[实用新型]一种硅晶磊晶层、相关的晶硅基板结构及利用晶硅基板制造的硅晶太阳能电池结构

说明书

技术领域

本发明属结晶硅半导体薄膜生长技术的领域。 

本案利用网板印刷技术，成功的在结晶硅基板表面生长一层硅晶薄膜层，藉由本发明的制程技术，可以在晶硅基板的表面上调适此晶硅基板的表面特性；例如，掺杂的种类、含量，导电极性(P型或N型的导电极性)及结晶缺陷的控制…等，使分别适合于硅晶型太阳能电池、硅二极体、硅电晶体、硅闸流体…等硅晶半导体元器件的应用场合。 

本案实施的制程设备，为工业化量产的标准设备，具有成本优势，方法亦极为简单可行，本案以硅晶型太阳能电池的制作为例，具体说明之。 

背景技术

随着储藏的原油逐渐枯竭，取代能源的发展已经是一股潮流，其中核能发电虽然仍是主流，但是预计至西元2020年，全世界利用太阳能发电将达到100 GWp的总发电能量的布局，而发展将近60年的硅晶型太阳能电池，占有目前全部太阳能电池市场九成以上的市占率，基于硅乃是世界上最丰富的矿藏，约为地壳组成份的26%，以硅晶型太阳能电池现在拥有的量产化制程及规模，加上该产业能够逐一克服技术屏障，提高发电效率的驱势，预计硅晶型太阳能电池未来仍将扮演着太阳能发电的主要角色。 

目前大量制造的硅晶型太阳能电池产业，对于提高效率的方法都以能够符合所谓的Grid Parity的精神来实施，因此即便实验室已经证实可行的高效率结构，一时也都无法进入生产线大量制造，但是这些提高效率的实验室论证，却仍是量产化硅晶型太阳能电池业界引为改善效率的指导方向，例如降低硅晶型太阳能电池背表面的电子固结速度(BSRV，Back Side Recombination Velocity，或者以S_eff  (cm/s)表示之)以提高效率即是一个明显的例证；现行量产化的硅晶型太阳能电池制程中，利用印刷技术将一种由金属铝粉、玻璃微粒、有机物树脂、溶剂及各式添加物混炼成的导电铝浆披覆于硅晶基板背面，经过高温烧结而产生了铝背场(Al-BSF)，就是基于此实验室论证，将表面的电子固结速度降低，提高效率的一种例证。 

然而此种铝背场(Al-BSF)经长年的实施，所能提供的BSRV值虽然已经大幅改善，但是一般仍高于400 cm/s，而且对于制造大尺寸且日趋薄化的硅晶型太阳能电池，此铝背场容易造成晶片翘曲的问题十分严重，使得后续的模组生产容易压裂、破损，造成相当多的困扰。 

针对改善现阶段铝背场电子固结速度，D. S. Kim等人指出一种利用高温硼(Boron)扩散制程的硼背场(B-BSF)可以改善此问题(J. Electrochem. Soc., Volume 157, Issue 6, pp. H684-H687 (2010))，其研究报告指出，效率高达19.7％硅晶型太阳能电池是可行的，只是该实验的电池结构与现行量产的电池结构并不一致，需要利用黄光微影(PHOTO- LITHOGRAPHY) 制程；正、背金属电极也不是一般已知的印刷制程可以制作的，在现行的硅晶型太阳能电池生产线难以立即采用此高温硼(Boron)扩散制程予以制作硼背场(B-BSF)应是十分明显的事实。 

另外根据Frank Huster所言(20th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Barcelona, 6-10 June 2005 Pre-Print, 2AO.2.1)，铝背场形成的过程，铝浆最终会在硅基板背表面上以铝硅共析合金(eutectic alloy)的金属形态固结，而大尺寸且日趋薄化的结晶硅基板与这层铝硅合金层基于热膨胀性质(CTE)的巨大差异，的确是造成电池片翘曲的主要原因。Frank Huster将翘曲的太阳能电池片经过 - 20° C~ - 50° C的冷冻后，于室温下又会回复成平坦状态；此法值得进一步评估其引进量产制程的合适性，但是大部份的太阳能电池厂家都希望能有简易的解决办法，而不是增加制程的复杂性；导电铝浆供应厂家为此莫不伤透脑筋地调整配方希望达成客户的期望。