專利名稱：晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池的制造方法，特別是涉及ー種晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)太陽(yáng)能電池受到太陽(yáng)光的照射而吸收光子能量后，可通過(guò)其結(jié)構(gòu)中的P型與N型半導(dǎo)體接面使電子電洞對(duì)移動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。太陽(yáng)能電池技術(shù)不斷地進(jìn)步并發(fā)展出許多種類，例如單晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜到染料敏化太陽(yáng)能電池等，前述的型態(tài)各有其功 效及發(fā)展上的優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)今選擇性射極(Selective Emitter)太陽(yáng)能電池的制造方法有很多種類,其中ー類的步驟包括利用蝕刻溶液來(lái)粗糙化硅晶片以増加光的入射率及吸收表面積、在硅晶片上沉積ー層擴(kuò)散阻障層、蝕刻該擴(kuò)散阻障層以產(chǎn)生ー個(gè)預(yù)定電極形成區(qū)域、利用擴(kuò)散制程產(chǎn)生不同深度(也就是不同摻雜濃度)的P-N接面、去除擴(kuò)散阻障層并形成可提升光吸收效率的抗反射層、以及于硅晶片正面的預(yù)定電極形成區(qū)域與背面以網(wǎng)印方式制作金屬電極并將電極燒結(jié)，最后進(jìn)行電性驗(yàn)證。其中，硅晶片正面上的金屬電極主要有兩部分，即包括多條均勻間隔且寬度較細(xì)的指狀電極(Finger bar)以及兩條左右間隔地與所述指狀電極垂直正交且寬度較粗的匯流電極(Busbar)。指狀電極的設(shè)置主要用于收集傳輸至晶片正面的電流并將電流匯集至所述匯流電極處，再經(jīng)由所述匯流電極將電流導(dǎo)出。并且，上述選擇性射極制程的重點(diǎn)之一在于金屬電極如何精準(zhǔn)對(duì)位網(wǎng)印于電池正面的預(yù)定電極形成區(qū)域，因金屬電極若未準(zhǔn)確印刷于高摻雜區(qū)域而是位于淺摻雜區(qū)域上，將會(huì)增加串連電阻，從而影響整體的光電轉(zhuǎn)換效率。目前，現(xiàn)有的晶片對(duì)位機(jī)制主要有兩種⑴邊緣對(duì)位；⑵圖形對(duì)位。在邊緣對(duì)位技術(shù)中，電極印刷機(jī)通過(guò)擷取晶片邊緣的影像以判別晶片的位置，然后再將電極線路印刷于晶片正面。另外，在圖形對(duì)位技術(shù)中，一般會(huì)在晶片上的預(yù)定位置形成特定的標(biāo)記圖案，而對(duì)位時(shí)是經(jīng)由辨識(shí)該標(biāo)記圖案來(lái)進(jìn)行影像的擷取與辨別，借此來(lái)定義晶片的位置，然后才進(jìn)行電極線路印刷。在前述兩種技術(shù)中，圖形對(duì)位技術(shù)提供較佳的精準(zhǔn)度，不過(guò)因?yàn)樾枰~外制作對(duì)位的標(biāo)記圖案，造成制程上的復(fù)雜度與成本増加。再者，前述兩種對(duì)位技術(shù)均采用晶片上固定位置的邊緣處或標(biāo)記圖案作為對(duì)位基準(zhǔn)，此種對(duì)位方式存在有以下缺點(diǎn)，以選擇性射極制程為例，若前述的預(yù)定電極形成區(qū)域相對(duì)于電池正面的位置在制程中產(chǎn)生歪斜，也就是說(shuō)未在原先預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)位置上，此時(shí)若仍以晶片邊緣或標(biāo)記圖案作為對(duì)位標(biāo)準(zhǔn)的話，可能造成后續(xù)印刷時(shí)，電極線路并非精準(zhǔn)地形成于該預(yù)定電極形成區(qū)域上，從而影響到選擇性射極的太陽(yáng)能電池應(yīng)有的效率，因此前述兩種技術(shù)在對(duì)位辨識(shí)上的精準(zhǔn)度仍有改善的空間
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在 于提供一種當(dāng)進(jìn)行印刷電極時(shí)可提升對(duì)位精準(zhǔn)度的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法。本發(fā)明的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法包括一個(gè)基材粗化步驟、ー個(gè)接面區(qū)塊成型步驟、一個(gè)電極線路區(qū)域平坦化步驟以及ー個(gè)對(duì)位網(wǎng)印步驟。該基材粗化步驟將硅基材表面粗糙化。該接面區(qū)塊成型步驟在該粗糙化后的硅基材表面形成多個(gè)相間隔的接面區(qū)塊。該電極線路區(qū)域平坦化步驟將未被所述接面區(qū)塊覆蓋的硅基材表面平坦化，以提供較上述粗糙化的硅基材表面高的反射辨識(shí)度。該對(duì)位網(wǎng)印步驟通過(guò)該反射辨識(shí)度較高的平坦化硅基材表面進(jìn)行網(wǎng)印電極前的對(duì)位,并在對(duì)位完成后將導(dǎo)電材料網(wǎng)印于該平坦化的硅基材表面。本發(fā)明于該對(duì)位網(wǎng)印步驟前，先對(duì)已平坦化的硅基材進(jìn)行選擇性摻雜以形成選擇性射極。本發(fā)明于形成選擇性射極后，再將所述接面區(qū)塊蝕刻移除。本發(fā)明實(shí)施該對(duì)位網(wǎng)印步驟時(shí)，用預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光照射該硅基材而使該平坦化的區(qū)域相對(duì)于該粗糙化的區(qū)域形成高反射辨識(shí)度，進(jìn)而使粗糙化與平坦化區(qū)域間邊緣清楚顯現(xiàn)以取得高對(duì)比性的圖形而進(jìn)行。本發(fā)明該電極線路區(qū)域平坦化步驟以濕式蝕刻制程進(jìn)行。本發(fā)明該電極線路區(qū)域平坦化步驟所使用的蝕刻溶液選自氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或上述溶液的組合。本發(fā)明所述接面區(qū)塊的材質(zhì)選自于ニ氧化硅與氮化硅所組成的群組。本發(fā)明該電極線路區(qū)域平坦化步驟也可以用激光熔融制程進(jìn)行。本發(fā)明的有益的效果在于通過(guò)該電極線路區(qū)域平坦化步驟中，利用蝕刻方法將硅基材上預(yù)備涂布形成電極線路的區(qū)域平坦化，如此，可獲得與其余硅基材上粗糙化的區(qū)域不同的表面微結(jié)構(gòu)，當(dāng)以預(yù)定光源照射硅基材時(shí)，便可因表面微結(jié)構(gòu)的差異而顯現(xiàn)出高對(duì)比性的圖形，以利于網(wǎng)印步驟時(shí)的對(duì)位。另外，本發(fā)明是在接面區(qū)塊成型步驟后的制程才形成供對(duì)位用的區(qū)域，因此可順應(yīng)制程上可能的接面區(qū)塊形成誤差而定出精確的對(duì)位。


圖I是本發(fā)明晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法的一較佳實(shí)施例的制作流程圖；圖2是該較佳實(shí)施例的制作流程中，其結(jié)構(gòu)的變化示意圖；及圖3是該較佳實(shí)施例的制作流程中，硅晶片的一上表面的變化示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明所提出的制造方法可于單晶或多晶的硅晶片上實(shí)施，并可應(yīng)用于選擇性射極(Selective emitter)制程，以下以選擇性射極的制程流程來(lái)作說(shuō)明。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式的ー個(gè)較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中，將可清楚的呈現(xiàn)。參閱圖I、圖2、圖3，本發(fā)明晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法的第一較佳實(shí)施例包括有下列步驟首先，選擇P型硅晶片作為ー個(gè)硅基材1，在基材粗化步驟61中，可將該硅基材I置入濕式蝕刻槽內(nèi)，配合預(yù)定濃度的酸性或堿性溶液使該硅基材I的ー個(gè)上表面11形成一個(gè)具凹凸不平態(tài)樣的粗糙面部12，該粗糙面部12使硅基材I具備有較大受光表面積，并可降低入射光的反射率。接著，在接面區(qū)塊成型步驟62中，利用薄膜沉積技術(shù)，在粗糙后的上表面11沉積形成一層擴(kuò)散阻障層2,該擴(kuò)散阻障層2可選用介電材料,例如氮化娃(SiNx:H)、ニ氧化娃(SiO2)或具有相同性質(zhì)的材質(zhì)。接續(xù)，可利用蝕刻衆(zhòng)料(Etch paste)或激光熔損(Laserablation)技術(shù)將該擴(kuò)散阻障層2上的預(yù)定區(qū)域去除，而使硅基材I的粗糙面部12顯露出來(lái)，如此，可形成多個(gè)彼此相間隔且相對(duì)突出于硅基材I上表面11的接面區(qū)塊3，所述接面區(qū)塊3以矩陣方式排列(如圖3所示)，當(dāng)然，所述接面區(qū)塊3的材質(zhì)仍為前述的擴(kuò)散阻障層2的氮化硅(SiNx:H)或ニ氧化硅(SiO2)。要說(shuō)明的是，上述未被所述接面區(qū)塊3覆蓋的 預(yù)定區(qū)域就是供匯流電極(Bus bar)與指狀電極(Finger bar)的電極線路鋪設(shè)用。接著，在電極線路區(qū)域平坦化步驟63中，令該硅基材I置入容裝有預(yù)定濃度的堿性溶液的反應(yīng)槽，所述堿性溶液可選用氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)等類似物，且經(jīng)過(guò)預(yù)定的反應(yīng)時(shí)間后，可使未被所述接面區(qū)塊3涵蓋的區(qū)域，就預(yù)定涂布形成電極線路的粗糙面部12，在接觸到堿性溶液后，向下蝕刻而形成多個(gè)交錯(cuò)分布的平坦面部13，在本實(shí)施例中，蝕刻的深度介于2微米(iim) 5微米(iim)。一般，蝕刻的深度愈深，蝕刻后的表面將愈平整。要注意的是，平坦化的方式并不以前述濕式蝕刻方法為限，在本實(shí)施例中，也可以利用激光熔融方法、經(jīng)由適當(dāng)?shù)闹瞥炭刂疲苯訉⑽幢唤用鎱^(qū)塊3涵蓋的區(qū)域平坦化。然后，進(jìn)行選擇性射極的摻雜，譬如可配合高溫爐管設(shè)備，利用熱擴(kuò)散方法令5族的雜質(zhì)原子4，例如磷原子，使其朝向硅基材I的上表面11方向進(jìn)行N型摻雜步驟。當(dāng)雜質(zhì)原子4向下擴(kuò)散進(jìn)入硅基材I吋，由于其局部的上表面11具有一定厚度的接面區(qū)塊3作為植入時(shí)的阻擋遮罩，因此，接面區(qū)塊3下方的雜質(zhì)濃度較低且所形成的P-N接面深度較淺；另外，對(duì)于裸露的硅基材I的上表面11區(qū)域，雜質(zhì)原子可不受阻隔地直接擴(kuò)散進(jìn)入，因此預(yù)定的電極線路區(qū)域下方的雜質(zhì)濃度較高，也就是說(shuō)形成的P-N深度較深，借此以完成選擇性摻雜的效果。對(duì)于選擇性射極制程中如何形成不同雜質(zhì)濃度的擴(kuò)散技術(shù)已相當(dāng)周知，擴(kuò)散技術(shù)中其余相關(guān)的步驟便不再詳述，另外，實(shí)施時(shí)也不應(yīng)以上述熱擴(kuò)散法為限。另外，并以濕式蝕刻將所述接面區(qū)塊3即氮化硅(SiNx:H)或ニ氧化硅(SiO2)去除，使硅基材I的上表面11全部顯露出來(lái)，此時(shí)的上表面11中，原先接面區(qū)塊3的下方為粗糙面部12，而預(yù)定形成電極線路的區(qū)域?yàn)榻?jīng)蝕刻后的平坦面部13。另外，并于擴(kuò)散制程后對(duì)硅基材I的邊緣進(jìn)行干蝕刻或濕蝕刻以產(chǎn)生電性隔離效果，例如可采用干式的等離子蝕刻技木。接著，在對(duì)位網(wǎng)印步驟64中，以薄膜沉積技術(shù)，例如可利用PECVD(Plasmaenhanced chemical vapor deposition)法或派鍍法等技術(shù),在該娃基材I的上表面11全面性鍍上ー層抗反射層5，在本實(shí)施例中，抗反射層5材料可選自氮化硅(SiNx:H)或ニ氧化硅(SiO2)等具類似效果的材質(zhì)，并可均勻地形成厚度約為80納米(nm)的抗反射層5。接著，利用網(wǎng)印機(jī)臺(tái)的光學(xué)系統(tǒng)將光源照射往硅基板I的上表面11，此時(shí)，粗糙面部12的微結(jié)構(gòu)對(duì)于光線的照射具有較大的吸收度，而平坦面部13會(huì)反射出較多的光線，由此，來(lái)自硅基材I表面結(jié)構(gòu)的反射光量的不同，可讓CCD影像系統(tǒng)擷取到對(duì)比性較大的影像，而依此較明顯的對(duì)比圖形，可幫助網(wǎng)印機(jī)臺(tái)對(duì)位時(shí)進(jìn)行影像位置的辨識(shí)。另外要說(shuō)明的是，前述抗反射層5的覆蓋并不會(huì)破壞到粗糙面部12與平坦面部13兩區(qū)域間所展現(xiàn)的對(duì)比辨識(shí)度。在本實(shí)施例中，進(jìn)行對(duì)位時(shí)，可在硅基材I的上表面11鄰近晶片邊緣處的三個(gè)不同位置，例如左下、右下以及右上處，分別選擇其中一個(gè)移除后接面區(qū)塊3下方的粗糙面部12區(qū)域與平坦面部13區(qū)域界面間兩垂直正交的邊緣，分別進(jìn)行X軸與Y軸圖形的辨識(shí)，并定義出ー組絕對(duì)座標(biāo)，重復(fù)上述的步驟，定義出其他兩組絕對(duì)座標(biāo)后便完成晶片的定位。然后可進(jìn)行第一次導(dǎo)電材料的印刷以形成匯流與指狀電極線路7，另外，也可在此步驟前或此步驟后，進(jìn)行太陽(yáng)能電池的背銀與背鋁的印刷(圖中未示)。在本實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可選自銀金屬或鋁金屬所組成的金屬漿料。換句話說(shuō)，上述步驟中，網(wǎng)印完金屬導(dǎo)電材料后的電池需進(jìn)行干燥與燒結(jié)(Firing)的步驟，其中，此燒結(jié)的程序可讓電極線路7燒穿該抗反射層5并電池電連接，如此就完成選擇性射極太陽(yáng)能電池的制作。當(dāng)然，于上述選擇性射極的太陽(yáng)能電池制程中，金屬電極的對(duì)位與網(wǎng)印等技術(shù)是施作于電池的正面，但同樣的對(duì)位技術(shù)的概念，也可應(yīng)用于電池背電極的網(wǎng)印或是背接觸式(backcontact)的太陽(yáng)能電池上,從而令電池整體的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最高。綜上所述，在電極線路印刷前，令硅基板I上局部區(qū)域表面結(jié)構(gòu)平坦化，如此可與其他無(wú)額外蝕刻的粗糙區(qū)域產(chǎn)生辨識(shí)度上的差異，也就是說(shuō)通過(guò)兩者在微結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)不同的晶粒取向(Grain orientation),并在預(yù)定光源的照射下,顯現(xiàn)出不同的光吸收或光反射特性，借此可提供CCD影像系統(tǒng)較高對(duì)比性的對(duì)位辨識(shí)圖形，進(jìn)而達(dá)到能利用原有圖形所具有的高對(duì)比性而來(lái)對(duì)位的目的。承上述，可知本發(fā)明的對(duì)位技術(shù)可解決以往技術(shù)采用邊緣對(duì)位與圖形對(duì)位時(shí)，所產(chǎn)生的對(duì)位不精確而衍生的網(wǎng)印誤差等問(wèn)題。換句話說(shuō)，本發(fā)明的技術(shù)也不用如以往技術(shù)般需額外施作標(biāo)記圖案的步驟，所以可有效降低制程成本。再者，本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單且易于 實(shí)施，能在不影響產(chǎn)能速度的前提下導(dǎo)入現(xiàn)有的生產(chǎn)流程，因此，對(duì)現(xiàn)行太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)有相當(dāng)大的助益，所以確實(shí)能達(dá)成本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，包括基材粗化步驟，用以將硅基材表面粗糙化；接面區(qū)塊成型步驟，用以于粗糙化的硅基材表面形成多個(gè)相間隔的接面區(qū)塊；及對(duì)位網(wǎng)印步驟；其特征在于，該制造方法還包括在該接面區(qū)塊成型步驟后以及該對(duì)位網(wǎng)印步驟前的電極線路區(qū)域平坦化步驟，用以將未被所述接面區(qū)塊覆蓋的硅基材表面平坦化以提供較該粗糙化的硅基材表面高的反射辨識(shí)度，而該對(duì)位網(wǎng)印步驟通過(guò)反射辨識(shí)度高的平坦化的硅基材表面做網(wǎng)印電極前的對(duì)位，并在對(duì)位后將導(dǎo)電材料網(wǎng)印于該平坦化的硅基材表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在干，于該對(duì)位網(wǎng)印步驟前，先對(duì)該平坦化的硅基材進(jìn)行選擇性摻雜以形成選擇性射扱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，于形成選擇性射極后，再將所述接面區(qū)塊蝕刻移除。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在干，實(shí)施該對(duì)位網(wǎng)印步驟時(shí)，用預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光照射該硅基材而使該平坦化的硅基材表面相對(duì)于該粗糙化的硅基材表面形成高反射辨識(shí)度，進(jìn)而取得高對(duì)比性的圖形而使該粗糙化的硅基材表面與該平坦化的硅基材表面間的邊緣清楚顯現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該電極線路區(qū)域平坦化步驟以濕式蝕刻制程進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該電極線路區(qū)域平坦化步驟所使用的蝕刻溶液選自氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或上述溶液的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，所述接面區(qū)塊的材質(zhì)選自于ニ氧化硅與氮化硅所組成的群組。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該電極線路區(qū)域平坦化步驟以激光熔融制程進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，所述接面區(qū)塊的材質(zhì)選自于ニ氧化硅與氮化硅所組成的群組。
全文摘要
一種晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，包括將硅基材粗糙化、于粗糙化后的硅基材表面形成多個(gè)間隔排列的接面區(qū)塊、利用蝕刻方法將未被所述接面區(qū)塊覆蓋的硅基材表面平坦化以及通過(guò)平坦化后所獲得的反射辨識(shí)度較高的平坦表面做網(wǎng)印電極前的對(duì)位，然后將導(dǎo)電材料網(wǎng)印于未被所述接面區(qū)塊覆蓋的其余區(qū)域上。本發(fā)明在硅基材上形成粗糙與平坦化區(qū)域，當(dāng)以預(yù)定光源照射硅基材時(shí)，便可因表面微結(jié)構(gòu)的差異而顯現(xiàn)出高對(duì)比性的圖形，以利于網(wǎng)印步驟時(shí)的對(duì)位。
文檔編號(hào)H01L21/311GK102651406SQ201110043670
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者李濟(jì)群, 柳彥志, 陳威有 申請(qǐng)人:茂迪股份有限公司