太陽能電池及其背面電極的制造方法與流程

本發明涉及一種太陽能電池及其背面電極的制造方法。

背景技術：

太陽能電池是當前發展最成熟以及應用最廣泛的綠色能源技術，為了提高太陽能電池的發電效率以及降低發電成本，各種太陽能電池結構不斷被開發出來。太陽能電池大致可分為硅基太陽能電池、化合物半導體太陽能電池及有機太陽能電池等三種，其中又以硅基太陽能電池的技術最為成熟也最為普及，尤其硅單晶太陽能電池的轉換效率更是居所有太陽能電池之冠。

目前已發表的具高轉換效率的硅晶太陽能電池多達十幾種，其中具商業規模量產可能性的大致有異質接面結合本質硅薄膜太陽能電池(HIT,Hetero-junction with Intrinsic Thin Layer)、指叉式背電極太陽能電池(IBC,Interdigitated Back Contact)、雙面發電太陽能電池(Bifacial)以及射極鈍化及背電極太陽能電池(PERC,Passivated Emitter Rear Locally Diffused Cell)。

在制造雙面發電太陽能電池或者是制造射極鈍化及背電極太陽能電池的時候，必須通過激光剝蝕(laser ablation)的方式來蝕穿位于背面的抗反射層和鈍化層，使位于鈍化層下方的半導體層裸露出來，其中激光剝蝕出來的穿孔通常呈長條狀且彼此間隔相同。接著通過網印的方式將預先調配好的鋁漿刮入激光剝蝕出來的穿孔中，然后只要再經過鋁漿燒結程序就可以在太陽能電池的背面形成多個程柵欄狀的背面電極。

然而在印刷鋁漿前，網板圖案必須先與激光剝蝕出的穿孔圖案進行對位，在不考慮網印機器本身存在的對位誤差之下，網板長時間連續使用或者是多次使用之后容易出現材料疲乏的情況。最終結果就是導致背面電極與激光剝蝕出的蝕孔對位不良而發生錯位的情況。請參照圖1，為錯位示意圖(一)，圖中背面電極91相較于激光剝蝕出的蝕孔92平移了一段距離，但背面電極91尚可以完整覆蓋激光剝蝕出的蝕孔92。當錯位情況不嚴重，也就是背面電極91 尚可以完整覆蓋激光剝蝕出的蝕孔92時，錯位的存在對太陽能電池的轉換效率事實上并無顯著影響。進一步參照圖2，為錯位示意圖(二)，當錯位的程度已經導致有激光剝蝕出的蝕孔92未被背面電極91所完整覆蓋時，即便僅有少部分蝕孔92未被背面電極91所完整覆蓋，太陽能電池的轉換效率仍會出現明顯下降。在太陽能電池領域，縱使轉換效率僅有0.1％的下降，由于太陽能電廠的發電量是以百萬瓦計，因此總發電瓦數會顯著減少，導致每瓦發電成本上升。

網板印刷實務上發現，此種因為網板材料疲乏所導致的錯位常發生在位于太陽能電池的側邊區域上的背面電極，離中央區域愈遠不僅愈容易發生，錯位的程度也愈明顯。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提出一種太陽能電池的背面電極的制造方法，包含以下步驟：(a)提供一半導體基板，其摻雜有一第一型摻質，具有一第一表面與相對于第一表面的一第二表面，第一表面具有至少m個第一穿孔，m為大于1的正整數，各第一穿孔沿X軸方向間隔排列，相鄰二第一穿孔的中心相隔第一間距a；(b)提供一網板，網板具有至少m個網孔，各網孔沿X軸方向間隔排列，相鄰二網孔的中心實質上相隔第一間距a，m個網孔分別地對應各所述第一穿孔；(c)藉由上述網板以一網印工藝形成至少m個背面電極于所述第一表面；(d)量測背面電極的中心與位于其下方的第一穿孔的中心在X軸方向上的一最大間距S；(e)根據最大間距S調整另一半導體基板的相鄰二第一穿孔的中心的距離為相隔一第二間距b，第二間距b大于第一間距a。

在一實施例中，上述第二間距b滿足：

在一實施例中，上述另一半導體基板的第一表面具有一中央區與至少二側邊區，所述至少二側邊區分別位于所述中央區的二側，于步驟(e)中調整位于至少二側邊區上的相鄰二第一穿孔的中心的距離為第二間距b。

在一實施例中，上述中央區沿Y軸方向延伸至上述另一半導體基板的邊緣，上述至少二側邊區分別位于上述中央區沿X軸方向的二側，上述中央區的面積占第一表面的面積的十分之一至三分之一。

在一實施例中，上述另一半導體基板的第一表面具有平行于Y軸方向的一中心線，上述第二間距b隨著遠離所述中心線而增加。

在一實施例中，上述另一半導體基板的第一表面具有平行于Y軸方向的一中心線，上述第二間距b是在500微米至2500微米的范圍間。

本發明還提出一種太陽能電池，包含：一半導體基板，摻雜有一第一型摻質，具有一第一表面與相對于第一表面的一第二表面；一第一鈍化層，位于第一表面上，具有m個第一穿孔，m為大于1的正整數，各第一穿孔沿X軸方向間隔排列；一第一抗反射層，位于第一鈍化層上，具有分別對應于m個第一穿孔的m個第二穿孔；多個背電場區，位于第一表面，分別對應于m個第一穿孔，多個背電場區的第一型摻質的濃度大于半導體基板的第一型摻質的濃度；多個背面電極，各背面電極沿X軸方向間隔排列，分別經由m個第二穿孔與所述m個第一穿孔而與多個背電場區電接觸，任一背面電極沿Y軸方向具有一第一中心線，相對于任一背面電極的第一穿孔沿Y軸方向具有一第二中心線，第一中心線與第二中心線在X軸方向上的距離小于250微米；一第二摻質層，位于第二表面上，第二摻質層中摻雜有一第二型摻質；一第二鈍化層，位于第二摻質層上，具有多個第三穿孔；一第二抗反射層，位于第二鈍化層上，具有分別對應于多個第三穿孔的多個第四穿孔；及多個正面電極，分別經由第三穿孔與第四穿孔而與第二摻質層電接觸。

在一實施例中，上述太陽能電池的半導體基板的第一表面具有平行于Y軸方向的一第三中心線，相鄰二第一穿孔的第二中心線相隔一第二間距b，第二間距b為500微米至2500微米。

在一實施例中，上述太陽能電池的半導體基板的第一表面具有平行于Y軸方向的一第三中心線，相鄰二第一穿孔的第二中心線相隔一間距b，b隨著遠離所述第三中心線而增加。

在一實施例中，上述太陽能電池的半導體基板的第一表面具有平行于Y軸方向的一第三中心線以及具有一中央區與至少二側邊區，中央區沿Y軸方向延伸至半導體基板的邊緣，至少二側邊區分別位于中央區沿X軸方向的二側，中央區的面積占第一表面的面積的十分之一至三分之一，位于至少二側邊區上的相鄰二第一穿孔的第二中心線相隔一第二間距b。

在一實施例中，上述第二間距b是在500微米至2500微米的范圍間。

在一實施例中，上述第二間距b隨著遠離第三中心線而增加。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1為錯位示意圖(一)；

圖2為錯位示意圖(二)；

圖3為本發明的太陽能電池的背面電極制造方法流程圖；

圖4為本發明的網板工藝示意圖(一)；

圖5為本發明的太陽能電池的背面電極示意圖(一)；

圖6為本發明的網板工藝示意圖(二)；

圖7為本發明的太陽能電池的背面電極示意圖(二)；

圖8為本發明的太陽能電池的剖視示意圖(一)；

圖9為本發明的太陽能電池的背面電極示意圖(三)；

圖10為本發明的太陽能電池的剖視示意圖(二)。

其中，附圖標記

1、2、3 太陽能電池

101、201、301 半導體基板

101e、201e、301e 邊緣

1011、2011、3011 第一表面

1011a、2011a、3011a 中央區

1011b、2011b、3011b 側邊區

1012、2012、3012 第二表面

103、203、303 第一鈍化層

103a、203a、303a 第一穿孔

104、204、304 第一抗反射層

104a、204a、304a 第二穿孔

105、205、305 背電場區

106、206、306 背面電極

107、207、307 第二摻質層

108、208、308 第二鈍化層

108a、208a、308a 第三穿孔

109、209、309 第二抗反射層

109a、209a、309a 第四穿孔

110、210、310 正面電極

91 背面電極

92 蝕孔

99 網板

99a 網孔

C1 網孔的中心

C2 第一穿孔的中心/中心線

C3 背面電極的中心/中心線

CL 第一表面的中心線

步驟S01：提供一半導體基板，其第一表面具有至少m個第一穿孔，各第一穿孔沿X軸方向間隔排列，相鄰二第一穿孔的中心相隔第一間距a。

步驟S02：提供一網板，網板具有至少m個網孔，各網孔沿X軸方向間隔排列且分別地對應各所述第一穿孔。

步驟S03：藉由網板以一網印工藝形成至少m個背面電極于第一表面。

步驟S04：量測背面電極的中心與位于其下方的第一穿孔的中心在X軸方向上的一最大間距S。

步驟S05：根據最大間距S調整另一半導體基板的相鄰二第一穿孔的中心的距離為相隔第二間距b，第二間距b大于第一間距a。

具體實施方式

以下將說明本實施例的太陽能電池的背面電極制造方法，在此需特別說明的是以下各步驟的描述順序并非用來限制本實施例的實施順序。

請參照圖3至圖5，分別為本發明的太陽能電池的背面電極的制造方法流程圖、網板工藝示意圖(一)與太陽能電池的背面電極示意圖(一)。在步驟S01中提供一片半導體基板101，所提供的半導體基板101摻雜有第一型摻質(例如P型摻質)，其具有第一表面1011與相對于第一表面的第二表面1012。 當未來加工成太陽能電池成品時，第二表面1012用以作為一受光面，第一表面1011為一受光面或非受光面。如圖3所示，第一表面1011上設有第一鈍化層103與第一抗反射層104，通過激光剝蝕(Laser ablation)工藝即可在第一表面1011上的第一鈍化層103形成至少m個第一穿孔103a，第一穿孔103a實際上為直線形穿孔、虛線狀穿孔、點狀穿孔或其組合，在第一表面1011上的第一抗反射層104形成至少m個第二穿孔104a，其中m為大于1的正整數。第一表面1011上的各個第一穿孔103a與第二穿孔104a的開口大小相同，且均是沿X軸方向間隔排列，相鄰二第一穿孔103a的中心C2是相隔第一間距a。

步驟S02提供網印工藝所需的一網板99，網板99設置有分別地對應各第一穿孔103a的至少m個網孔99a，各網孔沿X軸方向間隔排列。

步驟S03藉由網印工藝將鋁漿通過網板99刮入第一穿孔103a與第二穿孔104a中，再進行鋁漿燒結程序，藉此形成至少m個背面電極106于第一表面1011上，如圖4與圖5所示。

步驟S04是要量測背面電極106的中心C3與位于其下方的第一穿孔103a的中心C2在X軸方向上的最大間距。網板99上相鄰兩網孔99a之間的間距在正常情況下實質上會等于相鄰兩第一穿孔103a的中心的間距a，此時網印出來的相鄰兩背面電極106之間的間距雖然并不直接等于間距a，但通常各個背面電極106仍足以覆蓋其下的第一穿孔103a，也就是如圖1所示般。但是當網板99長期使用而導致材料疲乏時，網板99上相鄰兩網孔99a之間的間距就會改變而導致錯位情況發生。如圖4所示，網孔99a的中心C1與位于其下方的第一穿孔103a的中心C2已經錯開，也因此網印出來的背面電極106的中心C3與位于其下方的第一穿孔103a的中心C2也會跟著錯開，最終導致如圖5所示般，部分背面電極106無法完全覆蓋位于其下方的激光剝蝕的蝕孔92(也就是圖4所示的第一穿孔103a與第二穿孔104a)。錯開的程度通常會隨著遠離第一表面1011的中央而愈趨嚴重。圖5中背面電極106的中心C3與位于其下方的第一穿孔103a的中心C2在X軸方向上的最大間距S是發生在半導體基板101的外緣處。

上述各步驟主要是在評估當通過網板99而在半導體基板101的第一表面1011形成背面電極106的過程中，位于半導體基板101的背面電極106與激光剝蝕出的第一穿孔103a兩者之間的最大錯位距離，也就是如圖5所示的背 面電極106中心C3與第一穿孔103a中心C2之間在X軸方向上的最大間距S。接下來的步驟S05便可根據最大間距S來調整激光剝蝕工藝中相鄰兩蝕孔的間距，也就是將相鄰兩第一穿孔的距離從原先的第一間距a調整為第二間距b，且b大于a。

請參照圖6與圖7，分別為本發明的網板工藝示意圖(二)與太陽能電池背面電極的俯視示意圖(二)。在確認出網板99在進行上述網印工藝時所會發生的最大錯位情況后，也就是量測出背面電極106中心C3與位于其下的第一穿孔103a中心C2之間在X軸方向上的最大間距S后，即可根據最大間距S來調整激光剝蝕工藝中每道激光刻痕之間的間距。此時，改使用將實際加工成太陽能電池產品的另一片半導體基板201，其結構大體上與半導體基板101相同。利用激光剝蝕工藝在半導體基板201的第一表面2011上形成第一穿孔203a與第二穿孔204a，然而此時相鄰第一穿孔203a的中心C3的距離不再是原先的第一間距a而是第二間距b，且b大于a。藉以讓第一穿孔203a的中心能更加對準網孔99a的中心，使得后續在形成背面電極206時，背面電極206能更容易完整覆蓋第一穿孔203a與第二穿孔204a，減少因為背面電極206未能完整覆蓋第一穿孔203a與第二穿孔204a的工藝缺陷的發生機率。如圖7所示，調整后的太陽能電池的背面電極206已能完全覆蓋其下的激光剝蝕所形成的刻孔92(也就是第一穿孔203a與第二穿孔204a)。使用上述調整方式所制造出的太陽能電池2的背面電極206會有個特征，就是中央區2011a的背面電極206的中心C3與位于其下的第一穿孔203a與第二穿孔204a的中心C2反而會比調整前的距離來得略為增加。也就是在不調整的情況下，中央區2011a的背面電極206的中心C3可能會和其下的激光剝蝕所形成的刻孔92重迭或者相當靠近；但調整之后，中央區2011a的背面電極206的中心C3與位于其下的第一穿孔203a與第二穿孔204a的中心C2會比調整前的顯得更加錯開。因為原先中央區2011a上的背面電極206的中心C3與位于其下的第一穿孔203a與第二穿孔204a的中心C2本來就較不容易發生明顯錯位，因此調整后反而會造成錯位情況略增。但如同前述，只要背面電極206尚可以完整覆蓋激光剝蝕出的蝕孔92時，錯位的存在對太陽能電池的轉換效率事實上并無顯著影響。上述中央區2011a是沿Y軸方向延伸至半導體基板201的邊緣201e，至少二側邊區2011b分別位于中央區2011a沿X軸方向的二側。

上述調整第二間距b的方式端視錯位情況來處置，其中一種調整第二間距b的方式是依據以下公式：

上述公式是直接把最大錯位也就是最大間距S乘以2后直接除以第一表面2011上m個第一穿孔203a之間所構成的(m-1)個間隔數。乘以2的原因是因為錯位通常是從第一表面2011的中央朝二側逐漸增加，由于最大間距S實際上是從第一表面2011的中央到邊緣逐漸錯開，因此最大間距S是從第一表面2011的中央朝外側經過了(m-1)/2個間隔所累積而成的。換言之，上述公式是直接將最大間距S除以(m-1)/2個間隔數來做為修正值。修正后的第二間距b相較于修正前的第一間距a會增加的單位距離。依據上述調整方式已可將背面電極206未能完整覆蓋第一穿孔203a與第二穿孔204a的工藝缺陷的發生機率從大于10％降低至小于3％。

另一種調整方法是著眼于錯位的情況通常大多發生在第一表面2011的側邊區2011b，因此可以僅調整第一表面2011的側邊區2011b上相鄰二第一穿孔203a的第二間距b，位于第一表面2011的中央區2011a上的相鄰二第一穿孔203a的中心的距離則仍維持第一間距a。上述中央區2011a的面積是占第一表面2011的面積的十分之一至三分之一間。依據上述調整方式可將背面電極206未能完整覆蓋第一穿孔203a與第二穿孔204a的工藝缺陷的發生機率從大于10％降低至小于3％。

另一種調整方式是著眼于錯位的情況是從第一表面2011的中央朝邊緣逐漸變嚴重，因此調整后的相鄰二第一穿孔203a之中心的距離第二間距b不是定值，而是隨著距離第一表面2011的中央的距離朝邊緣的方向逐漸增加。

承上，上述逐漸增加的方式可以是線性增加。舉例來說，假設第一表面2011具有中心線CL，若把最靠近第一表面2011的中心線CL的第一穿孔203a編號為1，然后朝半導體基板201的外緣沿X軸方向依序編號為2、3…、n-1、n。則編號2與編號3的第一穿孔203a之間的間距相較于編號1與編號2的第一穿孔203a之間的間距，二者的差值為ΔS；編號3與編號4的第一穿孔203a之間的間距相較于編號2與編號3的第一穿孔203a之間的間距，二者的差值為2ΔS；編號4與編號5的第一穿孔203a之間的間距相較于編號3與編號4 的第一穿孔203a之間的間距，二者的差值為3ΔS；…依此類推，最外緣的編號(n-1)與編號n的第一穿孔203a之間的間距相較于編號(n-2)與編號(n-1)的第一穿孔203a之間的間距為(n-2)ΔS。其中，ΔS+2ΔS+3ΔS+…+(n-2)ΔS＝最大間距S，也就是最大間距S滿足下式：依據上述方式可將背面電極206未能完整覆蓋第一穿孔203a與第二穿孔204a的工藝缺陷的發生機率從大于10％降低至小于1％。

請參照圖8與圖9，分別為本發明的太陽能電池的剖視示意圖(一)與太陽能電池的背面電極示意圖(三)，公開一太陽能電池3，其包含半導體基板301、第一鈍化層303、第一抗反射層304、多個背電場區305、多個背面電極306、第二摻質層307、第二鈍化層308、第二抗反射層309及多個正面電極310。

半導體基板301摻雜有一第一型摻質，在本實施例中，第一型摻質是為P型摻質(例如ⅢA族元素的硼)。半導體基板301具有第一表面3011與相對于第一表面3011的第二表面3012。

第一鈍化層303位于第一表面3011上，其具有m個第一穿孔303a，m為大于1的正整數，各第一穿孔303a沿X軸方向間隔排列。

第一抗反射層304位于第一鈍化層303上，具有分別對應于m個第一穿孔303a的m個第二穿孔304a。上述m個第一穿孔303a與第二穿孔304a是由同一道激光剝蝕手段所形成。

多個背電場區305位于第一表面3011，分別對應于m個第一穿孔303a，多個背電場區305的P型摻質的濃度大于半導體基板301的P型摻質的濃度。位于第一表面3011的多個背電場區305的形成原因在于鋁漿填入第二穿孔304a與第一穿孔303a之后，需再經過燒結工藝方能形成背面電極306。而在燒結過程當中，鋁原子會擴散進入半導體基板301的第一表面3011中，而鋁和硼同屬ⅢA族元素，因此會在第一表面3011與背面電極306的接觸部位形成一個局部P型摻雜濃度較高的一個區域(Local Back Surface Field)，也就是本實施例中的背電場區305。背電場區305的形成有助于降低鋁背面電場與半導體基板間的表面載子復合效應，也可以避免鋁漿燒結后造成的翹曲及破片現象。

多個背面電極306彼此是間隔排列，分別經由多個第二穿孔304a與多個第一穿孔303a而與多個背電場區305電接觸。任一背面電極306沿Y軸方向具有一中心線C3，對應于背面電極306的第一穿孔303a沿Y軸方向具有一中心線C2，中心線C3與中心線C2在X軸方向上的距離是不大于250微米，較佳為不大于20微米。且相鄰兩第一穿孔303a的距離b是為定值。

第二摻質層307位于第二表面3012上，第二摻質層307中摻雜有一第二型摻質，本實施例中第二型摻質是為N型摻質(例如ⅤA族元素的磷)。第二鈍化層308位于第二摻質層307上，其具有多個第三穿孔308a。第二抗反射層309位于第二鈍化層308上，其具有分別對應于多個第三穿孔308a的多個第四穿孔309a。多個正面電極310分別地經由第三穿孔308a與第四穿孔309a而與第二摻質層307電接觸。

本實施例的太陽能電池3的半導體基板301的第一表面3011具有平行于Y軸方向的中心線CL，相鄰二第一穿孔303a的中心線C2是相隔一間距b，b隨著遠離第一表面3011的中心線CL而增加。

請參照圖10，為本發明的太陽能電池的剖視示意圖(二)，其繪示了本實施例的另一實施態樣。在圖10所示的實施態樣中，相鄰二第一穿孔303a的中心線C2相隔之間距b并非定值而是隨著遠離第一表面3011的中心線CL而線性增加。舉例來說，把最靠近第一表面3011的中心線CL的第一穿孔303a編號為1，然后朝半導體基板301的外緣沿X軸方向依序編號為2、3…、n-1、n。則編號1與編號2的第一穿孔303a之間的間距定義為b1，編號2與編號3的第一穿孔303a之間的間距定義為b2，依此類推，最外緣的編號(n-1)與編號n的第一穿孔303a之間的間距定義為bn-1。其中，b2-b1等于ΔS單位距離、b3-b1等于2ΔS單位距離、b4-b1等于3ΔS單位距離…依此類推。其中，自中心線CL往一側的第一穿孔算起時，單側的各第一穿孔之間的間距差ΔS的和等于最大間距S，即ΔS+2ΔS+3ΔS+…+(n-2)ΔS＝最大間距S。

在另一實施態樣中，半導體基板301的第一表面3011是具有一中央區3011a與二側邊區3011b，二側邊區3011b是分別位于中央區3011a沿X軸方向的二側。中央區3011a沿Y軸方向是延伸至半導體基板301的邊緣301e，其面積占第一表面3011的面積的十分之一至三分之一。而位于二側邊區3011b上的相鄰二第一穿孔303a的中心線C2之間距是隨著遠離第一表面3011的中 心線CL而增加，位于中央區3011a上的相鄰二第一穿孔303a的中心線C2的間距則實質上為保持不變。

當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。