專利名稱：太陽能電池與其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種太陽能電池與其制造方法，特別是有關(guān)于一種以陽極處理氧化招(Anodic Aluminum Oxide ；AA0)層來作為電池背面純化層(Passivation Layer)的太陽能電池與其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于環(huán)境污染的問題越來越嚴重，很多國家開始開發(fā)新的綠色能源來減少境污染的問題。太陽能電池可將太陽的光能轉(zhuǎn)為電能，且這種轉(zhuǎn)換不會產(chǎn)生任何污染性的物質(zhì)，因此太陽能電池逐漸受到重視。太陽能電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光來發(fā)電。太陽能電池的發(fā)電 原理是當太陽光照射在太陽能電池上時，太陽能電池會吸收太陽光能，而使太陽能電池的P型半導體與N型半導體分別產(chǎn)生電子與空穴，并使電子與空穴分離來形成電壓降，進而產(chǎn)生電流。由于娃晶體在表面易產(chǎn)生如懸鍵(Dangling Bond)等晶格缺陷，易使太陽能電池產(chǎn)生的電子空穴再結(jié)合，而減少輸出的電量。因此，在娃基板的表面上一般會進行氫鈍化。通過氫與硅晶體中的缺陷和雜質(zhì)作用，鈍化其電活性?，F(xiàn)行科技中，氫鈍化通常和氮化硅抗反射膜的制備同時進行。在利用等離子加強化學氣相沉積(PECVD)工藝制備氮化硅抗反射膜時，儲存在氮化硅層中的氫原子在燒結(jié)過程會擴散進入硅晶體中，達到鈍化(Passivation)的作用，從而減少電子空穴再結(jié)合的問題。太陽能電池的背面通常會涂布上一層鋁膠，經(jīng)燒結(jié)后，鋁膠與基板的硅會形成共晶。當太陽能電池作用時，娃招共晶會產(chǎn)生背面電場(Back Surface Field ;BSF),背面電場可吸引載子以增加載子的收集，以提升電池的電性效果。為了增加載子的遷移率，鋁膜的厚度亦需加厚。然而，當鋁膜變厚時，由于硅與鋁的熱膨脹系數(shù)不同，硅基板易受熱彎曲使得太陽能電池彎折受損。兩相權(quán)衡之下，為了保全整體太陽能電池，只好限制鋁膜的厚度，其整體效果便較不理想了。為了解決上述問題，目前通常于背面鋁層與基板間設一鈍化層，并于鈍化層上以激光蝕刻或黃光微影蝕刻技術(shù)定位出背面接觸的孔洞，并于其上形成金屬接觸，從而形成區(qū)域背面電場(Local Back Surface Field ;LBSF)，借以產(chǎn)生鈍化效果，但是上述采用激光蝕刻或是黃光微影蝕刻技術(shù)卻存在有價格昂貴與制作過程繁雜的問題，于工業(yè)量產(chǎn)上有成本過高且不易大量生產(chǎn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面目的是在提供一種太陽能電池與其制造方法，其具有較低的制造成本，且可有效降低背面再結(jié)合速率(Back Surface Recombination Velocity ;BSRV)及可有效減緩電池高溫燒結(jié)后的變形量。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，此太陽能電池結(jié)構(gòu)包含半導體基板、射極層、陽極處理氧化招(Anodic Aluminum Oxide ；AA0)以及背面電極等。半導體基板具有相對的第一表面和第二表面。射極層形成于第一表面上，以形成PN接面(PN Junction)。陽極處理氧化鋁層形成于第二表面上，可反射自第一表面入射的光線，其中陽極處理氧化鋁層具有數(shù)個納米級孔洞。背面電極形成于陽極處理氧化鋁層上，其中背面電極的一部分是形成于納米級孔洞中，以使背面電極與半導體基板間電性連接。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，在此太陽能電池的制造方法中，首先提供半導體基板，其中此半導體基板具有相對的第一表面和第二表面。然后，形成射極層于半導體基板的第一表面上，以形成PN接面。接著，以陽極氧化招(Anodic Aluminum oxide)處理技術(shù)形成陽極處理氧化鋁層于第二表面上，其中陽極處理氧化鋁層具有數(shù)個納米級孔洞。然后，形成背面電極于陽極處理氧化鋁層上，其中背面電極的一部分是形成于納米級孔洞中，以使背面電極與半導體基板電性連接。本發(fā)明的太陽能電池與其制造方法，其具有較低的制造成本，且可有效降低背面再結(jié)合速率(Back Surface Recombination Velocity ；BSRV)及可有效減緩電池高溫燒結(jié)后的變形量。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，上文特舉一較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下圖I是繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例的太陽能電池制造方法的流程示意圖；圖2a至2f是繪示對應至制造方法的各步驟的太陽能電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是繪示陽極處理氧化鋁層的表面結(jié)構(gòu)；圖4是繪示陽極處理氧化鋁層形成步驟的流程示意圖；圖5a至5e是繪示對應至陽極處理氧化鋁層形成步驟的各子步驟的太陽能電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。主要組件符號說明100 :太陽能電池制造方法110 :基板提供步驟120 :表面粗糙化步驟130 :射極層形成步驟140 :陽極處理氧化鋁層形成步驟141:鋁層形成步驟142:陽極處理步驟143:移除步驟144:陽極處理步驟145 :蝕刻步驟150 :抗反射層形成步驟160:電極形成步驟210 :半導體基板212 :第一表面214 :第二表面220:射極層230:陽極處理氧化鋁層231 :納米級孔洞240 :抗反射層250:正面電極260:背面電極510 :鋁層512 :第一氧化鋁514:孔洞516 :剩余鋁層520 :第二氧化鋁層522 :孔洞
具體實施例方式請參照圖I以及圖2a至2f，圖I是繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例的太陽能電池制造方法100的流程示意圖，圖2a至2f是繪示對應至制造方法100的各步驟的太陽能電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在太陽能電池的制造方法100中，首先進行基板提供步驟110，如圖2a所示，以提供半導體基板210，其中半導體基板210具有相對的第一、第二表面212、214。在本實施例中，半導體基板210為P型半導體基板，其材質(zhì)可為第III-V族的二元半導體材料。接著，進行表面粗糙化步驟120，如圖2b所示，以粗糙化半導體基板210的第一表面212。表面粗糙化步驟120可 利用堿蝕刻(Alkaline texture)、酸蝕刻(Acidic texture)或反應式離子蝕刻(Reactive Ion Etch ；RIE)技術(shù)來進行蝕刻，以形成粗糙化的表面,其中，堿式蝕刻的材料為堿性溶液，并由異丙醇與氫氧化鉀或氫氧化鈉等成份所組成；而酸式蝕刻的材料為酸性溶液，并主要由硝酸等成份所組成。然后，進行射極層形成步驟130，如圖2c所示，以擴散的方式于半導體基板210上形成N型摻雜的射極層220，但本發(fā)明的實施例并不受限于利用擴散方式來形成N型摻雜的射極層。另外，在本實施例的射極層形成步驟130中，當N型摻雜物擴散完成后，位于半導體基板210邊緣的摻雜區(qū)域會被移除，以使半導體基板210的邊緣絕緣。接著，進行陽極處理氧化招(Anodic Aluminum Oxide ；AA0)層形成步驟140,如圖2d所示，以在半導體基板210的第二表面214上形成陽極處理氧化鋁層230，陽極處理氧化鋁層230可反射自第一表面入射212的光線。陽極處理氧化鋁層230具有多個納米級孔洞231。納米級孔洞231是貫穿陽極處理氧化鋁層230，并使半導體基板第二表面214露出。在本實施例中，納米級孔洞231為直徑10納米至500納米的圓形孔洞，以及孔洞深度為100納米至2000納米，但本發(fā)明實施例并不限于圓形的孔洞。然后，進行抗反射層形成步驟150，如圖2e所示，以將抗反射層240形成于射極層上?？狗瓷鋵?40可減少入射光的反射，以提高太陽光的利用率。在本實施例中，反射層240的材質(zhì)可為SiOx、SiNx或Al2O3，但本發(fā)明的實施例并不受限于此。然后，進行電極形成步驟160，如圖2f所示，以將正面電極250形成于射極層220上，以及將背面電極260形成于陽極處理氧化鋁層230上。正面電極250包含指狀電極和匯流電極(未繪示)。指狀電極是利用射極層220與半導體基板210間的PN接面來擷取電子。匯流電極則與指狀電極交叉設置，以將指狀電極所擷取的電子匯集起來，并向外傳輸，以提供外部裝置所需的電能。背面電極260是透過納米級孔洞231來與半導體基板210的第二表面214電性連接，以作為載子傳導的路徑。在本實施例中，正面電極250的材質(zhì)為銀，而背面電極的材質(zhì)為鋁或銀、鋁混合物，但本發(fā)明的實施例并不受限于此。其中，背面電極可利用鋁漿硬化來形成。例如，先將電極材料如鋁漿涂布于陽極處理氧化鋁層230上并使其流入填滿納米級孔洞231，接著再將鋁漿硬化，以形成背面電極260。由上述說明可知，本發(fā)明實施例的太陽能電池是利用陽極處理氧化鋁層230來做為半導體基板210和背面電極260間的鈍化層(Passivation Layer),以提供鈍化效果。再者，由于陽極處理氧化鋁層230的表面具有納米級孔洞231，因此其上方的背面電極260可透過納米級孔洞231來與半導體基板210進行緊密的結(jié)合。請參照圖3，其是繪示陽極處理氧化鋁層230的表面結(jié)構(gòu)示意圖。由圖3可看出，陽極處理氧化鋁層230上布滿了為數(shù)眾 多呈數(shù)組且具規(guī)則性的納米級孔洞231，因此當背面電極260透過納米級孔洞231來與半導體基板210第二表面214連接時，本實施例的背面電極260可強固地與基板結(jié)合而不易松脫，即使經(jīng)過熱脹冷縮作用，本實施例所制造的太陽能電池也不會輕易彎曲或斷裂。另言之，陽極處理氧化鋁層230的材質(zhì)經(jīng)證明為具有高硬度、高熔點的氧化鋁結(jié)構(gòu)，因此，于燒結(jié)程序后，陽極處理氧化鋁層230可有效提升半導體基板210背面的背鋁拉力，從而減少電池基板燒結(jié)后翹曲的變形量。另外，本實施例的陽極處理氧化招層230亦可降低背面再結(jié)合速率(Back Surface Recombination Velocity ；BSRV)，從而有效地改善電池的電性表現(xiàn)。經(jīng)實驗證明，本實施例的太陽能電池的背面再結(jié)合速率為90 ± 20 (厘米/杪)。請參照圖4以及圖5a至5e，圖4是繪示陽極處理氧化鋁層形成步騾140的流程示意圖，圖5a至5e是繪示對應至陽極處理氧化鋁層形成步驟140的各子步驟的太陽能電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。值得注意的是，圖5a至5e僅繪示與陽極處理氧化鋁層形成步驟140有關(guān)的結(jié)構(gòu)，而其它的結(jié)構(gòu)因已繪示于圖2a至2f中，故圖5a至5e不再繪示。在步驟140中，首先進行鋁層形成步驟141，如圖5a所示，以形成鋁層510于半導體基板210上。在本實施例中，鋁層510是以化學蒸鍍(CVD)或是物理濺鍍(PVD)沉積的方式來形成，但本發(fā)明的實施例并不受限于此。接著，進行第一陽極處理步驟142，如圖5b所示，以對鋁層510進行陽極處理。經(jīng)過第一陽極處理步驟142后，鋁層510的一部分會變成第一氧化鋁層512，且第一氧化鋁層512的表面上會形成有多個規(guī)則性陣列的孔洞514。然后，進行移除步驟143，如圖5c所示，以移除鋁層510中的第一氧化鋁層512，例如采浸泡于磷酸溶液中的方式。接著，進行第二陽極處理步驟144，如圖5d所示，以對剩余的鋁層516進行陽極處理，以將剩余的鋁層516轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙趸X層520，其中第二氧化鋁層520具有多個孔洞522。然后，進行蝕刻步驟145，以來蝕刻孔洞522，以使孔洞522貫穿第二氧化鋁層520來形成具有多個納米級孔洞231的陽極處理氧化鋁層230。在本實施例中，蝕刻步驟145是使用酸液，如磷酸、草酸或硫酸來蝕刻孔洞522，但本發(fā)明的實施例并不受限于此。當然，上述納米級孔洞231的孔洞尺寸與深度等規(guī)格，是可透過沉積鋁層的厚度控制納米孔洞的深度，以及可通過陽極處理的條件如電壓、酸溶液的濃度、流場設計等參數(shù)的調(diào)整，來控制孔洞的大小等尺寸。值得一提的是，雖然本實施例進行了兩次陽極處理步驟來形成陽極處理氧化鋁層，但在本發(fā)明的其它實施例中，亦可使用一次或三次以上的陽極處理步驟來形成陽極處理氧化鋁層，以提供較為快速或精確的陽極處理氧化鋁層形成步驟。雖然本發(fā)明已以數(shù)個實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，在本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中任何具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，其特征在于，包含 一半導體基板，具有相對的一第一表面和一第二表面； 一射極層，形成于該第一表面上，以形成一 PN接面； 一陽極處理氧化鋁層，形成于該第二表面上，其中該陽極處理氧化鋁層具有數(shù)個納米級孔洞；以及 一背面電極，形成于該陽極處理氧化鋁層上，其中該背面電極的一部分是形成于該些納米級孔洞中，以使該背面電極與該半導體基板電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，還包含一正面電極，形成于該射極層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其特征在于，該正面電極的材質(zhì)為銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，該些孔洞的直徑是介于10納米至.500納米間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，該背面電極的材質(zhì)為鋁或銀、鋁混合物。
6.一種太陽能電池的制造方法，其特征在于，至少包含 提供一半導體基板，其中該半導體基板具有相對的一第一表面和一第二表面； 形成一射極層于該第一表面上，以形成一 PN接面； 以陽極氧化鋁處理技術(shù)來形成一陽極處理氧化鋁層于該第二表面上，其中該陽極處理氧化鋁層具有數(shù)個納米級孔洞；以及 形成一背面電極于該陽極處理氧化鋁層上，其中該背面電極的一部分是形成于該些納米級孔洞中，以使該背面電極與該半導體基板電性連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，還包含形成一正面電極于該射極層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，形成該背面電極的步驟包含 涂布一電極材料于該陽極處理氧化鋁層上，并使該電極材料流入該些納米級孔洞中；以及 硬化該電極材料來形成該背面電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，形成該陽極處理氧化鋁層的步驟包含 沉積一招層于該半導體基板的該第二表面上； 對該鋁層進行一第一陽極處理，以使該鋁層一部分轉(zhuǎn)變成一第一氧化鋁層； 移除該第一氧化鋁層； 對剩余的鋁層進行一第二陽極處理，以使該剩余的鋁層轉(zhuǎn)變成一第二氧化鋁層，其中該第二氧化鋁層具有該些納米級孔洞；以及 進行一蝕刻步驟，以利用一酸液來蝕刻該些納米級孔洞，以使該些納米級孔洞貫穿該第二氧化鋁層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，該酸液為磷酸、草酸或硫酸。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種太陽能電池與其制造方法。此太陽能電池包含半導體基板、射極層、陽極處理氧化鋁層與背面電極。在此太陽能電池的制造方法中，首先提供半導體基板。接著，形成射極層于半導體基板的第一表面上，以形成PN接面(PN Junction)。然后，形成陽極處理氧化鋁(Anodic Aluminum Oxide；AAO)層于半導體基板的第二表面上，其中此第二表面與第一表面相對，而陽極處理氧化鋁層具有多個納米級孔洞。接著，形成背面電極于陽極處理氧化鋁層上，其中背面電極的一部分是形成于納米級孔洞中，以使背面電極與半導體基板電性連接。
文檔編號H01L31/18GK102646729SQ20111004133
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者唐偉程, 杜慶豪, 林景穎, 林綱正 申請人:茂迪股份有限公司