使氫化非晶硅和非晶氫化硅合金穩(wěn)定化的方法
【專利摘要】形成光伏器件的半導(dǎo)體材料的方法包括：提供含氫化非晶硅的材料的表面，和將含氫化非晶硅的材料在含氘氣氛中退火。將來自含氘氣氛的氘穿過含氫化非晶硅的材料的表面引入含氫化非晶硅的材料的晶格中。在一些實施方案中，引入含氫化非晶硅的材料的晶格中的氘提高含氫化非晶硅的材料的穩(wěn)定性。
【專利說明】使氫化非晶硅和非晶氫化硅合金穩(wěn)定化的方法
[0001]背景
[0002]本公開內(nèi)容涉及氫化非晶硅(a _S1:H)及其合金。本公開內(nèi)容進(jìn)一步涉及包含并入其中的氫化非晶硅的光伏器件，例如太陽能電池。氫化非晶硅可用于生產(chǎn)太陽能電池和晶體管器件。
[0003]實例為作為獨(dú)立器件或多結(jié)(串聯(lián))電池的組件的p-1-n太陽能電池，和具有單晶Si (C-Si)吸收層的異質(zhì)結(jié)太陽能電池。使用氫化非晶硅的結(jié)構(gòu)的其它實例包括光伏電池的鈍化層，及用于顯示器和X射線成像器的薄膜晶體管。另外，氫化非晶硅合金，例如氫化非晶硅鍺和氫化非晶碳化硅也用于p-1-n太陽能電池和異質(zhì)結(jié)太陽能電池中。
[0004]概述
[0005]在一個實施方案中，提供形成氫化非晶硅(a-S1:H)和/或a-S1: H合金的方法，其將氘⑶引入a-S1:!^P/* a-S1:H合金的晶格中以用至少一個硅-氘(S1-D)鍵取代至少一個硅-氫(S1-H)鍵。在一些實施方案中，通過用至少一個硅-氘(S1-D)鍵取代至少一個硅-氫(S1-H)鍵，可提高氫化非晶硅(a-S1:H)和/或a-S1:H合金的穩(wěn)定性。在一個實施方案中，本方法包括提供含氫化非晶硅(a-S1:H)材料的表面，和將含氫化非晶硅(a-S1:H)材料在含氘氣氛中退火，其中將氘引入含氫化非晶硅(a-S1:H)材料的晶格中。
[0006]在本公開內(nèi)容的另一方面，提供包含含氫化非晶娃和氣的材料的光伏器件。在一個實施方案中，含氫化非晶娃和氣的材料包含大于80原子％(原子％)娃、大于5原子％氫和大于0.001原子％氣。 在一個實施方案中，氣可與懸空娃鍵鍵合以與不含氣的氫化非晶硅相比提高含氫化非晶硅和氘的材料的穩(wěn)定性。
[0007]附圖簡述
[0008]作為實例且公開內(nèi)容不意欲限于此的以下詳述連同附圖會最好地理解，其中類似的參考數(shù)字表示類似的元件和部件，其中:
[0009]圖1為闡述氫調(diào)控弱鍵模型的圖示。
[0010]圖2為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，包含單結(jié)p-1-n太陽能電池的光伏器件的橫截面?zhèn)纫晥D，其中光伏器件的至少一層材料層由含氫化非晶硅和氘的材料組成。
[0011]圖3為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，包含雙結(jié)p-1-n太陽能電池的光伏器件的橫截面?zhèn)纫晥D，其中光伏器件的至少一層材料層由含氫化非晶硅和氘的材料組成。
[0012]圖4為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，包含三結(jié)p-1-n太陽能電池的光伏器件的橫截面?zhèn)纫晥D，其中光伏器件的至少一層材料層由含氫化非晶硅和氘的材料組成。
[0013]圖5A為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，包含異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光伏器件的橫截面?zhèn)纫晥D，所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有單晶硅(C-Si)吸收層和由含氫化非晶硅和氘的材料組成的發(fā)射體結(jié)構(gòu)或鈍化層。
[0014]圖5B為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，包含異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光伏器件的橫截面?zhèn)纫晥D，所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有單晶硅(C-Si)吸收層和由含氫化非晶硅和氘的材料組成的發(fā)射體結(jié)構(gòu)，其中透明導(dǎo)電材料重疊于發(fā)射體結(jié)構(gòu)而存在。[0015]圖6為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，包含異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光伏器件的橫截面?zhèn)纫晥D，所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有前和后異質(zhì)結(jié)觸點。
[0016]圖7為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，包含異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光伏器件的橫截面?zhèn)纫晥D，所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有雙發(fā)射體。
[0017]圖8為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，串聯(lián)光伏器件的橫截面?zhèn)纫晥D，所述串聯(lián)光伏器件包含由含氫化非晶硅和氘的材料組成的上部電池和由晶體半導(dǎo)體材料組成的下部電池。
[0018]圖9為根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案，C-Si片兩側(cè)上均具有氫化非晶娃(a-S1:H)鈍化層的晶體硅(C-Si)片的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0019]圖10為對于包含用氘氣退火處理的具有圖9所述結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅層的光伏器件和包含用形成氣體退火(forming gas anneal)試樣處理的具有圖9所述結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅的光伏器件，有效載流子壽命相對于退火溫度的圖。
[0020]圖11為對于包含用氘氣退火處理的具有圖10所述結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅層的光伏器件和包含用形成氣體退火試樣處理的具有圖10所述結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅的光伏器件，有效少數(shù)載流子壽命相對于在100°c下的退火時間的圖。
[0021]圖12為對于包含用氘氣退火處理的具有圖9所述結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅層的光伏器件和包含用形成氣體退火試樣處理的具有圖9所述結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅的光伏器件，在約5日光的光強(qiáng)度下在室溫下有效少數(shù)載流子壽命相對于時間的圖。
[0022]圖13(a)和13(b)為在(a)200°C和(b)350°C下HPD處理以后，對于實施例1和2所述試樣，a-S1: H和a-S1: H/c-Si界面中氫和氘的SIMS深度分析曲線。
[0023]詳述
[0024]本文公開了所述結(jié)構(gòu)和方法的詳細(xì)實施方案；然而，應(yīng)當(dāng)理解所公開的實施方案僅為所述結(jié)構(gòu)和方法的闡述，其可以以各種形式概括。另外，關(guān)于各實施方案給出的實施例各自意欲為說明性且不是限制性的。另外，圖未必是按比例的，一些特征可放大以顯示特定組件的細(xì)節(jié)。因此，本文所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)理解為限定性的，而是作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員多樣地使用本公開內(nèi)容的方法和結(jié)構(gòu)的典型基礎(chǔ)。
[0025]應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)作為層、區(qū)域或基質(zhì)的元件描述為在另一元件“上”或“上方”時，它可直接在另一元件上或者還可存在介入元件。相反，當(dāng)元件描述為“直接在另一元件上”或“直接在另一元件上方”時，不存在介入元件。還應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)元件描述為“連接”或“偶聯(lián)”在另一元件上時，它可直接連接或偶聯(lián)在另一元件上或可存在介入元件。相反，當(dāng)元件描述為“直接連接”或“直接偶聯(lián)”在另一元件上時，不存在介入元件。
[0026]在說明書中“ 一個實施方案”、“一實施方案”、“ 一個典型實施方案”等的提及表示所述實施方案可包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但每個實施方案未必包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，這類短語未必指相同的實施方案。另外，當(dāng)特定特征、結(jié)構(gòu)或特性與一個實施方案相關(guān)地描述時，認(rèn)為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知影響與其它實施方案有關(guān)的該特征、結(jié)構(gòu)或特性，無論是否明確描述。
[0027]本公開內(nèi)容涉及氫化非晶硅(a-S1:H)及其合金，和包含并入其中的氫化非晶硅的光伏器件，例如太陽能電池。氫化非晶硅器件常見的長期問題之一是氫化非晶硅的亞穩(wěn)定性。亞穩(wěn)定性指通過改變材料中費(fèi)米能級(化學(xué)勢)位置的溫度變化或外部激發(fā)如光或偏移驅(qū)使的材料性能的可逆變化。通常，亞穩(wěn)定性不是想要的現(xiàn)象，因為亞穩(wěn)定變化在操作時間過程中轉(zhuǎn)化成器件性能的劣化。亞穩(wěn)定現(xiàn)象的一個實例為操作期間(在日光下)氫化非晶硅太陽能電池效率的劣化，稱為Staebler-Wronski效應(yīng)，和操作期間(在偏柵壓下)氫化非晶硅薄膜晶體管(TFT)閾值電壓偏移?？捎蓺浠蔷Ч璧膩喎€(wěn)定性能產(chǎn)生的其它現(xiàn)象包括空間電荷有限電流引發(fā)的缺陷產(chǎn)生、摻雜效率的亞穩(wěn)定變化和照明期間晶體硅(c-Si)上氫化非晶硅鈍化的劣化。
[0028]在至少一些情況下，氫化非晶硅中亞穩(wěn)定性的來源是弱(應(yīng)變)硅-硅鍵可逆地轉(zhuǎn)化成懸空鍵，其可稱為弱鍵模型。氫化非晶硅的亞穩(wěn)定性可連接于氫的分散擴(kuò)散，其中(i)氫可由硅-氫鍵釋放，(?)擴(kuò)散至相鄰弱硅-硅鍵，
[0029]和(iii)通過打破弱硅-硅鍵而產(chǎn)生懸空鍵。圖1闡述了氫調(diào)控弱鍵模型，其中氫原子從硅-氫鍵移動并打破弱硅-硅鍵，留下兩個缺陷DH和DW。 [0030]一方面，本公開內(nèi)容提供了通過將氘⑶引入氫化非晶硅晶格中以用硅-氘(S1-D)鍵取代一些硅-氫鍵而改進(jìn)氫化非晶硅的穩(wěn)定性。因此，亞穩(wěn)定性由于以下原因被抑制:(i)與硅氫鍵相比更強(qiáng)的硅-氘鍵和/或(ii)氘與氫相比更低的擴(kuò)散性。在一個實施方案中，改進(jìn)氫化非晶硅光伏材料的穩(wěn)定性的方法包括提供含氫化非晶硅的材料的表面，和將含氫化非晶硅的材料在含氘氣氛中退火，其中將氘引入含氫化非晶硅的材料的晶格中。通過將氘引入含氫化非晶硅的材料的晶格中，提供含氫化非晶硅和氘的材料，其中氘與懸空硅鍵鍵合以與不含氘的氫化非晶硅相比提高含氫化非晶硅和氘的材料的穩(wěn)定性?！疤岣叻€(wěn)定性”意指氫化非晶硅中的鍵破壞速率降低，因此抑制上述亞穩(wěn)定性現(xiàn)象。在其中氫化非晶Si用于將單晶或多晶半導(dǎo)體如S1、Ge、SiGe或GaAs表面鈍化的一個實施方案中，抑制亞穩(wěn)定性的結(jié)果是用含氫化非晶硅和氘的材料鈍化的上述晶體或多晶材料中有效載流子壽命的亞穩(wěn)定變化與用不含氘的氫化非晶硅鈍化的類似材料相比降低。晶體或多晶半導(dǎo)體材料中的有效載流子壽命取決于晶體或多晶半導(dǎo)體材料的體內(nèi)的載流子壽命和晶體或多晶半導(dǎo)體材料表面上(即在與氫化非晶Si的界面上)載流子的表面重組速度。界面上的表面重組速度與該界面上的載流子重組速率成比例。因此，用包含含氘氫化非晶Si的材料純化的晶體或多晶材料中有效載流子壽命的亞穩(wěn)定變化的減少表不晶體或多晶材料與包含含氘氫化非晶Si的材料之間的界面上的載流子重組速率的亞穩(wěn)定變化與不含氘的含氫化非晶Si的材料相比降低。如用于描述含氫化非晶硅和氘的材料的術(shù)語“非晶”表示氫化娃晶格缺乏長程有序。術(shù)語“氫化”表不本征非晶氫化娃含有氫。氫化非晶娃的氫含量通常大于5原子％，約10原子％的氫含量是最通常的?！昂币庵笟浠蔷Ч璋?，其中典型的氘含量大于I原子％。在整個該公開內(nèi)容中，術(shù)語“氫化非晶硅”的使用涵蓋膜可含有結(jié)晶部分的可能性。這也適用于含氫化非晶硅的材料，例如氫化非晶硅鍺和氫化非晶碳化硅。
[0031]圖2描述了光伏器件50的一個實施方案，其中至少一部分光伏器件50包含含氫化非晶硅和氘的材料。如本文所用，“光伏器件”為當(dāng)暴露于輻射如光下時產(chǎn)生自由電子-空穴對并導(dǎo)致產(chǎn)生電流的器件如太陽能電池。光伏器件通常包含具有P型導(dǎo)電性和η型導(dǎo)電性的層，其分享界面以提供結(jié)。
[0032]圖2所述實施方案為由非晶或微晶硅(Si)組成的單結(jié)太陽能電池且它的基礎(chǔ)電子結(jié)構(gòu)為P-1-n結(jié)。p-1-n結(jié)包含P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型半導(dǎo)體層30?！氨菊靼雽?dǎo)體層”為基本純的半導(dǎo)體材料層，即本征半導(dǎo)體層未用η型或P型摻雜劑摻雜。如本文所用，“P型”指雜質(zhì)加入本征半導(dǎo)體中，這產(chǎn)生價電子的缺乏(即空穴)。在操作中，p-1-n結(jié)響應(yīng)于輻照材料而提供電場。負(fù)電荷積累在P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20和P型側(cè)的一部分本征層中(由于離子化受體雜質(zhì)或正電性缺陷)，且正電荷積累在η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30和η型側(cè)的一部分本征層中(由于離子化給體或負(fù)電性缺陷)，電場從η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30朝向P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20的方向產(chǎn)生。本征半導(dǎo)體層25中的電子由于電場而移向η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30，且本征半導(dǎo)體層25中的空穴移向P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20。因此，電子-空穴對系統(tǒng)地連接以提供在P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20上的正電荷和在η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上的負(fù)電荷。p-1-n結(jié)形成這類光伏器件的核心，這提供可驅(qū)動器件的電動勢。
[0033]典型地，與n-1-p結(jié)構(gòu)相反，通常使用p-1-n結(jié)構(gòu)。這是因為:氫化非晶硅中電子的遷移率可以比空穴大1-2個數(shù)量級，因此從P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20移至η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30觸點的電子的收集率比從P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20移至η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30的空穴更好。因此，P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20應(yīng)朝向光強(qiáng)度更強(qiáng)的光伏器件的上表面放置，使得結(jié)上的大部分電荷載流子為電子。
[0034]參考圖2，光伏器件50可包含自頂至底的基質(zhì)5、含氧化物鈍化層10、透明導(dǎo)電材料層15、P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25、η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30和后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35的材料堆。在一個實施方案中，光伏器件50的p-1-n結(jié)的P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中的至少一個由含氫化非晶硅和氘的材料提供。圖2所示材料堆提供單結(jié)p-1-n太陽能電池,現(xiàn)在更詳細(xì)地討論其細(xì)節(jié)。
[0035]基質(zhì)5為向光伏器件50提供機(jī)械載體的結(jié)構(gòu)?；|(zhì)5在光伏器件50內(nèi)發(fā)生電子和空穴的光生成的電磁福射范圍內(nèi)是透明的。在一個實施方案中，基質(zhì)5可以為光學(xué)透明的，即在波長為400-800nm的可見電磁光譜范圍中是透明的。在一個實施方案中，基質(zhì)5可以為玻璃基質(zhì)?；|(zhì)5的厚度可以為50 μ 但也可使用較小和較大的厚度。
[0036]透明導(dǎo)電材料層15包含在光伏器件結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生電子和空穴的光生成時的電磁福射范圍內(nèi)是透明的材料。例如，透明導(dǎo)電材料層15可包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)，例如氟摻雜的氧化錫(Sn02:F)、鋁摻雜的氧化鋅(Ζη0:Α1)或氧化銦錫。透明導(dǎo)電材料層15的厚度可以為100nm-3ym，但也可使用較小和較大的厚度。在一個實施方案中，含氧化物鈍化層10存在于透明導(dǎo)電材料層15與基質(zhì)5之間。含氧化物鈍化層10可由二氧化硅(SiO2)組成并可具有IOOnm-1ym的厚度,但也可使用較小和較大的厚度。
[0037]p-1-n結(jié)構(gòu)可存在于透明導(dǎo)電材料層15下面，且包含P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30。p-1-n結(jié)構(gòu)的至少一層可由如本公開內(nèi)容提供的含氫化非晶硅和氘的材料組成。由于含氫化非晶硅和氘的材料具有比結(jié)晶單元更高的光吸收率，基本完全的光譜可被非常薄的含氫化非晶硅和氘的材料層吸收。例如，含氫化非晶硅和氘的材料可具有1.7eV的光能帶隙且具有大于105cm-l的光學(xué)吸收系數(shù)α，對于能量大于能帶隙的光子。在一個實施方案中，僅Iym厚的含氫化非晶娃和氣的材料的膜可吸收90%的可用太陽能。
[0038]通常，在非晶形p-1-n結(jié)構(gòu)中，氫化非晶硅包含5-20%的氫，其中氫將由氫化非晶Si中的配位缺陷產(chǎn)生的懸空鍵鈍化(即相對于Si的4倍配位晶體結(jié)構(gòu)，缺失或多余的Si原子)。然而，氫硅鍵的強(qiáng)度是有限的，且氫具有輕量質(zhì)量，這可促進(jìn)游離氫擴(kuò)散通過硅晶格以打破氫硅鍵合。如果外部激發(fā)來源提供足夠的能量以打破弱S1-Si鍵，則氫原子可脫離S1-H鍵，并向打破的S1-Si鍵擴(kuò)散以形成新的S1-H鍵，如圖1中示意性顯示的。這會產(chǎn)生在原始S1-H鍵(其現(xiàn)在失去H原子)部位的懸空鍵和在打破的S1-Si鍵部位的另一懸空鍵(注意兩個Si原子中的一個不與H鍵合)。這兩個懸空鍵在圖1中分別表示為DH和DW。相同類型的其它反應(yīng)也是可能的。例如，由于氫從第二 S1-H鍵中釋放，可將弱鍵用兩個氫原子飽和。如果H原子在S1-Si鍵破裂時不可得，則S1-Si鍵會在除去激發(fā)以后再形成(基本以熱的形式消散，即晶格振動)。在太陽能電池中照明(Staebler-Wronski效應(yīng))的情況下，打破弱S1-Si鍵所需的能量主要通過由光生成的電子-空穴對重組而釋放的能量提供。在薄膜晶體管中的偏柵壓的情況下，打破弱S1-Si鍵所需的能量主要通過由場感應(yīng)自由電子截留在懸空鍵中(配位缺陷)釋放的能量提供。由于D-Si鍵比S1-H鍵更強(qiáng)和/或D在Si晶格中的擴(kuò)散性比H更低，D原子可用于在S1-Si鍵由于外部激發(fā)而破裂時將弱S1-Si鍵飽和的可能性(因此，鍵破裂的可能性)更低。
[0039]P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中的至少一層可由含氫化非晶硅和氘的材料組成。P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中的至少一層中所用的含氫化非晶娃和氣的材料由大于80原子％娃、大于5原子％氫和大于0.001原子％氣組成。在一個實施方案中，氣以0.001-1原子％的量存在于含氫化非晶娃和氣的材料中。在一個實施方案中，氫以5-20原子％的量存在于含氫化非晶娃和氣的材料中。在一個實施方案中，娃以80-95原子％的量存在于含氫化非晶娃和氣的材料中。
[0040]提供P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20的P型導(dǎo)電性的摻雜劑可以為來自元素周期表的II1-A族的元素。P型摻雜劑的實例包括但不限于硼、鋁、鎵和銦，但指出產(chǎn)生價電子缺乏的任何雜質(zhì)適于P型摻雜劑。在一個實施方案中，P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20包含含氫化非晶硅和氘的材料，其具有IO16-1O21個原子/cm3的P型摻雜劑濃度，且具有l(wèi)_50nm的厚度。在另一實施方案中，P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20中P型摻雜劑的濃度為1018-102°個原子/cm3，且具有3_30nm的厚度。層20中的摻雜效率(活性摻雜劑原子與總摻雜劑原子的比)為0.1-20%，但較高和較低的摻雜效率是可能的。通常，摻雜效率通過提高摻雜劑原子濃度而降低。通常，P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20的帶隙為1.7-2.5eV，但也可使用較高和較低的帶隙。層20可由碳合金組成。在一些實施方案中，層20包含含氣P型氫化非晶碳化娃。
[0041]在其中本征半導(dǎo)體層25、η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中的一層由含氫化非晶硅和氘的材料組成的一些實施方案中，P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20可由不包含氘的含晶體硅的材料如微晶(c-Si)和/或氫化非晶硅組成。
[0042]不將本征半導(dǎo)體層25用η型或P型摻雜劑摻雜。P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層25的組合在太陽能電池的功能期間建立電場以分離電子-空穴對。這些層還決定器件的電壓。本征半導(dǎo)體層25為器件的活性層，在那里產(chǎn)生多數(shù)太陽能電池電流。
[0043]本征半導(dǎo)體層25通常存在于P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20與η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30之間并與P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30直接接觸。本征半導(dǎo)體層30的厚度可取決于本征含氫化半導(dǎo)體的材料中電子和空穴的收集長度。在一個實施方案中，本征半導(dǎo)體層25由含氫化非晶娃和氣的材料組成,其具有IOOnm-1 μ m的厚度。在另一實施方案中，本征半導(dǎo)體層25由含氫化非晶硅和氘的材料組成，其具有IOOnm-1 μ m的厚度。通常，本征半導(dǎo)體層25的帶隙為1.6-1.8eV。
[0044]在其中P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、n型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中的一層由含氫化非晶硅和氘的材料組成的一些實施方案中，本征半導(dǎo)體層25可由不包含氣的含晶體娃的材料如微晶(c-Si)和/或氫化非晶硅組成。
[0045]提供η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30的η型導(dǎo)電性的摻雜劑可以為元素周期表II1-A族的元素。η型摻雜劑的實例包括但不限于銻、砷和磷。指出上述摻雜劑僅用于說明目的且不意欲限制本公開內(nèi)容，因為η型摻雜劑可以為在本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生自由電子的任何雜質(zhì)，所述本征半導(dǎo)體提供η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30的基體材料，例如含氫化非晶硅和氘的材料。在一個實施方案中，η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30包含含氫化非晶硅和氘的材料，其具有IO16-1O21個原子/cm3的η型摻雜劑濃度且具有l(wèi)_50nm的厚度。在另一實施方案中，η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中η型摻雜劑的濃度為1018-102°個原子/cm3，且η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30具有3_30nm的厚度。層20中的摻雜效率(活性摻雜劑原子與總摻雜劑原子的比)為0.1-20%，但較高和較低的摻雜效率是可能的。通常，摻雜效率通過提高摻雜劑原子濃度而降低。通常，η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30的帶隙為1.6-1.8eV，但也可使用較高和較低的帶隙。
[0046]在其中本征半導(dǎo)體層25和P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20中的至少一層由含氫化非晶硅和氘的材料組成的一些實施方案中，η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30可由含晶體硅的材料如微晶(c-Si)組成，或者η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20由不包含氘的氫化非晶硅組成。
[0047]仍參考圖2,后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35包含金屬材料。金屬材料可在光伏器件50內(nèi)發(fā)生電子和空穴的光生成的電磁輻射范圍內(nèi)具有高反射率。金屬材料可包括銀、鋁或其合金。后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35的厚度可以為IOOnm-1 μ m，但也可使用較小和較大的厚度。在一個實施方案中，后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35充當(dāng)光伏器件的負(fù)結(jié)點，且透明導(dǎo)電材料層10可充當(dāng)光伏器件50的正結(jié)點。在一些實施方案中，透明導(dǎo)電材料和高反射率金屬如銀的雙層可用于形成層35，以改進(jìn)反射率。在這些實施方案中，透明導(dǎo)電材料與層30直接接觸且具有通常70-100nm的厚度。透明導(dǎo)電材料的描述與關(guān)于層15所述的相同。
[0048]在一些實施方案中，形成圖2所示光伏器件50的方法可以以在基質(zhì)5上形成透明導(dǎo)電材料層25開始。
[0049]透明導(dǎo)電材料層15通常使用沉積方法如濺射或化學(xué)蒸氣沉積(CVD)形成。化學(xué)蒸氣沉積(CVD)為其中沉積物種由于氣體反應(yīng)物之間在室溫或更高溫度下的化學(xué)反應(yīng)而形成的沉積方法，其中反應(yīng)的固體產(chǎn)物沉積于待形成固體產(chǎn)物的膜、涂層或?qū)拥谋砻嫔稀?br> [0050]適于形成透明導(dǎo)電材料層15的CVD方法的實例包括但不限于原子壓力化學(xué)蒸氣沉積(APCVD)、低壓化學(xué)蒸氣沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)、金屬有機(jī)化學(xué)蒸氣沉積(MOCVD)及其組合。濺射的實例包括但不限于RF和DC磁控管濺射。在一些實施方案中，在形成透明導(dǎo)電材料層15以前，含有氧化物或氮化物的鈍化層10在基質(zhì)5上形成。含氧化物鈍化層10可使用熱生長方法如熱氧化或沉積如CVD形成。含氮化物層通常通過CVD沉積。在一個實施方案中，含有氧化物或氮化物的鈍化層10可提高基質(zhì)5與透明導(dǎo)電材料層15之間的附著力。
[0051]太陽能電池的p-1-n結(jié)可在透明導(dǎo)電材料層15以后形成。更具體而言，在一個實施方案中，η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層35可在形成透明導(dǎo)電材料層15以后順序地沉積以提供p-1-n結(jié)。η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中的至少一層由包含氘(D)的氫化非晶硅和/或氫化非晶硅合金(還稱為“含氫化非晶硅和氘的材料”)組成。在一個實施方案中，含氫化非晶硅和氘的材料如下形成:提供含氫化非晶硅的材料的表面，并將含氫化非晶硅的材料在含氘氣氛中退火，其中將氘引入含氫化非晶硅的材料的晶格中。
[0052]在用含氘氣氛處理以前，含氫化非晶硅的材料可包含至多20%氫，但不包含氘。在一個實施方案中，氫化非晶硅使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積方法(PECVD)沉積。PECVD為使用電能產(chǎn)生等離子體如輝光放電等離子體的化學(xué)蒸氣沉積方法。等離子體可通過兩個電極之間的RF (AC)頻率或DC放電產(chǎn)生，其中兩個電極之間的空間含有反應(yīng)氣體。如本領(lǐng)域所知，三極管電極構(gòu)型也可用于產(chǎn)生輝光放電。電能將氣體混合物轉(zhuǎn)變成反應(yīng)性基團(tuán)、離子、中性原子和分子以及其它高度受激物種。該方法中涉及化學(xué)反應(yīng)，其在產(chǎn)生反應(yīng)氣體的等離子體以后發(fā)生。例如，原子和分子碎片與沉積基質(zhì)相互作用以形成沉積材料層。等離子體為其中將多數(shù)原子或分子電離的氣體。在一個實施方案中，用于沉積和相關(guān)材料加工的等離子體中的電離度為典型電容性放電中的10-4至高密度感應(yīng)等離子體中的5-10%。等離子體通常在幾毫托如1-10毫托至幾托如1-10托的壓力下操作，但電弧放電和感應(yīng)等離子體可以在常壓下點火。等離子體可通過射頻電容性放電、感應(yīng)耦合等離子體(ICP)、電子回旋共振(ECR)和螺旋波提供。
[0053]在一個實施方案中，PECVD可在50_400°C的沉積溫度和0.1-10托的壓力下進(jìn)行。在另一實施方案中，PECVD可在100-350°C的沉積溫度和0.2-5托的壓力下進(jìn)行。
[0054]含氫化非晶硅的材料通過PECVD沉積包括至少一種含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體和至少一種含氫反應(yīng)氣體。在一個實施方案中，用于產(chǎn)生含氫化非晶硅的材料的含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體包含至少一個硅原子。例如，為提供氫化非晶硅的硅組分，含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體可包含SiH4、Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3和SiCl4中的至少一種。
[0055]用于使含氫化非晶娃的材料通過PECVD沉積的含氫反應(yīng)氣體可以為氫氣(H2)。將氫氣中的氫原子并入沉積材料中以形成含氫化非晶硅的材料。含氫反應(yīng)氣體可伴隨至少一種惰性氣體如He、Ne、Ar、Xe、Kr或其混合物的載氣。在其中含氫反應(yīng)氣體伴隨載氣的一個實施方案中，含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體與組合含氫反應(yīng)氣體和載氣的流速比可以為純硅烷至1:1000。在其中含氫反應(yīng)氣體伴隨載氣的另一實施方案中，含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體與組合含氫反應(yīng)氣體和載氣的流速比可以為1:10-1:200。在載氣內(nèi)，氫氣與載氣的比可以為1:5-5:10在另一實施方案中，氫氣與載氣的比可以為1:2-2:1。每種氣體的流速可基于加工室的尺寸和沉積方法期間的目標(biāo)壓力決定。根據(jù)本公開內(nèi)容，指出以上流速僅用于說明目的，也可使用較小和較大的比。
[0056]在一個實例中，用于產(chǎn)生等離子體的RF功率為2-500mW/cm2。在另一實例中，RF功率為5-100mW/cm2。在一個實例中，RF功率的頻率為13.56MHz。在另一實例中，RF功率的頻率為5-120MHz。
[0057]當(dāng)含氫化非晶硅(a -S1:H)的材料對于p型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30沉積時，提供材料層的導(dǎo)電類型的摻雜劑可以原位沉積。原位意指提供材料層的導(dǎo)電類型的摻雜劑在材料層形成或沉積時引入。
[0058]在P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20的情況下，反應(yīng)氣體可進(jìn)一步包含P型摻雜劑來源。例如，乙硼燒(B2H6)氣體可與含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體、含氫反應(yīng)氣體和任選載氣同時流入加工室中。碳可以通過使含碳?xì)怏w來源如CH4、C2H2、C2H4和C2H6流動而原位并入P型層中。在η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30的情況下，反應(yīng)氣體可進(jìn)一步包含η型摻雜劑來源。例如，磷化氫(PH3)氣體或胂(AsH3)氣體可與含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體、含氫反應(yīng)氣體和任選載氣同時流入加
工室中。
[0059]在形成氫化非晶硅以后，氫化非晶硅可用含氘氣體至少穿過氫化非晶Si的一個表面而處理。在一個實施方案中，將含氫化非晶娃的材料在含氣氣氛中退火，其中將氣引入含氫化非晶娃(a -S1:Η)的材料的晶格中。在一個實施方案中，含氣氣體由100%氣氣(D2)組成。在一些實施方案中，含氣氣體可進(jìn)一步包含載氣如氦(He)氣、IS氣(Ar)、氪氣(Kr)、氮?dú)?N2)或其組合。例如，當(dāng)含氘氣體包含載氣如氦(He)氣與氘氣(D2)組合時，載氣可以以少于50%存在，通常以少于25%存在。
[0060]在一個實施方案中，氫化非晶娃(a -S1:Η)可在大于5ΑΤΜ的壓力下用含氣氣體穿過一個表面而處理。在另一實施方案中，可將含氘氣體在大于20ΑΤΜ的壓力下應(yīng)用于氫化非晶娃(a -S1:Η)的表面上。可將含氣氣體應(yīng)用于氫化非晶娃(a -S1:Η)表面上的溫度可以為100_400°C。在一個實施方案中，可將含氣氣體應(yīng)用于氫化非晶娃(a -S1:Η)表面上的溫度可以為150-350°C。含氘氣體的流速可取決于應(yīng)用含氘氣體的室尺寸。在一個實例中，含氘氣體可以以10-50sccm的流速應(yīng)用。
[0061]由于將含氣氣體應(yīng)用于氫化非晶娃上，將氣并入氫化非晶娃的晶格中，且娃氣鍵在退火期間損失氫的硅部位或在退火以前存在的硅懸空鍵，即不飽和硅部位形成。在將氫化非晶硅用含氘氣體處理以后，將氫化非晶硅轉(zhuǎn)化成含氫化非晶硅和氘的材料。
[0062]可使用將氫化非晶硅轉(zhuǎn)化成含氫化非晶硅和氘的材料的方法形成P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中的至少一層以提供p_i_n結(jié)。在一個實施方案中，P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層35和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30使用三階段沉積方法形成。例如，三階段沉積方法的第一階段可沉積P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20，三階段沉積方法的第二階段可沉積本征半導(dǎo)體層25，三階段沉積方法的第三階段可沉積η型半導(dǎo)體層30。在另一實施方案中，P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型半導(dǎo)體層30中的至少一層為未用含氘氣體處理的氫化非晶硅(a-S1:H)。在一個實施方案中，P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30中的至少一層為晶體硅(c_Si)。晶體硅(c-Si)可使用化學(xué)蒸氣沉積方法，例如原子壓力化學(xué)蒸氣沉積(APCVD)、低壓化學(xué)蒸氣沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)、金屬有機(jī)化學(xué)蒸氣沉積(MOCVD)及其組合形成。
[0063]在形成p-1-n結(jié)以后，可在η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上形成后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35。在一個實施方案中，后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35可通過電鍍、無電電鍍、物理蒸氣沉積、化學(xué)蒸氣沉積、真空蒸發(fā)或其組合而沉積于η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30上。
[0064]圖3描述了包含雙結(jié)p-1-n太陽能電池的雙結(jié)光伏器件55的一個實施方案，其中光伏器件55的至少一層材料層由含氫化非晶硅和氘的材料組成。通過使用兩個p-1-n結(jié)，當(dāng)與單結(jié)半導(dǎo)體器件相比時，雙結(jié)光伏器件55吸收的光波范圍可提高。在一個實施方案中，上部電池60中的p-1-n結(jié)由含氫化非晶硅和氘的材料組成，下部電池65由與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成。[0065]圖3所示雙結(jié)光伏器件55類似于圖2所示單結(jié)光伏器件50，其中雙結(jié)光伏器件55的上部電池60基本類似于單結(jié)光伏器件50。更具體而言,雙結(jié)光伏器件55的頂部電池60中的基質(zhì)5a、含氧化物鈍化層10a、透明導(dǎo)電材料層15a、p型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20a、本征半導(dǎo)體層25a和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30a基本類似于單結(jié)光伏器件50的基質(zhì)5、含氧化物鈍化層10、透明導(dǎo)電材料層15、p型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30。因此，圖2所示單結(jié)光伏器件50的基質(zhì)5、含氧化物鈍化層10、透明導(dǎo)電材料層15、P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30的描述適于圖3所示雙結(jié)光伏器件55的基質(zhì)5a、含氧化物鈍化層10a、透明導(dǎo)電材料層15a、p型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20a、本征半導(dǎo)體層25a和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30a。
[0066]在一個實施方案中，雙結(jié)光伏器件55的上部電池60通過隧道層70與雙結(jié)光伏器件55的下部電池65分離。任選隧道層的作用是增強(qiáng)在頂部電池與底部電池之間的界面上形成的P./η.隧道結(jié)上載流子的隧穿。在一個實施方案中，隧道層70可由透明導(dǎo)電材料如透明導(dǎo)電氧化物組成。在一個實施方案中，隧道層70可具有5-15nm的厚度,但也可使用較大和較小的厚度。
[0067]仍參考圖3，雙結(jié)光伏器件55的底部電池65包含p-1_n結(jié)，其中選擇P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75、本征半導(dǎo)體層80和n型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85各自的材料以具有比對于雙結(jié)光伏器件55的上部電池60的P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20a、本征半導(dǎo)體層25a和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30a所選擇的材料更低的帶隙。例如，當(dāng)雙結(jié)光伏器件55的上部電池60的P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20a、本征半導(dǎo)體層25a 和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30a中的至少一層由還可含有碳的含氫化非晶硅和氘的材料組成時，用于雙結(jié)光伏器件55的下部電池65的P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75、本征半導(dǎo)體層80和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85中的至少一層的材料可包含具有其它合金元素如鍺且還可包含氘的氫化非晶硅材料，或者可包含還可含有氘的含氫化納米晶或微晶硅的材料。鍺的加入降低含氫化非晶硅和氘的材料的帶隙，碳的加入提高含氫化非晶硅和氘的材料的帶隙。
[0068]當(dāng)雙結(jié)光伏器件55的下部電池65的ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75、本征半導(dǎo)體層80和/或η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85中的至少一層由與碳合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成時，碳可在氘氣處理以前在形成氫化非晶硅的PECVD方法期間引入。更具體而言，在沉積方法期間，含碳反應(yīng)氣體可在氫化非晶硅沉積期間流入加工室中。含碳反應(yīng)氣體可連續(xù)或間歇式地流入加工室中。含碳反應(yīng)氣體可以為任何烴氣體，包括但不限于CH4、C2H2、C2H4和(:2!16。含碳?xì)怏w反應(yīng)物可與通過含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體提供的硅來源如SiH4、Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3、SiCl4或其組合和含氫反應(yīng)氣體同時引入沉積室中含碳?xì)怏w也可伴隨載氣如氫氣
[0069]當(dāng)與碳合金的含氫化非晶硅和氘的材料用P型導(dǎo)電性摻雜劑摻雜以提供P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75時，ρ型摻雜劑可在用于形成含氫化非晶硅的材料的沉積方法期間原位引入。具體而言，可將P型摻雜劑如硼引入待通過P型摻雜劑氣體如乙硼烷(B2H6)沉積的材料層中，其可與含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體、含氫反應(yīng)氣體和/或含碳反應(yīng)氣體同時或分開地進(jìn)入沉積室中。
[0070]當(dāng)與碳合金的含氫化非晶硅和氘的材料用η型導(dǎo)電性摻雜劑摻雜以提供η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85時，η型摻雜劑可在用于形成含氫化非晶硅的材料的沉積方法期間原位引入。具體而言，可將η型摻雜劑如磷或砷引入通過η型摻雜劑氣體如磷化氫(PH3)氣體或胂(AsH3)沉積的材料層中，其可與含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體、含氫反應(yīng)氣體和/或含碳反應(yīng)氣體同時或分開地進(jìn)入沉積室中。
[0071]用于將氘引入與碳合金的含氫化非晶硅和氘的材料的晶格中的含氘氣體處理類似于以上關(guān)于將氘引入以上關(guān)于圖2所述氫化非晶硅的晶格中的含氘氣體處理。
[0072]與碳合金的含氫化非晶硅和氘的材料中碳的原子濃度可以為1_50%。在另一實施方案中，與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料中碳的原子濃度可以為5-30%。與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料中娃的原子濃度可以為50-95%。在另一實施方案中，與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料中娃的原子濃度可以為75-85%。與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料中氣的原子濃度為大于0.001%。在另一實施方案中，與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料中氘的原子濃度可以為0.001-1%。當(dāng)用于ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75中時，與碳合金的含氫化非晶硅和氘的材料進(jìn)一步包含IO16-1O21個原子/cm3的ρ型摻雜劑濃度，其中1018-102°個原子/cm3的范圍是更通常的。層75中的摻雜效率(活性摻雜劑原子與總摻雜劑原子的比)通常為0.1_20%，但較高和較低的摻雜效率是可能的。通常，摻雜效率通過提高摻雜劑原子濃度而降低。同樣，當(dāng)用于η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75中時,與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料進(jìn)一步包含IO16-1O21個原子/cm3的η型摻雜劑濃度，其中1018_102°個原子/cm3的范圍是更通常的。層75中的摻雜效率(活性摻雜劑原子與總摻雜劑原子的比)通常為0.1-20%,但較高和較低的摻雜效率是可能的。通常，摻雜效率通過提高摻雜劑原子濃度而降低。
[0073]由與碳合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成的下部電池65的ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75的帶隙可以為1.7-2.5eV，但也可使用較高和較低的帶隙。層75可包含碳。在一些實施方案中，層75包含含氣氫化非晶碳化娃。由與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料組成的本征半導(dǎo)體層80的帶隙可以為1.6-1.SeV0由與碳合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成的下部電池65的η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85的帶隙可以為1.6-1.8eV。
[0074]當(dāng)雙結(jié)光伏器件55的下部電池65的ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75、本征半導(dǎo)體層80和/或η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85中的至少一層由與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成時，可將鍺在氘氣處理以前在形成氫化非晶硅(a-S1:Η)的PECVD方法期間引入。更具體而言，在沉積方法期間，含鍺反應(yīng)氣體可在氫化非晶硅(a-S1:H)的沉積期間流入加工室中。含鍺氣體反應(yīng)物可連續(xù)或間歇式地流入加工室中。含鍺氣體反應(yīng)物可以為任何鍺氣體，包括但不限于GeH4、Ge2H6、GeH2Cl2和Ge2Cl4。含鍺氣體反應(yīng)物可與由含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體提供的硅來源如SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或其組合和含氫反應(yīng)氣體同時引入沉積室中。含鍺氣體也可伴隨載氣如氫氣。
[0075]當(dāng)將與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料用P型導(dǎo)電性摻雜劑摻雜以提供P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75時，ρ型摻雜劑可在沉積方法期間原位引入。具體而言，可將P型摻雜劑如硼引入通過P型摻雜劑氣體如乙硼烷(B2H6)沉積的材料層如氫化非晶硅中，其可與含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體、含氫反應(yīng)氣體和/或含鍺反應(yīng)氣體同時或分開地進(jìn)入沉積室中。
[0076]當(dāng)與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料用η型導(dǎo)電性摻雜劑摻雜以提供η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85時，η型摻雜劑可在沉積期間原位引入。具體而言，可將η型摻雜劑如磷或砷引入通過η型摻雜劑氣體如磷化氫(PH3)氣體或胂(AsH3)沉積的材料層如氫化非晶硅中，其可與含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)氣體、含氫反應(yīng)氣體和/或含鍺反應(yīng)氣體同時或分開地進(jìn)入沉積室中。[0077]用于將氘引入與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料的晶格中的含氘氣體處理類似于以上關(guān)于將氘引入以上關(guān)于圖2所述氫化非晶硅的晶格中的含氘氣體處理。
[0078]與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料中鍺的原子濃度可以為0-100%，1-50%的范圍是更通常的。在一些實施方案中，與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料中鍺的原子濃度可以為5-30%。在一個實施方案中，與鍺合金的含氫化非晶娃和氣的材料中娃的原子濃度可以為50-95%。在另一實施方案中，與鍺合金的含氫化非晶娃和氣的材料中鍺的原子濃度可以為75-85%。與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料中氣的原子濃度為大于0.001%。在另一實施方案中，與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料中氘的原子濃度可以為0.001-1%。當(dāng)用于P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75中時，與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料進(jìn)一步包含1016-102°個原子/cm3的ρ型摻雜劑濃度，其中1018-102°個原子/cm3的范圍是更通常的。層75中的摻雜效率(活性摻雜劑原子與總摻雜劑原子的比)通常為0.1_20%，但較高和較低的摻雜效率是可能的。通常，摻雜效率通過提高摻雜劑原子濃度而降低。同樣，當(dāng)用于η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85中時，與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料進(jìn)一步包含1016-102°個原子/cm3的η型摻雜劑濃度，其中IO18-1O2tl個原子/cm3的范圍是更通常的。層75中的摻雜效率(活性摻雜劑原子與總摻雜劑原子的比)通常為0.1_20%，但較高和較低的摻雜效率是可能的。通常，摻雜效率通過提高摻雜劑原子濃度而降低。
[0079]由與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成的下部電池65的ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75的帶隙可以為0.7-1.7eV, 1.0-1.5eV的范圍是更通常的。由與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成的本征半導(dǎo)體層80的帶隙可以為0.7-1.7eV, 1.0-1.5eV的范圍是更通常的。由與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成的下部電池65的η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85的帶隙可以為0.7-1.7eV，1.0-1.5eV的范圍是更通常的。
[0080]仍參考圖3,雙結(jié)光伏器件55進(jìn)一步包含后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35a。圖3所不后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35a類似于以上關(guān)于圖2所述單結(jié)光伏器件50的后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35。因此，圖2所示后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35的描述適于圖3所示雙結(jié)光伏器件55的后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35a。
[0081 ] 圖4描述包含三結(jié)p-1-n太陽能電池的光伏器件90的一個實施方案，其中光伏器件90的至少一層材料層由含氫化非晶硅和氘的材料組成。圖4所示三結(jié)p-1-n太陽能電池類似于圖3所示的雙結(jié)p-1-n太陽能電池。選擇三結(jié)光伏器件90的上部電池60a、中間電池65a和下部電池90的p-1-n結(jié)中所用的材料以具有不同的帶隙，使得三結(jié)光伏器件90的上部電池60a、中間電池65a和下部電池95吸收能量產(chǎn)生中的不同光波長。
[0082]圖4所示三結(jié)光伏器件90包含類似于圖2所示基質(zhì)5、含氧化物鈍化層10和透明導(dǎo)電材料層15的基質(zhì)5b、含氧化物鈍化層IOb和透明導(dǎo)電材料層15b。因此，圖2所示基質(zhì)5、含氧化物鈍化層10和透明導(dǎo)電材料層15的描述適于圖4所示基質(zhì)5b、含氧化物鈍化層IOb和透明導(dǎo)電材料層15b。
[0083]在一個實施方案中，三結(jié)光伏器件90的上部電池60a包含ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20b、本征半導(dǎo)體層25b和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30b,其各自可由與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料組成。用于P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20b、本征半導(dǎo)體層25b和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30b中的至少一層的與碳合金的含氫化非晶娃和氣的材料及其形成方法如以上關(guān)于圖3所不雙結(jié)光伏器件50的下部電池65的一個實施方案的材料所述。[0084]三結(jié)光伏器件90的上部電池60a可通過第一隧道結(jié)層70a與三結(jié)光伏器件90的中間電池65a分離。第一隧道結(jié)層70a可由透明導(dǎo)電材料如透明導(dǎo)電氧化物組成。任選隧道層的作用是增強(qiáng)在頂部電池與中間電池之間的界面上形成的P./η.隧道結(jié)上載流子的隧穿。第一隧道結(jié)層70a可具有5-15nm的厚度，但也可使用較薄或較厚的隧道層。
[0085]在一個實施方案中，三結(jié)光伏器件90的中間電池65a包含η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75a、本征半導(dǎo)體層80a和ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85a，其各自可由含氫化非晶硅和氘的材料組成。三結(jié)光伏器件90的中間電池65a的η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20b、本征半導(dǎo)體層25b和ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層35b類似于圖2所示單結(jié)光伏器件50的p-1-n結(jié)的η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層35。因此，圖2所示單結(jié)光伏器件50的p_i_n結(jié)的η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征半導(dǎo)體層25和ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層35的描述適于三結(jié)光伏器件90的中間電池65a的η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層75a、本征半導(dǎo)體層80a和ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層85a。
[0086]三結(jié)光伏器件95的中間電池65a可通過第二隧道結(jié)層86與三結(jié)光伏器件90的下部電池95分離。第二隧道結(jié)層86可由透明導(dǎo)電材料如透明導(dǎo)電氧化物組成。任選隧道層的作用是增強(qiáng)在中間電池與底部電池之間的界面上形成的P+/n+隧道結(jié)上載流子的隧穿。第二隧道層86可具有5-15nm的厚度，但也可使用較薄或較厚的隧道層。
[0087]仍參考圖4，在一個實施方案中，三結(jié)光伏器件90的底部電池95包含ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層96、本征半導(dǎo)體層97和n型導(dǎo)電半導(dǎo)體層98，其各自可由與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料組成。用于P型導(dǎo)電半導(dǎo)體層96、本征半導(dǎo)體層97和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層98中的至少一層的與鍺合金的含氫化非晶硅和氘的材料及其形成方法如以上關(guān)于圖3所示雙結(jié)光伏器件50的下部電池65的一個實施方案的材料所述。
[0088]三結(jié)光伏器件90進(jìn)一步包含后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35b。圖4所不后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35b類似于以上關(guān)于圖2所述單結(jié)光伏器件50的后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35。因此，圖2所示后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35的描述適于圖4所示三結(jié)光伏器件90的后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35b。
[0089]圖5A描述了具有單晶硅(c-Si)吸收層310和由含氫化非晶硅和氘的材料組成的后觸點結(jié)構(gòu)430的光伏器件300?！拔諏印睘槿菀孜展庾右援a(chǎn)生電荷載流子，即自由電子或空穴的材料。在前側(cè)與吸收層之間的光伏器件部分稱為“發(fā)射層”，與吸收層的結(jié)稱為“發(fā)射結(jié)”。發(fā)射層可存在于吸收層上，其中發(fā)射層具有與作為吸收層的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型。在一個實例中，當(dāng)光子形式的太陽能集中在電池層中時，電子-空穴對在光伏器件內(nèi)的材料中產(chǎn)生。發(fā)射結(jié)提供所需電場以使光生成的電子和空穴分別集中在發(fā)射結(jié)的P摻雜和η摻雜側(cè)上。為此，在該實例中，光伏器件的至少一層P型層可提供吸收層且至少一層相鄰η型層可提供發(fā)射層。在其它實例中，可將吸收層摻雜成η型導(dǎo)電性，并可將發(fā)射層摻雜成P型導(dǎo)電性。在異質(zhì)結(jié)太陽能電池如圖5-7所示實施方案中，吸收層310為起始基質(zhì)，而在符合圖1-4所示實施方案的p-1-n光伏器件中，吸收層為沉積層，例如本征半導(dǎo)體層 25、25a、25b。
[0090]在圖5A所不實施方案中，光伏器件300包含發(fā)射體結(jié)構(gòu)320。在一個實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)320具有第二導(dǎo)電類型，例如η型，并在具有第一導(dǎo)電類型如ρ型的單晶硅(c-Si)吸收層310上形成。
[0091]術(shù)語“單晶”表示結(jié)晶固體，其中整個試樣的晶格是基本連續(xù)的且基本未破損試樣的邊緣，基本不具有晶界。在另一實施方案中，吸收層310的晶體半導(dǎo)體材料具有多晶結(jié)構(gòu)。與單晶晶體結(jié)構(gòu)相反，多晶結(jié)構(gòu)為由無規(guī)取向的微晶構(gòu)成且含有大角度晶界、孿晶間界或二者的半導(dǎo)體材料的形式。多晶廣泛指具有大晶粒的多晶材料(約mm至cm的數(shù)量級)。使用的其它術(shù)語為大晶粒多晶或大晶粒多晶。術(shù)語多晶通常指小晶粒(幾百nm至幾百μπι)。吸收層310的晶體半導(dǎo)體材料通常為含硅材料。在一個實施方案中，吸收層310由S1、Ge、SiGe, SiC和SiGeC中的至少一種組成。在又一實施方案中，吸收層310可以為化合物半導(dǎo)體，例如II1-1V型半導(dǎo)體如GaAs。在一個實例中，吸收層310的晶體半導(dǎo)體材料由單晶Si組成。在一個實施方案中，吸收層310具有50nm-lmm的厚度。在另一實施方案中，吸收層310具有1-500 μ m的厚度。
[0092]在一個實施方案中，將吸收層310用ρ型摻雜劑摻雜，所述摻雜劑以I X IO9-1 XlO2ci個原子/cm3的濃度存在。在另一實施方案中，存在于吸收層310中的ρ型摻雜劑的濃度為I X IO14-1 X IO19個原子/cm3。吸收層310中ρ型摻雜劑的摻雜劑濃度可以為分級或均勻的?！熬鶆颉币庵笓诫s劑濃度在吸收層310的整個厚度上是相同的。例如，具有均勻摻雜劑濃度的吸收層310可具有在吸收層310的上表面和底面上相同的摻雜劑濃度以及在吸收層10的上表面與底面之間的吸收層310中心部分相同的摻雜劑濃度?！胺旨墶币庵笓诫s劑濃度在整個吸收層10厚度上是變化的。在一個實施方案中，吸收層310的帶隙可以為0.1-7.0eV0也可將吸收層310摻雜成η型導(dǎo)電性。
[0093]仍參考圖5Α，鈍化層305存在于吸收層310下面。鈍化層305通常為本征的。鈍化層305用于將吸收層310的背面鈍化并降低電子-空穴重組。在一個實施方案中，鈍化層305可由含氫化非晶硅和氘的材料組成。含氫化非晶硅和氘的材料在組成方面可類似于以上關(guān)于圖2-4所述光伏電池50、60、60a、65、65a、95的p_i_n結(jié)中所用含氫化非晶娃和氣的材料。因此，以上關(guān)于圖2-4所述含氫化非晶硅和氘的材料的組成和制備方法適于提供圖5A所示鈍化層305。如上所述，含氫化非晶硅和氘的材料中氘的存在提高用于背面場層305的材料的穩(wěn)定性并降低Staebler-Wronski效應(yīng)。在一些實施方案中,用于背面場層305的含氫化非晶硅和氘的材料可進(jìn)一步包含鍺和碳的合金加入。
[0094]鈍化層305可具有2nm-l μ m的厚度。在另一實施方案中，鈍化層305具有5_300nm的厚度。在一個實施方案中，半導(dǎo)體基質(zhì)可提供吸收層310，并可使鈍化層305沉積于半導(dǎo)體基質(zhì)上。例如，當(dāng)鈍化層305由含氫化非晶硅和氘的材料組成時，非晶氫化硅的材料層可使用等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)沉積于提供吸收層310的半導(dǎo)體基質(zhì)上，其中氘通過在沉積以后應(yīng)用于非晶氫化硅的含氘氣體處理而引入非晶氫化硅中。
[0095]在圖5A所示實施方案中，鈍化層305在吸收層310的整個背面上不是連續(xù)層。在該實施方案中，局部背面場區(qū)315存在于吸收層310的背面并且包含在鈍化層305中的開口內(nèi)。仍參考圖5A，光伏器件300可進(jìn)一步包含在鈍化層305上的任選介電層325。介電層325可由非晶氫化氮化娃或非晶氫化氧化娃組成。介電層325可向光伏電池的背面提供進(jìn)一步鈍化和/或反射率。
[0096]在一個實施方案中，形成吸收層310的局部背面場區(qū)315可以以形成介電層325開始。介電層325可使用沉積方法如CVD形成。適于沉積介電層325的CVD方法的變體包括但不限于常壓CVD (APCVD)、低壓CVD (LPCVD)和等離子增強(qiáng)CVD (PECVD)、金屬有機(jī)CVD (MOCVD)及其組合。介電層325可具有5nm_l μ m的厚度，50_300nm的范圍是更通常的。
[0097]在一個實施方案中，可穿過至少鈍化層305以及存在時任選介電層325形成至少一個開口以暴露吸收層310的至少一部分背面。在一個實施方案中，形成穿過鈍化層305和任選介電層325的至少一個開口以暴露吸收層310的至少一部分背面包括在鈍化層305和任選介電層325上形成圖案蝕刻掩模(patterned etch mask)(未顯示)，并選擇性地蝕刻鈍化層305和任選介電層325的暴露于圖案蝕刻掩模和吸收層310背面的部分。
[0098]具體而言,在一個實例中，圖案蝕刻掩模通過將光刻膠應(yīng)用于待蝕刻表面，使光刻膠暴露于輻射圖案下，然后使用光刻膠顯影劑使圖案顯影于光刻膠中而產(chǎn)生。當(dāng)光刻膠的圖案化完成時，保護(hù)光刻膠覆蓋的部分，同時將暴露的區(qū)域使用除去未保護(hù)區(qū)域的選擇性蝕刻方法除去。如本文所用，關(guān)于材料脫除方法的術(shù)語“選擇性”表示被應(yīng)用材料脫除方法的結(jié)構(gòu)的第一材料的材料脫除速率大于至少另一材料的脫除速率。在一些實例中，選擇性可以為大于100:1，例如1000:1。
[0099]在一個實施方案中，蝕刻方法用對吸收層310的背面呈選擇性的蝕刻化學(xué)除去背面場層305和任選介電層325的暴露部分。在一個實施方案中，形成開口的蝕刻方法為各向異性蝕刻。各向異性蝕刻方法為其中待蝕刻表面的法線方向上的蝕刻速率大于平行于待蝕刻表面的方向的材料脫除方法。各向異性蝕刻可包括反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)。就本公開內(nèi)容的這點而言，可使用的各向異性蝕刻的其它實例包括離子束蝕刻、等離子蝕刻或激光燒蝕。
[0100]在形成暴露吸收層310的背面的開口以后，局部背面場區(qū)315可通過將用于局部背面場區(qū)315的摻雜劑通過開口引入吸收層310的背面而在吸收層310中形成。例如，提供局部背面場區(qū)315的導(dǎo)電類型的摻雜劑可使用離子注入或氣體蒸氣相沉積引入吸收層310中，然后擴(kuò)散到半導(dǎo)體基質(zhì)的深度以提供局部背面場區(qū)315。將局部背面場區(qū)315摻雜成與吸收層310相同的導(dǎo)電類型。例如，當(dāng)吸收層310為ρ型導(dǎo)電性時，局部背面場區(qū)315為ρ型導(dǎo)電性。如本文所用“背面場(BSF)區(qū)”為吸收層310背面的較高摻雜層。高與低摻雜區(qū)之間的界面產(chǎn)生電場，其充當(dāng)少數(shù)載流子流向吸收層310背面的屏障。例如，適于阻礙少數(shù)載流子如電子重組的電場可通過例如具有IX 1017-5Χ 102°個原子/cm3的ρ型摻雜劑濃度的高度摻雜P型背面場區(qū)305與例如具有I X IO14-1 X IO18個原子/cm3的ρ型摻雜劑濃度的P型吸收層310之間的界面產(chǎn)生。
[0101]在形成局部背面場區(qū)315以后，底部金屬觸點335可與局部背面場區(qū)315直接接觸而形成并填充穿過背面場層305和任選介電層325的開口。底部金屬觸點335可以使用物理蒸氣沉積(PVD)方法如濺射或電鍍而席狀沉積(blanket deposit).底部金屬觸點335可由任何導(dǎo)電材料如鋁組成，并可具有IOOnm-1O μ m的厚度，但也可使用較小和較大的厚度。
[0102]在一個實施方案中，可省去局部背面場區(qū)315。在該實施方案中，金屬觸點可經(jīng)由鈍化層305 (以及如果存在的話任選層325)中蝕刻的開口與吸收層310的背面直接接觸。該實施方案通常稱為“局部后觸點”結(jié)構(gòu)，因為金屬觸點335與吸收層310局部接觸(即經(jīng)由開口)。
[0103]仍參考圖5A,發(fā)射體結(jié)構(gòu)320可在與吸收層310上存在背面場層305的一面相對的吸收層310面上形成。發(fā)射體結(jié)構(gòu)320具有與吸收層310的導(dǎo)電類型相對的導(dǎo)電類型。例如，在其中吸收層310具有ρ型導(dǎo)電性的實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)320可具有η型導(dǎo)電性。在另一實例中，在其中吸收層310具有η型導(dǎo)電性的實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)320具有ρ型導(dǎo)電性。發(fā)射體結(jié)構(gòu)320可以為存在于吸收層310的整個寬度上并直接接觸的材料層。盡管圖5A中未描繪，在一些實施方案中，本征半導(dǎo)體層可存在于吸收層310與發(fā)射體結(jié)構(gòu)320之間。根據(jù)本公開內(nèi)容，在一個實例中，本征半導(dǎo)體層可由氫化非晶娃或含氫化非晶娃和氣的材料組成。
[0104]發(fā)射體結(jié)構(gòu)320可由含氫化非晶硅和氘的材料組成。含氫化非晶硅和氘的材料在組成方面類似于以上關(guān)于圖2-4所述光伏電池50、55、90的p_i_n結(jié)中所用的含氫化非晶硅和氘的材料。因此，以上關(guān)于圖2-4所述含氫化非晶硅和氘的材料的組成和制備方法適于提供圖5A所示發(fā)射體結(jié)構(gòu)320。如上所述，含氫化非晶硅和氘的材料中氘的存在提高用于發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的材料的穩(wěn)定性并降低Staebler-Wronski效應(yīng)。在一些實施方案中,對于發(fā)射體結(jié)構(gòu)320提供的含氫化非晶硅和氘的材料可進(jìn)一步包含鍺和碳的合金加入。在另一實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)320可由結(jié)晶半導(dǎo)體層如S1、Ge、SiGe, SiC, SiGeC及其組合組成。發(fā)射體結(jié)構(gòu)320也可以為化合物半導(dǎo)體如II1-1V型半導(dǎo)體如GaAs。
[0105]在含硅材料如晶體Si中，提供發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的導(dǎo)電類型的η型摻雜劑的實例包括但不限于銻、砷和磷。例如，在一個實施方案中，其中提供發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的導(dǎo)電類型如η型的摻雜劑為5 X IO17-1O19個原子/cm3。
[0106]上部介電層340可存在于發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的上表面上,其中穿過上部介電層340的開口對準(zhǔn)發(fā)射區(qū)320。上部介電層340可由氧化硅、氮化硅或其組合組成。可存在穿過上部介電層340的開口以暴露一部分發(fā)射體結(jié)構(gòu)320開口可用前觸點345填充。介電層用作鈍化層和/或抗反射涂層。
[0107]發(fā)射體結(jié)構(gòu)320可在吸收層310上形成。在其中發(fā)射體結(jié)構(gòu)320由含氫化非晶硅和氘的材料組成的實施方案中，可使用以上關(guān)于形成關(guān)于以上圖2-4所述光伏電池50、60、60a、65、65a、90的p_i_n結(jié)中所用含氫化非晶娃和氣的材料所述的相同方法在吸收層310上形成含氫化非晶硅和氘的材料。在其中發(fā)射體結(jié)構(gòu)320由晶體半導(dǎo)體材料形成的實施方案中，晶體半導(dǎo)體材料可使用選自原子壓力化學(xué)蒸氣沉積(APCVD)、低壓化學(xué)蒸氣沉積(LPCVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)、金屬有機(jī)化學(xué)蒸氣沉積(MOCVD)及其組合的CVD方法沉積。提供發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的層的厚度可以為2nm-2 μπι。在另一實施方案中，提供發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的層的厚度可以為3-500nm。
[0108]可將提供發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的導(dǎo)電類型的摻雜劑在提供發(fā)射體結(jié)構(gòu)20的材料層的沉積方法期間使用原位摻雜并入發(fā)射體結(jié)構(gòu)320中。在另一實施方案中，可將提供發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的導(dǎo)電類型的摻雜劑在提供發(fā)射體結(jié)構(gòu)20的材料層的沉積方法以后使用離子注入而并入發(fā)射體結(jié)構(gòu)320中。
[0109]上部介電層340可使用CVD，例如原子壓力化學(xué)蒸氣沉積(APCVD)、低壓化學(xué)蒸氣沉積(LPCVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)、金屬有機(jī)化學(xué)蒸氣沉積(MOCVD)或其組合沉積。形成穿過上部介電層340的至少一個開口的方法類似于形成穿過鈍化層305和任選介電層325的開口的方法。更具體而言，穿過上部介電層340的至少一個開口使用光刻法和選擇性蝕刻方法形成。
[0110]仍參考圖5A，可形成填充穿過鈍化層305和任選介電層325的至少一個開口的前觸點345，其中前觸點345與發(fā)射體結(jié)構(gòu)320直接接觸。在一個實施方案中，太陽能電池的前觸點345由一組平行窄指紋線和通常以相對于指紋線成直角沉積的寬集電線(collectorline)組成。前觸點345可以用絲網(wǎng)印刷技術(shù)沉積。在另一實施方案中，前觸點345通過應(yīng)用蝕刻或電鑄金屬模而提供。形成用于前觸點345的金屬模時所用金屬材料可包括應(yīng)用金屬糊。金屬糊可以為任何導(dǎo)電糊如Al糊、Ag糊或AlAg糊。形成用于前觸點345的金屬模時所用金屬材料也可使用濺射、熱/電子束蒸發(fā)或電鍍而沉積。
[0111]圖5B描述了光伏器件1300的一個實施方案,所述光伏器件1300包含具有單晶娃(c-Si)吸收層(下文稱為吸收層1310)和由含氫化非晶硅和氘的材料組成的發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其中透明導(dǎo)電材料層1340重疊發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320而存在。 申請人:提出圖5B所示吸收層1310和發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320類似于圖5A所示吸收層1310和發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320。因此，關(guān)于圖5A的吸收層310和發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的描述適用于圖5B所述吸收層1310和發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320。
[0112]在一個實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320由氫化非晶硅組成，其中氫化非晶硅摻雜成導(dǎo)電性與吸收層1310的導(dǎo)電性相對。例如，當(dāng)將吸收層1310摻雜成η型導(dǎo)電性時，將發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320摻雜成ρ型導(dǎo)電性。在另一實例中，當(dāng)將吸收層1310摻雜成ρ型導(dǎo)電性時，將發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320摻雜成η型導(dǎo)電性。
[0113]在圖5Β所不實施方案中，本征半導(dǎo)體層1350描繪于吸收層1310與發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320之間。本征半導(dǎo)體層1350可以為含氫化非晶硅和氘的材料，其可在形成發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320以前沉積于吸收層1310上。在一些實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320和本征半導(dǎo)體層1350中的至少一層由含氫化非晶硅和氘的材料組成。如上所述，含氫化非晶硅和氘的材料中氘的存在提高用于發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320和/或本征半導(dǎo)體層1350的材料的穩(wěn)定性。用于發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320和/或本征半導(dǎo)體層1350的含氫化非晶硅和氘的材料在組成方面類似于以上關(guān)于圖2-4中所述光伏電池50、55、90的p_i_n結(jié)中所用的含氫化非晶娃和氣的材料。因此，以上關(guān)于圖2-4所述含氫化非晶硅和氘的材料的組成和制備方法適于提供圖5B所述發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320和/或本征半導(dǎo)體層1350。
[0114]在一個實施方案中，在發(fā)射體結(jié)構(gòu)1320上形成的透明導(dǎo)電材料層1340由在光伏器件結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生電子和空穴的光生成時的電磁輻射范圍內(nèi)是透明的材料組成。例如，透明導(dǎo)電材料層1340可由透明導(dǎo)電氧化物(TCO)如氟摻雜的氧化錫(SnO2 = F)、鋁摻雜的氧化鋅(ZnOiAl)或氧化銦錫組成。透明導(dǎo)電材料層1340各自的厚度可以為100nm_3 μ m，但也可使用較小和較大的厚度。
[0115]前觸點1345可與透明導(dǎo)電材料層1340直接接觸。在一個實施方案中，太陽能電池的前觸點1345由一組平行窄指紋線和通常以相對于指紋線成直角沉積的寬集電線組成。前觸點1345可以用絲網(wǎng)印刷技術(shù)沉積。在另一實施方案中，前觸點1345通過應(yīng)用蝕刻或電鑄金屬模而提供。形成用于前觸點1345的金屬模時所用金屬材料可包括應(yīng)用金屬糊。金屬糊可以為任何導(dǎo)電糊如Al糊、Ag糊或AlAg糊。形成用于前觸點1345的金屬模時所用金屬材料也可使用濺射、熱/電子束蒸發(fā)或電鍍而沉積。
[0116]仍參考圖5B，鈍化層1305存在于吸收層1310下面。鈍化層1305通常為本征的。鈍化層1305用于將吸收層1310的背面鈍化并降低電子-空穴重組。在一個實施方案中，鈍化層1305可由含氫化非晶硅和氘的材料組成。含氫化非晶硅和氘的材料在組成方面可類似于以上關(guān)于圖2-4所述光伏電池50、60、60a、65、65a、95的p_i_n結(jié)中所用含氫化非晶硅和氘的材料。因此，以上關(guān)于圖2-4所述含氫化非晶硅和氘的材料的組成和制備方法適于提供圖5B所示鈍化層1305。如上所述，含氫化非晶硅和氘的材料中氘的存在提高用于背面場層1305的材料的穩(wěn)定性并降低Staebler-Wronski效應(yīng)。在一些實施方案中,對于背面場層1305提供的含氫化非晶硅和氘的材料可進(jìn)一步包含鍺和碳的合金加入。
[0117]鈍化層1305可具有2ηπι-?μπι的厚度。在另一實施方案中，鈍化層3105具有5-300nm的厚度。在一個實施方案中，半導(dǎo)體基質(zhì)可提供吸收層1310，并可使鈍化層1305沉積于半導(dǎo)體基質(zhì)上。例如，當(dāng)鈍化層1305由含氫化非晶硅和氘的材料組成時，非晶氫化硅的材料層可使用等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)沉積于提供吸收層1310的半導(dǎo)體基質(zhì)上，其中氘通過在沉積以后應(yīng)用于非晶氫化硅的含氘氣體處理而引入非晶氫化硅中。
[0118]在圖5B所示實施方案中，鈍化層1305在吸收層1310的整個背面上不是連續(xù)層。在該實施方案中，局部背面場區(qū)1315存在于吸收層1310的背面并且包含在鈍化層1305中的開口內(nèi)。仍參考圖5B，光伏器件1300可進(jìn)一步包含在鈍化層1305上的任選介電層1325。介電層1325可由非晶氫化氮化娃或非晶氫化氧化娃組成。介電層1325可向光伏電池的背面提供進(jìn)一步純化和/或反射率。
[0119]在一個實施方案中，形成吸收層1310的局部背面場區(qū)1315可以以形成介電層1325開始。介電層1325可使用沉積方法如CVD形成。介電層1325可具有5nm_l μ m的厚度，50-300nm的范圍是更通常的。在一個實施方案中，至少一個開口可穿過至少鈍化層1305以及存在時任選介電層1325形成以暴露吸收層1310的至少一部分背面。在一個實施方案中，形成穿過鈍化層1305和任選介電層1325的至少一個開口以暴露吸收層1310的至少一部分背面包括在鈍化層1305和任選介電層1325上形成圖案蝕刻掩模(未顯不)，并選擇性地蝕刻鈍化層1305和任選介電層1325的暴露于圖案蝕刻掩模和吸收層1310背面的部分。
[0120]在一個實施方案中，蝕刻方法用對吸收層1310的背面呈選擇性的蝕刻化學(xué)除去背面場層1305和任選介電層1325的暴露部分。在一個實施方案中，形成開口的蝕刻方法為各向異性蝕刻如反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)、離子束蝕刻、等離子蝕刻、激光燒蝕或其組合。在形成暴露吸收層1310的背面的開口以后，局部背面場區(qū)1315可通過將用于局部背面場區(qū)1315的摻雜劑通過開口引入吸收層1310的背面而在吸收層1310中形成。例如，提供局部背面場區(qū)1315的導(dǎo)電類型的摻雜劑可使用離子注入或氣體蒸氣相沉積而引入吸收層1310中，然后擴(kuò)散到半導(dǎo)體基質(zhì)的深度以提供局部背面場區(qū)1315。將局部背面場區(qū)1315摻雜成與吸收層1310相同的導(dǎo)電類型。例如，當(dāng)吸收層1310為ρ型導(dǎo)電性時，局部背面場區(qū)1315為P型導(dǎo)電性。高與低摻雜區(qū)之間的界面產(chǎn)生電場，其充當(dāng)少數(shù)載流子流向吸收層1310背面的屏障。例如，適于阻礙少數(shù)載流子如電子重組的電場可通過例如具有1X1017-5X102°個原子/cm3的ρ型摻雜劑濃度的高度摻雜ρ型背面場區(qū)1305與例如具有I X IO14-1 X IO18個原子/cm3的ρ型摻雜劑濃度的ρ型吸收層310之間的界面產(chǎn)生。
[0121]在形成局部背面場區(qū)1315以后，底部金屬觸點1335可與局部背面場區(qū)1315直接接觸而形成并填充穿過背面場層1305和任選介電層1325的開口。底部金屬觸點1335可以使用物理蒸氣沉積(PVD)方法如濺射或電鍍而席狀沉積。底部金屬觸點1335可由任何導(dǎo)電材料如鋁組成，并可具有IOOnm-1Oym的厚度，但也可使用較小和較大的厚度。
[0122] 在一個實施方案中，可省去局部背面場區(qū)1315。在該實施方案中，金屬觸點可經(jīng)由鈍化層1305(以及如果存在的話任選層1325)中蝕刻的開口與吸收層1310的背面直接接觸。該實施方案通常稱為“局部后觸點”結(jié)構(gòu)，因為金屬觸點1335與吸收層1310局部接觸(即經(jīng)由開口)。
[0123]圖6描繪了具有前和后異質(zhì)結(jié)觸點的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光伏器件300a的一個實施方案。 申請人:提出圖6所示吸收層310a和發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a類似于圖5A所示吸收層310和發(fā)射體結(jié)構(gòu)320。因此，關(guān)于圖5A所述吸收層310和發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的描述適用于圖6所示吸收層310a和發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a。在一個實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a由氫化非晶硅組成，其中氫化非晶硅摻雜成導(dǎo)電性與吸收層310a的導(dǎo)電性相對。例如，當(dāng)將吸收層310a摻雜成η型導(dǎo)電性時，將發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a摻雜成ρ型導(dǎo)電性。在另一實例中，當(dāng)將吸收層310a摻雜成ρ型導(dǎo)電性時，將發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a摻雜成η型導(dǎo)電性。在一些實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a由含氫化非晶硅和氘的材料組成。如上所述，含氫化非晶硅和氘的材料中氘的存在提高用于發(fā)射體結(jié)構(gòu)320的材料相對于溫度變化和/或照明的穩(wěn)定性，因此降低通過含氫化非晶Si前和/或后觸點提供的鈍化和/或電場相對于溫度變化和/或照明的不穩(wěn)定性(Staebler-Wronski效應(yīng))。圖6所示上部介電層340a和前觸點345a類似于圖5A所示上部介電層340和前觸點345。
[0124]在圖6所不實施方案中，正面本征半導(dǎo)體層505描繪于吸收層310a與發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a之間。正面本征半導(dǎo)體層505可以為含氫化非晶硅和氘的材料，其可在形成發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a以前沉積于吸收層310a上。背面本征半導(dǎo)體層510可在吸收層310a的與存在正面本征半導(dǎo)體層505相對的表面上形成。背面本征半導(dǎo)體層510也可由氫化非晶硅和/或含氫化非晶硅和氘的材料組成。在一些實施方案中，氫化非晶硅和/或含氫化非晶硅和氘的材料可進(jìn)一步包含分級或均勻濃度的鍺和碳。
[0125]用于正面本征半導(dǎo)體層505和背面本征半導(dǎo)體層510的含氫化非晶娃和氣的材料在組成方面可類似于以上關(guān)于圖2-4所述光伏電池50、55、90的p_i_n結(jié)中所用含氫化非晶硅和氘的材料。因此，以上關(guān)于圖2-4所述含氫化非晶硅和氘的材料的組成和制備方法適于提供圖6所示正面本征半導(dǎo)體層505和背面本征半導(dǎo)體層510。如上所述，含氫化非晶硅和氘的材料中氘的存在提高用于正面本征半導(dǎo)體層505和背面本征半導(dǎo)體層510的材料相對于溫度變化和/或照明的穩(wěn)定性，因此降低通過含氫化非晶Si前和/或后觸點提供的鈍化和/或電場相對于溫度變化和/或照明的不穩(wěn)定性(Staebler-Wronski效應(yīng))。
[0126]仍參考圖6,摻雜氫化非晶娃層515可在背面本征半導(dǎo)體層510上形成。摻雜氫化非晶娃層515可由含氫化非晶娃和氣的材料組成并可摻雜成與吸收層310a相同的導(dǎo)電性。例如，當(dāng)將吸收層310a摻雜成η型導(dǎo)電性時,將摻雜氫化非晶娃層515摻雜成η型導(dǎo)電性，當(dāng)將吸收層310a摻雜成ρ型導(dǎo)電性時，將摻雜氫化非晶娃層515摻雜成ρ型導(dǎo)電性。適于摻雜氫化非晶娃層515的含氫化非晶娃和氣的材料的組成和制備方法如以上關(guān)于圖2-4所述。
[0127]圖6所述光伏器件300a可進(jìn)一步包含在發(fā)射體結(jié)構(gòu)320a上形成的正面透明導(dǎo)電材料層525和在摻雜氫化非晶硅層515上形成的背面透明導(dǎo)電材料層520。正面和背面透明導(dǎo)電材料層525、520通常包含在光伏器件結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生電子和空穴的光生成時的電磁福射范圍內(nèi)是透明的材料。例如，正面和背面透明導(dǎo)電材料層525、520各自可由透明導(dǎo)電氧化物(TCO)如氟摻雜的氧化錫(SnO2 = F)、鋁摻雜的氧化鋅(ZnO = Al)或氧化銦錫組成。正面和背面透明導(dǎo)電材料層525、520各自的厚度可以為IOOnnHBym,但也可使用較小和較大的厚度。通常，當(dāng)吸收層310a為單晶或多晶Si時，正面和背面透明導(dǎo)電材料的厚度為70-100nm以使來自正面的光反射最小化并使來自吸收層310a的背面的光反射最大化。
[0128]前觸點535可與正面透明導(dǎo)電材料層525直接接觸，且后觸點530可與背面透明導(dǎo)電材料層520直接接觸。在一個實施方案中，太陽能電池的前觸點535由一組平行窄指紋線和通常以相對于指紋線成直角沉積的寬集電線組成。前觸點535可以用絲網(wǎng)印刷技術(shù)沉積。在另一實施方案中，前觸點535通過應(yīng)用蝕刻或電鑄金屬模而提供。形成用于前觸點535的金屬模時所用金屬材料可包括應(yīng)用金屬糊。金屬糊可以為任何導(dǎo)電糊如Al糊、Ag糊或AlAg糊。形成用于前觸點535的金屬模時所用金屬材料也可使用濺射、熱/電子束蒸發(fā)或電鍍而沉積。在一個實施方案中，后觸點530可通過電鍍、無電鍍、物理蒸氣沉積、化學(xué)蒸氣沉積、真空蒸發(fā)或其組合而沉積于背面透明導(dǎo)電材料層520上。用于后觸點530的金屬可以為與用于前觸點535的金屬相同的組合物或者不同的組合物。
[0129]圖7描繪了包含具有雙發(fā)射體正面結(jié)構(gòu)320b、330和異質(zhì)結(jié)背面結(jié)構(gòu)的太陽能電池器件的光伏器件300b。圖7所不吸收層310b、背面本征半導(dǎo)體層510a、摻雜氫化非晶娃層515a、背面透明導(dǎo)電材料層520a和后觸點530a類似于圖6所不吸收層310a、背面本征半導(dǎo)體層510、摻雜氫化非晶娃層515、背面透明導(dǎo)電材料層520和后觸點530。因此，圖6所述吸收層310a、背面本征半導(dǎo)體層510、摻雜氫化非晶娃層515、背面透明導(dǎo)電材料層520和后觸點530的描述適于圖7所述吸收層310b、背面本征半導(dǎo)體層510a、摻雜氫化非晶硅層515a、背面透明導(dǎo)電材料層520a和后觸點530a。
[0130]雙發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b、330可在吸收層310b的與吸收層310b存在背面本征半導(dǎo)體層510a的那一面相對的面上形成。雙發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b、330具有與吸收層310b的導(dǎo)電類型相對的導(dǎo)電類型。例如，在其中吸收層310b具有ρ型導(dǎo)電性的實施方案中，雙發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b、330可具有η型導(dǎo)電性。在另一實例中，在其中吸收層310b具有η型導(dǎo)電性的實施方案中，雙發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b、330可具有ρ型導(dǎo)電性。
[0131]雙發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b、330可包含第一發(fā)射區(qū)320b和第二發(fā)射區(qū)330。第一發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b可以為存在于吸收層吸收層310b的整個寬度上并直接接觸的材料層。第二發(fā)射區(qū)330可具有與第一發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b相同的導(dǎo)電性，其中表示材料的導(dǎo)電類型的摻雜劑的濃度在第二發(fā)射區(qū)330中大于第一發(fā)射區(qū)320b中。在一個實施方案中，第一發(fā)射區(qū)320b為存在于吸收層310b的整個寬度上的連續(xù)層，第二發(fā)射區(qū)330由不連續(xù)材料的島組成，放置所述不連續(xù)材料的島以接觸隨后形成的前觸點345a。
[0132]第一和第二發(fā)射區(qū)320b、330各自可由晶體半導(dǎo)體層如S1、Ge、SiGe, SiC, SiGeC及其組合組成。在另一實施方案中，第一和第二發(fā)射區(qū)320b、330也可由化合物半導(dǎo)體如II1-1V型半導(dǎo)體如GaAs組成。在含硅材料中，提供第一發(fā)射區(qū)320b和第二發(fā)射區(qū)330的導(dǎo)電類型的η型摻雜劑的實例包括但不限于鋪、砷和磷。上部介電層340a可存在于雙發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b、330的上表面上，其中穿過上部介電層340a的開口對準(zhǔn)第二發(fā)射區(qū)330。上部介電層340a可由氧化硅、氮化硅或其組合組成。開口可穿過對應(yīng)于發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b、330的第二發(fā)射區(qū)330的上部介電層340a而存在。開口可用隨后形成的前觸點345a填充。
[0133]在一個實施方案中，形成雙發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b、330可以以在吸收層310b上沉積第一發(fā)射區(qū)320b開始。當(dāng)?shù)谝话l(fā)射區(qū)320b由晶體半導(dǎo)體材料組成時，晶體半導(dǎo)體材料可使用選自原子壓力化學(xué)蒸氣沉積(APCVD)、低壓化學(xué)蒸氣沉積(LPCVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)、金屬有機(jī)化學(xué)蒸氣沉積(MOCVD)及其組合的CVD方法沉積。提供第一發(fā)射區(qū)320b的層的厚度可以為2ηπι-2μπι。在另一實施方案中，提供第一發(fā)射區(qū)320b的層的厚度可以為3-500nm。
[0134]提供第一發(fā)射區(qū)320b的導(dǎo)電類型的摻雜劑可在提供第一發(fā)射區(qū)320b的材料層的沉積方法期間使用原位摻雜并入第一發(fā)射區(qū)320b中。在另一實施方案中，可將提供第一發(fā)射區(qū)320的導(dǎo)電類型的摻雜劑在提供第一發(fā)射區(qū)320的材料層的沉積方法以后使用離子注入并入第一發(fā)射區(qū)320中。
[0135]將提供第二發(fā)射區(qū)330的導(dǎo)電類型的摻雜劑使用上部介電層340a作為植入掩模植入第一發(fā)射區(qū)320b中。例如,在一個實施方案中，介電層340a在第一發(fā)射區(qū)320b上形成，并圖案化和蝕刻以提供暴露第一發(fā)射區(qū)320b的一部分的開口，將其植入以提供第二發(fā)射區(qū)330。上部介電層340a可使用CVD如原子壓力化學(xué)蒸氣沉積(APCVD)、低壓化學(xué)蒸氣沉積(LPCVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)、金屬有機(jī)化學(xué)蒸氣沉積(MOCVD)或其組合沉積。
[0136]在一個實施方案中，穿過上部介電層340的至少一個開口使用光刻法和選擇性蝕刻方法形成。在形成暴露第一發(fā)射區(qū)320b的開口以后，可通過將用于第二發(fā)射區(qū)330的摻雜劑通過上部介電層340a中的開口引入第一發(fā)射區(qū)320b的暴露部分中而在第一發(fā)射區(qū)320b中形成第二發(fā)射區(qū)330。例如，可將提供第二發(fā)射區(qū)330的導(dǎo)電類型的摻雜劑使用離子注入或氣體蒸氣相沉積引入第一發(fā)射區(qū)320b中。第二發(fā)射區(qū)330中的摻雜劑濃度大于第一發(fā)射區(qū)320b中的摻雜劑濃度。例如，在其中將第一發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b和第二發(fā)射體結(jié)構(gòu)330摻雜成η型導(dǎo)電性的一個實施方案中，第一發(fā)射體結(jié)構(gòu)320b中的摻雜劑濃度可以為5 X IO17-1 X IO19個原子/cm3，第二發(fā)射體結(jié)構(gòu)330中的摻雜劑濃度可以為I X 1018_5 X IO19個原子/cm3ο
[0137]在形成第二發(fā)射區(qū)330以后，前觸點345與第二發(fā)射區(qū)330直接接觸形成，填充上部介電層340a中的開口。在一個實施方案中，太陽能電池的前觸點345由一組平行窄指紋線和通常以相對于指紋線成直角沉積的寬集電線組成。前觸點345可以用絲網(wǎng)印刷技術(shù)沉積。在另一實施方案中，前觸點345通過應(yīng)用蝕刻或電鑄金屬模而提供。形成用于前觸點345的金屬模時所用金屬材料可包括應(yīng)用金屬糊。金屬糊可以為任何導(dǎo)電糊如Al糊、Ag糊或AlAg糊。形成用于前觸點345的金屬模時所用金屬材料也可使用濺射、熱/電子束蒸發(fā)或電鍍而沉積。
[0138]在另一實施方案中，任選正面本征半導(dǎo)體層(未描繪)描繪于吸收層310b與第一發(fā)射區(qū)320b之間。正面本征半導(dǎo)體層可以為含氫化非晶硅和氘的材料，其可在形成第一發(fā)射區(qū)320b以前沉積于吸收層310b上。
[0139]圖8描繪了串聯(lián)光伏器件400的一個實施方案，所述串聯(lián)光伏器件400包含由含氫化非晶硅和氘的材料組成的上部電池415，和由晶體半導(dǎo)體材料如晶體硅(c-Si)組成的下部電池425。上部電池415可包含ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層、本征層和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層。串聯(lián)光伏器件400的上部電池415類似于圖2所示單結(jié)光伏器件50的p_i_n結(jié)，且包含ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層、本征層和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層。因此，用于圖2所述單結(jié)光伏器件400的ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層20、本征層25和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層30的組成和形成方法適于圖8所示上部電池415。上部電池415的ρ型導(dǎo)電半導(dǎo)體層、本征層和η型導(dǎo)電半導(dǎo)體層的至少一層可由含氫化非晶硅和氘的材料組成，其中任選加入碳和鍺。串聯(lián)光伏器件400可進(jìn)一步包含類似于圖2所示單結(jié)光伏器件50的基質(zhì)5和透明導(dǎo)電材料層15的基質(zhì)405和透明導(dǎo)電材料層410。
[0140]在一個實施方案中，中間隧道層420可存在于上部電池415與下部電池425之間。任選隧道層的作用是增強(qiáng)在頂部電池與底部電池之間的界面上形成的p+/n+隧道結(jié)上載流子的隧穿。隧道層420可由透明導(dǎo)電材料如透明導(dǎo)電氧化物組成。隧道層420可具有5-15nm的厚度,但也可使用較薄或較厚的隧道層。
[0141]下部電池425可包含發(fā)射體結(jié)構(gòu)和吸收層。串聯(lián)光伏器件400的發(fā)射體結(jié)構(gòu)和吸收下部電池425類似于圖2所示具有單晶硅(c-Si)吸收層的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的發(fā)射體結(jié)構(gòu)320、330和吸收層310。在一個實施方案中，發(fā)射體結(jié)構(gòu)320、330和吸收層310由晶體硅材料如單晶硅組成。因此，圖5A所示異質(zhì)結(jié)太陽能電池的吸收層310和發(fā)射體結(jié)構(gòu)320、330的組成和形成方法適于圖8所示串聯(lián)光伏器件400的下部電池425。
[0142]串聯(lián)光伏器件400可進(jìn)一步包含后觸點結(jié)構(gòu)430，其類似于以上關(guān)于圖2所述單結(jié)光伏器件50的后觸點金屬化結(jié)構(gòu)35。
[0143]含氫化非晶硅和氘的材料具有比晶體硅如1.1eV更高的帶隙如1.7eV。因此，含氫化非晶硅和氘的材料比光譜的紅外部分更強(qiáng)地吸收太陽光譜的可見部分。因此，由含氫化非晶硅和氘的材料組成的串聯(lián)光伏器件400的頂部電池415吸收可見光，由晶體硅組成的串聯(lián)光伏器件400的底部電池425吸收底部電池425的光譜的紅外部分。
[0144]提供以下實施例進(jìn)一步闡述本公開內(nèi)容的一些實施方案并證明由此產(chǎn)生的一些優(yōu)點。更具體而言，以下實施例證明本發(fā)明方法改進(jìn)氫化非晶硅鈍化相對于熱循環(huán)和照明的穩(wěn)定性的效力。本公開內(nèi)容不意欲限于所公開的具體實施例。
[0145]實施例1:在比室溫更高的溫度下鈍化劣化
[0146]在約20atm的壓力及200°C和350°C的溫度下的氘退火應(yīng)用于300 μ m厚的η型晶體硅(c-Si)片200上，如圖9所示，晶體硅片200的兩側(cè)均具有120nm厚的氫化非晶硅鈍化層100。用氘退火處理的試樣在下文中稱為“氘退火試樣”。還提供對比試樣，其中將常規(guī)形成氣體退火應(yīng)用于300 μ m厚的η型晶體硅片上，η型晶體硅(c_Si)片兩側(cè)均具有120nm厚的氫化非晶硅鈍化層。形成氣體退火包括20:1N2/H2氣體環(huán)境。用形成氣體退火處理的對比試樣在下文中稱為“形成氣體退火試樣”。然后由氘退火試樣和形成氣體退火試樣測量電性能。
[0147]圖10為描述對于氣退火試樣和形成氣體退火試樣，η型晶體娃(c-Si)片中測量的有效載流子壽命相對于退火溫度的線圖。由參考數(shù)字110表示的線為由氘退火試樣測量的有效少數(shù)載流子壽命，由參考數(shù)字120表示的線為由形成氣體退火試樣測量的有效少數(shù)載流子壽命。圖10表示在退火以后立即由氘和形成氣體退火試樣測量的有效載流子壽命。圖10闡述氘氣退火試樣110中在退火以后立即的鈍化質(zhì)量與使用相同溫度和壓力形成的形成氣體退火試樣120中的鈍化質(zhì)量相當(dāng)。
[0148]然后將試樣，即氘退火試樣和形成氣體退火試樣用在100°C下的另一退火步驟處理以模擬隨著時間的鈍化質(zhì)量劣化。通過將氘氣試樣和形成氣體退火試樣在100°c下退火，鈍化質(zhì)量的劣化與氘氣試樣和形成氣體退火試樣在室溫20-25°C下的鈍化質(zhì)量劣化相比加速。圖11為對于氘退火試樣和形成氣體退火試樣，η型晶體硅(c-Si)片中測量的有效少數(shù)載流子壽命(毫秒)相對于在100°c下的退火時間(分鐘)的圖。在氘氣退火或形成氣體退火以后在100°c下退火的時間稱為弛豫時間。
[0149]由參考數(shù)字130a表示的線為由在200°C下退火的具有圖11所示結(jié)構(gòu)的氣試樣(“氘200°C退火試樣”)測量的有效少數(shù)載流子壽命，由參考數(shù)字130b表示的線為由在350°C下退火的具有圖9所示結(jié)構(gòu)的氘試樣(“氘350°C退火試樣”)測量的有效少數(shù)載流子壽命。由參考數(shù)字140a表示的線為由在200°C下退火的具有圖11所示結(jié)構(gòu)的形成氣體試樣(“形成氣體200°C退火試樣”)測量的有效少數(shù)載流子壽命，由參考數(shù)字140b表示的線為由在350°C下退火的具有圖11所示結(jié)構(gòu)的形成氣體試樣(“形成氣體350°C退火試樣”)測量的有效少數(shù)載流子壽命。
[0150]如圖11中的線130a、130b、140a、140b所示，對于氘200°C退火試樣和氘350°C退火試樣的有效少數(shù)載流子壽命，與形成氣體200°C退火試樣和形成氣體350 °C退火試樣的有效少數(shù)載流子壽命相比，氘200°C退火試樣和氘350°C退火試樣在弛豫時間，即在100°C下退火以后的鈍化質(zhì)量劣化更低。較低的鈍化質(zhì)量劣化意指隨著弛豫時間增加，氘退火試樣具有比在相同溫度下處理的形成氣體退火試樣更大的有效載流子壽命。
[0151 ] 實施例2:響應(yīng)于光照的鈍化劣化
[0152]在約20atm的壓力和200°C的溫度下的氘退火應(yīng)用于300 μ m厚的η型晶體硅(c-Si)片上，如圖7所示，η型晶體硅片的兩側(cè)均具有120nm厚的氫化非晶硅鈍化層。用氘退火處理的試樣在下文中稱為“氘退火試樣”。還提供對比試樣，其中將200°C下的常規(guī)形成氣體退火應(yīng)用于300 μ m厚的η型晶體娃片上,η型晶體娃片的兩側(cè)均具有120nm厚的氧化非晶硅鈍化層。形成氣體退火包括20:1N2/H2氣體環(huán)境。用形成氣體退火處理的對比試樣在下文中稱為“形成氣體退火試樣”。
[0153]然后在具有?5日光強(qiáng)度的光照下作為時間的函數(shù)由氘退火試樣和形成氣體退火試樣測量η型晶體硅片的有效少數(shù)載流子壽命。將試樣，即氘退火試樣和形成氣體退火試樣安裝在受熱器上，所述受熱器與用于液體冷卻的輻射器連接，并監(jiān)控試樣的溫度以確保試樣，即氘退火試樣和形成氣體退火試樣在光照期間保持在室溫(20-25°C)下。記錄光照的結(jié)果。
[0154]圖12為對于各自預(yù)先在200°C下退火的形成氣體退火試樣和氘氣退火試樣，η型晶體硅(c-Si)中測量的有效少數(shù)載流子壽命(毫秒)相對于在室溫(20-25°C )下在?5日光的光強(qiáng)度下的時間(分鐘)的線圖。由參考數(shù)字150表示的線為由在200°C下退火的氘氣退火試樣測量的有效少數(shù)載流子壽命。由參考數(shù)字160表示的線為由在200°C下退火的形成氣體退火試樣測量的有效少數(shù)載流子壽命。在照明下η型晶體硅片中的少數(shù)載流子壽命的劣化對氣氣退火試樣而言比形成氣體退火試樣更低，表不更穩(wěn)定的氫化非晶娃鈍化。
[0155]實施例3:次級離子質(zhì)譜法
[0156]在約20atm的壓力及200°C和350°C的溫度下的氘退火應(yīng)用于300 μ m厚的η型晶體硅(c-Si)片上，如圖9所示，c-Si片的兩側(cè)均具有120nm厚的氫化非晶硅鈍化層。在200°C下用氘退火處理的試樣在下文中稱為“氘200°C退火試樣”。在350°C下用氘退火處理的試樣在下文中稱為“氘350°C退火試樣”。然后由氘退火試樣和形成氣體退火試樣測量SMS深度曲線。[0157]圖13(a)為由氘200°C退火試樣測量的深度曲線，圖13(b)為由氘350°C退火試樣測量的深度曲線。在200°C (圖13(a))和350°C (圖13(b))下用高壓氘氣退火處理的氫化非晶硅膜中的氘(D)/氫(H)比(D/Η比)分別為0.019%和1.36%。指出0.019%的D/H比相當(dāng)于?IO17CnT3的氘密度(假定α -S1:H中?10%的氫⑶/硅(Si)比和對于Si而言5X IO22Cm-3的原子密度)，數(shù)量級高于器件品質(zhì)氫化非晶硅中的懸空鍵密度。由于在200°C和350°C下用氘氣退火處理的試樣的有效壽命在熱平衡下(在松弛以后)是相等的，如圖11中所繪，通過在350°C下氘氣退火而并入氫化非晶硅中的過量氘不貢獻(xiàn)氫化非晶硅中弱鍵與懸空鍵的熱平衡。
[0158]盡管關(guān)于其優(yōu)選實施方案特別地顯示和描述了本公開內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可不偏離本公開內(nèi)容的精神和范圍作出前述以及形式和細(xì)節(jié)的其它變化。因此，本公開內(nèi)容意欲不限于所描述和闡述的確切形式和細(xì)節(jié)，而是屬于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.形成光伏器件的方法，其包括: 提供具有表面的含氫化非晶硅的材料；和 將含氫化非晶硅的材料在含氘氣氛中退火，其中將氘引入含氫化非晶硅的材料的晶格中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中含氫化非晶硅的材料使用等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積方法沉積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積方法的前體氣體包括含硅烷氣體和含氫氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中電容性放電通過大于2mW/cm2的RF功率密度提供。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積方法包括100-400°C的溫度和20毫托至10托的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中含氫化非晶硅的材料選自氫化非晶硅、氫化非晶硅鍺、氫化非晶碳化硅及其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中含氣氣氛包含l-500sccm的含氣氣流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中含氘氣流包含100%氘。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法,其中含氣氣體包含氣與至少一種選自氦氣、IS氣、氪氣、氮?dú)饧捌浣M合的氣體組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中含氫化非晶硅的材料在含氘氣氛中的退火包括100-400°C 的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中含氫化非晶硅的材料的表面在含氘氣氛中的退火包括大于5大氣壓的壓力。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入含氫化非晶硅的材料的晶格中的氘提供經(jīng)氘處理的含氫化非晶娃的材料，其包含大于90原子％娃、大于5原子％氫和大于0.001原子％氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在含氫化非晶硅的材料的晶格中包含氘的含氫化非晶硅的材料為p-1-n光伏電池的本征或摻雜層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在含氫化非晶硅的材料的晶格中包含氘的含氫化非晶硅的材料為異質(zhì)結(jié)太陽能電池的接觸層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在含氫化非晶硅的材料的晶格中包含氘的含氫化非晶娃的材料為光伏器件的鈍化層。
16.光伏器件，其包含: 含氫化非晶娃和氣的材料，其包含大于90原子％娃、大于5原子％氫和大于0.001原子％氘，其中氘與懸空硅鍵鍵合以與不含氘的氫化非晶硅層相比提高含氫化非晶硅和氘的材料的穩(wěn)定性。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的光伏器件,其中氣以5原子％存在于含氫化非晶娃和氣的材料中。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的光伏器件，其中含氫化非晶硅和氘的材料進(jìn)一步包含鍺和碳中的至少一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的光伏器件,其中含氫化非晶娃和氣的材料為p-1-n光伏電池的本征或摻雜層。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的光伏器件，其中含氫化非晶硅和氘的材料存在于異質(zhì)結(jié)太陽能電池中。
21.根據(jù)權(quán)利 要求15的光伏器件,其中含氫化非晶娃和氣的材料為光伏器件的鈍化層。
【文檔編號】H01L21/265GK103718276SQ201280035916
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月21日
【發(fā)明者】B·?？他溙厮?塔巴里, M·霍普斯塔肯, 樸大奎, D·K·薩達(dá)那, G·G·沙希迪, D·沙赫莉亞迪 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司