太阳能电池制造方法
【专利摘要】本发明是关于一种太阳能电池的制造方法，主要包含：提供一硅片，先将硅片进行前处理，并利用扩散制程形成P-N电极，接着以热氧化法对硅片进行加热，分别于硅片的相反两侧的表面上形成氧化层，并于硅片一侧氧化层表面形成抗反射层，再利用激光消熔法或使用蚀刻胶在抗反射层上形成沟渠，并以电极电镀法于沟渠上形成金属电极层。其中，利用热氧化法对硅片加热可有效增加磷扩散深度，进而使二极管中的空乏区宽度增加，并让太阳能电池的转化率维持在19％以上。此外，硅片另一侧所形成的氧化层，将有助制作出射极与背面钝化性电池结构。
【专利说明】太阳能电池制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种太阳能电池的制造方法，特别是一种增加磷扩散深度、且能搭配电镀技术及射极与背面钝化性电池(Passivated Emitterand Rear Cell ；PERC)技术的太阳能电池的制造方法。
【背景技术】
[0002]早期以传统半导体技术所制造的电极，其制备过程中难免需要进行黄光、微影、薄膜沉积等步骤，然而，这些步骤所需的占地面积较大，设备及制程所需成本高，且制备过程相当复杂。
[0003]一般太阳能电池的制造流程中，为讲求低制造成本与高发电功率的原则下，金属电极的制造方式并无法沿用高成本的半导体技术，因此转向简易又高产率的网版印刷技术。网印技术乃将金属导电浆料以直接印刷方式将图案印刷至硅基板上，之后历经烘烤将有机溶剂移除后，最后以高温烧结方式将金属与硅基板形成合晶以达到欧姆接触。
[0004]正面金属电极的图案多为栅栏式，在固定面积的硅基板会要求正面电极尽量减少对光源遮蔽的覆盖面积，以求达到最高的光电转换效率。然而对于网板技术而言，栅栏式的线宽终究会有一最小极限，目前最佳的工艺技术可达55?50 μ m的细线宽，估计最终极限为45 μ m。于此，对于追求先进太阳能高效制程，则将目光投向电镀技术，希望能制造更为细致的栅栏式电极，也可以制造出更低电阻的欧姆接触。对于太阳能制造流程与成本预算，半导体运用的电镀技术是不合乎成本的，因此设备商开发出太阳能电池专属的光诱导电镀技术，利用此元件本身可自行发电的特性，使得电镀液可在特定区块行氧化还原反应形成电极。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供一种太阳能电池的制造方法，主要包含下列步骤:
[0006](I)提供一硅片，并进行硅片表面清洗及粗糙化处理，使硅片的一第一表面粗糙化。
[0007](2)使用三氯氧磷(POCl3)对该第一表面进行一扩散处理，依序形成一 P-N 二极管在该硅片上，其中该P-N 二极管的一表面及至少一边缘形成含磷的磷玻璃；
[0008](3)去除P-N 二极管表面及边缘所形成的磷玻璃。
[0009](4)利用热氧化法对硅片进行加热，并在已去除磷玻璃(PSG)的P-N二极管表面上形成一第一氧化层。
[0010](5)形成一抗反射层在第一氧化层上。
[0011](6)移除部份的抗反射层而形成一沟渠，并在沟渠上形成一金属电极层。
[0012]此外，选择性地在硅片的另一表面上形成一第二氧化层。
[0013]本发明的主要目的，是提供一种太阳能电池的制造方法，其中，因磷浓度的提升可使P-N 二极管的厚度增加0.2至0.3 μ m，如此一来，太阳能电池的转化率将维持在百分之十九以上。
[0014]本发明的另一目的，是提供一种太阳能电池的制造方法，其中，因所使用的热氧化法易于控制可操作温度的范围，除可使硅片表面的缺陷降低之外，并在热氧化处理的降温过程具有吸收金属杂质的作用，而让太阳能电池达到更好的转化率。
[0015]本发明的另一目的，是利用热氧化法将氧化层对硅片进行加热，并在未形成有P-N二极管的另一表面上形成前述的第二氧化层，此氧化层将有助于背面钝化技术的电池片。一般而言，电池片的背面会利用氧化铝钝化而减少表面的缺陷，若预先生长一层氧化层再进行氧化铝沉积，将有助于提升整体表面钝化的表现。目前处理的方式为在沉积前先将硅片预热，但使用预热的方式生长氧化层质量不一，而使用热氧化处理可将质量提升。完整的背面钝化技术，将能推动下一世代的电池开发，尤其为射极与背面钝化性电池(PassivatedEmitter and Rear Cell,PERC)。
[0016]在太阳能电池制造技术中，不外乎是表面蚀刻增加吸光率，接下来做磷扩散形成二极管中的空乏区，然后经过表面清洗再沉积抗反射膜，最后让正背面的电极各自接上原件即可完成的。
[0017]在本发明中，在P型硅芯片上经过POCl3磷扩散后会形成薄薄一层N型射极，之后会将表面的磷玻璃洗去，此时并没有任何电极的形成。接下来会透过本发明所提出的高温退火技术，将射极的深度做得更进入硅芯片，此目的有许多而其中重要是可避免激光剥蚀表面抗反射层时伤害到射极，以方便往后的电镀技术，也对射极与背面钝化性电池制作技术的实施有所帮助。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的太阳能电池制造方法流程图；
[0019]图2A-图2H是本发明的太阳能电池制造方法中各制造步骤示意图；
[0020]图3是本发明的太阳能电池结构示意图；
[0021]图4是本发明的太阳能电池制造方法中磷浓度变化的曲线图。
[0022]【主要元件符号说明】
[0023]11 太阳能电池制造方法
[0024]111提供一硅片，并进行硅片表面清洗及粗糙化处理的步骤
[0025]112进行硅片表面的扩散处理，形成P-N 二极管的步骤
[0026]113去除P-N 二极管表面形成的磷玻璃及边缘层的步骤
[0027]114 利用热氧化法对硅片加热，并在已去除磷玻璃的P-N 二极管表面上形成一氧化层的步骤
[0028]115形成一抗反射层在氧化层上的步骤
[0029]116使用激光消熔法移除部分抗反射层而形成一沟渠的步骤
[0030]117使用电极电镀法在沟渠上形成一金属电极层的步骤
[0031]15 太阳能电池
[0032]151 硅片
[0033]1513 磷玻璃
[0034]153 P-N 二极管
[0035]154氧化层
[0036]155抗反射层
[0037]1551 沟渠
[0038]1553 晶种层
[0039]156金属电极层
[0040]157氧化层
[0041]1571金字塔结构
[0042]18 激光束
【具体实施方式】
[0043]本发明是揭露一种太阳能电池的制造方法，其中所使用的硅片、激光消熔法、电极电镀法，是利用现有技术来达成，故在下述说明中，并不作完整描述。此外，于下述内文中的图式，亦并未依据实际的相关尺寸完整绘制，其作用仅在表达与本发明特征有关的示意图。
[0044]首先，请参阅图1，是本发明的较佳实施例，为一种太阳能电池制造方法11的流程图，主要包含下列步骤:
[0045]步骤111:提供一硅片做为基板，并进行硅片表面清洗及粗糙化处理；
[0046]步骤112:进行硅片表面的扩散处理，形成P-N 二极管；
[0047]步骤113:去除P-N 二极管表面及边缘形成的磷玻璃(PhosphorSilicate Glass ；PSG)；
[0048]步骤114:利用热氧化法对硅片加热，并在已去除磷玻璃(PSG)的P-N 二极管表面上形成一氧化层；
[0049]步骤115:形成一抗反射层在氧化层上；
[0050]步骤116:使用激光消熔法或使用蚀刻胶移除部分抗反射层而形成一沟渠 '及
[0051]步骤117:使用电极电镀法在沟渠上形成一金属电极层。
[0052]上述太阳能电池制造方法11的各步骤111?117，详细说明如下。
[0053]首先，请参考图2A，在图2A中，是提供一硅片151做为基板，并对硅片151进行清洗，此步骤的目的是为了去除切割损伤层，并使硅片151的表面干净，当硅片151的表面干净后，再针对娃片151的表面进行等向性蚀刻(anisotropic etching)的粗糙化处理。当娃片151为单晶硅时，是利用碱性溶液例如氢氧化钠(Sodium hydroxide, NaOH)或是氢氧化钾(Potassium hydroxide, K0H)和异丙醇(Isopropano, IPA)混合作为蚀刻液对娃片151表面进行蚀刻，使硅片151的表面暴露出硅晶，并且使硅片151的表面变得粗糙化，使得硅片151的表面产生数个大小不一的金字塔结构1571，而金字塔结构1571是为了减低入射光经过第一次反射就折回的机率。当硅片151为多晶硅时，是利用硝酸与氢氟酸混合而成的蚀刻液对硅片151表面进行蚀刻。
[0054]接着，请参阅图2B，图2B是表示在硅片151上的形成P_N二极管的结构的示意图。在图2B中，利用三氯氧磷(POCl3)与携带气体(carrygas),例如氮气(N2)或是気气(Ar),两者互相混合后，在高温850°C下对前述图2A的硅片151送入炉管中进行扩散制程，使用三氯氧磷(POCl3)使磷(Phosphorus)掺杂于娃片151,三氯氧磷(POCl3)在高温下与氧气(O2)反应产生五氧化二磷(P2O5)沉积在硅片151表面，五氧化二磷(P2O5)与硅(Si)反应后生成的磷原子会在硅片151表面形成含磷的二氧化硅(S12),再经由扩散制程的方式于硅片151上的形成二氧化硅的掺杂层，即形成了 P-N 二极管153。
[0055]请参阅图2C，在图2C中，透过扩散制程的步骤，硅片151的P_N 二极管153的电极表面及边缘层会形成含磷的磷玻璃(phosphosilicateGlass,PSG),此时需经由干蚀刻的电衆蚀刻(plasmaetching)进行边缘蚀刻(edge etching)的处理,将P-N 二极管153表面及边缘的磷玻璃1513除去。
[0056]接着，请参阅图2D，于图2D中，在去除硅片151表面的磷玻璃(PSG)后，将具有P-N二极管153的硅片151进行热氧化处理，其操作条件为:起始温度为750±10°C，并以每分钟5±3°C速率加热至850± 10°C，并于850± 10°C维持十分钟，之后开始进行降温，以每分钟5±3°C速率降温至700±50°C，并控制通入的氧气流量为5±3L/min。经由热氧化法处理过的硅片151，在P-N 二极管153的表面会具有一层氧化层154，特别是指硅氧化物层例如二氧化硅(S12)，而此氧化层154可作为保护层，可防刮伤、防湿气，且其厚度为0.2 μ m至
0.3 μ m。
[0057]请参阅图2E,是使用电衆辅助化学气相沉积(plasma enhancedchemical vapordeposit1n, PECVD)的方法,在氧化层154上镀上一层材质为氮化娃(silicon nitride,SiN)的抗反射镀膜层155 (ant1-reflect1n coating, ARC)。由于电衆辅助化学气相沉积的作用形成了抗反射镀膜层155,其气体来源使用娃烧(silane, SiH4)和氨气(ammonia,NH3),使其抗反射镀膜层155可用来减少入射光的反射，并且具有保护电极的作用。
[0058]请参阅图2F，在氧化层154上镀上抗反射镀膜层155之后，是利用激光束18照射抗反射镀膜层155，以去除部分抗反射镀膜层155而在抗反射镀膜层155内形成至少一个沟渠1551。在本发明的实施例中，因利用激光消熔法时所使用的激光束18会损坏P-N二极管153表面约0.2 μ m至0.3 μ m深，此时，如缺乏保护层来保护P-N 二极管153，由于激光束18容易击穿P-N二极管153的结构，而造成漏电流显著增加，并导致设备故障。因此，在本发明中先前所形成的氧化层154可用来保护P-N 二极管153的结构，以防止激光束18穿透P-N二极管153的结构，此外，在本实施例中，氧化层154的厚度范围约为0.2μπι至0.3μπι。
[0059]请参阅图2G，在进行电镀前会先在沟渠1551内形成晶种层(SeedLayer) 1553，再将硅片151送入高温炉进行高温烧结，为达快速烧结，高温炉使用温度范围约为300°C至600°C。接着，请参阅图2H，在晶种层1553上进行金属沉积以形成金属电极层156，其中金属沉积的材料可选择铜或金，因此可形成铜电极层或是金电极层。此外，在本发明的另一实施例中，可以利用电极电镀法来降低接触电阻，且由电极电镀法取代传统网印金属银胶技术来形成金属电极层156，可减少太阳能电池表面覆盖面积，进而达到提升太阳能电池效率的目的。
[0060]因此根据前述可以知道，在太阳能电池制造技术中，不外乎将硅片151表面进行蚀刻以增加整个太阳能电池的吸光率。接下来利用磷扩散在P-N 二极管153内形成空乏区(未在图中表示)，然后经过表面清洗再沉积抗反射镀膜层155，最后让设置于太阳能电池制正背面的电极各自接上元件即可完成的。
[0061]在本发明的实施例中，在硅片151特别是指P-型硅片151上经过POCl3磷扩散之后，会形成薄薄一层N-type射极(未在图中表不),之后会将P-N 二极管151表面的磷玻璃1513洗去，此时并没有任何电极的形成。接下来会透过高温退火技术，将射极的深度做得更进入硅片151，此目的是可以避免激光剥蚀表面抗反射镀膜层155时伤害到射极。
[0062]请接着参阅图3，为本发明的太阳能电池结构示意图，此太阳能电池结构是经由上述步骤111至117所制造形成，主要包含:基板151、P-N 二极管153、氧化层154、抗反射层155、及金属电极层156。
[0063]请再参阅图4，为本发明的太阳能电池制造方法中磷浓度变化的曲线图，图中所示曲线A代表一般太阳能电池制造方法下的磷浓度的变化，并无经由热氧化处理过程；而曲线B代表本发明的太阳能电池制造方法下磷浓度的变化，是经过热氧化处理步骤，其中，于基板深度达50nm以上时，曲线B的整体表现趋势皆明显较曲线A来得高，意即经过热氧化处理步骤后的磷浓度明显较未经热氧化处理者为高，此外，磷浓度的提高将使得第二电极的厚度增加0.2至0.3 μ m，而太阳能电池的转化率维持在19%以上。反之，没有经过热氧化处理步骤的太阳能电池，太阳能电池的转换效率只能维持在18.6% ;再对照步骤114的热氧化处理过程，其操作温度不仅可降低硅片表面缺陷，并可在热氧化处理的降温过程吸收金属杂质，因此，透过本发明的热氧化处理可使所制备的太阳能电池达到良好的转换效率，而利于太阳能的制造。
[0064]此外，在上述如图2D所示的将具有P-N 二极管153的硅片151进行热氧化处理的步骤中，亦可以相同的加热操作条件:起始温度为750±10°C，并以每分钟5±3°C速率加热至850± 10°C，并于850± 10°C维持十分钟，之后开始进行降温，以每分钟5±3°C速率降温至700±50°C，并控制通入的氧气流量为5±3L/min，在硅片151的背面形成另一层氧化层157,其厚度为Inm至5nm,较佳为Inm至2nm。在本发明所提出的太阳能电池的制作上,此一氧化层157可让太阳能电池进一步具有一射极与背面钝化性电池(Passivated Emitterand Rear Cell ；PERC)结构。换言之，可以在硅片151的背面以一电浆辅助化学气相沉积法(Plasma-enhanced CVD ；PECVD)、一原子层沉积法(Atomic LayerDeposit1n ；ALD)、一常压化学气相沉积法(Atmospheric Pressure CVD ；APCVD)或一喷雾涂布法(spray coating)沉积一钝化层薄膜而作为背面钝化材料，而氧化层157的形成有助于优化此一钝化层沉积薄膜的化学及物理性质，例如帮助氧化铝薄膜维持其本身带有的电荷。这里的钝化层薄膜的材质可以是氧化铝、氮化硅、二氧化钛或碳化硅。如此一来，钝化层薄膜所造成的背面钝化效果不会因为温度、湿度、还有酸碱度等环境改变而衰减。
[0065]虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。
【权利要求】
1.一种太阳能电池制造方法，其特征在于，包括下列步骤: (1)提供一娃片；对该娃片的一第一表面进行粗糙化处理； (2)使用三氯氧磷(POCl3)对该第一表面进行一扩散处理，依序形成一P-N 二极管在该硅片上，其中该P-N 二极管的一表面及至少一边缘形成含磷的磷玻璃； (3)去除在该P-N二极管的该表面及该边缘所形成的该磷玻璃； (4)利用热氧化法对该硅片加热，在已去除磷玻璃(PSG)的P-N二极管表面上形成一第一氧化层 '及 (5)形成一抗反射层在第一氧化层上。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，还包含下列步骤:移除一部份该抗反射层，且于该抗反射层的该部分被移除处形成一沟渠，以及于该沟渠上形成一金属电极层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，移除该抗反射层的该部份以形成该沟渠的步骤是通过一激光消熔(Laserablat1n)法或者使用蚀刻胶来达成。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，形成该金属电极层的步骤是通过一电极电镀法来达成。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，形成该金属电极层的步骤是通过一金属沉积法来达成。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，还包含下列步骤:利用热氧化法对该硅片加热，在该硅片的一第二表面上形成一第二氧化层，该第二氧化层的厚度为 Inm ?5nm。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，还包含下列步骤:在该第二氧化层上形成一钝化层薄膜，该钝化层薄膜的材质是氧化铝、氮化硅、二氧化钛及碳化硅其中之一。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，在该第二氧化层上形成该钝化层薄膜的步骤是通过一选自于由电衆辅助化学气相沉积法(Plasma-enhancedCVD ；PECVD)、原子层沉积法(AtomicLayer Deposit1n ；ALD)、常压化学气相沉积法(Atmospheric PressureCVD ；APCVD)及喷雾涂布法(spray coating)所组成的群组的方式来达成。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，对该硅片的该第一表面进行粗糙化处理的步骤是使用氢氧化钠(NaOH)及氢氧化钾(KOH)其中之一的碱性溶液和异丙醇(IPA)混合而成的蚀刻液对该硅片的该表面进行蚀刻。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，对该硅片的该第一表面进行粗糙化处理的步骤是使用硝酸与氢氟酸混合而成的蚀刻蚀刻液对该硅片的该表面进行蚀刻。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，利用该热氧化法对该硅片加热的步骤中更包含通入一氧气的步骤，且该氧气的流量控制在5±3L/min。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，形成该抗反射层在该氧化层上的步骤是通过一电衆辅助化学气相沉积(Plasma-enhanced CVD ；PECVD)来达成。
【文档编号】H01L31/18GK104167460SQ201310183407
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】李岱殷, 赵家鸿 申请人:李岱殷