太陽能電池的制造方法
【專利摘要】本發明是提供一種太陽能電池的制造方法，其包含進行一激光摻雜選擇性射極(LDSE)制程，以及先移除磷玻璃層(PSG)，再移除摻質殘留層。借以改善傳統太陽能電池的制造方法的缺失，及達到提升太陽能電池光電轉換效率的目的。
【專利說明】太陽能電池的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明是關于一種太陽能電池的制造方法，特別是關于一種包含激光摻雜選擇性 電極制程的太陽能電池的制造方法。
【背景技術】
[0002] 在傳統太陽能電池的制程中，一般可歸納成下列步驟。首先，提供一硅基板，并且 進行表面粗糙化。接著在磷擴散爐管中，在粗糙化表面上形成磷玻璃層及在硅基板的背面 形成溢鍍層，且通過擴散作用于硅基板的粗糙化表面形成射極。在連續式洗滌槽中移除溢 鍍層及磷玻璃層。利用化學氣相沉積法，在硅基板的粗糙化表面上形成一抗反射層。最后 利用網印法，在抗反射層中形成電極。
[0003] 在上述移除溢鍍層及磷玻璃層的步驟中，一般是讓硅基板通過三階段連續式洗滌 槽，依序移除硅基板上的溢鍍層及磷玻璃層。三階段連續式洗滌槽主要是由三個酸堿槽體 串接構成，并且在二槽體之間設置一純水槽，借以移除殘留于硅基板表面的酸堿液及避免 槽體之間的污染。
[0004] 在三階段連續式洗滌槽中，第一槽體為混合酸液，其是由硫酸、硝酸和氫氟酸混合 而成。由于硫酸比重大，因此硅基板不會沉入混合酸液中，只會浮在混合酸液的液面，借以 移除位于硅基板背面的溢鍍層。
[0005] 第二槽體為氫氧化鉀水溶液。氫氧化鉀一方面可以中和第一槽的混合酸液，另一 方面會和硅基板背面少量的磷摻雜層作用，借以在第三槽體中移除硅基板背面的磷摻雜 層。
[0006] 第三槽體為氫氟酸水溶液。承上所述，氫氟酸可用以移除硅基板背面已和氫氧化 鉀作用的硅摻雜層，同時可與粗糙化表面上的磷玻璃層作用，移除磷玻璃層，以暴露硅基板 的粗糙化表面和射極。
[0007] 然而，通過傳統太陽能電池制造方法所制成的太陽能電池，常出現蝕刻痕 跡（etching mark),以及產生太陽能電池的電位誘發衰減（PID, potential induced degradation)效應。所謂PID效應是指當太陽能模塊長期與地面形成高強度電位差，其除 了對太陽能電池或模塊造成損害外，還容易引發發電效能衰減的問題，進而導致整個發電 系統的輸出功率下降。
[0008] 因此，目前亟需一種新的太陽能電池的制造方法，以解決傳統制造方法所產生的 缺失。
【發明內容】
[0009] 本發明是提供一種太陽能電池的制造方法，用以解決傳統制造方法的缺失，并且 提升太陽能電池的光電轉換效率。
[0010] 本發明的一方面在于提供一種太陽能電池的制造方法。其制造方法包含以下步 驟，首先（1)提供一半導體基板，其為一第一導電型半導體，且具有一第一表面及一第二表 面。接著（2)利用一摻質材料于半導體基板的第一表面上形成一摻質材料層，令使在半導 體基板的第一表面內形成一第二型半導體層，且摻質材料在半導體基板的第二表面內形成 一摻質溢鍍層，摻質溢鍍層的摻質材料于半導體基板的第二表面內形成一摻質殘留層。
[0011] 接續上述步驟，（3)進行一激光摻雜制程于摻質材料層，形成多個選擇性射極于第 二型半導體層中。（4)移除摻質材料層及摻質溢鍍層，以暴露具有選擇性射極的第二型半導 體層及摻質殘留層。（5)移除摻質殘留層，以暴露半導體基板的第二表面。（6)形成一抗反 射層于第二型半導體層上。接著（7)形成一電極于抗反射層中，且電極是接觸第二型半導 體層。
[0012] 根據本發明的一實施例，上述第一型半導體為一 P型半導體。
[0013] 根據本發明的一實施例，上述步驟（1)還包含粗糙化半導體基板的第一表面。
[0014] 根據本發明的一實施例，上述第二型半導體層為一 N型半導體層。根據本發明的 另一實施例，上述摻質材料為三氯氧磷（P〇Cl3)。根據本發明的又一實施例，上述摻質材料 層為一磷玻璃層（PSG)。
[0015] 根據本發明的一實施例，上述步驟（4)的方法包含一濕式蝕刻法。根據本發明的 另一實施例，上述濕式蝕刻法是使用氫氟酸移除該摻質材料層及該摻質溢鍍層。
[0016] 根據本發明的一實施例，上述步驟（5)的方法包含至少一酸蝕刻法、至少一堿蝕 刻法或其組合。根據本發明的另一實施例，上述步驟（5)是先利用一酸溶液酸化該摻質殘 留層，接著利用一堿溶液移除酸化的該摻質殘留層，再利用氫氟酸中和該堿溶液。根據本發 明的又一實施例，上述酸溶液包含硫酸、硝酸、氫氟酸或其組合。根據本發明的再一實施例， 上述堿溶液包含氫氧化鉀、氫氧化鈉或其組合。根據本發明的一實施例，上述步驟（5)包含 一表面處理步驟，利用該堿溶液令使該第二型半導體層的金字塔微結構具有光滑表面。
[0017] 根據本發明的一實施例，上述步驟￠)的方法包含物理氣相沉積（PVD)或化學氣 相沉積（CVD)。
[0018] 根據本發明的一實施例，上述抗反射層的材料包含硅氧化合物（SiOx)、硅氮化合 物（SiN x)、氧化鋁（A1203)或碳化硅（SiC)。
[0019] 根據本發明的一實施例，上述步驟（7)的方法包含網印法。
[0020] 根據本發明的一實施例，上述電極的材料包含金屬或透明導電材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1是根據本發明的一實施例所繪示的太陽能電池的制造方法流程圖；
[0022] 圖2A至圖2H是根據本發明的實施例所繪示的制造太陽能電池的結構剖面圖；
[0023] 圖3是根據本發明的一實施例所繪示的四階段連續式洗滌槽；
[0024] 圖4是根據本發明的一實施例所提供的部分太陽能電池影像；
[0025] 圖5A是一傳統太陽能電池的粗糙表面影像，其中箭頭指出粗糙表面的孔洞；以及
[0026] 圖5B是根據本發明的一實施例所提供的太陽能電池的粗糙表面影像。
【具體實施方式】
[0027] 接著以實施例并配合附圖以詳細說明本發明，在附圖或描述中，相似或相同的部 分是使用相同的符號或編號。在附圖中，實施例的形狀或厚度可能擴大，以簡化或方便標 示，而附圖中元件的部分將以文字描述。可了解的是，未繪示或未描述的元件可為熟悉該項 技藝者所知的各種樣式。
[0028] 圖1是根據本發明的一實施例所繪示的太陽能電池的制造方法流程圖；而圖2A至 圖2H是根據本發明的實施例所繪示的制造太陽能電池的結構剖面圖。以下將配合圖2A至 第2H的示范例，詳細說明圖1所述的制造流程。
[0029] 在圖1的步驟110及圖2A中，首先提供一半導體基板210,其具有第一表面211及 第二表面212。根據本發明的一實施例，半導體基板210為一第一導電型半導體，例如可為 N型半導體或P型半導體。根據本發明的另一實施例，半導體基板210為一 P型半導體的硅 基板。
[0030] 根據本發明的一實施例，圖1的步驟110還包含粗糙化半導體基板的第一表面，使 圖2A的半導體基板210具有一粗糙的第一表面211。其中，粗糙化步驟包含利用一堿性濕 式蝕刻法，在半導體基板210的第一表面211形成具有多個微金字塔的粗糙結構。
[0031] 在圖1的步驟120中，利用一摻質材料于半導體基板的第一表面上形成一摻質材 料層，令使在半導體基板的第一表面內形成一第二型半導體層。同時，摻質材料在半導體基 板的第二表面內形成一摻質溢鍍層，摻質溢鍍層的摻質材料于半導體基板的第二表面內形 成一摻質殘留層。
[0032] 請參考圖2B及圖2C。在圖2B中，將半導體基板210置于一爐管220中，并且于 爐管220中通入摻質材料A。根據本發明的一實施例，爐管220為一磷擴散爐管，借以在半 導體基板210的表面形成含磷摻質層。根據本發明的另一實施例，摻質材料A為三氯氧磷 (P0C1 3)。
[0033] 接著在圖2C中，摻質材料A于半導體基板210的第一表面211上形成一摻質材料 層230,且在半導體基板210的第一表面211內擴散形成一第二型半導體層231。根據本發 明的一實施例，摻質材料層230為一磷玻璃層（PSG)。根據本發明的另一實施例，第二型半 導體層231為一 N型半導體層，其中摻雜有磷元素（P)。
[0034] 同時，摻質材料A亦于半導體基板210的第二表面212上形成一摻質溢鍍層232， 且擴散形成一摻質殘留層233于半導體基板210的第二表面212內。
[0035] 在圖1的步驟130及圖2D中，進行一激光摻雜制程于摻質材料層230,形成多個選 擇性射極234于第二型半導體層231中。根據本發明的一實施例，激光摻雜制程是對于摻 質材料層提供能量，令使摻雜材料在半導體基板中產生重摻雜，形成摻雜深度較深的選擇 性射極。根據本發明的一實施例，激光摻雜制程的激光功率為5?40瓦。
[0036] 在圖1的步驟140及圖2E中，移除圖2D中的摻質材料層230及摻質溢鍍層232， 以暴露具有選擇性射極234的第二型半導體層231及摻質殘留層233。根據本發明的一實 施例，圖1的步驟140是利用一濕式蝕刻法移除摻質材料層及摻質溢鍍層。在本發明的一 實施例中，由于摻雜材料層及摻雜溢鍍層皆為磷玻璃層，且氫氟酸會溶蝕磷玻璃，因此可利 用氫氟酸蝕刻移除摻雜材料層及摻雜溢鍍層。
[0037] 如前所述，摻質材料會擴散且在半導體基板的第二表面形成摻質殘留層。然而摻 質殘留層會在半導體基板產生漏電流，并且長時間使用下容易造成太陽能電池的耗損及降 低光電轉換效率，因此必須移除摻質殘留層，以避免產生漏電流。
[0038] 在圖1的步驟150及圖2F中，移除圖2E中的摻質殘留層233,以暴露半導體基板 210的第二表面212。根據本發明的一實施例，圖1的步驟150包含至少一酸蝕刻法、至少 一堿蝕刻法或其組合。在本發明的一實施例中，圖1的步驟150是先利用一酸溶液酸化摻 質殘留層，接著利用一堿溶液移除酸化的摻質殘留層，最后再利用氫氟酸中和堿溶液。
[0039] 根據本發明的一實施例，圖1的步驟140及步驟150可于一四階段連續式洗滌槽 中進行，如圖3所示。圖3是根據本發明的一實施例所繪示的四階段連續式洗滌槽，其包含 第一槽體310、第二槽體320、第三槽體330及第四槽體340。
[0040] 第一槽體310是盛裝一氫氟酸溶液于第一蝕刻槽311中，其是用于移除半導體基 板300上的摻質材料層及摻質溢鍍層。根據本發明的一實施例，第一蝕刻槽311中的氫氟 酸溶液的濃度是約為6wt%?12wt%。接著于第一蝕刻槽311后，半導體基板300需經過第 一純水槽312清洗，以避免污染后續的蝕刻液。
[0041] 第二槽體320是盛裝一酸溶液于第二蝕刻槽321中，其是用于酸化半導體基板300 上的摻質殘留層。在本發明的一實施例中，酸溶液包含硫酸、硝酸、氫氟酸或其組合。由于 硫酸比重較大，因此半導體基板300會漂浮在第二蝕刻槽321的酸溶液表面，且只會酸化半 導體基板300的第二表面，而不會損害第一表面的第二型半導體層或射極。根據本發明的 一實施例，第二蝕刻槽321中的酸溶液的硫酸濃度是約為15wt%?30wt%、硝酸濃度是約為 15wt%?30wt%、氫氟酸濃度是約為lwt%?5wt%。接著于第二蝕刻槽321后，半導體基板 300需經過第二純水槽322清洗，以避免污染后續的蝕刻液。
[0042] 半導體基板300是先利用第一蝕刻槽311的氫氟酸移除摻質材料層及摻質溢鍍 層，且暴露第二型半導體層及摻質殘留層。值得注意的是，由于位于半導體基板第二表面的 摻質殘留層具有較大的疏水性，因此可以輕易地漂浮于第二蝕刻槽321的酸溶液表面。如 此一來，便無需特別調控酸溶液中硫酸的濃度，以達到使半導體基板300漂浮于液面的目 的。
[0043] 第三槽體330是盛裝一堿溶液于第三蝕刻槽331中，其是用于移除半導體基板300 上酸化的摻質殘留層。在本發明的一實施例中，堿溶液包含氫氧化鉀、氫氧化鈉或其組合。 第三蝕刻槽331的堿溶液一方面是用以移除半導體基板300上的摻質殘留層，另一方面可 使第二型半導體層的金字塔微結構具有光滑表面。根據本發明的一實施例，第三蝕刻槽331 中的堿溶液的氫氧化鉀濃度是約為6wt%?12wt%。接著于第三蝕刻槽331后，半導體基板 300需經過第三純水槽332清洗，以避免污染后續的蝕刻液。
[0044] 第四槽體340是盛裝一氫氟酸溶液于第四蝕刻槽341中，其是用于中和半導體基 板300上殘留的堿溶液，因此第四蝕刻槽的氫氟酸溶液濃度是低于第一蝕刻槽的氫氟酸溶 液濃度。根據本發明的一實施例，第四蝕刻槽341中的氫氟酸溶液的濃度是約為6wt%? 12wt%。接著于第四蝕刻槽341后，半導體基板300需經過第四純水槽342清洗。
[0045] 在圖1的步驟160及圖2G中，形成一抗反射層240于第二型半導體層231上。根 據本發明的一實施例，圖1的步驟160包含物理氣相沉積（PVD)或化學氣相沉積（CVD)。根 據本發明的另一實施例，抗反射層的材料包含硅氧化合物（SiO x)、硅氮化合物（SiNx)、氧化 鋁（A1203)或碳化硅（SiC)。
[0046] 在圖1的步驟170及圖2H中，形成一電極250于抗反射層240中，電極250是接 觸第二型半導體層231。根據本發明的一實施例，圖1的步驟170包含網印法。根據本發明 的另一實施例，電極的材料包含金屬或透明導電材料，例如可為銀膠。
[0047] 圖4是根據本發明的一實施例所提供的部分太陽能電池影像。在圖4中，利用激光 摻雜所形成的射極寬度Φ 2)明顯大于電極寬度（DJ，如此可降低太陽能電池本身的電阻， 提升太陽能電池效能。根據本發明的一實施例，電極寬度（DJ為40 μ m?75 μ m ;而射極寬 度 Φ2)為 80 μ m ?400 μ m。
[0048] 圖5A是一傳統太陽能電池的粗糙表面影像，其中箭頭指出粗糙表面的孔洞；而圖 5B是根據本發明的一實施例所提供的太陽能電池的粗糙表面影像。
[0049] 在圖5A中，由于傳統制程是先移除摻質溢鍍層及摻質殘留層，再移除摻質材料 層，因此傳統的太陽能電池的粗糙表面會產生表面具有許多孔洞的金字塔微結構。這些孔 洞可能會造成光散射，甚至降低太陽能電池的光電轉換效率。
[0050] 在圖5B中，本發明的一實施例是先移除摻質材料層，暴露太陽能電池的粗糙表 面。接著移除摻質殘留層的同時，堿溶液會與太陽能電池的粗糙表面反應，使粗糙表面上的 金字塔微結構具有光滑表面。如此便可提升光能量的吸收，增進太陽能電池的光電轉換效 率。
[0051] 表1是比較本發明的一實施例所提供的制造方法及傳統制造方法所制成的太陽 能電池的光電轉換效率。
[0052]
【權利要求】
1. 一種太陽能電池的制造方法，其特征在于，包含下列步驟： (1) 提供一半導體基板，其為一第一導電型半導體，且具有一第一表面及一第二表面； (2) 利用一摻質材料于該半導體基板的該第一表面上形成一摻質材料層，令使在該半 導體基板的該第一表面內形成一第二型半導體層，且該摻質材料在該半導體基板的該第二 表面內形成一摻質溢鍍層，該摻質溢鍍層的該摻質材料于該半導體基板的該第二表面內形 成一摻質殘留層； (3) 進行一激光摻雜制程于該摻質材料層，形成多個選擇性射極于該第二型半導體層 中； (4) 移除該摻質材料層及該摻質溢鍍層，以暴露具有該些選擇性射極的該第二型半導 體層及該摻質殘留層； (5) 移除該摻質殘留層，以暴露該半導體基板的該第二表面； (6) 形成一抗反射層于該第二型半導體層上；以及 (7) 形成一電極于該抗反射層中，該電極是接觸該第二型半導體層。
2. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該第一型半導體為一P 型半導體。
3. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，在該步驟（1)還包含粗 糙化該半導體基板的該第一表面。
4. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該第二型半導體層為 一 N型半導體層。
5. 根據權利要求4所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該摻質材料為三氯氧 磷。
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，該摻質材料層為一磷 玻璃層。
7. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該步驟⑷的方法包含 一濕式蝕刻法。
8. 根據權利要求7所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該濕式蝕刻法是使用 氫氟酸移除該摻質材料層及該摻質溢鍍層。
9. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該步驟（5)的方法包含 至少一酸蝕刻法、至少一堿蝕刻法或其組合。
10. 根據權利要求9所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該步驟（5)是先利用 一酸溶液酸化該摻質殘留層，接著利用一堿溶液移除酸化的該摻質殘留層，再利用氫氟酸 中和該堿溶液。
11. 根據權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該酸溶液包含硫酸、 硝酸、氫氟酸或其組合。
12. 根據權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該堿溶液包含氫氧 化鉀、氫氧化鈉或其組合。
13. 根據權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該步驟（5)包含一表 面處理步驟，利用該堿溶液令使該第二型半導體層的金字塔微結構具有光滑表面。
14. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該步驟（6)的方法包 含物理氣相沉積或化學氣相沉積。
15. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該抗反射層的材料包 含硅氧化合物、硅氮化合物、氧化鋁或碳化硅。
16. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該步驟（7)的方法包 含網印法。
17. 根據權利要求1所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該電極的材料包含金 屬或透明導電材料。
【文檔編號】H01L31/18GK104157723SQ201310173559
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月13日 優先權日:2013年5月13日
【發明者】顏賢成, 吳家宏, 陳易聰, 柯震宇, 洪光輝, 陳玄芳, 歐乃天, 黃桂武, 童智圣 申請人:昱晶能源科技股份有限公司