太阳能电池及其制造方法与流程

本发明为一种太阳能电池及其制造方法，特别是指一种具有微型电极柱的太阳能电池及其制造方法，该微型电极柱的顶端靠近该太阳能电池的p/n接面，且该微型电极柱的顶端距离p/n接面最多不超过扩散长度的一半。

背景技术：

请参阅图1及图2，图1所绘示为现今的太阳能电池10的立体图，图2所绘示为现今的太阳能电池10的剖视示意图。太阳电池(solarcell)是以半导体制程的制作方式而产生，其发电原理是将太阳光照射在太阳电池上，使太阳电池吸收太阳光能透过图1中的p型半导体11及n型半导体12使其产生电子(负极)及电洞(正极)，再经由跨越pn界面13的电场，把电子从p型半导体11吸到n型半导体12，然后经由导线14传输至负载。更详细来说，太阳能电池10吸收太阳光能后，p型半导体11中被太阳光所激活的自由电子8必须漂移到pn接面13且进入n型半导体。之后，自由电子8经由顶部电极12a传导至外部负载。之后，自由电子8被传送底部电极11a，再经由底部电极11a返回到p型半导体11。这样一来，便形成了电流。

上述中，由于较厚的p型半导体11会导致自由电子8须通过高电阻的漫长路径，且自由电子8也会与p型半导体11的电洞重新结合(自由电子8消失)，所以大量的自由电子8将无法漂移到pn接面13。举例来说，在图2中具有一虚拟线15，虚拟线15是位于pn接面13正下方，且虚拟线15与pn接面13的距离为自由电子8于p型半导体11中的扩散长度。其中，在虚拟线15上方的自由电子8在统计学上具有更高的机率漂移到pn接面13。反之，在虚拟线15之下方所产生的自由电子8要漂移到pn接面13的机会几乎是不可能的，这是因为自由电子要能够漂移超过扩散长度以上，而还能够保持自由，不被重新结合吸收的概率接近于零，所以大多数被太阳光所激发的自由电子无法发挥作用，太阳电池所吸收的能量，多半都因此被浪费掉了。也因为如此，太阳能电池10的光电转换效率偏低，通常只能达到为20％的光电转换效率。

因此，如何解决自由电子8的消失与p型半导体11中过长的电阻路径与提高太阳能电池的光电转换效率，便是值得本领域具有通常知识者去思量的挑战。

技术实现要素：

本发明之目的在于提供一太阳能电池，该太阳能电池能减少自由电子的消失与缩短自由电子所经过电阻路径。并且，该太阳能电池具有较高的光电转换效率。

本发明提供一种太阳能电池，太阳能电池包括一n型半导体、一p型半导体、一顶部电极及一底部电极。其中，p型半导体紧密结合n型半导体，p型半导体及n型半导体之间形成一个pn接面，且p型半导体包括至少一个深沟槽。顶部电极是连接于n型半导体，而底部电极连接于该p型半导体，底部电极包括至少一微型电极柱，且微型电极柱嵌入于该深沟槽内，微型电极柱并与p型半导体形成导电连接。其中，当该p型半导体的一扩散长度为t时，pn接面与该微型电极柱的上方端的距离不大于1/2t。

本发明提供一种太阳能电池包括一n型半导体、一p型半导体、一顶部电极及一底部电极。p型半导体紧密结合n型半导体，p型半导体及n型半导体之间形成一个pn接面，且n型半导体包括至少一个深沟槽。顶部电极连接于n型半导体，顶部电极包括至少一微型电极柱，且微型电极柱嵌入于深沟槽内。底部电极连接于p型半导体。其中，当该n型半导体的一扩散长度为t时，pn接面与该微型电极柱的上方端的距离不大于1/2t。”。

在上述之太阳能电池，其中微型电极柱为一中空结构，且该微型电极柱的外部表面紧密贴合该深沟槽，并与p型半导体形成导电连接。

在上述之太阳能电池，其中深沟槽的两侧边呈互相平行或深沟槽的两侧边的延伸线形成一锐角。

在上述之太阳能电池，其中微型电极柱的横截面为长矩形、正方形、菱形、圆形、椭圆形、多边形、或波浪状。

在上述之太阳能电池，其中两个相邻的微型电极柱之间的理想距离为所使用晶圆的扩散长度或是小于扩散长度，也就是等于t，或者是小于t。

本发明提供一种太阳能电池的制造方法，该制造方法包括下列步骤：

提供一n型半导体接合一p型半导体的其中一面，且该p型半导体及该n型半导体之间形成一个pn接面；

提供一氧化层贴合该p型半导体的另一面；

提供多个光阻层覆盖于该氧化层；

蚀刻该未被该光阻层所覆盖的该氧化层；

移除该光阻层；

蚀刻未被该氧化层所覆盖的该p型半导体，以形成至少一个深沟槽；

移除该氧化层；

提供一底部电极连接于该p型半导体；

其中，该底部电极包括至少一个微型电极柱，且该微型电极柱嵌入于该深沟槽内，微型电极柱并与p型半导体形成导电连接；其中，当该p型半导体的一扩散长度为t时，该pn接面与该微型电极柱的上方端的距离不大于1/2t。

在上述之太阳能电池的制造方法，其中微型电极柱可为一中空结构，且该微型电极柱的外部表面紧密贴合该深沟槽。

在上述之太阳能电池的制造方法，其中两个相邻的微型电极柱之间的理想距离为所使用晶圆的扩散长度，也就是等于t，或者是t以下。

为让本发明的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文将以实施例并配合所附图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各组件仅是示意，并未按照各组件的实际比例进行绘示。

附图说明

图1所绘示为现今的太阳能电池10的立体图。

图2所绘示为现今的太阳能电池10的剖视示意图。

图3a所绘示为本实施例之太阳能电池20的立体图。

图3b所绘示为本实施例之太阳能电池20的剖视图。

图3c所绘示为p型半导体的深沟槽210的示意图。

图3d所绘示为不同高度的微型电极柱271所产生的光电转换效率的对照图表。

图3e所绘示为底部电极27只有单一个微型电极柱271的示意图。

图4a、图4b及图4c所绘示为微型电极柱271各种横截面的形状的示意图。

图5a所绘示为另一实施例之太阳能电池30的剖视图。

图5b所绘示为再一实施例之太阳能电池40的剖视图。

图5c所绘示为又一实施例之太阳能电池50的剖视图。

图6所绘示为再一实施例之太阳能电池60的剖视图。

图7a～图7h所绘示为太阳能电池20的制造方法的各个步骤的示意图。

具体实施方式

请参阅图3a及图3b，图3a所绘示为本实施例之太阳能电池20的立体图，图3b所绘示为本实施例之太阳能电池20的剖视图。太阳能电池20包括一n型半导体22、一p型半导体21、一顶部电极26及一底部电极27，p型半导体21紧密结合n型半导体22，p型半导体21及n型半导体22之间形成一个pn接面23，且p型半导体21包括至少一个深沟槽210(请参阅图3c，图3c所绘示为p型半导体的深沟槽210的示意图)。此外，顶部电极26是连接于n型半导体22，而底部电极27是连接于p型半导体21。另外，底部电极27包括至少一微型电极柱271(图3a及图3b是以3个微型电极柱271作为范例)，且微型电极柱271是嵌入于深沟槽210内。其中，当p型半导体21的一扩散长度为t时，该pn接面与该微型电极柱的上方端的距离不大于1/2t。举例来说，当p型半导体21的一扩散长度为100um时，pn接面23与微型电极柱271的上方端的距离会小于或等于50um，也就是小于或等于一半的该扩散长度。这样一来，当太阳能电池20吸收太阳光能后，p型半导体21会被太阳光所激活产生自由电子8。其中，较靠近pn接面23的自由电子8能轻易的漂移到pn接面23，而与pn接面23距离较远的自由电子8也能经由微型电极柱271传导至微型电极柱271的上方端。详细来说，微型电极柱271可视为自由电子8的一传导桥梁，原本与pn接面23距离较远的自由电子8会被微型电极柱271所吸收。之后，被吸收的自由电子8沿着微型电极柱271此路径到达微型电极柱271的上方端(该上方端位于pn接面23距离须不大于此案例的50um，或是不大于扩散长度的一半)。接着，被吸收的自由电子8从微型电极柱271的上方端离开至较靠近pn接面23的区域。因此，与pn接面23距离较远的自由电子8便无须通过高电阻的漫长路径，且自由电子8也不容易与p型半导体21的电洞重新结合(自由电子8会先被微型电极柱271所吸收)。

在上述中，太阳能电池20的pn接面23与微型电极柱271的上方端的距离还须不大于该扩散长度的一半，这是因为距离不大于该扩散长度一半的情形下，太阳能电池20的光电转换效率才会有显著的提升(超过30％)，详细说明如下：

请参阅图3d，图3d所绘示为不同高度的微型电极柱271所产生的光电转换效率的对照图表，申请人使用多个不同高度的微型电极柱271的太阳能电池(越高的微型电极柱271的pn接面23与微型电极柱271上方端的距离越短)，并计算太阳能电池的光电转换效率，最终结果如图3d的对照图表。经由图3d的对照图表能得知，当晶圆厚度为180um时(n型半导体的厚度为1um，p型半导体的厚度为179um，晶圆的扩散长度：100um)时，pn接面23与微型电极柱271上方端的距离为0.25um的太阳能电池的光电转换效率为38％，距离为5um的光电转换效率为36％，距离为50um的光电转换效率为33％。然而，当pn接面23与微型电极柱271上方端的距离超过50um时，太阳能电池的光电转换效率皆低于30％，例如：距离为75um的光电转换效率为23％，距离为95um的光电转换效率为22％，距离为100um的光电转换效率为21％。因此，当pn接面23与微型电极柱271上方端的距离不大于50um时，也就是该距离不大于一半的该扩散长度时，太阳能电池才具有显著的光电转换效率。也因为如此，相较于传统的太阳能电池10(其光电转换效率通常只能达到为20％)，本实施例之太阳能电池20具有极佳的能源转换效率(光电转换效率能达到为30％以上)。

另外，当太阳能电池20具有多个微型电极柱271时，两个相邻的微型电极柱271之间的距离以不大于该扩散长度最为理想。举例来说，当n型半导体22结合p型半导体21的厚度为为180um时(晶圆厚度为180um时，晶圆的扩散长度是100um)，两个相邻的微型电极柱271之间的距离不大于100um，也就是小于或等于1倍的扩散长度。这样一来，自由电子8有很高的机会在100um的扩散长度内到达两相邻的微型电极柱271的其中一个，所以自由电子8不会与电洞结而消失。

请参阅图3e，图3e所绘示为底部电极27只有单一个微型电极柱271的示意图。在上述的图3a及图3b中的太阳能电池20是以三个微型电极柱271作为范例。然而，本领域通常知识者能得知，太阳能电池20也能只具有一个微型电极柱271，同样能达到传导自由电子8的功效。

请参阅图4a、图4b及图4c，图4a、图4b及图4c所绘示为微型电极柱271各种横截面的形状的示意图。在图4a中，微型电极柱271的横截面的形状为任何多边形，例如为长矩形、菱形、正方形或六边形；在图4b中，微型电极柱271的横截面的形状例如为圆形或椭圆形；在图4c中，微型电极柱271的横截面的形状例如为波浪状。在上述中，虽然微型电极柱271的横截面具有多样化的不同态样。然而，只要pn接面23与微型电极柱271上方端的距离不大于该扩散长度的一半时，不同态样的微型电极柱271都帮助自由电子8漂移到pn接面。

请参阅图5a，图5a所绘示为另一实施例之太阳能电池30的剖视图，太阳能电池30是经由太阳能电池20所转化而来，其主要差异在于太阳能电池30的微型电极柱371为一中空结构，微型电极柱371的外部表面是紧密贴合于深沟槽210，且微型电极柱371的上方端与pn接面23之间的距离同样不超过该扩散长度的一半。如此一来，中空结构的微型电极柱371同样能作为自由电子8的传导桥梁，帮助更多的自由电子8漂移到pn接面。此外，由于微型电极柱371成为一中空结构，所以太阳能电池30的底部电极37便可只使用少量的金属材料，大大降低本发明的制作成本。

请参阅图5b，图5b所绘示为再一实施例之太阳能电池40的剖视图，太阳能电池40也是由太阳能电池20转变而来。其中，太阳能电池40的pn接面会与微型电极柱471的上方端保持一相对应的距离。详细来说，当微型电极柱471的上方端呈现出一圆弧状的态样时，太阳能电池40的pn接面43是等距离偏移该上方端，也就是说pn接面43已成为该上方端的一偏移曲面。这样一来，微型电极柱471的上方端的两侧部位会更接近于pn接面43，所以当自由电子8从该上方端的两侧部位离开后，自由电子8可轻易的漂移至pn接面。

请参阅图5c，图5c所绘示为又一实施例之太阳能电池50的剖视图，太阳能电池50是由太阳能电池20所转变而来，两者差异在于太阳能电池50的深沟槽510的两侧边的延伸线511会形成一锐角θ。这样一来，略具有斜度的深沟槽510可帮助导电材料的沉积(沉积后的导电材料会形成微型电极柱271)。

请参阅图6，图6所绘示为再一实施例之太阳能电池60的剖视图，太阳能电池60也是由太阳能电池20所转换而来，主要是互换p型半导体21与n型半导体22的技术特征，详细的太阳能电池60的技术特征如下：

太阳能电池60包括一n型半导体62、一p型半导体61、一顶部电极66及一底部电极67，p型半导体61紧密结合n型半导体62，p型半导体61及n型半导体62之间形成一个pn接面63，且n型半导体62包括至少一个深沟槽610。此外，顶部电极66是连接于n型半导体62，而底部电极67是连接于p型半导体61。另外，顶部电极66包括至少一微型电极柱671(图6是以3个微型电极柱671作为范例)，且微型电极柱671是嵌入于深沟槽610内。其中，当n型半导体62的一扩散长度为t时，pn接面63与微型电极柱671的上方端的距离不大于1/2t。，也就是pn接面63与微型电极柱671的上方端的距离不大于该扩散长度的一半。同理，微型电极柱671可视为自由电子8的一传导桥梁，原本与pn接面63距离较远的自由电子8会被微型电极柱671所吸收。之后，被吸收的自由电子8沿着微型电极柱671此路径到达微型电极柱671的上方端。接着，被吸收的自由电子8从微型电极柱671的上方端离开，此阶段的自由电子8已很靠近pn接面63。因此，原本与pn接面63距离较远的自由电子8便无须通过高电阻的漫长路径，本实施例之太阳能电池60会具有极佳的光电转换效率。上述中，当太阳能电池60具有多个微型电极柱671时，两个相邻的微型电极柱671之间的距离同样不大于该扩散长度时，才能确保底部的自由电子8能抵达微型电极柱671。

此外，太阳能电池20的制造方法包括如下：

首先，提供一n型半导体22接合一p型半导体21的其中一面，且p型半导体21及n型半导体22之间是形成一个pn接面23。之后，请参阅图7a，提供一氧化层71贴合p型半导体21的另一面。之后，请参阅图7b，提供多个光阻层72覆盖于氧化层71。之后，请参阅图7c，将未被光阻层72所覆盖的氧化层71进行蚀刻。之后，请参阅图7d，移除光阻层72。之后，请参阅图7e，蚀刻该未被该氧化层71所覆盖的该p型半导体21，以形成至少一个深沟槽210。之后，请参阅图7f，移除氧化层71。之后，请参阅图7g，提供一底部电极27连接于p型半导体，且底部电极27包括至少一个微型电极柱271，微型电极柱271是嵌入于深沟槽210内(每一个微型电极柱271是相对应一个深沟槽210，且微型电极柱271可经由导电材料逐步沉积于深沟槽210所形成)。之后，请参阅图7h，提供一顶部电极26连接于n型半导体22。并且，当p型半导体21的一扩散长度为t时，pn接面23与微型电极柱271的上方端的距离不大于1/2t。经由上述步骤便能初步完成本实施例之太阳能电池20。

另外，在该导电材料沉积形成微型电极柱271之前，可先在深沟槽210的表面沉积一层导电的阻挡层(barrierlayer)，该阻挡层例如为氮化钛(tin)或是钨化钛(tiw)，以保护后续的该导电材料不会扩散进入p型半导体内。此外，若使用铝做为该导电材料，可以在该导电材料中先加入微量的硅，铝中微量的硅能避免铝扩散进入芯片中，造成损害的发生。如此一来，便可不使用阻挡层，省下很大的制作成本。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。