CN103165689B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池及其制造方法，该太阳能电池包含一个半导体单元、一层抗反射层及一个电极单元，该电极单元包括一顶电极，且该顶电极具有至少一个贯穿过该抗反射层与该半导体单元彼此连接的第一电极、至少一个设置在该抗反射层上的第二电极、及多条分别自该第一电极、该第二电极向外延伸并贯穿该抗反射层与该半导体单元连接的导线，利用不完全接触该半导体单元的顶电极，不仅可减小该顶电极与半导体单元的接触面积，减少对该抗反射层的破坏，还可降低该太阳能电池的逆电流。

Description

太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制作方法，特别是涉及一种具有不同电极结构设计的太阳能电池及其制作方法。

背景技术

太阳能电池指能经吸收太阳光而直接产生光电流的光电元件，而太阳能电池在工作时的损失，例如：入射到太阳能电池的光线被反射，或是太阳能电池照光后产生的载流子(电子-空穴对)在电池内部复合(recombination)消失等因素，都会影响太阳能电池的效率。因此，为了提升太阳能电池的效率，各家厂商无不积极投入太阳能电池结构及相关材料的开发及改良。目前常用来提升太阳能电池效率的方法，其中一种为利用电极结构的设计，增加电极与产生光电流的光作用层的接触面积，缩短电流传送路径并降低载流子的复合；另一种则是改善太阳能电池的收光效率，其大部分是在电池表面进行粗化，或形成一层抗反射层，以减低太阳光入射时的反射，而提升太阳能电池的收光效率。

参阅图1，为具有前述抗反射层及电极结构的硅太阳能电池，包含一底电极11、一半导体单元12、一抗反射层13及一顶电极14，该底电极11由金属构成，该半导体单元12可在接收光线后产生光电流，具有一与该底电极11连接的p-型半导体层121及一形成于该p-型半导体层121上的n-型半导体层122，该抗反射层13以氮化硅(SiNx)为材料，形成于该n-型半导体层122表面，可减低入射光反射并同时保护该半导体单元12，该顶电极14由导电材料构成(例如银)，穿过该抗反射层13并与该n型半导体层122连接，具有一呈栅状的主电极141(Bus bar)及多条自该主电极141延伸出的指叉状导线电极(finger bar)142。当太阳光由该太阳能电池收光面入射时，可经由该抗反射层13的作用减低入射光的反射，改善太阳能电池的收光效率；而该半导体单元12接受入射的光线后产生的光电流主要可经由该与n-型半导体层122电连接的导线电极142收集后经主电极141向外输出，利用该顶电极14的扩散式结构设计，缩短电流传送路径，而可有效收集光电流，提升太阳能电池的效率。

然而，前述该太阳能电池的主电极141的底部虽然都与该n-型半导体层122有所接触，也就是说该主电极141与该n-型半导体层122的接触面积较大，因此可以缩短电流传送路径而提升了收集光电流的能力，但是，该抗反射层13与该n-型半导体层122间的完整性也因此被破坏，而会降低对该半导体单元12的保护效果并使得表面载流子复合增加，而影响了整体的钝化效果；此外，由于该主电极141及所述导线电极142均会接触该n-型半导体层122，因此，该顶电极14的金属原子(例如银原子)也会经由扩散而进入该n-型半导体层122，而导致该太阳能电池有逆电流上升的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有新颖电极结构的太阳能电池。

此外，本发明的另一目的，在于提供一种利用具有不同烧穿性能的导电浆料来制备电极的太阳能电池制造方法。

本发明一种太阳能电池，包含一个半导体单元、一层抗反射层及一个电极单元。

该半导体单元可在接收光线后产生光电流，该抗反射层形成于该半导体单元上且由透光材料构成，该电极单元由导电材料构成，包括一顶电极，且该顶电极具有至少一个贯穿过该抗反射层与该半导体单元彼此连接的第一电极、至少一个设置在该抗反射层上的第二电极及多条分别自该第一电极及第二电极向外延伸并贯穿该抗反射层与该半导体单元连接的导线。

较佳地，前述该太阳能电池，其中该顶电极具有多个第一电极及多个第二电极，所述第一电极沿一第二方向延伸，并沿一与该第二方向相交的第一方向间隔排列，所述第二电极位于该抗反射层上，沿该第二方向延伸，不与该半导体单元连接且沿该第一方向与所述第一电极间隔设置。

较佳地，前述该太阳能电池，其中该顶电极具有多个第一电极、多个第二电极及多个沿一第一方向间隔排列的交错电极，该每一个交错电极由至少一个第一电极与至少一个第二电极沿一与该第一方向相交的第二方向排列且彼此连接而形成。

较佳地，前述该太阳能电池，其中该每一个交错电极由多个第一电极与多个第二电极沿该第二方向彼此交错排列且彼此连接而形成。

较佳地，前述该太阳能电池，其中该抗反射层具有多个对应该第二电极设置位置的孔洞，所述第二电极未贯穿该抗反射层，且会填入所述孔洞。

又，本发明一种太阳能电池制造方法，包含：

一准备步骤，提供一可在接收光线后产生光电流的半导体单元。

一抗反射层形成步骤，于该半导体单元表面形成一由透光材料构成的抗反射层。

一电极形成步骤，形成一可用以将光电流向外输出的电极单元，利用可烧穿过该抗反射层的第一导电浆料，于该抗反射层的预定表面形成至少一第一导电层，利用不会烧穿过该抗反射层的第二导电浆料于该抗反射层的其它预定表面形成至少一第二导电层，并利用可烧穿过该抗反射层的第三导电浆料，于该抗反射层表面形成多条自该第一、二导电层延伸的导线层，制得一半成品，然后将该半成品进行热处理，令该第二导线层形成一第二电极，并令该第一导电层及导线层于热处理过程烧穿过该抗反射层而形成与该半导体单元连接的一第一电极及多条导线。

较佳地，前述该太阳能电池制造方法，其中该半成品还具有利用第四导电浆料于该半导体单元远离该抗反射层的表面形成的一层第三导电层，且该第三导电层于热处理后会形成一个底电极。

较佳地，前述该太阳能电池制造方法，还包含一实施在该抗反射层形成步骤之后的孔洞形成步骤，自该抗反射层预定形成该第二电极的表面向下形成多个孔洞。

较佳地，前述该太阳能电池制造方法，其中所述孔洞以激光、蚀刻或阳极氧化铝蚀刻方式形成。

本发明的有益效果在于：通过电极材料的蚀刻性能选择，形成不完全接触该半导体单元的顶电极，不仅可减小该顶电极与半导体单元的接触面积，而减少该顶电极对该抗反射层的破坏，此外，还可降低该太阳能电池的逆电流。

附图说明

图1是以往太阳能电池的结构示意图；

图2是说明本发明太阳能电池制造方法的第一较佳实施例所制造出的太阳能电池；

图3是说明本发明太阳能电池制造方法的第一较佳实施例的流程图；

图4辅助说明图2，说明该太阳能电池的顶电极的另一实施态样；

图5辅助说明图2，说明该太阳能电池的顶电极的又一实施态样；

图6是说明本发明太阳能电池制造方法的第二较佳实施例的流程图；

图7说明本发明该第二较佳实施例所制造出的太阳能电池。

具体实施方式

下面结合附图、实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2，本发明太阳能电池制作方法的一第一较佳实施例是用于制造一如图2所示的太阳能电池，该太阳能电池包括一个半导体单元2、一层抗反射层3及一个电极单元4。

该半导体单元2可在接收光线后产生光电流，具有一层第一型掺杂的第一型半导体层21及一层具有第二型掺杂的第二型半导体层22。

该抗反射层3位于该第二型半导体层22表面，由透光材料构成，例如氮化硅(SiNx)，可用以减少入射光的反射、降低载流子在该半导体单元2表面的复合率，并保护该半导体单元2。

该电极单元4由导电材料构成，具有一个与该第一型半导体层21连接的底电极41及至少一个设置在该抗反射层3上并与该底电极41相互配合将该半导体单元2产生的光电流向外界输出的顶电极42，其中，该顶电极42具有多个第一电极421(BusBar)、多个第二电极422(Bus Bar)及多条导线423(Finger Bar)。要说明的是，所述第一、二电极421、422可分别为一个或多个彼此间隔排列，图2仅显示所述第一、二电极421、422为沿一第二方向y延伸且彼此沿一与该第二方向y垂直的第一方向x间隔排列的态样。

所述第一电极421沿该第二方向y延伸成长条形，并沿一第一方向x间隔设置，且所述第一电极421为贯穿该抗反射层3与该第二型半导体层22彼此连接，该第二电极422设置在该抗反射层3表面，沿该第二方向y延伸成长条形并沿该第一方向x与所述第一电极421间隔排列设置，且所述第二电极422不与该第二型半导体层22连接，所述导线423分别自该第一电极421及第二电极422向外延伸并贯穿该抗反射层3与该第二型半导体层22连接。

较佳地，为了减少该顶电极42对该半导体单元2的遮光率及保持该抗反射层3的完整度，该第一、二电极421、422的宽度不大于3mm；较佳地，该第一、二电极421、422的宽度介于0.5～1.5mm，且所述导线423的宽度介于10～150μm，更佳地，所述导线423的宽度介于40～70μm。

参阅图3，本发明太阳能电池制造方法的该第一较佳实施例，包含一准备步骤51、一抗反射层形成步骤52及一电极形成步骤53。

首先进行该准备步骤51，提供该可在接收太阳光后产生光电流的半导体单元2。

该半导体单元2于硅晶太阳能电池而言即为具有p-n接面的硅晶片，可同时作为该硅晶太阳能电池的基板及光伏特作用区。一般是以具有第一型掺杂的硅晶片进行热扩散(thermaldiffusion)制程，自该硅晶片表面向下形成具有第二型掺杂的掺杂层后而制得；其中，该第一、二型掺杂的电性彼此相反，例如当该第一型掺杂为p型掺杂时，则该第二型掺杂为n型掺杂；相反的，当该第一型掺杂为n型掺杂时，则该第二型掺杂为p型掺杂。于本较佳实施例中，该准备步骤51是将一块具有p型掺杂的p型硅晶片进行磷的热扩散(thermal diffusion)制程，于该p型硅晶片形成一个n型的掺杂层后，制得该具有p型掺杂的第一型半导体层21及n型掺杂的第二型半导体层22的半导体单元2，由于该热扩散制程为本领域技术人员所熟知且非本技术重点，因此不再多加叙述。

接着，进行该抗反射层形成步骤52，于该半导体单元2表面形成该抗反射层3。

具体的说，该抗反射层3选自透明不导电且折射率介于该半导体单元2与外界(例如空气或其他材料，例如EVA)间的材料，利用溅镀(Sputtering)或等离子辅助化学气相沉积(PECVD)等方式形成于该半导体单元2表面，用以减低入射光自外界入射至该半导体单元2时，因空气(或EVA)与该半导体单元2间折射率差过大所导致的全反射问题以及降低一般所存在的反射率问题，并可用来保护该半导体单元2；较佳地，该抗反射层3选自氮化硅、氧化钛、氧化硅，更佳地，该抗反射层3由氮化硅为材料构成，不仅可有效减少入射光的反射、减少该半导体单元2照光后产生的载流子在表面复合的机率，同时还具有防刮伤及防湿气的保护功能，较佳地，该抗反射层3的厚度介于50～120μm。于本实施例中该抗反射层3以氮化硅为材料，利用PECVD方式形成，且厚度为80～85μm。

最后进行该电极形成步骤53，形成用以将该半导体单元2产生的光电流向外输出的该电极单元4。

该步骤53利用具有高烧穿能力及低烧穿能力或无烧穿能力的导电浆料于烧结制程时，在该抗反射层3的表面形成该具有顶、底电极42、41的电极单元4。

详细地说，该步骤53利用网印方式将可烧穿过该抗反射层3的第一导电浆料，于该抗反射层3的预定表面形成一沿该第二方向y延伸成长条形的第一导电层，然后，使用不会烧穿过该抗反射层3的第二导电浆料，于该抗反射层3上沿该第二方向y延伸成长条形，并与该第一导电层沿该第一方向x间隔而形成第二导电层，然后，再利用可烧穿过该抗反射层3的第三导电浆料，于该抗反射层3表面形成多条自该第一导电层及第二导电层延伸的导线层，其中，于前述该第一导电浆料与第三导电浆料的网印步骤，两者若采用的浆料成份相同，也可同时进行网印。最后再于该第一型半导体层21远离该抗反射层3的表面形成一由第四导电浆料构成的第三导电层，制得一半成品。此处的第三导电层一般包含有背铝电极层与背银电极层，当然，也可为其他不同型态或材料的设计。

接着将该半成品置于温度到八百多度的高温炉管中进行烧结，令所述第二导电层及该第三导电层于烧结后转变成所述第二电极422及该底电极41，而所述第一导电层及导线层则会于烧结过程烧穿过该抗反射层3并与该第二半导体层22连接，而形成该第一电极421及导线423，即可完成该电极单元4制作。要说明的是，前述该第一、二、三导电层及导线层的制作顺序可依制程需求进行调整，非限于前述所述的顺序进行。

要说明的是，该第一导电浆料可以利用调整该金属氧化物或玻璃杂质等物质的含量而控制其对该抗反射层3的烧穿能力，换句话说，可通过提高或降低该第一导电浆料的金属氧化物或玻璃杂质等物质的含量而控制该第一导电浆料对不同厚度的抗反射层3的烧穿能力，即金属氧化物或玻璃杂质等物质的含量愈高则可烧穿愈厚的抗反射层3，金属氧化物或玻璃杂质等物质的含量愈低则可烧穿抗反射层3的厚度与能力就愈小；此外，该第二导电浆料则可选自不含金属氧化物或玻璃杂质等物质的导电浆料，令该第二导电浆料对该抗反射层3不具有烧穿性，或是控制该金属氧化物或玻璃杂质等物质的含量，而令该第二导电浆料对该抗反射层3具有轻微烧穿性，但烧结后不会贯穿过该抗反射层3，如此不仅可保持该抗反射层3与该第二半导体层22间接面的完整性，还可增加该第二电极422与该抗反射层3间的接合性。

较佳地，该第一导电浆料含有重量百分比不小于1wt％的金属氧化物及重量百分比介于80～90wt％的银，该金属氧化物选自氧化铅、氧化铋、氧化铊或其中一组合，该第二导电浆料含有重量百分比不大于1wt％的金属氧化物及重量百分比介于80～90wt％的银，该金属氧化物选自氧化铅、氧化铋、氧化铊或其中一组合，且该第三导电浆料可选自与该第一导电浆料相同的材料。于本实施例中，该第一导电浆料含有2wt％的氧化铅及80～85wt％的银浆，该第二导电浆料含有0.2wt％的氧化铅及80～85wt％的银浆，该第三导电浆料由与该第一导电浆料相同的材料构成，该第四导电浆料选自一般太阳能电池用的导电银浆与铝浆。

值得一提的是，该第一、二电极421、422也可形成如图4或图5所示，具有多个沿该第一方向x间隔排列的交错电极424，其中，该每一个交错电极424由一个或多个第一、二电极421、422沿该第二方向y交错排列且彼此连接而形成，通过所述第一、二电极421、422交错排列，可令接触与不接触该半导体单元2的第一、二电极421、422分布均匀而更有效收集光电流。

参阅图6，本发明太阳能电池制造方法的第二较佳实施例与该第一较佳实施例大致相同，其不同处在于该第二较佳实施例还包含一实施在该抗反射层形成步骤52之后的孔洞形成步骤52a。

该孔洞形成步骤52a以激光、蚀刻或阳极氧化铝蚀刻方式自该抗反射层3预定形成该第二电极的表面向下形成多个孔洞31。由于利用激光、蚀刻或阳极氧化铝蚀刻氮化硅为半导体领域常用的技术，因此不再一一说明，于本实施例中所述孔洞31利用激光穿孔方式形成，而得到如图7所示的太阳能电池结构。

参阅图7，本发明该第二较佳实施例制得的太阳能电池结构与该第一较佳实施例制得的太阳能电池结构大致相同，其不同处在于该第二较佳实施例制得的太阳能电池的抗反射层3还具有多个与所述第二电极422设置位置相对应的孔洞31，于本例中系为非贯穿型态，且该第二电极422填入所述孔洞31中，如此，可增加所述第二电极422与该抗反射层3的接触面积，提升该第二电极422与该抗反射层3的结合性，而防止所述第二电极422于后续组装过程脱落的问题。当然，本实施例的第二电极422可继续选用不会烧穿或烧穿能力很低的导电浆料。上述方式除可确保该抗反射层3本身钝化效果的提升，并更加确保了电极设置上的稳固性。

此外，值得一提的是，所述孔洞31也可为贯通该抗反射层3而令该半导体单元2露出，如此，当该第二电极422填入对应位置的孔洞31的同时还可与该半导体单元2连接，而可增加该第二电极422与该第二型半导体层22的接触面积。此外，为了减低所述孔洞31对该抗反射层3的破坏，较佳地，所述孔洞的孔径不大于200nm。

由以上说明可知，本发明利用导电浆料的烧穿能力不同的选择，来控制该抗反射层3相对于该半导体单元2的第二型半导体层22的钝化面积及其钝化效果，也就是说，本发明利用让该太阳能电池的顶电极42结构中所述第二电极422以完全没贯穿或是局部贯穿该抗反射层3的方式，从而减少传统上该顶电极42与该半导体单元2的第二型半导体层22的大面积接触，亦即可让该抗反射层3与该半导体单元2的第二型半导体层22的接面保有较高的完整度，而其中未接触该第二型半导体层22的第二电极422则可通过所述指叉状导线423的电连接，而不影响其收集电流的特性，同时，因为该顶电极42与该第二型半导体层22的接触面积减少，所以还可减低该顶电极42的金属原子扩散到该第二型半导体层22所造成太阳能电池逆电流上升的问题；此外，所述第二电极422还可通过形成于该抗反射层3的孔洞31增加其与该抗反射层3的接合性，而可进一步防止所述第二电极42于后续组装过程脱落的问题，而可令本发明的太阳能电池具有更优越的特性。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，包含一个半导体单元、一层抗反射层及一个电极单元，该半导体单元在接收光线后会产生光电流，该抗反射层形成于该半导体单元上且由透光材料构成，其特征在于，该电极单元由导电材料构成，包括至少一顶电极，其中，该顶电极具有至少一个贯穿过该抗反射层且与该半导体单元彼此连接的第一电极、至少一个设置在该抗反射层上的第二电极、及多条分别自该第一电极及该第二电极向外延伸并穿设该抗反射层与该半导体单元连接的导线，其中该顶电极同时具有接触该半导体单元的该第一电极以及不接触该半导体单元的该第二电极。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该顶电极具有多个所述第一电极及多个所述第二电极，所述第一电极沿一第二方向延伸，并沿一与该第二方向相交的第一方向间隔排列，所述第二电极位于该抗反射层上，沿该第二方向延伸，并不与该半导体单元连接且沿该第一方向与所述第一电极间隔设置。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该顶电极具有多个所述第一电极、多个所述第二电极及多个沿一第一方向间隔排列的交错电极，每一个所述交错电极由至少一个所述第一电极与至少一个所述第二电极沿一与该第一方向相交的第二方向排列且彼此连接而形成。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，每一个所述交错电极由多个所述第一电极与多个所述第二电极沿该第二方向彼此交错排列且彼此连接而形成。

5.根据权利要求1至4项中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，该抗反射层具有多个对应该第二电极的设置位置的孔洞，所述第二电极未贯穿该抗反射层，且会填入所述孔洞。

6.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，该方法包含

一准备步骤，提供一能在接收光线后产生光电流的半导体单元；

一抗反射层形成步骤，于该半导体单元表面形成一由透光材料构成的抗反射层；及

一电极形成步骤，形成一能用以将光电流向外输出的电极单元，该电极形成步骤利用能烧穿过该抗反射层的第一导电浆料，于该抗反射层的预定表面形成至少一第一导电层，利用不会烧穿过该抗反射层的第二导电浆料于该抗反射层的其它预定表面形成至少一第二导电层，并利用能烧穿过该抗反射层的第三导电浆料，于该抗反射层表面形成多条自该第一导电层、该第二导电层延伸的导线层，制得一半成品，然后将该半成品进行热处理，令该第二导电层形成一第二电极，并令该第一导电层及所述导线层于热处理过程烧穿过该抗反射层而形成与该半导体单元连接的一第一电极及多条导线。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，该半成品还具有利用第四导电浆料于该半导体单元远离该抗反射层的表面形成的一层第三导电层，且该第三导电层于热处理后会形成一个底电极。

8.根据权利要求6所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，还包含一实施在该抗反射层形成步骤之后的孔洞形成步骤，该孔洞形成步骤自该抗反射层预定形成该第二电极的表面向下形成多个孔洞。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述孔洞以激光或蚀刻方式形成。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述孔洞以阳极氧化铝蚀刻方式形成。