硅基異質接面太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種硅基異質接面太陽能電池。所述硅基異質接面太陽能電池，包括：一硅基PN接面結構、一第一透明導電膜、一第二透明導電膜、一第一電極以及一第二電極。本實用新型借由直流電弧放電在低溫下高速沉積二層不同材質所組成的透明導電膜，該硅基異質接面太陽能電池具有改善其電流特性及提升光電轉換效率的特性。
【專利說明】
硅基異質接面太陽能電池
技術領域
[0001]本實用新型關于一種硅基異質接面太陽能電池，特別有關于一種具有直流電弧放電沉積透明導電膜的硅基異質接面太陽能電池。
【背景技術】
[0002]目前由于國際能源短缺，而世界各國一直持續(xù)研發(fā)各種可行的替代能源，而其中又以太陽能發(fā)電的太陽電池最受到矚目。目前，以硅晶做成的太陽能電池的轉換效率，因其僅能吸收1.1電子伏特以上的太陽光能的限制、反射光造成的損失、材料對太陽光的吸收能力不足、載子在尚未被導出之前就被材料中的缺陷捕捉而失效，或是載子受到材料表面的懸浮鍵結捕捉產(chǎn)生復合等諸多因素，皆使其效率下降。因此，現(xiàn)在市售硅晶太陽能電池的轉換效率僅約15%，即表示硅晶太陽能電池的高效率化其實還有相當大的空間。其中，太陽能電池高效率化的基本原理就是結合不同能隙的發(fā)電層材質，把它們做成疊層結構。
[0003]參照美國公告專利第5，213，628號，標題為:光伏組件(Photovoltaic device)，其主要揭示一種結合不同能隙的太陽能電池，借由加入非晶硅本質半導體，增加太陽能電池的載子壽命，減少電子電洞復合機率，提高光電流轉換效率。
[0004]參照美國公告專利第6，87 8，9 2 I號，標題為:光伏組件與其制作方法(Photovoltaic device and manufacturing method thereof )。如圖1所不，其主要揭不一種硅基異質接面太陽能電池，使用銦錫氧化物(In203:Sn02，IT0)透明導電膜作為電流分散層，以提升其電流特性及提升光電轉換效率的特性。
[0005]參照美國公告專利第7，I6 4，I 5 O號，標題為:光伏組件及其制作方法(Photovoltaic device and manufacturing method thereof)，其主要揭不一種太陽能電池的結構與制備方式。該電池配置一透明導電膜于背電極及光電轉換層之間，以使入射光反射回光電轉換層中進行再作用，借以改善電流特性并增加電池整體的光電轉換效率。
[0006]參照美國公告專利第7，601，558號，標題為:具有漸進氧含量的氧化鋅透明電極(Transparent zinc oxide electrode having a graded oxygen content)，其主要揭不一種太陽能電池的制備方式。其利用濺鍍法沉積氧化鋅透明導電膜，借由提高透明導電膜的厚度來提高面的紋理化，借以提升入射光的折射率，進而增加電池整體的光電轉換效率。
[0007]參照美國公告專利第8，513，044號，標題為:薄膜光伏轉換元的制作方法(Methodfor the manufacturing of thin film photovoltaic converter device)，其主要揭不一種太陽能電池的結構與制備方式。其利用濺鍍法沉積氧化鋅透明導電膜，再利用氫氟酸稀釋溶液或離子蝕刻法使透明導電膜形成紋理結構，借此增加入射光的行徑長度，增加光吸收量，進而改善組件電池整體的光電轉換效率。
[0008]對于太陽電池所應用的透明導電膜而言，錫銦氧化物(ITO)—直是主流材料，然而銦礦稀少并且昂貴，并且，在氫電漿中抵抗力弱，因此未來勢必要研發(fā)取代材料。然而，上述專利揭示的濺鍍法所沉積的透明導電膜過于平坦，無法達到所需的粗糙度，形成紋理結構，因此必須額外再進行薄膜的蝕刻制備，導致增加太陽能電池的制造成本。
[0009]氧化鋅為一具有潛力的材料，其具有資源豐富且成本低廉的優(yōu)點，未經(jīng)摻雜的氧化鋅即具備一定水平的導電性與光穿透率，并且對氫電漿的耐抗性強，而摻雜鋁的氧化鋅更具有不亞于ITO的導電性與光穿透率。綜上所述，有必要提出一種硅基異質接面太陽能電池以改善上述問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0010]本實用新型的主要目的在于提出一種硅基異質接面太陽能電池，借由直流電弧放電沉積制備出的表面具有粗糙紋理結構的透明導電膜，借此改善電池整體的光電轉換效率。
[0011]為達到本實用新型的主要目的，本實用新型提供一種硅基異質接面太陽能電池，包括:
[0012]一硅基PN接面結構，具有兩個相對表面，其中該硅基PN接面結構由一 P型半導體層與一 N型半導體層所組成，且該P型半導體層的能隙不同于該N型半導體層的能隙；
[0013]—第一透明導電膜，設置位于該硅基PN接面結構的一表面，由二層不同材質的一無摻雜的透明導電膜A與一有摻雜的透明導電膜B所構成；
[0014]—第二透明導電膜，設置位于該硅基PN接面結構且相對于第一電極的另一表面，由二層不同材質的一無摻雜的透明導電膜C與一有摻雜的透明導電膜D所構成；
[0015]—第一電極，設置于該第一透明導電膜之上；以及
[0016]—第二電極，設置于該第二透明導電膜之上。
[0017]其中該第一透明導電膜的折射率介于1.90至1.94之間，且該第二透明導電膜的折射率介于1.90至1.94之間。
[0018]其中該第一透明導電膜的晶粒尺寸介于20納米至30納米之間，且該第二透明導電膜的晶粒尺寸介于20納米至30納米之間。
[0019]其中該第一透明導電膜的表面粗糙度介于3納米至20納米之間，且該第二透明導電膜的表面粗糙度介于3納米至20納米之間。
[0020]其中在該第一透明導電膜中無摻雜的透明導電膜A與該第二透明導電膜中無摻雜的透明導電膜C的厚度均介于10納米至30納米之間。
[0021 ]本實用新型具有的優(yōu)點在于:
[0022]本實用新型借由直流電弧放電制備透明導電膜，其具有在制備溫度低于2001達到較高的成膜速度，且表面具有良好的粗糙紋理結構，不需要再經(jīng)過蝕刻程序即可為太陽能電池所使用。
[0023]本實用新型的技術特征在于使用直流電弧放電沉積該第一透明導電膜與該第二透明導電膜。借此達成加速硅基異質接面太陽能電池的量產(chǎn)。因此，本實用新型的優(yōu)點還包括:
[0024]提高透明導電膜的成膜速度，表面具有良好的粗糙紋理結構；
[0025]增加光的吸收，并同時最到抗反射層的功能，提升輸出電流密度，進而提高光電轉換效率；
[0026]提供商業(yè)化量產(chǎn)速度，降低量產(chǎn)制備成本。
【附圖說明】
[0027]圖1顯示為硅基異質接面太陽能電池的現(xiàn)有技術剖面示意圖；
[0028]圖2顯示為本實用新型異質接面太陽能電池的第一實施例剖面示意圖；
[0029]圖3顯示為本實用新型異質接面太陽能電池的第二實施例剖面示意圖；
[0030]圖4顯示為本實用新型異質接面太陽能電池的第三實施例剖面示意圖；
[0031]圖5顯示為本實用新型異質接面太陽能電池的第四實施例剖面示意圖。
[0032]圖中:
[0033]100娃基異質接面太陽能電池；
[0034]HO 基板；
[0035]111第一糙化表面；
[0036]112第二糙化表面；
[0037]120第一本質非晶硅層；
[0038]130 P型半導體層；
[0039]140第二本質非晶硅層；
[0040]150 N型半導體層；
[0041]160 第一電極；
[0042]170 第二電極；
[0043]180第一透明導電膜；
[0044]181無摻雜的透明導電膜；
[0045]182有摻雜的透明導電膜；
[0046]190第二透明導電膜；
[0047]191無摻雜的透明導電膜；
[0048]192有摻雜的透明導電膜。
【具體實施方式】
[0049]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。
[0050]現(xiàn)請參照圖2，其顯示為根據(jù)本實用新型的第一實施例中，所揭示的一種硅基異質接面太陽能電池100結構，其包含:一基板110;—半導體層130;—第一透明導電膜180;一第一電極160;—第二透明導電膜190;以及一第二電極170。
[0051]該基板110選自P型半導性基板、N型半導性基板、P型硅基板以及N型硅基板之一。較佳地，該基板110選自N型半導性硅基單晶基板，但并不限，該基板110選自N型半導性II1-V單晶基板。
[0052]此外，本實用新型的基板110還具有一第一糙化表面111以及一第二糙化表面112。在一較佳實施例中，第一糙化表面111以及第二糙化表面112的表面粗糙度介于10納米至80納米。
[0053]該半導體層130的導電性相對于該基板110的導電性。舉例來說，若該基板110選自N型半導性基板，則該半導體層130的導電性則為P型半導體層。
[0054]在一實施例中，該半導體層130的導電性則為P型半導體層，配置于具有N型半導性的該基板I1上。于本實用新型實施例中，該半導體層130摻雜濃度在1018至1020原子/立方公分之間。該半導體層130其氧含量介于5 X 1018至I X 1017原子/立方公分之間。其中，在原本質材料中加入雜質(Impurities)用以產(chǎn)生多余的電洞，以電洞構成多數(shù)載子的半導體，則稱之為P型半導體層。例:就硅或鍺半導體而言，在其本質半導體中，摻入3價原子的雜質時，即形成多余的電洞，且該電洞為電流的運作方式。
[0055]其中，該半導體層130的制備可選用電漿增強型化學式氣相沉積制備(Plasma-enhanced chemical vapor deposit1n , PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(Hot-wirechemical vapor deposit1n, Hff-CVD)或特高頻電楽增強型化學式氣相沉積(Very highfrequency-plasma enhance chemical vapor deposit1n, VHF-PECVD)制備作為主要制備方式，并通入娃化合物(Silicide)氣體如娃燒(silane , SH4)并混和氫氣(Hydrogen,H)、氬氣(Argon ,Ar)等氣體作為制備氣體。
[0056]該半導體層130的摻雜方式于本實用新型中采用可選用氣體摻雜、熱擴散法(Thermal diffus1n)、固相結晶化(Solid phase crystalline, SPC)或準分子雷射退火(Excimer laser anneal, ELA)等制備作為主要的制備方式。此外，該半導體層130選自非晶硅、非晶硅鍺、非晶碳化硅以及納米晶硅之一。
[0057]在一實施例中，該半導體層130的導電性則為P型非晶硅半導體層，配置于具有N型半導性單晶硅的該基板110上，以形成一 PN接面結構。該第一電極180，設置位于該PN接面結構的一表面；以及該第二電極190，設置位于該PN接面結構且相對于該第一電極的另一表面。
[0058]該第一透明導電膜180，設置位于該PN接面結構的一表面，且該第二透明導電膜190，設置位于該PN接面結構且相對于該第一電極的另一表面。參見圖2的實施例，該第一透明導電膜180，設置位于該該半導體層130的表面，且該第二透明導電膜190，設置位于該具有N型半導性單晶硅的該基板110的表面。
[0059]第一透明導電膜180與第二透明導電膜190的制作材料可選用氧化銦、氧化錫、氧化鋅、含雜質的氧化銦、含雜質的氧化錫以及含雜質的氧化鋅。例如，但不限，摻雜鋁的氧化鋅(ZnO: Al)、摻雜鎵的氧化鋅(ZnO = Ga)、摻雜硼的氧化鋅(Ζη0:Β)、摻雜鋅的氧化銦(In2O:Zn)、摻雜硼的氧化銦(Ιη203:Β)、摻雜氫的氧化銦(In2O = H)或其組成。
[0060]需注意的是，本實用新型的技術特征在于使用直流電弧放電沉積該第一透明導電膜180與該第二透明導電膜190，其鍍率大于1.5 nm/s，較佳的鍍率度介于1.6 nm/s至5 nm/s之間；且制備溫度低于200 °C，較佳的制備溫度介于50 1至150 °C之間。
[0061 ] 該第一透明導電膜180的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50nm至90nm之間，可以得到比較好的抗反射作用。該第二透明導電膜190的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50nm至90nm之間，可以得到比較好的抗反射作用。
[0062]該第一透明導電膜180與該第二透明導電膜190的晶粒尺寸介于20納米至50納米之間，亦可以得到比較好的抗反射作用。
[0063]第一透明導電膜180與第二透明導電膜190的制備方式可選自于蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、濕式化學法、化學氣相沉積法、印刷法與電弧放電沉積法中的任何一種制備，其中較佳為直流電弧放電沉積法。
[0064]直流電弧放電沉積法其工作原理為熱陽極或熱陰極所產(chǎn)生的直流電弧放電，此區(qū)電極的電流密度可高達106A/cm2，可借此產(chǎn)生具有超高解離率的直流電弧放電來熔融靶材，因此其沉積速度較一般常用的濺鍍法快，可達每分鐘數(shù)百納米。此外，當靶材受到具有高解離率的陽極電弧直流放電轟擊時，會導致較大顆粒的原子沉積于基板，使其具有不平整的薄膜表面。因此，該第一透明導電膜180使用鍍率大于1.5 nm/s(納米/秒)的直流電弧放電沉積所形成，其表面粗糙度介于3納米至20納米之間，且晶粒尺寸介于20納米至50納米之間；且該第二透明導電膜190使用鍍率大于2 nm/s的直流電弧放電沉積所形成，表面粗糙度介于3納米至20納米之間，且晶粒尺寸介于20納米至30納米之間。在本實用新型中，第一透明導電膜180與第二透明導電膜190具有粗糙化表面，可以增加入射光的利用率，用以改善光電流特性。
[0065]第一電極160配置于第一透明導電膜180上，第二電極170配置于第二透明導電膜190上，用以取出電能與提升光電轉換的效率。其中，第一電極160以及第二電極170的材料可選用鎳、金、銀、鈦、銅、鈀、及鋁。在一較佳實施例中，第一電極160以及第二電極170的材料選用銀。于本實施例中，其厚度介于100納米至900納米之間。
[0066]該第一電極160與該第二電極170的電極線寬介于100微米至2000微米之間。圖中，雖然僅顯示兩條第一電極160，與兩條該第二電極170，但實施時，并不限于兩條，較佳地，該第一電極160與該第二電極170具有至少兩條以上的電極線，電極線的數(shù)量介于2條至20條之間。該第一電極160與該第二電極170的電極線寬越小時，電極線的數(shù)量越多;反之，當該第一電極160與該第二電極170的電極線寬越大時，電極線的數(shù)量越少。借此，未被該第一電極160與該第二電極170遮蔽的光可穿透的開放面積至少具有95%以上。
[0067]該第一電極160與該第二電極170的材料為可選用純金屬與金屬化合物。金屬可包含金、銀、銅、鎳、鋁及其合金，制備方式可選自于蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、電弧電漿沉積法、濕式化學法以及印刷法中的任何一種制備。第一電極160以及第二電極170的厚度介于100納米至900納米之間，電阻值介于0.1 Ω至5 Ω之間。較佳地，第一電極160以及第二電極170的材料為銀。
[0068]目前透明導電膜要沉積于硅基板存在一定的難度，主要有以下幾個原因:(I)硅與透明導電膜具有不同的晶體結構，且晶格常數(shù)相差較多。(2)二者的熱膨脹系數(shù)相差較大。在硅基板上成長透明導電膜時，大的晶格失配和熱失配會使得薄膜內(nèi)容易生成失配錯位和缺陷。因此在硅基板與摻雜的透明導電膜中間需要加入一層未經(jīng)摻雜的透明導電膜作為緩沖層，可解決晶格失配和熱失配問題。
[0069]現(xiàn)請參照圖3，其顯示為根據(jù)本實用新型的第二實施例中，所揭示的一種硅基異質接面太陽能電池100結構，其包含:一基板110;—半導體層130;—第一透明導電膜180;一第一電極160;—第二透明導電膜190;以及一第二電極170。
[0070]該第二實施例大致相似于第一實施例，相似之處不再贅述。該第二實施例與第一實施例的主要差異在于:第一透明導電膜180分別由二層不同材質所組成，包含一無摻雜的透明導電膜181與一有摻雜的透明導電膜182。第二透明導電膜190分別由二層材質所組成，包含一無摻雜的透明導電膜191與一有摻雜的透明導電膜192。
[0071]需注意的是，無摻雜的透明導電膜181是設置于該有摻雜的透明導電膜182與該半導體層130之間；無摻雜的透明導電膜191是設置于該有摻雜的透明導電膜192與該基版110之間。
[0072]需注意的是，該第一透明導電膜180的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50nm至90nm之間，可以得到比較好的抗反射作用。該第二透明導電膜190的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50nm至90nm之間，可以得到比較好的抗反射作用。其中，無摻雜的透明導電膜181與無摻雜的透明導電膜191的厚度介于10至30納米之間。
[0073]有摻雜的透明導電膜的制作材料可選用含雜質的氧化銦、含雜質的氧化錫以及含雜質的氧化鋅。例如，但不限，摻雜鋁的氧化鋅(ZnO: Al)、摻雜鎵的氧化鋅(ZnO: Ga)、摻雜硼的氧化鋅(ZnO: B)、摻雜鋅的氧化銦(In2O3: Zn)、摻雜硼的氧化銦(In2O3: B)、摻雜氫的氧化銦(In2033:H)或其組成。無摻雜的透明導電膜的制作材料可選用氧化銦、氧化錫、氧化鋅。
[0074]現(xiàn)請參照圖4，其顯示為根據(jù)本實用新型的第三實施例中，所揭示的一種異質接面太陽能電池100，其包含:一基板110;—第一本質非晶娃層120; —第一半導體層130;—第一透明導電膜180;—第二本質非晶娃層140; —第二半導體層150;以及一第二透明導電膜190;以及一第二電極170。
[0075]該第三實施例大致相似于第一實施例，其主要差異在于，該異質接面太陽能電池100還包括:一第一本質非晶娃層120;—第二本質非晶娃層140以及一第二半導體層150。亦即是，在該基板110與該第一半導體層130之間，還包括一第一本質非晶硅層120。該基板110與該第二透明導電膜190之間，還依序包括一第二本質非晶硅層140; —第二半導體層150。亦即是，該基板110與該第二半導體層150之間，包括該第二本質非晶硅層140。
[0076]該第二實施例的該基板110、該第一透明導電膜180與該第二透明導電膜190相同于該第一實施例的該基板110、該第一透明導電膜180與該第二透明導電膜190，且該第二實施例的該第一半導體層130相同于該第一實施例的該半導體層130。亦即特征相同于上揭第一實施例所述，因此在此不再贅述。
[0077]第一本質非晶硅層120配置于該基板110的第一糙化表面111上，設置于該基板110與該第一半導體層130之間，其氫含量介于3%至10%之間。第二本質非晶硅層140配置于該基板110的第二糙化表面112上，是相對于在該基板110上相對該第一本質非晶硅層120的另一面，特別是設置于該基板110與該第二半導體層150之間，其氫含量介于3%至10%之間。
[0078]其中，第一本質非晶硅層120與第二本質非晶硅層140的制作材料可選用非晶硅、非晶硅鍺、納米晶硅、微晶硅、微晶硅鍺、多晶硅與多晶硅鍺之一。此外，第一本質非晶硅層120與第二本質非晶硅層140可用以形成量子局限效應，借以改進電特性，以增加可吸收的入射光能譜范圍。
[0079]第一本質非晶硅層120與第二本質非晶硅層140可選用電漿增強型化學式氣相沉積制備(Plasma-enhanced chemical vapor deposit1n, PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(Hot-wire chemical vapor deposit1n, HW-CVD)或特高頻電楽增強型化學式氣相沉積(Very high frequency-p lasma enhance chemical vapor deposit1n, VHF-PECVD)制備作為主要制備方式，并通入娃化合物(Silicide)氣體如娃燒(silane , SH4)并混和氫氣(Hydrogen, H)、氬氣(Argon, Ar)等氣體作為制備氣體。于本實用新型的較佳實施例中，第一本質非晶硅層120與第二本質非晶硅層140的厚度介于5納米至20納米之間，且氫含量均介于3%至7%之間。需注意，氫含量的不同將影響光電轉換特性。此外，第一本質非晶硅層120與第二本質非晶硅層140亦可用以填補P型半導體層130與基板110接面處或N型半導體層150與基板110接面處發(fā)生的缺陷，以增加轉換效率。
[0080]在該第二實施例中，該第一半導體層130的導電性則為P型非晶硅半導體層，配置于具有N型半導性單晶硅的該基板110上，以形成一 PN接面結構。
[0081]因此，該第二半導體層150為N型半導體層，配置于該第二本質非晶硅層140上。該第二半導體層150的摻雜濃度在118至12t3原子/立方公分之間，且其氧含量介于5 X 118至I X 117原子/立方公分之間。其中，該第二半導體層150指在本質材料中加入的雜質可產(chǎn)生多余的電子，以電子構成多數(shù)載子的半導體。例如，就硅和鍺半導體而言，若在其本質半導體中摻入5價原子的雜質時，即形成多余的電子。其中，電子流以電子為主來運作。
[0082]該第二半導體層150的摻雜方式可選用于氣體摻雜熱、準分子雷射退火、固相結晶化、擴散法或離子布植法作為主要制備方式。在一實施例中，該第二半導體層150選自非晶硅、非晶硅鍺、非晶碳化硅以及納米晶硅之一。
[0083]請參照圖5，其顯示為根據(jù)本實用新型的第四實施例中。該第四實施例大致相似于第三實施例，相似之處不再贅述。該第三實施例與第二實施例的主要差異在于:第一透明導電膜180分別由二層不同材質所組成，包含一無摻雜的透明導電膜181與一有摻雜的透明導電膜182。第二透明導電膜190分別由二層材質所組成，包含一無摻雜的透明導電膜191與一有摻雜的透明導電膜192。
[0084]需注意的是，無摻雜的透明導電膜181是設置于該有摻雜的透明導電膜182與該第一半導體層130之間;無摻雜的透明導電膜191是設置于該有摻雜的透明導電膜192與該第二半導體層150之間。
[0085]需注意的是，該第一透明導電膜180的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50nm至90nm之間，可以得到比較好的抗反射作用。該第二透明導電膜190的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50nm至90nm之間，可以得到比較好的抗反射作用。其中，無摻雜的透明導電膜181與無摻雜的透明導電膜191的厚度介于10至30納米之間。
[0086]有摻雜的透明導電膜的制作材料可選用含雜質的氧化銦、含雜質的氧化錫以及含雜質的氧化鋅。例如，但不限，摻雜鋁的氧化鋅(ZnO: Al)、摻雜鎵的氧化鋅(ZnO: Ga)、摻雜硼的氧化鋅(ZnO: B)、摻雜鋅的氧化銦(In2O3: Zn)、摻雜硼的氧化銦(In2O3: B)、摻雜氫的氧化銦(In2O3 = H)或其組成。無摻雜的透明導電膜的制作材料可選用氧化銦、氧化錫、氧化鋅。
[0087]需注意，第一透明導電膜180與第二透明導電膜190的配置亦可用以填補第一半導體層130、第二半導體層150與第一電極160、第二電極170接面處發(fā)生的缺陷，并借由第一透明導電膜180與第二透明導電膜190的透光性與優(yōu)良光電特性。
[0088]本實用新型的基板110所具有的粗糙化表面用以增加入射光的散射率，借由增加入射光的散射率，可增加光補限(light-traping)的效率，改進電特性。第一透明導電膜180與第二透明導電膜190亦具有粗糙化表面，其功能與基板110所具有的粗糙化表面功能相同。
[0089]需注意，當基板為N型硅基板時，則照光面為P型半導體層，且N型半導體層與第二本質非晶娃層則可形成背向表面電場(Back Surface Field，BSF)的效果。反之，當基板為P型硅基板時，則照光面為N型半導體層，且P型半導體層與第一本質非晶硅層則可形成背向表面電場的效果。
[0090]為說明本實用新型的硅基異質接面太陽能電池100的制備，現(xiàn)請參照圖5，其顯示為根據(jù)本實用新型的實施例中，所揭示的硅基異質接面太陽能電池100的制備流程圖，其包含以下步驟:
[0091 ]步驟210為:形成一硅基PN接面結構，具有兩個相對表面，其中該硅基PN接面結構由一 P型半導體層與一 N型半導體層所組成，且該P型半導體層的能隙不同于該N型半導體層的能隙；
[0092]步驟220為:沉積一第一透明導電膜于該PN接面結構的一表面，其使用鍍率大于1.5 nm/s的直流電弧放電沉積所形成；
[0093]步驟230為:沉積一第二透明導電膜于該PN接面結構且相對于該第一電極的另一表面，其使用鍍率大于1.5 nm/s的直流電弧放電沉積所形成；以及
[0094]步驟240為:形成一第一電極于該第一透明導電膜之上且形成一第二電極于該第二透明導電膜之上，用于取出該硅基PN接面結構的電流。
[0095]于步驟210中，因基板110表面容易殘留微粒子、有機物、金屬殘留物、化合物等污染，所以必須先將基板110經(jīng)過清洗以得干凈的表面。此外，蝕刻基板110的目的在于使其形成一第一糙化表面111以及一第二糙化表面112，用以增加入射光的散射率，借由增加入射光的散射率，可增加光補限(light-traping)的效率，改進電特性。其中，用以形成基板110粗糙化表面的蝕刻液為堿性溶液，其主要由NaOH (0.1?8wt%) +異丙醇(IPA) (<lwt%)或K0H(3?6%) +異丙醇(IPA) (<lwt%)配制而成，該蝕刻液藉由對基板110的(111)面與(100)面蝕刻速率不同所制作而成。需注意，蝕刻液亦可借由酸性溶液HF與HNO3配制而成，其中HNO3除以HF的比例介于10至30之間。
[0096]該硅基PN接面結構由一P型半導體層與一N型半導體層所組成。
[0097]舉例來說，在第一實施例中，該半導體層130的導電性則為P型非晶硅半導體層，配置于具有N型半導性單晶硅的該基板110上，以形成一 PN接面結構。
[0098]舉例來說，在該第二實施例中，第一本質非晶硅層120配置于第一糙化表面111上，設置于該基板110與該第一半導體層130之間，其氫含量介于3%至10%之間。該基板110與該第一半導體層130形成PN接面結構。第二本質非晶硅層140配置于第二糙化表面112上，設置于該基板110與該第二半導體層150之間，其氫含量介于3%至10%之間。
[0099]第一本質非晶硅層120、第二本質非晶硅層140、P型半導體層與N型半導體層的制備由電楽.增強型化學式氣相沉積制備(Plasma-enhanced chemical vapor deposit1n,PECVD)、熱絲化學氣相沉積法(Hot-wire chemical vapor deposit1n, Hff-CVD)與特高頻電楽增強型化學式氣相沉積(Very high frequency-p lasma enhance chemical vapordeposit1n, VHF-PECVD)之一。
[0100]在上述化學式氣相沉積系統(tǒng)中，至少通入氫氣以及硅烷氣體，使第一本質非晶硅層120與第二本質非晶硅層140分別沉積于第一糙化表面111上以及第二糙化表面112上，且借由通入的氫氣流量與硅烷氣體流量的比例在I倍至100倍之間，使第一本質非晶硅層120與第二本質非晶硅層140其氫含量介于3%至10%之間。
[0101 ] P型半導體層的制備是氧含量介于5 X 118Sl X 117原子/立方公分之間，其選用電漿增強型化學式氣相沉積制備、熱絲化學氣相沉積法或特高頻電漿增強型化學式氣相沉積制備作為主要制備方式，并借由通入娃化合物(Silicide)氣體如娃燒(silane, SH4)并混和氫氣(Hydrogen, H)、氬氣(Argon, Ar)等氣體作為制備氣體。如:搭配以娃燒氣體與氫氣混合;娃燒氣體、氫氣與氬氣混合;娃燒氣體、鍺燒氣體與氫氣混合;娃燒氣體、鍺燒氣體、氫氣與氬氣混合所組成族群中的任何一種制備完成。借由改變硅烷及氫氣混和比例及通入的氣體，可使P型半導體層130為非晶硅、非晶硅鍺、非晶碳化硅以及納米晶硅之一。于本實用新型實施例中，P型半導體層的摻雜濃度在118至12q原子/立方公分之間。
[0102]N型半導體層的制備是氧含量介于5X 118至I X 117原子/立方公分之間，其選用電漿增強型化學式氣相沉積制備、熱絲化學氣相沉積法或特高頻電漿增強型化學式氣相沉積制備作為主要制備方式，并借由通入娃化合物(Silicide)氣體如娃燒(silane, SH4)并混和氫氣(Hydrogen, H)、氬氣(Argon, Ar)等氣體作為制備氣體。如:搭配以娃燒氣體與氫氣混合;娃燒氣體、氫氣與氬氣混合;娃燒氣體、鍺燒氣體與氫氣混合;娃燒氣體、鍺燒氣體、氫氣與氬氣混合所組成族群中的任何一種制備完成。借由改變硅烷及氫氣混和比例及通入的氣體，可使N型半導體層150為非晶硅、非晶硅鍺、非晶碳化硅以及納米晶硅之一。于本實用新型實施例中，N型半導體層的摻雜濃度在118至12q原子/立方公分之間。
[0103]步驟220與步驟230中，第一透明導電膜180與第二透明導電膜190分別配置于該第一半導體層130與該第二半導體層150上。其中，第一透明導電膜180與第二透明導電膜190的制備方式選自于蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、濕式化學法、化學氣相沉積法、印刷法與直流電弧放電沉積法所組成族群中的任何一種制備。
[0104]然而為了得到一較佳的表面粗糙度，第一透明導電膜180與第二透明導電膜190以直流電弧放電沉積法形成，而后不需要再進行蝕刻步驟即可得具粗糙紋理結構的透明導電單元。
[0105]需注意，本實用新型的技術特征在于使用直流電弧放電沉積該第一透明導電膜180與該第二透明導電膜190，其鍍率大于1.5 nm/s，較佳的鍍率度介于1.6 nm/s至5 nm/s之間；且制備溫度低于200 °C，較佳的制備溫度介于50°C至150°C之間。透明導電膜使用低溫制備具有特別的功能，亦即是不會對先前制備的薄膜產(chǎn)生加熱退火的效果。
[Ο?Ο?] 需注意的是，該第一透明導電膜180的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50nm至90nm之間，可以得到比較好的抗反射作用。該第二透明導電膜190的折射率介于1.90至1.94之間，厚度介于50nm至90nm之間，可以得到比較好的抗反射作用。
[0107]較佳地，第一透明導電膜180分別由二層不同材質所組成，包含一無摻雜的透明導電膜181與一有摻雜的透明導電膜182。第二透明導電膜190分別由二層材質所組成，包含一無摻雜的透明導電膜191與一有摻雜的透明導電膜192。其中，無摻雜的透明導電膜181與無摻雜的透明導電膜191的厚度介于10至30納米之間。其中，無摻雜的透明導電膜181與無摻雜的透明導電膜191額厚度介于10至30納米之間。
[0108]步驟240，第一電極160以及第二電極170采用蒸鍍法、濺鍍法、化學氣相沉積法、電鍍法、濕式化學法、印刷法與陰極陽極電弧直流放電沉積法所組成族群中的任何一種制備，且第一電極160以及第二電極170的材料可選用鎳、金、銀、鈦、銅、鈀、及鋁。第一電極160以及第二電極170的厚度介于100納米至900納米之間，電阻值介于5 Ω至10 Ω之間。較佳地，第一電極160以及第二電極170的材料為銀。需注意的是，不同的第一電極160以及第二電極170制備方式亦會影響其所具的光電特性的質量。
[0109]本實用新型的實施例中，采用直流電弧放電沉積法以制備氧化鋅做為第一透明導電膜180與第二透明導電膜190，且配合不同的第一本質非晶硅層120、P型半導體層130、第二本質非晶硅層140以及N型半導體層150的制備方式亦會影響硅基異質接面太陽能電池100的光電特性的質量。透明導電膜使用低溫制備具有特別的功能，亦即是不會對先前制備的薄膜產(chǎn)生加熱退火的效果。
[0110]為了達到低溫下能有高的鍍率，直流電弧放電沉積法主要是控制其他的制備參數(shù)，包含:氣體流量、氣體壓力比與直流電弧放電電流。在一較佳實施例中，第一透明導電膜180與第二透明導電膜190所采用的陽極直流電弧放電沉積的制備參數(shù)。其氣體流量比(氬氣:氧氣)介于1:4至1:12之間，且一較佳的氣體流量比介于1:6至1:10之間；其中，氧氣流量速度介于5 sccm至30 sccm之間。其鋅革E材的直流電弧放電電流介于20A至150A之間，且一較佳的鋅靶材的陽極電弧直流放電電流介于50A至100A之間；其腔體壓力介于10—3托耳(torr)至 10—4托耳(torr)之間。
[0111]本實用新型的一較佳實施例中至少有一制備氣體經(jīng)過純化步驟，以減少該制備氣體中氧氣含量。制備氣體中氧氣含量過多將會在沉積的薄膜結構中產(chǎn)生過多氧空缺，造成太陽能電池中的載子移動率降低，進而使發(fā)電效率降低。借由進行純化氣體的步驟，該較佳實施例中成長的薄膜的氧氣濃度低于5X 118原子/立方公分。需注意的是，本實用新型所揭示的結構與方法，不僅適用于單一單元電池，更可實施于模塊化的太陽能電池制備。
[0112]相較于傳統(tǒng)硅基異質接面硅太陽能電池，本實用新型提出的硅基異質接面太陽能電池100具有的優(yōu)點如下所示:
[0113]采用低成本的透明導電膜，可降低生產(chǎn)成本。
[0114]透明導電膜不需額外加入蝕刻程序，可縮短制備時間。
[0115]可有效增加紫外光的利用，以提升效率。
[0116]以上所述實施例僅是為充分說明本實用新型而所舉的較佳的實施例，本實用新型的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本實用新型基礎上所作的等同替代或變換，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍以權利要求書為準。
【主權項】
1.一種硅基異質接面太陽能電池，其特征在于，包括: 一娃基PN接面結構，具有兩個相對表面，其中該娃基PN接面結構由一 P型半導體層與一N型半導體層所組成，且該P型半導體層的能隙不同于該N型半導體層的能隙； 一第一透明導電膜，設置位于該硅基PN接面結構的一表面，由二層不同材質的一無摻雜的透明導電膜A與一有摻雜的透明導電膜B所構成； 一第二透明導電膜，設置位于該硅基PN接面結構且相對于第一電極的另一表面，由二層不同材質的一無摻雜的透明導電膜C與一有摻雜的透明導電膜D所構成； 一第一電極，設置于該第一透明導電膜之上；以及 一第二電極，設置于該第二透明導電膜之上。2.根據(jù)權利要求1所述的硅基異質接面太陽能電池，其特征在于，其中該第一透明導電膜的折射率介于1.90至1.94之間，且該第二透明導電膜的折射率介于1.90至1.94之間。3.根據(jù)權利要求1所述的硅基異質接面太陽能電池，其特征在于，其中該第一透明導電膜的晶粒尺寸介于20納米至30納米之間，且該第二透明導電膜的晶粒尺寸介于20納米至30納米之間。4.根據(jù)權利要求1所述的硅基異質接面太陽能電池，其特征在于，其中該第一透明導電膜的表面粗糙度介于3納米至20納米之間，且該第二透明導電膜的表面粗糙度介于3納米至20納米之間。5.根據(jù)權利要求1所述的硅基異質接面太陽能電池，其特征在于，其中在該第一透明導電膜中無摻雜的透明導電膜A與該第二透明導電膜中無摻雜的透明導電膜C的厚度均介于10納米至30納米之間。
【文檔編號】H01L31/072GK205428969SQ201521041501
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月15日
【發(fā)明人】張金隆, 楊茹媛, 陳坤賢, 許碩夫
【申請人】鹽城金合盛光電科技有限公司