[发明专利]选择性射极太阳能电池的制程

说明书

技术领域：

本发明涉及一种太阳能电池的制程，特别是指一种选择性射极太阳能电池(selective emitter solar cell)的制程。

背景技术：

太阳能电池的种类繁多，其中，结晶硅太阳能电池因为具备光电转换效率佳、基本技术与半导体相似而成熟度高，以及发电特性安定等特点，是目前市场中占据最大比重的主流产品。

参阅图1，结晶硅太阳能电池1的基本结构包含一基材11、一设于该基材11顶面的前电极12，及一设于该基材11底面的背电极13。该基材11是结晶硅，并经过一致性(homogeneous)掺杂后形成电性接面结构(p-n junction)，而在照光时产生光电流，该前电极12、背电极13配合将产生的光电流导出供后续应用。

尽管结晶硅太阳能电池1发展成熟且已商品化，但仍有极大的改善空间；其中，选择性射极(selective emitter)的导入，而制作出如图2所示的选择性射极太阳能电池2，是最为直接而有效的方法。

参阅图2，所谓的选择性射极太阳电池2，是指在基材21对应形成有前电极22的位置处，掺杂较浓而形成重掺杂扩散区(相对p型基材而言为n++掺杂，阻值约45～50Ω/sq(欧姆/单位正方))，对应没有前电极22的位置处则掺杂较轻而形成轻掺杂扩散区(相对p型基材而言为n+掺杂，阻值约110～150Ω/sq)，有别于目前的结晶硅太阳能电池1的一致性掺杂，以加深加大基材21的电性接面结构，进而拥有较佳的短波长吸收、较低的漏电流，以及更高的光转换效率。

目前，在基材形成轻、重掺杂扩散区以制作选择性射极太阳能电池的制程，大致有以下几种：

1、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，以胶膜为扩散源辅以高温制程将其中的磷气相向外扩散(Gas-phase out-diffusion)至基材中，让基材对应于印有胶膜处形成重掺杂扩散区，其余区域为轻掺杂扩散区。

这样的制程虽然可用一次的高温扩散同时形成轻、重掺杂扩散区，但是需要精准的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。

2、在基材上进行全面性的高浓度掺杂形成高浓度掺杂层，再以网印方式形成阻障层配合回蚀方式(etching back process)，蚀刻掉部分区域而得到轻、重掺杂扩散区。

此制程的缺点是要大面积且均匀地回蚀具有相当的困难度高，同样地不适合量产；此外回蚀的过程中也有可能伤害例如已形成的表面粗糙结构。

3、掺杂前先网印上以二氧化硅(SiO₂)为主要构成材料的扩散阻障层，再透过扩散阻障层将掺杂元素掺杂入基材中，借着网印的扩散阻障层调变掺杂的总量浓度与深度，而形成轻、重掺杂扩散区。

这种制程最大的问题在于网印形成的扩散阻障层的组成元素，会同时在高温制程中扩散进入基材中，而造成掺杂浓度的不易掌握。

4、直接调整SiH₄/PH₃的比例形成不同浓度的磷玻璃(phosphosilicate glass)，再于预定的区域上布设不同浓度的磷玻璃，然后同样地用高温制程让磷掺杂入基材中而形成轻、重掺杂扩散区。

此制程在量产上最大的障碍在于需要繁复的过程，才能在特定区域上形成浓度不同之磷玻璃。

5、在基材上进行全面性的低浓度掺杂成低浓度掺杂扩散层，再采用含磷之银胶配合网印制程网印出前电极，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轻、重掺杂扩散区。

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；不过，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。

6、在基材上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扩散区，随后以电镀法填充沟槽形成埋藏式前电极(buried contact)。

此制程的优势在于结合了选择性射极的制作与埋藏式前电极；不过，缺点也在于因为需要额外的激光蚀刻与掺杂设备，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，而不利于量产。