具有氮氧化硅電介質(zhì)層的太陽能電池的制作方法
【專利說明】具有氮氧化硅電介質(zhì)層的太陽能電池
[0001]本文描述的發(fā)明得到美國政府支持，在美國能源部授予的編號DE-FC36-07G017043的合同下完成。美國政府可擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實(shí)施例屬于可再生能源領(lǐng)域，并且具體地講，是具有氮氧化硅電介質(zhì)層的太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0003]光伏電池(常被稱為太陽能電池)是熟知的用于直接轉(zhuǎn)化太陽輻射為電能的器件。一般來講，使用半導(dǎo)體加工技術(shù)在基板的表面附近形成P-η結(jié)而將太陽能電池制備在半導(dǎo)體晶片或基板上。照射在基板表面上并進(jìn)入基板內(nèi)的太陽輻射在基板主體中形成電子和空穴對。電子和空穴對迀移至基底中的P摻雜區(qū)域和η摻雜區(qū)域，從而在摻雜區(qū)域之間生成電壓差。將摻雜區(qū)域連接到太陽能電池上的導(dǎo)電區(qū)域，以將電流從電池引導(dǎo)至與其耦合的外部電路。
[0004]效率是太陽能電池的重要特性，因其直接與太陽能電池發(fā)電的能力有關(guān)。同樣，制備太陽能電池的效率直接與此類太陽能電池的成本效益有關(guān)。因此，提高太陽能電池效率的技術(shù)或提高制備太陽能電池效率的技術(shù)是普遍所需的。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及通過提供制備太陽能電池結(jié)構(gòu)的新工藝而提高太陽能電池的制備效率。通過提供新型太陽能電池結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的一些實(shí)施例可供提高太陽能電池效率之用。
【附圖說明】
[0005]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的太陽能電池的發(fā)射極區(qū)的剖視圖。
[0006]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的太陽能電池的另一個(gè)發(fā)射極區(qū)的剖視圖。
[0007]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的太陽能電池的另一個(gè)發(fā)射極區(qū)的剖視圖。
[0008]圖4Α至圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制備太陽能電池的方法中的各種處理操作的剖視圖。
[0009]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的曲線圖，示出了具有氮氧化硅隧道電介質(zhì)層的發(fā)射極區(qū)與具有氧化硅隧道電介質(zhì)層的發(fā)射極區(qū)的硼(B)濃度(原子/cm3)隨深度(微米)的變化關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本文描述了具有氮氧化硅電介質(zhì)層的太陽能電池以及形成氮氧化硅電介質(zhì)層用于太陽能電池制備的方法。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，以提供對本發(fā)明的實(shí)施例的透徹理解。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下可實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。在其他情況中，沒有詳細(xì)地描述熟知的技術(shù)，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)施例難以理解。此外，應(yīng)當(dāng)理解，圖中所示的多種實(shí)施例是示例性的并且未必按比例繪制。
[0011]本文公開了太陽能電池，并且具體地講，公開了太陽能電池的發(fā)射極區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽能電池的發(fā)射極區(qū)包括基板部分，該基板部分具有與光接收表面相對的背表面。氮氧化硅(S1xNy，0〈x，y)電介質(zhì)層設(shè)置在該基板部分的背表面上。半導(dǎo)體層設(shè)置在氮氧化硅電介質(zhì)層上。在另一個(gè)實(shí)施例中，太陽能電池包括第一發(fā)射極區(qū)。第一發(fā)射極區(qū)包括基板的第一部分，該第一部分具有與光接收表面相對的背表面。氮氧化娃(S1xNy，0〈x, y)電介質(zhì)層設(shè)置在基板的第一部分的背表面上。P型半導(dǎo)體層設(shè)置在氮氧化硅電介質(zhì)層上。太陽能電池還包括第二發(fā)射極區(qū)。第二發(fā)射極區(qū)包括基板的第二部分。氮氧化硅電介質(zhì)層設(shè)置在基板的第二部分的背表面上。N型半導(dǎo)體層設(shè)置在氮氧化硅電介質(zhì)層上。在另一個(gè)實(shí)施例中，太陽能電池的發(fā)射極區(qū)包括N型塊狀硅基板部分，該基板部分具有與光接收表面相對的背表面。氮氧化硅(S1xNy，0〈x，y)電介質(zhì)層設(shè)置在N型塊狀硅基板的該部分的背表面上。氮氧化硅電介質(zhì)層具有不均勻分布的氮。硼摻雜多晶硅層設(shè)置在氮氧化硅電介質(zhì)層上。金屬觸點(diǎn)設(shè)置在P型多晶硅層上。
[0012]本文還公開了制備太陽能電池的方法，并且具體地講，公開了形成太陽能電池的發(fā)射極區(qū)的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，制備太陽能電池的發(fā)射極區(qū)的方法包括通過消耗太陽能電池塊狀N型娃基板部分在該N型娃基板的表面上形成氮氧化娃(S1xNy，0〈x, y)電介質(zhì)層。該方法還包括在氮氧化硅電介質(zhì)層上形成半導(dǎo)體層。
[0013]本文所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及用于用氮氧化硅材料制備隧道電介質(zhì)的工藝。在一個(gè)此類實(shí)施例中，在硅基板與多晶硅發(fā)射極區(qū)之間使用氮氧化硅隧道電介質(zhì)?？墒褂么祟惖趸锼淼缹尤〈^常規(guī)的熱二氧化硅層隧道電介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用本文所述的氮氧化物電介質(zhì)層可防止硼滲透穿過隧道電介質(zhì)(例如，在高溫處理期間)，這種滲透原本可導(dǎo)致具有常規(guī)(非氮化)隧道電介質(zhì)層的電池中的基于P型多晶硅的發(fā)射極的表面鈍化降級。在一個(gè)此類實(shí)施例中，與無氮氧化物材料層相比，使用氮氧化物將呈現(xiàn)對硼擴(kuò)散具有改善的阻擋。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，以與熱氧化類似的方式生長氮氧化硅層，不過還使用允許氮摻入到所得層中的氣體?？墒褂脷怏w組分、溫度和壓力來改變氮濃度、生長速率、層厚度和均勻度。在一個(gè)實(shí)施例中，在低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)爐中在硅基板上形成氮氧化硅層，但也可在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)室中形成氮氧化硅層。如下文更詳細(xì)地描述，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及通過使用基于一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、氨氣(NH3)和/或氧氣(O2)或者其他含有氧和/或氮的氣體或氣體組合中的一種或多種的熱處理形成多晶硅發(fā)射極太陽能電池的隧道電介質(zhì)。具體實(shí)施例包括形成具有隨深度變化的氮濃度的氮氧化物膜，例如，具有摻入在表面或界面附近或在整個(gè)層中分等級的氮的氧化物層。
[0015]作為具有氮氧化硅隧道電介質(zhì)層的發(fā)射極區(qū)的實(shí)例，圖1至圖3示出了根據(jù)本發(fā)明三個(gè)不同實(shí)施例的用于包括在太陽能電池中的發(fā)射極區(qū)的剖視圖。參見圖1至圖3，太陽能電池的發(fā)射極區(qū)100、200或300包括基板102 (例如，N型塊狀結(jié)晶硅基板)的一部分，該部分具有與光接收表面(未示出，但方向由箭頭106提供)相對的背表面104。氮氧化硅(S1xNy，0〈x，y)電介質(zhì)層108、208或308分別設(shè)置在基板102的該部分的背表面106上。半導(dǎo)體層110設(shè)置在氮氧化硅電介質(zhì)層108、208或308上，圖1至圖3中僅描繪其一部分。
[0016]再次參見圖1至圖3，在一個(gè)實(shí)施例中，氮氧化硅電介質(zhì)層108、208和308整體具有不均勻分布的氮。例如，氮氧化硅電介質(zhì)層可具有一個(gè)氮濃度區(qū)或極大值區(qū)。在第一具體實(shí)施例中，參見圖1，氮氧化硅電介質(zhì)層108具有僅一個(gè)氮濃度極大值區(qū)(如區(qū)108A所示)。極大值區(qū)108A位于氮氧化硅電介質(zhì)層108的靠近基板102的該部分的背表面106的表面處。在第二具體實(shí)例中，參見圖2，氮氧化娃電介質(zhì)層208也具有僅一個(gè)氮濃度極大值區(qū)(如區(qū)208A所示)。然而，極大值區(qū)208A位于氮氧化硅電介質(zhì)層208的遠(yuǎn)離基板102的該部分的背表面106的表面處(S卩，靠近層110)。
[0017]在另一個(gè)實(shí)例中，氮氧化硅電介質(zhì)層可具有不止一個(gè)氮濃度區(qū)或極大值區(qū)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，參見圖3，氮氧化硅電介質(zhì)層308具有兩個(gè)氮濃度極大值區(qū)(如區(qū)308A和308B所示)，其中一個(gè)極大值區(qū)308A位于氮氧化硅電介質(zhì)層308的遠(yuǎn)離基板102的該部分的背表面106的表面處，并且另一個(gè)極大值區(qū)308B位于氮氧化硅電介質(zhì)層308的靠近基板102的該部分的背表面106的表面處。在一個(gè)特定的此類實(shí)施例中，極大值區(qū)308A與308B之間的距離大約在5埃至6埃的范圍內(nèi)。
[0018]不論是僅一個(gè)氮極大值區(qū)還是不止一個(gè)極大值區(qū)，應(yīng)當(dāng)理解，氮氧化物膜的其余部分不必不含氮。在一個(gè)示例性實(shí)施例中