[发明专利]具有选择性射极结构的太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有选择性射极结构的太阳能电池及其制造方法，尤指涉及一种硅基板（Silicon Wafer）经过蚀刻以形成数条沟槽、一次电性掺杂以形成P-N接面（P-N Junction），以及选择性蚀刻以形成选择性射极结构。

背景技术

目前一般量产的硅晶太阳能电池是使用P型太阳能等级（Solar Grade）硅基板经过磷扩散（Phosphorous Diffusion）程序形成P-N接面而制成，其硅基板阻值（Resistivity）落在约1至3Ωcm，接面形成后的表面片电阻（Sheet Resistance）大约在60Ω/sq.左右。此片电阻值大约系厂商调配出来较佳之值，如果磷扩散后的N型层浓度太高，将导致片电阻很小，虽然代表N型层的电导率很高，以及前电极（Front Contact）与半导体的接触电阻很低，然而却会造成表面处的载子复合率提升，致使开路电压与短路电流皆会下降；反之，如果片电阻很高，则电导率下降，亦会造成前电极与半导体的接触电阻提高，进而不利于填充因子（Fill Factor）的提升。

选择性射极（Selective Emitter）技术，是降低前电极与半导体的接触电阻，且非电极区的横向电导率系维持一个较佳的情况。这种选择性地在局部区域（即在前电极金属的下方区域）掺杂较高浓度而在其它区域掺杂较低浓度的电池结构，具有较低的电极-半导体接触电阻，以及较好的短波长光响应。

目前，在硅基板形成高浓度、低浓度掺杂扩散区以制作选择性射极太阳能电池的制程，主要大致有以下几种：

第一种是选用含磷的胶材用网印的方式在对应需形成前电极的区域印出具有预定图像的胶膜，之后，以该胶膜为扩散源辅以高温制程将其中的磷扩散进入硅基板内，且同时形成气相，让基材对应于印有胶膜处形成高浓度掺杂扩散区，其余区域为低浓度掺杂扩散区。然而，该制程虽然可用一次的高温扩散同时形成高、低浓度掺杂扩散区，惟其需要精准地掌握高温扩散的热温度条件，才能达到目标的掺杂浓度，所以较不符量产所需。

第二种是在硅基板受光侧表面进行全面性的高浓度掺杂形成高浓度掺杂扩散层，再以网印方式形成阻挡层配合回蚀方式（Etching-Back Process），蚀刻掉部分区域而得到高、低浓度掺杂扩散区。此制程的缺点是要大面积且均匀地回蚀，具有相当高的困难度，同样地不适合量产；此外回蚀的过程中也有可能伤害已形成的表面粗糙结构。另外，此种电池必须以精准度较高的对准装置进行在高浓度掺杂扩散区域印刷银浆。由于初始印刷的银浆经烧结后其厚度不够，所以需进行所谓的光致动电镀程序（Light-Induced Plating）来增加银电极线的厚度，以减小电极线的电阻，故此程序目前尚无法达到量产化目的。

第三种是在硅基板受光侧表面进行全面性的低浓度掺杂形成低浓度掺杂扩散层，再采用含磷的银胶以网版印出前电极，最后共烧（Co-Firing）形成前电极的同时，让磷扩散进入低浓度掺杂层预定区域而形成高、低浓度掺杂扩散区。此制程最大优势是只需要更替原制程中形成前电极的银胶，因此可完全兼容于现有的量产技术；然而，共烧时银的扩散速度高于磷，会造成漏电流恶化，反而让选择性射极的优点无法显现。

第四种是在硅基板受光侧表面进行全面性的低浓度掺杂成低浓度掺杂扩散层，再用激光在预定形成前电极的区域上蚀刻出沟槽，并进行高浓度掺杂成重掺杂（Heavily-Doped）扩散区，随后以电镀法（Plating）填充沟槽形成前电极。该沟槽亦可具有一定深度，使形成埋入式电极结构，进而结合选择性射极与埋入式电极之制作。例如图3所示已知的太阳能电池侧剖面示意图，即为一种埋入式电极结构，其制造方式是首先在具有粗纹表面（前表面）32的P型硅基板30的受光侧表面形成较低掺杂浓度的N型层36、以及抗反射层33，然后以激光雕蚀数条沟槽作为布置前电极的区域，并于沟槽区进行较高浓度掺杂使形成重掺杂层34，亦即N⁺型层，接着以电镀法将金属填充于沟槽形成埋入式电极38。此种太阳能电池亦通常以网版印刷（Screen Printing）方式于背面涂布铝浆，于烧结后形成背电极39以及背表面场（Back Surface Field）37。然而，其缺点也在于因为需要额外的激光蚀刻与掺杂设备，以及电镀设备，不仅不兼容于现有的量产技术，且激光蚀刻的制造成本高，因而不利于量产。

由上述可知，制造具有选择性射极结构抑或兼具埋入式电极结构的硅晶太阳能电池，目前大多数使用的技术需要额外的制程设备，或者需要较繁复的制程而降低产出速率。故，一般无法符合使用者于实际使用时所需。