專利名稱：應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池的制造工藝，特別關(guān)于制造薄形化太陽(yáng)能電池 的方法。
背景技術(shù)：
近年基于工業(yè)高度發(fā)展，使得地球上化石能源快速枯竭，且導(dǎo)致環(huán)境 污染日趨嚴(yán)重。因此，世界各國(guó)基于能源需求與環(huán)保壓力，皆致力于發(fā)展 替代能源。太陽(yáng)能對(duì)現(xiàn)今人類而言為可利用之最豐富資源，且具有不需運(yùn) 輸成本，清潔環(huán)保以及對(duì)地球不增加熱負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，太陽(yáng) 能為現(xiàn)今最具開發(fā)潛力之清潔再生能源之一。
太陽(yáng)能電池(solar cell)是利用光伏效應(yīng)(photovoltaic effect), 將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體組件。基本上任何半導(dǎo)體的二極管皆可將 光能轉(zhuǎn)換成電能，而太陽(yáng)能電池產(chǎn)生電能是基于光導(dǎo)效應(yīng) (photoconductive effect)與內(nèi)部電場(chǎng)兩因素。因此，選擇太陽(yáng)能電池的 材料時(shí)，必須考慮其材料的光導(dǎo)效應(yīng)及如何產(chǎn)生內(nèi)部電場(chǎng)。
如人們所熟知的，光照射于物質(zhì)上時(shí)， 一部光將為物質(zhì)吸收，其他部 分則經(jīng)由反射或穿透而離開物質(zhì)?；诖嗽恚x取太陽(yáng)能電池的材質(zhì)考 慮之一為吸光效果較佳的材質(zhì)，如此能使輸出功率增加。太陽(yáng)電池性能的 高低主要以光電之間的轉(zhuǎn)換效率來評(píng)斷，而影響轉(zhuǎn)換效率的因子包含太陽(yáng) 光強(qiáng)度、溫度，材料的阻值與基質(zhì)的質(zhì)量、缺陷密度，PN接面(PN Junction) 的濃度、深度，表面對(duì)光反射率的大小，金屬電極的線寬、線高、接觸電 阻等。故對(duì)各種影響因子須嚴(yán)密控制才得以制造具高轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)電池。轉(zhuǎn)換效率與成本為現(xiàn)今制造太陽(yáng)能電池所選用半導(dǎo)體材料的主要考慮 因素。縱觀目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池，以硅為原料的太陽(yáng)能電池市占率為 大宗。依晶體結(jié)構(gòu)分類，分別為單晶太陽(yáng)能電池、復(fù)晶太陽(yáng)能電池以及非 晶型太陽(yáng)能電池等三種。以轉(zhuǎn)換效率而言，目前仍以單晶硅太陽(yáng)能電池為
較高，約為25%的轉(zhuǎn)換效率，復(fù)晶硅則近似次之約為20%，非晶型硅則大約 為15%左右。使用其它化合物半導(dǎo)體來做為光電轉(zhuǎn)換基板，例如III-V族的 砷化鎵(GaAs)，轉(zhuǎn)換效率則可高達(dá)26%以上。
太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率與制作成本依照其結(jié)構(gòu)及制程步驟之不同而有 所顯著差異，高效率的太陽(yáng)能電池通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制程步驟繁復(fù)，需要使 用多道光罩及多道高溫制程，而且使用載子生命期長(zhǎng)但是價(jià)格昂貴的 FZ(Floating zone)級(jí)硅芯片，制作成本也就相對(duì)提升，較不適用于量產(chǎn)。 目前晶片大多由拉伸法(Czochralski Method)所制造，而后將所制成的硅 晶棒切片(slice)成晶片，成為硅太陽(yáng)能電池的基板。成本仍為硅太陽(yáng)能電 池工業(yè)最主要的考慮因素?，F(xiàn)今硅太陽(yáng)能電池典型厚度為200至300微米， 若能減低其硅基板厚度，則于量產(chǎn)上可降低其成本。
雖減少硅基板厚度得以降低制造成本，然，厚度太薄則容易產(chǎn)生彎曲 形變，變形程度會(huì)隨尺寸上升而擴(kuò)大翹曲的程度。但是目前尚未有任何有 效方法解決上述問題。是以，克服基板變薄所導(dǎo)致的形變，為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提出一制作薄形化太陽(yáng)能電池的方法，利用 濺鍍法在太陽(yáng)能電池基板上形成作為緩沖層的薄膜，達(dá)到減少基板厚度同 時(shí)消除或降低基板翹曲的目的。
根據(jù)本發(fā)明的方法，由于使用濺鍍法形成氧化硅層(Six0Y)或氮化硅 層(SixNY)或氮氧化硅層(Six0YNz)或上述之堆棧結(jié)構(gòu)組合于太陽(yáng)能電池基 板背面，改變了太陽(yáng)能電池基板的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，可提供厚度在200微米以下太陽(yáng)能電池基板。
所以，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜 的方法，其特征在于，該方法包括-
使用濺鍍法于太陽(yáng)能電池基板上形成氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧 化硅薄膜或上述的組合。
根據(jù)本發(fā)明的方法，于濺鍍過程中導(dǎo)入氬氣作為載氣，并利用氧氣或 氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體。而所述的濺鍍工藝包括直流濺鍍法或其他可行方法。
根據(jù)本發(fā)明的方法，所述濺鍍工藝使用的標(biāo)靶材質(zhì)包含硅，且該硅標(biāo)
靶的純度約為95. 0%至99. 999999%，該標(biāo)靶的顆粒粒徑約為0. 05微米至1. 0 微米。
根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，濺鍍過程中控制太陽(yáng)能電池基板的溫度 為攝氏250至350度。所述的濺鍍方法的沉積速率可為1至10nm/sec。 根據(jù)本發(fā)明的方法，所述的形成薄膜的厚度可至少為50nm。 根據(jù)本發(fā)明的方法，濺鍍過程中反應(yīng)氣體與載氣氣體的比例約為5:1 至1:1。
可以看到，本發(fā)明的一優(yōu)點(diǎn)為藉由上述的方法，于太陽(yáng)能電池基板上 可生成緩沖層，改變太陽(yáng)能電池基板應(yīng)力結(jié)構(gòu)，而可利于制作薄形化太陽(yáng) 能電池。于制作太陽(yáng)能電池基板時(shí)將消除或降低基板翹曲現(xiàn)象。再者，降 低太陽(yáng)能電池基板厚度，更可減少硅材的成本。
本發(fā)明另一優(yōu)點(diǎn)為可減低制造成本?；谝话愕牧?xí)知技術(shù)可知，半導(dǎo) 體制造中，化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor D印osition， CVD)為典型的 沉積薄膜技術(shù)，更為主要沉積薄膜技術(shù)，舉凡半導(dǎo)體組件中所需的薄膜， 不論為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、或是介電材質(zhì)(Dielectrics)，通常使用化學(xué)氣相 沉積法沉積薄膜。而化學(xué)氣相沉積法的設(shè)備成本上億，不利于太陽(yáng)能電池 的制造，且違反成本降低的指導(dǎo)原則。
而濺鍍法(Sputtering D印osition)典型僅為用于沉積某些金屬材質(zhì)的薄膜，且其材質(zhì)均勻度特性較比化學(xué)氣相沉積法所制作的薄膜差。然，尚 未有人采用濺鍍法制作非導(dǎo)電薄膜于太陽(yáng)能基板上，而本發(fā)明是于制造工 藝中采用濺鍍技術(shù)制作緩沖層以改善基板應(yīng)力。該緩沖層的結(jié)構(gòu)由氧化硅 層、氮化硅層、氮氧化硅層或上述之堆棧結(jié)構(gòu)所組合，位于太陽(yáng)能電池基 板上，不須使用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)薄膜，便可達(dá)到更佳之功效。因化學(xué) 氣相沉積法或熱氧化法于制程的成本皆比濺鍍法高。因此，本發(fā)明更可顯 著降低制造之成本。


圖1為用于說明本發(fā)明制作的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2至圖4顯示本發(fā)明的實(shí)施例中制作薄形化太陽(yáng)能電池的方法的示 意圖。
主要組件符號(hào)說明
100太陽(yáng)能電池 102表面電極 104抗反射層
108背面電極 200太陽(yáng)能電池 202表面電極
204抗反射層 206緩沖層 208背面電極
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將配合其較佳實(shí)施例與隨附圖示對(duì)發(fā)明內(nèi)容詳述于下，但應(yīng)理 解，發(fā)明中所有的較佳實(shí)施例僅為例示之用，除文中的較佳實(shí)施例外，本 發(fā)明亦可廣泛地應(yīng)用在其它實(shí)施例中，且本發(fā)明并不受限于任何實(shí)施例。
貫穿本專利說明書中，『較佳實(shí)施例』意指描述關(guān)于較佳實(shí)施例的特 殊特征、結(jié)構(gòu)或特性，在本發(fā)明中，其較佳實(shí)施例數(shù)目，至少為一個(gè)。因 此，本說明書中出現(xiàn)『較佳實(shí)施例中』，不必完全參照同一實(shí)施例。再者， 其特殊特征、結(jié)構(gòu)或特性可使用任何適當(dāng)方法混合于較佳實(shí)施例中。
7參照?qǐng)D1，為一具有背面場(chǎng)效應(yīng)(Back Surface Field, BSF)結(jié)構(gòu)的 太陽(yáng)能電池100概要圖。一般而言，太陽(yáng)能電池所使用的基板，可為N型 或P型半導(dǎo)體，然而因?yàn)镻型半導(dǎo)體中的少數(shù)載體擴(kuò)散距離比N型中少數(shù) 載體空穴要長(zhǎng)，故為了加大太陽(yáng)能電池的短路電流(即為光電流)， 一般 皆使用P型半導(dǎo)體。以上所描述內(nèi)容為一例示，非用以限定本發(fā)明。
太陽(yáng)能電池100表面因?yàn)闇p少其串聯(lián)電阻， 一般參雜雜質(zhì)為N+層，作 為P(接合面。為增加其短路電流，須增強(qiáng)短波長(zhǎng)的應(yīng)答性，減低PN接合 面深度，并使太陽(yáng)能電池表面再結(jié)合速度減小，使其短波長(zhǎng)領(lǐng)域感度增加， 則N+層須變薄。為避免少數(shù)載體在表面電極102處再結(jié)合，使轉(zhuǎn)換效率變 低，通常于背面電極108形成一P+層，成一N+PP+構(gòu)造，使背面PP+層增加能 階差，增大擴(kuò)散距離。此時(shí)表面電極102上不再發(fā)生再結(jié)合，改善長(zhǎng)波長(zhǎng) 領(lǐng)域的感度，增大光電流，且PP+層間的能量差也使其開路電壓增大。而此 P+層為一選擇性結(jié)構(gòu)，非用以限定本發(fā)明。
抗反射層(Anti-Reflection Coating) 104為用于封存光的構(gòu)造。因 硅在波長(zhǎng)四百至一千一百納米的區(qū)域內(nèi)有6. 00至3. 50的折射率，因此， 于短波長(zhǎng)區(qū)域有54%，而長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)有34%的反射損失。為減少反射損失， 通常使用折射率不同的材質(zhì)作為防反射層。
參照?qǐng)D2，為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，提供背面場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電 池200概要之結(jié)構(gòu)。其太陽(yáng)能電池的基板為P型半導(dǎo)體，抗反射層204形 成于N+層上，且表面電極202局部形成于N+層上。此太陽(yáng)能電池200的基 板厚度約為200微米以下。應(yīng)用于本發(fā)明的太陽(yáng)能電池基板材質(zhì)可為任何 合適的材質(zhì)，包含但不限于硅、玻璃或不銹鋼……以及上述材質(zhì)的組合。
經(jīng)本案發(fā)明人的研究結(jié)果，采用氧化硅層(SixOy)、氮化硅層(Si具)、
氮氧化硅層(SiANz)或其組合涂布于基板背面作為緩沖層將有效抑制結(jié)構(gòu) 應(yīng)力而減緩甚至消除基板翹曲現(xiàn)象。這對(duì)于薄形化基板的量產(chǎn)性而言為一 道曙光，而此緩沖層的厚度端視基板厚度而定。傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)通常采用化學(xué)氣相沉積法制作上述材質(zhì)，然此化學(xué)氣相沉積法所費(fèi)不貲，因此對(duì)于
太陽(yáng)能電池而言不具量產(chǎn)性。濺鍍法(Sputtering)通常僅用于沉積金屬材 質(zhì)薄膜。然，對(duì)于太陽(yáng)能薄膜而言，均勻度并非主要的考慮因子。所以， 本發(fā)明特征之一是采用濺鍍法于太陽(yáng)能電池基板上制作氧化硅層、氮化硅 層或氮氧化硅層，而不須使用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)薄膜便可達(dá)消除變形目 的且具量產(chǎn)效果。化學(xué)氣相沉積法或熱氧化法在制作過程的成本皆比濺鍍 法高，因此，本發(fā)明更可顯著降低制造成本。
參照?qǐng)D3和圖4，就一較佳實(shí)施例而言，所說的緩沖層206可以濺鍍法 形成于P+層下方。于較佳實(shí)施例中，可使用直流濺鍍法，選擇由硅塊材所 組成的標(biāo)靶(target)進(jìn)行濺鍍。硅標(biāo)靶的形狀可為圓盤、方形、或管狀。 此硅標(biāo)靶的純度約為95. 0%至99. 999999%。而硅標(biāo)靶的顆粒粒徑一般為0. 05 至1.0微米。當(dāng)顆粒粒徑大太或不均勻時(shí)，所生成的薄膜將不具有所需均 勻紋理或薄膜厚度。本發(fā)明的標(biāo)靶的顆粒粒徑可為任何值或介于以上所示 例值間之任意值。
于過程中通入載氣氣體，于此較佳實(shí)施例中依據(jù)所要沉積的材質(zhì)，導(dǎo) 入使用氬氣(Ar)作為載氣氣體，以及氧氣或氮?dú)獾葹R鍍反應(yīng)氣體 (Sputtering Gas)，于太陽(yáng)能電池基板背面濺鍍膜層，且控制太陽(yáng)能電池 200的基板溫度約為30(TC。根據(jù)較佳實(shí)施例，濺鍍反應(yīng)氣體與載氣氣體的 比例約為5:1。其濺鍍反應(yīng)氣體的流量可從50到200sccm，而載氣氣體的 流量可從10到40sccm,以5nm/sec的沉積速率沉積薄膜。如圖3所示，于 太陽(yáng)能電池200的基板背面形成氧化硅層，作為一緩沖層206。亦可形成氮 化硅層或氮氧化硅層，視其需求而定。緩沖層206的厚度約為lOOnm。以本
發(fā)明的方法所形成的薄膜可具有任何所需的厚度，視其應(yīng)用而定。
而后，于該太陽(yáng)能電池200的基板背面形成電極208。在典型的太陽(yáng)能 電池制造過程中， 一 般使用蒸鍍法(Evaporation )、電鍍法 (Electroplating)或網(wǎng)版印刷法(Screen printing)等。如眾所了解，制作太陽(yáng)能電池的典型工藝中，也應(yīng)包括清洗(Cleaning) 、 Texture、擴(kuò)散 (Diffusion)、光罩(photo-mask)以及抗反射層制作等等若干步驟。此為制 造太陽(yáng)能電池所需的工藝，但為避免模糊本發(fā)明焦點(diǎn)故不贅述，此應(yīng)為了 解該項(xiàng)技藝者所應(yīng)了解。
除較佳實(shí)施例或另有他指，應(yīng)可了解本專利說明書與權(quán)利要求書所用 的相關(guān)參數(shù)，于所有實(shí)施例中皆以約略值表示。于本發(fā)明所揭露的各種數(shù) 字范圍是連續(xù)的，其包括介于最小值與最大值間任一值。除另有陳述，在 本發(fā)明中所列各種數(shù)字范圍均可為近似值。
本發(fā)明以較佳實(shí)施例說明如上，然其并非用以限定本發(fā)明所主張的專 利權(quán)利范圍。凡熟悉此領(lǐng)域的人士，在不脫離本專利精神或范圍內(nèi)，所作 任何更動(dòng)或潤(rùn)飾，均屬于本發(fā)明所揭示精神下所完成的等效改變或設(shè)計(jì)， 且應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的方法，其特征在 于，該方法包括.-使用濺鍍法于太陽(yáng)能電池基板上形成氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧 化硅薄膜或上述的組合。
2、 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的 方法，其特征在于，于濺鍍過程中導(dǎo)入氬氣作為載氣，并利用氧氣或氮?dú)?作為反應(yīng)氣體。
3、 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的 方法，其特征在于，所述的濺鍍工藝包括直流濺鍍法。
4、 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的 方法，其特征在于，所述濺鍍工藝使用的標(biāo)靶材質(zhì)包含硅，且該硅標(biāo)靶的 純度為95. 0%至99. 999999%，該標(biāo)靶的顆粒粒徑為0. 05微米至1. 0微米。
5、 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的 方法，其特征在于，濺鍍過程中控制太陽(yáng)能電池基板的溫度為攝氏250至 350度。
6、 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的 方法，其特征在于，所述的濺鍍方法的沉積速率為l至10nm/sec。
7、 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的 方法，其特征在于，所述形成薄膜的厚度可至少為50nm。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄 膜的方法，其特征在于，濺鍍過程中反應(yīng)氣體與載氣氣體的比例為5:1至 1:1。
9、 如權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的方法，其特征在于，濺鍍反應(yīng)氣體的流量為從50到200sccm。
10、 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜 的方法，其特征在于，載氣氣體的流量為從10到40sccm。
全文摘要
本發(fā)明揭露了一種薄型化太陽(yáng)能電池的方法，可減低太陽(yáng)能電池制作成本。本發(fā)明具體涉及應(yīng)用濺鍍工藝在太陽(yáng)能電池基板上制作薄膜的方法，其采用濺鍍工藝于太陽(yáng)能電池基板上形成緩沖層以降低或消除其應(yīng)力。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101312223SQ200710104808
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者林進(jìn)章, 黃文瑞 申請(qǐng)人:國(guó)碩科技工業(yè)股份有限公司