在矽晶太陽能電池中利用雷射來輔助射極的局部摻雜

Abstract

在此本論文的研究中，我們討論了雷射形成局部擴散的方式來提升傳統矽晶太陽能電池的效率。本論文從磷擴散製程配方的調整，製作出低摻雜與淺接面的發射極。在先前眾多的研究當中，都已經證實低摻雜與淺接面的發射極對於矽基太陽能電池具有正面的影響。在磷擴散的製程中，本論文討論了從三氯氧磷的沉積溫度與時間，到磷驅入的製程溫度與時間的調整上製作出低摻雜淺接面的發射極。擴散製程配方製作先從公式上的數據模擬找出調整方向，再以擴散爐管進行擴散製程的調配。應用低摻雜與淺接面的發射極可以提升太陽光短波長的光譜響應、降低載子再結合率、增加電池內載子的收集率。但使用此型態的太陽能電池發射極伴隨而來的副作用是造成太陽能電池的串聯電阻過高。過高的串聯電阻也限制住太陽能電池效率的提升。 所以在本論文的另一重點將探討使用雷射輔助摻雜的方式，將要與金屬電極接觸的發射極處形成重摻雜，降低接觸電阻。在電池於爐管內的磷擴散製程中，我們藉由擴散製程的調整，在正面的發射極表面故意再沉積上一層磷玻璃使其可以當雷射擴散的磷來源。如果沒有這層額外的磷玻璃層當作前驅物，則無法有效的形成局部重摻雜。在雷射擴散製程完成後，再以氫氟酸溶液將表面的磷玻璃去除。 雷射製程方面，在此論文中我們使用532nm 的綠光雷射，並改變雷射光斑的能量分佈型態，使雷射能量可以更均勻地在區域上形成摻雜。雷射光斑藉由光學元件的調整，使雷射能量由高斯分佈轉換成top-hat分布。由此可讓雷射光斑面積內能量均勻分布。在雷射光束能量的調整上，經由雷射輸出功率、脈衝頻率及掃描的速度來定義每一個脈衝的能量。因為本論文運用的方法是以雷射的能量將矽表面熔化形成磷擴散後再結晶，雷射能量必須足以將矽熔化。 在製作選擇性射極太陽能電池的研究領域，已經行之有年，但是在商用的量產上仍有困難度，因為製程步驟過於複雜。使用雷射輔助局部擴散的方法最為簡單，只要於傳統的生產流程上加入一道雷射製程即可。本論文將雷射輔助擴散的方法運用於商業的矽基太陽能電池生產線上，並實現太陽能效率的提升。因此運用此方法的確可以運用於矽基太陽能電池的量產上。

In this study, locally laser doping on emitter was used to improve commercial crystalline silicon base solar cell efficiency. In phosphor diffusion process, P2O5 deposition of POCl3 pre-deposition and phosphor drive-in step was investigated. After simulation, ligh doping and shallow junction emitter was used to improve spectral response at short wavelength, reduce carrier recombination, improve probability of carrier collection. The maior topic is laser doping to perform heavy doping emitter underneath metal contact area (selective emitter) to lower the contact resistance. PSG was deposited on the top of contact area to offer the source of phosphor doping followed by scanning with 532nm green light laser. By this approach, the performance of solar cell was improved.