TWI686958B - 太陽能電池及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種利用簡化的沉積製程製造太陽能電池的方法，以及所得的太陽能電池。在例子中，製造太陽能電池的方法涉及：裝載模板基板在沉積室中，且不將模板基板自沉積室移出地進行沉積方法。沉積方法涉及形成第一矽層在模板基板上，第一矽層係為第一導電型。沉積方法亦涉及形成第二矽層在第一矽層上，第二矽層係為第一導電型。沉積方法亦涉及形成第三矽層在第二矽層之上，第三矽層係為第二導電型。沉積方法亦涉及形成固態摻雜層在第三矽層上，固態摻雜層係為第一導電型。
Description
本揭露之實施例係於可再生能源領域，且具體而言是揭露一種利用簡化的沉積製程製造太陽能電池之方法，以及形成的太陽能電池。
光伏電池，俗稱為太陽能電池，為習知用以將太陽輻射直接轉化為電能的裝置。通常，太陽能電池係使用半導體加工技術來形成接近基板表面的p-n接面以製造於半導體晶圓或基板上。撞擊在基板表面上，並進入基板之太陽輻射，在塊狀基板中產生電子和電洞對。電子和電洞對遷移至基板中之p摻雜區和n摻雜區，從而於摻雜區之間產生電壓差。摻雜區連接到太陽能電池上的導電區，以將電流自電池的電流導至外部電路。
效率為太陽能電池的重要性質，因為其與太陽能電池的發電能力直接相關。同樣的，生產太陽能電池的效率係與此種太陽能電池的成本效益直接相關。據此，普遍期望有用於增加太陽能電池的效率的技術，或用於增加太陽能電池生產效率的技術。本揭露的一些實施例經由提供用於製備太陽能電池結構的新穎製程而允許增加太陽能電池的生產效率。本揭露的一些實施例經由提供新穎的太陽能電池結構而使太陽能電池效率增加。
本發明的一態樣係關於一種製造太陽能電池的方法，該方法包含：裝載模板基板在沉積室，且不將模板基板自沉積室移出地進行沉積方法。沉積方法包含：形成第一矽層在模板基板上，且第一矽層係為第一導電型；形成第二矽層在第一矽層上，且第二矽層係為第一導電型；形成第三矽層在第二矽層上，且第三矽層為第二導電型；以及形成固態摻雜層在第三矽層上，且固態摻雜層係為第一導電型。
本發明的一態樣係關於一種製造太陽能電池的方法，該方法包含：裝載多孔矽基板在腔室溫度在約攝氏400-800度的範圍內之沉積室，且不將多孔矽基板自沉積室移出地進行沉積方法。沉積方法包含：在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，形成第一N型單晶矽層在多孔矽基板上，第一N型單晶矽層具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的磷濃度且具有在約0.1-1微米範圍內的厚度；在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，形成第二N型單晶矽層在第一N型單晶矽層上，第二N型單晶矽層具有在約1E14-1E17原子/cm3範圍內的磷濃度且具有在約10-100微米範圍內的厚度；形成薄氧化物層在第二N型單晶矽層上；在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，形成P型單晶矽層在薄氧化物層上，P型單晶矽層具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的硼濃度且具有在約0.1-1微米範圍內的厚度；在溫度約攝氏400-800度的範圍內，形成磷矽酸鹽玻璃(PSG)層在P型單晶矽層上；以及在形成磷矽酸鹽玻璃層之後，自沉積室移出多孔矽基板且隨後進行一方法，該方法包含：驅使磷摻雜物自磷矽酸鹽玻璃層進入至P型單晶矽層的區域；自多孔矽基板移出為太陽能電池的單一材料堆疊的第一N型單晶矽層、第二N型單晶矽層以及P型單晶矽層；以及形成金屬化結構在P型單晶矽層上。
本發明的另一態樣係關於一種根據上述方法製造的太陽能電池。
本發明的又一態樣係關於一種太陽能電池，其包含：具有光接收表面及背表面的基板；設置在基板的背表面上的薄介電層；設置在薄介電層的第一部分上且摻雜有第一導電型雜質的第一單晶矽射極區域；設置在薄介電層的第二部分上，靠近設置在薄介電層的第一部分上的第一單晶矽射極區域之第二單晶矽射極區域；第二單晶矽射極區域摻雜有相反導電型的第二導電型雜質；以及在第一單晶矽射極區域與第二單晶矽射極區域之間的P/N接面。
100:模板基板
102:第一矽層
104:第二矽層
106:薄氧化物層
108:第三矽層
110:固態摻雜層
112、114:區域
116:雷射照射
117:金屬化結構
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700、1100:流程圖
702、704、706、708、710、712、714、1102、1104、1106:操作
第1圖至第6圖係根據本揭露之實施例描繪在製造太陽能電池的各階段之截面圖，其中：第1圖係描繪被裝載於沉積室的模板基板；第2圖係描繪具有第一矽層形成於其上的第1圖之結構；第3圖係描繪具有第二矽層形成於其上的第2圖之結構；第4圖係描繪具有薄氧化物層形成於其上的第3圖之結構；第5圖係描繪具有第三矽層形成於其上的第4圖之結構；以及第6圖係描繪具有固態摻雜層形成於其上的第5圖之結構。
第7圖係根據本揭露之實施例，列出於製造太陽能電池的方法中對應於第1圖至第6圖的操作之流程圖。
第8圖至第10圖係根據本揭露之實施例描繪在製造太陽能電池的各階段之截面圖，其中：
第8圖係描繪驅使摻雜物自固態摻雜層進入至第三矽層的區域後的第6圖之結構；第9圖係描繪將為太陽能電池的單一材料堆疊之第一矽層、第二矽層以及第三矽層自模板基板移出後的第8圖之結構；以及第10圖係描繪金屬化結構形成後的第9圖之結構。
第11圖係根據本揭露之實施例，列出製造太陽能電池的方法中對應於第8圖至第10圖的操作之流程圖。
以下詳細描述僅為說明性質，且不意圖限制本申請標的之實施例或應用及此些實施例之用途。如用於本文中，用語「例示性(exemplary)」表示「用作為一範例、例示或說明(serving as an example,instance,or illustration)」。於本文中描述以作為例示性之任何實施方式不必然被解釋為優於或勝過其他實施方式。此外，不意圖受在前面的技術領域、背景、摘要或下面的詳細描述中給出之明示或暗示的任何理論約束。
本說明書包含提到「一個實施例(one embodiment)」或「一個實施例(an embodiment)」。「在一個實施例中(in one embodiment)」「在一實施例中(in an embodiment)」之短語的出現不必然表示同一實施例。特定特徵、結構、或特性可以與本揭露一致之任何適當的方式組合。
術語(以下段落提供本公開(包含所附之申請專利範圍)中找到的用語之定義及其語境)：「包含(Comprising)」：此術語是開放式的。用於後附的申請專利範圍內時，此術語不排除額外的結構或步驟。
「配置以(Configured to)」：多種單元或部件可被描述或申明為「配置以」執行一任務或多個任務。在這樣的內文中，「配置以」被使用以藉由指明該單元/部件包含在操作期間執行這些任務的結構來意味著結構。如此，即便當特定的單元/部件目前不被操作(例如，不開啟/活化)，單元/部件亦可被說是被配置以執行任務。
「第一(First)」、「第二(Second)」等：如用於本文中，這些用語被用作為其所前綴之名詞的標籤，而不意味著任何類型的排序(例如，空間、時間、邏輯等)。例如，被指稱為「第一」太陽能電池不必然意味著此太陽能電池在順序上為第一太陽能電池，相反地，用語「第一」係使用以區分此太陽能電池與另一太陽能電池(例如，「第二」太陽能電池)。
「耦接(Coupled)」：以下描述指稱元件或節點特徵被「耦接」在一起。當用於本文時，除非另有明確說明，「耦接」表示一個元件/節點/特徵直接或間接接合點到另一個元件/節點/特徵(或直接或間接地與另一個元件/節點/特徵聯通)，且不必然為機械上的接合點。
「抑制(Inhibit)」：當用於本文中，抑制被用以描述效果的減少或最小化。當一個組件或功能被描述為抑制一動作、作動或情況時，其可能完全阻止其結果或後果或未來狀態。另外，「抑制(Inhibit)」也可以表示可能發生的結果、性能和/或效力的減少或減輕。因此，當一個組件、元件、或特徵被稱為抑制一結果或狀態時，其不需要完全防止或消除該結果或狀態。
此外，一些術語也可僅為了參照之目的而被用在以下描述中，且因此不旨在為限制。舉例來說，術語諸如「上部(upper)」、「下部(lower)」、「以上(above)」、以及「以下(below)」表示所參照的圖式中的方向。術語諸如「前(front)」、「後(back)」、「後方(rear)」、「側(side)」、「外側(outboard)」、及「內側(inboard)」描述在一致但任意的參考框架中的部
件的部分的定向及/或位置，參考框架藉由參考描述討論部件之文本和相關聯的圖式而變得清楚。此種術語可包含以上具體提到的字詞、其衍生、和具有相似意涵的字詞。
在此闡述利用簡化的沉積製程製造太陽能電池之方法、以及形成之太陽能電池。在下文的說明中，描述例如具體製程流程操作之許多具體細節，以提供本揭露之實施例之透徹的了解。對所屬技術領域中具有通常知識者而言將顯而易見的是，本揭露之實施例可不需要這些具體細節地實行。在其他例子中，為了避免不必要地模糊本揭露之實施例，不詳細描述例如，光刻及圖樣化技術之眾所周知之製造技術。此外，將被理解的是圖中所示的各種實施例係為例示性表示而不需按比例繪製。
本文揭露一種製造太陽能電池之方法。在一實施例中，製造太陽能電池之方法涉及將模板基板裝載在沉積室，且不自沉積室移出模板基板地執行沉積方法。沉積方法涉及在模板基板上形成第一矽層(第一導電型的第一矽層)。沉積方法涉及在第一矽層上形成第二矽層(第一導電型的第二矽層)。沉積方法亦涉及在第二矽層之上形成第三矽層(第二導電型的第三矽層)。沉積方法亦涉及在第三矽層上形成固態摻雜層(第一導電型的固態摻雜層)。
在另一實施例中，製造太陽能電池之方法涉及將多孔矽基板裝載在腔室溫度在約攝氏400-800度的範圍內之沉積室，且不自沉積室移出多孔矽基板地執行沉積方法。沉積方法涉及在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，在多孔矽基板上形成第一N型單晶矽層，第一N型單晶矽層具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的磷濃度且具有在約0.1-10微米範圍內的厚度。沉積方法亦涉及在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，在第一N型單晶矽層上形成第二N型單晶矽
層，第二N型單晶矽層具有在約1E14-1E17原子/cm3範圍內的磷濃度且具有在約10-100微米範圍內的厚度。沉積方法亦涉及在第二N型單晶矽層上形成薄氧化物層。沉積方法亦涉及在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，在薄氧化物層上形成P型單晶矽層，P型單晶矽層具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的硼濃度且具有在約0.1-1微米範圍內的厚度。沉積方法亦涉及在溫度約攝氏400-800度的範圍內，在P型單晶矽層上形成磷矽酸鹽玻璃(phosphosilicate glass(PSG))層。沉積方法亦涉及在形成PSG層之後，自沉積室移出多孔矽基板且隨後執行涉及驅使磷摻雜物自PSG層進入至P型單晶矽層的區域之的方法。隨後執行的方法亦涉及自多孔矽基板移出為太陽能電池的單一材料堆疊的第一N型單晶矽層、第二N型單晶矽層以及P型單晶矽層。隨後執行的方法亦涉及在P型單晶矽層之上形成金屬化結構。
本文亦揭露太陽能電池。在一實施例中，太陽能電池包含具有光接收表面以及背表面的基板。薄介電層設置在基板的背表面上。第一單晶矽射極區域設置在薄介電層的第一部分上且摻雜有第一導電型的雜質。第二單晶矽射極區域設置在薄介電層的第二部分上，接近設置在薄介電層的第一部分的第一單晶矽射極區域。第二單晶矽射極區域摻雜有第二(相反的)導電型的雜質。P/N接面係在第一單晶矽射極區域與第二單晶矽射極區域之間。
本文揭露的實施例係針對簡化多晶矽(Poly-Si)或單晶矽射極的製造，如藉由原位摻雜(in-situ doping)及雷射摻雜製程操作來處理。在具體的例子中，實施例係針對用於在薄磊晶(epitaxial(epi))矽(Si)層上執行無溝(trenchless)矽射極的簡化製程。可執行一或多個實施例以節省涉及在薄磊晶矽結構上的結晶矽射極區的實施的薄磊晶矽方法的成本。
對於提供的全文，雖然薄磊晶矽能節省Si成本以得到低成本電池，然而為了此種電池被包含在高效率優質太陽能電池市場，仍需要高效率。由於其優異的鈍化品質(passivation quality)及與電接觸相關的良好特性，因此此種太陽能電池的結晶矽射極區的實施可增加效率。然而，在製造製程中相對長(工作時間)的製程操作可能需要高成本來實施。因此，本文揭露的實施例可涉及併入原位摻雜及後續的雷射摻雜技術在磊晶沉積室中，以簡化製程操作且提供用於在epi Si上實施結晶矽射極區的方法。
在例示性實施例中，如更加詳細描述於下，一種太陽能電池製造方法涉及在多孔化模板(porosified template)上形成太陽能電池層。例如，在磊晶(epi)沉積室中，單趟可形成五個層：(1)原位摻雜(例如，N型)前表面層、(2)輕摻雜(例如，N型)或本質Si(intrinsic Si)「塊狀(bulk)」層、(3)穿隧氧化物層(其可以熱成長、沉積或其組合而形成)、(4)輕摻雜(例如，P型)多Si或單晶Si層、以及(5)磷摻雜氧化物層，例如磷矽酸鹽玻璃(PSG)層。接著模板可自epi室移出且接著應用雷射摻雜以藉由驅使磷自PSG進入至射極層以於一些區域中反向摻雜(counter-dope)輕摻雜P型射極(多晶或單晶)層。在此種實施例中，由於P射極層係為非常輕的摻雜而使反向摻雜容易達成。因此，可製造其中N型區係為以磷重摻雜之無溝架構。在實施例中，在此種架構中，由於穿隧氧化物抑制下面層的摻雜物擴散而使射極推擠效應(emitter push effect)或共擴散風險(co-diffusion risk)非常低。上述兩個操作有效地完成射極的製造。隨後亦能執行金屬化及前表面製程，以完成太陽能電池製造製程。可執行本文所述的方法以提供高效率、低成本、薄Si的太陽能電池。
在例示性製程流程中，第1圖至第6圖係根據本揭露之實施例，描繪在製造太陽能電池中的各階段之截面圖。第7圖係根據本揭露之實施例，列出製造太陽能電池的方法中，對應於第1圖至第6圖的操作之流程圖700。
參照流程圖700的操作702且對應於第1圖，一種製造太陽能電池的方法涉及將模板基板100裝載在沉積室中。在實施例中，無需自沉積室移出模薄基板100，進行以下描述之完整的沉積方法。在另一實施例中，執行以下描述之沉積方法的至少一部分而不自沉積室移出模板基板100。
在實施例中，將模板基板100裝載在腔室的溫度在約攝氏400-800度的範圍內之沉積室。在此種實施例中，沉積室係為磊晶沉積室，例如具有如用於在反應室中加熱的紅外線(infra-red(IR))燈泡之化學汽相沉積(CVD)反應室。在實施例中，模板基板100係為多孔矽基板(其例如可具有經由退火製程密封的表面，以僅留基板內部為多孔)。在此種實施例中，在磊晶沉積於多孔矽層上之前，多孔矽層的頂部表面係在沉積室中，藉由溫度約攝氏1000-1300度的範圍內之預退火密閉。在實施例中，不自沉積室移出多孔矽基板，下述的層在沉積室中以單趟沉積。
現參照流程圖700的操作704且對應於第2圖，製造太陽能電池的方法涉及在模板基板100上形成第一矽層102。在實施例中，第一矽層102係為第一導電型。
在實施例中，第一矽層102係藉由在溫度約攝氏1000-1300度的範圍下沉積矽而形成。在此種一實施例中，第一矽層102矽形成為N型單晶矽層，其具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的磷濃度。在一實施例中，第一矽層矽形成為N型單晶矽層，其具有在約0.1-10微米範圍內的厚度。在具體實
施例中，第一矽層102係利用矽烷(silane(SiH4))、氮(nitrogen(N2))以及膦(phosphine(PH3))的組合作為製程氣體而形成。
現參照流程圖700的操作706且對應於第3圖，製造太陽能電池的方法涉及在第一矽層102上形成第二矽層104。在實施例中，第二矽層104係為第一導電型。
在實施例中，第二矽層104係藉由在溫度約攝氏1000-1300度的範圍下沉積矽而形成。在此種實施例中，第二矽層104係形成為N型單晶矽層，其具有在約1E14-1E17原子/cm3範圍內的磷濃度。在一實施例中，第二矽層104係形成為N型單晶矽層，其具有約在10-100微米範圍內的厚度。在具體實施例中，第二矽層104係利用矽烷(SiH4)、氮(N2)以及膦(PH3)的組合作為製程氣體而形成。
現參照流程圖700的操作708且對應於第4圖，製造太陽能電池的方法選擇性地涉及在第二矽層104上形成薄氧化物層106。
在實施例中，薄氧化物層106係藉由沉積薄氧化物層或熱成長薄氧化物層，或藉由熱成長及沉積的結合而形成在第二矽層104上。在一實施例中，至少一些薄膜氧化物層106係利用矽烷(SiH4)及氧(O2)的組合作為製程氣體沉積。
現參照流程圖700的操作710且對應於第5圖，製造太陽能電池的方法涉及在第二矽層104上形成第三矽層108。在實施例中，第三矽層108係為第二(不同的)導電型。在形成薄氧化物層106的實施例中，第三矽層係形成在薄氧化物層106上，如第5圖所示。
在實施例中，第三矽層108係藉由在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內沉積矽而形成。在此種實施例中，第三矽層108係形成為P型多晶或單晶矽層，其具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的硼濃度。在一實施例中，第三矽層108係形成為P型多晶或單晶矽層，其具有約在0.1-1微米範圍內的厚度。在具體實施例中，第三矽層108係利用矽烷(SiH4)、氮(N2)及硼源(例如，BH3、B2H6或BBr3中的一或多種)的組合作為製程氣體沉積。
在另一實施例中，低溫P型多晶矽層被形成為第三矽層108。例如，P型多晶層係在溫度約攝氏400-800度的範圍下，形成在薄氧化物層106(例如矽氧化物層)上。
在另一實施例中，P型單晶矽層係形成為在薄介電層上的第三矽層108(如層108的例子)，其適合於使單晶成長。在例示性實施例中，P型單晶矽層係形成為在薄釓(gadolinium)氧化物層上的第三矽層108。
現參照流程圖700的操作712且對應於第6圖，製造太陽能電池的方法涉及在第三矽層108上形成固態摻雜層110。在實施例中，固態摻雜層110係為第一導電型。
在實施例中，固態摻雜層110係藉由在溫度約攝氏400-1000度的範圍下沉積形成。在此種實施例中，首先將模板基板100裝載在腔室的溫度在約攝氏400-800度範圍內之沉積室中。接著在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內形成如上所述的矽層。隨後，使室中的溫度下降且在或接近約攝氏400-800度範圍內的初始腔室溫度，藉由沉積而形成固態摻雜層110。在具體實施例中，為解決生產量，固態摻雜層110的沉積溫度係在或接近用於將後續的模板基板導引至腔室中的所需之溫度。
在實施例中，固態摻雜層110係為磷矽酸鹽玻璃(PSG)層。在此種實施例中，PSG層係由矽烷(SiH4)、氧(O2)以及膦(PH3)的組合作為製程氣體，或由矽烷(SiH4)及P2O5的組合來形成。在實施例中，藉由在與其他沉積溫度相比相對較低溫下沉積固態摻雜層110，可抑制驅使摻雜物自固態摻雜層110進入至第三矽層108直到於沉積室外部執行後續的製程/圖樣化操作。
現參照流程圖700的操作714，製造太陽能電池的方法涉及在第三矽層108上形成固態摻雜層110之後，自沉積室移出模板基板100。
在實施例中，模板基板100在形成固態摻雜層110之後，立即(例如，沒有進一步的沉積製程)自沉積室移出。如上所述，在一實施例中，此方法允許引入新基板的引入而沉積固態摻雜層110後毋需實質上地溫度改變。
一旦具有上述的層的模板基板自沉積室移出時，可執行進一步製程。在例示性的進一步製程流程中，第8圖至第10圖係根據本揭露之實施例，描繪在製造太陽能電池的各階段之截面圖。第11圖係根據本揭露之實施例，列出製造太陽能電池的方法中對應於第8圖至第10圖之操作之流程圖1100。
參照流程圖1100之操作1102且對應第8圖，製造太陽能電池的方法涉及自沉積室移出模板基板100之後，驅使摻雜物自固態摻雜層110進入至第三矽層108的區域112，且留下第三矽層108的剩餘區域114。
在實施例中，摻雜物係以適於P型及N型指狀接觸圖樣的圖樣中被驅使。亦即，摻雜物僅在需要N型射極區(例如，在自PSG層驅使磷摻雜物的情況下)的位置中被驅使。在一實施例中，利用部分的PSG層的直寫雷射(direct write laser)照射116進行驅使，如第8圖所示。在其他實施例中，遮罩及
蝕刻製程係在PSG層上執行。在另一情況中，隨後的退火可在PSG層存在或PSG層移出之後執行。
在根據本揭露之實施例中，不論如何執行，摻雜物的驅使將區域112轉換成N型區。為了轉換區域例如自P型轉換成N型，隨後併入的N型摻雜物可能必須以相對於在區域112中總摻雜濃度的至少一個數量級壓制現存的P型摻雜物。在實施例中，區域112的電性轉換導致在層108中相鄰的區域112與114之間P/N接面的形成。在具體實施例中，區域112被植佈以提供含硼矽層108的磷植佈區，其中磷植佈區域112的磷雜質的濃度係大於區域108中硼雜質的濃度至少10倍(即，至少一個數量級)，因此在非磷植佈區域114大於硼雜質的濃度至少一個數量級。在一實施例中，為了充分地壓制(反向摻雜)先包含的摻雜物以主導摻雜特性，反向摻雜區在摻雜濃度上大於先包含的摻雜物至少一個數量級。然而，在其實施例中，反向摻雜區在摻雜濃度上並未大於約二或三個數量級，使反向摻雜區與非反向摻雜區的導電性差異不會影響太陽能電池的最終表現及效率。應理解的是，P型區域114的部分殘留摻雜可能例如經由分散或不完全的摻雜而實際發生。然而，任何此種殘留摻雜不足以反向摻雜最終留下的P型區域114。
參照流程圖1100之操作1104且對應第9圖，製造太陽能電池的方法涉及自模板基板100移出為太陽能電池的單一材料堆疊的第一矽層102、第二矽層104、薄氧化物層(若存在)以及第三矽層108。
因此，在實施例中，自多孔矽基板移出第一N型單晶矽層、第二N型單晶矽層以及P型單晶矽層作為太陽能電池的單一材料堆疊。在實施例中，
在移出的期間保留固態摻雜層110，如第9圖所示。然而，在另一實施例中，在自模板基板110移出材料堆之前，移除固態摻雜層110。
參照流程圖1100之操作1106且對應第10圖，製造太陽能電池的方法涉及在第三矽層108之上形成金屬化結構117。雖然以例示性順序示出，應理解的是，依據可由製造設備的具體構成而定義出的最有效地製造製程，可以改變操作1102、1104以及1106的執行順序。亦應理解的是，在驅使摻雜物之後固態摻雜層可被完全地移除或可完整或部分的保留以作為最終太陽能電池架構的工作件。
參照第10圖，在實施例中，金屬化結構係藉由圖樣化絕緣層118，且在其中形成導電接觸120而形成。導電接觸120係電性連接第三矽層108的區域112及114(即連接至太陽能電池的結晶矽射極區)。在一實施例中，導電接觸結構120係由先沉積且圖樣化絕緣層118以具有開口，且接著在開口中形成一或多個導電層來製造。在此種實施例中，開口係藉由雷射剝除形成。在實施例中，導電接觸結構120包含金屬且係藉由沉積、光刻以及蝕刻製程，或替代性地藉由印刷或電鍍製程，或替代性地藉由箔片黏著製程來形成。
參照第10圖，移出用於太陽能電池的單一材料堆疊涉及提供第一N型單晶矽層102作為太陽能電池的光接收表面122。在此種實施例中，紋理化太陽能電池的光接收表面122以提供最終製成太陽能電池的紋理化表面124。在此種實施例中，採用氫氧化物類的溼蝕刻劑以紋理化N型單晶矽層102。應理解的是，光接收表面的紋理化的時間可有所不同。在實施例中，紋理化的表面可為具有用於散射入射光，降低自太陽能電池的光接收表面的光反射出的規則或不規則形的表面。
參照第10圖，其他實施例可包含在光接收表面122上形成鈍化層及/或抗反射塗佈(ARC)層(如層126同時地示出)，例如矽氮化物層、矽層、矽氧化物層或矽氮氧化物層。應理解的是，形成鈍化層及/或ARC層的形成的時間亦可有所不同。
本文所述的一或多個實施例係針對具有形成於太陽能電池的基板上之射極區的太陽能電池，具體而言，係針對具有射極區的無溝配置的太陽能電池。用於參考，具有形成在背接觸式太陽能電池的背表面上的多晶矽層中的射極區之最先進的太陽能電池經常具有分隔N型射極區與P型射極區的間隙。此外，間隙經常被延伸以形成延伸至下面基板的溝。因此，此種太陽能電池可表示為溝接觸式太陽能電池。相較之下，本文揭露的一或多個實施例係針對在簡化的沉積方法中提供無溝配置的太陽能電池製程流程。在一實施例中，在多晶矽層中提供無溝配置。在另一實施例中，在單晶矽層中提供無構配置，且其例示性太陽能電池如下所述。
隨著再次參照第10圖，在實施例中，太陽能電池包含具有光接收表面(層102的暴露表面)與背表面的基板(層102加層104)。薄介電層106設置在基板的背表面上。第一單晶矽射極區域112設置在薄介電層106的第一部分上且摻雜第一導電型的雜質，例如N型雜質。第二單晶矽射極區域114設置在薄介電層106的第二部分上，其接近設置在薄介電層106的第一部分上的第一單晶矽射極區域112。第二單晶矽射極區域114摻雜有第二(相反)導電型的雜質，例如P型雜質。在實施例中，在第一單晶矽射極區域112與第二單晶矽射極區域114之間存在有P/N接面。
在此種實施例中，第一單晶矽射極區域112進一步包含第二導電型的雜質，例如區域112同時包含N型雜質及P型雜質。在具體的此種實施例中，在第一單晶矽射極區域112中第一導電型雜質的總濃度係大於在第二單晶矽射極區域114及第一單晶矽射極區域112中第二導電型雜質的總濃度約一個數量級。在一實施例中，太陽能電池進一步包含電性連接至第一單晶矽射極區域112的第一導電接觸結構120、以及電性連接至第二單晶矽射極區域114的第二導電接觸結構120。
整體而言，雖然某些材料已被具體描述於上，但是部分材料可輕易地被其他的材料替代，而此種實施例仍在本揭露的實施例的精神與範圍內。例如，在一實施例中，可形成不同材料層以最終提供太陽能電池基板。在此種實施例中，形成III-V族材料層以最終提供太陽能電池基板，替代形成N型矽層以最終用作為太陽能電池基板。
此外，應理解的是，雖然具體描述N+及P+型摻雜，但是預期設想其他實施例中包含相反的導電型，例如分別為P+及N+型摻雜。此外，雖然明顯地參照背接觸式太陽能電池的配置，但是應理解的是，本文所述之方法亦可應用於前接觸式太陽能電池。在其他實施例中，可執行上述的所稱的無溝製程，以最終製造的溝接觸式太陽能電池。例如，可先執行如上述的製程流程，且隨後溝可形成在射極區之間。
因此，已揭露利用簡化的沉積製程製造太陽能電池的方法及所得的太陽能電池。
雖然具體實施例已於上文中描述，但這些實施例並不意圖限制本揭露之範疇，即使其中對於特定特徵僅描述單個實施例。提供於本揭露中之
特徵之範例意為說明而非限制，除非另有敘述。以上描述意圖涵蓋對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將為顯而易見之具有本揭露之效益的此類替換物、修改物以及等效物。
本揭露的範疇包含在本文中所揭露的任何特徵或特徵的組合(明示地或隱含地)，或者其任何概括，而不論其是否減輕了本文中所處理的任何問題或所有問題。因此，在本申請(或其聲明優先權的申請案)的審查期間，可制定新的申請專利範圍成任何這樣的特徵組合。特別是，參照所附的申請專利範圍，來自附屬項的特徵可與獨立項的特徵組合，而來自各獨立項的特徵可以任何適當的方式組合，且不僅為所附的申請專利範圍中所列舉的特定組合。
700:流程圖
702、704、706、708、710、712、714:操作
Claims (23)
- 一種製造太陽能電池的方法，該方法包含：裝載一模板基板至一沉積室，且不將該模板基板自該沉積室移出地進行一沉積方法，該沉積方法包含：形成一第一矽層在該模板基板上，且該第一矽層係為一第一導電型；形成一第二矽層在該第一矽層上，且該第二矽層係為該第一導電型；形成一薄氧化物層在該第二矽層上；形成一第三矽層在該薄氧化物層上，且該第三矽層係為一第二導電型；形成一固態摻雜層在該第三矽層上，且該固態摻雜層係為該第一導電型；以及移除該固態摻雜層。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第三矽層在該第二矽層上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中形成該第一矽層、形成該第二矽層以及形成該第三矽層包含在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內沉積矽，且其中形成該固態摻雜層包含在溫度約攝氏400-1000度的範圍內進行沉積。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中裝載該模板基板至該沉積室包含在腔室溫度約攝氏400-800度的範圍下裝載至該沉積室，且其中形成該固態摻雜層包含在腔室溫度約攝氏400-800度的範圍內進行沉積，該方法進一步包含：在形成該固態摻雜層在該第三矽層上之後，隨即將該模板基板自該沉積室移出。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該第三矽層為一單晶矽層。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中形成該第一矽層包含形成具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的磷濃度之一N型單晶矽層，其中形成該第二矽層包含形成具有在約1E14-1E17原子/cm3範圍內的磷濃度之一N型單晶矽層，以及形成該第三矽層包含形成具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的硼濃度之一P型單晶矽層。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中形成該第一矽層包含形成具有在約0.1-10微米範圍內的厚度之一N型單晶矽層，其中形成該第二矽層包含形成具有在約10-100微米範圍內的厚度之一N型單晶矽層，其中形成該第三矽層包含形成具有在約0.1-1微米範圍內的厚度之一P型單晶矽層。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該薄氧化物層在該第二矽層上包含沉積該薄氧化物層或熱成長該薄氧化物層。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，進一步包含：形成該固態摻雜層在該第三矽層上之後，自該沉積室移出該模板基板；以及在自該沉積室移出該模板基板之後，驅使摻雜物自該固態摻雜層進入至該第三矽層的區域。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中驅使該摻雜物自該固態摻雜層進入至該第三矽層的區域是使用雷射直接照射在固態摻雜層上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，進一步包含：形成該固態摻雜層在該第三矽層上之後，自該沉積室移出該模板基板；以及自該沉積室移出該模板基板之後，自該模板基板移出為一太陽能電池的一單一材料堆疊的該第一矽層、該第二矽層以及該第三矽層。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中自該沉積室移出該模板基板的步驟係在自該模板基板移出為該太陽能電池的該單一材料堆疊的該第一矽層、該第二矽層以及該第三矽層的步驟之前實施。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，進一步包含：在形成該固態摻雜層在該第三矽層上之後，自該沉積室移出該模板基板；以及在自該沉積室移出該模板基板之後，形成一金屬化結構在該第三矽層上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該第三矽層為一多晶矽層，其中形成該第一矽層及形成該第二矽層包含在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內沉積矽，其中形成該第三矽層包含在溫度約攝氏400-800度的範圍內沉積矽，以及其中形成該固態摻雜層包含在溫度約攝氏400-1000度的範圍內進行沉積。
- 一種製造太陽能電池的方法，該方法包含：裝載一多孔矽基板在腔室溫度在約攝氏400-800度的範圍內之一沉積室，且不將該多孔矽基板自該沉積室移出地進行一沉積方法，該沉積方法包含：在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，形成一第一N型單晶矽層在該多孔矽基板上，該第一N型單晶矽層具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的磷濃度且具有在約0.1-1微米範圍內的厚度；在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，形成一第二N型單晶矽層在該第一N型單晶矽層上，該第二N型單晶矽層具有在約1E14-1E17原子/cm3範圍內的磷濃度且具有在約10-100微米範圍內的厚度；形成一薄氧化物層在該第二N型單晶矽層上；在溫度約攝氏1000-1300度的範圍內，形成一P型單晶矽層在該薄氧化物層上，該P型單晶矽層具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的硼濃度且具有在約0.1-1微米範圍內的厚度；在溫度約攝氏400-800度的範圍內，形成一磷矽酸鹽玻璃(PSG)層在該P型單晶矽層上；以及 在形成該磷矽酸鹽玻璃層之後，自該沉積室移出該多孔矽基板且隨後進行一方法，該方法包含：驅使磷摻雜物自該磷矽酸鹽玻璃層進入至該P型單晶矽層的區域；自該多孔矽基板移出為一太陽能電池的一單一材料堆疊的該第一N型單晶矽層、該第二N型單晶矽層以及該P型單晶矽層；移除該磷矽酸鹽玻璃層；以及形成一金屬化結構在該P型單晶矽層上。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中驅使磷摻雜物自該磷矽酸鹽玻璃層進入至該P型單晶矽層的區域包含雷射照射部分的該磷矽酸鹽玻璃層。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中移出該太陽能電池的該單一材料堆疊包含提供該第一N型單晶矽層作為該太陽能電池的一光接收表面，該方法進一步包含：紋理化該太陽能電池的該光接收表面。
- 一種根據申請專利範圍第15項所述之方法製造的太陽能電池，包括：該第一N型單晶矽在該多孔矽基板上，該第一N型單晶矽層具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的磷濃度且具有在約0.1-1微米範圍內的厚度；該第二N型單晶矽層在該第一N型單晶矽層上，該第二N型單晶矽層具有在約1E14-1E17原子/cm3範圍內的磷濃度且具有在約10-100微米範圍內的厚度；該薄氧化物層在該第二N型單晶矽層上；該P型單晶矽層在該薄氧化物層上，該P型單晶矽層具有在約1E18-1E20原子/cm3範圍內的硼濃度且具有在約0.1-1微米範圍內的厚度，且具有反向摻 雜的N型區域，其中該反向摻雜的N型區域的磷濃度比該P型單晶矽層的該硼濃度至少高一個數量級；以及該金屬化結構在該P型單晶矽層上。
- 一種太陽能電池，包含：一基板，具有一光接收表面及一背表面；一薄介電層，設置在該基板的該背表面上；一第一單晶矽射極區域，設置在該薄介電層的一第一部分上且摻雜有一第一導電型雜質；一第二單晶矽射極區域，設置在該薄介電層的一第二部分上，靠近設置在該薄介電層的該第一部分上的該第一單晶矽射極區域，該第二單晶矽射極區域摻雜有相反導電型的一第二導電型雜質；一P/N接面，在該第一單晶矽射極區域與該第二單晶矽射極區域之間；以及一金屬化結構設置在該第一單晶矽射極區域和該第二單晶矽射極區域之上，其中該金屬化結構直接接觸該第一單晶矽射極區域和該第二單晶矽射極區域。
- 如申請專利範圍第19項所述之太陽能電池，其中該第一單晶矽射極區域進一步包含該第二導電型雜質。
- 如申請專利範圍第20項所述之太陽能電池，其中在該第一單晶矽射極區域中的該第一導電型雜質的總濃度係大於在該第二單晶矽射極區域及該第一單晶矽射極區域中的該第二導電型雜質的總濃度約一個數量級。
- 如申請專利範圍第19項所述之太陽能電池，其中該金屬化結構包含：一第一導電接觸結構，電性連接至該第一單晶矽射極區域；以及一第二導電接觸結構，電性連接至該第二單晶矽射極區域。
- 如申請專利範圍第19項所述之太陽能電池，其中該薄介電層 包括釓(gadolinium)的氧化物。
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