專利名稱：一種硅晶磊晶層、相關(guān)的晶硅基板結(jié)構(gòu)及利用晶硅基板制造的硅晶太陽能電池結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬結(jié)晶硅半導(dǎo)體薄膜生長技術(shù)的領(lǐng)域。本案利用網(wǎng)板印刷技術(shù)，成功的在結(jié)晶硅基板表面生長一層硅晶薄膜層，藉由本發(fā)明的制程技術(shù)，可以在晶硅基板的表面上調(diào)適此晶硅基板的表面特性；例如，摻雜的種類、含量，導(dǎo)電極性(P型或N型的導(dǎo)電極性)及結(jié)晶缺陷的控制…等，使分別適合于硅晶型太陽能電池、硅二極體、硅電晶體、硅閘流體…等硅晶半導(dǎo)體元器件的應(yīng)用場合。本案實(shí)施的制程設(shè)備，為工業(yè)化量產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，具有成本優(yōu)勢，方法亦極為簡單
可行，本案以硅晶型太陽能電池的制作為例，具體說明之。
背景技術(shù)：
隨著儲藏的原油逐漸枯竭，取代能源的發(fā)展已經(jīng)是一股潮流，其中核能發(fā)電雖然仍是主流，但是預(yù)計至西元2020年，全世界利用太陽能發(fā)電將達(dá)到100 Gffp的總發(fā)電能量的布局，而發(fā)展將近60年的硅晶型太陽能電池，占有目前全部太陽能電池市場九成以上的市占率，基于硅乃是世界上最豐富的礦藏，約為地殼組成份的26%，以硅晶型太陽能電池現(xiàn)在擁有的量產(chǎn)化制程及規(guī)模，加上該產(chǎn)業(yè)能夠逐一克服技術(shù)屏障，提高發(fā)電效率的驅(qū)勢，預(yù)計硅晶型太陽能電池未來仍將扮演著太陽能發(fā)電的主要角色。目前大量制造的硅晶型太陽能電池產(chǎn)業(yè)，對于提高效率的方法都以能夠符合所謂的Grid Parity的精神來實(shí)施，因此即便實(shí)驗室已經(jīng)證實(shí)可行的高效率結(jié)構(gòu)，一時也都無法進(jìn)入生產(chǎn)線大量制造，但是這些提高效率的實(shí)驗室論證，卻仍是量產(chǎn)化硅晶型太陽能電池業(yè)界引為改善效率的指導(dǎo)方向，例如降低硅晶型太陽能電池背表面的電子固結(jié)速度(BSRV，Back Side Recombination Velocity,或者以Seff (cm/s)表不之)以提高效率即是一個明顯的例證；現(xiàn)行量產(chǎn)化的硅晶型太陽能電池制程中，利用印刷技術(shù)將一種由金屬鋁粉、玻璃微粒、有機(jī)物樹脂、溶劑及各式添加物混煉成的導(dǎo)電鋁漿披覆于硅晶基板背面，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而產(chǎn)生了鋁背場(Al-BSF)，就是基于此實(shí)驗室論證，將表面的電子固結(jié)速度降低，提高效率的一種例證。然而此種鋁背場(Al-BSF)經(jīng)長年的實(shí)施，所能提供的BSRV值雖然已經(jīng)大幅改善，但是一般仍高于400 cm/s，而且對于制造大尺寸且日趨薄化的硅晶型太陽能電池，此鋁背場容易造成晶片翹曲的問題十分嚴(yán)重，使得后續(xù)的模組生產(chǎn)容易壓裂、破損，造成相當(dāng)多的困擾。針對改善現(xiàn)階段鋁背場電子固結(jié)速度，D. S. Kim等人指出一種利用高溫硼(Boron)擴(kuò)散制程的硼背場(B-BSF)可以改善此問題(J. Electrochem. Soc. , Volume157，Issue 6，pp. H684-H687 (2010))，其研究報告指出，效率高達(dá)19. 7%硅晶型太陽能電池是可行的，只是該實(shí)驗的電池結(jié)構(gòu)與現(xiàn)行量產(chǎn)的電池結(jié)構(gòu)并不一致，需要利用黃光微影(PHOTO- LITHOGRAPHY)制程；正、背金屬電極也不是一般已知的印刷制程可以制作的，在現(xiàn)行的硅晶型太陽能電池生產(chǎn)線難以立即采用此高溫硼(Boron)擴(kuò)散制程予以制作硼背場(B-BSF)應(yīng)是十分明顯的事實(shí)。另外根據(jù)Frank Huster 所言(20th European Photovoltaic Solar EnergyConference and Exhibition, Barcelona, 6-10 June 2005 Pre-Print, 2A0.2.1),招背場形成的過程，鋁漿最終會在硅基板背表面上以鋁硅共析合金(eutectic alloy)的金屬形態(tài)固結(jié)，而大尺寸且日趨薄化的結(jié)晶硅基板與這層鋁硅合金層基于熱膨脹性質(zhì)(CTE)的巨大差異，的確是造成電池片翹曲的主要原因。Frank Huster將翹曲的太陽能電池片經(jīng)過-20° C -50° C的冷凍后，于室溫下又會回復(fù)成平坦?fàn)顟B(tài)；此法值得進(jìn)一步評估其引進(jìn)量產(chǎn)制程的合適性，但是大部份的太陽能電池廠家都希望能有簡易的解決辦法，而不是增加制程的復(fù)雜性；導(dǎo)電鋁漿供應(yīng)廠家為此莫不傷透腦筋地調(diào)整配方希望達(dá)成客戶的期望。另外，關(guān)于結(jié)晶硅太陽能電池降低成本的研究，方向幾乎全部指向降低使用結(jié)晶硅原材料或開發(fā)替代性材料的各種措施。20年來德國、美國、日本等國家相關(guān)的研究中，較為可行的辦法就是使用一種低成本稱為冶金級娃(metallurgical grade Silicon)原料所制作的結(jié)晶硅基板來制作太陽能電池，或是使用硅原料極少的薄膜型硅晶太陽能電池。于 較早時期，日本佳能公司(Canon Kabushiki Kaisha, Tokyo, JP)致力于此方面的研究,有一系列的美國專利可供參考，其中US 6, 869, 863 Fabrication process of solar cell利用液相磊晶的技術(shù)在冶金級硅制成的基板制作硅晶太陽能電池，其效率值約為使用高純度硅晶基板的七成；近期(2010/ 7月)德國愛美科公司(MEC)于此種基板上使用氣相磊晶技術(shù)生長三道磊晶層及一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的反射膜，其報導(dǎo)給予一個名稱叫作” wafer等同”基板(“wafer equivalent” substrate),此基板利用工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)制程制作出面積70 cm 2的硅晶太陽能電池，效率值更進(jìn)一步達(dá)到14. 7%的成果，幾乎已經(jīng)等同于目前的工業(yè)量產(chǎn)硅晶太陽能電池的效率值。由以上兩個例子可以理解，利用便宜的低純度硅材料制成的硅晶基板，尚需經(jīng)過一種薄膜生長的制程，才能成功的提升硅晶太陽能電池的效率值，但是所謂的液相磊晶、氣相磊晶技術(shù)，都不是硅晶太陽能電池現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)化制程，即便后者推出的” wafer等同”基板可以直接應(yīng)用于硅晶太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)化制程，其價格是否能夠等同于業(yè)者能夠接受的程度將是個考驗。關(guān)于現(xiàn)行晶硅太陽能電池的鋁背場結(jié)構(gòu)，一般都希望能夠在所謂的共燒制程(co-firing)盡可能的長厚，甚至能夠達(dá)到10 μ (微米)以上的厚度，但是受制于正面銀導(dǎo)電衆(zhòng)的所謂燒穿Ρ/Ν結(jié)(P/N junction)的顧慮,共燒(co-firing)制程尖峰溫度無法隨意調(diào)高，例如，850°C以上的尖峰溫度，加上或多或少憂慮電池片產(chǎn)生翹曲的問題，甚至背面的鋁導(dǎo)電漿表面燒出鋁珠、鏈條痕等外觀問題，十分困擾，因此折衷之下，一般晶硅太陽能電池的鋁背場厚度約為2. O μ (微米) 6. O μ (微米)。另外，現(xiàn)行晶硅太陽能電池背面的鋁背場并非全表面(full area)的一種結(jié)構(gòu)，因為于制程上的安排，(供焊條焊接的)背銀通常是先于鋁漿予以印刷披覆的，目的是使得背銀直接附著于晶硅電池的背表面上，相較于附著在鋁漿上其附著力更為牢靠，于模組的焊條接合制程中，較容易焊接而且拉力值較高之故?；谝陨戏N種原因，本案揭露一種創(chuàng)新的” wafer等同”基板產(chǎn)品，及其制造方法，能夠提供厚度均一且大于6. O μ (微米)及表面高導(dǎo)電特性的全表面(full area)鋁背場，同時也能避免電池片產(chǎn)生外觀或翹曲等問題。該技術(shù)的實(shí)施，系利用網(wǎng)板印刷技術(shù)，于結(jié)晶硅基板的表面上涂布至少一層金屬鋁漿料，隨后通過高溫快速燒結(jié)的制程，使得結(jié)晶硅基板于涂布區(qū)域生長出一層硅晶薄膜層，此層硅薄膜層即等同于所謂的鋁背場，所實(shí)施的辦法是結(jié)晶硅太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)化制程，相關(guān)細(xì)節(jié)將在下一節(jié)中詳加敘述?；诒景杆衣兜膶?shí)施辦法，與結(jié)晶硅太陽能電池廠家現(xiàn)行生產(chǎn)制程吻合，這將是本案具有高可行性的強(qiáng)力證明，系能符合Grid Parity的強(qiáng)力保證。本發(fā)明提供的晶硅太陽能電池制程解決方案包括制程步驟、參數(shù)、金屬漿料配方及一種創(chuàng)新的結(jié)晶硅” wafer等同”基板結(jié)構(gòu)。依照本案實(shí)施辦法，將是能夠以合理的制造成本達(dá)成提升結(jié)晶硅太陽能電池效率，降低成本及一并改善、解決電池片的外觀、翹曲問題的一種創(chuàng)新技術(shù)、及一種創(chuàng)新產(chǎn)品。對于具有一般結(jié)晶硅太陽能電池元器件制程、薄膜制程等經(jīng)驗或背景的相關(guān)人士，或許因為稍加調(diào)整本案所揭露的制程步驟、制程參數(shù)、配方內(nèi)容或衍生自本案所揭露的制程步驟、制程參數(shù)、相關(guān)配方內(nèi)容或利用本案的實(shí)施方法衍生的技術(shù)，或應(yīng)用該技術(shù)于相 關(guān)元器件的結(jié)構(gòu)的全部或局部，都將視為本發(fā)明所欲揭露的專利范圍的部份。
發(fā)明內(nèi)容本案的實(shí)施利用一種已知的網(wǎng)板印刷技術(shù)，將一種金屬漿料均勻的涂布在結(jié)晶硅基板的至少一個表面上，厚度范圍為5. O μ (微米) 300. O μ (微米)，之后，此晶硅基板以
一種傳送速度通過高溫隧道窯，使得漿料與結(jié)晶硅產(chǎn)生反應(yīng)，并于結(jié)晶硅基板上長出一層硅晶薄膜層。金屬漿料與結(jié)晶硅產(chǎn)生的反應(yīng)，按照隧道窯各區(qū)預(yù)設(shè)的溫度，以下列進(jìn)程依序進(jìn)行進(jìn)程I 120°C 30(rC時，將印制在晶硅基板上的漿料烘干、固結(jié)；進(jìn)程2 3000C飛00°C時，逸燒漿料中的有機(jī)物組成份；進(jìn)程3 4000C、00°C時，漿料中的金屬組成份開始融熔，硅晶也逐漸溶入金屬液中、進(jìn)程4 700°C 1000°C時，硅在金屬液中達(dá)到飽和；進(jìn)程5 降至室溫，溶液中的硅因為過飽和而析出并在硅基板上長出一層硅晶薄層(thin film)；最后，將硅基板上的金屬層去除，結(jié)合原本的晶硅基板成為一種”wafer等同”的硅晶基板。根據(jù)上述制程，匹配制程溫度、傳送速度、漿料配方及其印制厚度…等，可以制作具有厚度6. O μ (微米)以上的硅晶薄膜層的” wafer等同”硅晶基板；此基板的硅晶薄膜層具有半導(dǎo)體特性，表面的阻值(Resistivity)范圍為O. 0001 Ω cm 1.0 Ω Cm。表面形態(tài)微觀為平滑的表面，其特征完全延伸自所使用的基板，例如晶體方向、結(jié)晶型態(tài)、夕卜觀…等；可以不必經(jīng)過表面研磨、拋光處理，即可適用于晶硅太陽能電池的應(yīng)用場合。通過一種金屬漿料配方的調(diào)制，本發(fā)明利用上述流程，可在阻值(Resistivity)
O.05 Ω. cm以上的P型硅晶基板上制作厚度至少6. O μ (微米)的P+型硅晶薄膜層，使其表面的阻值(Resistivity)范圍為O. 0001 Ω . Cm I. O Ω . Cm。此P+型硅晶薄膜層可作為N+/P/ P+晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)的一種背場，可以替代現(xiàn)行的P/ P+:Al鋁背場。[0027]此外，通過另一種金屬漿料配方的調(diào)制，利用上述流程，本發(fā)明可在阻值(Resistivity) O. 05 Ω . cm以上的N型硅晶基板上制作厚度至少6. O μ (微米)的N+型硅晶薄膜層，使其表面的阻值(Resistivity)范圍為O. 0001 Ω . Cm O. 8 Ω . Cm。此N+型硅晶薄膜層可作為P+/N/ N+所謂背結(jié)背電極式(BJ BC)晶硅太陽能電池的一種正場，可以替代磷(POCl3)擴(kuò)散所制作的N/ N+:P正場。金屬漿料配方中的金屬組成份的選擇，主要系與硅晶能共溶的金屬為選擇要件，例如鋁、銅、銀、金、錫、鎵、銦、鉛…等純金屬；或合金，例如鋁銅、鋁鎵、鋁銦、鋁錫、鋁娃…等招合金或銀合金、金合金、銅合金…等合金的微粒，或純金屬按比例相互混合的微粒等為之。金屬漿料配方中，此金屬組成份為主要的成份，于本發(fā)明中稱為第一金屬微粒，依照娃元素與金屬的互溶平衡相圖(phase diagram)或溶解度關(guān)系曲線圖(solubilitycurve),予以決定娃晶薄膜層的成長尖峰溫度(peak temperature)及隧道窯各區(qū)的溫度設(shè)定。硅晶薄膜層的導(dǎo)電極性取決于金屬漿料配方的摻雜(dopant)組成份抑或金屬組成份，于本發(fā)明中稱為第二金屬微粒。一般晶硅半導(dǎo)體所習(xí)用的N型半導(dǎo)體摻雜(dopant) 有砷、磷、銻、碲、鎘、硫、…等周期表五、六價的元素；P型半導(dǎo)體摻雜(dopant)有鈹、鎂、鍶、鋇、鋅、鋁、銦、鉍、鎵、硼、砣…等周期表二、三價的元素。所以金屬漿料配方的摻雜(dopant)組成份除了單獨(dú)，或依一種混合比例使用這些元素微粒外，亦可使用其氧化物、鹵化物、有機(jī)金屬化合物…等微?；蛴袡C(jī)膠體的型態(tài)，使之均勻分散于漿料中，于硅晶薄膜層成長時溶于其中，分別生長半導(dǎo)體導(dǎo)電極性為P型或N型的硅晶薄膜層，而其電子或電洞濃度由薄膜層的里層至表面逐漸增加，通常表面的載子濃度(carrier concentration)可予以控制在 0. IxlO17 cm 3 8. OxlO20 cm 的范圍。金屬漿料配方中的組成份，除了上述的組成份外，還有有機(jī)樹脂、溶劑及各式的微量添加物，主要目的是控制漿料的黏著性(viscosity)以促進(jìn)其印刷性，例如，透膜性、流變性，及滾煉(3-rollers mixing)后衆(zhòng)料的均勻性,這些非金屬組成份,本案統(tǒng)稱其為助齊U，此助劑在高溫時會燒失(burn out)，一般都以水及二氧化碳的氣體形態(tài)脫離，但是也會有少許的碳或碳化物殘留，對于導(dǎo)電性并無嚴(yán)重影響。針對電池片的外觀、翹曲等問題，本發(fā)明于硅晶薄膜層成長后，表面經(jīng)高溫?zé)Y(jié)的金屬層會經(jīng)過化學(xué)腐蝕處理，將之清除殆盡，完全不必顧慮電池片背鋁的外觀、或翹曲等問題。金屬層處理后，最終露出一種低阻(例如3.0 X IO-4 Ω. cm)的硅晶薄膜的表層，此硅晶薄膜的表面形態(tài)，微觀系平滑的表面，于晶硅太陽能電池的應(yīng)用場合，不必經(jīng)過表面研磨、拋光處理，即可適用。另外，此硅晶薄膜表層可以直接印刷背銀導(dǎo)電漿，經(jīng)共燒(co-firing)成為背面電極。對于某些晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)，其正銀需要更高的燒結(jié)溫度時，例如，高于或等于835°C時，完全不必顧慮原先制程的背鋁外觀、或電池片翹曲等問題。另外，本案揭露的一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)(圖3)，在電池背面增設(shè)對于紅外線波段的光具有較高的反射率的一種反射層，，例如Accuflect700納米 ％ 500納米時，有95%以上全反射率的反射特性，可以增進(jìn)電池的光電效率。

圖1-1、P/ P-sub. / P+ ” wafer 等同”娃晶基板；[0034]圖1-2、表面粗化的P/ P-sub. / P+ ” wafer等同”娃晶基板；圖2、一種硅晶太陽能電池制作流程；圖3、利用表面粗化的P/ P-sub. / P+ ”wafer等同”娃晶基板制作一種娃晶太陽能電池結(jié)構(gòu)的圖式；主要元件符號說明I. 001 P 型硅晶基板( P-sub.)2. 010 P型硅晶薄膜層3.011 P+硼背場(B:BSF)硅晶薄膜層4. 012表面粗化的P型硅晶薄膜層5. 014 背面反射層(BSR, Back Side Reflector)6. 030 P/N 結(jié)(P/N junction)7. 040正面抗反射膜(ARC)8. 050背面銀導(dǎo)線電極9. 060正面銀導(dǎo)線電極。
具體實(shí)施方式
為了更具體說明本發(fā)明的實(shí)施內(nèi)容，于本節(jié)利用實(shí)施例逐步闡明制程步驟、參數(shù)、或配方內(nèi)容，但并不代表本發(fā)明僅適用于該例子的范圍。實(shí)施例一、硼摻雜招衆(zhòng)(B-doped Al paste)配方；-配方組成份(％，重量百分比)I.第一金屬微粒鋁70. 00% 90. 00%2.第二金屬微粒硼0.01% 10.00%3.助劑；適量，一般于漿料總重量中大約占有10. 0% 30. 0%的重量百分比。-金屬微粒規(guī)格※鋁金屬微粒純度99. 9 % 99· 9999 %、粒徑范圍O. 01 μ (微米) 20. O μ (微米)的金屬微粒※硼摻雜微粒純度99. 9 % 99· 9999 %、粒徑范圍O. 01 μ (微米) 20. O μ (微
米)的金屬微粒(以上微粒以球型為慣用的型態(tài)，但并不局限于該外型型態(tài)的微粒。)-衆(zhòng)料黏度(viscosity) 10 500 PaS(布氏測試方法；Brookfield,#14, IOrpm, 25°C )實(shí)施例二、P/ P-sub. / P+ ” wafer等同”娃晶基板的制程及結(jié)構(gòu)本實(shí)施例以P型”wafer等同”硅晶基板為例，其主要制造流程及制程參數(shù)、設(shè)備依序說明如下；硼摻雜鋁漿配方；-配方組成份(％，重量百分比)I.第一金屬微粒招較佳的重量百分比為639Γ89. 91 %2.第二金屬微粒硼較佳的重量百分比為O. 07% 9. 00%3.助劑；適量，一般于漿料總重量中大約占有10. 0% 30. 0%的重量百分比。[0066]銦摻雜錫漿配方；-配方組成份(％，重量百分比)I.第一金屬微粒錫較佳的重量百分比為66. 5% 89. 955%2.第二金屬微粒銦較佳的重量百分比為O. 035% 4. 5%3.助劑；適量，一般于漿料總重量中大約占有10. 0% 30. 0%的重量百分比。步驟一硅基板化學(xué)腐蝕、清洗；其中；P型硅晶基板的阻值(Resistivity)規(guī)格為0.05 Ω. cm以上，厚度80. O μ (微米) 250. O μ (微米)；步驟二 P+硅晶薄膜層成長；步驟細(xì)節(jié)含；-晶硅基板的兩個表面中的任一表面，施以P型硼摻雜鋁金屬漿印刷涂布，-高溫隧道窯薄膜成長； 而高溫區(qū)的設(shè)置為上高下低(上部IR燈源至傳動鏈條表面)的溫度梯度分布，其尖峰溫度(peak temperature)范圍 300. 0°C 980. (TC,-化學(xué)腐蝕，清洗(以去除表面固結(jié)的金屬漿料)…等細(xì)節(jié)。長成的硅晶薄膜層其厚度范圍為6. O μ (微米) 20·0 μ(微米)#型硼摻雜的硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇；表面阻值(Resistivity)范圍為 O. 0001 Ω . cm I. O Ω . cm ；步驟三P型硅晶薄膜層成長；步驟細(xì)節(jié)含；-晶娃基板的兩個表面中的另一表面,施以P型銦摻雜錫金屬衆(zhòng)印刷涂布，-高溫隧道窯薄膜成長；而高溫區(qū)的設(shè)置為上高下低(上部IR燈源至傳動鏈條表面)的溫度梯度分布，其尖峰溫度(peak temperature)范圍 300. 0°C 980. (TC,-化學(xué)腐蝕，清洗(以去除表面固結(jié)的金屬漿料)…等細(xì)節(jié)。長成的硅晶薄膜層其厚度范圍為6. O μ (微米) 20·0 μ(微米)；Ρ型銦摻雜的硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇；表面的載子濃度(carrier concentration)予以控制在范圍為O. 5 XlO17 2. O xlO18 cm ；本實(shí)施例的產(chǎn)出稱為P型”wafer等同”硅晶基板，能取代現(xiàn)行的硅晶太陽能基板，是一種新創(chuàng)結(jié)構(gòu)(圖I)，具有如下特點(diǎn)I. P型娃晶基板的兩個表面,各具有一全表面娃晶薄膜層；2.其中的一個表面層，為表面低阻值(Resistivity) P+型硅晶薄膜層；其厚度范圍6·0μ (微米) 20·0μ (微米)，表面阻值(Resistivity)范圍為0.0001 Ω . cm
I.O Ω .cm3.其中的另一個表面，為P型摻雜硅晶薄膜層；其厚度范圍6·0μ (微米) 20. O μ (微米)；表面的載子濃度控制在范圍O. 5 XlO17 2. O XlO18 cm _3 ；P型”wafer等同”硅晶基板可適用于現(xiàn)行硅晶太陽能電池制程，更能在現(xiàn)有制程基礎(chǔ)上制造更高效率的娃晶太陽能電池結(jié)構(gòu)，例如SE (Selective Emitter)結(jié)構(gòu)的娃晶太陽能電池，可為硅晶太陽能電池業(yè)者提供一種有效的解決方案。實(shí)施例三、N/ N-sub. / N+” wafer等同”娃晶基板的制程及結(jié)構(gòu)本實(shí)施例以N型”wafer等同”硅晶基板為例，其主要制造流程及制程參數(shù)、設(shè)備依序說明如下；砷摻雜銀漿配方；-配方組成份(％，重量百分比)I.第一金屬微粒銀較佳的重量百分比為639Γ89. 91 %2.第二金屬微粒砷較佳的重量百分比為O. 07% 9. 00%3.助劑；適量，一般于漿料總重量中大約占有10. 0% 30. 0%的重量百分比。銻摻雜錫漿配方；-配方組成份(％，重量百分比)I.第一金屬微粒錫較佳的重量百分比為66. 5% 89. 955%2.第二金屬微粒銻較佳的重量百分比為O. 035% 4. 5%3.助劑；適量，一般于漿料總重量中大約占有10. 0% 30. 0%的重量百分比。步驟一硅基板化學(xué)腐蝕、清洗；其中；N型硅晶基板的阻值(Resistivity)規(guī)格為0.05 Ω. cm以上，厚度80. O μ (微米) 250. O μ (微米)；步驟二 N+硅晶薄膜層成長；步驟細(xì)節(jié)含；-晶娃基板的兩個表面中的任一表面，施以N型砷摻雜銀金屬衆(zhòng)印刷涂布，-高溫隧道窯薄膜成長；而高溫區(qū)的設(shè)置為上高下低(上部IR燈源至傳動鏈條表面)的溫度梯度分布，其尖峰溫度(peak temperature)范圍 835. 0°C 980. (TC,-化學(xué)腐蝕，清洗(以去除表面固結(jié)的金屬漿料)…等細(xì)節(jié)。長成的硅晶薄膜層其厚度范圍為6. O μ (微米) 20·0 μ(微米)；Ν型砷摻雜的硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇；表面阻值(Resistivity)范圍為 O. 0001 Ω . cm O. 8 Ω . cm;步驟三N型硅晶薄膜層成長；步驟細(xì)節(jié)含；-晶娃基板的兩個表面中的另一表面，施以鋪摻雜錫金屬衆(zhòng)印刷涂布，-高溫隧道窯薄膜成長；而高溫區(qū)的設(shè)置為上高下低(上部IR燈源至傳動鏈條表面)的溫度梯度分布，其尖峰溫度(peak temperature)范圍 300. 0°C 980. (TC,-化學(xué)腐蝕，清洗(以去除表面固結(jié)的金屬漿料)[0128]…等細(xì)節(jié)。長成的硅晶薄膜層其厚度范圍為6.0 U (微米) 20.0 U(微米)；N型銻摻雜的硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇；表面的載子濃度(carrier concentration)予以控制在范圍0. 5 XlO17 2. 0 XlO18 cm _3 ；本實(shí)施例的產(chǎn)出稱為N型”wafer等同”硅晶基板，能取代現(xiàn)行的硅晶太陽能基板，系ー種新創(chuàng)結(jié)構(gòu)，具有如下特點(diǎn)I. N型娃晶基板的兩個表面中,各具有一全表面娃晶薄膜層；2.其中的ー個表面層，為表面低阻值(Resistivity) N+硅晶薄膜層；其厚度范圍6. Ou (微米) 20. Oii (微米)，表面阻值(Resistivity)范圍為 0.0001 Q . cm 0. 8Q . cm3 其中的另ー個表面，為N型摻雜硅晶薄膜層；其厚度范圍6.0U (微米) 20. Ou (微米)；表面的載子濃度控制在范圍0. 5 XlO17 2. 0 XlO18 cm _3 ；N型”wafer等同”硅晶基板可以加速現(xiàn)行硅晶太陽能電池制程的更替，故使得具有更高效率潛力的N型硅晶太陽能電池更能提早成為下一波硅晶太陽能電池的主流。實(shí)施例四、一種硅晶太陽能電池制作流程；本實(shí)施例以P/ P-sub. / P+ ”wafer等同”硅晶基板，匹配現(xiàn)行晶硅太陽能電池量產(chǎn)流程的實(shí)施為例，制造N / P / P+結(jié)構(gòu)的晶硅太陽能電池，其制造流程及細(xì)節(jié)依序說明如下；步驟一娃基板化學(xué)腐蝕、清洗、表面粗化蝕刻(texture etching)等制程；其中；P型硅晶基板的阻值(Resistivity)規(guī)格為0.05 Cm以上，厚度80. Oii (微米) 250. 0 u (微米)；步驟ニP/N 結(jié)(P /N junction)制作；步驟細(xì)節(jié)含；-磷酸(POCl3)蒸霧；-900°C 1000°C高溫擴(kuò)散 0. 5 I. 5 小時；-磷硅玻璃(PSG)化學(xué)清除、基板清洗…等細(xì)節(jié)。使其N層擴(kuò)散層厚度約為0.1 U (微米)1.0 U (微米)；表面阻值(Resistivity)范圍為0. 0001 Q . cm 0. 0005 Q . cm ；P/N結(jié)的位置距P型硅晶基板的表面0. 3微米與I. 0微米間的深度；步驟三正面抗反射鍍膜(ARC)；以低溫PECVD法沉積氮化娃薄膜,厚度范圍約400 nm (納米) 800 nm (納米)，致密無針孔；步驟四背面反射層(BSR)制程ー種高介電漿料的涂布、烘干；其具有紅外波長范圍700納米 2，500納米，95%以上全反射率的反射特性，厚度范圍約I. Oii (微米) 3，000. Oii (微米)。步驟五正面、背面銀導(dǎo)線電極共燒制程；[0156]步驟細(xì)節(jié)含-背面P型焊接銀漿印刷，干燥；-正面N型銀漿印刷；-高溫隧道窯尖峰溫度(peaktemperature) 730°C 830°C共燒(co-firing) 等細(xì)節(jié);步驟六電池片周邊Isolation (絕緣)處理、測試…等以上敘述可參考圖2的流程步驟。
本實(shí)施例所制造的太陽能電池結(jié)構(gòu)有如下I. 一種全表面背場(full area BSF)的太陽能電池結(jié)構(gòu),背場厚度可以增至6. 0 ii(微米) 20. Oii (微米)范圍，2.具有低表面阻抗值，0.0001 Q . cm ^1.0 Q . Cm的硼背場(B BSF),3.背銀焊接導(dǎo)線取代背鋁導(dǎo)電層，成為太陽能電池的背面電極，4 具有背面450nm (納米) 2500 nm(納米)反射率95%以上的反射層(BSR，Back Side Reflector),…等如圖3的特點(diǎn)。由以上揭露的制程步驟細(xì)節(jié)，一般熟悉硅晶太陽能電池生產(chǎn)制程的相關(guān)人士，應(yīng)該很容易就發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的P/ P-sub. / P+ ”wafer等同”硅晶基板是完全可以在現(xiàn)有制程及設(shè)備予以實(shí)施的。
權(quán)利要求1.一種硅晶磊晶層，其特征在于，所述硅晶磊晶層包括 一晶硅基板，所述晶硅基板的阻值規(guī)格為0.05 Q . cm以上，且其厚度為120.0微米與220.0微米間；以及 一金屬漿料，所述金屬漿料包括一第一金屬微粒與一助劑，所述金屬漿料印制覆蓋所述晶娃基板的至少一個全表面，且在所述的晶娃基板全表面形成一娃晶薄膜； 其中，所述硅晶薄膜厚度為6.0微米以上，所述硅晶薄膜的阻值規(guī)格為0.0001 Q cm與1.0 Q cm間；其中，所述金屬漿料印制覆蓋的厚度范圍為5.0微米與300.0微米間，所述金屬漿料的黏度范圍是10與500 PaS間，而所述第一金屬微粒的純度是99. 9 %與99. 9999%間、所述第一金屬微粒的粒徑范圍為0. 01微米與20. 0微米間，所述第一金屬微粒的重量百分比為70%與90 %間，所述助劑的重量百分比為10%與30 %間，所述第一金屬微粒，是與硅晶能共溶的純金屬的鋁、銅、金、錫、鎵、銦或鉛的金屬微粒，或合金的鋁銅、鋁鎵、鋁銦、鋁錫或鋁硅的合金微粒，或純金屬的鋁、銅、金、錫、鎵、銦或鉛相互混合的微粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述硅晶磊晶層，其特征在于，所述晶硅基板為一P型硅晶基板；以及 所述金屬漿料進(jìn)一步包括一第二金屬微粒，并且，于所述晶硅基板上所述全表面的所述硅晶薄膜具有所述第二金屬摻雜； 其中，所述硅晶薄膜的厚度范圍為6. 0微米與20. 0微米間，所述第二金屬摻雜的硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇，所述硅晶薄膜的表面阻值范圍為0. 0001 Q .cm與I. 0Q. cm間；其中，所述第一金屬微粒的重量百分比為63%與89. 91 %間，所述第二金屬微粒的重量百分比為0. 07%與9 %間，所述助劑的重量百分比為10%與30 %間，所述第二金屬微粒為周期表二、三價的P型摻雜元素，所述第二金屬微粒使用時除了單獨(dú)使用外，亦可混合使用，或使用化合物的型態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述硅晶磊晶層，其特征在于，所述晶硅基板為一N型硅晶基板；以及所述金屬漿料進(jìn)一步包括一第二金屬微粒，并且，于所述晶硅基板上所述全表面的所述硅晶薄膜具有所述第二金屬摻雜； 其中，所述硅晶薄膜的厚度范圍為6. 0微米與20. 0微米間，所述第二金屬摻雜的硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇，所述硅晶薄膜的表面阻值范圍為0. 0001 Q .cm與 I. 0 Q . cm間； 其中，所述第一金屬微粒的重量百分比為63%與89. 91 %間，所述第二金屬微粒的重量百分比為0. 07%與9 %間，所述助劑的重量百分比為10%與30 %間，所述第二金屬微粒為周期表五、六價的N型摻雜元素，所述第二金屬微粒使用時除了單獨(dú)使用外，亦可混合使用，或使用化合物的型態(tài)。
4.一種晶娃基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述晶娃基板結(jié)構(gòu)包括一 P型娃晶基板，所述P型硅晶基板的阻值規(guī)格為0. 05 Q . cm以上，且厚度為80. 0微米與250. 0微米間； 一第一金屬漿料，所述第一金屬漿料印刷涂布于所述P型硅晶基板的一面上，且在所述的晶硅基板全表面形成一第一硅晶薄膜，所述第一硅晶薄膜涂布的厚度范圍為6. 0微米與20. 0微米間，表面阻值范圍為0.0001 Q . cm與1.0 Q . cm間，且所述第一硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇；以及 一第二金屬漿料，所述第二金屬漿料印刷涂布于所述P型硅晶基板的另一面上形成一第二硅晶薄膜，所述第二硅晶薄膜涂布的厚度范圍為6. O微米與20. 0微米間，且所述第二硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇，所述第二硅晶薄膜的表面的一載子濃度為 0. 5 XlO17 與 2. 0 XlO18 cm 間； 其中，所述第一金屬衆(zhòng)料包括一第一金屬微粒、一第二金屬微粒與一助劑，所述第一金屬漿料的所述第一金屬微粒的重量百分比為63%與89. 91 %間，所述第一金屬漿料的所述第二金屬微粒的重量百分比為0. 07%與9 %間，所述第一金屬漿料的所述助劑的重量百分比為10%與30 %間，所述第二金屬漿料包括所述第一金屬微粒、所述第二金屬微粒與所述助劑，所述第二金屬衆(zhòng)料的所述第一金屬微粒的重量百分比為66. 5%與89. 955 %間,所述第二金屬漿料的所述第二金屬微粒的重量百分比為0.035%與4. 5 %間，所述第二金屬漿料的所述助劑的重量百分比為10%與30 %間，所述第一金屬微粒，是與硅晶能共溶的純金屬的鋁、銅、金、錫、鎵、銦或鉛的金屬微粒，或合金的鋁銅、鋁鎵、鋁銦、鋁錫或鋁硅的合金微粒，或純金屬的鋁、銅、金、錫、鎵、銦或鉛相互混合的微粒，所述第二金屬微粒為周期表二、三價的P型摻雜元素，所述第二金屬微粒使用時除了單獨(dú)使用外，亦可混合使用，或使用化合物的型態(tài)。
5.—種晶娃基板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述晶娃基板結(jié)構(gòu)包括一 N型娃晶基板,所述N型硅晶基板的阻值規(guī)格為0. 05 Q . cm以上，且厚度為80. 0微米與250. 0微米間； 一第一金屬衆(zhòng)料，所述第一金屬衆(zhòng)料印刷涂布于所述N型娃晶基板的一面上,且在所述的晶硅基板全表面形成一第一硅晶薄膜，所述第一硅晶薄膜涂布的厚度范圍為6. 0微米與20. 0微米間，表面阻值范圍為0.0001 Q . cm與0. 8Q. cm間，且所述第一硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇；以及 一第二金屬漿料，所述第二金屬漿料印刷涂布于所述N型硅晶基板的另一面上形成一第二硅晶薄膜，所述第二硅晶薄膜涂布的厚度范圍為6. 0微米與20. 0微米間，且所述第二硅晶薄膜的表面型態(tài)具有平坦化或粗化兩種選擇，所述第二硅晶薄膜的表面的一載子濃度為 0. 5 XlO17 與 2. 0 XlO18 cm 間； 其中，所述第一金屬衆(zhòng)料包括一第一金屬微粒、一第二金屬微粒與一助劑，所述第一金屬漿料的所述第一金屬微粒的重量百分比為63%與89. 91 %間，所述第一金屬漿料的所述第二金屬微粒的重量百分比為0. 07%與9 %間，所述第一金屬漿料的所述助劑的重量百分比為10%與30 %間， 所述第二金屬漿料包括所述第一金屬微粒、所述第二金屬微粒與所述助劑，所述第二金屬衆(zhòng)料的所述第一金屬微粒的重量百分比為66. 5%與89. 955 %間,所述第二金屬衆(zhòng)料的所述第二金屬微粒的重量百分比為0. 035%與4. 5 %間，所述第二金屬漿料的所述助劑的重量百分比為10%與30 %間， 所述第一金屬微粒，是與硅晶能共溶的純金屬的銅、銀、金、錫、鎵、銦或鉛金屬微粒，或其銀合金、金合金、銅合金的微粒，或純金屬的銅、銀、金、錫、鎵、銦或鉛相互混合的微粒，所述第二金屬微粒為周期表五、六價的N型摻雜元素，所述第二金屬微粒使用時除了單獨(dú)使用外，亦可混合使用，或使用化合物的型態(tài)。
6.一種利用權(quán)利要求4所述的晶硅基板所制造的一種硅晶太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硅晶太陽能電池結(jié)構(gòu)包括 一 P型硅晶基板，所述P型硅晶基板的阻值規(guī)格為0. 05 Q . cm以上，且厚度為80. 0微米與250. 0微米間，所述P型硅晶基板的一面為所述第二硅晶薄膜； 一 P/N結(jié)，所述P/N結(jié)的位置在所述第二硅晶薄膜的范圍內(nèi)，所述P/N結(jié)的N層擴(kuò)散層厚度為0. I微米與1.0微米間，且表面阻值范圍為0.0001 Q . cm與0.0005 Q . cm間；一氮化硅薄膜沉積于所述P型硅晶基板的所述P/N結(jié)上，所述氮化硅薄膜的厚度范圍為400納米與800納米間，且致密無針孔； 一高介電漿料，所述高介電漿料涂布于所述P型硅晶基板的另一面上，所述高介電漿料涂布厚度范圍約I. 0微米與3，000. 0微米間，所述高介電漿料具有紅外波長范圍700納米與2，500納米間，且具有95%以上全反射率的反射特性；以及一銀導(dǎo)線電極電性設(shè)置于所述P型硅晶基板的兩面上； 其中，所述P/N結(jié)的位置距所述P型硅晶基板的表面0. 3微米與I. 0微米間的深度。
專利摘要一種硅晶磊晶層、相關(guān)的晶硅基板結(jié)構(gòu)及利用晶硅基板制造的硅晶太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中硅晶磊晶層包括一晶硅基板以及一金屬漿料，晶硅基板的厚度為120.0微米與220.0微米間，金屬漿料印制覆蓋晶硅基板的至少一個全表面，金屬漿料印制覆蓋的厚度范圍為5.0微米與300.0微米間，金屬漿料包括一第一金屬微粒與一助劑，且在晶硅基板全表面形成一厚度為6.0微米以上的硅晶薄膜，晶硅基板的阻值規(guī)格為0.05Ω．㎝以上，硅晶薄膜的阻值規(guī)格為0.0001Ω．㎝與1.0Ω．㎝間，金屬漿料的黏度范圍是10與500PaS間，而第一金屬微粒的純度是99.9%與99.9999%間，第一金屬微粒的粒徑范圍為0.01微米與20.0微米間，第一金屬微粒的重量百分比為70%與90%間，助劑的重量百分比為10%與30%間，第一金屬微粒，是與硅晶能共溶的金屬微粒，或其合金的微粒，或其相互混合的微粒。
文檔編號H01L31/0352GK202549894SQ20112021072
公開日2012年11月21日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者張嘉甫, 陳文泰 申請人:致嘉科技股份有限公司