本發(fā)明的實(shí)施例涉及可再生能源領(lǐng)域，具體地講，涉及用高能隙(Eg)材料鈍化太陽(yáng)能電池的光接收表面的方法以及所得的太陽(yáng)能電池。

背景技術(shù)：

光伏電池(常被稱為太陽(yáng)能電池)是熟知的用于將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。一般來(lái)講，使用半導(dǎo)體加工技術(shù)在基板的表面附近形成p-n結(jié)，從而在半導(dǎo)體晶片或基板上制造太陽(yáng)能電池。照射在基板表面上并進(jìn)入基板內(nèi)的太陽(yáng)輻射在基板塊體中形成電子和空穴對(duì)。電子和空穴對(duì)遷移至基板中的p摻雜區(qū)和n摻雜區(qū)，從而使摻雜區(qū)之間生成電壓差。將摻雜區(qū)連接至太陽(yáng)能電池上的導(dǎo)電區(qū)，以將電流從電池引導(dǎo)至與其耦接的外部電路。

效率是太陽(yáng)能電池的重要特性，因其直接與太陽(yáng)能電池發(fā)電能力有關(guān)。同樣，制備太陽(yáng)能電池的效率直接與此類太陽(yáng)能電池的成本效益有關(guān)。因此，提高太陽(yáng)能電池效率的技術(shù)或提高制造太陽(yáng)能電池效率的技術(shù)是普遍所需的。本發(fā)明的一些實(shí)施例通過(guò)提供制造太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的新工藝而能夠獲得提高的太陽(yáng)能電池制造效率。本發(fā)明的一些實(shí)施例通過(guò)提供新型太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)能夠獲得提高的太陽(yáng)能電池效率，并通過(guò)消除常見(jiàn)的退化模式能夠獲得更高的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1A至圖1E示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽(yáng)能電池制造中的各個(gè)階段的截面圖，其中：

圖1A示出太陽(yáng)能電池的起始基板；

圖1B示出在圖1A的基板的光接收表面上形成鈍化介電層后的結(jié)構(gòu)；

圖1C示出在圖1B的鈍化介電層上形成可選的界面層后的結(jié)構(gòu)；

圖1D示出在圖1C的界面層上形成III族氮化物材料層后的結(jié)構(gòu)；以及

圖1E示出在圖1D的III族氮化物材料層上形成抗反射涂覆(ARC)層后的結(jié)構(gòu)。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖，所述流程圖列出了與圖1A至圖1E相對(duì)應(yīng)的制造太陽(yáng)能電池的方法中的操作。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背接觸式太陽(yáng)能電池的截面圖，該背接觸式太陽(yáng)能電池具有在基板的背表面上形成的發(fā)射極區(qū)，并且具有在基板的光接收表面上的包含高能隙(Eg)材料的示例性層堆疊。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背接觸式太陽(yáng)能電池的截面圖，該背接觸式太陽(yáng)能電池具有在基板的背表面中形成的發(fā)射極區(qū)，并且具有在基板的光接收表面上的包含高能隙(Eg)材料的示例性層堆疊。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例展示在太陽(yáng)能電池的光接收表面上具有高Eg中間層的太陽(yáng)能電池的紫外線(UV)穩(wěn)定性的圖表。

具體實(shí)施方式

以下具體實(shí)施方式本質(zhì)上只是例證性的，并非意圖限制所述主題的實(shí)施例或此類實(shí)施例的應(yīng)用和用途。如本文所用，詞語(yǔ)“示例性”意指“用作例子、實(shí)例或舉例說(shuō)明”。本文描述為示例性的任何實(shí)施方式不一定應(yīng)被理解為相比其他實(shí)施方式是優(yōu)選的或有利的。此外，并不意圖受前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
或以下具體實(shí)施方式中提出的任何明示或暗示的理論的約束。

本說(shuō)明書(shū)包括對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的提及。短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”的出現(xiàn)不一定是指同一實(shí)施例。特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何與本發(fā)明一致的合適方式加以組合。

術(shù)語(yǔ)。以下段落提供存在于本發(fā)明(包括所附權(quán)利要求書(shū))中的術(shù)語(yǔ)的定義和/或語(yǔ)境：

“包括”。該術(shù)語(yǔ)是開(kāi)放式的。如在所附權(quán)利要求書(shū)中所用，該術(shù)語(yǔ)并不排除另外的結(jié)構(gòu)或步驟。

“被配置為”。各種單元或部件可被描述或主張成“被配置為”執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)。在這樣的語(yǔ)境下，“被配置為”用于通過(guò)指示該單元/部件包括在操作期間執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)那些任務(wù)的結(jié)構(gòu)而暗示結(jié)構(gòu)。因此，即使當(dāng)指定的單元/部件目前不在操作(例如，未開(kāi)啟/激活)時(shí)，也可將該單元/部件說(shuō)成是被配置為執(zhí)行任務(wù)。詳述某一單元/電路/部件“被配置為”執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)明確地意在對(duì)該單元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。

“第一”、“第二”等。如本文所用，這些術(shù)語(yǔ)用作其后的名詞的標(biāo)記，而并不意指任何類型的順序(例如，空間、時(shí)間和邏輯順序等)。例如，提及“第一”太陽(yáng)能電池并不一定意指該太陽(yáng)能電池為某一序列中的第一個(gè)太陽(yáng)能電池；相反，術(shù)語(yǔ)“第一”用于將該太陽(yáng)能電池與另一個(gè)太陽(yáng)能電池(例如，“第二”太陽(yáng)能電池)區(qū)分開(kāi)。

“耦接”—以下描述是指元件或節(jié)點(diǎn)或結(jié)構(gòu)特征被“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明確指明，否則“耦接”意指一個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)/結(jié)構(gòu)特征直接或間接連接至另一個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)/結(jié)構(gòu)特征(或直接或間接與其連通)，并且不一定是機(jī)械耦接。

“阻止”—如本文所用，阻止用于描述減小影響或使影響降至最低。當(dāng)部件或特征被描述為阻止某一行為、運(yùn)動(dòng)或條件時(shí)，它可能完全防止某種結(jié)果或后果或未來(lái)的狀態(tài)。另外，“阻止”還可以指減少或減小可能會(huì)發(fā)生的某種后果、表現(xiàn)和/或效應(yīng)。因此，當(dāng)部件、元件或特征被稱為阻止結(jié)果或狀態(tài)時(shí)，它不一定完全防止或消除該結(jié)果或狀態(tài)。

此外，以下描述中還僅為了參考的目的使用了某些術(shù)語(yǔ)，因此這些術(shù)語(yǔ)并非意圖進(jìn)行限制。例如，諸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”之類的術(shù)語(yǔ)是指附圖中進(jìn)行參照的方向。諸如“正面”、“背面”、“后面”、“側(cè)面”、“外側(cè)”和“內(nèi)側(cè)”之類的術(shù)語(yǔ)描述部件的某些部分在一致但任意的參照系內(nèi)的取向和/或位置，通過(guò)參考描述所討論的部件的文字和相關(guān)的附圖可以清楚地了解所述取向和/或位置。這樣的術(shù)語(yǔ)可以包括上面具體提及的詞語(yǔ)、它們的衍生詞語(yǔ)以及類似意義的詞語(yǔ)。

本文描述了用高能隙(Eg)材料鈍化太陽(yáng)能電池的光接收表面的方法及所得的太陽(yáng)能電池。在下面的描述中，給出了許多具體細(xì)節(jié)，諸如具體的工藝流程操作，以便提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的透徹理解。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。在其他情況中，沒(méi)有詳細(xì)地描述熟知的制造技術(shù)，諸如平版印刷和圖案化技術(shù)，以避免不必要地使本發(fā)明的實(shí)施例含糊不清。此外，應(yīng)當(dāng)理解在圖中示出的各個(gè)實(shí)施例是示例性的圖示并且未必按比例繪制。

本文公開(kāi)了太陽(yáng)能電池。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池包括具有光接收表面的基板。在基板的光接收表面上設(shè)置有鈍化介電層。在鈍化介電層上方設(shè)置有III族氮化物材料層。

在另一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池包括具有光接收表面的基板。在基板的光接收表面上設(shè)置有鈍化介電層。在鈍化介電層上方設(shè)置有大的直接帶隙材料層，該大的直接帶隙材料層具有至少約3.3的能隙(Eg)。在大的直接帶隙材料層上設(shè)置有抗反射涂覆(ARC)層，該ARC層包含不同于大的直接帶隙材料層的材料。

在另一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池包括具有光接收表面的晶體硅基板。在晶體硅基板的光接收表面上方設(shè)置有III族氮化物材料層。在III族氮化物材料層上設(shè)置有抗反射涂覆(ARC)層。ARC層包含不同于III族氮化物材料層的材料。

本文還公開(kāi)了制造太陽(yáng)能電池的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，制造太陽(yáng)能電池的方法包括在基板的光接收表面上形成鈍化介電層。該方法還包括在鈍化介電層上方形成III族氮化物材料層。該方法還包括在III族氮化物材料層上形成抗反射涂覆(ARC)層。

本文描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及用于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的太陽(yáng)能電池的前表面場(chǎng)(FSF)性能的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，改進(jìn)的FSF性能是通過(guò)使用高能隙(Eg)材料中間層提供改進(jìn)的效率和/或可靠性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及使用高Eg材料獲得改進(jìn)的光致衰退(LID)的方法。可實(shí)施高Eg的III族氮化物層，以穩(wěn)定前表面衰退。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，插入例如(但不限于)AlGaN、AlN或GaN等材料可為所得的太陽(yáng)能電池提供穩(wěn)定性?？蓪?shí)施此類高Eg材料層，作為鈍化層以及遷移或消除光致衰退和UV衰退的途徑。

為說(shuō)明背景，光誘導(dǎo)的衰退是太陽(yáng)能電池的常見(jiàn)問(wèn)題，因?yàn)楦吣芄庾咏档土嘶搴碗S后層的界面的鈍化水平。氧化然后鈍化抗反射涂層(通常是SiN)是沉積前表面膜組的常用方法。更常見(jiàn)地，使用擴(kuò)散工藝強(qiáng)化鈍化，然后進(jìn)行熱氧化，隨后用SiN層封蓋。不幸的是，當(dāng)暴露于光時(shí)，此類結(jié)構(gòu)可發(fā)生界面衰退，例如LID，從而持續(xù)降低電池的效率和功率輸出。數(shù)天內(nèi)的初始衰退可較大(例如高達(dá)10％損失)，顯著限制模塊功率輸出。減少此類衰退的一個(gè)方法涉及放置UV屏蔽器以限制衰退的量。但是，該方法可減少光子產(chǎn)生的量，限制電池或模塊的功率輸出。此外，隨著前表面鈍化質(zhì)量的提升，界面實(shí)際上會(huì)表現(xiàn)出對(duì)此類衰退的敏感性增加，得到對(duì)高功率模塊更重要的改進(jìn)的穩(wěn)定性。

此外，光伏工業(yè)的趨勢(shì)是降低晶片厚度，這可增加與表面鈍化相關(guān)的要求。對(duì)于硅太陽(yáng)能電池，應(yīng)在電池設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的一個(gè)此類要求是晶片的表面鈍化。對(duì)于作為鈍化層的材料，該材料需要最小化表面重組，以允許生成的載流子到達(dá)結(jié)點(diǎn)并有助于太陽(yáng)能電池中的光電流。二氧化硅是第一種用作太陽(yáng)能電池涂層的材料，并且在其他應(yīng)用中已知具有良好質(zhì)量的硅鈍化。但是，二氧化硅對(duì)于光伏(PV)應(yīng)用可能存在缺陷。例如，二氧化硅具有低折射率(1.46)，該值可能太低，以至于不能最小化太陽(yáng)能電池前表面的反射。此外，高溫處理帶來(lái)縮短本體壽命和增加處理成本的缺點(diǎn)。如上所提及，一種替代材料是SiN，其被發(fā)現(xiàn)具有作為鈍化抗反射涂層的良好性能，以及比二氧化硅更好的光學(xué)參數(shù)。

為解決上述一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)在太陽(yáng)能電池的光接收表面上的氧化物和封蓋抗反射涂層之間插入高Eg材料實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的UV穩(wěn)定性。在一個(gè)此類實(shí)施例中，例如(但不限于)AlN、AlGaN或GaN等高Eg材料被用于改進(jìn)此類電池的穩(wěn)定性，即使在高強(qiáng)度紫外光條件下也是如此。此外，高Eg材料也是太陽(yáng)能電池的鈍化劑，因此可使用多種厚度以調(diào)整前表面結(jié)構(gòu)。在太陽(yáng)能電池中包含此類高Eg材料層的一個(gè)額外優(yōu)點(diǎn)是大的直接帶隙提供了對(duì)近UV、可見(jiàn)和IR光大多透明的材料層，并可按需調(diào)整，以阻擋特定波長(zhǎng)范圍。高透明度可允許不間斷的光子生成，對(duì)常用于太陽(yáng)能電池的激發(fā)頻率具有零吸收或可忽略的吸收。

在一個(gè)實(shí)施例中，在太陽(yáng)能電池光接收表面上的材料堆疊中實(shí)施高Eg材料層的優(yōu)點(diǎn)可包括但不限于：(a)太陽(yáng)能電池的n型Si表面的優(yōu)異鈍化，(b)對(duì)于太陽(yáng)能電池的前表面非常好的光學(xué)性質(zhì)，允許較高的Jsc，(c)UV穩(wěn)定性形式的改進(jìn)的長(zhǎng)期可靠性，(d)此類結(jié)構(gòu)可適用于不同的硅取向和表面，(e)使用固有高帶隙層可為輕微n摻雜的Si表面提供良好的鈍化水平，(f)使用n摻雜的高能隙層可提供帶彎曲效應(yīng)，以及(g)為需要高溫處理的太陽(yáng)能電池制造工藝提供熱穩(wěn)定性。

圖1A至圖1E示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽(yáng)能電池制造中的各個(gè)階段的截面圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖，所述流程圖列出與圖1A至圖1E相對(duì)應(yīng)的制造太陽(yáng)能電池的方法中的操作。

圖1A示出太陽(yáng)能電池的起始基板。參見(jiàn)圖1A，基板100具有光接收表面102和背表面104。在一個(gè)實(shí)施例中，基板100為單晶硅基板，諸如塊體單晶N型或P型摻雜硅基板。然而，應(yīng)當(dāng)理解，基板100可以是設(shè)置在整個(gè)太陽(yáng)能電池基板上的層，如多晶硅層。在一個(gè)實(shí)施例中，光接收表面102具有紋理化形貌106。在一個(gè)此類實(shí)施例中，采用基于氫氧化物的液體蝕刻劑來(lái)對(duì)基板100的前表面進(jìn)行紋理化。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，紋理化表面可以是具有規(guī)則或不規(guī)則形狀的表面，其用于對(duì)入射光進(jìn)行散射，從而減少?gòu)奶?yáng)能電池光接收表面反射離開(kāi)的光的量。

圖1B示出在圖1A的基板的光接收表面上形成可選的鈍化介電層后的結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖1B和流程圖200的對(duì)應(yīng)操作202，在基板100的光接收表面102上形成了鈍化介電層108。在一個(gè)實(shí)施例中，光接收表面102具有紋理化形貌106，并且鈍化介電層108與紋理化形貌106適形，如圖1B所示。在一個(gè)實(shí)施例中，省略鈍化介電層。

在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化介電層108是二氧化硅(SiO₂)層。在一個(gè)此類實(shí)施例中，二氧化硅(SiO₂)層具有大約在10埃至300埃范圍內(nèi)的厚度，在一些實(shí)施例中，小于15埃。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化介電層108是親水性的。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化介電層108通過(guò)例如(但不限于)以下技術(shù)來(lái)形成：對(duì)硅基板光接收表面的一部分進(jìn)行化學(xué)氧化、對(duì)二氧化硅(SiO₂)進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、對(duì)硅基板光接收表面的一部分進(jìn)行熱氧化，或者在O₂或O₃環(huán)境中將硅基板光接收表面暴露于紫外(UV)輻射。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化材料可為除二氧化硅之外的材料。結(jié)構(gòu)可包括通過(guò)H₂O或O₃作為氧源使用ALD或PEALD沉積的AlOx層。在其他實(shí)施例中，例如SiON的材料層用作鈍化材料。

圖1C示出在圖1B的鈍化介電層上形成可選的界面層后的結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖1C和流程圖200的對(duì)應(yīng)操作204，在鈍化介電層108上可選地形成界面層110。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1C所示，界面層110與紋理化形貌106適形。

在一個(gè)實(shí)施例中，界面層110是不同于上述鈍化介電層、也不同于下述III族氮化物材料層的材料層。在一個(gè)此類實(shí)施例中，界面層110是富含硅的非晶硅層，例如其中含氫非常少的非晶硅層。在一個(gè)具體的此類實(shí)施例中，富含硅的非晶硅層具有大約在30埃至100埃范圍內(nèi)的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，界面層是不含氧的硅基層，例如(但不限于)富含硅的非晶硅、固有或磷摻雜的非晶硅、和多晶硅，并且硅基層具有大約在10埃至200埃范圍內(nèi)的厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，在使用低鋁(Al)和/或低熱預(yù)算III族N膜作為高Eg材料層的情況下，界面層被省略。在一個(gè)實(shí)施例中，界面層用于防止在二氧化硅鈍化介電層和含Al高Eg材料層之間形成Al-O鍵。

圖1D示出在圖1C的界面層上形成III族氮化物材料層后的結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)1D和流程圖200的對(duì)應(yīng)操作206，在界面層110(如果存在，如圖所示)或鈍化介電層108(如果不存在界面層110)上形成III族氮化物材料層112。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1D所示，III族氮化物材料層112與紋理化形貌106適形。

在一個(gè)實(shí)施例中，隨后的沉積后退火大約在350攝氏度至700攝氏度的范圍內(nèi)進(jìn)行。該沉積后退火可提高III族氮化物材料層112的鈍化水平。在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層112是本證層或被摻雜為N型層。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層112是以下材料層，例如(但不限于)氮化鋁(AlN)層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)層或氮化鎵(GaN)層。在一個(gè)實(shí)施例中，層112是大的直接帶隙材料層，其具有至少約3.3的能隙(Eg)。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層112形成為多晶層，例如(但不限于)氮化鋁(AlN)多晶層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)多晶層或氮化鎵(GaN)多晶層。在一個(gè)此類實(shí)施例中，多晶層是通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)形成的。在其他實(shí)施例中，多晶層是通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)、分子束外延(MBE)或物理氣相沉積(PVD)形成的。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層112形成為非晶層，例如但不限于氮化鋁(AlN)非晶層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)非晶層或氮化鎵(GaN)非晶層。在一個(gè)此類實(shí)施例中，非晶層是通過(guò)以下技術(shù)形成的，例如但不限于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)、分子束外延(MBE)或物理氣相沉積(PVD)。

圖1E示出在圖1D的III族氮化物材料層上形成抗反射涂覆(ARC)層后的結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖1E和流程圖200的對(duì)應(yīng)操作208，在III族氮化物材料層112上形成抗反射涂覆(ARC)層114。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1E所示，ARC層114與紋理化形貌106適形。

在一個(gè)實(shí)施例中，ARC層114是不同于III族氮化物材料層112的材料層。在一個(gè)實(shí)施例中，在沉積ARC層114后進(jìn)行低于約600攝氏度的沉積后退火。在一個(gè)實(shí)施例中，ARC層114包含至少一些氫(H)，并且可在ARC層114沉積過(guò)程中或沉積之后通過(guò)向表面輸送H鈍化N摻雜的Si表面。

在第一個(gè)實(shí)施例中，ARC層114是材料層，例如但不限于氧化鋁(AlO_x，x等于或小于1.5)層或氮氧硅(SiO_yN_z，y>0，z>0)層。在一個(gè)此類實(shí)施例中，ARC層114和III族氮化物材料層112共同形成最終制造的太陽(yáng)能電池的雙層抗反射涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層112具有大約在50埃至600埃范圍內(nèi)的厚度和大約2.4的折射率。在該實(shí)施例中，ARC層114具有大約在300埃至1000埃范圍內(nèi)的厚度和大約1.8的折射率。在一個(gè)此類實(shí)施例中，III族氮化物材料層112和ARC層114共同為最終制造的太陽(yáng)能電池提供電流增強(qiáng)和穩(wěn)定性。

在第二個(gè)實(shí)施例中，ARC層114是氫化氮化硅(SiN:H)層。在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層112具有大約在30埃至100埃范圍內(nèi)的厚度和大約2.0-2.4的折射率。在該實(shí)施例中，SiN:H層(ARC層114)具有大約700埃的厚度和大于約1.9的折射率。在一個(gè)此類實(shí)施例中，III族氮化物材料層112和ARC層114共同為最終制造的太陽(yáng)能電池提供穩(wěn)定性。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背接觸式太陽(yáng)能電池的截面圖，該背接觸式太陽(yáng)能電池具有在基板的背表面上形成的發(fā)射極區(qū)，并且具有在基板的光接收表面上的包含高能隙(Eg)材料的示例性層堆疊。

參見(jiàn)圖3，太陽(yáng)能電池包括具有光接收表面102的硅基板100。在硅基板100的光接收表面上設(shè)置有鈍化介電層108。在鈍化介電層108上可選地設(shè)置有界面層110。在界面層110(如果存在)或鈍化介電層108上設(shè)置有III族氮化物材料層112。在III族氮化物材料層112上設(shè)置有抗反射涂覆(ARC)層114。照此，圖3的太陽(yáng)能電池光接收表面上的層疊堆與結(jié)合圖1A至圖1E所述的層疊堆相同或相似。

再次參見(jiàn)圖3，在基板100的背表面上，形成了交替的P型120和N型122發(fā)射極區(qū)。在一個(gè)此類實(shí)施例中，在交替的P型120和N型122發(fā)射極區(qū)之間設(shè)置有溝道121。更具體地講，在一個(gè)實(shí)施例中，第一多晶硅發(fā)射極區(qū)122在薄介電層124的第一部分上形成，并且摻雜有N型雜質(zhì)。第二多晶硅發(fā)射極區(qū)120在薄介電層124的第二部分上形成，并且摻雜有P型雜質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，隧穿介電層124是具有大約2納米或更小的厚度的硅氧化物層。

再次參見(jiàn)圖3，導(dǎo)電觸頭結(jié)構(gòu)128/130是通過(guò)以下方式制造的：首先通過(guò)沉積和圖案化絕緣層126以具有開(kāi)口，然后在開(kāi)口中形成一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電觸頭結(jié)構(gòu)128/130包含金屬并通過(guò)沉積、光刻和蝕刻方法形成，或作為另外一種選擇通過(guò)印刷工藝或電鍍工藝形成，或者作為另外一種選擇通過(guò)箔粘合工藝形成。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的背接觸式太陽(yáng)能電池的截面圖，該背接觸式太陽(yáng)能電池具有在基板的背表面中形成的發(fā)射極區(qū)，并且具有在基板的光接收表面上的包含高能隙(Eg)材料的示例性層堆疊。

參見(jiàn)圖4，太陽(yáng)能電池包括具有光接收表面102的硅基板100。在硅基板100的光接收表面上設(shè)置有鈍化介電層108。在鈍化介電層108上可選地設(shè)置有界面層110。在界面層110(如果存在)或鈍化介電層108上設(shè)置有III族氮化物材料層112。在III族氮化物材料層112上設(shè)置有抗反射涂覆(ARC)層114。照此，圖4的太陽(yáng)能電池光接收表面上的層疊堆與結(jié)合圖1A至圖1E所述的層疊堆相同或相似。

再次參見(jiàn)圖4，在基板100的背表面內(nèi)，形成交替的P型150和N型152發(fā)射極區(qū)。更具體地講，在一個(gè)實(shí)施例中，第一發(fā)射極區(qū)152在基板100的第一部分內(nèi)形成，并且摻雜有N型雜質(zhì)。第二發(fā)射極區(qū)150在基板100的第二部分內(nèi)形成，并且摻雜有P型雜質(zhì)。

再次參見(jiàn)圖4，導(dǎo)電觸頭結(jié)構(gòu)158/160是通過(guò)以下方式制造的：首先沉積和圖案化絕緣層156以具有開(kāi)口，然后在開(kāi)口中形成一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電觸頭結(jié)構(gòu)158/160包含金屬并通過(guò)沉積、光刻和蝕刻方法形成，或作為另外一種選擇通過(guò)印刷工藝或電鍍工藝形成，或者作為另外一種選擇通過(guò)箔粘合工藝形成。

應(yīng)當(dāng)理解，光致衰退(LID)和/或紫外(UV)衰退對(duì)太陽(yáng)能電池性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性造成長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。由于其前表面鈍化的敏感性提高，所以高效太陽(yáng)能電池尤其易發(fā)生此類衰退模式。已進(jìn)行努力以提高此類太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性，而不以減少鈍化或太陽(yáng)光譜吸收(例如Jsc損失)的形式降低性能。性能穩(wěn)定性可對(duì)性能保證和產(chǎn)品質(zhì)量區(qū)分極為重要。更具體地講，前表面鈍化可對(duì)高效太陽(yáng)能電池的性能極為重要。通常，前表面鈍化是通過(guò)以下方式進(jìn)行的：使用擴(kuò)散工藝，隨后進(jìn)行高溫氧化，最后通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)使用抗反射涂層(ARC)封蓋。由于其光學(xué)性能及其優(yōu)異的鈍化質(zhì)量，常使用氮化硅(SiN或SiN:H)作為ARC。氮化硅層可用于向晶體硅/熱氧化物(c-Si/TOX)界面提供H+。不幸的是，界面可通過(guò)長(zhǎng)期暴露于UV光經(jīng)由熱電子注射穿過(guò)界面(破壞現(xiàn)有Si-H鍵)而衰退。熱電子可被隨后的層捕獲，并被重新激發(fā)，以彈跳反復(fù)穿過(guò)界面，此過(guò)程稱為界面磨損。

本文描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例解決此類LID和/或UV衰退問(wèn)題。例如，圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例展示在太陽(yáng)能電池的光接收表面上具有高Eg中間層的太陽(yáng)能電池的紫外線(UV)穩(wěn)定性的圖表500。參見(jiàn)圖表500，對(duì)于太陽(yáng)能電池光接收表面上的三種不同材料層堆疊進(jìn)行了14天高強(qiáng)度紫外測(cè)試：(a)SiN/aSi:n，(b)SiN/AlGaN/aSi:n，和(c)SiN/AlGaN/富含Si。插入高Eg中間層(AlGaN)基本消除了Jo的改變。此外，所有結(jié)構(gòu)的初始Jo<10fA/cm²，這是對(duì)所有示例性電池的良好初始鈍化的指示。因此，在測(cè)試參數(shù)下，使用高Eg材料層基本實(shí)現(xiàn)了零衰退。對(duì)于光伏工業(yè)來(lái)說(shuō)，這是空前的發(fā)現(xiàn)。

總之，雖然上文具體描述了某些材料，但一些材料可易于被其他材料取代，且其他的此類實(shí)施例仍然在本發(fā)明實(shí)施例的精神和范圍內(nèi)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可使用不同材料的基板，諸如III-V族材料的基板，來(lái)代替硅基板。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用聚晶或多晶硅基板。在另一個(gè)實(shí)施例中，可使用P型基板。此外，應(yīng)當(dāng)理解，就針對(duì)太陽(yáng)能電池背表面上的發(fā)射極區(qū)具體描述了N+型和P+型摻雜的情形，所設(shè)想的其他實(shí)施例包括相反的導(dǎo)電類型，如分別為P+型和N+型摻雜。其他實(shí)施例涉及具有雙面設(shè)計(jì)的電池。另外，雖然主要提及背接觸太陽(yáng)能電池布置，但應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的方法也可應(yīng)用于前接觸太陽(yáng)能電池。

因此，已經(jīng)公開(kāi)了用高能隙(Eg)材料鈍化太陽(yáng)能電池的光接收表面的方法及所得的太陽(yáng)能電池。

盡管上面已經(jīng)描述了具體實(shí)施例，但這些實(shí)施例并非旨在限制本發(fā)明的范圍，即使是在就一具體特征僅描述了單個(gè)實(shí)施例的情況下。在本發(fā)明中所提供的特征的例子旨在為例證性的而非限制性的，除非另有說(shuō)明。以上描述旨在涵蓋將對(duì)得益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的那些替代形式、修改形式和等同形式。

本發(fā)明的范圍包括本文所(明示或暗示)公開(kāi)的任何特征或特征組合，或其任何概括，不管其是否減輕本文所解決的任何或全部問(wèn)題。因此，可以在本申請(qǐng)(或?qū)ζ湟髢?yōu)先權(quán)的申請(qǐng))的審查過(guò)程期間對(duì)任何此類特征組合提出新的權(quán)利要求。具體地講，參考所附權(quán)利要求書(shū)，來(lái)自從屬權(quán)利要求的特征可與獨(dú)立權(quán)利要求的那些特征組合，來(lái)自各個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求的特征可以按任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合，而并非只是以所附權(quán)利要求中枚舉的特定形式組合。

在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池包括具有光接收表面的基板。在基板的光接收表面上設(shè)置有鈍化介電層。在鈍化介電層上方設(shè)置有III族氮化物材料層。

在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池還包括直接設(shè)置在鈍化介電層和III族氮化物材料層之間的界面層，該界面層包含不同于鈍化介電層且不同于III族氮化物材料層的材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，界面層是富含硅的非晶硅層，并具有大約在30埃至50埃范圍內(nèi)的厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，界面層是不含氧的硅基層，該層選自富含硅的非晶硅、固有或磷摻雜的非晶硅、和多晶硅，并且硅基層具有大約在10埃至200埃范圍內(nèi)的厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，在鈍化介電層上方設(shè)置有III族氮化物材料層。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層選自氮化鋁(AlN)層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)層和氮化鎵(GaN)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池還包括設(shè)置在III族氮化物材料層上的抗反射涂覆(ARC)層，該ARC層包含不同于III族氮化物材料層的材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，ARC層是選自氧化鋁(AlO_x，x等于或小于1.5)層和氮氧硅(SiO_yN_z，y>0，z>0)層的層，并且ARC層和III族氮化物材料層共同形成太陽(yáng)能電池的雙層抗反射涂層。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層具有大約在50埃至900埃范圍內(nèi)的厚度并具有大約2.0-2.4的折射率，并且ARC層具有大約在300埃至1500埃范圍內(nèi)的厚度并具有大約1.8的折射率。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層和ARC層共同為太陽(yáng)能電池提供電流增強(qiáng)和穩(wěn)定性。

在一個(gè)實(shí)施例中，ARC層是氫化氮化硅(SiN:H)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層具有大約在30埃至100埃范圍內(nèi)的厚度并具有大約2.0-2.4的折射率，并且SiN:H層具有大約700埃的厚度并具有大于約1.9的折射率。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層和ARC層共同為太陽(yáng)能電池提供穩(wěn)定性，而高帶Eg材料提供鈍化而對(duì)發(fā)光光譜無(wú)吸收。

在一個(gè)實(shí)施例中，基板是晶體硅基板，且鈍化介電層是二氧化硅(SiO₂)層并具有大約在10埃至300埃范圍內(nèi)的厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，光接收表面具有紋理化形貌，并且鈍化介電層和III族氮化物材料層都與光接收表面的紋理化形貌適形。

在一個(gè)實(shí)施例中，基板還包括與光接收表面相對(duì)的背表面，并且太陽(yáng)能電池還包括在基板的背表面上或上方的多個(gè)交替的N型和P型半導(dǎo)體區(qū)，以及與多個(gè)交替的N型和P型半導(dǎo)體區(qū)電連接的導(dǎo)電觸頭結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池包括具有光接收表面的基板。在基板的光接收表面上設(shè)置有鈍化介電層。在鈍化介電層上方設(shè)置有大的直接帶隙材料層，該大的直接帶隙材料層具有至少約3.3的能隙(Eg)?？狗瓷渫扛?ARC)層設(shè)置在大的直接帶隙材料層上，該ARC層包含不同于大的直接帶隙材料層的材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池還包括直接設(shè)置在鈍化介電層和大的直接帶隙材料層之間的界面層，該界面層包含不同于鈍化介電層且不同于大的直接帶隙材料層的材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，制造太陽(yáng)能電池的方法包括在基板的光接收表面上形成鈍化介電層。該方法還包括在鈍化介電層上方形成III族氮化物材料層。該方法還包括在III族氮化物材料層上形成抗反射涂覆(ARC)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在鈍化介電層上形成界面層，且形成III族氮化物材料層包括在界面層上形成III族氮化物材料層。

在一個(gè)實(shí)施例中，形成III族氮化物材料層包括通過(guò)選自金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)和物理氣相沉積(PVD)的技術(shù)形成選自氮化鋁(AlN)多晶層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)多晶層和氮化鎵(GaN)多晶層的多晶層，或者包括通過(guò)選自等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)、分子束外延(MBE)和物理氣相沉積(PVD)的技術(shù)形成選自氮化鋁(AlN)非晶層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)非晶層和氮化鎵(GaN)非晶層的非晶層。

在一個(gè)實(shí)施例中，形成III族氮化物材料層包括通過(guò)選自金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)、分子束外延(MBE)和物理氣相沉積(PVD)的技術(shù)形成選自氮化鋁(AlN)多晶層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)多晶層和氮化鎵(GaN)多晶層的多晶層，或者包括通過(guò)選自等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)、分子束外延(MBE)和物理氣相沉積(PVD)的技術(shù)形成選自氮化鋁(AlN)非晶層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)非晶層和氮化鎵(GaN)非晶層的非晶層。

在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池包括具有光接收表面的晶體硅基板。在晶體硅基板的光接收表面上方設(shè)置有III族氮化物材料層?？狗瓷渫扛?ARC)層設(shè)置在III族氮化物材料層上，該ARC層包含不同于III族氮化物材料層的材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，在晶體硅基板的光接收表面上方設(shè)置有III族氮化物材料層。

在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池還包括直接設(shè)置在III族氮化物材料層和晶體硅基板光接收表面之間的界面層，該界面層包含不同于III族氮化物材料層的材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，界面層是富含硅的非晶硅層，并具有大約在30埃至50埃范圍內(nèi)的厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，界面層是不含氧的硅基層，該層選自富含硅的非晶硅、固有或磷摻雜的非晶硅、和多晶硅，并且其中硅基層具有大約在10埃至200埃范圍內(nèi)的厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，III族氮化物材料層選自氮化鋁(AlN)層、氮化鋁鎵(Al_xGa_1-xN，其中0<x<1)層和氮化鎵(GaN)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，ARC層包括氮化硅層。