结构上且穿过部分的第二钝化结构与第二掺杂区接触。

根据本发明的上述目的，另提出一种太阳能电池结构的制造方法。在此方法中，提供硅基板，其中此硅基板具有相对的第一表面与第二表面。形成第一钝化结构覆盖在硅基板的第一表面上，其中形成第一钝化结构包含依序形成第一非晶二氧化硅钝化层以及第一本征型非晶硅钝化层于第一表面上。形成第二钝化结构覆盖在硅基板的第二表面上，其中形成第二钝化结构包含依序形成第二非晶二氧化硅钝化层以及第二本征型非晶硅钝化层于第二表面上。

依据本发明的一实施例，上述每个第一非晶二氧化硅钝化层与第二非晶二氧化硅钝化层的厚度从约0.5nm至约3nm。

依据本发明的一实施例，上述每个第一本征型非晶硅钝化层与第二本征型非晶硅钝化层的厚度从约0.5nm至约10nm。

依据本发明的一实施例，上述的太阳能电池结构的制造方法还包含下列步骤。在第一本征型非晶硅钝化层上形成第一掺杂型硅层。在第一掺杂型硅层上形成透明导电层。在部分的透明导电层上形成第一电极。在第二本征型非晶硅钝化层上形成第二掺杂型硅层。形成第二电极覆盖在第二掺杂型硅层上。

依据本发明的一实施例，上述形成每个第一非晶二氧化硅钝化层与第二非晶二氧化硅钝化层包含将硅基板浸泡于具有硝酸成分的溶液中。

依据本发明的一实施例，上述形成每个第一非晶二氧化硅钝化层与第二非晶二氧化硅钝化层系利用化学气相沉积方式或退火方式。

本发明可以解决硅基板介面缺陷问题，同时还可提升双层钝化层结构的载子传导效率，以及有效提升太阳能电池的开路电压和太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，结合附图说明如下：

图1是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池结构的剖面示意图；

图2是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池结构的剖面示意图；

图3a至图3d是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池结构的工艺剖面示意图。

具体实施方式

请参照图1，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池结构的剖面示意图。在本实施方式中，太阳能电池结构100为异质接面薄本征层太阳能电池结构。在一些实施例中，太阳能电池结构100主要可包含硅基板110、第一钝化结构120、以及第二钝化结构130。硅基板110的材料可例如为单晶硅或多晶硅。硅基板110具有第一表面112与第二表面114，其中第一表面112与第二表面114分别位于硅基板110的相对二侧。在一些示范例子中，硅基板110的第一表面112与第二表面114分别具有粗糙结构112a与114a。举例而言，这些粗糙结构112a与114a可为金字塔型结构。

第一钝化结构120覆盖在硅基板110的第一表面112上，以钝化第一表面112。在本实施方式中，第一钝化结构120是双层堆叠结构。在一些实施例中，第一钝化结构120包含第一非晶二氧化硅钝化层122以及第一本征型非晶硅钝化层124，其中第一非晶二氧化硅钝化层122覆盖在硅基板110的第一表面112上，第一本征型非晶硅钝化层124则堆叠在第一非晶二氧化硅钝化层122上。因此，第一非晶二氧化硅钝化层122夹设于硅基板110的第一表面112与第一本征型非晶硅钝化层124之间。

硅基板110的第一表面112可能具有许多的悬浮键，而第一非晶二氧化硅钝化层122可提供氧离子来与第一表面112的悬浮键键结，达到钝化第一表面112的效果。考量第一非晶二氧化硅钝化层122的能隙与阻抗，第一非晶二氧化硅钝化层122的厚度不能太厚，以免电子与电洞无法传递或传递效率不佳。另一方面，由于第一非晶二氧化硅钝化层122因电性考量而不能太厚，为确保硅基板110的第一表面112的钝化效果，本实施方式在第一非晶二氧化硅钝化层122上额外覆盖第一本征型非晶硅钝化层124，以利用双层钝化层结构来达到有效钝化第一表面112以及延长载子生命周期的效果。故，可有效提升太阳能电池结构100的开路电压与转换效率。在一些示范例子中，第一非晶二氧化硅钝化层122的厚度可从约0.5nm至约3nm，第一本征型非晶硅钝化层124的厚度可从约0.5nm至约10nm。此外，第一非晶二氧化硅钝化层122在波长500nm下的折射率从约1.40至约1.55。

如图1所示，第二钝化结构130覆盖在硅基板110的第二表面114上，以钝化第二表面114。在本实施方式中，第二钝化结构130同样为双层堆叠结构。在一些实施例中，第二钝化结构130包含第二非晶二氧化硅钝化层132以及第二本征型非晶硅钝化层134，其中第二非晶二氧化硅钝化层132覆盖在硅基板110的第二表面114上，第二本征型非晶硅钝化层134则堆叠在第二非晶二氧化硅钝化层132上。因此，第二非晶二氧化硅钝化层132夹设于硅基板110的第二表面114与第二本征型非晶硅钝化层134之间。

硅基板110的第二表面114也可能有许多的悬浮键，而第二非晶二氧化硅钝化层132可提供氧来与第二表面114的悬浮键键结，以钝化第二表面114。同样地，考量第二非晶二氧化硅钝化层132的能隙与阻抗，第二非晶二氧化硅钝化层132的厚度不能太厚，以免影响电子与电洞的传递。由于第二非晶二氧化硅钝化层132因电性考量而不能太厚，为确保硅基板110的第二表面114的钝化效果，本实施方式在第二非晶二氧化硅钝化层132上也覆盖一层第二本征型非晶硅钝化层134，以利用双层本征型钝化层结构来有效钝化第二表面114，并延长载子生命周期。在一些示范例子中，第二非晶二氧化硅钝化层132的厚度可从约0.5nm至约3nm，第二本征型非晶硅钝化层134的厚度可从约0.5nm至约10nm。此外，第二非晶二氧化硅钝化层132在波长500nm下的折射率从约1.40至约1.55。

二氧化硅比常见的钝化材料非晶硅氢化硅(a-si:h)稳定，并不像非晶硅氢化硅中的氢易因温度上升或日晒而脱离。因此，第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132可提供硅基板110的第一表面112与第二表面114较佳的钝化效果。

请再次参照图1，在一些实施例中，太阳能电池结构100还可包含第一掺杂型硅层140、第二掺杂型硅层150、第一电极160、以及第二电极170。第一掺杂型硅层140覆盖在第一本征型非晶硅钝化层122上。第二掺杂型硅层150覆盖在第二本征型非晶硅钝化层132上，而与第一掺杂型硅层140分别位于硅基板110的相对二侧。第一掺杂型硅层140与第二掺杂型硅层150的导电型不同。第一掺杂型硅层140与第二掺杂型硅层150其中一个的导电型为n型或n+型，另一个为p型或p+型。在一些示范例子中，硅基板110为p型，第一掺杂型硅层140为n型，第二掺杂型硅层150为p+型。

第一电极160设于部分的第一掺杂型硅层140上。在一些实施例中，太阳能电池结构100还可选择性地包含透明导电层180，其中透明导电层180先覆盖在第一掺杂型硅层140上，第一电极160则设于部分的透明导电层180上，因而第一电极160可经由透明导电层180与第一掺杂型硅层140电性连接。透明导电层180的设置可增加电流传递效率，进而可提升太阳能电池结构100的效能。透明导电层180的材料可例如为氧化铟锡(ito)与氧化铟锌(izo)等透明导电材料。如图1所示，第二电极170覆盖在第二掺杂型硅层150上。

请参照图2，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池结构的剖面示意图。在本实施方式中，太阳能电池结构200为射极与背电极钝化太阳能电池结构。在一些实施例中，太阳能电池结构200主要可包含硅基板210、第一钝化结构220、以及第二钝化结构230。硅基板210的材料可例如为单晶硅或多晶硅。硅基板210具有彼此相对的第一表面212与第二表面214。在一些示范例子中，硅基板210的第一表面212具有粗糙结构212a，以增加光射入硅基板210的量。粗糙结构212a可例如为金字塔型结构。

第一钝化结构220覆盖在硅基板210的第一表面212上，借以钝化第一表面212。第一钝化结构220是双层堆叠结构。在一些实施例中，第一钝化结构220包含第一非晶二氧化硅钝化层222以及第一本征型非晶硅钝化层224。第一非晶二氧化硅钝化层222覆盖在硅基板210的第一表面212上，第一本征型非晶硅钝化层224则堆叠在第一非晶二氧化硅钝化层222上，即第一非晶二氧化硅钝化层222介于第一表面212与第一本征型非晶硅钝化层224之间。

硅基板210的第一表面212可能具有许多的悬浮键，而第一非晶二氧化硅钝化层222中的氧可与第一表面212的悬浮键键结，进而可达到钝化第一表面212的效果。由于第一非晶二氧化硅钝化层222的能隙较大，阻抗也较大，因此第一非晶二氧化硅钝化层222的厚度不能太厚，以免电子与电洞无法传递或传递效率不佳。由于第一非晶二氧化硅钝化层222不能太厚，因此本实施方式于第一非晶二氧化硅钝化层222上再覆盖一层第一本征型非晶硅钝化层224，来强化对硅基板210的第一表面212的钝化效果。故，利用这样的双层本征型钝化层结构，不仅可强化对第一表面212的钝化效果，还可延长载子生命周期。在一些示范例子中，第一非晶二氧化硅钝化层222的厚度可从约0.5nm至约3nm，第一本征型非晶硅钝化层224的厚度可从约0.5nm至约10nm。此外，第一非晶二氧化硅钝化层222在波长500nm下的折射率从约1.40至约1.55。

第二钝化结构230覆盖在硅基板210的第二表面214上，以钝化第二表面214。第二钝化结构230同样为双层堆叠结构。在一些实施例中，第二钝化结构230包含第二非晶二氧化硅钝化层232以及第二本征型非晶硅钝化层234。第二非晶二氧化硅钝化层232覆盖在硅基板210的第二表面214上，第二本征型非晶硅钝化层234则堆叠在第二非晶二氧化硅钝化层232上。因而，第二非晶二氧化硅钝化层232介于硅基板210的第二表面214与第二本征型非晶硅钝化层234之间。

硅基板210的第二表面214也会有许多的悬浮键，第二非晶二氧化硅钝化层232中的氧可与第二表面214的悬浮键键结，而钝化第二表面214。因第二非晶二氧化硅钝化层232的能隙较大，阻抗也较大，因此第二非晶二氧化硅钝化层232的厚度不能太厚，以免影响载子的传递。本实施方式覆盖一层第二本征型非晶硅钝化层234在第二非晶二氧化硅钝化层232上。利用双层本征型钝化层结构，可兼顾第二表面214的钝化品质与载子生命周期的延长。在一些示范例子中，第二非晶二氧化硅钝化层232的厚度可从约0.5nm至约3nm，第二本征型非晶硅钝化层234的厚度可从约0.5nm至约10nm。此外，第二非晶二氧化硅钝化层232在波长500nm下的折射率从约1.40至约1.55。

请再次参照图2，在一些实施例中，硅基板210包含第一掺杂区216以及第二掺杂区218。第一掺杂区216以及第二掺杂区218均设于硅基板210中，其中第一掺杂区216邻设于第一表面212，第二掺杂区218则邻设于第二表面214。第一掺杂区216与掺杂区218的导电型不同。第一掺杂区216与第二掺杂区218其中一个的导电型为n型或n+型，另一个为p型或p+型。在一些示范例子中，硅基板210为p型，第一掺杂区216为n型，第二掺杂区218为p+型。

太阳能电池结构200更可包含第一电极240以及第二电极250。第一电极240设于部分的第一钝化结构220的第一本征型非晶硅钝化层224上，且依序穿过部分的第一本征型非晶硅钝化层224及部分的第一非晶二氧化硅钝化层222，而与第一掺杂区216接触，形成电性连接。第二电极250设于第二钝化结构230的第二本征型非晶硅钝化层234上，且依序穿过部分的第二本征型非晶硅钝化层234及部分的第二非晶二氧化硅钝化层232，而与第二掺杂区218接触，形成电性连接。

以下利用图1的太阳能电池结构100的制造过程为例子来说明本发明的太阳能电池结构的钝化结构的制作。

请参照图3a至图3d，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种太阳能电池结构的工艺剖面示意图。在一些实施例中，制作如图1所示的太阳能电池结构100时，可先提供硅基板110。硅基板110具有彼此相对的第一表面112与第二表面114。接着，如图3a所示，可选择性地利用例如湿式蚀刻方式，蚀刻移除部分的硅基板110，借以分别在硅基板110的第一表面112与第二表面114形成粗糙结构112a与114a。

由于粗糙结构112a与114a的制作采湿式工艺，因此完成粗糙结构112a与114a后，可在原处(in-situ)对硅基板110进行湿式清洗，以除去硅基板110上的残留蚀刻剂。接着，如图3b所示，可形成第一钝化结构120以及第二钝化结构130分别覆盖硅基板110的第一表面112与第二表面114上。在一些实施例中，形成第一钝化结构120时，可先在硅基板110的第一表面112上形成第一非晶二氧化硅钝化层122，再利用例如化学气相沉积方式在第一非晶二氧化硅钝化层122上形成第一本征型非晶硅钝化层124。同样地，形成第二钝化结构130时，可在硅基板110的第二表面114上先形成第二非晶二氧化硅钝化层132，再利用例如化学气相沉积方式在第二非晶二氧化硅钝化层132上形成第二本征型非晶硅钝化层134。

在一些示范例子中，第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132的厚度可均从约0.5nm至约3nm。而第一本征型非晶硅钝化层124与第二本征型非晶硅钝化层134的厚度可均从约0.5nm至约10nm。

在一些实施例中，制作第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132时，可将硅基板110浸泡于具有硝酸成分的溶液中。利用溶液中的硝酸成分来氧化硅基板110的表面部分，而在硅基板110的表面上形成二氧化硅，借此可同时在硅基板110的第一表面112与第二表面114上分别形成第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132。

在这样的实施例中，由于将硅基板110浸泡于具有硝酸成分的溶液中的工艺属于湿式工艺，因此可在硅基板110的湿式蚀刻与湿式清洗后，在原处进行硅基板的浸泡工艺，无需转换至其它的工艺机台。故，在硅基板110接触到外界环境之前，硅基板110的第一表面112与第二表面114已分别先覆盖有第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132，如此一来，可避免硅基板110在转换工艺机台期间受到污染。此外，以浸泡具有硝酸成分的溶液来成长二氧化硅时，溶液可轻易进入硅基板110的粗糙结构112a与114a的凹陷中，因此可使硅基板110的第一表面112与第二表面114受到全面性的氧化，进而使第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132分别全面性地成长在第一表面112与第二表面114上。故，可大幅提升第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132的钝化品质。

在另一些例子中，也可利用化学气相沉积(cvd)方式或退火方式，来制作第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132。在采化学气相沉积方式的例子中，第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132并非同时形成，二者形成的次序可根据工艺需求调整。在采退火方式的例子中，第一非晶二氧化硅钝化层122与第二非晶二氧化硅钝化层132可同时形成。

如图3c所示，在第一钝化结构120与第二钝化结构130完成后，利用例如化学气相沉积方式在第一本征型非晶硅钝化层124上形成第一掺杂型硅层140。并且，同样利用例如化学气相沉积方式在第二本征型非晶硅钝化层134上形成第二掺杂型硅层150。

如图3d所示，在一些实施例中，可选择性地利用物理气相沉积(pvd)方式形成透明导电层180覆盖在第一掺杂型硅层140。再利用例如网印方式在部分的透明导电层180上形成第一电极160。另外，利用例如物理气相沉积方式形成第二电极170覆盖在第二掺杂型硅层150上，而大致完成太阳能电池结构100的制作。

由上述的实施方式可知，本发明的优点就是因为本发明在硅基板的相对二表面上分别设置由非晶二氧化硅钝化层与本征型非晶硅钝化层所构成的双层钝化层结构。由于非晶二氧化硅钝化层可有效钝化硅基板的表面，而可解决硅基板介面缺陷的问题，再搭配能隙较小且阻抗较低的本征型非晶硅钝化层，可提升双层钝化层结构的导电性，故可有效提升太阳能电池的开路电压，进而可提高太阳能电池的光电转换效率。

由上述的实施方式可知，本发明的另一优点就是因为本发明可通过将硅基板浸泡于具有硝酸成分的溶液中的湿式工艺，在硅基板的表面上形成非晶二氧化硅钝化层。由于形成非晶二氧化硅钝化层的湿式工艺可紧接在硅基板的其它湿式工艺与湿式清洗处理后在同一机台中进行，因此可避免硅基板遭到外界环境的污染。此外，湿式工艺可使非晶二氧化硅钝化层全面性地成长在硅基板的表面上。故，本方法的运用可大幅提升硅基板的表面的钝化效果。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。