專利名稱：太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池，且特別是涉及一種背接觸式太陽能電池(back side contact solar cell)。
背景技術：
硅基太陽能電池為業界常見的一種太陽能電池。硅基太陽能電池的原理是將高純 度的半導體材料(硅)加入摻雜物使其呈現不同的性質，以形成P型半導體及η型半導體， 并將ρ-η兩型半導體相接合，如此即可形成ρ-η結面。當太陽光照射到一個ρ-η結構的半導 體時，光子所提供的能量可能會把半導體中的電子激發出來產生電子-空穴對。通過電極 的設置，使空穴往電場的方向移動并使電子往相反的方向移動，如此即可構成太陽能電池。一般來說，隨著太陽能電池的半導體材料的厚度越薄，太陽能電池的前表面的入 射光量以及后表面的光吸收量就會越少。因此，在薄化太陽能電池的發展趨勢之下，如何增 加太陽能電池的光吸收量將成為研發的重點之一。
發明內容
本發明提供一種太陽能電池，其可以增加太陽能電池的光吸收量，以增加太陽能 電池的效率。本發明提出一種太陽能電池，其包括半導體基底、摻雜層、前抗反射層、輔助鈍化 層、量子阱層、第一鈍化層、第二鈍化層、背反射層、至少一第一電極以及至少一第二電極。 半導體基底具有前表面以及后表面，其中半導體基底的前表面具有納米柱。摻雜層覆蓋在 納米柱的表面。前抗反射層覆蓋摻雜層。輔助鈍化層位于半導體基底的后表面上。量子阱 層位于輔助鈍化層上，量子阱層具有至少一第一摻雜區以及至少一第二摻雜區，其中量子 阱層包括多晶硅化鍺(SVxGex)且0 < χ < 1。第一鈍化層覆蓋量子阱層的第一摻雜區。第 二鈍化層覆蓋量子阱層的第二摻雜區。背反射層覆蓋第一鈍化層以及第二鈍化層。第一電 極以及第二電極分別與量子阱層的第一摻雜區以及第二摻雜區電性連接。本發明提出一種太陽能電池，其包括半導體基底、摻雜層、前抗反射層、輔助鈍化 層、量子阱層、第一鈍化層、第二鈍化層、背反射層、至少一第一電極以及至少一第二電極。 半導體基底具有前表面以及后表面，其中半導體基底的前表面具有納米柱。摻雜層覆蓋在 納米柱的表面。前抗反射層覆蓋摻雜層。輔助鈍化層位于半導體基底的后表面上。量子阱 層位于輔助鈍化層上，量子阱層具有至少一第一摻雜區以及至少一第二摻雜區，其中量子 阱層包括至少一多晶硅化鍺(SihGex)以及至少一第二多晶硅化鍺(SipyGey)交替堆疊，且 0^x< < I0第一鈍化層覆蓋量子阱層的第一摻雜區。第二鈍化層覆蓋量子阱 層的第二摻雜區。背反射層覆蓋第一鈍化層以及第二鈍化層。第一電極以及第二電極分別 與量子阱層的第一摻雜區以及第二摻雜區電性連接。基于上述，本發明的太陽能電池的半導體基底的前表面具有多個納米柱，且太陽 能電池的量子阱層包括多晶硅化鍺(SihGex)且0 < χ < 1，或是量子阱層是由至少一多晶
3硅化鍺(SihGex)以及至少一第二多晶硅化鍺(Si1Jey)交替堆疊所構成，且0彡χ < 1， 0 < y < 1。通過上述納米柱與特殊量子阱層的材料的搭配，可以有效的提升太陽能電池的 光吸收量，進而提升太陽能電池的效率。為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳 細說明如下。
圖1是根據本發明實施例的太陽能電池的剖面示意圖。圖2是根據本發明另一實施例的太陽能電池的剖面示意圖。圖3是圖1的標號10的局部放大圖。附圖標記說明100:半導體基底100a:前表面100b:后表面102:納米柱104:摻雜層106:前抗反射層108:輔助鈍化層110、220:量子阱層110a、220a 第一摻雜區110b、220b 第二摻雜區112，114:鈍化層112a, 114a 摻雜鈍化材料112b，114b 鈍化材料116:背反射層120、122:電極
具體實施例方式圖1是根據本發明實施例的太陽能電池的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例的太 陽能電池包括半導體基底100、摻雜層104、前抗反射層106、輔助鈍化層108、量子阱層110、 第一鈍化層112、第二鈍化層114、背反射層116、至少一第一電極120以及至少一第二電極 122。半導體基底100具有前表面IOOa以及后表面100b。半導體基底100例如是摻 雜有N型摻質的半導體材料。半導體基底100的材料可為硅、硫化鎘(CdS)、銅銦鎵二硒 (CuInGaSe2, CIGS)、銅銦二硒(CiJr^e2, CIS)、碲化鎘(CdTe)、半導體有機材料(organic material)或上述材料堆疊的多層結構。上述的硅包括單晶硅(single crystal silicon)、 多晶娃(polycrystal silicon)、非晶娃(amorphous silicon)或是微晶娃(microcrystal silicon)。所述N型摻質可以是選自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是 銻(Sb)等。
特別是，上述半導體基底100的前表面IOOa具有多個納米柱102。該多個納米柱 102的局部放大圖(標號10的處)如圖3所示。根據本實施例，納米柱102的高度H約為 0. 005 20um，優選為3 20um。納米柱102的寬度W約為0. 005 5um，優選為0. 1 5um。納米柱102之間的間距S為約0. 005 5um，優選為0. 1 5um。在半導體基底100 的前表面IOOa上形成納米柱102的方法舉例可以采用電化學方法、曝光以及蝕刻方法或是 光蝕刻方法。如圖1及圖3所示，摻雜層104是覆蓋在半導體基底100的前表面IOOa上的納米 柱102的表面上并與其接觸。更詳細來說，摻雜層104是順應地覆蓋在納米柱102的表面 上，而不會將納米柱102之間的空隙完全填滿。摻雜層104例如是摻雜有N型摻質的半導 體材料。所述N型摻質可以是選自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是 銻(Sb)等等。類似地，摻雜層104的材料可為硅、硫化鎘、銅銦鎵二硒、銅銦二硒、碲化鎘、 半導體有機材料或上述材料堆疊的多層結構。上述的硅包括單晶硅、多晶硅、非晶硅或是微 晶娃。前抗反射層106覆蓋摻雜層104。更詳細來說，前抗反射層106是順應地覆蓋在 納米柱102的表面上的摻雜層104上并與其接觸。因此，前抗反射層106也不會將納米柱 102之間的空隙完全填滿。根據本實施例，前抗反射層106為透明層，以使太陽光可以從半 導體基底100的前表面IOOa上方射入太陽能電池的內部。前抗反射層106的材料包括金 屬氧化物，例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、或其 它合適的氧化物、或者是上述至少二者的堆疊層，或是二氧化硅(Sit)》或氮化硅(SiNx)等 可用于抗反射的材料，或上述該些材料的組合。承上所述，由于覆蓋在納米柱102表面上的前抗反射層106與摻雜層104不會將 納米柱102之間的空隙完全填滿，因而使半導體基底100的前表面IOOa的結構具有相當的 粗糙程度。換言之，半導體基底100的前表面IOOa的結構因納米柱102的故具有較大的表 面積。如此，可以增加太陽光的吸收量。輔助鈍化層108位于半導體基底100的后表面IOOb上。輔助鈍化層108的材料 例如是氮氧化硅、氮化硅或是其他的抗反射材料。量子阱層110位于輔助鈍化層108上，輔助鈍化層108位于量子阱層110以及半 導體基底100之間，且量子阱層110包括多晶硅化鍺(SihGex)且0 < χ彡1。根據本實施 例，量子阱層110可為單層多晶鍺(poly-Ge)。根據本發明的另一實施例，量子阱層110可 為單層多晶硅化鍺(poly-SiGe)。此外，量子阱層110具有至少一第一摻雜區IlOa以及至少一第二摻雜區110b。第 一摻雜區IlOa例如是摻雜N型摻質。所述N型摻質可以是選自元素周期表中的第五族元 素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。第二摻雜區IlOb例如是摻雜P型摻質。所述 P型摻質可以是選自元素周期表中第三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵(( )、銦 (In)等等。第一鈍化層112覆蓋量子阱層110的第一摻雜區IlOa而不覆蓋量子阱層110的 第二摻雜區110b。第二鈍化層114覆蓋量子阱層110的第二摻雜區IlOb且至少部分覆蓋 第一鈍化層112。根據本實施例，第一鈍化層112包括第一摻雜鈍化材料11 以及第一鈍 化材料112b，其中第一摻雜鈍化材料11 夾于第一鈍化材料112b與第一摻雜區IlOa之間。第二鈍化層114包括第二摻雜鈍化材料11 以及第二鈍化材料114b，其中第二摻雜鈍 化材料IHa夾于第二鈍化材料114b與第二摻雜區IlOb之間，第二摻雜鈍化材料IHa至 少部分覆蓋第一鈍化材料112b。根據本實施例，第一鈍化層112與第二鈍化層114的材料包括氧化硅、氮化硅或是 氮氧化硅，優選的是氧化硅。更詳細來說，第一鈍化層112的第一摻雜鈍化材料11 包括摻 雜N型摻質的氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅，且第一鈍化層112的第一鈍化材料112b包括 氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅。優選的是，第一鈍化層112的第一摻雜鈍化材料11 包括 摻雜N型摻質的氧化硅，且第一鈍化層112的第一鈍化材料112b包括氧化硅。另外，第二 鈍化層114的第二摻雜鈍化材料IHa包括摻雜P型摻質的氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅， 且第二鈍化層114的第二鈍化材料114b包括氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅。優選的是，第 二鈍化層114的第二摻雜鈍化材料IHa包括摻雜P型摻質的氧化硅，且第二鈍化層114的 第二鈍化材料114b包括氧化硅。換言之，量子阱層110的第一摻雜區IlOa的摻雜型態與第一摻雜鈍化材料11 的摻雜型態一致，且量子阱層110的第二摻雜區IlOb的摻雜型態與第二摻雜鈍化材料112b 的摻雜型態一致。此外，上述量子阱層110的第一摻雜區IlOa的頂部覆蓋有輔助鈍化 層108(例如是氧化硅)且底部覆蓋有第一鈍化層112(例如是氧化硅)，因而可構成氧化 硅-量子阱層110(第一摻雜區IlOa)-氧化硅的三明治結構。類似地，上述量子阱層110 的第二摻雜區IlOb的頂部覆蓋有輔助鈍化層108(例如是氧化硅)且底部覆蓋有第二鈍化 層114(例如是氧化硅)，因而可構成氧化硅-量子阱層110(第二摻雜區IlOb)-氧化硅的 三明治結構。由于量子阱層110是采用多晶硅化鍺(SihGex)且0 <x彡1，且量子阱層110具 有第一摻雜區IlOa與第二摻雜區IlOb以構成p-n結面，其可作為太陽能電池的內部紅外 線吸收層。另外，量子阱層110與上層輔助鈍化層108與下層的第一 /第二鈍化層112/114 所構成的三明治結構，可以進一步提升太陽能電池內部的紅外線吸收層的光吸收率，以及 保護量子阱層110中的鍺(Ge)不會有氣體因熱逸去(outgasing)的現象。背反射層116覆蓋第二鈍化層114。背反射層116的材料例如是氮氧化硅、氮化硅 或是其他的抗反射材料。第一電極120以及第二電極122分別與量子阱層110的第一摻雜區IlOa以及第 二摻雜區IlOb電性連接。第一電極120以及第二電極122例如是金屬電極。承上所述，由于本實施例的太陽能電池是在其半導體基底100的前表面IOOa設計 了多個納米柱102，因此可以增加太陽能電池的前表面的光吸收量。另外，本實施例的太陽 能電池又在其半導體基底100的后表面IOOb采用多晶硅化鍺(SihGex)材料的量子阱層 110，量子阱層110中具有p-n結面，且量子阱層110還與上層輔助鈍化層108與下層的第一 /第二鈍化層112/114所構成的三明治結構。上述的量子阱層110的設計可以增加太陽能 電池內部的紅外線光吸收率。換言之，本實施例通過納米柱102搭配特殊量子阱層110的 材料與結構的設計，可以有效的增加太陽能電池的光吸收率，進而增加太陽能電池的效率。圖2是根據本發明另一實施例的太陽能電池的剖面示意圖。圖2的實施例與圖1 的實施例相似，因此與圖1相同的元件在此以相同的符號表示，且不再重復贅述。圖2的 實施例與圖1的實施例不同之處在于，此實施例的量子阱層220是由至少一多晶硅化鍺(SihGex)以及至少一第二多晶硅化鍺(SipyGey)交替堆疊所構成，其中0彡χ < 1，0彡y < 1。本發明不限量子阱層220中交替堆疊的多晶硅化鍺(SihGex)以及第二多晶硅化鍺 (Si1^yGey)的層數，其可以是2層或是2層以上。舉例來說，量子阱層220是由硅(Si)/硅 化鍺(SihGex)/鍺(Ge)/硅化鍺(Si1Jey)所構成。根據實施例，量子阱層220是由硅化 鍺(SihGex)/硅化鍺(Si1Jey)所構成。類似地，量子阱層220具有至少一第一摻雜區220a以及至少一第二摻雜區220b。 類似地，第一摻雜區220a例如是摻雜N型摻質。所述N型摻質可以是選自元素周期表中的 第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。第二摻雜區220b例如是摻雜P型摻 質。所述P型摻質可以是選自元素周期表中第三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵 (Ga) JB (In)等等。本實施例的量子阱層220是由至少一多晶硅化鍺(Si^Gex)以及至少一第二多晶 硅化鍺(SipyGey)交替堆疊所構成。此種由多層結構所構成的量子阱層220對于太陽能電 池內部的紅外線具有更佳的吸收率。承上所述，本實施例的太陽能電池是在其半導體基底100的前表面IOOa設計了納 米柱102，因此可以增加太陽能電池的前表面的光吸收量。另外，在本實施例的太陽能電池 中，在半導體基底100的后表面IOOb的量子阱層220是由至少一多晶硅化鍺(SihGex)以 及至少一第二多晶硅化鍺(SipyGey)交替堆疊所構成。特別是，量子阱層220中具有p-n結 面，且量子阱層220又與上層輔助鈍化層108與下層的第一 /第二鈍化層112/114所構成 的三明治結構。上述的量子阱層220的設計可以有效地增加太陽能電池內部的紅外線光吸 收率。換言之，本實施例通過納米柱102搭配特殊量子阱層220的材料與結構的設計，可以 有效的增加太陽能電池的光吸收率，進而增加太陽能電池的效率。雖然本發明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域 中普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的 保護范圍當視權利要求所界定為準。
權利要求
1.一種太陽能電池，包括半導體基底，其具有前表面以及后表面，其中該半導體基底的該前表面具有多個納米柱；摻雜層，覆蓋在該多個納米柱的表面；量子阱層，位于該半導體基底上，該量子阱層具有至少一第一摻雜區以及至少一第二 摻雜區，其中該量子阱層包括第一多晶硅化鍺SihGe5x ； 第一鈍化層，覆蓋該量子阱層的該第一摻雜區； 第二鈍化層，覆蓋該量子阱層的該第二摻雜區；以及至少一第一電極以及至少一第二電極，分別與該量子阱層的該第一摻雜區以及該第二 摻雜區電性連接。
2.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該多個納米柱的高度為0.005 20um，其中 該多個納米柱的寬度為0. 005 5um，其中該多個納米柱之間的間距為0. 005 5um。
3.如權利要求1所述的太陽能電池，還包括前抗反射層，覆蓋該摻雜層，該前抗反射層的材料為銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧 化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、上述至少二者的堆疊層、二氧化硅、氮化硅或其組合； 輔助鈍化層，位于該半導體基底以及該量子阱層之間；以及 背反射層，覆蓋該第一鈍化層以及該第二鈍化層。
4.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該第一鈍化層包括第一摻雜鈍化材料以及第 一鈍化材料，其中該第一摻雜鈍化材料夾于該第一鈍化材料與該第一摻雜區之間。
5.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該第二鈍化層包括第二摻雜鈍化材料以及第 二鈍化材料，其中該第二摻雜鈍化材料夾于該第二鈍化材料與該第二摻雜區之間。
6.如權利要求1所述的太陽能電池，其中0< χ < 1。
7.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該量子阱層還具有第二摻雜區，其中該量子 阱層還包括至少一第二多晶硅化鍺SipyGey，該第二多晶硅化鍺與該第一多晶硅化鍺交替 堆疊，且 彡χ < 1， 彡y < 1。
8.如權利要求7所述的太陽能電池，其中該多個納米柱的高度為0.005 20um，其中 該多個納米柱的寬度為0. 005 5um，其中該多個納米柱之間的間距為0. 005 5um。
9.如權利要求7所述的太陽能電池，其中該第一鈍化層包括第一摻雜鈍化材料以及第 一鈍化材料，其中該第一摻雜鈍化材料夾于該第一鈍化材料與該第一摻雜區之間。
10.如權利要求7所述的太陽能電池，其中該第二鈍化層包括第二摻雜鈍化材料以及 第二鈍化材料，其中該第二摻雜鈍化材料夾于該第二鈍化材料與該第二摻雜區之間。
全文摘要
本發明公開一種太陽能電池，其包括半導體基底、摻雜層、量子阱層、第一鈍化層、第二鈍化層、第一電極以及第二電極。半導體基底具有前表面以及后表面，且半導體基底的前表面為納米柱。摻雜層覆蓋在納米柱的表面。電極層覆蓋摻雜層。量子阱層位于半導體基底上，量子阱層具有至少一第一摻雜區以及至少一第二摻雜區，其中量子阱層包括多晶硅化鍺(Si1-xGex)。第一鈍化層覆蓋量子阱層的第一摻雜區。第二鈍化層覆蓋量子阱層的第二摻雜區。第一電極以及第二電極分別與量子阱層的第一摻雜區以及第二摻雜區電性連接。
文檔編號H01L31/0216GK102142478SQ201110045950
公開日2011年8月3日 申請日期2011年2月25日 優先權日2010年12月29日
發明者吳振誠, 梁碩瑋, 胡雁程, 陳芃 申請人:友達光電股份有限公司