太陽(yáng)能電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及太陽(yáng)能電池及其制造方法，更具體地，涉及具有隧穿結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在最近幾年，隨著諸如石油和煤炭的傳統(tǒng)能源枯竭，對(duì)用于代替這些能源的替代能源的關(guān)注正在增加。當(dāng)然，太陽(yáng)能電池作為下一代電池吸引了很多注意，其將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。
[0003]這種太陽(yáng)能電池是通過(guò)根據(jù)設(shè)計(jì)方案形成各個(gè)層和電極制造的。太陽(yáng)能電池的效率可以根據(jù)各個(gè)層和電極的設(shè)計(jì)來(lái)確定。應(yīng)克服低效率，使得太陽(yáng)能電池投入實(shí)際使用。因此，各個(gè)層和電極應(yīng)被設(shè)計(jì)成使得太陽(yáng)能電池的效率最大化。并且，用于制造具有各個(gè)層和電極的太陽(yáng)能電池的方法應(yīng)簡(jiǎn)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實(shí)施方式提供具有增強(qiáng)的效率的太陽(yáng)能電池以及具有簡(jiǎn)化的制造處理的制造太陽(yáng)能電池的方法。
[0005]—種制造太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括以下步驟:在半導(dǎo)體襯底上形成隧穿層；在該隧穿層上形成半導(dǎo)體層，其中，形成該半導(dǎo)體層的步驟包括沉積半導(dǎo)體材料；以及形成連接到所述半導(dǎo)體層的電極。在高于室溫的溫度和低于大氣壓力的壓力下形成所述隧穿層。
[0006]—種通過(guò)以上方法制造的太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池包括具有約2nm或更小的厚度的隧穿層。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造太陽(yáng)能電池的方法制造的太陽(yáng)能電池的示例的截面圖；
[0008]圖2是圖1例示的太陽(yáng)能電池的部分后視平面圖；
[0009]圖3a到圖3g是例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造太陽(yáng)能電池的方法的截面圖；
[0010]圖4a到圖4h是用于例示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的用于制造太陽(yáng)能電池的方法的截面圖；
[0011 ] 圖5是根據(jù)示例1到3和比較示例1制造的太陽(yáng)能電池的隧穿層的厚度的圖；
[0012]圖6是根據(jù)試驗(yàn)示例1到3和比較示例1的太陽(yáng)能電池的電流(I)-電壓(V)圖；
[0013]圖7是根據(jù)隧穿層的厚度的填充因數(shù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中例示出了其示例。然而，本發(fā)明可以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)解釋為限于本文所闡述的實(shí)施方式；
[0015]在附圖中僅例示了構(gòu)成本發(fā)明的特征的元件，并且為了清楚描述，不構(gòu)成本發(fā)明的特征的其它元件將不在此描述并且在附圖中省略。類(lèi)似的附圖標(biāo)記通篇指代類(lèi)似的要素。在附圖中，為了例示的清楚和方便，組成元件的厚度、面積等可以夸大或縮小。本發(fā)明的實(shí)施方式不限于所例示的厚度、面積等。
[0016]應(yīng)理解的是在本說(shuō)明書(shū)中，當(dāng)一個(gè)元件被稱(chēng)為“包括”或“包含”另一個(gè)元件時(shí)，“包括”或“包含”規(guī)定另一個(gè)元件的存在，但不排除其它附加元件的存在，除非上下文清楚地相反指示。另外，將理解的是，當(dāng)諸如層、區(qū)域或板之類(lèi)的元件被稱(chēng)為“位于”另一元件“上”時(shí)，該一個(gè)元件可以直接位于另一元件上，或也可以存在一個(gè)或更多個(gè)中間元件。相反，當(dāng)諸如層、區(qū)域或板之類(lèi)的元件被稱(chēng)為“直接在”另一個(gè)元件上時(shí)，不存在一個(gè)或更多個(gè)中間元件。
[0017]在下文，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造太陽(yáng)能電池的方法。將描述通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造太陽(yáng)能電池的方法制造的太陽(yáng)能電池的示例，接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造太陽(yáng)能電池的方法。
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造太陽(yáng)能電池的方法制造的太陽(yáng)能電池的示例的截面圖；并且圖2是圖1例示的太陽(yáng)能電池的部分后視平面圖。
[0019]參照?qǐng)D1和圖2,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池100包括:包括基底區(qū)域110的半導(dǎo)體襯底10、在半導(dǎo)體襯底10上的隧穿層20、包括導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和34的在隧穿層20上的半導(dǎo)體層30、以及連接到導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和34的電極42和電極44。在此例子中，半導(dǎo)體層30可以包括第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32、第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34和屏障區(qū)域36。第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32具有第一導(dǎo)電類(lèi)型，并且第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34具有第二導(dǎo)電類(lèi)型。屏障區(qū)域36可以定位在第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34之間，并且屏障區(qū)域36是本征的。電極42和44包括連接到第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32的第一電極42和連接到第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34的第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34。太陽(yáng)能電池100可以還包括鈍化層24、防反射層26、絕緣層40等。這將在下面更詳細(xì)地描述。
[0020]半導(dǎo)體襯底10可以包括基底區(qū)域110,其包括處于相對(duì)低的摻雜濃度的第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)，以具有第二導(dǎo)電類(lèi)型?；讌^(qū)域110可以包括包括第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的結(jié)晶半導(dǎo)體。例如，基底區(qū)域110可以包括包括第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的單晶或多晶半導(dǎo)體(例如，單晶或多晶硅)。具體地，基底區(qū)域110可以是包括第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的單晶硅半導(dǎo)體(例如，單晶晶圓，更具體地，單晶硅晶圓)。當(dāng)基底區(qū)域110包括單晶硅時(shí)，太陽(yáng)能電池100是單晶硅太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池100是基于基底區(qū)域100或包括具有高程度的晶體和低程度的缺陷的單晶硅的半導(dǎo)體區(qū)域10,并且因此，太陽(yáng)能電池100具有增強(qiáng)的電氣屬性。
[0021]第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)可以是η型或p型。例如，當(dāng)基底區(qū)域110是η型時(shí)，形成結(jié)(例如，ρη結(jié)，之間設(shè)置隧穿層20)(其通過(guò)光電轉(zhuǎn)換形成載流子)的ρ型的第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32具有寬面積并且因而光電轉(zhuǎn)換面積可以增大。另外，在此例子中，具有寬面積的第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32有效地收集具有相對(duì)慢的運(yùn)動(dòng)速率的空穴并且因此可以進(jìn)一步貢獻(xiàn)于提高光電轉(zhuǎn)換效率。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于以上示例。
[0022]另外，半導(dǎo)體襯底10可以包括位于其前表面的前表面場(chǎng)區(qū)域130。前表面場(chǎng)區(qū)域130可以具有與基底區(qū)域110相同的導(dǎo)電類(lèi)型和比基底區(qū)域110高的摻雜濃度。
[0023]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，前表面場(chǎng)區(qū)域130是通過(guò)用第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)在相對(duì)高的摻雜濃度對(duì)半導(dǎo)體襯底10摻雜而形成的摻雜區(qū)域。因此，前表面場(chǎng)區(qū)域130構(gòu)成包括第二導(dǎo)電類(lèi)型的晶體(單晶或多晶)半導(dǎo)體的半導(dǎo)體襯底10。例如，前表面場(chǎng)區(qū)域130可以被形成為第二導(dǎo)電類(lèi)型的單晶半導(dǎo)體襯底(例如，單晶硅晶圓襯底)的一部分。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于以上示例。因此，前表面場(chǎng)區(qū)域130可以通過(guò)用第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)摻雜與半導(dǎo)體襯底10分開(kāi)的半導(dǎo)體層(例如，非晶半導(dǎo)體層、微晶半導(dǎo)體層或多晶半導(dǎo)體層)來(lái)形成。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，前表面場(chǎng)區(qū)域130可以是類(lèi)似于通過(guò)用雜質(zhì)對(duì)與半導(dǎo)體襯底10相鄰地形成的層(例如，鈍化層24和/或防反射層26)摻雜而形成的區(qū)域起作用的場(chǎng)區(qū)域例如，當(dāng)基底區(qū)域110是η型時(shí)，鈍化層24可以包括具有固定負(fù)電荷的氧化物(例如，氧化鋁)以在基底區(qū)域110的表面處形成反轉(zhuǎn)層。反轉(zhuǎn)層可以用作場(chǎng)區(qū)域。在此例子中，半導(dǎo)體襯底10不包括附加摻雜區(qū)域并且因此，半導(dǎo)體襯底10的缺陷可以被最小化。具有各種結(jié)構(gòu)的前表面場(chǎng)區(qū)域130可以使用各種其它方法形成。
[0024]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，半導(dǎo)體襯底10的前表面可以被紋理化以具有不平坦表面(或突出部分和/或凹進(jìn)部分)以形成棱錐等。通過(guò)紋理化處理，在半導(dǎo)體襯底10的前表面處形成不平坦部分，并且因此其表面粗糙度增加，因而入射在半導(dǎo)體襯底10的前表面上的光的反射可以減少。因此，到達(dá)由基底區(qū)域110和第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32形成的ρη結(jié)的光的量可以增加，并且因此，光損耗可以最小化。
[0025]另外，半導(dǎo)體襯底10的后表面可以具有由鏡面拋光等而形成并且具有比半導(dǎo)體襯底10的前表面低的表面粗糙度的相對(duì)平滑和平坦的表面。如在本發(fā)明的實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34在半導(dǎo)體襯底10的后表面上形成在一起時(shí)，根據(jù)半導(dǎo)體襯底10的后表面的特性，太陽(yáng)能電池100的特性可以較大地改變。由于在半導(dǎo)體襯底10的后表面處不通過(guò)紋理化形成不平坦部分，所以可以增強(qiáng)鈍化特性，因此，可以增強(qiáng)太陽(yáng)能電池100的特性。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于以上示例。在一些示例中，通過(guò)紋理化，可以在半導(dǎo)體襯底10的后表面處形成不平坦部分。另外，可能進(jìn)行各種修改。
[0026]隧穿層20形成在半導(dǎo)體襯底10的后表面上，在半導(dǎo)體襯底10和導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和34之間。半導(dǎo)體襯底10的后表面的界面屬性可以由隧穿層20增強(qiáng)，并且隧穿層20使得由光電轉(zhuǎn)換形成的載流子通過(guò)隧穿效應(yīng)順利地傳遞。隧穿層20可以包括使得載流子隧穿的各種材料，例如氧化物。例如，隧穿層20可以具有包括氧化硅等的熱氧化物層。就此而言，隧穿層20可以形成在半導(dǎo)體襯底10的整個(gè)后表面上。因此，隧穿層20可以使得半導(dǎo)體襯底10的后表面完全鈍化，并且在沒(méi)有單獨(dú)構(gòu)圖的情況下容易形成。
[0027]隧穿層20可以具有厚度Τ1，其小于半導(dǎo)體層30和絕緣層40的厚度的每個(gè)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，隧穿層20在高于室溫的溫度和低于大氣壓力的壓力下形成，并且以此，隧穿層20被均勻地形成以具有小的厚度。例如，隧穿層20的厚度Τ1可以是約2nm或更小，例如，1.0nm到1.5nm。當(dāng)隧穿層20的厚度T1具有約2nm或更小的小厚度時(shí)，載流子的隧穿概率可以增大并且太陽(yáng)能電池100的填充因數(shù)FF可以增強(qiáng)。具體地，當(dāng)隧穿層20的厚度T1是1.5nm或更小時(shí)，具體地，約1.4nm或更小，并且更具體地，約1.3nm或更小，太陽(yáng)能電池100的填充因數(shù)可以進(jìn)一步增強(qiáng)。然而，當(dāng)隧穿層20的厚度T1是小于1.0nm時(shí)，會(huì)難以均勻地形成隧穿層20。并且，半導(dǎo)體層30的雜質(zhì)通過(guò)穿透隧穿層20會(huì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底10,并且會(huì)引起復(fù)合。此外，隧穿層20的鈍化屬性會(huì)降低，因?yàn)樗泶?0受到半導(dǎo)體襯底10的晶體屬性影響。因此，暗含的開(kāi)路電壓會(huì)降低。
[0028]將更詳細(xì)描述隧穿層20的制造方法和隧穿層20的厚度T1。然而，本發(fā)明不限于此，并且因此，隧穿層20可以具有不同于以上的厚度T1。
[0029]包括導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和34和屏障區(qū)域36的半導(dǎo)體層30可以設(shè)置在隧穿層20上。半導(dǎo)體層30的導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和34可以包括包括第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)或第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的半導(dǎo)體(例如，硅)。屏障區(qū)域36可以包括不包括第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)和第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的半導(dǎo)體(例如，硅)。
[0030]更具體地，導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和34可以包括包括第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32因而具有第一導(dǎo)電類(lèi)型以及包括第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34因而具有第二導(dǎo)電類(lèi)型。屏障區(qū)域36是本征的，可以設(shè)置在第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32和第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34之間。
[0031 ]作為半導(dǎo)體層30的一部分的第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32與基底區(qū)域110形成pn結(jié)(或
pn隧道結(jié))同時(shí)在之間沉積隧穿層20并且因而構(gòu)成通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生載流子的發(fā)射極區(qū)域。就此而言，與基底區(qū)域110相反，第一導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域32可以包括包括第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的半導(dǎo)體(例如，硅)。第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)可以在形成半導(dǎo)體層30時(shí)被包括在半導(dǎo)體層30中，或可以在形成半導(dǎo)體層30之后通過(guò)諸如熱擴(kuò)散、粒子植入等摻雜方法而被包括在半導(dǎo)體層30中。
[0032]就此而言，第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)可以是具有與基底區(qū)域110相反的導(dǎo)電類(lèi)型的任何雜質(zhì)。也就是說(shuō)，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)是P型的時(shí)，第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)可以是諸如B、A1、GA、In等的III族元素。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)是η型的時(shí)，第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)可以是諸如P、As、B1、Sb等的V族元素。
[0033]作為半導(dǎo)體層30的一部分的第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34形成后表面場(chǎng)并且因而形成后表面場(chǎng)區(qū)域，其防止通過(guò)在半導(dǎo)體襯底10的表面(更具體地，后表面)處的復(fù)合而損失載流子。
[0034]與基底區(qū)域110的相同，第二導(dǎo)電類(lèi)型區(qū)域34可以包括包括第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的半導(dǎo)體(例如，硅)。第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)可以在形成半導(dǎo)體層30時(shí)被包括在半導(dǎo)體層30中，或可以在形成半導(dǎo)體層30之后通過(guò)諸如熱擴(kuò)散、粒子植入等摻雜方法而被包括在半導(dǎo)體層中。