專利名稱：太陽能電池的鈍化層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可提升太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的鈍化層及其制法，特別涉及太陽能電池中的氧化鋁鈍化層及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著全球科技與經(jīng)濟的發(fā)展，能源需求也日益增長。現(xiàn)今能源原料如石油、天然氣、煤等存量不斷減少，因此必須積極尋找其它替代能源以滿足日益增加的能源需求。由于太陽能具有低污染性及容易取得等優(yōu)點，為目前最被看好且最重要的替代能源之一。
圖1為公知的太陽能電池的示意圖，其中，于一 P型硅半導(dǎo)體基材I上以摻雜的方式形成一 η型摻雜層2,隨后于η型摻雜層2上形成一減反射層3 (如氮化娃)與電極4,并于P型硅半導(dǎo)體基材I的另一側(cè)形成背電極5。此結(jié)構(gòu)中，硅半導(dǎo)體基材I與摻雜層2的導(dǎo)電型態(tài)為可變動的，意即可選用η型娃半導(dǎo)體基材與P型摻雜層的組合。P型娃半導(dǎo)體基材 I及η型摻雜層2間會形成內(nèi)部電場，當(dāng)光照射在硅基材上時，激發(fā)硅原子的電子產(chǎn)生“光生電子與空穴對(light-generated electron-hole pairs)”,該電子與空穴對因電場作用造成電池內(nèi)的正負電荷分別往兩端電極集中，此時只要外加電路連接電極即可利用電池內(nèi)的電力。
然而，電子與空穴對常因為太陽能電池內(nèi)部再結(jié)合而無法利用，從而降低太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。為減少電子空穴對的再結(jié)合，已知可于背電極5與P型硅半導(dǎo)體基材I間形成一帶負電的鈍化層(如氧化招層)，以限制少數(shù)載流子(minority carrier)的運動方向，減少電子朝背電極5方向移動，進而減少電子與空穴對再結(jié)合的機率，延長少數(shù)載流子生命期，以提高光電轉(zhuǎn)化效率，此一現(xiàn)象稱為“背電場效應(yīng)(backsurface field effect)，，。
上述氧化鋁鈍化層可利用干法(如美國公開專利第2009165855號及中國公開專利第101330114號所揭示)，或利用濕法來形成。干法包括原子層沉積法(ALD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、濺鍍(sputtering)等方法。干法必須于高度真空的環(huán)境下生長氧化鋁鈍化層，且具有生長速度極慢及高花費成本的缺點，而且無論是濕法還是干法，在后端應(yīng)用仍有工藝繁瑣的缺點，例如為了制作局部接觸點(local contact)，需要在氧化鋁鈍化層上進行圖案化(開接觸窗口(或孔))(via)處理。傳統(tǒng)圖案化(開接觸窗口(或孔))方法主要是使用微影蝕刻方式所完成的，此傳統(tǒng)方法至少需要五個主要的步驟，包括光刻膠涂布、 曝光、顯影、蝕刻及剝膜等步驟。其后，為簡化方法，利用激光進行圖案化。激光圖案化技術(shù)直接對薄膜材料進行剝離，此技術(shù)可于基板上制作高分辨率的圖案，雖然相較于傳統(tǒng)圖案化方法已可降低設(shè)備成本及提高制造工藝效率，但仍需額外步驟來完成圖案化處理，且具有速度慢的缺點。
因此，目前仍需 一種快速、大量、便宜且可直接圖案化(開接觸窗口(或孔))的處理方式以制備太陽能電池中該氧化鋁鈍化層的方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能以更簡易的方法所制造的太陽能電池的鈍化層，可以提升表面鈍化效果，達到提升太陽能電池光電轉(zhuǎn)換的效果。
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于太陽能電池中設(shè)置于基材表面的鈍化層，包含通過絲網(wǎng)印刷法于基材上所形成的第一鈍化層。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備太陽能電池鈍化層的方法，其包括
提供一基材；及
通過絲網(wǎng)印刷法于該基材表面形成第一鈍化層。
發(fā)明效果
絲網(wǎng)印刷法(screen printing)已是目前相當(dāng)成熟且廣泛使用的技術(shù),但根據(jù)目前現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所屬相關(guān)領(lǐng)域尚無法將絲網(wǎng)印刷應(yīng)用于太陽能電池的鈍化層的制備中。本發(fā)明即提供一種可利用絲網(wǎng)印刷于基板上制備鈍化層的方法，具體言之，本發(fā)明提供一種可利用絲網(wǎng)印刷于半導(dǎo)體基板上制備鈍化層的方法，且于絲網(wǎng)印刷過程中，可同時進行圖案化步驟。相較于先前技術(shù)所使用的方法，如原子層沉積法(ALD)、化學(xué)氣相沉積法 (CVD)、濺鍍(sputtering)等方法，本發(fā)明絲網(wǎng)印刷法具有成本低廉、生產(chǎn)快速及可圖案化的優(yōu)點。


圖1為公知的太陽能電池的典型結(jié)構(gòu)圖。
圖2為圖案化圖形
圖3為根據(jù)本發(fā)明方法制備鈍化層之示意圖。
符號簡單說明
Ip型娃半導(dǎo)體基材
2n型摻雜層
3減反射層
4 電極
5背電極
6 基材
7 網(wǎng)版
8涂料組合物
9 刮刀
10預(yù)定圖案的涂層具體實施方式
以下將具體地描述根據(jù)本發(fā)明的部分具體實施方式
；但是，在不背離本發(fā)明的精神下，本發(fā)明尚可以多種不同形式的方式來實踐，不應(yīng)將本發(fā)明保護范圍解釋為限于說明書所陳述的內(nèi)容。此外，在附圖中，為明確起見，可能夸張表示各對象及區(qū)域的尺寸，而未按照實際比例繪示。另外，除非文中有另外說明，于本說明書中(以及在權(quán)利要求書中)所使用之「一」、「該」及類似用語應(yīng)理解為包含單數(shù)及復(fù)數(shù)形式。
本發(fā)明提供一種用于太陽能電池中設(shè)置于基材表面的鈍化層，其包含通過絲網(wǎng)印刷法于基材表面所形成的第一鈍化層。
根據(jù)需要，本發(fā)明的鈍化層可包含設(shè)置于該基材和第一鈍化層之間的第二鈍化層。
上述基材是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，如半導(dǎo)體基材(如單晶硅晶圓、多晶硅晶圓、薄膜硅、非晶硅等)、有機基材、無機化合物半導(dǎo)體基材(如II1-V族、I1-VI族、或1-1I1-VI族無機化合物半導(dǎo)體基材)、玻璃基材、金屬基材等。所述半導(dǎo)體基材例如含η型雜質(zhì)層的P型娃半導(dǎo)體基材、或含P型雜質(zhì)層的η型娃半導(dǎo)體基材。
根據(jù)本發(fā)明，第一鈍化層通常具有至少約IOnm的厚度，但為避免制造鋁電極的過程中被燒穿，而失去鈍化效果，優(yōu)選具有約20ηηΓ約2000nm,更優(yōu)選具有約40ηηΓ約500nm 的厚度。
可用于本發(fā)明的第一鈍化層的材料,為具有負的固定電荷(fixed charge)的金屬氧化物，包括但不限于包括但不限于氧化鋁、氧化鋅和氧化銦錫。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，本發(fā)明第一鈍化層為使用絲網(wǎng)印刷法所形成的氧化鋁(Al2O3)鈍化層。
為與娃表面或缺陷處(如位錯、晶界、點缺陷)的懸鍵(dangling bond)形成鍵， 有效降低電子空穴對在娃表面及缺陷處的再結(jié)合率(recombination rate),進而提升少數(shù)載流子生命期(life time)，并提升太陽能電池效率，本發(fā)明的太陽能電池鈍化層可根據(jù)需要于該基材和第一鈍化層之間包含第二鈍化層。通常第二鈍化層可通過熱氧化法形成，其厚度為約InnT約15nm。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，使用二氧化硅(SiO2)作為第二鈍化層。
過去第一鈍化層大多利用原子層沉積法(ALD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、濺鍍 (sputtering)等干法，但由于干法必須于高度真空的環(huán)境下生長第一鈍化層，所以具有工藝速度慢且高成本等缺點。另外，由于絲網(wǎng)印刷技術(shù)對于涂料組合物(印刷油墨)的粘度及流動性具有較嚴格要求。本案發(fā)明人經(jīng)廣泛研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用具有至少約200cps粘度(厘泊 秒)的涂料組合物，并具有良好的粘度穩(wěn)定(stability of viscidity)時,貝U可通過絲網(wǎng)印刷將涂料組合物施用于基材上形成成膜性良好的涂層。本發(fā)明使用絲網(wǎng)印刷法可直接形成具有預(yù)定圖案(pattern)(開接觸窗口(或孔))(如圖2)的第一鈍化層，只需以熱處理方式(如加熱燒結(jié))處理該涂層，就可于該基材表面上形成一具有該預(yù)定圖案的第一鈍化層，而不需要另外使用光刻膠曝光、顯影、蝕刻或利用激光進行圖案化。因此，本發(fā)明方法可大幅增進第一鈍化層的生成速度，并可降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明另外提供一種制備太陽能電池鈍化層的方法，其包含
提供一基材；及
通過絲網(wǎng)印刷法于該基材表面形成第一鈍化層，
其中基材和第一鈍化層如上文所述。
上述絲網(wǎng)印刷法包含下列步驟
a)提供一涂料 組合物,其中該涂料組合物具有至少約200cps (厘泊 秒)的粘度；
b)通過絲網(wǎng)印刷將該涂料組合物涂布于基材上，并形成一預(yù)定圖案的涂層 '及
c)加熱燒結(jié)該涂層，以于該基材上形成一具有該預(yù)定圖案的第一鈍化層。
上述步驟(a)的涂料組合物包含金屬氧化物前體、溶劑和增稠劑。所述金屬氧化物，包括但不限于氧化招、氧化鋅和氧化銦錫。
上述步驟(b)所述的基材表面是指基材上表面或下表面或同時包括上及下表面， 所述基材為半導(dǎo)體基材。
上述步驟(C)，可使用的燒結(jié)溫度為能達到燒結(jié)效果且不會損害基材的溫度，一般為約300° C至約1000° C。
本發(fā)明的涂料組合物所使用的金屬氧化物前體，以100重量份整體涂料組合物計，其含量為約I重量份至約50重量份，優(yōu)選為約4重量份至約23重量份。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，金屬氧化物前體為氧化鋁前體，其經(jīng)燒結(jié)后形成的第一鈍化層為氧化鋁鈍化層。因此，根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，本發(fā)明第一鈍化層為使用絲網(wǎng)印刷法所形成的氧化鋁(Al2O3)鈍化層。上述絲網(wǎng)印刷法包含下列步驟
I)提供一涂料組合物,其中該涂料組合物具有至少約200cps (厘泊 秒)的粘度；
II)通過絲網(wǎng)印刷將該涂料組合物涂布于基材表面，并形成一預(yù)定圖案的涂層； 及
III)加熱燒結(jié)該涂層，以于該基材表面形成一具有該預(yù)定圖案的第一鈍化層。
上述步驟(I)的涂料組合物包含氧化鋁前體、溶劑和增稠劑。所述的氧化鋁前體， 以100重量份整體涂料組合物計，其含量為約I重量份至約50重量份，優(yōu)選為約4重量份至約23重量份。
上述步驟(II)所述的基材表面是指基材上表面或下表面或同時包括上及下表面，所述基材為半導(dǎo)體基材。
上述步驟(III)，可使用的燒結(jié)溫度為能達到燒結(jié)效果且不會損害基材的溫度，一般為約300° C至約1000° C。
根據(jù)本發(fā)明，該涂料組合物的制備方法并無特殊限制，可先采用溶膠-凝膠法制備氧化鋁前體，待反應(yīng)完成后，根據(jù)需要以適當(dāng)?shù)乃皦A或酸(如硝酸)調(diào)節(jié)所得溶液至所需PH值，再加入溶劑和增稠劑之后，均勻攪拌，即可制得本發(fā)明的涂料組合物。
為提供良好背電場效應(yīng)，本發(fā)明方法的第一鈍化層含有非結(jié)晶型氧化鋁顆粒，并具有約I納米至約30納米的平均粒徑，優(yōu)選為約5納米至約20納米，且氧化鋁層的厚度一般為約10納米至約2000納米。
為使上述氧化鋁前體穩(wěn)定存在于該溶劑中，本發(fā)明方法所使用的氧化鋁前體由氧化招衍生物及雙齒螯合劑(bidentate chelating agent)所反應(yīng)形成,該雙齒螯合劑與該氧化鋁衍生物的摩爾數(shù)比率(雙齒螯合劑氧化鋁衍生物)可為約O. 3至約3，為維持長時間的涂料組合物的粘度穩(wěn)定性，增加由此氧化鋁前體組合物燒結(jié)后所得鈍化層的成膜性，該雙齒螯合劑與該氧化鋁衍生物的摩爾數(shù)比率優(yōu)選佳為約I至約3。上述氧化鋁衍生物可以通式Al (OR1) 3表示，其中R1可為H或經(jīng)取代或未經(jīng)取代的Cl至C13烷基，優(yōu)選為H、甲基、 乙基、丙基或丁基。上述雙齒螯合劑優(yōu)選為
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能電池中設(shè)置于基材表面的鈍化層，包含通過絲網(wǎng)印刷法于該基材上所形成的第一鈍化層。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池鈍化層，其中該第一鈍化層為具有負的固定電荷的金屬氧化物。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池鈍化層，其中該第一鈍化層為氧化鋁、氧化鋅或氧化銦錫。
4.一種制備太陽能電池鈍化層的方法，其包含 提供一基材；及 通過絲網(wǎng)印刷法于該基材表面形成第一鈍化層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該絲網(wǎng)印刷法包含下列步驟 a)提供一涂料組合物，其中該涂料組合物具有至少約200cps的粘度；b)通過絲網(wǎng)印刷將該涂料組合物涂布于基材上，并形成一預(yù)定圖案的涂層'及 c)加熱燒結(jié)該涂層，以于該基材上形成一具有該預(yù)定圖案的第一鈍化層。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該涂料組合物包含金屬氧化物前體、溶劑和增稠劑。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該涂料組合物包含氧化鋁前體、溶劑和增稠劑。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該增稠劑選自以下組纖維素衍生物類、丙烯酸聚合物類、二氧化硅類、聚乙二醇類聚合物及它們的混合物。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該絲網(wǎng)印刷所使用的網(wǎng)版具有約100至約300目的網(wǎng)目大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于太陽能電池中設(shè)置于基材表面的鈍化層，其包含通過絲網(wǎng)印刷法于該基材表面所形成的第一鈍化層。本發(fā)明還涉及制備該鈍化層的方法。本發(fā)明方法可利用絲網(wǎng)印刷于半導(dǎo)體基板表面制備鈍化層，且于絲網(wǎng)印刷過程中，可同時進行圖案化步驟。因此使得本發(fā)明能以更為經(jīng)濟、快速的方法制備該鈍化層。
文檔編號H01L31/0216GK103050551SQ201210560980
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者方福全, 陳嘉弘, 洪瑞意, 溫清章 申請人:長興化學(xué)工業(yè)股份有限公司, 長陽開發(fā)科技股份有限公司