專利名稱：太陽能電池的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池的制造方法，特別是涉及一種以反應式離子蝕刻(RIE)技術進行表面粗糙化后的制程改良的太陽能電池的制造方法。
背景技術：
一般硅晶太陽能電池的制程，是將一塊P型的硅基板進行熱擴散(thermaldiffusion)處理,使該基板表面形成一個η型的射極層,進而形成p-η接面。但研究發現當該電池的入光面為上下凹凸的粗糙表面時，能降低光線反射，提升光線入射到電池內部的比例，并提升轉換效率。因此目前有一種改良制程，是在擴散制程之前利用反應式離子蝕刻(Reactive Ion Etching,簡稱RIE)方式,蝕刻基板表面而形成粗糙表面。參閱圖1，雖然RIE制程能蝕刻基板11而達到基板11表面凹凸的需求，但此制程·中的帶電粒子(等離子)也會因此與基板11材料反應，使基板11表面形成一等離子破壞層12，該等離子破壞層12的存在將增加載流子的再結合率(Recombination)，因而會降低太陽能電池的光電轉換效率，所以在RIE制程之后，必需再通過濕式蝕刻方式移除該等離子破壞層12，由于等離子破壞層12的材料是以硅(Si)、硅的氧化物(SiOx)為主，通常必需進行兩次蝕刻才能移除，分別是以氫氟酸(HF)蝕刻液蝕刻SiOx,以及以氫氧化鉀(KOH)蝕刻液蝕刻Si。當該等離子破壞層12移除后，再進行熱擴散處理以形成p-n接面。而上述制程的缺點在于使用KOH蝕刻Si時，由于Si本身的特性所致，在蝕刻時的溫度及KOH濃度都要精準控制，才能將預定厚度的Si移除，但是關于Si的厚度與蝕刻溫度、濃度之間的控制，并不容易掌控。此外，進行濕式蝕刻時，要先將基板11移到充滿KOH溶液的蝕刻槽中蝕刻，接著再將基板11移到另一個充滿HF溶液的蝕刻槽蝕刻，由于將基板11移到蝕刻槽需要耗費時間，更何況上述制程是在兩個不同的蝕刻槽中進行兩次濕式蝕亥IJ，所以移動基板11所耗費的時間將增為兩倍，因此其制程時間長、生產效率低，不利于工業量產。而且上述為進行KOH與HF的蝕刻，需采用兩部蝕刻設備才能進行，如此機臺設備的成本會大幅增加，將造成量產上成本控制的問題，兩部設備于廠區生產線上還產生占據較多空間的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種縮短制程時間，并且能兼顧電池轉換效率及量產需求的太陽能電池的制造方法。從而可降低設備采購的成本以及避免占據過多廠區生產線空間的問題。本發明太陽能電池的制造方法，包含步驟A :利用干式蝕刻方式蝕刻一第一導電型基板,使該第一導電型基板的一入光面成為高低起伏狀，且該入光面還形成一個等離子破壞層；步驟B :氧化該等離子破壞層，使該等離子破壞層轉變成一個氧化層；步驟C :利用濕式蝕刻方式移除該氧化層；
步驟D :對該第一導電型基板進行熱擴散處理，使該第一導電型基板的入光面形成一個第二導電型射極層，以完成制作該太陽能電池的半成品 '及步驟E :在該太陽能電池的半成品上形成電極。本發明所述的方法，步驟B的氧化溫度為300°C 500°C。本發明所述的方法，該氧化層的厚度為5納米 10納米。本發明所述的方法，步驟B的氧化時間為I分鐘 25分鐘。本發明所述的方法，步驟A的干式蝕刻利用反應式離子蝕刻方式。 本發明所述的方法，該氧化層的材料包含硅的氧化物，步驟C濕式蝕刻的蝕刻液為氫氟酸溶液。本發明所述的方法，還包含一個位于步驟D之后的步驟F，在該第二導電型射極層上形成一個抗反射層，步驟E在該抗反射層的表面及該第一導電型基板的表面形成所述電極。本發明所述的方法，步驟D的熱擴散處理還會使該第一導電型基板的一個側面形成一個半導體層，接著再利用濕式蝕刻方式移除該半導體層。本發明所述的方法，用于移除該半導體層的蝕刻液為氫氟酸溶液。所述第一導電型基板及該第二導電型射極層的主要載流子不須限制，只要能形成P-n接面即可，因此當該第一導電型基板為P型半導體時，該第二導電型射極層為η型半導體；當該第一導電型基板為η型半導體時，該第二導電型射極層為P型半導體。所述用于氧化該等離子破壞層的氧化溫度為300°C 500°C，氧化時間為I 25分鐘，使所形成的氧化層厚度為5納米(nm) 10納米。其中，氧化溫度必需限定下限值，是因為當溫度太低時，由于溫度不足，無法使反應氣體分子產生足夠的移動動能，將導致該反應氣體無法與該等離子破壞層充分反應而氧化；而氧化溫度在500°C內就能達到充分氧化效果，不需再將溫度升高，因為再提高溫度也只是造成能源浪費。另外，由于該氧化制程是接續該步驟A的干式蝕刻而進行，而且兩步驟是在同一個真空腔體中進行，腔體溫度大致都維持在300°C 500°C，因此氧化溫度不須再額外改變，制作上相當方便。本發明對于氧化時間的限定，也是為了使該等離子破壞層能充分反應氧化，需要說明的是，該等離子破壞層的氧化速率隨著氧化時間的增加將逐漸變慢，因此在初期的氧化時間內能發揮最高的氧化效率，氧化時間不需要太長。本發明的有益效果在于通過在RIE制程后進行氧化制程，將等離子破壞層氧化成氧化層，使本發明在熱擴散處理前可以省略KOH蝕刻步驟，并且只需要一次的濕式蝕刻即可移除該氧化層，大幅降低制程時間、提升產能，可兼顧量產的可行性及太陽能電池的轉換效率。
圖I是一種已知太陽能電池的部分結構的示意圖；圖2是一示意圖，顯示本發明太陽能電池的制造方法的較佳實施例所制造出的太陽能電池；圖3是該較佳實施例各步驟進行時的示意圖；圖4是該較佳實施例的步驟流程方塊圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。參閱圖2，本發明制造方法的較佳實施例，用于制造一太陽能電池，所述太陽能電池包括一第一導電型基板2、一個位于該第一導電型基板2的一入光面21上的第二導電型射極層4、一個位于該第二導電型射極層4上的抗反射層5以及二個分別位于該第一導電型基板2的下表面及抗反射層5的表面的電極6,所述電極6用于將電池產生的電能傳輸到外部。參閱圖3、圖4，本發明太陽能電池的制造方法包含(I)進行步驟71 :準備該第一導電型基板2，本實施例為P型半導體硅(Si)基板。(2)進行步驟72 :利用干式蝕刻方式蝕刻該第一導電型基板2的表面，本實施例 是使用反應式離子蝕刻(Reactive Ion Etching,簡稱RIE)方式,其具體方法是在一個RIE設備的真空腔體中，腔體溫度約為300°C 500°C，并通入SF6、Cl2及O2混合氣體作為反應氣體，使第一導電型基板2的入光面21形成高低起伏狀，也就是形成凹凸狀的粗糙微結構(Texturing) 0而且因為該第一導電型基板2的表面會與等離子產生反應，因此該入光面21上還會形成一個等離子破壞層3，該等離子破壞層3材料主要為硅(Si)及硅的氧化物(SiOx)。(3)進行步驟73 :將前述SF6及Cl2的氣流源關閉，在真空腔體中只通入O2氣體，O2在腔體中被激發成為氧等離子并持續與該等離子破壞層3反應，進而將該等離子破壞層3氧化而轉變成為一個氧化層3’，其材料主要為SiOx。在此氧化過程中，該腔體溫度也就是氧化溫度約為300°C 500°C，本實施例的氧化時間為5分鐘，但不限于此，所形成的氧化層3’厚度為5納米(nm) 10納米。(4)進行步驟74 :利用濕式蝕刻方式移除該氧化層3’，使該第一導電型基板2的入光面21露出。本實施例使用氫氟酸(HF)等溶液作為蝕刻液，對于該氧化層3’的SiOxM料有良好的蝕刻效果。(5)進行步驟75 :對該第一導電型基板2進行熱擴散處理，所述熱擴散處理是先將該第一導電型基板2置入一高溫爐管，爐管內的溫度約為750°C 800°C，并且在爐管內通入一反應氣體，本實施例為N2-POCl3 (氮氣與三氯氧磷的混合)、O2及N2的混合氣體，但不限于此，并進一步于該第一導電型基板2表面沉積磷(P)。接著將爐管溫度升高到800°C 950°C并維持數十分鐘，使磷(P)擴散進入該第一導電型基板2的表層，進而在該入光面21上形成該η型的第二導電型射極層4，其材料主要為磷玻璃(PSG)。需要說明的是，熱擴散過程也會使該第一導電型基板2的一個連接在該入光面21周緣的側面22與反應氣體反應，進而形成一個半導體層40，該半導體層40的材料通常與該第二導電型射極層4相同。(6)進行步驟76 :利用濕式蝕刻方式移除該多余的半導體層40，使該第一導電型基板2的側面22露出。本實施例使用HF等溶液作為蝕刻液。本步驟也稱為隔離絕緣(isolation)步驟。(7)進行步驟77 :在該第二導電型射極層4的表面形成氮化硅(SiNx)的抗反射層5，用于降低太陽光反射，提升光線入射比例。于實施上，可以利用濺鍍(Sputtering)或等離子輔助化學氣相沉積(PECVD)等技術進行。此時已完成制作該太陽能電池的半成品，但須注意的是，形成抗反射層5并非必要步驟，因此太陽能電池的半成品中，也可以不包含該抗反射層5。(8)進行步驟78 :在該太陽能電池的半成品上形成電極6，電極6主要是通過網印的方式，形成于該抗反射層5的上表面及該第一導電型基板2的下表面。接著將上述樣品置于高溫的燒結爐中，燒結爐內有 多個溫度不同的高溫區域，爐內的滾輪帶動樣品持續前進并且受到不同高溫的燒結，電極6因此能牢固地附著，如此即完成太陽能電池的制作。須注意的是，圖2、圖3的電極6形態僅為示意而非限定，亦可為其他設計的態樣。本發明的改良主要為在RIE蝕刻制程之后，馬上在RIE設備中繼續進行氧化制程，所以該氧化制程與原本的電池生產方式相容，且其方式簡單，只要在RIE設備中通入氧氣即可，而且氧化溫度與原先RIE制程的溫度相同，大約為300°C 500°C，不需要再另外升溫而浪費能源及時間。此外，因為該等離子破壞層3被氧化成為氧化層3’，因此可以利用HF蝕刻液蝕刻移除，省略已知制程中使用KOH蝕刻的步驟。所以本發明是通過增加氧化制程而可省去一次濕式蝕刻，由于氧化制程直接在RIE設備中進行，而且氧化時間不需要太長，因此氧化制程比濕式蝕刻所需的時間(包含將基板移到蝕刻槽以及蝕刻過程的時間)少很多，能大幅縮短生產時間、提升生產效率，同時免除已知方法中，利用KOH蝕刻時的溫度及濃度難以控制的缺失。當然，亦省下了購置KOH蝕刻設備的費用，并節省了原有此KOH蝕刻設備所占據的產線空間。參閱表1，為本發明及3個比較例的電性測試結果，比較例I是指最傳統的制程，在擴散制程之前沒有RIE制程及濕式蝕刻。比較例2、3是另一種已知制程，在擴散制程前有KOH及HF總共兩次的濕式蝕刻，表中的速率一欄是指樣品在KOH蝕刻槽中移動前進的速率，樣品移動愈慢表示蝕刻過程愈充分。表I的V。。代表開路電壓，Js。代表短路電流，F. F值(fill factor)代表填充因子，Eff.為轉換效率，電池生產片數是指相同時間內(例如I小時)，本發明與各個比較例所生產的電池數量。由表I結果可知，比較例I的生產速度雖然快，在單位時間內的電池生產片數最高，但其短路電流及轉換效率都較低，而比較例2、3相對于比較例I而言，雖然能提升短路電流及轉換效率，但生產速度太慢，不利于量產。反觀本發明，相對于比較例I而言，本發明的短路電流及轉換效率分別提升O. 59mA/cm2及O. 2%，此為相當大幅的提升，雖然本發明的產能略微下降，但此降幅微小，而且本發明的產能相對于比較例2、3仍是較高，本發明的生產速度已適合量產，因此本發明是在電池效率及生產效率之間取得平衡。表I
權利要求
1.一種太陽能電池的制造方法，包含步驟A :利用干式蝕刻方式蝕刻一個第一導電型基板，使該第一導電型基板的一個入光面成為高低起伏狀，且該入光面還形成一個等離子破壞層；其特征在于，該太陽能電池的制造方法還包含下列步驟 步驟B :氧化該等離子破壞層，使該等離子破壞層轉變成一個氧化層； 步驟C :利用濕式蝕刻方式移除該氧化層； 步驟D :對該第一導電型基板進行熱擴散處理，使該第一導電型基板的入光面形成一個第二導電型射極層，以完成制作該太陽能電池的半成品； 步驟E :在該太陽能電池的半成品上形成電極。
2.根據權利要求I所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，步驟B的氧化溫度為 300。。 500。。。
3.根據權利要求I或2所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該氧化層的厚度為5納米 10納米。
4.根據權利要求3所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，步驟B的氧化時間為I分鐘 25分鐘。
5.根據權利要求I或2所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，步驟A的干式蝕刻利用反應式離子蝕刻方式。
6.根據權利要求5所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該氧化層的材料包含硅的氧化物，步驟C濕式蝕刻的蝕刻液為氫氟酸溶液。
7.根據權利要求I所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，還包含一個位于步驟D之后的步驟F，在該第二導電型射極層上形成一個抗反射層，步驟E在該抗反射層的表面及該第一導電型基板的表面形成所述電極。
8.根據權利要求I所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，步驟D的熱擴散處理還會使該第一導電型基板的一個側面形成一個半導體層，接著再利用濕式蝕刻方式移除該半導體層。
9.根據權利要求8所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，用于移除該半導體層的蝕刻液為氫氟酸溶液。
全文摘要
一種太陽能電池的制造方法，包含步驟A利用干式蝕刻方式蝕刻一第一導電型基板，使其一入光面成為高低起伏狀，且該入光面還形成一個等離子破壞層；步驟B氧化該等離子破壞層以轉變成一個氧化層；步驟C利用濕式蝕刻方式移除該氧化層；步驟D熱擴散處理以形成一個第二導電型射極層。通過該氧化制程將該等離子破壞層氧化，使本發明在熱擴散處理前可以省略已知方法中的KOH蝕刻步驟，并且只需要一次的濕式蝕刻即可移除該氧化層，大幅縮短制程時間、提升產能，可兼顧量產的可行性及太陽能電池的轉換效率。
文檔編號H01L31/18GK102956742SQ201110244060
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者陳文華 申請人:茂迪股份有限公司