具体实施方式

以下仔细讨论本发明的实施例。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的发明概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。

可被理解的是，虽然在本文可使用“第一”、“第二”等用语来描述各种元件、零件、区域和/或部分，但这些用语不应限制这些元件、零件、区域和/或部分。这些用语仅用以区别一元件、零件、区域和/或部分与另一元件、零件、区域和/或部分。

在本文中所使用的用语仅是为了描述特定实施例，非用以限制权利要求。除非另有限制，否则单数形式的“一”或“该”用语也可用来表示复数形式。此外，空间相对性用语的使用是为了说明元件在使用或操作时的不同方位，而不只限于附图所绘示的方向。元件也可以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，而在此使用的空间相对性描述也可以相同方式解读。

请参照图1，图1为本发明实施例的太阳能电池结构100的剖视图。如图1所示，太阳能电池结构100为穿隧氧化物钝化接触型(tunnel oxide passivated contact；TOPcon)太阳能电池结构，且其包含半导体基板102、穿隧层104、掺杂结晶硅层106、钝化层108、110、抗反射层112和电极层114、116。

依据太阳能电池结构100的应用，半导体基板102可以是N型掺杂结晶硅基板或P型掺杂结晶硅基板。穿隧层104是通过射频等离子体设备对半导体基板102的第一侧102A进行表面处理，在半导体基板102的第一侧102A形成穿隧层104。穿隧层104可以是氧化硅薄膜，其厚度可约为0.1纳米(nm)至3纳米，且其缺陷密度可实质低于10¹¹个/平方厘米。掺杂结晶硅层106位于穿隧层104的远离半导体基板102的一侧。掺杂结晶硅层106可包含单晶硅晶体和/或多晶硅晶体其厚度T₁₀₆可约为20纳米至100纳米，且其结晶度可约为50％至90％，以降低与电极层114之间的界面阻抗及避免破坏穿隧层104。此外，对应半导体基板102的类型，掺杂结晶硅层106可以是N型掺杂结晶硅层或P型掺杂结晶硅层。举例而言，若是半导体基板102为N型掺杂结晶硅基板，则掺杂结晶硅层106可以是N+型掺杂结晶硅层。

钝化层108、110和抗反射层112是依序堆叠在半导体基板102的第二侧102B上。每一钝化层108、110的材料可以是氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氮化硅、上述组合或其他合适的材料。举例而言，钝化层108、110可以分别是氧化铝层和氧化硅层。抗反射层112的材料可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化钛、上述组合或其他合适的材料。

电极层114、116分别位于掺杂结晶硅层106的远离穿隧层104的一侧和半导体基板102的第二侧102A，其中电极层116向上延伸且贯穿钝化层108、110和抗反射层112。电极层114、116的材料可以是银、铜、铝、上述组合或其他合适的金属或导电材料。在一些实施例中，电极层114为透明导电氧化层，其材料可以是氧化铟锡(indium tin oxide；ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide；IZO)或其他合适的透明导电材料。

图2为图1的太阳能电池结构100的局部剖视图。如图2所示，掺杂结晶硅层106包含上下堆叠的第一次掺杂结晶硅层106A以及第二次掺杂结晶硅层106B，其中第一次掺杂结晶硅层106A位于穿隧层104的远离半导体基板102的一侧，而第二次掺杂结晶硅层106B位于第一次掺杂结晶硅层106A的远离穿隧层104的一侧。以半导体基板102实施为N型掺杂结晶硅基板为例，第一次掺杂结晶硅层106A、第二次掺杂结晶硅层106B可均由多晶硅形成且具有N型掺杂物，例如磷、砷、锑和/或其他相似的掺杂物。第二次掺杂结晶硅层106B的掺杂浓度大于第一次掺杂结晶硅层106A的掺杂浓度。由于第一次掺杂结晶硅层106A邻近于穿隧层104，具有较低的掺杂浓度的第一次掺杂结晶硅层106A可以避免掺杂物扩散至穿隧层104，如此可提升穿隧层104的可靠度。此外，第二次掺杂结晶硅层106B邻近于电极层114，如此具有较高的掺杂浓度的第二次掺杂结晶硅层106B可以增加与电极层114的欧姆接触(ohmiccontact)的效果。在一些实施例中，第一次掺杂结晶硅层106A的掺杂浓度约为10¹³个/立方厘米至10¹⁷个/立方厘米。而第二次掺杂结晶硅层106B的掺杂浓度约为10¹⁷个/立方厘米至10²¹个/立方厘米。此外，在一些实施例中，第一次掺杂结晶硅层106A与第二次掺杂结晶硅层106B的厚度T_106A、T_106B个别约为10纳米至50纳米。厚度T_106A与厚度T_106B可相同或不同。第一次掺杂结晶硅层106A与第二次掺杂结晶硅层106B的界定可以用掺杂浓度的多寡判断。在一实施例中，掺杂结晶硅层106与掺杂浓度的关系图中，掺杂结晶硅层106在x轴座标上，左边为邻近穿隧层104，右边为邻近于电极层114，掺杂浓度在y轴座标。第一次掺杂结晶硅层106A与第二次掺杂结晶硅层106B的界面，则位于掺杂浓度变化最大的区间中的中间掺杂浓度所对应的位置。

在一些实施例中，掺杂结晶硅层106可具有三个或三个以上的次掺杂结晶硅层，且这些次掺杂结晶硅层的掺杂浓度关系可以如阶梯状，往远离穿隧层104的方向上递减。这些次掺杂结晶硅层的厚度彼此可以相同或不同。而在其他实施例中，掺杂结晶硅层106可具有连续性的掺杂浓度变化，且其掺杂浓度可在逐渐远离穿隧层104的方向上递减；在接近与穿隧层104的接面的掺杂浓度约为10¹³个/立方厘米至10¹⁷个/立方厘米，而在接近与导电层114的接面的掺杂浓度约为10¹⁷个/立方厘米至10²¹个/立方厘米。

相较于公知太阳能电池结构，本发明的太阳能电池结构的暗喻开路电压(impliedopen-circuit voltage)可达700毫伏(mV)以上，且其载子生命周期(lifetime)可提升至1600微秒以上，故整体效能可提升至少5％。此外，本发明的太阳能电池结构亦可提升穿隧氧化物钝化接触型太阳能电池结构的光电转换效率至24％以上。

图3为本发明实施例的制作太阳能电池结构的方法300的流程图。为方便说明，以下方法300的各步骤的叙述是以形成图1和图2的太阳能电池结构100为例，但本发明并不限于此，其亦可用于形成其他太阳能电池结构或是相似的半导体结构。

在方法300中，首先进行步骤302，提供半导体基板102。依据各设计需求，半导体基板102可以是P型掺杂结晶硅基板或N型掺杂结晶硅基板。

接着，进行步骤304，在半导体基板102的第一侧102A形成穿隧层104。穿隧层104可利用高温氧化或化学气相沉积方式。在一实施例中，穿隧层104是通过使用射频等离子体设备以化学气相沉积形成。若是提供的半导体基板102为硅基板，且射频等离子体设备通入的工艺气体为氧气、臭氧或其他由氧原子组成的气体，则等离子体态的氧离子将与半导体基板102的表面上断键的硅原子结合为氧化硅，借以形成氧化硅薄膜(即穿隧层104)。由射频等离子体设备所形成的氧化硅薄膜，其厚度可约为0.1纳米至3纳米，且其缺陷密度可实质低于10¹¹个/平方厘米。

之后，进行步骤306，在穿隧层104的远离半导体基板102的一侧形成掺杂结晶硅层106。掺杂结晶硅层106可经由进行化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)工艺，例如等离子体辅助化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition；PECVD)工艺，在穿隧层104上形成，其厚度可约为20纳米至100纳米。在形成掺杂结晶硅层106的化学气相沉积工艺中，工艺压力可约为400托(torr)、射频功率可约为30毫瓦/平方厘米(mW/cm²)、且半导体基板102的温度可约为摄氏300度。掺杂结晶硅层106可包含单晶硅晶体或多晶硅晶体。在化学气相沉积工艺完成后，可再接着进行退火工艺，以在掺杂结晶硅层106中形成多晶硅晶体，且使得掺杂结晶硅层106的结晶度大约为50％至90％。此外，对应半导体基板102的类型，掺杂结晶硅层106可以是N型掺杂结晶硅层或P型掺杂结晶硅层。举例而言，若是半导体基板102为N型掺杂结晶硅基板，则掺杂结晶硅层106可以是N+型掺杂结晶硅层。

进一步地，形成的掺杂结晶硅层106包含上下堆叠的第一次掺杂结晶硅层106A以及第二次掺杂结晶硅层106B，其中第一次掺杂结晶硅层106A位于穿隧层104的远离半导体基板102的一侧，而第二次掺杂结晶硅层106B位于第一次掺杂结晶硅层106A的远离穿隧层104的一侧。以半导体基板102实施为N型掺杂结晶硅基板为例，第一次掺杂结晶硅层106A与第二次掺杂结晶硅层106B可均具有多晶硅晶体且均具有N型掺杂物，例如磷、砷、锑和/或其他相似的掺杂物。在形成第一次掺杂结晶硅层106A的期间，用于化学气相沉积工艺的工艺气体可以是硅甲烷和氢气，而在形成第二次掺杂结晶硅层106B的期间，用于化学气相沉积工艺的工艺气体除了硅甲烷和氢气的外，增加掺杂物的反应气体，例如：磷化氢。使得第一次掺杂结晶硅层106A的掺杂浓度大于第二次掺杂结晶硅层106B的掺杂浓度。在一些实施例中，第一次掺杂结晶硅层106A的掺杂浓度约为10¹⁷个/立方厘米至10²¹个/立方厘米，而第二次掺杂结晶硅层106B的掺杂浓度约为10¹³个/立方厘米至10¹⁷个/立方厘米。通过控制化学气相沉积工艺的进行时间，第一次掺杂结晶硅层106A与第二次掺杂结晶硅层106B各别的厚度可约为10纳米至50纳米。

在一些实施例中，形成的掺杂结晶硅层106可具有三个或三个以上的次掺杂结晶硅层，且通过调整形成次掺杂结晶硅层所进行的化学气相沉积工艺的工艺气体，这些次掺杂结晶硅层的掺杂浓度关系可以是在逐渐远离穿隧层104的方向上递减。而在其他实施例中，通过适当的控制化学气相沉积工艺，形成的掺杂结晶硅层106可具有连续性的掺杂浓度变化，且其掺杂浓度可在逐渐远离穿隧层104的方向上递减。

形成掺杂结晶硅层106后，接着进行步骤308，在半导体基板102的第二侧102B(即半导体基板102的远离穿隧层104的一侧)形成钝化层108。钝化层108可经由进行化学气相沉积工艺、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)工艺或原子层沉积(atomiclayer deposition；ALD)工艺在半导体基板102上形成。钝化层108的材料可以是氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氮化硅、上述组合或其他合适的材料。

步骤308完成后，可依据半导体结构的类型，接着进行后续对应步骤。以太阳能电池结构100为例，可接着再进行化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺，在钝化层108上形成钝化层110。同样地，钝化层110可由氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氮化硅、上述组合或其他合适的材料形成。之后，进行沉积工艺或涂布工艺，在钝化层110上形成抗反射层112。抗反射层112可由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化钛、上述组合或其他合适的材料形成。接着，进行蒸镀、溅镀或电镀工艺，以分别在掺杂结晶硅层106和半导体基板102的第二侧102B上形成电极层114、116。在形成电极层116前，可先进行蚀刻工艺，以在钝化层108、110和抗反射层112上形成缺口，且接着在缺口中形成电极层116。电极层114、116可由银、铜、铝、上述组合或其他的金属或导电材料形成。在其他实施例中，电极层114、116也可通过网印方式形成。

在一些实施例中，若是电极层114由金属材料形成，则可先在穿隧层104的远离半导体基板的一侧上依序形成掺杂硅薄膜和金属材料薄膜后，接着再进行退火工艺，以同时形成掺杂结晶硅层106和金属层114。

本发明实施例的制作太阳能电池结构的方法的优点至少在于，通过控制掺杂结晶硅层中的掺杂浓度，可避免穿隧层的品质在高温工艺中受到影响，进而确保产品的效能及合格率。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。