專利名稱：太陽能電池及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種具有簡單制造工藝的太陽能電池。
背景技術：
硅基太陽能電池為業界常見的一種太陽能電池。硅基太陽能電池的原理是將高純度的半導體材料(硅)加入摻質使其呈現不同的性質，以形成P型半導體及η型半導體，并將Pn兩型半導體相接合，如此即可形成一 ρ-η結。當太陽光照射到一個ρ-η結構的半導體時，光子所提供的能量可能會把半導體中的電子激發出來產生電子-空穴對。借由分別于P 型半導體及η型半導體上設置電極，使空穴往電場的方向移動并使電子則往相反的方向移動，如此即可構成太陽能電池。一般來說，為了使設置于半導體上的電極與半導體之間具有較低的接觸阻抗，會于電極與半導體之間形成一重摻雜區域。也就是說，在形成電極之前，先對半導體的部分表面進行摻雜，使得未來與電極接觸的半導體表面具有較高的摻雜濃度，以提升半導體與電極之間的電性接觸。然而，進行上述的局部摻雜必須使用具有特定形狀的掩模，且由于必須將電極形成于具有較高摻雜濃度的部分半導體表面上，因此需使用諸如網板印刷工藝 (screenprinter process)等工藝來形成電極。如此一來，導致太陽能電池具有較復雜的制造工藝以及較高的制造成本。

發明內容
為了解決上述問題，本發明提供一種太陽能電池，具有較佳的效能。本發明提供一種太陽能電池的制造方法，具有簡化的步驟。本發明提出一種太陽能電池。太陽能電池包括一半導體基材、一重摻雜層、一淡摻雜層、一第一電極層以及一第二電極層。半導體基材具有一第一表面以及一第二表面。重摻雜層位于半導體基材內，且從半導體基材的第一表面往半導體基材的內部延伸一第一厚度。淡摻雜層位于半導體基材內，且從重摻雜層往半導體基材的內部延伸一第二厚度，其中重摻雜層的第一厚度小于淡摻雜層的第二厚度。第一電極層位于半導體基材的第一表面上。第二電極層位于半導體基材的第二表面上。本發明另提出一種太陽能電池的制造方法。提供一半導體基材，其具有一第一表面以及一第二表面。進行一第一摻雜程序，以使第一摻雜程序的一摻雜源從半導體基材的第一表面往其內部擴散，以形成一淡摻雜層。進行一第二摻雜程序，以使第二摻雜程序的一摻雜源從淡摻雜層的表面往其內部擴散，以形成一重摻雜層。在重摻雜層上形成一第一電極層。于半導體基材的第二表面上形成一第二電極層。基于上述，在本發明的太陽能電池中，半導體基材內配置有淡摻雜層與重摻雜層， 其中重摻雜層配置于淡摻雜層上且與電極層的表面接觸。由于重摻雜層具有較高的濃度， 因此電極層與重摻雜層之間具有較低的接觸阻抗。如此一來，電極層與重摻雜層具有良好的電性接觸，進而提高太陽能電池的效能。另一方面，太陽能電池的制造方法具有簡化的步驟，能大幅縮減制造工藝時間與降低制造成本。為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。


圖IA至圖ID是根據本發明一實施例的太陽能電池的制造方法的流程剖面示意圖。圖2A示出在本實施例的太陽能電池的制造方法中，第一摻雜程序及第二摻雜程序的摻質的擴散溫度與擴散時間的關系圖。圖2B示出第一摻雜程序及第二摻雜程序的摻質的擴散深度與擴散濃度的曲線圖。上述附圖中的附圖標記說明如下100 太陽能電池102:半導體基材102a、102b:表面108、110 淡摻雜層120:重摻雜層120a、120b:表面130、140:電極層C” C2:濃度Clpd2:深度D1、D2:厚度t”、、、時間I\、T2、T3:溫度DP1、DP2:摻雜程序DF1、DF2:擴散步驟
具體實施例方式圖IA至圖ID是根據本發明一實施例的太陽能電池的制造方法的流程剖面示意圖。圖2A示出在本實施例的太陽能電池的制造方法中，第一摻雜程序及第二摻雜程序的摻質的擴散溫度與擴散時間的關系圖，以及圖2B示出第一摻雜程序及第二摻雜程序的摻質的擴散深度與擴散濃度的曲線圖。請參照圖1A，首先，提供一半導體基材102，其具有一第一表面10 以及一第二表面102b。在本實施例中，半導體基材102例如是摻雜有P型摻質的半導體材料。所述P型摻質可以是選自元素周期表中三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁 (Al)、鎵(Ga) JB (In)等等。另外，半導體基材102的材料可為硅、硫化鎘(CdS)、銅銦鎵二硒(Cuhfe^e2，CIGS)、銅銦二硒(CiJr^e2, CIS)、碲化鎘(CdTe)、半導體有機材料(organic material)或上述材料堆疊的多層結構。上述的硅包括單晶硅(single crystal silicon)、 多晶娃(polycrystal silicon)、非晶娃(amorphous silicon)或是微晶娃(microcrystal silicon)。第一表面10 例如是上表面，以及第二表面102b例如是下表面。
請同時參照圖1B、圖2A以及圖2B，接著，進行一第一摻雜程序DP1，以使第一摻雜程序DPl的一摻雜源(未示出)從半導體基材102的第一表面10 往其內部擴散，以形成一淡摻雜層108。在本實施例中，第一摻雜程序DPl的摻雜源例如是N型摻雜源。所述N型摻雜源可以是選自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。在本實施例中，第一摻雜程序DPl例如是包括進行一第一擴散步驟DFl與進行一第二擴散步驟DF2。如圖2A所示，在本實施例中，第一擴散步驟DFl的時間、為50 70分鐘，且溫度T1為攝氏800 840度，第二擴散步驟DF2的時間t2為25 35分鐘，且溫度T2為攝氏 850 880度。當然，雖然在本實施例中是以第一摻雜程序DPl包括第一擴散步驟DFl與第二擴散步驟DF2為例，但在另一實施例中，第一摻雜程序DPl也可以是僅包括一擴散步驟。如圖2B所示，在本實施例中，將半導體基材102的第一表面10 處視為摻質的擴散深度為0的位置，在第一摻雜程序DPl中，來自摻雜源的摻質例如是由半導體基材102 的第一表面10 擴散至深度為d2的位置，且摻質濃度C1是從半導體基材102的第一表面 102a往深度d2的位置逐漸遞減，以形成淡摻雜層108。其中，摻質濃度C1例如是3E19(1/ cm3)以下。換言之，淡摻雜層108的摻質濃度C1由淡摻雜層108之表面108a往其內部逐漸遞減，且淡摻雜層108的摻質濃度C1例如是3E19 (l/cm3)以下。請同時參照圖1C、圖2A以及圖2B，然后，進行一第二摻雜程序DP2，以使第二摻雜程序DP2的一摻雜源(未示出)從半導體基材102的第一表面10 往其內部擴散，以形成一重摻雜層120。其中，第二摻雜程序DP2的摻雜源與第一摻雜程序DPl的摻雜源為具有相同導電型態的摻雜源。在本實施例中，第二摻雜程序DP2的摻雜源例如是N型摻雜源。所述N型摻雜源可以是選自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。特別是，第二摻雜程序DP2的摻雜源與第一摻雜程序DPl的摻雜源可實質上為同一摻雜源。如圖2A所示，在本實施例中，第二摻雜程序DP2的時間t3為1 3分鐘，且溫度 T3為攝氏880 900度。如圖2B所示，在本實施例的第二摻雜程序DP2中，來自摻雜源的摻質例如是由半導體基材102的第一表面10 擴散至深度為Cl1的位置，且摻質濃度C2是從半導體基材102的第一表面10 往深度Cl1的位置逐漸遞減，以形成重摻雜層120。換言之，在本實施例中，重摻雜層120例如是具有一上表面120a以及一下表面120b，且重摻雜層 120的摻質濃度C2例如是從上表面120a往下表面120b逐漸遞減。在進行第一摻雜程序DPl與第二摻雜程序DP2之后，如圖IB所示的淡摻雜層108 實質上被區分成如圖IC所示的堆疊的淡摻雜層110與重摻雜層120。在本實施例中，重摻雜層120例如是全面形成于淡摻雜層108之上。請參照圖1C，在本實施例中，重摻雜層120 例如是具有第一厚度D1，以及淡摻雜層110例如是具有第二厚度D2。其中，第一厚度Dl實質上等于摻質的擴散深度屯，以及第二厚度D2實質上等于摻質的擴散深度d2與擴散深度Cl1 相減的差值。在本實施例中，第一厚度Dl例如是0. 02 0. 07微米，以及第二厚度D2例如是0. 3 0. 6微米。在本實施例中，淡摻雜層110的濃度例如是從重摻雜層120往半導體基材102逐漸遞減。淡摻雜層110的濃度C1例如是3E19(l/cm3)以下。在本實施例中，重摻雜層120的下表面120b與淡摻雜層110接觸，且重摻雜層120的濃度C2例如是從上表面 120a往下表面120b逐漸遞減。其中，重摻雜層120在上表面120a的濃度例如是9E19 6E20 (1/cm3)，以及重摻雜層120在下表面120b的濃度例如是9E18 5E19 (1/cm3)。換言之，重摻雜層120的濃度例如是從上表面120a往下表面120b呈梯度變化，以及淡摻雜層 110的濃度例如是從重摻雜層120往半導體基材102的第二表面102b的方向呈梯度變化。請參照圖1D，接著，在重摻雜層120上形成一第一電極層130。在本實施例中， 第一電極層130例如是包括多個指狀電極。第一電極層130可為單層或多層結構，且其材料可包括金屬材料(如鋁、金、銀、銅、鉬、鈦、鉭等)或透明導電氧化物(transparent conductive oxide, TC0)o所述透明導電氧化物例如是氧化鋁鋅(AZO)、銦鋅氧化物(IZO)、 銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅(SiO)、二氧化錫(SnO2)、氧化銦(In2O3)或是其他透明導電材質。 第一電極層130的形成方法可以是濺鍍法(sputtering)、金屬有機化學氣相沉積法(metal organicchemical vapor deposition,MOCVD)或蒸鍵法(evaporation)，本發明并不力口以限定。然后，于半導體基材102的第二表面102b上形成一第二電極層140。第二電極層 140的材料及形成方法可以參照第一電極層130的材質與形成方法，于此不贅述。在本實施例中，在進行形成第二電極層140的步驟后，太陽能電池100的制作大致完成。在本實施例中，是以第一摻雜程序與第二摻雜程序來形成堆疊的淡摻雜層與重摻雜層，使得重摻雜層與淡摻雜層的濃度由上表面至下表面逐漸遞減。特別是，如圖2A所示， 本實施例是借由調整摻雜程序中的擴散溫度與時間來達到具有想要的輪廓的重摻雜層與淡摻雜層，使得重摻雜層在較薄的厚度下具有較高的濃度，以及淡摻雜層與重摻雜層的濃度由上表面至下表面逐漸遞減。如此一來，設置于重摻雜層上的第一電極層與重摻雜層之間具有良好的電性接觸，進而提高太陽能電池的效能。另一方面，由于第一摻雜程序與第二摻雜程序例如是全面性摻雜，因此可以避免掩模的使用。換言之，本實施例的太陽能電池的制造方法具有簡單的步驟，以大幅縮減制造工藝時間與降低制造成本，且借由此制造方法所形成的太陽能電池具有較佳的效能。接下來，將以圖ID所示的太陽能電池100為例來說明本發明一實施例的太陽能電池，其中構件的材料或形成方法可以參照前文所述，于此不贅述。請參照圖1D，在本實施例中，太陽能電池100包括一半導體基材102、一重摻雜層120、一淡摻雜層110、一第一電極層 130以及一第二電極層140。半導體基材102具有一第一表面10 以及一第二表面102b。 重摻雜層120位于半導體基材102內，且從半導體基材102的第一表面10 往半導體基材 102的內部延伸一第一厚度D1。淡摻雜層110位于半導體基材102內，且從重摻雜層120 往半導體基材102的內部延伸一第二厚度D2，其中重摻雜層120的第一厚度Dl小于淡摻雜層110的第二厚度D2。第一電極層130位于半導體基材102的第一表面10 上。第二電極層140位于半導體基材102的第二表面102b上。在本實施例中，重摻雜層120與淡摻雜層110例如是摻雜有相同導電型的摻質，以及半導體基材102與重摻雜層120及淡摻雜層110例如是摻雜有相反導電型的摻質。換言之，半導體基材102作為第一導電型半導體層，以及淡摻雜層110作為第二導電型半導體層。如此一來，半導體基材102與淡摻雜層110的接觸面形成一 p-n結。在本實施例中，半導體基材102例如是摻雜有P型摻質的半導體材料，以及重摻雜層120與淡摻雜層110例如是摻雜有N型摻質。在本實施例中，重摻雜層120與淡摻雜層110形成于半導體基材102內。重摻雜層120的濃度例如是從上表面120a往下表面120b逐漸遞減，其中上表面120a與第一電極層130接觸，以及下表面120b與淡摻雜層110接觸。其中，重摻雜層120在上表面120a的濃度例如是9E19 6E20(l/cm3)，以及重摻雜層120在下表面120b的濃度例如是9E18 5E19(l/cm3)。淡摻雜層110的濃度例如是從重摻雜層120往半導體基材102的第二表面 102b的方向逐漸遞減。淡摻雜層110的濃度例如是3E19(l/cm3)以下。換言之，重摻雜層 120的濃度例如是從上表面120a往下表面120b呈梯度變化，以及淡摻雜層110的濃度例如是從重摻雜層120往半導體基材102的第二表面102b的方向呈梯度變化。重摻雜層120 的第一厚度Dl例如是0. 02 0. 07微米，且較佳為0. 05微米。淡摻雜層110的第二厚度 D2例如是0. 3 0. 6微米，且較佳為0. 5微米。在本實施例的太陽能電池中，半導體基材內配置有淡摻雜層與重摻雜層，其中重摻雜層配置于淡摻雜層上且與電極層的表面接觸。由于重摻雜層具有較高的濃度，因此電極層與重摻雜層之間具有較低的接觸阻抗。如此一來，第一電極層與重摻雜層之間具有良好的電性接觸，進而提高太陽能電池的效能。綜上所述，本發明的半導體基材內配置有淡摻雜層與重摻雜層，其中電極層配置于重摻雜層上且與重摻雜層的表面接觸。由于重摻雜層具有較高的濃度，因此電極層與重摻雜層之間具有較低的接觸阻抗。如此一來，電極層與重摻雜層具有良好的電性接觸，進而提高太陽能電池的效能。另一方面，本發明的太陽能電池的制造方法例如是借由設計摻雜程序中的擴散溫度與時間來形成淡摻雜層與重摻雜層，使得淡摻雜層與重摻雜層具有想要的輪廓與濃度，因此太陽能電池的制造方法可借由現有的摻雜機臺即可達成。此外，由于重摻雜層分布于半導體基材的整個表面，因此可以避免掩模的使用。換言之，太陽能電池的制造方法具有簡化的步驟且與現有制造工藝相容，以大幅縮減制造工藝時間與降低制造成本。雖然本發明已以實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域中普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護范圍當視所附的權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種太陽能電池，包括一半導體基材，其具有一第一表面以及一第二表面；一重摻雜層，位于該半導體基材內，且從該半導體基材的該第一表面往該半導體基材的內部延伸一第一厚度；一淡摻雜層，位于該半導體基材內，且從該重摻雜層往該半導體基材的內部延伸一第二厚度，其中該重摻雜層的該第一厚度小于該淡摻雜層的該第二厚度；一第一電極層，位于該半導體基材的該第一表面上；以及一第二電極層，位于該半導體基材的該第二表面上。
2.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該重摻雜層具有一上表面以及一下表面，該下表面與該淡摻雜層接觸，且該重摻雜層的濃度是從該上表面往該下表面逐漸遞減。
3.如權利要求2所述的太陽能電池，其中該重摻雜層在該上表面的濃度為9E19 6E20(l/cm3)。
4.如權利要求2所述的太陽能電池，其中該重摻雜層在該下表面的濃度為9E18 5E19(l/cm3)。
5.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該重摻雜層的該第一厚度為0.02 0. 07微米。
6.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該淡摻雜層的該第二厚度為0.3 0. 6微米。
7.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該淡摻雜層的濃度是從該重摻雜層往半導體基材的內部逐漸遞減。
8.如權利要求7所述的太陽能電池，其中該淡摻雜層的濃度為3E19(l/cm3)以下。
9.如權利要求1所述的太陽能電池，其中該重摻雜層全面形成于該淡摻雜層之上。
10.一種太陽能電池的制造方法，包括提供一半導體基材，其具有一第一表面以及一第二表面；進行一第一摻雜程序，以使該第一摻雜程序的一摻雜源從該半導體基材的該第一表面往其內部擴散，以形成一淡摻雜層；進行一第二摻雜程序，以使該第二摻雜程序的一摻雜源從該淡摻雜層的表面往其內部擴散，以形成一重摻雜層；在該重摻雜層上形成一第一電極層；以及于該半導體基材的該第二表面上形成一第二電極層。
11.如權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其中該第一摻雜程序包括進行一第一擴散步驟，其中該第一擴散步驟的時間為50 70分鐘，且溫度為攝氏 800 840度；以及進行一第二擴散步驟，其中該第二擴散步驟的時間為25 35分鐘，且溫度為攝氏 850 880 度。
12.如權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其中該第二摻雜程序的時間為1 3分鐘，且溫度為攝氏880 900度。
13.如權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其中該重摻雜層具有一上表面以及一下表面，該下表面與該淡摻雜層接觸，且該重摻雜層的濃度是從該上表面往該下表面逐漸遞減。
14.如權利要求13所述的太陽能電池的制造方法，其中該重摻雜層在該上表面的濃度為 9E19 6E20(l/cm3)。
15.如權利要求13所述的太陽能電池的制造方法，其中該重摻雜層在該下表面的濃度為 9E18 5E19(l/cm3)。
16.如權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其中該重摻雜層的厚度為0.02至 0. 07微米。
17.如權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其中該淡摻雜層的厚度為0.3 0.6微米。
18.如權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其中該淡摻雜層的濃度是從該重摻雜層往半導體基材逐漸遞減。
19.如權利要求18所述的太陽能電池的制造方法，其中該淡摻雜層的濃度為3E19(1/ cm3)以下。
20.如權利要求10所述的太陽能電池的制造方法，其中該重摻雜層全面形成于該淡摻雜層之上。
全文摘要
本發明提供一種太陽能電池及其制造方法，包括一半導體基材、一重摻雜層、一淡摻雜層、一第一電極層以及一第二電極層。半導體基材具有一第一表面以及一第二表面。重摻雜層位于半導體基材內，且從半導體基材的第一表面往半導體基材之內部延伸一第一厚度。淡摻雜層位于半導體基材內，且從重摻雜層往半導體基材之內部延伸一第二厚度，其中重摻雜層的第一厚度小于淡摻雜層的第二厚度。第一電極層位于半導體基材的第一表面上。第二電極層位于半導體基材的第二表面上。本發明能提高太陽能電池的效能，并且能大幅縮減制造工藝時間與降低制造成本。
文檔編號H01L31/18GK102157580SQ20111005105
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月25日 優先權日2010年12月20日
發明者吳振誠, 李欣峯, 胡雁程, 郭政彰, 陳人杰, 陳均維 申請人:友達光電股份有限公司