專利名稱：太陽能電池的制作方法
技術領域：
所描述的各種實施方式涉及太陽能電池。
背景技術：
近來，由于認為現(xiàn)有能源(如石油和煤)是會被耗盡的，因此對于代替現(xiàn)有能源的 另選能源越來越感興趣。在這些另選能源中，從太陽能產(chǎn)生電能的太陽能電池尤其受到關注。太陽能電池通常包括基板和射極層，基板和射極層各自由半導體形成，并且在基 板和射極層上分別形成有電極。形成基板和射極層的半導體具有不同的導電類型，例如P 型和η型。在基板和射極層之間的界面形成ρ-η結。當光入射在太陽能電池上時，在半導體中產(chǎn)生多個電子-空穴對。通過光電效應 將這些電子-空穴對分成電子和空穴。由此，分出的電子移動到η型半導體(例如射極層) 并且分出的空穴移動到P型半導體(例如基板)，然后電子和空穴分別由電連接到射極層和 基板的電極收集。這些電極通過電線彼此連接，從而獲得電力。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，存在一種太陽能電池，該太陽能電池包括晶體基板，該晶體基板含有第一 導電類型的第一雜質(zhì)。所述太陽能電池還包括含有第二導電類型的第二雜質(zhì)的第一非晶 層，所述第一非晶層具有包括第一濃度的第二雜質(zhì)的第一部分和包括第二濃度的第二雜質(zhì) 的第二部分，所述第二部分與所述晶體基板的最小距離大于所述第一部分與所述晶體基板 的最小距離，所述第二濃度大于所述第一濃度。所述太陽能電池還包括第一電極、以及電連 接到所述第一非晶層并與所述第一電極電絕緣的第二電極。所述太陽能電池可以包括含有第三導電類型的第三雜質(zhì)的第二非晶層，所述第二 非晶層具有包括第一濃度的第三雜質(zhì)的第一部分和包括第二濃度的第三雜質(zhì)的第二部分， 所述第二部分與所述晶體基板的最小距離大于所述第一部分與所述晶體基板的最小距離， 所述第二濃度大于所述第一濃度，其中，所述第三導電類型與所述第二導電類型相反。所述 第二非晶層可以位于所述晶體基板的沒有光入射的非入射面上。在所述太陽能電池中，所述第一非晶層可以位于所述晶體基板的光入射的入射面 上。所述第一非晶層可以位于所述晶體基板的沒有光入射的非入射面上。所述第一導電類 型可以與所述第三導電類型相同。所述第一非晶層的所述第一部分的所述第二雜質(zhì)的所述 第一濃度可以接近于零。在第一部分和第二部分之間，所述第二雜質(zhì)的濃度可以按預定的 速率增加。在所述太陽能電池中，所述第一非晶層的所述第一部分可以是本征半導體部分， 所述第一非晶層的所述第二部分可以是非本征半導體部分。所述第一非晶層的所述第一部 分可以位于所述晶體基板的附近，并且所述非晶層的所述第二部分的位置可以位于所述非 晶層的與所述晶體基板相對的表面的附近。所述第一非晶層具有單層結構。所述第一非晶層和所述晶體基板可以形成異質(zhì)結。所述第二雜質(zhì)的所述第一濃度和所述第二濃度可以是 從大約0/cm3到大約1 X 1027cm3。在另一個總體方面，存在一種半導體結構，該半導體結構位于太陽能電池的晶體 半導體基板的第一表面上，所述晶體半導體基板是第一導電類型。半導體層可以包括具有 第一濃度的雜質(zhì)的第一非晶層和具有第二濃度的雜質(zhì)的第二非晶層，所述第二濃度不同于 所述第一濃度。所述第一非晶層和所述第二非晶層各自可以是非本征層。在所述半導體結構中，所述第一非晶層與所述晶體基板的最小距離可以大于所述 第二非晶層與所述晶體基板的最小距離。雜質(zhì)的所述第一濃度可以大于雜質(zhì)的所述第二濃 度。雜質(zhì)的所述第二濃度可以大于雜質(zhì)的所述第一濃度。另一方面，存在一種方法，該方法包括以下步驟提供含有第一導電類型的第一雜 質(zhì)的晶體基板。所述方法還可以包括以下步驟在所述晶體基板上形成含有第二導電類型 的第二雜質(zhì)的非晶層。形成非晶層的步驟可以包括以下步驟形成所述非晶層的包括第一 摻雜濃度的所述第二雜質(zhì)的第一部分，并且形成所述非晶層的包括第二濃度的所述第二雜 質(zhì)的第二部分，所述第二部分與所述晶體基板的最小距離大于所述第一部分與所述晶體基 板的最小距離，所述第二濃度大于所述第一濃度。所述方法還可以包括以下步驟提供第一 電極，并且提供電連接到所述非晶層并與所述第一電極電絕緣的第二電極。作為所述方法的一部分，形成非晶層的步驟可以包括以下步驟在注入了摻雜劑 氣體的處理室中形成非晶層。另外，形成第一部分和第二部分的步驟可以包括以下步驟以 預定速率改變注入到處理室中的摻雜劑氣體的量。


圖1是太陽能電池的局部剖面圖。圖2是示出射極層或背面場層的雜質(zhì)摻雜濃度與深度之間的示例關系的曲線圖。圖3示出了基板、射極層和背面場層之間的能帶圖。圖4是示出電流密度與射極層或背面場層的雜質(zhì)摻雜濃度之間的關系的曲線圖。圖5是示出射極層或背面場層的雜質(zhì)摻雜濃度與深度之間的另一示例關系的曲 線圖。圖6是太陽能電池的另一局部剖面圖。圖7是示出太陽能電池中的射極層或背面場層的雜質(zhì)摻雜濃度與深度之間的示 例關系的曲線圖。圖8示出了太陽能電池中的基板、射極層和背面場層之間的另一能帶圖。圖9示出了射極層和背面場層的各種示例。
具體實施例方式在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、板、區(qū)域等的厚度。在整個說明書中，相同 標號表示相同元件。應該理解，當將諸如層、膜、區(qū)域或基板的元件稱為“位于另一元件上” 時，它可以直接位于所述另一元件上，或者也可以存在中間元件。相反，當將一元件稱為“直 接位于另一元件上”時，不存在中間元件。另外，應該理解，當將諸如層、膜、區(qū)域或基板的元 件稱為“完全”位于另一元件上時，它可以位于所述另一元件的整個表面上，而不可以位于所述另一元件的邊緣部分上。如圖1所示，太陽能電池1包括基板200、位于基板200的光入射的正面上的射極 層210、以及位于基板200的與基板200的正面相對的沒有光入射的背面上的背面場(BSF) 層220。太陽能電池1還包括分別位于射極層210和背面場層220上的第一透明導電層231 和第二透明導電層232、位于第一透明導電層231上的多個正面電極250、以及位于第二透 明導電層232上的背面電極沈0?；?00是由第一導電類型的硅(例如η型硅或其它類型的硅)形成的半導體基 板?；?00中的硅可以是晶體硅，例如單晶硅和多晶硅。當基板200是η型硅時，基板 200可以包括例如磷(P)、砷(As)和/或銻(Sb)的V族元素的雜質(zhì)。另選的是，基板200 可以是P型，并/或包括不同于硅的材料。當基板200是ρ型時，基板200可以包括例如硼 (B)、鎵(Ga)和/或銦(In)的III族元素的雜質(zhì)?？梢詫?00的整個正面和背面進行粗糙化，以形成不平坦的表面或者具有不 平坦特性的表面。位于基板200的正面的射極層210是與基板200的第一導電類型(例如，η型)相 反的第二導電類型(例如，P型)的雜質(zhì)區(qū)域。射極層210由與基板200不同的半導體形 成，例如，諸如非晶硅(a-Si)的非晶體半導體。在一個示例中，射極層210具有大約IOnm 到50nm的厚度。然而，也可以使用其它的厚度。由此，在太陽能電池1的非晶硅部分和晶 體硅部分之間，射極層210和基板200不僅形成p-n結，而且形成異質(zhì)結。在基板200的背面上的背面場層220是更多地摻雜了與基板200相同導電類型的 雜質(zhì)的雜質(zhì)區(qū)域。背面場層220由與基板200不同的半導體形成，例如，諸如非晶硅的非晶 體半導體，因此沿基板200形成異質(zhì)結。因此，通過由于基板200與背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度之間的差異而產(chǎn)生的勢 壘，基本上防止或減少了空穴向基板200的背面的移動。由此，基本上防止或減少了電子和 空穴在基板200表面周圍的重組和/或消失。在一些實施方式中，射極層210和背面場層220各自由非晶硅形成，并且基板200 由晶體硅(例如微晶硅)形成。因為射極層210和背面場層220的晶體結構與基板200的 晶體結構不同，所以射極層210和背面場層220各自與基板200形成異質(zhì)結。如圖1所示，射極層210和背面場層220各自可以形成為由非晶硅形成的單膜。在通常在基板與射極層之間和/或基板與背面場層之間具有例如由本征非晶硅 形成的單獨鈍化層的太陽能電池的比較示例的情況下，如圖7中所示的雜質(zhì)摻雜濃度與層 深度之間的關系所反映的，在基板與射極層和/或基板與背面場層之間的邊界周圍，雜質(zhì) 摻雜濃度急劇地改變。如圖7所示，射極層或背面場層中包括的雜質(zhì)摻雜濃度Cl相對較高，鈍化層的雜 質(zhì)摻雜濃度C2相對較低。此外，射極層或背面場層的雜質(zhì)摻雜濃度Cl保持在大體恒定的 水平。在比較例中，由非晶硅形成的鈍化層不具有足夠的厚度來穩(wěn)定地執(zhí)行如下的鈍化操 作將存在于基板表面周圍的不穩(wěn)定鍵(例如懸空鍵)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定鍵，從而防止或減少由于 這些不穩(wěn)定鍵而引起的向基板的正面和背面中的每一個移動的載流子的重組和/或消失。 由此，鈍化層沿鈍化層上的射極層或背面場層執(zhí)行鈍化操作。在另一實施方式中，射極層210和背面場層220各自的雜質(zhì)摻雜濃度依據(jù)距射極層210和背面場層220的表面的深度而線性地或非線性地改變。換句話說，隨著與射極層 210和背面場層220各自的表面的距離朝向基板200的表面增加，射極層210和背面場層 220各自的雜質(zhì)摻雜濃度改變。例如，隨著與表面的距離增加，射極層210的雜質(zhì)摻雜濃度以預定速率逐漸減小。 由此，在基板200與射極層210之間的接觸面周圍的射極層210的雜質(zhì)摻雜濃度低于射極 層210的上表面周圍的射極層210的雜質(zhì)摻雜濃度。結果，射極層210在基板200與射極 層210之間的接觸面或其附近具有相對最小的雜質(zhì)摻雜濃度，在射極層210的上表面或其 附近具有相對最大的雜質(zhì)摻雜濃度。此外，類似于射極層210，背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度作為與基板200的距離的 函數(shù)而以預定速率逐漸增加。由此，背面場層220在基板200與背面場層220之間的接觸 面或其附近的雜質(zhì)摻雜濃度低于背面場層220在背面場層220的上表面或其附近的雜質(zhì)摻 雜濃度。結果，背面場層220在基板200與背面場層220之間的接觸面周圍具有相對最小 的雜質(zhì)摻雜濃度，并且可以在背面場層220的上表面周圍具有相對最大的雜質(zhì)摻雜濃度。在另外的示例中，隨著射極層210和背面場層220從射極層210和背面場層220 與基板200之間的接觸面延伸，射極層210和背面場層220各自的雜質(zhì)摻雜濃度可以逐漸 減小。在這些示例中，射極層210和背面場層220可以在與基板200之間的接觸面或其附 近具有相對最大的雜質(zhì)摻雜濃度，并且可以在射極層210和背面場層220的上表面或其附 近具有相對最小的雜質(zhì)摻雜濃度。另外，射極層210的雜質(zhì)摻雜濃度與距射極層210的上 表面的距離之間的關系可以不同于背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度與距背面場層220的上表 面的距離之間的關系。例如，射極層210的雜質(zhì)摻雜濃度與距射極層210的上表面的距離 之間的關系可以與背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度與距背面場層220的上表面的距離之間的 關系相反。在一些實施方式中，射極層210和背面場層220各自在基板200或其附近的雜質(zhì) 摻雜濃度可以至少為0/cm3，并且射極層210和背面場層220各自在射極層210和背面場層 220的上表面或其附近的雜質(zhì)摻雜濃度可以為至多約lX1027cm3。關于太陽能電池1的生產(chǎn)，在開始形成射極層210和/或背面場層220的初始階段 之后，隨著射極層210和/或背面場層220的形成進展，處理室的氣氛中存在的摻雜劑氣體 的量從基本上沒有摻雜劑氣體的狀態(tài)逐漸增加。因此，射極層210和/或背面場層220各 自形成為具有逐漸改變的雜質(zhì)摻雜濃度。如圖2所示，射極層210和/或背面場層220內(nèi) 的雜質(zhì)摻雜濃度由指示線性變化的線性曲線CVl來表示，或者由指示非線性變化的曲線圖 CV2來表示。圖2的曲線圖示出隨著射極層210和/或背面場層220內(nèi)的位置靠近基板200， 射極層210和/或背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度減小，并且，隨著射極層210和/或背面場 層220內(nèi)的位置靠近射極層210和/或背面場層220的上表面，射極層210和/或背面場 層220的雜質(zhì)摻雜濃度增加。如上所述，圖1所示的太陽能電池1不需要能夠執(zhí)行如下的鈍化操作的單獨鈍化 層所述鈍化操作將存在于基板200和射極層210之間、基板200與背面場層220之間、以 及基板200的表面周圍的不穩(wěn)定鍵(例如懸空鍵)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的鍵，由此防止或減少由于 不穩(wěn)定的鍵而導致的向基板的正面和背面中的每一個移動的載流子的重組和/或消失。
在一些實施方式中，當射極層210和/或背面場層220具有通常隨著與射極層210 和/或背面場層220的表面(例如，上表面)的距離增加而減小的雜質(zhì)摻雜濃度時，射極層 210和/或背面場層220的上表面表現(xiàn)出非本征半導體特性，并且射極層210和/或背面 場層220的在基板200或其附近的部分表現(xiàn)出本征半導體特性。相反，當射極層210和/ 或背面場層220具有隨著與射極層210和/或背面場層220的上表面的距離而增加的雜質(zhì) 摻雜濃度時，射極層210和/或背面場層220的上表面表現(xiàn)出本征半導體特性，并且射極層 210和/或背面場層220的在基板200或其附近的部分表現(xiàn)出非本征半導體特性。盡管圖1所示的射極層210和背面場層220各自具有單層結構，但是射極層210 和背面場層220各自可以執(zhí)行鈍化操作以及上述操作。更具體地說，射極層210和/或背 面場層220的具有低雜質(zhì)摻雜濃度的本征半導體部分將存在于基板200的表面周圍的不穩(wěn) 定的鍵轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的鍵，由此防止載流子的損失，并且也減少由于其低雜質(zhì)摻雜濃度而導 致的雜質(zhì)與載流子之間的組合所引起的損害(例如，載流子的損失)。另外，射極層210和 /或背面場層220的具有高雜質(zhì)摻雜濃度的非本征半導體部分與基板200形成p-n結，或者 沿基板200與其形成勢壘，由此執(zhí)行射極層210和/或背面場層220的操作。關于圖1的太陽能電池1，本征半導體部分具有足以穩(wěn)定地執(zhí)行鈍化操作的厚度。 在一些實施方式中，本征半導體部分具有例如至少6nm的厚度。如上面所述，并且如圖2所 示，表示雜質(zhì)摻雜濃度的曲線的斜率可以隨著射極層210和/或背面場層220從基板200或 其附近的本征半導體部分延伸到上表面或其附近的非本征半導體部分而增加。換句話說， 射極層210和/或背面場層220內(nèi)的雜質(zhì)摻雜濃度在從基板200轉(zhuǎn)移之后增加到能夠執(zhí)行 鈍化操作的濃度級別，然后進一步增加，并且在轉(zhuǎn)移到第一透明導電層231和第二透明導 電層232之前增加到更大的程度。因此，太陽能電池1的導電性和接觸特性得以改進。在圖2中，部分“A”表示本征半導體部分，其中展現(xiàn)本征半導體特性并且執(zhí)行鈍化 操作，并且部分“B”表示非本征半導體部分，其中展現(xiàn)非本征半導體特性并且執(zhí)行射極操作 或背面場操作。非本征半導體部分B包括執(zhí)行射極操作和/或背面場操作的部分Bl和接觸部分 B2。接觸部分B2的雜質(zhì)摻雜濃度高于部分Bl的雜質(zhì)摻雜濃度，并且部分B2的厚度小于與 鈍化操作相關聯(lián)的本征半導體部分A的厚度。因此，因為如果射極層210和/或背面場層220包括本征半導體部分A那么單獨 的鈍化層(例如，諸如本征非晶硅層的非晶硅層)不是必需的，所以形成鈍化層的單獨的室 也不是必需的。通過形成包括本征半導體部分A的射極層210和/或背面場層220，太陽 能電池1的制造成本和時間得以減少。此外，由于基本上防止了在鈍化層的形成處理中產(chǎn) 生的基板200或其它層的特性的有害變化，所以，通過形成包括本征半導體部分A的射極層 210和/或背面場層220，太陽能電池1的效率得以改進。此外，由于在基板200或其附近 在射極層210和/或背面場層220中執(zhí)行鈍化操作而沒有單獨的鈍化層，所以改善了太陽 能電池1的開路電壓，并且改善了太陽能電池1的效率。在一些實施方式中，第一透明導電層231和第二透明導電層232分別位于射極層 210的整個表面上和背面場層220的整個表面上，并且由例如銦錫氧化物(ITO)和摻雜鋁 的鋅氧化物(AZO)的透明導電氧化物(TCO)形成。在一些實施方式中，基板200的沒有光 入射的背面上的第二透明導電層232可以由不透明或者半透明的導電材料形成。在這種情況下，穿過基板200的光由第二透明導電層232反射，并且然后再次入射到基板200上。因 此，可以通過對第二導電層232選擇不透明或半透明的導電材料來改進太陽能電池1的效率。第一透明導電層231和第二透明導電層232各自具有良好的導電性。由此，入射 到基板200的正面的光透過第一透明導電層231而入射到基板200內(nèi)。此外，移動到射極 層210的載流子(例如，空穴)穿過第一透明導電層231而遷移到正面電極250，移動到背 面場層220的載流子(例如，電子)穿過第二透明導電層232而遷移到背面電極沈0。第一透明導電層231上的正面電極250沿固定的方向彼此基本平行地延伸，并且 通過第一透明導電層231電連接到射極層210。由此，正面電極250收集移動到射極層210 的載流子(例如，空穴)。圖1中所示的太陽能電池1可以進一步包括多個正面電極集電器(current collector)(未示出)，這些正面電極集電器沿著與正面電極250的延伸方向交叉的方向彼 此基本平行地延伸。所述多個正面電極集電器與正面電極250位于同一級層，并且在正面 電極集電器與正面電極250的各個交叉處電氣地和物理地連接到正面電極250。由此，正面 電極250和正面電極集電器以格狀位于基板200的正面上。正面電極集電器收集移動到正 面電極250的載流子。正面電極集電器可以連接到與外部裝置相連接的導電帶，并且可以 通過所述導電帶將所收集的載流子輸出到外部裝置。在一些實施方式中，可以使用或者包 括正面電極250和/或正面電極集電器的其它結構。背面電極260位于第二透明導電層232的基本整個表面上，并通過第二透明導電 層232而電連接到背面場層220。由此，背面電極沈0收集移動到背面場層220的載流子 (例如，電子)。此外，太陽能電池1可以包括位于背面電極260或第二透明導電層232上的多個 背面電極集電器。背面電極集電器與正面電極集電器位于相對的位置，基板200插入它們 之間。類似于正面電極集電器，背面電極集電器可以收集移動到背面電極260的載流子，可 以連接到與外部裝置相連接的導電帶，并且可以通過所述導電帶將所收集的載流子輸出到 外部裝置。正面電極250和背面電極260可以由從包括以下材料的組中選擇的至少一種導電 材料形成鎳(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、鋁(Al)、錫(Sn)、鋅(Zn)、銦(In)、鈦(Ti)、金(Au)、 這些金屬的合金以及它們的組合。然而，也可以用其它導電材料。將載流子轉(zhuǎn)移到外部裝置的正面電極集電器和背面電極集電器可以包含導電材 料。如果有必要或者有需要，則在正面電極集電器和背面電極集電器中使用的導電材料的 導電性可以比電極250和沈0的導電性好?？梢酝ㄟ^使用光掩?；蛘呓z網(wǎng)印刷方法將正面電極250和背面電極沈0(另外還 有正面電極集電器和背面電極集電器)在第一透明導電層231和第二透明導電層232上形 成為具有所需要的圖案，然后對所述圖案執(zhí)行熱處理。在這種情況下，可以將背面電極集電 器形成在背面電極260上。在使用中，當照射到太陽能電池1的光穿過第一透明導電層231入射到基板200 上時，在基板200中產(chǎn)生多個電子-空穴對。由于基板200的表面較為粗糙，所以減少了由 于從基板反射出去以及向后穿過第一透明導電層231而導致的入射到基板200上的光的損失。此外，因為基板200的粗糙表面使得入射光反射到基板200中，所以增加了光的吸收。 因此，改進了太陽能電池1的效率?；?00和射極層210的p_n結將電子-空穴對分離成電子和空穴。分出的空穴 移動到P型射極層210并且然后由正面電極250收集。分出的電子移動到η型背面場層 220并且由背面電極260收集。當正面電極250使用電線(未示出)而連接到背面電極沈0 時，電流在其中流動，由此能夠使用電流產(chǎn)生電力。如之前關于圖1所述的，在基板200和射極層210之間或者在基板200和背面場 層220之間沒有形成單獨的(本征)非晶硅層(也就是鈍化層)。因此，如圖3所示，減小 了基板200與射極層210之間的界面的周圍以及基板200與背面場層220之間的界面的周 圍的能帶隙差。因此，在基板200與射極層210之間的界面以及在基板200與背面場層220 之間的界面中，能帶隙平緩地改變。在基板與射極層之間和/或基板與背面場層之間形成單獨的鈍化層(例如，本征 非晶硅層)的比較例的情況下，獲得如圖8所示的能帶圖。如圖8所示，基板是由n-c-Si (η) 表示的η型晶體硅，射極層是由a-Si:H(p)表示的ρ型非晶硅，背面場層是由a_Si :H(n+)表 示的η型非晶硅，并且鈍化層是由a-Si:H(i)表示的本征非晶硅。因為通過包括單獨的鈍 化層而產(chǎn)生了相對大的帶移(也就是基板和鈍化層的能帶隙之間的差)，所以不能實現(xiàn)多 個層的能帶隙之間的平滑連接。換句話說，當包括單獨的鈍化層時，在基板與射極層之間以及基板與背面場層之 間具有相對大的能帶隙差。所述能帶隙差不利地影響移動到背面場層的電子“e_”(相應于 多數(shù)載流子)的移動以及移動到射極層的空穴“h+”(相應于少數(shù)載流子)的移動。另外，當將單獨的鈍化層形成為具有相對大的厚度時，這種厚鈍化層干擾或阻礙 載流子的隧道效應并且干擾或阻礙載流子的移動。尤其是，由于非晶硅的不良導電性，當載 流子穿過鈍化層時，載流子的移動受到干擾或阻礙。因此，包括單獨的鈍化層減小了太陽能 電池的效率。另外，單獨的鈍化層的厚度不能減少，這是因為，與厚度減小相關聯(lián)會帶來單 獨的鈍化層的執(zhí)行鈍化功能的能力的減弱的影響。關于圖3，因為在基板200與射極層210之間或者在基板200與背面場層220之間 不包括單獨的鈍化層，所以基板200與射極層210之間以及基板200與背面場層220之間 的能帶隙差小于與單獨的鈍化層相關聯(lián)的能帶隙差。因此，如上所述，能帶隙跨過基板200 與射極層210之間的界面并且跨過基板200與背面場層220之間的分界面而逐漸地或平緩 地改變。由此，載流子h+和e_很容易移動到射極層210和背面場層220。此外，當不包括單獨的鈍化層時，基板200與射極層210之間的距離以及基板200 與背面場層220之間的距離減小了，因此，載流子可以很容易地移動并且可以減少載流子 移動過程中的載流子損失量。如上所述，當通過改變各自由非晶硅形成的射極層210和背面場層220的雜質(zhì)摻 雜濃度來實現(xiàn)鈍化時，與包括一個或更多個單獨鈍化層的太陽能電池相比，太陽能電池1 的厚度可以減小。此外，因為基板200與射極層210之間的接觸面以及基板200與背面場層 220之間的接觸面具有適于載流子傳導的雜質(zhì)摻雜濃度，所以載流子可以很容易地移動。換句話說，關于載流子移動，其中執(zhí)行鈍化操作的射極層210和背面場層220的部 分包含相對小的雜質(zhì)濃度的實施方式比其中執(zhí)行鈍化操作的射極層210和背面場層220的部分不包含任何雜質(zhì)的實施方式更有利。此外，通過在執(zhí)行鈍化操作的部分中包括相對小 濃度的雜質(zhì)，改進了太陽能電池1的電流密度。圖4示出了電流密度和電壓取決于非晶硅層的雜質(zhì)摻雜濃度的變化，包括六條曲 線。如圖4所示，幾乎不包含雜質(zhì)的本征a-Si層具有最小的電流密度和最小的電壓，并且 具有最大雜質(zhì)摻雜濃度的a-Si層具有最大的電流密度和最大的電壓。如上所述，隨著雜質(zhì) 摻雜濃度增加，電壓值增加。因此，輸出功率值(也就是，P = VXI)增加。然而，在比較例中，因為僅有本征a-Si鈍化層執(zhí)行鈍化操作，所以鈍化層與位于 鈍化層上的射極層或背面場層一起執(zhí)行鈍化操作。由此，當射極層或背面場層的雜質(zhì)摻雜 濃度增加時，鈍化效應減少。因此，輸出電壓值和輸出功率值減小。然而，關于太陽能電池1，因為可以僅使用射極層210和背面場層220的本征半導 體部分來執(zhí)行鈍化操作，所以即使射極層210和背面場層220各自的其它部分的雜質(zhì)摻雜 濃度增加，鈍化效應也不減少。如圖4所示，雖然雜質(zhì)摻雜濃度增加，但是輸出功率的值也 可以增加。當在基板200上形成a-Si射極層或者a_Si背面場層220時，用作射極層210或 背面場層220的a-Si層的雜質(zhì)摻雜濃度從0 (在本征a-Si層的情況下)逐漸增加到或穿
2X IO1Vcm3,2X IO1Vcm3,5X IO1Vcm3,8X IO1Vcm3 以及 2X IO1Vcm30 也可以使用其它的 雜質(zhì)摻雜濃度量。例如，雜質(zhì)摻雜濃度可以在0/cm3到lX1027cm3的雜質(zhì)摻雜濃度范圍內(nèi) 線性地或非線性地改變。此外，如圖5所示，該曲線圖示出了當射極層210和背面場層220形成在基板200 上時，射極層210和背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度可以在0/cm3到IX 1023/Cm3的范圍內(nèi)線 性地或非線性地增加。圖5是示出射極層和/或背面場層的雜質(zhì)摻雜濃度的變化的曲線圖。如圖5所示， 射極層210和/或背面場層220內(nèi)的雜質(zhì)摻雜濃度類似于圖2的曲線圖地非線性變化。如上所述，在圖5中，基板200與射極層210之間和/或基板200與背面場層220 之間的接觸部分Bl的雜質(zhì)摻雜濃度高于射極層210和/或背面場層220的其余部分Al的 雜質(zhì)摻雜濃度。接觸部分Bl可以包括基板200與射極層210之間和/或基板200與背面 場層220之間的接觸面。因此，射極層210和/或背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度從接觸部 分Bl到射極層210和/或背面場層220的上表面減小。在射極層210和/或背面場層220 的不包含雜質(zhì)或者具有低雜質(zhì)摻雜濃度的部分產(chǎn)生鈍化效應。此外，因為射極層210的對 應于光入射面的表面的雜質(zhì)摻雜濃度較低，所以與其中射極層210的表面的雜質(zhì)摻雜濃度 相對較高的實施方式相比，避免了由于雜質(zhì)而導致的光入射量的減少。因此，通過在射極層 210的表面提供相對較低的雜質(zhì)摻雜濃度，改進了太陽能電池1的效率。在圖5中，用曲線圖示了射極層210和/或背面場層220內(nèi)的變化的位置的摻雜 濃度，其示出了射極層210和/或背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度在靠近基板200的接觸部 分Bl內(nèi)急劇減小。由此，在雜質(zhì)摻雜濃度急劇減小的部分出現(xiàn)本征半導體特性。急劇減小 的部分在基板200與射極層210之間和/或在基板200與背面場層220之間的界面周圍執(zhí) 行鈍化操作。另選的是，射極層210和背面場層220可以在接觸部分Bl和/或其余部分Al內(nèi) 具有線性變化的雜質(zhì)摻雜濃度。
因此，如上所述，因為通過改變射極層210和/或背面場層220的雜質(zhì)摻雜濃度而 無需包括單獨的鈍化層就可以在射極層210和/或背面場層220中產(chǎn)生鈍化效應，所以改 進了太陽能電池1的開路電壓，并且改進了太陽能電池1的效率。參照下表1來描述異質(zhì)結太陽能電池的取決于射極層的雜質(zhì)摻雜濃度的變化的 效率，表1示出了當P型射極層(例如，非晶硅層)形成在η型晶體硅基板上時，取決于P 型射極層的雜質(zhì)摻雜濃度的變化的太陽能電池的效率的模擬結果。此外，表1示出了在假設不會與改變雜質(zhì)摻雜濃度相關聯(lián)地造成缺陷形成增加的 情況下的結果。更具體地說，因為僅有本征半導體部分按與圖1的太陽能電池1相同的方 式執(zhí)行鈍化操作，所以即使非本征半導體部分的雜質(zhì)摻雜濃度增加，也不會不利地影響鈍 化效應。在下表1中，基板的雜質(zhì)摻雜濃度大約為5X1015/cm3，并且基板的電阻率大約為 0. 99850 Ω . cm。如下表1所示，隨著射極層的雜質(zhì)摻雜濃度增加，開路電壓Voc和填充因數(shù) (fill factoiOFF增加。因此，隨著射極層的雜質(zhì)摻雜濃度增加，射極層的效率增加。因為 射極層的導電率隨著射極層的雜質(zhì)摻雜濃度增加而增加，所以用于解決能帶隙差的激活能 (activation energy)的值大大減小。在圖1的太陽能電池1中，因為利用具有相對較高的雜質(zhì)摻雜濃度的層將用作射 極層和/或背面場層的結部分形成得很薄，所以產(chǎn)生淺結。此外，因為硅基板的表面鈍化需 要最小厚度的a-Si層，所以可以形成足夠的結，并且可以最小化由缺陷導致的鈍化效應的 減少。此外，因為局部地形成了重摻雜區(qū)，因此，由于光透射很少，所以短路電流密度Jsc減 小得很少。當將上述情況應用到背面場層而非射極層時，背面場層可以具有能夠維持鈍化 操作同時局部地引起少數(shù)載流子的強反射的最小厚度。因此，可以減小太陽能電池的并聯(lián) 電阻。表 權利要求
1.一種太陽能電池，該太陽能電池包括晶體基板，該晶體基板含有第一導電類型的第一雜質(zhì)；第一非晶層，該第一非晶層含有第二導電類型的第二雜質(zhì)，所述第一非晶層具有包括 第一濃度的所述第二雜質(zhì)的第一部分、和包括第二濃度的所述第二雜質(zhì)的第二部分，所述 第二部分與所述晶體基板的最小距離大于所述第一部分與所述晶體基板的最小距離，所述 第二濃度大于所述第一濃度；第一電極；以及電連接到所述第一非晶層并與所述第一電極電絕緣的第二電極。
2.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，該太陽能電池還包括含有第三導電類型的第三雜質(zhì) 的第二非晶層，所述第二非晶層具有包括第一濃度的所述第三雜質(zhì)的第一部分、和包括第 二濃度的所述第三雜質(zhì)的第二部分，所述第二部分與所述晶體基板的最小距離大于所述第 一部分與所述晶體基板的最小距離，所述第二濃度大于所述第一濃度，其中，所述第三導電類型與所述第二導電類型相反。
3.根據(jù)權利要求2的太陽能電池，其中，所述第二非晶層位于所述晶體基板的沒有光 入射的非入射面上。
4.根據(jù)權利要求3的太陽能電池，其中，所述第一非晶層位于所述晶體基板的光入射 到的入射面上。
5.根據(jù)權利要求3的太陽能電池，其中，所述第一非晶層位于所述晶體基板的沒有光 入射的所述非入射面上。
6.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，其中，所述第一導電類型與所述第三導電類型相同。
7.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，其中，所述第一非晶層的所述第一部分的所述第二 雜質(zhì)的所述第一濃度近似為零。
8.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，其中，在所述第一部分和所述第二部分之間，所述第 二雜質(zhì)的濃度按預定的速率增加。
9.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，其中，所述第一非晶層的所述第一部分是本征半導 體部分，所述第一非晶層的所述第二部分是非本征半導體部分。
10.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，其中，所述第一非晶層的所述第一部分位于所述晶 體基板的附近，并且所述第一非晶層的所述第二部分位于所述第一非晶層的與所述晶體基 板相對的表面的附近。
11.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，其中，所述第一非晶層具有單層結構。
12.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，其中，所述第一非晶層和所述晶體基板形成異質(zhì)結。
13.根據(jù)權利要求1的太陽能電池，其中，所述第二雜質(zhì)的所述第一濃度和所述第二濃 度是從大約0/cm3到大約1 X 1027cm3。
14.一種半導體結構，該半導體結構位于太陽能電池的晶體半導體基板的第一表面上， 所述晶體半導體基板是第一導電類型，所述半導體層包括具有第一濃度的雜質(zhì)的第一非晶層；以及具有第二濃度的雜質(zhì)的第二非晶層，所述第二濃度不同于所述第一濃度，其中，所述第一非晶層和所述第二非晶層各自是非本征層。
15.根據(jù)權利要求14的半導體結構，其中，所述第一非晶層與所述晶體基板的最小距 離大于所述第二非晶層與所述晶體基板的最小距離。
16.根據(jù)權利要求15的半導體結構，其中，雜質(zhì)的所述第一濃度大于雜質(zhì)的所述第二 濃度。
17.根據(jù)權利要求15的半導體結構，其中，雜質(zhì)的所述第二濃度大于雜質(zhì)的所述第一 濃度。
18.一種方法，該方法包括以下步驟提供含有第一導電類型的第一雜質(zhì)的晶體基板；在所述晶體基板上形成含有第二導電類型的第二雜質(zhì)的非晶層，其中，形成非晶層的 步驟包括以下步驟形成所述非晶層的包括第一摻雜濃度的所述第二雜質(zhì)的第一部分，并 且形成所述非晶層的包括第二濃度的所述第二雜質(zhì)的第二部分，所述第二部分與所述晶體 基板的最小距離大于所述第一部分與所述晶體基板的最小距離，所述第二濃度大于所述第 一濃度；提供第一電極；以及提供電連接到所述非晶層并與所述第一電極電絕緣的第二電極。
19.根據(jù)權利要求18的方法，其中，形成非晶層的步驟包括以下步驟在注入了摻雜劑 氣體的處理室中形成所述非晶層。
20.根據(jù)權利要求19的方法，其中，形成第一部分和第二部分的步驟包括以下步驟按 預定速率改變注入到所述處理室中的所述摻雜劑氣體的量。
全文摘要
本發(fā)明公開了太陽能電池。該太陽能電池包括含有第一導電類型的第一雜質(zhì)的基板；含有與第一導電類型相反的第二導電類型的第二雜質(zhì)的射極層；電連接到射極層的第一電極；以及電連接到基板的第二電極。射極層和基板形成p-n結。射極層的第二雜質(zhì)的摻雜濃度根據(jù)在射極層內(nèi)的位置的深度而線性地或非線性地變化。
文檔編號H01L31/04GK102074593SQ201010539118
公開日2011年5月25日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權日2009年9月4日
發(fā)明者崔元碩, 崔正薰, 李憲民, 梁賢真, 池光善 申請人:Lg電子株式會社