專利名稱：一種太陽能電池結構及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種電池結構及其制作方法，且特別是有關于一種太陽能電池結 構及其制作方法。
背景技術：
太陽電池的發(fā)展方向是低成本、高效率，目前常用的兩種太陽能電池結構是選擇 性發(fā)射極和埋柵電極。選擇性發(fā)射極結構有兩個特征1)在電極柵線下及其附近形成高摻雜深擴散區(qū)； 2)在其他區(qū)域形成低摻雜淺擴散區(qū)。結合其特征，實現(xiàn)選擇性發(fā)射極結構的關鍵便是如何 形成上面所說的兩個區(qū)域。其制作方法有很多，但總的來說，可以分為雙步擴散法和單步擴 散法。雙步擴散法是進行兩次熱擴散而形成該結構。而單步擴散法是在一次熱擴散中形成 該結構。這兩種擴散法都有很多種操作形式。但由于雙步擴散法存在不足，單步擴散法已 逐漸成為制作選擇性發(fā)射極的主要方法，其具體操作一般都是首先在硅片表面的不同區(qū)域 得到不同量的擴散雜質源，由于擴散雜質源的不同將會得到不同的擴散結果，進行熱擴散 后就形成高低濃度的摻雜，得到選擇性發(fā)射極結構。然而，為了形成高摻雜區(qū)域，在制程中增加的步驟會使得生產過程更為復雜。具體 來說，選擇性發(fā)射極的形成包括光成型、激光制圖或回蝕技術，這些制程成本高昂、制程控 制難度大且具有成型缺陷。埋柵電極太陽能電池高效的關鍵特征在于，金屬被埋在硅太陽能電池內的激光成 型的刻槽中。這樣就允許金屬的高寬和長寬比較大。較大的金屬觸點的長寬比允許在柵指 電極處使用大量金屬，而無需在頂表面剝離大量金屬。因此，較高的金屬長寬比使較大數(shù)量 的密集柵指電極成為可能，同時還能保持高透明度。舉例來說，在一個大面積裝置上，一個 印刷了太陽能電池的絲網(wǎng)可能最高會有10% -15%的遮蔽損耗，然而在埋柵結構中，遮蔽 損耗將會只有2% -3%。這些減少的遮蔽損耗實現(xiàn)了較低的反射以及更高的短路電流。然而，在η型太陽能電池中，選擇性發(fā)射極和埋柵電極技術并不普遍，其原因在于 η型太陽能電池的發(fā)展才剛起步，并且世界上還沒有大規(guī)模生產的先例。除了 HI T結構和 背觸點太陽能電池，η型太陽能電池結構幾乎等同于b型太陽能電池。由硼源引起的發(fā)射 極擴散在發(fā)射極前端形成，背表面場由磷源形成。但是，在η型太陽能電池中，并沒有合適 的用于前端硼發(fā)射極和形成前觸點的標準制程的電極漿料。用于P型太陽能電池的前觸點 的Ag漿料也能用于η型太陽能電池的背觸點。但是，用于ρ型太陽能電池的背觸點的Al 漿料不能用于形成η型前端硼發(fā)射極的前觸點。這是由于工業(yè)化生產的Al漿料無法穿過 前端的抗反射涂層(Antireflective coating，ARC)。因此，如何在不增加復雜或成本高昂的制程的前提下對現(xiàn)有太陽能電池結構及其 制作方法進行改進以提高其性能成為業(yè)界亟待解決的問題。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提供一種太陽能電池結構的制作方法，包含提供一基片，并對其表面進行織構化(Texturization)處理；在基片前表面擴散(diffusion)出一發(fā)射極(emitter)層；在基片后表面擴散出一背表面場(back surface field, BSF)層；在發(fā)射極層上形成一第一抗反射涂層(anti-reflection coating，ARC)，在所述 背表面場層上形成一第二抗反射涂層；在第一抗反射涂層上形成多個漿料(paste)開口(opening)；在漿料開口中絲網(wǎng)印刷(screen-pringting)鋁漿料，在第二抗反射涂層上絲網(wǎng) 印刷銀漿料；使鋁漿料擴散至基片內形成金屬硅化物(metal silicide)。依據(jù)一實施例，發(fā)射極層以硼源(boron source)擴散而成。其中，背表面場層由磷源(phosphorous source)擴散而成。其中，抗反射涂層為SiNx。依據(jù)一實施例，金屬硅化物為共晶硅鋁(ΑΙ-Si eutectic) 0本發(fā)明還提供一種太陽能電池結構，包含一基片，具有相對的一前表面和一背表面；一發(fā)射極層，設置于前表面上；一第一抗反射涂層，覆蓋于發(fā)射極層上；多個前觸點(contact)，暴露于第一抗反射涂層外且延伸至發(fā)射極層的上表面，其 中前觸點向基片內擴散并形成金屬硅化物；一背表面場層，設置于背表面上；一第二抗反射涂層，覆蓋于背表面場層；以及多個背觸點，暴露于第二抗反射涂層外且延伸至背表面場層的下表面。依據(jù)一實施例，發(fā)射極層以硼源擴散而成。其中，背表面場層由磷源擴散而成。其中，抗反射涂層為SiNx。依據(jù)一實施例，金屬硅化物為共晶硅鋁。應用本發(fā)明的優(yōu)點在于，該結構結合了埋柵電極和選擇性發(fā)射極太陽能電池的特 點，在無需增加復雜和高成本的制程的前提下，增加觸點區(qū)域的面積，從而增加F. F填充因 子，降低串聯(lián)電阻，當生成電子空穴對時減少復合率，還提高了開路電壓和短路電流，極大 地提高太陽能電池的性能。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的詳 細說明如下圖1繪示現(xiàn)有的選擇性發(fā)射極太陽能電池的結構示意圖；圖2繪示現(xiàn)有的埋柵電極太陽能電池的結構示意圖；圖3a繪示依照本發(fā)明一實施例的太陽能電池的制作方法的步驟示意圖北繪示依照本發(fā)明一實施例的太陽能電池的制作方法的步驟示意圖；圖3c繪示依照本發(fā)明一實施例的太陽能電池的制作方法的步驟示意圖；圖3d繪示依照本發(fā)明一實施例的太陽能電池的制作方法的步驟示意圖；圖3e繪示依照本發(fā)明一實施例的太陽能電池的制作方法的步驟示意圖；圖3f繪示依照本發(fā)明一實施例的太陽能電池的制作方法的步驟示意圖；圖3g繪示依照本發(fā)明一實施例的太陽能電池的制作方法的步驟示意圖；圖4繪示依據(jù)本發(fā)明一實施例的太陽能電池的機構示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明可使用任何硅基片或硅薄膜。包括單晶硅、微晶硅、納米晶硅、多晶硅的晶 圓或薄膜以及任何習知的和可想到的在背表面有P型摻雜和η型摻雜區(qū)域的配置。在下文中所述的“前表面”指的是太陽能電池暴露于陽光的那側?！氨潮砻妗笔桥c 前表面相對的那側?！敖饘俟杌铩敝傅氖且环N化合物，具有硅和正電元素。這些元素通常 是，舉例來說鎳、鈀、鈦、銀、金、鋁、銅、鎢、釩、鉻?！疤柲茈姵亍敝傅氖潜贿m當摻雜的具有一 種導電性類型的硅基材，其具有至少一個其他類型導電性的摻雜區(qū)域，無論其是否提供了 接觸或內連接。附圖中的圖式是以前表面朝向頁面底部，背表面朝向頁面頂部的方式繪制 的。附圖為示意圖，并未按照比例繪制。請參照圖1，其繪示現(xiàn)有的選擇性發(fā)射極太陽能電池的結構示意圖。在硅基片100 前表面通過硼源擴散形成發(fā)射極層102，在發(fā)射基層102上覆蓋有第一抗反射涂層104。材 料為鋁或銀的前觸點106暴露于第一抗反射涂層104外且延伸至發(fā)射極層102的上表面。 在背表面的結構中，通過磷源擴散在硅基片100的背表面形成背表面場層108，在背表面場 層108上覆蓋有第二抗反射涂層110。材料為銀的背觸點112暴露于第二抗反射涂層110 外且延伸至背表面場層108的下表面。選擇性發(fā)射極太陽能電池在前觸點106下的表面區(qū)域被重摻雜，以改善歐姆接 觸，同時保持發(fā)射極層102表面區(qū)域被輕摻雜，以降低復合率以及改善藍色光譜響應。然 而，為了形成重摻雜區(qū)域，在制程中增加的步驟使得生產更為復雜。具體來說，形成選擇性 發(fā)射極的制程通常包括光刻成型(Photo-lithography)、激光成圖(laser-patterning)或 回蝕(etch-back)技術，這些制程成本高昂，制程控制困難且具有成型缺陷。此外，在η型 太陽能電池中，并沒有合適的用于前表面硼發(fā)射極層102和形成前觸點106的標準制程的 電極漿料。用于P型太陽能電池的前觸點106的銀漿料也能用于η型太陽能電池的背觸點 112。但是，用于ρ型太陽能電池的背觸點112的鋁漿料不能用于形成η型前表面硼發(fā)射 極層102的前觸點106。這是由于工業(yè)化生產的鋁漿料無法穿過前表面的第一抗反射涂層 104。由于重摻雜區(qū)域相對較窄，前觸點106對位不準將會嚴重影響電池的性能。所以選擇 性發(fā)射極制程需要很多復雜的制程來對位重摻雜區(qū)域和通過光刻形成前觸點106。因而，選 擇性發(fā)射極太陽能電池無法大規(guī)模生產。請參照圖2，其繪示現(xiàn)有的埋柵電極太陽能電池的結構示意圖。埋柵電極太陽能 電池高效的關鍵特征在于，金屬200被埋在硅太陽能電池內的激光成型的刻槽中。這樣就 允許金屬200的高寬和長寬比較大。較大的金屬觸點的長寬比允許在柵指電極處使用大量 金屬，而無需在頂表面剝離大量金屬。因此，較高的金屬長寬比允許較大數(shù)量的密集柵指電
5極，同時還能保持高透明度。然而，激光刻槽和電鍍都是成本高昂，制程控制困難且具有成 型缺陷的制程，因此埋柵電極太陽能電池也不易于實現(xiàn)大規(guī)模生產。此時請參照圖3a_圖3g，其繪示依照本發(fā)明一實施例的太陽能電池的制作方法的 各步驟示意圖。圖3a中，提供一硅基片100，其可以是單晶硅、微晶硅、納米晶硅、多晶硅的 晶圓或薄膜，并對其表面進行織構化處理。圖北中，在基片100的前表面通過硼源，例如三 溴化硼B(yǎng)Br3擴散出一發(fā)射極層102。圖3c中，在基片100的背表面通過磷源，例如三氯氧磷 P0C13擴散出一背表面場層108。圖3d中，在發(fā)射極層102上形成一第一抗反射涂層104， 在背表面場層108上形成一第二抗反射涂層110，第一與第二抗反射涂層的材料為SiNx。圖 3e中，在前表面的第一抗反射涂層104上形成多個漿料開口 300。接著，在圖3f中，在漿料 開口 300中通過絲網(wǎng)印刷的方式印刷作為前觸點106的鋁漿料，在第二抗反射涂層110上 通過絲網(wǎng)印刷的方式印刷作為背觸點112的銀漿料。最后，在途3g中，使鋁漿料擴散至基 片100內形成金屬硅化物302，例如共晶硅鋁。如圖3a_圖3g所示的制作方法最終形成的太陽能電池結構如圖4所示。硅基片 100前表面具有發(fā)射極層102，在發(fā)射基層102上覆蓋有第一抗反射涂層104。材料為鋁的 前觸點106暴露于第一抗反射涂層104外且延伸至發(fā)射極層102的上表面，并且前觸點106 向基片100內擴散形成金屬硅化物302。在背表面的結構中，通過磷源擴散在硅基片100的 背表面形成背表面場層108，在背表面場層108上覆蓋有第二抗反射涂層110。材料為銀的 背觸點112暴露于第二抗反射涂層110外且延伸至背表面場層108的下表面。前表面的結構包含通過在第一抗反射涂層104下方的硼從觸點區(qū)域擴散出來形 成的淺結(輕摻雜)。硅鋁共晶302通過在前觸點106下方的鋁擴散而形成埋柵電極和選 擇性發(fā)射極從而成為深結。這兩種發(fā)射極發(fā)射極使用不同的材料源形成發(fā)射極。發(fā)射極的 目的是帶出選擇性發(fā)射極。重摻雜與硼擴散區(qū)域相比是深結區(qū)域。前觸點106和發(fā)射極硅 鋁共晶302會形成導電電極以收集載流子。鋁漿料需要在高溫(600-1200°C，依材料所定) 下處理。制程機可以使用RTA (Rapid Thermal Annealing)快速退火，退火或隧道爐(tunnel furnace)來控制溫度分布。溫度分布會影響金屬的穿透深度和發(fā)射極的摻雜深度。背表面結構的銀漿料背觸點112也需要需要在高溫(600-1200°C，依材料所定)下 處理。銀漿料需要穿過熔爐來形成銀和η+摻雜區(qū)域的硅之間的歐姆接觸。制程機可以使 用RTA(Rapid Thermal Annealing)快速退火，退火或隧道爐來控制溫度分布。溫度分布會 影響金屬的穿透深度和背反射場的摻雜深度。由以上的實施例可知，本發(fā)明的優(yōu)點在于，該結構結合了埋柵電極和選擇性發(fā)射 極太陽能電池的特點，在無需增加復雜和高成本的制程的前提下，增加觸點區(qū)域的面積，從 而增加F. F填充因子，降低串聯(lián)電阻，當生成電子空穴對時減少復合率，還提高了開路電壓 和短路電流，極大地提高太陽能電池的性能。雖然本發(fā)明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域的普 通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保 護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述方法包含 提供一基片，并對其表面進行織構化處理；在所述基片前表面擴散出一發(fā)射極層； 在所述基片后表面擴散出一背表面場層；在所述發(fā)射極層上形成一第一抗反射涂層，在所述背表面場層上形成一第二抗反射涂層；在所述第一抗反射涂層上形成多個漿料開口；在所述漿料開口中絲網(wǎng)印刷鋁漿料，在所述第二抗反射涂層上絲網(wǎng)印刷銀漿料；以及 使鋁漿料擴散至所述基片內形成金屬硅化物。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述發(fā)射極層以 硼源擴散而成。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述背表面場層 由磷源擴散而成。
4.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述抗反射涂層 為 SiNx。
5.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述金屬硅化物 為共晶硅鋁。
6.一種太陽能電池結構，其特征在于，所述太陽能電池結構包含 一基片，具有相對的一前表面和一背表面；一發(fā)射極層，設置于所述前表面上； 一第一抗反射涂層，覆蓋于所述發(fā)射極層上；多個前觸點，暴露于所述第一抗反射涂層外且延伸至所述發(fā)射極層的上表面，其中所 述前觸點向所述基片內擴散并形成金屬硅化物； 一背表面場層，設置于所述背表面上； 一第二抗反射涂層，覆蓋于所述背表面場層；以及多個背觸點，暴露于所述第二抗反射涂層外且延伸至所述背表面場層的下表面。
7.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述發(fā)射極層以 硼源擴散而成。
8.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述背表面場層 由磷源擴散而成。
9.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述抗反射涂層 為 SiNx。
10.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池結構的制作方法，其特征在于，所述金屬硅化物 為共晶硅鋁。
全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽能電池結構及其制作方法，包含一基片，具有相對的一前表面和一背表面；一發(fā)射極層，設置于前表面上；一第一抗反射涂層，覆蓋于發(fā)射極層上；多個前觸點，暴露于第一抗反射涂層外且延伸至發(fā)射極層的上表面，其中前觸點向基片內擴散并形成金屬硅化物；一背表面場層，設置于背表面上；一第二抗反射涂層，覆蓋于背表面場層；以及多個背觸點，暴露于第二抗反射涂層外且延伸至背表面場層的下表面。形成這一結構的關鍵在于將鋁漿料擴散至基片內并且在前觸點所在區(qū)域下方形成金屬硅化物。使用本發(fā)明的優(yōu)點在于無需增加復雜和高成本的制程就可極大提高太陽能電池的性能。
文檔編號H01L31/0224GK102130219SQ20111003546
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權日2011年1月28日
發(fā)明者吳振誠, 胡雁程, 邱銘暉, 陳人杰, 陳宗保, 陳鈺君 申請人:友達光電股份有限公司