專利名稱：混合硅太陽電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅太陽電池的領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種使用混合技術(shù)以改進能量轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本制造此太陽電池的方法。
背景技術(shù)：
基于ρ型硅晶片的太陽電池的制備通常為先通過諸如磷等適當摻雜劑的擴散將晶片的頂表面轉(zhuǎn)換成η型，從而在光接收側(cè)形成淺η型區(qū)(發(fā)射極)，隨后通過諸如氫化氮化硅對光接收側(cè)進行鈍化，以及通過對由諸如Al的較重摻雜的ρ型摻雜劑形成的背面電場進行背面鈍化，然后對硅片兩面的電接觸層進行金屬化。然而，η型Czochralski (CZ)硅晶片相比于通?？衫玫膿脚鸬摩研虲Z硅晶片具有顯著的優(yōu)點。這是因為在標準P型CZ材料中由于與氧和硼雜質(zhì)的同時存在，導致缺陷的生成，該缺陷顯著降低了P型材料中的少數(shù)載流子的壽命。相比而言，沒有明顯氧濃度的硅晶片(這可以通過非CZ過程例如通過使用浮區(qū)法生產(chǎn)的晶片來實現(xiàn))或沒有明顯硼濃度的硅晶片(諸如η型或高電阻率的Czochralski晶片)比在太陽電池的商業(yè)化生產(chǎn)中主要使用的標準P型CZ晶片能得到更高的少數(shù)載流子壽命。然而，在商業(yè)太陽電池的生產(chǎn)中所使用的大部分現(xiàn)存設(shè)備和/或過程都已被開發(fā)設(shè)計適用于P型晶片生產(chǎn)而不能用于η型晶片制作。而太陽電池工業(yè)仍必須將η型CZ晶片并入生產(chǎn)過程中。此外，對于η型晶片，硼摻雜還是制備其P型區(qū)(發(fā)射極)的主導方法。因此，僅僅采用η型晶片仍會導致在電池結(jié)構(gòu)中存在同時具有高B和0濃度的區(qū)域。現(xiàn)有技術(shù)提出在晶體硅的光接收表面上生長非晶硅(a-Si)材料層以在界面處形成了異質(zhì)結(jié)來作為一種避免硼摻雜的P型CZ-Si區(qū)的方法。利用此方法，使用η型CZ硅晶片，而不在硅晶片中引入任何的硼摻雜區(qū)，以在整個器件中保持高的少數(shù)載流子壽命。然而，利用此方法，由于異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的非晶硅具有非常低的導電率，當異質(zhì)結(jié)構(gòu)用在光接收表面處時，將生成的電流沿平行于電池表面的方向傳導到位于非晶硅材料之上的金屬接觸是不可行的。如現(xiàn)有技術(shù)中所示必須在非晶硅層上沉積導電氧化物層(如銦錫氧化物)。此導電氧化物層從非晶硅材料收集生成的電荷并將它傳導到金屬接觸所在的位置， 從而將電流在非晶硅材料中的流動減到最小。然而，導電氧化物層明顯增加太陽電池的制造成本，同時也因為引入了不合需要的光吸收以及由于與金屬接觸的界面處的電阻損耗而降低了電池的性能。傳導氧化物層還導致潛在的耐用性問題，隨著電池的老化，所述問題會降低電池的性能。這種影響在文獻中已有完整的記載。光接收表面上的非晶硅層厚度的微小變化也能夠?qū)﹄姵匦阅苡酗@著的影響。例如，如果非晶硅壁最佳厚度稍厚，則在非晶硅材料內(nèi)將出現(xiàn)明顯的光吸收，這不能有助于電池的生成電流。這尤其降低了電池對較短波長的光的響應。另一方面，如果非晶硅比最佳厚度稍小，則這將導致較差效果的表面鈍化，器件電壓相應降低。非晶硅材料的最佳厚度恰好在減少短波長響應的一些損失和減少電壓的一些損失這兩個損失機制之間折衷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，提供一種太陽電池，包括i)晶體硅層，其具有前光接收表面和背面；ii)非晶半導體層，在所述晶體層背面上與晶體層形成異質(zhì)結(jié)；iii)與所述晶體層接觸的第一接觸結(jié)構(gòu)和與所述非晶層接觸的第二接觸結(jié)構(gòu)。該器件可以形成在硅晶片上或在玻璃或其他合適襯底上的晶體硅薄膜上。第二接觸結(jié)構(gòu)與背面上的非晶層接觸并且位于該非晶層上，并且可以是連續(xù)的接觸層或者可以是諸如柵格狀或一組手指狀的間歇結(jié)構(gòu)。在第二接觸結(jié)構(gòu)與異質(zhì)結(jié)構(gòu)互相交叉的背面η型自對準金屬化的情形中，非晶層可以在整個背面上是連續(xù)的，或者非晶層和柵格狀/手指狀的第二接觸以相同的間歇式結(jié)構(gòu)沉積在背面上，從而使金屬接觸結(jié)構(gòu)與非晶硅層對準。第一接觸結(jié)構(gòu)可以是諸如柵格狀或一組手指狀的間歇結(jié)構(gòu)，位于晶體硅層的前光接收表面上，或者在第一接觸結(jié)構(gòu)與異質(zhì)結(jié)構(gòu)相互交叉的背面η型自對準金屬化的情形中，如果非晶層在整個背面上連續(xù)，則最初位于非晶層上的第一接觸結(jié)構(gòu)(也位于背面)最終可以與非晶層隔離。在此情形中，需要對第一接觸進行處理，使得它延伸通過相隔的非晶層以接觸到晶體硅層的背面。在后者的情形中，第一和第二接觸結(jié)構(gòu)中的一個將在背面上間隔進行以均能實現(xiàn)晶體區(qū)和非晶區(qū)的分布式電接觸。根據(jù)第二方面，一種在與硅太陽電池體的前光接收表面相對的的背面上形成異質(zhì)結(jié)的方法，包括a)在摻雜的晶體硅層背面上形成相反摻雜的非晶半導體層；b)然后形成與上述非晶半導體層接觸的背面接觸；c)在前表面上需要金屬接觸的位置處形成與晶體硅層相同導電類型的重摻雜區(qū)；d)形成與上述重摻雜區(qū)接觸的金屬接觸；該方法可以在硅晶片或生長在玻璃或其他合適襯底上的晶體硅薄膜上進行。優(yōu)選地，在使用晶片的情形中，摻雜的硅晶片為η型硅晶片，對該η型硅晶片首先進行去除表面損傷、制絨和清洗。晶片的前表面優(yōu)選地用含磷摻雜劑進行PECVD沉積氮化硅層。如此即可在氮化硅層之下引入電子累積層。非晶半導體層優(yōu)選地是氫化非晶硅、氫化非晶碳化硅或氫化非晶硅鍺合金。在下文中我們將使用氫化非晶硅作為示例。第二接觸結(jié)構(gòu)諸如通過濺射鋁，優(yōu)選地由一層金屬或多層金屬形成。第一接觸結(jié)構(gòu)優(yōu)選地由Ni、Cu或Ag在η型晶體硅晶片或η型晶體硅薄膜中的重摻雜η++區(qū)上電鍍金屬制成。重摻雜η++區(qū)優(yōu)選地通過磷摻雜劑的激光摻雜產(chǎn)生。優(yōu)選地，在化學鍍/電鍍金屬接觸之前，比如先經(jīng)過鎳，然后銅，然后為浮現(xiàn)銀，用銀替換銅的表面原子這一鍍金屬步驟之前，對η++區(qū)進行清洗。然后優(yōu)選地，進行金屬燒結(jié)(如果在Ni電鍍之后這還未進行)?？商孢x地，在采用硅晶片的情形中，前表面第一接觸結(jié)構(gòu)可以在背面異質(zhì)結(jié)形成之前形成，在此情形中，需在晶體硅的背面上形成臨時氧化物層，它在形成異質(zhì)結(jié)的非晶硅層之前會被移除，然后再進行背面金屬接觸。在另一可替代方法中，前表面結(jié)構(gòu)通過如下形成a)先通過氮化或氧化形成前表面預鈍化層；b)再沉積加入磷摻雜劑的η型氫化非晶硅層；c)然后沉積加入可選磷摻雜劑的氮化硅層；隨后在由上述方法產(chǎn)生的前表面結(jié)構(gòu)上添加如上面所述的第一接觸結(jié)構(gòu)。在與異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)交叉設(shè)置的背面η型自對準金屬化接觸結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)中，與晶體硅晶片或晶體薄膜接觸的第一接觸結(jié)構(gòu)形成在晶體硅晶片或晶體薄膜的背面上，并且當非晶層是連續(xù)設(shè)置時，則通過激光摻雜透過背面的非晶硅層形成，或者當非晶層是間斷式設(shè)置時，則激光摻雜透過背面非晶硅層中的間隙形成。在背面上形成第一接觸和第二接觸包括如下步驟a)在摻雜的氫化非晶硅層上以開放圖案形成帶有正極匯流條的第二接觸結(jié)構(gòu)；b)通過含有磷摻雜劑的等離子增強化學氣相沉積(PECVD)形成諸如氮化硅、二氧化硅或碳化硅的前介電層和后介電層，利用掩模板來使上述正極金屬匯流條暴露；c)利用激光摻雜在背面上形成與梳狀金屬涂覆區(qū)互相交叉的重摻雜n++區(qū)；d)在上述重摻雜n++區(qū)上形成第一金屬接觸。優(yōu)選地，在這種形式的背面異質(zhì)結(jié)器件中形成電接觸的過程包括a)在背面通過濺射諸如鋁的金屬形成第二接觸，以形成帶有正極匯流條的梳狀圖案的背面接觸；b)在背面利用激光摻雜方法形成與上述梳狀金屬區(qū)互相交叉設(shè)置的n++區(qū)；c)對上述n++區(qū)進行化學清洗，然后通過化學鍍/電鍍例如先鎳，然后銅，然后為浮現(xiàn)銀，以用銀替換銅的表面原子這一步驟，以形成與晶體硅層接觸的第一接觸結(jié)構(gòu)；以及d)進行金屬燒結(jié)。在采用硅晶片的情形中，在形成與硅晶片接觸的背面接觸之后，在硅晶片的前表面進行含磷摻雜劑的PECVD沉積氫化氮化硅。這會在氮化硅層之下形成電子累積層。使用如上所述的激光摻雜方法，通過背面η型自對準金屬化工藝，在設(shè)置于玻璃襯底上的η型晶體硅薄膜上形成含有與異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)呈交叉設(shè)置的背面η型自對準金屬化接觸結(jié)構(gòu)的太陽電池的制作方法包括a)在玻璃襯底上形成晶體硅薄膜；b)在暴露的晶體硅層的背面上生長非晶硅層以形成異質(zhì)結(jié)；c)通過在背面濺射諸如鋁的金屬形成第二接觸結(jié)構(gòu)，以形成帶有正極匯流條的梳狀圖案的背面接觸；d)用激光摻雜方法在背面上形成與上述梳狀金屬區(qū)互相交叉的n++區(qū)；e)在n++區(qū)上形成第一接觸結(jié)構(gòu)。在此情形中，優(yōu)選地，在生長晶體硅層之前，在玻璃襯底先生長加入磷摻雜劑的前表面氮化硅層。除此以外，該優(yōu)選過程與采用摻雜硅晶片的過程相似。


現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述，在附圖中
圖1示意性地示出了具有前表面自對準金屬接觸的背面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；
圖2示意性地示出了形成具有前表面自對準金屬化接觸的背面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的一種方法中的中間步驟結(jié)構(gòu)圖示；
圖3示意性地示出了一種背面η型自對準金屬化接觸結(jié)構(gòu)與背面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)呈交叉設(shè)置的結(jié)構(gòu)圖示；
圖4示意性地示出了利用激光摻雜通過前表面自對準金屬化形成接觸結(jié)構(gòu)的具有低溫介質(zhì)層的異質(zhì)結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)的示意圖5示意性地示出了一種在玻璃基板上的η型晶體硅薄膜上形成與異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)呈交叉設(shè)置的背面η型自對準金屬化接觸結(jié)構(gòu)的太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照附圖，示出了采用背面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的太陽電池的若干實施例。
在這些實施例中，異質(zhì)結(jié)位于背面，避免了當異質(zhì)結(jié)位于光接收(前)面上時需要使用導電氧化層來實現(xiàn)橫向傳導，以及降低了器件性能對于異質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的非晶硅層的厚度靈敏性的影響。在此處所述的實施例中，光首先通過晶體硅區(qū)域，基本避免了短波長光通過非晶硅層的情形。這也有助于實現(xiàn)金屬在非晶硅層的整個背面上的利用，因此避免了使用導電氧化層來傳導平行于電池表面的方向的電流。
然而，在背面異質(zhì)結(jié)的使用增加了在光接收表面附近產(chǎn)生的載流子的行進距離， 因為這些載流子必須行進到位于背面的收集結(jié)。因此，優(yōu)選使用高電阻率和高質(zhì)量的晶片 (無論該結(jié)構(gòu)設(shè)計用于η型晶片還是ρ型晶片)或者將晶體區(qū)制造為薄膜或兩者兼之。如果使用η型晶片，則對其前表面需要針對η型材料的接觸圖案(否則在背面與異質(zhì)結(jié)的接觸互相交叉)，由此金屬接觸下面的重摻雜是有必要的，以便最小化接觸電阻，并且最小化金屬/硅界面對器件暗電流的影響。在沉積異質(zhì)結(jié)所需的非晶硅材料之前，為避免晶片表面或晶片材料的品質(zhì)下降，應避免使用高溫熱處理。在沉積氫化非晶硅之后，隨后的器件處理也應與現(xiàn)存的結(jié)構(gòu)兼容以避免異質(zhì)結(jié)退化或表面鈍化質(zhì)量的下降。
對于高電阻率晶片，在沒有單獨的相同極性的前表面擴散的情況下，將多數(shù)載流子從晶片體內(nèi)傳導到η型金屬(第一)接觸(諸如前表面金屬接觸)是一個挑戰(zhàn)，在此情形中，所述單獨的相同極性的前表面擴散與背面上的異質(zhì)結(jié)的使用不兼容。由于來自非晶硅中的氫的損失或者乃至諸如通過在所需溫度下的結(jié)晶而對非晶硅材料的損害，所以在背面異質(zhì)結(jié)形成之后，不能使用傳統(tǒng)的前表面擴散；另一方面，形成背面異質(zhì)結(jié)前，傳統(tǒng)的前表面擴散也是不可行的，這是因為熱處理過程會對背面帶來影響以及相關(guān)操作期間也會在背面產(chǎn)生問題，諸如產(chǎn)生缺陷、表面變粗糙、表面污染、表面氧化或不合需要的摻雜劑或其他雜質(zhì)擴散進入表面。采用任何的當前商用電池技術(shù)(諸如絲網(wǎng)印刷的太陽電池、埋入式接觸的太陽電池、點接觸太陽電池等)進行金屬接觸方案通常不能實現(xiàn)上述全部內(nèi)容，主要由于它們需要借助高溫熱處理過程，要么是與必要的擴散過程結(jié)合，或者是與另外的金屬接觸的燒結(jié)結(jié)合。
參照圖1，上述的非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)17在電池的背面處使用，而自對準的化學鍍(或電鍍)前表面金屬化接觸10形成在重摻雜區(qū)13上，該重摻雜區(qū)13通過使用如由Wfenham和Green在US專利6似9037中所述的激光摻雜形成。然而，因為它必須與用于將多數(shù)載流子從它們的生成點傳導到金屬所在的位置的技術(shù)結(jié)合使用，所以這樣做可能是不夠的。諸如目前實際上在所有商業(yè)制造的太陽電池中使用的傳統(tǒng)擴散過程與本發(fā)明中的背面異質(zhì)結(jié)設(shè)計不兼容，目前已有三個可兼容的可選方案(目前未在商業(yè)制造的電池中使用)經(jīng)確定足以提供所必須的多數(shù)載流子傳導。
在第一可選方案中，如Wenham等在澳大利亞臨時申請No. AU2005926552和 2005926662"Low area screen printed metal contact structure and method，，(通過參引結(jié)合于此)中描述的，激光摻雜的透明導體能夠用于將電流傳導到自對準的金屬接觸， 其中優(yōu)選地，此透明導體與金屬接觸線正交分布。在此結(jié)構(gòu)中，所有用于透明導體和自對準金屬化接觸的激光摻雜都能在單一過程中進行，只要針對透明導體使用不同的激光條件， 由此疊置介電層和/或抗反射涂層和/或擴散源不會被明顯損壞，因此仍能夠在隨后的電鍍過程對硅表面起掩模作用。可替選地，透明導體也能在介電層/抗反射層/表面鈍化層沉積之前形成，從而使它們的表面在用激光摻雜來形成自對準金屬化接觸后的鍍金屬過程中受到保護。
在第二可選方案中，可以在表面利用靜電效應，例如刻意引入顯著能級的電荷 (如果使用η型晶片則為正電荷，如果使用ρ型晶片則為負電荷)到表面介電層中，從而在該表面處產(chǎn)生累積層，以增強多數(shù)載流子向金屬接觸或透明導體的位置的傳導。例如，將高能級的原子氫引入富硅的氮化硅層能夠?qū)崿F(xiàn)此結(jié)果。其他的元素也能夠?qū)⒄姾杉尤氪私殡妼又?。如果引入的適當，則這些靜電效應與介電層一起能提供非常高效的表面鈍化?？商孢x地，具有適當寬帶隙和適當摻雜的半導體材料也能被用來在表面附近造成能帶彎曲，產(chǎn)生累積層，以此改善η型晶片的橫向傳導率。與此等同的方法也可用于ρ型晶片，其中空穴積聚到表面，改善了多數(shù)載流子的橫向傳導率，在此情形中，多數(shù)載流子為空穴。摻雜氫化非晶硅就是與背面異質(zhì)結(jié)兼容的寬帶隙半導體材料之一。在此材料中，釋放的原子氫可以與硅懸掛鍵在界面處結(jié)合以消除中間隙態(tài)，從而增強了表面鈍化效果。此外，通過諸如氮或氧的某些元素的擴散，晶體硅襯底的子表面區(qū)可以轉(zhuǎn)換成介電層，從而將硅懸掛鍵移離原始的晶體硅表面并將由于沒有完全清洗遺留的表面污染物導致的任何負面影響減到最小。
在第三可選方案中，通過使用快速熱處理(RTP)或激光摻雜來實現(xiàn)整個前表面的大面積擴散也能起到效果，這些熱效應將不會使背面的異質(zhì)結(jié)退化。此技術(shù)能夠與自對準金屬化方案一起用于背面異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在此，前表面快速熱處理或激光擴散在激光摻雜形成與鍍金屬接觸的重摻雜區(qū)之前進行。在此方案中，能夠?qū)⑼粨诫s劑源用在前表面擴散和自對準金屬化和/或透明導體的激光摻雜中。例如，磷源能夠加入氮化硅抗反射涂層，然后作為前表面擴散、透明導體和自對準金屬化的磷源。
在使用電阻率在1-5 Ω -cm的中等電阻率的η型晶片的情形中，晶片本身的方塊電阻率足以避免對上述用于增強晶片中的多數(shù)載流子的橫向傳導率以促進第一金屬接觸的收集的方法的需求。這些晶片有足夠高的少數(shù)載流子壽命，只要晶片厚度不厚于200微米， 則與所提供的背面異質(zhì)結(jié)器件設(shè)計兼容。
實現(xiàn)背面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的實施示例。
1.形成背面異質(zhì)結(jié)，隨后通過激光摻雜形成前表面自對準金屬化接觸(參照圖1) 包括如下步驟
a)對η型硅晶片14去除表面損傷、制絨和清洗；
b)在晶片背面上沉積一個ρ型氫化非晶硅層15 ；
c)在前表面利用PECVD沉積含有磷摻雜劑的氮化硅11，以此在氮化硅層11之下引入電子累積層12;
d)濺射諸如鋁的金屬16，形成背面(第二)接觸；
e)在前表面上需要金屬接觸的位置利用激光摻雜產(chǎn)生n++區(qū)13 ；
f)化學清洗n++區(qū)13，再化學鍍/電鍍金屬10，諸如先鍍鎳，然后鍍銅，然后鍍浮現(xiàn)銀，用銀替換銅的表面原子；
g)金屬燒結(jié)(如果在鎳電鍍之后這還未進行)
2.通過激光摻雜形成前表面自對準金屬化接觸(參照圖2、然后形成背面異質(zhì)結(jié)包括如下步驟
a)對η型硅晶片14進行去除表面損傷、制絨和清洗；
b)在背面上生長臨時保護層，如用PECVD生長氧化硅18 ；
c)如上述示例1中那樣，在前表面利用PECVD沉積含有磷摻雜劑的氮化硅11，在氮化硅層11之下引入了電子累積層12 ；
d)在前表面上需要金屬接觸的位置用激光摻雜產(chǎn)生n++區(qū)13 ；
e)然后除去背面保護層18 (見圖2)并清洗背面；
f)然后在晶片背面上沉積ρ型氫化非晶硅層15 ；
g)然后在背面濺射諸如鋁的金屬16，形成背面(第二)接觸；
h)化學清洗n++區(qū)13，再化學鍍/電鍍金屬10，諸如先鍍鎳，然后鍍銅，然后鍍浮現(xiàn)銀，用銀替換銅的表面原子；
i)金屬燒結(jié)(如果在鎳電鍍之后這還未進行)
3.通過激光摻雜形成與背面異質(zhì)結(jié)構(gòu)互相交叉的背面η型自對準金屬化接觸(參照圖3)包括如下步驟
a)對η型硅晶片34進行去除表面損傷、制絨和清洗；
b)然后在晶片背面上沉積(連續(xù)的或以梳狀間歇圖案的)p型氫化非晶硅層35 ；
c)在非晶硅層35上濺射諸如鋁的金屬36，形成帶有正極匯流條的梳狀間歇圖案的背面接觸；
d)在前表面和背面利用PECVD沉積含磷摻雜劑的氮化硅層31 ；其中，在背面沉積氮化硅時，利用掩模使正極金屬匯流條暴露；
e)在背面上用激光摻雜產(chǎn)生n++區(qū)33，與梳狀金屬涂覆區(qū)36互相交叉設(shè)置；
f)化學清洗n++區(qū)33，再化學鍍/電鍍金屬30，諸如先鍍鎳，然后鍍銅，然后鍍浮現(xiàn)銀，用銀替換銅的表面原子；
g)金屬燒結(jié)(如果在Ni電鍍之后這還未進行)
4.形成背面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，隨后利用激光摻雜和低溫介電層形成前表面自對準金屬化接觸(參照圖4)，包括如下步驟
a)對η型硅晶片44進行去除表面損傷、制絨和清洗；
b)在晶片背面上沉積ρ型氫化非晶硅層45 ；
c)濺射諸如鋁的金屬46形成背面接觸；
d)通過氮化或氧化形成前表面預鈍化層47 ；
e)在前表面沉積含有磷摻雜劑的η型氫化非晶硅層48 ；
f)在前表面沉積含有磷摻雜劑的低溫氮化硅41層；
g)在前表面上需要金屬接觸的位置用激光摻雜產(chǎn)生n++區(qū)43 ；
h)化學清洗n++區(qū)43，再化學鍍/電鍍金屬40，諸如先鍍鎳，然后鍍銅，然后鍍浮現(xiàn)銀，用銀替換銅的表面原子；
i)金屬燒結(jié)(如果在Ni電鍍之后這還未進行)
5.在玻璃基板上的薄膜η型晶體硅上的背面利用激光摻雜形成背面η型自對準金屬化接觸，與背面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)相互交叉設(shè)置(參照圖5)，包括以下步驟
a)在玻璃襯底59上用PECVD沉積含有磷摻雜劑氮化硅層51，；
b)在玻璃襯底上的氮化硅層51上生長η型薄膜晶體硅層M ；
c)然后在薄膜晶體硅層的背面上沉積ρ型氫化非晶硅層55 ；
d)然后濺射諸如鋁的金屬56，形成帶有正極匯流條的梳狀圖案的背面接觸；
e)利用掩模使正極金屬匯流條暴露出來并在背面用PECVD沉積含有磷摻雜劑的氮化硅61。加入足夠的磷摻雜劑，以在隨后的激光摻雜中使η型摻雜劑蓋過ρ型摻雜劑從而產(chǎn)生自對準第一金屬接觸所需的η++區(qū)；
f)用激光摻雜在背面產(chǎn)生n++區(qū)53，并與梳狀金屬涂覆區(qū)56互相交叉分布；
g)化學清洗n++區(qū)53，隨后化學鍍/電鍍金屬50，諸如先鍍鎳，然后鍍銅，然后鍍浮現(xiàn)銀，用銀替換銅的表面原子；
h)金屬燒結(jié)(如果在Ni電鍍之后這還未進行)
總之，上文所述的是基于晶體硅的太陽電池，該太陽電池具有位于背面的用于實現(xiàn)光生電子空穴對分離的非晶硅異質(zhì)結(jié)以及在晶體硅材料內(nèi)形成用于多數(shù)載流子傳導的激光摻雜局部區(qū)域。
一些實施例中利用雜質(zhì)擴散機制引入包含與晶片相同極性的摻雜劑的前(光接收側(cè))鈍化結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生與較輕摻雜晶片的界面，該界面在鈍化介電膜沉積到硅前表面之前向內(nèi)移動到體硅內(nèi)。
其他實施例中利用雜質(zhì)擴散機制引入加入包含如氮或氧摻雜劑的前(光接收側(cè)) 鈍化結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生與摻雜晶片的界面，該界面在沉積氫化非晶硅鈍化層之前向內(nèi)移動到體硅內(nèi)，隨后鈍化例如氮化硅的低溫介電層。
一些實施例還通過在硅前表面局部區(qū)域進行激光摻雜引入局部前電極，同時破壞上面的介質(zhì)鈍化層或非晶硅層，以便暴露出激光摻雜后的硅表面，然后在此暴露區(qū)域利用自對準金屬化形成金屬接觸，同時未破環(huán)的鈍化層遮掩了光接收表面的其余部分避免形成金屬接觸。
實施例中也可以使用一層或多層金屬直接沉積在所述非晶硅膜上，作為后電極。
在替代的結(jié)構(gòu)中，一些實施例可以在背面上加入互相交叉的正/負電極結(jié)構(gòu)，該電極結(jié)構(gòu)通過在圖案化的后電極上進行激光摻雜及隨后進行的金屬化來制成。
在一些實施例中，前接觸也可以采用通過激光摻雜與上述的前金屬化方案相結(jié)合而形成的透明導體，該透明導體與金屬接觸線垂直或成一定角度，從而使透明導體與第一金屬接觸之下的重摻雜區(qū)相交。
需理解的是，在不偏離如廣泛描述的本發(fā)明的實施例的精神或范圍的情況下，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員對本發(fā)明進行諸多變形和/或修改皆為本發(fā)明的保護范圍。這些實施例僅為示例性而非用以限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種太陽電池，包括i)晶體硅層，其具有前光接收表面和背面； )非晶半導體層，在所述晶體硅層的背面與所述晶體硅層形成異質(zhì)結(jié)；iii)與所述晶體硅層接觸的第一接觸結(jié)構(gòu)以及位于所述非晶半導體層上并與所述非晶半導體層接觸的第二接觸結(jié)構(gòu)，其中，所述第一接觸結(jié)構(gòu)位于所述晶體硅層的背面，與所述非晶半導體層和所述第二接觸結(jié)構(gòu)互相交叉設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1中所述的太陽電池，其中，所述第二接觸結(jié)構(gòu)和/或第一接觸結(jié)構(gòu)包括接觸材料形成的一組相互連結(jié)的手指狀結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1中所述的太陽電池，其中，所述第一接觸結(jié)構(gòu)包括與所述異質(zhì)結(jié)和所述第二接觸結(jié)構(gòu)互相交叉設(shè)置的背面自對準金屬化接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽電池，其中，所述晶體硅層包括硅晶片或位于玻璃襯底上的晶體硅薄膜。
5.一種在與硅太陽電池基體的前表面或光接收表面相對的背面上形成異質(zhì)結(jié)的方法， 包括a)在摻雜的晶體硅層的背面上形成相反摻雜的非晶半導體層；b)形成背面第二接觸，以與所述非晶半導體層接觸；c)在所述晶體硅層上需要金屬接觸的位置處形成與所述晶體硅層相同導電類型的重摻雜區(qū)；d)形成與所述重摻雜區(qū)接觸的金屬第一接觸，其中，所述第一接觸形成在所述背面上并與所述異質(zhì)結(jié)互相交叉設(shè)置。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述非晶半導體層是氫化非晶硅、氫化非晶碳化硅或氫化非晶硅鍺合金。
7.如權(quán)利要求5任一項所述的方法，其中，所述晶體硅層為η型晶體硅層，且所述第一接觸通過將一種或多種金屬鍍在所述η型晶體硅層中的重摻雜η++區(qū)上形成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所鍍的金屬選自Ni、Cu和Ag的一種或多種。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一接觸是穿過背面非晶硅層和覆蓋在所述非晶硅層背面上用作摻雜劑源的絕緣層形成，或穿過用作摻雜劑源的絕緣層以及背面非晶硅層的間隙形成，所述絕緣層通過進行激光摻雜形成所述η++區(qū)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，第一接觸金屬化通過在所述η++區(qū)的形成期間在所述絕緣層上形成的開口與所述η++區(qū)自對準。
11.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述背面上形成所述第一接觸和所述第二接觸還包括e)以開放圖案在所述摻雜的非晶半導體層上形成具有正極匯流條的所述第二接觸；f)通過等離子增強化學氣相沉積(PECVD)形成前介電層和后介電層，加入磷摻雜劑， 通過掩模來使所述正極匯流條暴露；g)通過激光摻雜形成與所述第二接觸互相交叉設(shè)置的n++區(qū)；h)在所述n++區(qū)上形成金屬接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述前介電層和后介電層被形成為一層或多層的氮化硅、氧化硅或碳化硅。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中， 形成所述接觸的過程進一步包括i)在所述背面上通過金屬濺射形成所述第二接觸，以形成具有正極匯流條的梳狀圖案的所述背面第二接觸；j)使用激光摻雜在所述背面上形成與梳狀金屬涂覆區(qū)互相交叉設(shè)置的n++區(qū)； k)化學清洗所述n++區(qū)，隨后化學鍍/電鍍金屬，以形成與所述晶體硅層接觸的所述第一接觸；以及1)燒結(jié)所述金屬。
14.如權(quán)利要求7至13中任一項所述的方法，進一步包括在所述晶體硅層的前表面設(shè)置介電層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，該介電層被形成為一層或多層的氮化硅、氧化硅或碳化硅，所述介電層是通過加入磷摻雜劑的PECVD沉積形成，所述介電層之下生成有電子累積層。
16.如權(quán)利要求5或11或13所述的方法，其中， 通過如下步驟形成前表面結(jié)構(gòu)m)通過氮化或氧化形成前表面預鈍化層；η)形成前表面η型氫化非晶硅沉積并加入磷摻雜劑；ο)形成前表面氮化硅沉積。
17.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述晶體硅層包括位于玻璃襯底上的η型晶體硅薄膜，并且所述方法包括a)在玻璃襯底上形成晶體硅薄膜；b)形成非晶硅層，與所述晶體硅薄膜暴露的背面形成異質(zhì)結(jié)；c)在所述背面通過濺射金屬形成所述第二接觸，以形成具有正極匯流條的梳狀圖案的所述背面第二接觸；d)在所述背面上利用激光摻雜產(chǎn)生n++區(qū)，所述n++區(qū)與梳狀金屬涂覆區(qū)互相交叉分布；e)在所述n++區(qū)上形成第一金屬接觸。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，在應用所述晶體硅層之前，在所述玻璃襯底上生成前表面氮化硅層。
19.如權(quán)利要求5至13、15、17至18任一項所述的方法，其中， 所述第二接觸的金屬是鋁，其通過濺射形成。
全文摘要
混合硅太陽電池及其制造方法。本發(fā)明提供一種太陽電池，在該太陽電池中，非晶半導體層(15)位于晶體硅結(jié)構(gòu)的背面上以形成異質(zhì)結(jié)。第一接觸結(jié)構(gòu)與晶體層(14)接觸，而第二接觸結(jié)構(gòu)與非晶層(15)接觸。本發(fā)明還提供一種形成異質(zhì)結(jié)太陽電池的方法，在該方法中，摻雜的非晶半導體層(15)形成在相反摻雜的晶體硅層(14)上，與該晶體硅層(14)形成背面異質(zhì)結(jié)。隨后形成背面接觸(16)，與非晶半導體層(15)接觸，并且在需要與晶體硅層(14)形成金屬接觸的位置處形成與晶體硅層(14)相同傳導類型的重摻雜區(qū)(13)，以便于與隨后形成的金屬接觸(10)接觸。
文檔編號H01L31/036GK102569477SQ20121003261
公開日2012年7月11日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者施正榮, 王體虎 申請人:無錫尚德太陽能電力有限公司