專利名稱：帶有具有整合的摻雜分布的吸收體的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池以及這種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池用于將光能轉(zhuǎn)換為電能。為了能夠使入射光在太陽能電池基板內(nèi)產(chǎn)生 的電荷載流子對在空間上分離，太陽能電池包括不同的相鄰的半導(dǎo)體區(qū)域，由于用于這些 區(qū)域的半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)和/或由于引入到具體半導(dǎo)體材料中的摻雜劑的性質(zhì)和濃 度，單獨(dú)的區(qū)域具有彼此不同的電性能。由于這些不同的電性能，在不同的半導(dǎo)體區(qū)域之間 的界面處建立了電勢差，光產(chǎn)生的電荷載流子對的電子和空穴基于這個電勢差在空間上分
1 O一般地，所謂的同質(zhì)結(jié)太陽能電池和所謂的異質(zhì)結(jié)太陽能電池之間存在差異。同 質(zhì)結(jié)太陽能電池一般包括半導(dǎo)體材料制成的單個半導(dǎo)體基板，在這種半導(dǎo)體基板內(nèi)，相鄰 的不同的半導(dǎo)體區(qū)域通過局部引入不同的摻雜劑而產(chǎn)生。例如，在硅制成的基板內(nèi)，摻雜有 ρ-半導(dǎo)體類型的硼的區(qū)域可以相鄰即可以鄰接于摻雜有η-半導(dǎo)體類型的磷的區(qū)域，從而 在界面處形成Pn結(jié)，接著，這個ρη結(jié)又產(chǎn)生了分離電荷載流子所必需的電勢差。與此相比，異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有由不同的半導(dǎo)體材料制成的相鄰的區(qū)域。因?yàn)?不同半導(dǎo)體材料的價帶和導(dǎo)帶處于不同的能級，所以在不同的半導(dǎo)體材料相鄰的界面處產(chǎn) 生了所謂的“帶偏移”(band offsets)，通常也稱為帶彎曲(band bending)，它能引起分離 電荷載流子所期望的電勢差。這種效應(yīng)能夠進(jìn)一步幫助單獨(dú)的半導(dǎo)體材料能夠輪流地再次 被摻雜，這對帶彎曲產(chǎn)生了額外的影響。一方面，就用于形成異質(zhì)結(jié)太陽能電池的化學(xué)元素而言，用于形成該異質(zhì)結(jié)太陽 能電池的半導(dǎo)體材料可以不同。例如，不同的半導(dǎo)體形成元素(例如硅、鍺、砷化鎵等)制 成的層可以沉積在彼此的上方。然而，也可以使用處于不同晶體結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)的相同化 學(xué)元素制成的半導(dǎo)體材料。例如，已知硅根據(jù)其是否處于晶體態(tài)或非晶態(tài)可以具有非常不 同的電性能，也就是說，價帶和導(dǎo)帶或其邊緣的能級以及處于之間的帶隙可以明顯不同。圖Ia示出了常規(guī)的異質(zhì)結(jié)太陽能電池101，在該太陽能電池101內(nèi)，在晶體硅 (c-Si)制成的吸收體層103的在使用中面對入射光的表面上，沉積被稱為異質(zhì)結(jié)層105的 又一半導(dǎo)體層。異質(zhì)結(jié)層105包括非晶硅(a-Si)，并且異質(zhì)結(jié)層105被摻雜，以使其具有與 吸收體層103相反的半導(dǎo)體類型。因而異質(zhì)結(jié)層105形成了吸收體層103的發(fā)射體。在異 質(zhì)結(jié)層105和吸收體層103之間的界面處，由于在這個地方出現(xiàn)的帶彎曲或帶偏移，產(chǎn)生了 使電荷載流子對分離的期望的電勢差。在所示的例子中，在吸收體層103的相反的表面上 沉積另一異質(zhì)結(jié)層107。其具有與吸收體層103相同的半導(dǎo)體類型，但是摻雜濃度更高，以 使這個異質(zhì)結(jié)層107可以用作背場(BSF)。圖Ib示出了圖Ia中所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池101的區(qū)域的與位置有關(guān)的摻雜濃 度C。在這種情況下，圖Ib表示為分配給單獨(dú)的層103、105、107的區(qū)域可以直接地與圖Ia 對照。如圖Ib中所示，單獨(dú)的異質(zhì)結(jié)層105、107和吸收體層103之間的界面處的摻雜濃度C的變化是突然的。具體地，在η-半導(dǎo)體類型或P-半導(dǎo)體類型的基本上同質(zhì)摻雜的吸收體 層與對應(yīng)相反的P-半導(dǎo)體類型或η-半導(dǎo)體類型的同樣基本上同質(zhì)摻雜的用作發(fā)射體層的 異質(zhì)結(jié)層105相鄰(因而形成高的電勢差)的界面處，具有從一個半導(dǎo)體類型的摻雜到對 應(yīng)的其他半導(dǎo)體類型的摻雜的突然轉(zhuǎn)變。圖加示出了常規(guī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池151的又一個例子。在這種異質(zhì)結(jié)太陽能電 池151內(nèi)，在吸收體層153和在正面的用作發(fā)射體層的異質(zhì)結(jié)層155之間，以及在吸收體層 153和在背面的用作B SF層的異質(zhì)結(jié)層157之間，分別插入附加的、本征非晶半導(dǎo)體層159、 161。這種無摻雜或者極弱摻雜(例如，< IxlO1W3)的本征層159、161的插入可以具有 以下效應(yīng)更高摻雜的發(fā)射體層153不再直接地相鄰于也是更高摻雜的異質(zhì)結(jié)層155、157。 在這種方式下，在轉(zhuǎn)變處產(chǎn)生的空間電荷區(qū)域或者電勢彎曲變寬，并且無摻雜或者弱摻雜 的中間層使通常沒有極長電荷載流子壽命的高摻雜異質(zhì)結(jié)層與吸收體體積在空間上分離。已經(jīng)觀察到，如果制備精良，那么圖加中的異質(zhì)結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)就具有相當(dāng)高 的表面鈍化質(zhì)量，這可以產(chǎn)生比圖Ia中所示的太陽能電池結(jié)構(gòu)相應(yīng)更高的開路電壓。在這 種情況下，表面鈍化的質(zhì)量一般來說隨著非晶硅的本征層159、161的厚度增加而增加。這 種本征層159、161的通常厚度在0. 5nm到IOnm的范圍內(nèi)。然而，已經(jīng)觀察到，到目前為止，與在圖Ia所示的太陽能電池結(jié)構(gòu)的情況下所觀 察到的占空因數(shù)相比，在如圖加所示那樣制備異質(zhì)結(jié)太陽能電池的情況下的占空因數(shù)一 直相當(dāng)?shù)?。一方面，觀察到在圖加所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的情況下，開路電壓比圖Ia 所示的結(jié)構(gòu)的情況下高，而另一方面，所觀察到的占空因數(shù)較低，此外，對這種觀察結(jié)果的 解釋如下本征a-Si層159、161具有比摻雜a-Si異質(zhì)結(jié)層105、155、107、157相對更高的 電子特性。換句話說，本征層內(nèi)具有的復(fù)合能力比摻雜a-Si異質(zhì)結(jié)層的低。由于使用直接 相鄰于c-Si吸收體層153的本征a-Si異質(zhì)結(jié)層159、161而導(dǎo)致的有效表面復(fù)合從而比圖 Ia中所示的太陽能電池結(jié)構(gòu)的情況下更低(更好)，在圖Ia所示的結(jié)構(gòu)中，摻雜的a-Si異 質(zhì)結(jié)層105、107直接相鄰于c-Si吸收體層153。另一方面，在太陽能電池內(nèi)的電流傳輸受 到本征層的阻擋。為了簡化，可以稱為本征層159、161的“串聯(lián)電阻”。這個附加的“串聯(lián) 電阻”可以導(dǎo)致占空因數(shù)下降，并因而導(dǎo)致太陽能電池效率的損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池，在這種太陽能電池中，特別地，出現(xiàn)在常規(guī)異 質(zhì)結(jié)太陽能電池中的上述問題至少被部分地解決。具體地，需要一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其 一方面具有良好的有效表面鈍化和與其相關(guān)的高的開路電壓，另一方面由于低串聯(lián)電阻而 具有高的占空因數(shù)。此外，需要一種制備這種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的方法。這種需要可以通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來滿足。本發(fā)明的有益實(shí)施例在從屬權(quán)利 要求中描述。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出的異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有硅制成的吸收體層以及摻 雜半導(dǎo)體材料制成的至少一個異質(zhì)結(jié)層，所述吸收體層具有基區(qū)摻雜，所述摻雜半導(dǎo)體材 料的帶隙不同于所述吸收體層的硅的帶隙。在這種情況下，所述吸收體層在朝異質(zhì)結(jié)層方 向的界面處具有摻雜層，摻雜層的摻雜濃度高于吸收體層的基區(qū)摻雜濃度。
本發(fā)明的第一方面可以被看作基于下面的內(nèi)容從上述的常規(guī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池開始，在進(jìn)一步發(fā)展中，就其基區(qū)摻雜而言，本身 基本上同質(zhì)摻雜的吸收體層不再在其界面處突然地變?yōu)楫愘|(zhì)結(jié)層，該異質(zhì)結(jié)層本身接著同 樣地基本上同質(zhì)摻雜，但是優(yōu)選地，吸收體層內(nèi)的摻雜濃度朝著與異質(zhì)結(jié)層的界面連續(xù)地 改變。因此，在吸收體層內(nèi)，增加的摻雜劑濃度占據(jù)其表面附近。例如，對太陽能電池的作用方式最佳的實(shí)際吸收體內(nèi)的基區(qū)摻雜的摻雜劑濃度一 般在lX1014cm_3到lxl016Cm_3的范圍內(nèi)，但也可以更低，在極限情況下，吸收體也能夠由本 征材料制成。在吸收體層的一個表面上局部或者遍布整個區(qū)域形成具有例如朝著界面漸 增的增加的摻雜濃度的層，所述表面之后形成了對相鄰的異質(zhì)結(jié)層的界面，或者可選地， 形成了額外布置在吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之間的本征層的界面，其中最大摻雜濃度例如在 IxlO17Cm-3到IxlO19Cm-3的范圍內(nèi)。這個相對高度摻雜的層的厚度是低的，例如小于2 μ m， 以使與吸收體的整個體積相比，該層的體積的比例相對較小的體積內(nèi)的復(fù)合對吸收體內(nèi)的 整個復(fù)合沒有顯著貢獻(xiàn)，該層的復(fù)合由于摻雜增加而增加。然而，這種接近表面的摻雜分布導(dǎo)致的“場效應(yīng)”使得一種類型的電荷載流子，即 空穴或者電子，遠(yuǎn)離表面缺陷狀態(tài)，該表面缺陷狀態(tài)例如出現(xiàn)在例如吸收體層和異質(zhì)結(jié)層 之間的界面處。這種效應(yīng)也被稱為“場效應(yīng)鈍化”，并且意指一種基于電場的有效表面鈍化 的物理描述。在該情況下，這種接近表面的高摻雜導(dǎo)致相應(yīng)的帶彎曲，這種帶彎曲產(chǎn)生接近 表面的相應(yīng)的電場，這種電場然后防止一種類型的電荷載流子到達(dá)表面，并防止在那里出 現(xiàn)復(fù)合中心。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種“場效應(yīng)鈍化”可以有利地用在異質(zhì)結(jié)太陽能電池 的形成或制備中。結(jié)果，由于場效應(yīng)，保持電荷載流子遠(yuǎn)離吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之間的界 面是可能的，對異質(zhì)結(jié)層的鈍化性能或者界面的質(zhì)量有更少的要求是可能的。而在例如圖 Ia所示的常規(guī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，由于吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之間的界面處的缺陷導(dǎo)致的 復(fù)合和異質(zhì)結(jié)層的體積內(nèi)的復(fù)合均對特定的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的整個性能有相當(dāng)大的影 響，具體地，是對其開路電壓的影響，這里所提出的異質(zhì)結(jié)太陽能電池極大地緩和了這些影 響。由于接近表面的高摻雜所引起的場效應(yīng)，吸收體層內(nèi)產(chǎn)生的電荷載流子大部分不再擴(kuò) 散到吸收體的表面，并且不再在出現(xiàn)在那里的復(fù)合中心處復(fù)合。對吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之 間的界面處的非常低的表面復(fù)合的要求可以例如主要按照常規(guī)通過如下條件獲得在界面 處和異質(zhì)結(jié)層內(nèi)應(yīng)該具有盡可能少的復(fù)合中心，上述條件接著可以通過如下條件獲得應(yīng) 該盡可能無缺陷地沉積異質(zhì)結(jié)層，或者附加的本征層應(yīng)該被插入在吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之 間-盡管慢并且成本高，因而能夠減少。因此，在這里所提出的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的情況下，看上去有可能能夠忽略或者 至少能夠減薄插入的、目前通常集成在常規(guī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池內(nèi)的本征層，而在出現(xiàn)的太 陽能電池的電性能上沒有劣化。這可以使由于插入的本征層而出現(xiàn)在常規(guī)的異質(zhì)結(jié)太陽能 電池中的串聯(lián)電阻消失或者降低，串聯(lián)電阻的消失或者降低可以導(dǎo)致占空因數(shù)增大，因而 使太陽能電池的效率增加。本文所描述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的其他有益效果可以在下面的情況中看出。在常 規(guī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，異質(zhì)結(jié)層被配置成發(fā)射體并且吸收體層被配置成基區(qū)，空間電荷 區(qū)域是在吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之間的界面的區(qū)域中，所述空間電荷區(qū)域在產(chǎn)生的pn結(jié)處形成，并且其中的電子和空穴濃度彼此對應(yīng)。因此，實(shí)際上在這個界面處不可避免地出現(xiàn)的 界面缺陷狀態(tài)位于空間電荷區(qū)域內(nèi)，這個空間電荷區(qū)域特別容易受到復(fù)合的影響。然而，在 這里所提出的異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，Pn結(jié)的位置與異質(zhì)結(jié)的位置分開。事實(shí)上，這里的發(fā) 射體不僅僅由異質(zhì)結(jié)層形成，而還另外地由接近吸收體層的表面引入到吸收體層內(nèi)的摻雜 層形成，在這個特定實(shí)施例中的摻雜層也形成了發(fā)射體的一部分。實(shí)際的pn結(jié)因而轉(zhuǎn)移到 吸收體層的低缺陷區(qū)域內(nèi)。在下面的內(nèi)容中，對根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的實(shí)施例的其他特征、細(xì)節(jié)和可能 的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。吸收體層可以是按照基區(qū)摻雜方式摻雜的、硅制成的任何期望的層。在這種情況 下，基區(qū)摻雜可以是在例如IO16CnT3的區(qū)域中，但是還可以更低，并且在極限低的情況下，例 如在IO13CnT3的區(qū)域中，可以假設(shè)為本征硅。吸收體層可以按照硅晶片的形式設(shè)置。可選 地，吸收體層還可被設(shè)置成硅制成的薄膜。吸收體層具有厚度，以使大量的入射光，特別是 太陽光被吸收到吸收體層內(nèi)。舉例來說，吸收體層可以具有大于5 μ m的厚度，優(yōu)選地，大于 20 μ m,在硅晶片的情況下，優(yōu)選地，大于100 μ m。吸收體層可以被摻雜有任何期望的摻雜劑。例如，可以用硼對吸收體層的硅進(jìn)行 摻雜，從而產(chǎn)生P-型硅?？蛇x地，可以使用磷來摻雜，從而產(chǎn)生η-型硅。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，吸收體層包括還被稱為C-Si的晶體硅。在這種情況下，可 以使用各種晶體，例如單晶體、多晶體或多晶硅。與非晶硅相比，晶體硅例如具有低密度的 缺陷，這種低密度的缺陷可以起到復(fù)合中心的作用，因而具有高的電子特性。異質(zhì)結(jié)層不同于吸收體層，具體地，就用于該異質(zhì)結(jié)層的摻雜半導(dǎo)體材料而言，異 質(zhì)結(jié)層的半導(dǎo)體材料的帶隙不同于吸收體層的硅的帶隙。例如根據(jù)費(fèi)米能級，這種差異可 以存在于帶隙的尺寸上以及帶隙的能量位置上。通常而言，異質(zhì)結(jié)層的帶隙大于吸收體層 的帶隙。因此，異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體材料可以包括與吸收體層的硅的摻雜不同或者結(jié)構(gòu)或結(jié)晶 度不同的硅，或者它可以包括完全不同的半導(dǎo)體材料，例如，鍺、砷化鎵等。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，異質(zhì)結(jié)層包括非晶硅。這樣的非晶硅的帶隙= 1.5-2. leV，取決于制備)比晶體硅的帶隙1. IeV)大。具體地，如果異質(zhì)結(jié)層被構(gòu) 造成具有與吸收體層相反的摻雜的發(fā)射體層，那么非晶硅的使用就可以對太陽能電池的開 路電壓具有有益效果?？蛇x地，利用非晶硅制成的異質(zhì)結(jié)層的BSF的形成可以對開路電壓 具有有益效果。可以在吸收體層的各個局部表面上設(shè)置一個或多個異質(zhì)結(jié)層。例如，用作發(fā)射體 的異質(zhì)結(jié)層可以選擇性地布置在吸收體層的正面和/或背面。可選地或者附加地，用作BSF 的異質(zhì)結(jié)層可以布置在吸收體層的局部表面上。在這種情況下，異質(zhì)結(jié)層的厚度可以比吸 收體層的厚度低很多，并且例如小于1 μ m,優(yōu)選地，小于lOOnm，并且更優(yōu)選地，在5-50nm的 范圍內(nèi)。吸收體層與在常規(guī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池中使用的吸收體層的具體區(qū)別在于為了產(chǎn) 生摻雜層，在朝異質(zhì)結(jié)層方向的界面處引入附加的摻雜劑，摻雜層的摻雜濃度高于吸收體 層的基區(qū)摻雜濃度。因而，更高摻雜的層成為吸收體層的一部分，但是具有比吸收體層的剩 余部分更高的摻雜劑濃度。在這種情況下，可以選擇摻雜劑的類型和摻雜劑濃度，以使在摻 雜分布的區(qū)域中建立與異質(zhì)結(jié)層內(nèi)的半導(dǎo)體類型相同的半導(dǎo)體類型。換句話說，這意味著當(dāng)異質(zhì)結(jié)層被構(gòu)造成例如具有與吸收體層相反的半導(dǎo)體類型的發(fā)射體層時，附加的摻雜劑 能夠被引入到吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之間的邊界層處，以使例如吸收體層的同質(zhì)基區(qū)摻雜能 夠在界面區(qū)域內(nèi)被局部地過度補(bǔ)償，并且因而在那里建立發(fā)射體類摻雜分布?？蛇x地，如果 異質(zhì)結(jié)層被設(shè)置成例如具有與源自半導(dǎo)體類型的吸收體層的摻雜一致的摻雜的BSF，那么 只有吸收體層的基區(qū)摻雜可以在邊界層的區(qū)域內(nèi)局部地增加。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，吸收體層內(nèi)的摻雜層具有在lX1017cm_3和lX102°cm_3之 間的最大摻雜劑濃度，優(yōu)選地，在lxl018Cm_3和lX1019cm_3之間。一方面，這種最大濃度的摻 雜劑可以由于產(chǎn)生的場效應(yīng)而導(dǎo)致在吸收體層內(nèi)部產(chǎn)生的電荷載流子保持遠(yuǎn)離異質(zhì)結(jié)層 的界面，另一方面，摻雜劑濃度足夠低，以使諸如出現(xiàn)在高摻雜半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的附加的電荷 載流子復(fù)合保持為低的，特別地，摻雜分布的深度保持足夠低。根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，摻雜層具有一個摻雜分布03，25)，所述摻雜分布具有 沿著背離界面的方向降低的摻雜劑濃度。換句話說，更接近吸收體層內(nèi)部的區(qū)域中的摻雜 比更朝向吸收體層的表面的摻雜低。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，摻雜層具有摻雜分布，該摻雜分布例如通過擴(kuò)散處理 產(chǎn)生。換句話說，這意味著在通過摻雜劑的擴(kuò)散而產(chǎn)生擴(kuò)散分布的情況下，摻雜劑濃度按照 例如一般的形式沿著背離界面的方向降低。這種摻雜分布一方面容易利用硅晶片中的標(biāo)準(zhǔn) 技術(shù)來產(chǎn)生，另一方面關(guān)于其有益的電子性能，在異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備中已經(jīng)驗(yàn)證了 很長一段時間。根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，摻雜層具有小于3 μ m的深度，優(yōu)選地，小于1 μ m,更優(yōu) 選地，小于0.5 μ m。因此，摻雜分布可以具有一個深度或者厚度，該深度或者厚度比吸收體 層的厚度小很多，并且此外，還優(yōu)選地小于異質(zhì)結(jié)層的厚度。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，異質(zhì)結(jié)層直接相鄰于吸收體層。如上所述，在常規(guī)異質(zhì) 結(jié)太陽能電池的情況下，為了降低在吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之間的界面處的復(fù)合損耗，經(jīng)常 將本征半導(dǎo)體層插入在吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之間。由于在這里提出的吸收體層的接近于界 面的區(qū)域內(nèi)的摻雜分布以及由于相關(guān)的場效應(yīng)，在所提出的異質(zhì)結(jié)太陽能電池內(nèi)，設(shè)置的 本征半導(dǎo)體材料制成的附加層可能由于出現(xiàn)的界面復(fù)合而被有利地配置而沒有相當(dāng)大量 的太陽能電池效率的損耗。但是，應(yīng)該另外指出，可以額外地設(shè)置插入在異質(zhì)結(jié)層和吸收體 層之間的本征半導(dǎo)體材料制成的層。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提出了一種制備異質(zhì)結(jié)太陽能電池的方法，所述方法包 括下列步驟提供按照基區(qū)摻雜基本上同質(zhì)摻雜的硅制成的吸收體層；將摻雜劑引入到吸 收體層內(nèi)以制備摻雜層，所述摻雜層的摻雜濃度高于所述吸收體層的基區(qū)摻雜濃度；以及 將摻雜半導(dǎo)體材料制成的異質(zhì)結(jié)層沉積到所述吸收體層的表面上，所述摻雜半導(dǎo)體材料的 帶隙不同于所述吸收體層的硅的帶隙。用于吸收體層的措詞“基本上同質(zhì)摻雜的硅”在這里可以被理解為意指用作吸收 體層的基區(qū)的硅并不是被刻意地設(shè)置有摻雜分布。但是，并不能排除用于吸收體層的硅中 的摻雜劑濃度局部輕微變化，因?yàn)檫@在一定程度上是不可避免的，尤其由于在制備硅的過 程中的外部和內(nèi)部影響。例如，基本上同質(zhì)摻雜的硅的摻雜劑濃度有可能變化，但是不超過
一個數(shù)量級。吸收體層內(nèi)的用于制備更高摻雜并接近于表面的層的摻雜劑可以通過各種方式引入。優(yōu)選地，通過擴(kuò)散引入摻雜劑。為此，將摻雜劑以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)形式引入到吸收 體層的表面附近，以及在高溫下擴(kuò)散到吸收體層的材料的表面中。在已經(jīng)產(chǎn)生附加的摻雜分布之后，可以將異質(zhì)結(jié)層沉積到吸收體層的表面上，尤 其是預(yù)先已經(jīng)引入附加的摻雜劑的位置。這可以在任何期望的涂覆或外延工藝的幫助下實(shí) 現(xiàn)，例如，化學(xué)汽相沉積(CVD)(尤其是等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD))、物理汽相沉積(PVD)或 者液相外延(LPE)。應(yīng)該注意，已經(jīng)主要針對本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)太陽能電池對本發(fā)明的實(shí)施例、特征和 優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了描述。但是，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以由前面的描述以及還可以由下面的描 述看出，除非規(guī)定，否則本發(fā)明的實(shí)施例和特征還可以相似地適用于本發(fā)明的用于制備異 質(zhì)結(jié)太陽能電池的方法，反之亦然。特別地，各個實(shí)施例的特征還可以按照任何期望的方式 彼此組合。


由下面的實(shí)施例的描述以及參照附圖，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可以看到本發(fā)明的進(jìn)一 步特征和優(yōu)點(diǎn)，所述的實(shí)施例通過實(shí)例的形式給出，但是并不被解釋為限制本發(fā)明。圖Ia示出了常規(guī)的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的橫截面。圖Ib示出了圖Ia中所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的摻雜分布。圖加示出了帶有集成的本征半導(dǎo)體層的又一常規(guī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的橫截面。圖2b示出了圖加中所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的摻雜分布。圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的橫截面。圖北示出了圖3a中所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的摻雜分布。圖如示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的帶有集成的本征半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)太陽 能電池的橫截面。圖4b示出了圖如中所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的摻雜分布。所有的附圖僅僅是示圖，并未按照實(shí)際比例繪制。在附圖中，相似或相同的元件用 相同的參考標(biāo)號標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的異質(zhì)結(jié)太陽能電池1。晶體硅制成的吸 收體層3的中心區(qū)域21被按照如圖北中所示的擴(kuò)散分布的示圖形式用P-型方式同質(zhì)地 摻雜。帶有摻雜分布的摻雜層23、25被另外引入到靠近表面的區(qū)域內(nèi)。如圖北中清晰可 見以及也如圖3a中通過陰影類型所表示的示圖形式中所示，每種情況下的摻雜劑濃度C沿 著背離吸收體層3的界面13、15和朝向吸收體層3的內(nèi)部的方向降低。應(yīng)該將圖北(以及 lb,2b和4b)中所選擇的摻雜濃度的表現(xiàn)性質(zhì)理解為以下的含義一種類型(例如η-型) 的摻雜濃度在視圖中心的左側(cè)示出，而其他類型的摻雜濃度在視圖中心的右側(cè)示出。在這 種情況下，圖3a和北中的正面區(qū)域23中的摻雜類型與中心區(qū)域21中的摻雜類型相反，因 而與基區(qū)類中心區(qū)域21相比，其具有發(fā)射體類性能。背面區(qū)域25中的摻雜類型與中心區(qū) 域21的摻雜類型一致，所以在背面區(qū)域25處形成BSF類區(qū)域。舉例來說，同質(zhì)摻雜的中心區(qū)域21可以在吸收體的制備(例如以晶體硅晶片形式)期間已經(jīng)摻雜有硼，而附加的摻雜區(qū)域25、23可以通過隨后附加的硼或者磷的擴(kuò)散而 產(chǎn)生。也可以使用基本上無摻雜的吸收體。異質(zhì)結(jié)層5、7沉積在吸收體3的正面和背面的界面13、15上。這些層本身均具有 在很大程度上同質(zhì)的摻雜濃度，并且特定的異質(zhì)結(jié)層5、7的摻雜類型與諸如占據(jù)吸收體層 3的特定界面處的摻雜類型一致，在該特定界面處，沉積有異質(zhì)結(jié)層5、7。正面上的發(fā)射體 類異質(zhì)結(jié)層5內(nèi)的摻雜劑濃度比引入到吸收體層3內(nèi)的摻雜分布的相鄰區(qū)域23內(nèi)的表面 摻雜劑濃度高很多。相應(yīng)的描述適用于在背面上布置的基區(qū)類異質(zhì)結(jié)層7。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖如/b中所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，附加的本 征層9被插入在吸收體層3和發(fā)射體類異質(zhì)結(jié)層5之間的正面上。此外，附加的本征層11 被插入在吸收體層3和基區(qū)類異質(zhì)結(jié)層7之間的背面上。本征層9、11可以導(dǎo)致從吸收體 層3到異質(zhì)結(jié)層5、7中的一層轉(zhuǎn)變的區(qū)域內(nèi)的復(fù)合損耗的進(jìn)一步降低。但是，由于在吸收 體層3內(nèi)設(shè)置了附加的摻雜分布以及由于這個分布所引起的場效應(yīng)，它們的積極影響可能 會比例如圖加中所示的常規(guī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的小。最后，應(yīng)該指出，術(shù)語“包含(include) ”、“包括(comprise) ”等并不排除其他元素 的出現(xiàn)。術(shù)語“一(a)”或“一個(one)”也并不排除多個對象的出現(xiàn)。權(quán)利要求中的參考 標(biāo)號僅僅用來幫助閱讀，并不旨在以任何方式限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池(1)，包括硅制成的吸收體層(3)，其具有基區(qū)摻雜濃度；摻雜半導(dǎo)體材料制成的異質(zhì)結(jié)層(5，7)，所述摻雜半導(dǎo)體材料的帶隙不同于所述吸收 體層⑶的硅的帶隙；其中所述吸收體層C3)在朝所述異質(zhì)結(jié)層(5，7)方向的界面處具有摻雜層03，25)，所 述摻雜層的摻雜濃度高于所述吸收體層的基區(qū)摻雜濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池， 其中所述吸收體層C3)包括晶體硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池， 其中所述異質(zhì)結(jié)層(5，7)包括非晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其中所述吸收體層(3)內(nèi)的摻雜層(23,25)具有在IxlO17Cm-3和lxl02°Cm_3之間的最 大摻雜劑濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其中所述摻雜層(23,2 具有摻雜分布，所述摻雜分布具有沿著背離所述界面的方向 降低的摻雜劑濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其中所述摻雜層(23,2 具有由擴(kuò)散處理產(chǎn)生的摻雜分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的太陽能電池， 其中所述摻雜層(23，25)具有小于2μπι的深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的太陽能電池， 其中所述異質(zhì)結(jié)層(5，7)直接地鄰接于所述吸收體層(3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其中本征層(9)插入在所述異質(zhì)結(jié)層(5，7)和所述吸收體層C3)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其中所述異質(zhì)結(jié)層(5，7)和所述吸收體層C3)的摻雜層(23,2 包括相同的半導(dǎo)體類型。
11.一種制備異質(zhì)結(jié)太陽能電池(1)的方法，其中所述方法包括 提供具有基區(qū)摻雜的基本上同質(zhì)摻雜的硅制成的吸收體層(3)；將摻雜劑引入到所述吸收體層內(nèi)以制備摻雜層03，25)，所述摻雜層的摻雜濃度高于 所述吸收體層的基區(qū)摻雜濃度；將摻雜半導(dǎo)體材料制成的異質(zhì)結(jié)層(5，7)沉積到所述吸收體層(3)的表面上，所述摻 雜半導(dǎo)體材料的帶隙不同于所述吸收體層(3)的硅的帶隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述摻雜層(23,2 制作成具有摻雜分布，所述摻雜分布具有沿著背離所述吸收 體層(3)的表面的方向降低的摻雜劑濃度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法， 其中通過擴(kuò)散弓I入所述摻雜劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池(1)及其制備方法。異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有硅制成的吸收體層(3)以及摻雜半導(dǎo)體材料制成的至少一個異質(zhì)結(jié)層(5，7)，吸收體層(3)具有基區(qū)摻雜，摻雜半導(dǎo)體材料的帶隙不同于吸收體層的硅的帶隙。吸收體層(3)在朝異質(zhì)結(jié)層(5，7)方向的界面(13，15)處具有摻雜層，所述摻雜層的摻雜濃度高于吸收體層的基區(qū)摻雜濃度。作為該摻雜分布的結(jié)果，產(chǎn)生了場效應(yīng)，該場效應(yīng)防止吸收體層內(nèi)產(chǎn)生的電荷載流子對朝向吸收體層和異質(zhì)結(jié)層之間的界面擴(kuò)散，以及防止在那里復(fù)合。
文檔編號H01L31/028GK102084491SQ200980125790
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者尼爾斯-彼得·哈德爾 申請人:太陽能研究所股份有限公司