專利名稱：具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制造方法，特別是涉及一種具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
參閱圖1，為一種已知太陽能電池I的制造流程示意圖，在此先說明該太陽能電池I的結(jié)構(gòu)(請參考圖I的最后一圖)，主要包含晶片11、介電層12、多個形成于該晶片11的局部部位的背電場結(jié)構(gòu)13 (local back surface field,簡稱LBSF),以及金屬膠層14。其中，該晶片11用于將光能轉(zhuǎn)換成電能，并包括P型硅基板、形成于該基板上的η型射極層以及抗反射膜等膜層。該介電層12形成于該晶片11的背面111，用于降低載流子在該晶片11表面復(fù)合(recombination)的速率,提升太陽能電池I的效率。所述介電層 12具有多個貫穿的穿槽121，所述背電場結(jié)構(gòu)13對應(yīng)所述穿槽121而形成于晶片11背面111處，其為載流子濃度大于該P型硅基板的載流子濃度的P型半導(dǎo)體層，利用其電場作用阻止電子朝該晶片11的背面111方向移動，使電子被收集于該晶片11的η型射極層，以提升轉(zhuǎn)換效率。而該金屬膠層14是由鋁膠干燥形成，位于該介電層12的表面且局部伸入介電層12的穿槽121，進而與該晶片11的背面111接觸形成電連接，通過金屬膠層14將該晶片11產(chǎn)生的電能輸送到外部。該太陽能電池I在制作上，是先在該晶片11的背面111形成一層完整的介電層12，并將該介電層12的局部蝕刻移除而形成穿槽121，再利用絲網(wǎng)印刷方式將鋁膠涂布在該介電層12表面以形成該金屬膠層14。接著燒結(jié)該晶片11，鋁會擴散進入該晶片11中，使該晶片11的局部形成由鋁-硅混合材料形成的背電場結(jié)構(gòu)13。然而，由于鋁膠直接涂布在該介電層12表面，在高溫燒結(jié)過程中，鋁膠材料也會擴散、侵蝕該介電層12，導(dǎo)致介電層12的結(jié)構(gòu)被破壞，而且鋁膠除了以鋁為主要成分外，還包含許多不同成分，例如其中的玻璃材質(zhì)也容易與該介電層12產(chǎn)生反應(yīng)，因而影響該介電層12的品質(zhì)及功能，使轉(zhuǎn)換效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
_6] 發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的目的在于提供一種介電層品質(zhì)良好，能提升轉(zhuǎn)換效率的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池及其制造方法。用于解決問題的方案本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池，包含一個晶片、一個介電層以及多個背電場結(jié)構(gòu)；該晶片用于將光能轉(zhuǎn)換成電能，并包括一個入光面以及一個相反于該入光面的背面；該介電層包括一個朝向該晶片的背面的第一面、一個相反于該第一面的第二面，以及多個貫穿該第一面及第二面的穿槽；所述背電場結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)所述穿槽而位于該晶片的背面處；其特征在于，該具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池還包含
一個披覆在該介電層的第二面的金屬阻障層，以及一個導(dǎo)電膠層；該金屬阻障層具有多個分別對應(yīng)且連通該介電層的穿槽的穿孔，該金屬阻障層的材料為銀、鑰、鈦鎢合金、鎢、鈦、鉻、鑰鎢合金、鉬、金、鎳或上述的任一組合的合金；該導(dǎo)電膠層包括一個位于該金屬阻障層的表面的表層部，以及多個彼此間隔并自該表層部朝所述穿孔及穿槽突伸且接觸所述背電場結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電接觸部。本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池，該導(dǎo)電膠層的材料為鋁或鋁金。本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池，該介電層的材料為氧化物、氮化物或氧化物與氮化物的復(fù)合材料。本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池，該金屬阻障層的厚度為IOnm 10 μ m。本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，包含下述步驟(A)準備一個 用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的晶片，并且在該晶片的一個背面形成一個介電層；其特征在于，該制造方法還包含下述步驟(B)在該介電層的表面形成一個金屬阻障層，所述金屬阻障層的材料為銀、鑰、鈦鎢合金、鎢、鈦、鉻、鑰鎢合金、鉬、金、鎳或上述的任一組合的合金；(C)在該金屬阻障層的表面披覆一層導(dǎo)電膠，并使該導(dǎo)電膠的部分材料進入該金屬阻障層及該介電層；(D)對該晶片施以熱處理，使該導(dǎo)電膠固化成為一個導(dǎo)電膠層，而且在熱處理過程中，該導(dǎo)電膠位于該介電層中的材料經(jīng)由該晶片的背面擴散進入該晶片，使該晶片形成多個位于該背面處的背電場結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，還包含一個位在步驟(B)及步驟(C)之間的步驟(E)，在該介電層上形成多個穿槽及在該金屬阻障層上形成多個分別對應(yīng)所述穿槽的穿孔；在步驟(C)中，該導(dǎo)電膠的部分材料填充于所述穿槽及穿孔；步驟(D)形成的背電場結(jié)構(gòu)對應(yīng)所述穿槽的位置。本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，該步驟(E)是利用激光燒蝕方式，或涂布蝕刻膠以移除該介電層及該金屬阻障層的局部部位，進而形成所述穿槽及穿孔。本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，該步驟(C)是在披覆該導(dǎo)電膠之后，利用激光焊接方式作局部焊接，使該導(dǎo)電膠的部分材料擴散進入該金屬阻障層及該介電層。本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，該步驟(B)是利用真空鍍膜方式披覆該金屬阻障層，步驟(C)是利用絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷方式將該導(dǎo)電膠涂布在該金屬阻障層的表面。發(fā)明的效果本發(fā)明的有益效果在于通過在制作該導(dǎo)電膠層之前，先形成該金屬阻障層作為介電層表面的屏障，可以防止燒結(jié)過程該導(dǎo)電膠材料擴散進入該介電層，進而避免導(dǎo)電膠對該介電層造成損害，使介電層具有良好品質(zhì)及良好的降低載流子復(fù)合速率的功效，能提升電池轉(zhuǎn)換效率。


圖I是一種已知太陽能電池的制造流程示意圖2是剖視示意圖，顯示本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的較佳實施例；圖3是流程方塊圖，顯示本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法的第一較佳實施例；圖4是該第一較佳實施例各步驟進行時的流程示意圖；圖5是流程示意圖，顯示本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法的第二較佳實施例。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明，要注意的是，在以下的說明內(nèi)容中，類似的元件是以相同的編號來表示。參閱圖2，本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的第一較佳實施例包含晶片2、 介電層3、多個背電場結(jié)構(gòu)4、金屬阻障層5以及導(dǎo)電膠層6。該晶片2用于將光能轉(zhuǎn)換成電能，并包括入光面21以及相反于該入光面21的背面22。該晶片2實際上包括一個具有該背面22的基板23、形成于該基板23上的射極層以及抗反射膜等膜層，本實施例的基板23為P型硅基板23，該射極層為η型射極層。由于該晶片2非本發(fā)明的改良重點，在此不詳細說明，而且本發(fā)明實施時不須限制該晶片2的具體結(jié)構(gòu)及層體數(shù)量，因為可以視太陽能電池的需求而增添不同功能的膜層，圖2只以一層膜層示意基板23上的所有膜層。該介電層3位于該晶片2的背面22，并包括朝向該晶片2的背面22的第一面31、相反于該第一面31的第二面32以及多個貫穿該第一面31及第二面32的穿槽33，該介電層3的材料為氧化物、氮化物等介電材料，或氧化物與氮化物的復(fù)合材料，例如SiOx、SiNx、Al2O3，或者復(fù)合層例如Si02/SiNx，Al203/SiNx。該介電層3用于填補、降低表面缺陷，進而降低載流子在該晶片2的背面22復(fù)合(recombination)的速率,提升電池的轉(zhuǎn)換效率。所述背電場結(jié)構(gòu)4對應(yīng)所述穿槽33而形成于晶片2的背面22處，本實施例的背電場結(jié)構(gòu)4為鋁硅(Al-Si)混合材料，其為載流子濃度大于P型硅基板23的載流子濃度的P型半導(dǎo)體層(一般又稱為P+層)，利用其電場作用阻擋電子朝該晶片2的背面22方向移動，使電子被收集于該晶片2的η型射極層，因此通過背電場結(jié)構(gòu)4能提升載流子收集效率及轉(zhuǎn)換效率。需要說明的是，當晶片2的基板23為η型基板時，該背電場結(jié)構(gòu)4就必需為載流子濃度大于該基板23的載流子濃度的η型半導(dǎo)體層(η+層)。該金屬阻障層5披覆在該介電層3的第二面32，而且具有多個分別對應(yīng)且連通該介電層3的穿槽33的穿孔51，該金屬阻障層5的厚度約為10納米(nm) 10微米(μ m)，可提供良好的保護介電層3的效果，以及良好的導(dǎo)電性及光反射作用。該金屬阻障層5的材料為銀(Ag)、鑰(Mo)、鈦鎢合金(TiW)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鑰鎢合金(MoW)、鉬(Pt)、金(Au)、鎳(Ni)或上述的任一組合，這些材質(zhì)的選用，主要在于使該金屬阻障層5形成可導(dǎo)電的致密薄膜。本實施例的導(dǎo)電膠層6的材質(zhì)為鋁或鋁合金，所述鋁合金例如銀鋁合金、鋁硅合金但不限于此，并包括一個位于該金屬阻障層5的表面且厚度約為10 μ m 50 μ m的表層部61，以及多個彼此間隔并自該表層部61朝所述穿孔51及穿槽33突伸的導(dǎo)電接觸部62，所述導(dǎo)電接觸部62接觸背電場結(jié)構(gòu)4而形成電連接。參閱圖2、3、4，本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法的第一較佳實施例，包含(I)進行步驟71 :利用例如蒸鍍或濺鍍等真空鍍膜方式，在該晶片2的背面22鍍上一層連續(xù)完整的介電層3，其材質(zhì)如前述，為氧化物薄膜、氮化物薄膜或氧化物與氮化物的復(fù)合材料。當然，該晶片2也可以事先制作有所需要的層體，例如必需利用擴散制程在該P型的硅基板23上形成η型射極層，以及利用真空鍍膜方式形成抗反射膜等步驟，但由于晶片2本身的制程非本發(fā)明的改良重點，所以不再說明。(2)進行步驟72 :利用例如蒸鍍或濺鍍等真空鍍膜方式，在該介電層3的第二面32披覆該金屬阻障層5，其材料如前述為金屬材質(zhì)，在此不再說明。(3)進行步驟73 :在該介電層3上形成所述穿槽33及在該金屬阻障層5上形成所述穿孔51，此步驟可以利用激光燒蝕(laser ablation)方式，對該金屬阻障層5的局部 部位照射激光，接著使該金屬阻障層5的照光部位及該介電層3的對應(yīng)部位被蝕刻移除而形成所述穿孔51及穿槽33?；蛘呖梢岳媒z網(wǎng)印刷機將具有蝕刻能力的蝕刻膠(etchingpaste)涂布在該金屬阻障層5的局部表面上，再利用水洗方式或相對應(yīng)的蝕刻液將蝕刻膠清洗移除后，即可使該金屬阻障層5的局部部位及該介電層3的對應(yīng)部位一并蝕刻移除而形成所述穿孔51及穿槽33。(4)進行步驟74:在該金屬阻障層5的表面披覆一層導(dǎo)電膠6’，本實施例的導(dǎo)電膠6’為膏液狀的招膠,可以利用絲網(wǎng)印刷(screen printing)或噴墨印刷(ink-jetprinting)方式涂布形成,而且導(dǎo)電膠6’的部分材料也會流動填充于所述穿孔51及穿槽33而成為該導(dǎo)電膠層6的導(dǎo)電接觸部62。(5)進行步驟75 :對該晶片2施以熱處理(heat treatment),使該導(dǎo)電膠6’干燥固化成為該導(dǎo)電膠層6。本實施例所述熱處理，其具體方式為高溫燒結(jié)(firing)，而且在熱處理過程中，位于穿槽33中的導(dǎo)電膠6’內(nèi)的鋁經(jīng)由該晶片2的背面22擴散進入晶片2內(nèi)部，鋁摻雜于該晶片2的基板23中而與基板23的硅化合，使該晶片2在該背面22處且對應(yīng)于穿槽33的位置形成所述背電場結(jié)構(gòu)4。所述導(dǎo)電膠層6的導(dǎo)電接觸部62可以為長條狀、點狀或其它形狀，當然，形成前述穿槽33及穿孔51時必需制作出預(yù)定的形狀，使導(dǎo)電接觸部62也具有預(yù)定形狀。本發(fā)明通過在制作該導(dǎo)電膠層6之前，先形成該金屬阻障層5作為介電層3表面的屏障，通過該金屬阻障層5選用特定材質(zhì)，使其形成致密薄膜，可以防止燒結(jié)過程中該導(dǎo)電膠6’的材料擴散進入該介電層3，避免導(dǎo)電膠6’對該介電層3造成損害，使介電層3具有良好品質(zhì)及良好的降低載流子復(fù)合速率的功效，能提升電池的短路電流、開路電壓，進而提升轉(zhuǎn)換效率。需要說明的是，由于該金屬阻障層5是以鋁之外的金屬制成，并且選用不易與該介電層3反應(yīng)的材料，因此該金屬阻障層5不會對該介電層3造成破壞。而且本發(fā)明以金屬材質(zhì)制成該金屬阻障層5，目的在于利用金屬的導(dǎo)電性，使該介電層3的表面形成有可導(dǎo)電的金屬膜，如此一來，比起使用無法導(dǎo)電的阻障層，本發(fā)明可導(dǎo)電的金屬阻障層5能與該導(dǎo)電膠層6配合，提升電池的導(dǎo)電特性，進而提升電能輸出效果。此外，該金屬阻障層5具有良好的光反射效果，可以增加電池背面長波段的反射，將部分直接通過該晶片2而未被利用的光線再度反射回該晶片2使用，可提升光線利用率、有效地增益電流、提升光電轉(zhuǎn)換效率。參閱圖2、5，本發(fā)明具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法的第二較佳實施例，同樣用于制作圖2的太陽能電池，但本實施例的步驟改良主要在于當該介電層3及該金屬阻障層5形成后，先不形成所述穿槽33及穿孔51，而是直接在連續(xù)完整的金屬阻障層5的表面披覆該導(dǎo)電膠6’，并利用激光焊接方式作局部焊接，其具體方式是利用激光照射該導(dǎo)電膠6’的預(yù)定部位，導(dǎo)電膠6’的照光部位形成高溫，該部位的材料會擴散進入該金屬阻障 層5及該介電層3，進而使該金屬阻障層5形成所述穿孔51，并使該介電層3形成所述穿槽33。最后同樣利用高溫燒結(jié)的熱處理，即可形成所述背電場結(jié)構(gòu)4。
權(quán)利要求
1.ー種具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池，包含一個晶片、ー個介電層以及多個背電場結(jié)構(gòu)；該晶片用于將光能轉(zhuǎn)換成電能，并包括一個入光面以及ー個相反于該入光面的背面；該介電層包括一個朝向該晶片的背面的第一面、ー個相反于該第一面的第二面，以及多個貫穿該第一面及第ニ面的穿槽；所述背電場結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)所述穿槽而位于該晶片的背面處；其特征在于，該具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池還包含 一個披覆在該介電層的第二面的金屬阻障層，以及ー個導(dǎo)電膠層；該金屬阻障層具有多個分別對應(yīng)且連通該介電層的穿槽的穿孔，該金屬阻障層的材料為銀、鑰、鈦鎢合金、鎢、鈦、鉻、鑰鎢合金、鉬、金、鎳或上述的任一組合的合金；該導(dǎo)電膠層包括ー個位于該金屬阻障層的表面的表層部，以及多個彼此間隔并自該表層部朝所述穿孔及穿槽突伸且接觸所述背電場結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電接觸部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其特征在于，該導(dǎo)電膠層的材料為招或招合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其特征在干，該介電層的材料為氧化物、氮化物或氧化物與氮化物的復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其特征在于，該金屬阻障層的厚度為IOnm 10 μ m。
5.ー種具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，包含下述步驟步驟A :準備ー個用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的晶片，并且在該晶片的ー個背面形成ー個介電層；其特征在于，該制造方法還包含下述步驟 步驟B:在該介電層的表面形成ー個金屬阻障層，所述金屬阻障層的材料為銀、鑰、鈦鎢合金、鎢、鈦、鉻、鑰鎢合金、鉬、金、鎳或上述的任一組合的合金； 步驟C :在該金屬阻障層的表面被覆ー層導(dǎo)電膠，并使該導(dǎo)電膠的部分材料進入該金屬阻障層及該介電層； 步驟D :對該晶片施以熱處理，使該導(dǎo)電膠固化成為ー個導(dǎo)電膠層，而且在熱處理過程中，該導(dǎo)電膠位于該介電層中的材料經(jīng)由該晶片的背面擴散進入該晶片，使該晶片形成多個位于該背面處的背電場結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該制造方法還包含ー個位在步驟B及步驟C之間的步驟E，在該介電層上形成多個穿槽及在該金屬阻障層上形成多個分別對應(yīng)所述穿槽的穿孔；在步驟C中，該導(dǎo)電膠的部分材料填充于所述穿槽及穿孔；步驟D形成的背電場結(jié)構(gòu)對應(yīng)所述穿槽的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，其特征在于，步驟E是利用激光燒蝕方式，或涂布蝕刻膠以移除該介電層及該金屬阻障層的局部部位，進而形成所述穿槽及穿孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，其特征在于，步驟C是在披覆該導(dǎo)電膠之后，利用激光焊接方式作局部焊接，使該導(dǎo)電膠的部分材料擴散進入該金屬阻障層及該介電層。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8項中任一項所述的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，其特征在于，步驟B是利用真空鍍膜方式披覆該金屬阻障層，步驟C是利用絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷方式將該導(dǎo)電膠涂布在該金屬阻障層的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該金屬阻障層的厚度為IOnm 10 μ m。
全文摘要
一種具有背電場結(jié)構(gòu)的太陽能電池及其制造方法，所述電池包含晶片、介電層、多個背電場結(jié)構(gòu)、金屬阻障層以及導(dǎo)電膠層。本發(fā)明制造方法的改良主要在于，在形成該導(dǎo)電膠層之前，先在該介電層表面形成該金屬阻障層，且其材料為銀、鉬、鈦鎢合金、鎢、鈦、鉻、鉬鎢合金、鉑、金、鎳或上述的任一組合的合金。通過該金屬阻障層作為介電層的表面屏障，可以防止燒結(jié)過程該導(dǎo)電膠層的材料擴散進入該介電層，進而避免導(dǎo)電膠對該介電層造成損害，使介電層具有良好品質(zhì)及良好的降低載流子復(fù)合速率的功效，能提升電池轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/18GK102832263SQ20111016047
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者黃志仁 申請人:茂迪股份有限公司