專利名稱：硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的制程，尤其涉及一種降低制造成本并提高轉(zhuǎn)換效率的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的制程。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)達(dá)、文明的演進(jìn)以及人口的快速增長(zhǎng)，對(duì)于能源的使用與消耗日益劇增。在石油、天然氣及煤炭等天然資源有限的情況下，如何節(jié)約能源并找尋、發(fā)展替代能源，便成了大家首要解決且不可忽視的課題之一。由于來(lái)自太陽(yáng)的能量大且源源不絕，因此發(fā)展太陽(yáng)能電池作為發(fā)電、儲(chǔ)電的設(shè)備便逐漸成為新世紀(jì)的主流。所謂的太陽(yáng)能電池是一種可以將太陽(yáng)能量轉(zhuǎn)換為電能的光電組件。最簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能電池構(gòu)造包含一 P型半導(dǎo)體層與一 N型半導(dǎo)體層，兩者形成一 PN接面。當(dāng)陽(yáng)光照射太陽(yáng)能電池時(shí)，來(lái)自太陽(yáng)光的能量可將半導(dǎo)體層中的電子激發(fā)出來(lái)，電子會(huì)因內(nèi)建電位而朝N 型半導(dǎo)體層移動(dòng)，而電洞則向朝P型半導(dǎo)體層方向移動(dòng)，因此當(dāng)P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層接上外部電路形成回路時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流。而上述將光能轉(zhuǎn)為電流的反應(yīng)則稱之為光伏效應(yīng)(photovoltaic effect)。參照?qǐng)D1所示，其為日本三洋電機(jī)提出的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。該硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池1結(jié)構(gòu)包含一 N型單晶硅基板11 (η-type single crystal silicon substrate)、分別形成于該N型單晶硅基板11兩側(cè)的一第一本征非晶硅層 12 (intrinsic amorphoussilicon layer)禾口一第二本征非晶娃層13、分另Ij形成于該第一本征非晶硅層12與該第二本征非晶硅層13外側(cè)的一 P型非晶硅層14以及一 N+型非晶硅層 15、分別形成于該P(yáng)型非晶硅層14及該N+型非晶硅層15外側(cè)的一第一透明導(dǎo)電氧化物 (transparent conductiveoxide, TC0)層16和一第二透明導(dǎo)電氧化物層17以及分別形成于該第一透明導(dǎo)電氧化物層16與該第二透明導(dǎo)電氧化物層17外側(cè)的一第一電極層18和一第二電極層19。由于上述太陽(yáng)能電池具有硅異質(zhì)接面與硅本征層，因此又被稱為HIT太陽(yáng)能電池(Hetero-junction with Intrinsic Thin-layer solar cell)。HIT 太陽(yáng)能電池因具備高光電轉(zhuǎn)換效率(photoelectric conversion efficiency)(約可達(dá)23% )，且可以 200°C低溫接合，有利于降低制造成本等特色，1997年首次投入太陽(yáng)能市場(chǎng)即深受矚目。其中，已知結(jié)構(gòu)中的P型非晶硅層14及N+型非晶硅層15的厚度極薄，約介于幾納米(歷)到幾十納米之間，且為配合低溫制程，該P(yáng)型非晶硅層14及N+型非晶硅層15 通常直接以等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)形成薄膜。在薄膜很薄(例如幾納米)的情況下，以等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法較難以成膜，不僅摻雜的濃度不易控制，并且容易發(fā)生薄膜厚度不均勻或是部分區(qū)域無(wú)法成膜的問(wèn)題。由于上述非晶硅層的薄膜質(zhì)量是影響太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的一大關(guān)鍵， 因而急待解決
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提出一種硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的制程，由此能精準(zhǔn)地控制摻雜層的薄膜厚度與摻雜準(zhǔn)確度，從而提升硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的良率與光電轉(zhuǎn)換效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的制程，其步驟包含制備一第一電性結(jié)晶硅基板；形成第一硅層與第二硅層于該第一電性結(jié)晶硅基板的兩個(gè)側(cè)面上，該第一硅層與該第二硅層分別與該第一電性結(jié)晶硅基板形成硅異質(zhì)接面；離子布植于該第一硅層與該第二硅層，致使該第一硅層中朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成第二電性硅層，且該第二硅層朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成第一電性重?fù)诫s型硅層；形成一第一透明導(dǎo)電氧化層于該第二電性硅層上；以及分別形成一第一電極層與一第二電極層于該第一透明導(dǎo)電氧化層與該第一電性重?fù)诫s型硅層上。通過(guò)本發(fā)明制程形成的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，可在P型硅層與N+型硅層極薄的情況下，準(zhǔn)確地控制其摻雜濃度。避免已知制程技術(shù)產(chǎn)生膜厚不均、摻雜不均的問(wèn)題。有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容及較佳實(shí)施例，配合圖式說(shuō)明如后。


本發(fā)明的實(shí)施方式結(jié)合圖式予以描述圖1為一已知硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的流程圖；以及圖3-1至圖3-8為本發(fā)明一實(shí)施例的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明及技術(shù)內(nèi)容，現(xiàn)配合圖式說(shuō)明如下參照?qǐng)D2所示，其為本發(fā)明一實(shí)施例的流程圖，如圖所示本發(fā)明提出一種硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的制程，其步驟包含制備一第一電性結(jié)晶硅基板；形成第一硅層與第二硅層于該第一電性結(jié)晶硅基板的兩個(gè)側(cè)面上，該第一硅層與該第二硅層分別與該第一電性結(jié)晶硅基板形成硅異質(zhì)接面；離子布植于該第一硅層與該第二硅層，致使該第一硅層中朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成第二電性硅層，且該第二硅層朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成第一電性重?fù)诫s型硅層；形成一第一透明導(dǎo)電氧化層于該第二電性硅層上；以及分別形成一第一電極層與一第二電極層于該第一透明導(dǎo)電氧化層與該第一電性重?fù)诫s型硅層上。需說(shuō)明的是，上述所謂的”第一電性”與”第二電性”是指N型摻雜或P型摻雜，即若第一電性為N型，則第二電性便反向?yàn)镻型；若第一電性為P型，則第二電性便反向?yàn)镹 型。另一方面，所謂的”重?fù)诫s”則指N+或P+型摻雜。然而，為方便說(shuō)明與理解，以下一實(shí)施例的詳細(xì)的說(shuō)明，將第一電性預(yù)設(shè)為N型，第二電性預(yù)設(shè)為P型來(lái)說(shuō)明，但本發(fā)明不以其為限。參照?qǐng)D3-1至圖3-8所示，其為本發(fā)明一實(shí)施例的流程示意圖。首先如圖3-1所示，制備一 N型結(jié)晶硅基板21，所謂的N型結(jié)晶硅基板21可為N型單晶硅基板(single crystal silicon substrate)或 N 型多晶硅(polycrystal)基板，其厚度約為 200 600μπι，但不以其為限。接著，于該N型結(jié)晶硅基板21的兩個(gè)側(cè)面上分別形成第一硅層22 與第二硅層23，如圖3-2所示。其中，第一硅層22與第二硅層23分別與N型結(jié)晶硅層21形成硅異質(zhì)接面，即該第一硅層22和第二硅層23可為非晶硅層或多晶硅層，而與單晶的N 型結(jié)晶硅基板21形成硅異質(zhì)接面。在上述一實(shí)施例中，該N型結(jié)晶硅基板21為一 N形單晶硅基板，且該第一硅層22與第二硅層23均為本征(未摻雜)的非晶硅層，其厚度約介于 0. 3 15nm。形成上述第一硅層22和第二硅層23的方式并未有任何限定，可用任何已知的半導(dǎo)體薄膜沉積技術(shù)來(lái)達(dá)成。舉例來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，可利用低壓化學(xué)氣相沉積法 (low pressure chemicalvapor deposition, LPCVD)形成第一、第二娃層 22，23。其過(guò)禾呈是先將N型結(jié)晶硅基板21以標(biāo)準(zhǔn)RCA步驟清洗，而后置入低壓化學(xué)氣相沉積爐管，并于N型結(jié)晶硅基板21兩個(gè)側(cè)面同時(shí)沉積出非晶的第一硅層22和第二硅層23?；瘜W(xué)氣相沉積的反應(yīng)方程式為SiH4ig) — Si(s)+2H2(g)，其反應(yīng)溫度可介于120 600°C，反應(yīng)壓力可介于0. 1 500m_torro參照?qǐng)D3-4和圖3-5所示，于N型結(jié)晶硅基板21兩個(gè)側(cè)面分別沉積第一硅層22 和第二硅層23后，接著以離子布值方式致使該第一硅層22與第二硅層23中朝外側(cè)的部分區(qū)域分別形成P型硅層M與N+型硅層25。同時(shí)地，該第一硅層22與第二硅層23中P型硅層M與N+型硅層25外的部分或N型結(jié)晶硅基板21靠近第一硅層22與第二硅層23的部分將實(shí)質(zhì)上形成一本征硅層。需說(shuō)明的是，在第一硅層22與第二硅層23為本征硅層的情況下，以離子布植形成 P型硅層M與N+型硅層25后，第一硅層22與第二硅層23與N型結(jié)晶硅基板21的交界處實(shí)質(zhì)上可以保持原本的本征硅狀態(tài)。相對(duì)地，若第一硅層22為N型硅層的情況下，則以 P型離子布植于第一硅層22后，則第一硅層22朝外側(cè)方向會(huì)形成P型硅層對(duì)，而第一硅層 22朝N型結(jié)晶硅基板21交界處的區(qū)域也會(huì)因?yàn)檎措娦缘闹泻投匀恍纬杀菊鞴鑼印９时景l(fā)明中的第一硅層22與第二硅層23無(wú)需限定于本征硅。更進(jìn)一步地，離子布植完后，可再通過(guò)高溫(900 IlO(TC)熱退火處理，致使布植離子與第一、第二硅層22，23的原子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生鍵結(jié)，并同時(shí)去除應(yīng)力與缺陷。在上述一實(shí)施例中，是以硼(B)或氟化硼(BF2)等三族元素為布植離子而布植于第一硅層22，以砷或五族元素為布植離子而布植于第二硅層23。另一方面，在一實(shí)施例中，以離子布植機(jī)布植第一、第二硅層22，23前，可選擇性地先于第一硅層22和第二硅層23上先分別形成一第一氧化硅層31 (silicon oxide layer)和一第二氧化硅層32，以作為離子布植的緩沖層。等待離子布植完畢后，再以濕式蝕刻(如利用二氧化硅蝕刻液(buffered oxide etch, B0E)蝕刻)移除該第一、第二氧化硅層31，32，致使該P(yáng)型硅層M與該N+型硅層25外露，如圖3_3至圖3_6所示。其中，該第一、第二氧化硅層31，32的厚度介于1 20nm。形成該第一、第二氧化硅層31，32的方式例如以化學(xué)氣相沉積來(lái)達(dá)成，其反應(yīng)式舉例如下Si (OC2H5)4igj — Si02(s)+4C2H4(g)+2H202(g)其中，形成第一氧化硅層31和第二氧化硅層32的目的與優(yōu)點(diǎn)列舉如下首先，第一、第二氧化硅層31，32可在離子布植的制程中充當(dāng)?shù)谝?、第二硅?2，23的頓化層，以填補(bǔ)第一、第二硅層22，23的懸鍵(dangling bonds)，使得第一、第二硅層22，23表面的懸鍵減少，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量，以增進(jìn)硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的良率與結(jié)構(gòu)完整性，以同時(shí)增加其光電轉(zhuǎn)換效率。其次，由于離子布植的布植離子會(huì)穿越第一氧化硅層31和第二氧化硅層32，并于第一、第二硅層22，23上形成種類高斯分布，因此該第一、第二氧化硅層31，32也可用以調(diào)整并控制布植離子的深度與濃度分布，以控制P型硅層M與N+型硅層25的濃度與深度分布，使之達(dá)到所預(yù)期。另一方面，第一、第二氧化硅層31，32也可以去除不要的離子和空缺(vacancies)；也就是說(shuō)比較輕的離子以及離子布植時(shí)產(chǎn)生的不必要的空缺會(huì)跑得比較淺，而分布在第一、第二氧化硅層31，32，因此不必要的布植離子或空缺可隨第一、第二氧化硅層31，32的蝕刻而移除。接著，參照?qǐng)D3-7所示，于該P(yáng)型硅層M上形成第一透明導(dǎo)電氧化層沈，該第一透明導(dǎo)電氧化層26可作為受光面的抗反射層以及電流的收集層，其材質(zhì)例如為氧化銦錫 (ITO)，但不以其為限。該N+型硅層25外側(cè)也可選擇性地形成第二透明導(dǎo)電氧化層27作為電流收集層，其材質(zhì)可同于該第一透明導(dǎo)電氧化層26。最后，分別于第一透明導(dǎo)電氧化層 26與第二透明導(dǎo)電氧化層27外側(cè)再形成第一電極層觀與第二電極層29，以作為硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的電性連接處，如圖3-8所示。通過(guò)本發(fā)明制程形成的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池，可在P型硅層M與N+型硅層25 極薄的情況下，準(zhǔn)確地控制其摻雜濃度，并且可通過(guò)氧化硅層的輔助而提升P型硅層M與 N+型硅層25的薄膜品質(zhì)。再者，若能以大面積離子布植機(jī)來(lái)快速布植的話，成本可能較為低廉，且布植精準(zhǔn)度較容易控制，能有效提升制程的良率，而讓太陽(yáng)能電池有較佳的光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面，上述說(shuō)明雖以N型結(jié)晶硅基板形成P-N-N+結(jié)構(gòu)為例，但也可同理適用于P型結(jié)晶硅基板，此時(shí)需同時(shí)調(diào)整摻雜的電性與濃度，使其形成N-P-P+結(jié)構(gòu)。然而，以上所述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，非欲局限本發(fā)明專利的專利保護(hù)范圍，因此，凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書及圖式內(nèi)容所做的等效變化與修飾，均同理包含于本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其步驟包含制備一第一電性結(jié)晶硅基板；形成第一硅層0 與第二硅層于所述第一電性結(jié)晶硅基板的兩個(gè)側(cè)面上；所述第一硅層0 與所述第二硅層分別與所述第一電性結(jié)晶硅基板形成硅異質(zhì)接面；離子布植于所述第一硅層0 與所述第二硅層(23)，致使所述第一硅層0 中朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成第二電性硅層，且所述第二硅層朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成第一電性重?fù)诫s型硅層；形成一第一透明導(dǎo)電氧化層06)于所述第二電性硅層上；以及分別形成一第一電極層08)與一第二電極層09)于所述第一透明導(dǎo)電氧化層06) 與所述第一電性重?fù)诫s型硅層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，在所述第二電極層09)形成于所述第一電性重?fù)诫s型硅層上之前，還包含形成第二透明導(dǎo)電氧化層 (27)于所述第一電性重?fù)诫s型硅層上的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，所述的第一電性結(jié)晶硅基板為一 N型單晶硅基板(21)，所述第二電性硅層為一 P型硅層(對(duì))，所述第一電性重?fù)诫s型硅層為一 N+型硅層05)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，所述的第一硅層0 與所述第二硅層為本征非晶硅薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，所述第一硅層0 與所述第二硅層同時(shí)以化學(xué)氣相沉積法形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，在離子布植完所述第二電性硅層與所述第一電性重?fù)诫s型硅層之后，還包含一高溫?zé)嵬嘶鸬牟襟E。
7.—種硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其步驟包含 制備一第一電性結(jié)晶硅基板；形成第一硅層0 與第二硅層于所述第一電性結(jié)晶硅基板的兩個(gè)側(cè)面上；所述第一硅層0 與所述第二硅層分別與所述第一電性結(jié)晶硅基板形成硅異質(zhì)接面； 分別形成一第一氧化硅層(31)與一第二氧化硅層(3 于所述第一硅層0 與所述第二硅層上；離子布植于所述第一硅層0 與所述第二硅層(23)，致使所述第一硅層0 中朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成第二電性硅層，且所述第二硅層朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成第一電性重?fù)诫s型硅層；移除所述第一氧化硅層(31)與所述第二氧化硅層(32)，致使所述第二電性硅層與所述第一電性重?fù)诫s型硅層外露；形成一第一透明導(dǎo)電氧化層06)于所述第二電性硅層上；以及分別形成一第一電極層08)與一第二電極層09)于所述第一透明導(dǎo)電氧化層06) 與所述第一電性重?fù)诫s型硅層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，在所述第二電極層09)形成于所述第一電性重?fù)诫s型硅層上之前，還包含形成第二透明導(dǎo)電氧化層 (27)于所述第一電性重?fù)诫s型硅層上的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，所述的第一電性結(jié)晶硅基板為一 N型單晶硅基板(21)，所述第二電性硅層為一 P型硅層(對(duì))，所述第一電性重?fù)诫s型硅層為一 N+型硅層05)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，所述的第一硅層0 與所述第二硅層為本征非晶硅薄膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，所述第一硅層0 與所述第二硅層同時(shí)以化學(xué)氣相沉積法形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其特征在于，在離子布植完所述第二電性硅層與所述第一電性重?fù)诫s型硅層之后，還包含一高溫?zé)嵬嘶鸬牟襟E。
13.—種硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池(1)的制程，其步驟包含制備一 N型單晶硅基板；形成第一本征非晶硅層(1 與第二本征非晶硅層(1 于所述N型單晶硅基板的兩個(gè)側(cè)面上；離子布植于所述第一本征非晶硅層(1 與所述第二本征非晶硅層(13)，致使所述第一本征非晶硅層(1 朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成P型非晶硅層(14)，所述第二本征非晶硅層 (13)朝向外側(cè)的部分區(qū)域形成一 N+型非晶硅層(15)；形成一第一透明導(dǎo)電氧化層06)于所述P型非晶硅層(14)上；以及分別形成一第一電極層08)與一第二電極層09)于所述第一透明導(dǎo)電氧化層06) 與所述N+型非晶硅層(15)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池的制程，所述硅異質(zhì)接面太陽(yáng)能電池包含一第一電性硅基板、分別形成于第一電性硅基板兩側(cè)并與第一電性硅基板形成異質(zhì)接面的第一本征硅層與第二本征硅層、分別形成第一本征硅層與第二本征硅層上的第二電性硅層與第一電性重?fù)诫s型硅層；其中本發(fā)明以離子布植的方式形成該第二電性硅層與第一電性重?fù)诫s型硅層，以優(yōu)化第二電性硅層與第一電性重?fù)诫s型硅層的厚度與摻雜質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102315312SQ20101022688
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者吳永俊, 楊士賢 申請(qǐng)人:國(guó)立清華大學(xué)