太陽能電池及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施方式涉及太陽能電池及其制造方法，更具體地，涉及具有隧穿結構的太陽能電池及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在最近幾年，隨著諸如石油和煤炭的傳統(tǒng)能源枯竭，對用于代替這些能源的替代能源的關注正在增加。當然，太陽能電池作為下一代電池吸引了很多注意，其將太陽能轉換為電能。
[0003]這種太陽能電池是通過根據設計方案形成各個層和電極制造的。太陽能電池的效率可以根據各個層和電極的設計來確定。應克服低效率，使得太陽能電池投入實際使用。因此，各個層和電極應被設計成使得太陽能電池的效率最大化。并且，用于制造具有各個層和電極的太陽能電池的方法應簡化。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的實施方式提供具有增強的效率的太陽能電池以及具有簡化的制造處理的制造太陽能電池的方法。
[0005]—種制造太陽能電池的方法，該方法包括以下步驟:在半導體襯底上形成隧穿層；在該隧穿層上形成半導體層，其中，形成該半導體層的步驟包括沉積半導體材料；以及形成連接到所述半導體層的電極。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]—種通過以上方法制造的太陽能電池，該太陽能電池包括具有約2nm或更小的厚度的隧穿層。
【附圖說明】
[0007]圖1是根據本發(fā)明的實施方式的用于制造太陽能電池的方法制造的太陽能電池的示例的截面圖；
[0008]圖2是圖1例示的太陽能電池的部分后視平面圖；
[0009]圖3a到圖3g是例示根據本發(fā)明的實施方式的用于制造太陽能電池的方法的截面圖；
[0010]圖4a到圖4h是用于例示根據本發(fā)明的另一個實施方式的用于制造太陽能電池的方法的截面圖；
[0011 ] 圖5是根據示例1到3和比較示例1制造的太陽能電池的隧穿層的厚度的圖；
[0012]圖6是根據試驗示例1到3和比較示例1的太陽能電池的電流(I)-電壓(V)圖；
[0013]圖7是根據隧穿層的厚度的填充因數(shù)圖。
【具體實施方式】
[0014]下面將詳細描述本發(fā)明的實施方式，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施，而不應解釋為限于本文所闡述的實施方式；
[0015]在附圖中僅例示了構成本發(fā)明的特征的元件，并且為了清楚描述，不構成本發(fā)明的特征的其它元件將不在此描述并且在附圖中省略。類似的附圖標記通篇指代類似的要素。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)明的實施方式不限于所例示的厚度、面積等。
[0016]應理解的是在本說明書中，當一個元件被稱為“包括”或“包含”另一個元件時，“包括”或“包含”規(guī)定另一個元件的存在，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，當諸如層、區(qū)域或板之類的元件被稱為“位于”另一元件“上”時，該一個元件可以直接位于另一元件上，或也可以存在一個或更多個中間元件。相反，當諸如層、區(qū)域或板之類的元件被稱為“直接在”另一個元件上時，不存在一個或更多個中間元件。
[0017]在下文，將參照附圖詳細描述根據本發(fā)明的實施方式的用于制造太陽能電池的方法。將描述通過根據本發(fā)明的實施方式的用于制造太陽能電池的方法制造的太陽能電池的示例，接著，將描述根據本發(fā)明的實施方式的用于制造太陽能電池的方法。
[0018]圖1是根據本發(fā)明的實施方式的用于制造太陽能電池的方法制造的太陽能電池的示例的截面圖；并且圖2是圖1例示的太陽能電池的部分后視平面圖。
[0019]參照圖1和圖2,根據本發(fā)明的實施方式的太陽能電池100包括:包括基底區(qū)域110的半導體襯底10、在半導體襯底10上的隧穿層20、包括導電類型區(qū)域32和34的在隧穿層20上的半導體層30、以及連接到導電類型區(qū)域32和34的電極42和電極44。在此例子中，半導體層30可以包括第一導電類型區(qū)域32、第二導電類型區(qū)域34和屏障區(qū)域36。第一導電類型區(qū)域32具有第一導電類型，并且第二導電類型區(qū)域34具有第二導電類型。屏障區(qū)域36可以定位在第一導電類型區(qū)域32和第二導電類型區(qū)域34之間，并且屏障區(qū)域36是本征的。電極42和44包括連接到第一導電類型區(qū)域32的第一電極42和連接到第二導電類型區(qū)域34的第二導電類型區(qū)域34。太陽能電池100可以還包括鈍化層24、防反射層26、絕緣層40等。這將在下面更詳細地描述。
[0020]半導體襯底10可以包括基底區(qū)域110,其包括處于相對低的摻雜濃度的第二導電類型雜質，以具有第二導電類型?；讌^(qū)域110可以包括包括第二導電類型雜質的結晶半導體。例如，基底區(qū)域110可以包括包括第二導電類型雜質的單晶或多晶半導體(例如，單晶或多晶硅)。具體地，基底區(qū)域110可以是包括第二導電類型雜質的單晶硅半導體(例如，單晶晶圓，更具體地，單晶硅晶圓)。當基底區(qū)域110包括單晶硅時，太陽能電池100是單晶硅太陽能電池。太陽能電池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體區(qū)域10,并且因此，太陽能電池100具有增強的電氣屬性。
[0021]第二導電類型雜質可以是η型或p型。例如，當基底區(qū)域110是η型時，形成結(例如，ρη結，之間設置隧穿層20)(其通過光電轉換形成載流子)的ρ型的第一導電類型區(qū)域32具有寬面積并且因而光電轉換面積可以增大。另外，在此例子中，具有寬面積的第一導電類型區(qū)域32有效地收集具有相對慢的運動速率的空穴并且因此可以進一步貢獻于提高光電轉換效率。然而，本發(fā)明的實施方式不限于以上示例。
[0022]另外，半導體襯底10可以包括位于其前表面的前表面場區(qū)域130。前表面場區(qū)域130可以具有與基底區(qū)域110相同的導電類型和比基底區(qū)域110高的摻雜濃度。
[0023]在本發(fā)明的實施方式中，前表面場區(qū)域130是通過用第二導電類型雜質在相對高的摻雜濃度對半導體襯底10摻雜而形成的摻雜區(qū)域。因此，前表面場區(qū)域130構成包括第二導電類型的晶體(單晶或多晶)半導體的半導體襯底10。例如，前表面場區(qū)域130可以被形成為第二導電類型的單晶半導體襯底(例如，單晶硅晶圓襯底)的一部分。然而，本發(fā)明的實施方式不限于以上示例。因此，前表面場區(qū)域130可以通過用第二導電類型雜質摻雜與半導體襯底10分開的半導體層(例如，非晶半導體層、微晶半導體層或多晶半導體層)來形成。在本發(fā)明的另一個實施方式中，前表面場區(qū)域130可以是類似于通過用雜質對與半導體襯底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)域起作用的場區(qū)域例如，當基底區(qū)域110是η型時，鈍化層24可以包括具有固定負電荷的氧化物(例如，氧化鋁)以在基底區(qū)域110的表面處形成反轉層。反轉層可以用作場區(qū)域。在此例子中，半導體襯底10不包括附加摻雜區(qū)域并且因此，半導體襯底10的缺陷可以被最小化。具有各種結構的前表面場區(qū)域130可以使用各種其它方法形成。
[0024]在本發(fā)明的實施方式中，半導體襯底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/或凹進部分)以形成棱錐等。通過紋理化處理，在半導體襯底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，因而入射在半導體襯底10的前表面上的光的反射可以減少。因此，到達由基底區(qū)域110和第一導電類型區(qū)域32形成的ρη結的光的量可以增加，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體襯底10的前表面低的表面粗糙度的相對平滑和平坦的表面。如在本發(fā)明的實施方式中，當?shù)谝话雽щ婎愋蛥^(qū)域32和第二導電類型區(qū)域34在半導體襯底10的后表面上形成在一起時，根據半導體襯底10的后表面的特性，太陽能電池100的特性可以較大地改變。由于在半導體襯底10的后表面處不通過紋理化形成不平坦部分，所以可以增強鈍化特性，因此，可以增強太陽能電池100的特性。然而，本發(fā)明的實施方式不限于以上示例。在一些示例中，通過紋理化，可以在半導體襯底10的后表面處形成不平坦部分。另外，可能進行各種修改。
[0026]隧穿層20形成在半導體襯底10的后表面上，在半導體襯底10和導電類型區(qū)域32和34之間。半導體襯底10的后表面的界面屬性可以由隧穿層20增強，并且隧穿層20使得由光電轉換形成的載流子通過隧穿效應順利地傳遞。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可以形成在半導體襯底10的整個后表面上。因此，隧穿層20可以使得半導體襯底10的后表面完全鈍化，并且在沒有單獨構圖的情況下容易形成。
[0027]隧穿層20可以具有厚度Τ1，其小于半導體層30和絕緣層40的厚度的每個。在本發(fā)明的實施方式中，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。當隧穿層20的厚度T1具有約2nm或更小的小厚度時，載流子的隧穿概率可以增大并且太陽能電池100的填充因數(shù)FF可以增強。具體地，當隧穿層20的厚度T1是1.5nm或更小時，具體地，約1.4nm或更小，并且更具體地，約1.3nm或更小，太陽能電池100的填充因數(shù)可以進一步增強。然而，當隧穿層20的厚度T1是小于1.0nm時，會難以均勻地形成隧穿層20。并且，半導體層30的雜質通過穿透隧穿層20會擴散到半導體襯底10,并且會引起復合。此外，隧穿層20的鈍化屬性會降低，因為隧穿層20受到半導體襯底10的晶體屬性影響。因此，暗含的開路電壓會降低。
[0028]將更詳細描述隧穿層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]包括導電類型區(qū)域32和34和屏障區(qū)域36的半導體層30可以設置在隧穿層20上。半導體層30的導電類型區(qū)域32和34可以包括包括第一導電類型雜質或第二導電類型雜質的半導體(例如，硅)。屏障區(qū)域36可以包括不包括第一導電類型雜質和第二導電類型雜質的半導體(例如，硅)。
[0030]更具體地，導電類型區(qū)域32和34可以包括包括第一導電類型雜質的第一導電類型區(qū)域32因而具有第一導電類型以及包括第二導電類型雜質的第二導電類型區(qū)域34因而具有第二導電類型。屏障區(qū)域36是本征的，可以設置在第一導電類型區(qū)域32和第二導電類型區(qū)域34之間。
[0031 ]作為半導體層30的一部分的第一導電類型區(qū)域32與基底區(qū)域110形成pn結(或
pn隧道結)同時在之間沉積隧穿層20并且因而構成通過光電轉換產生載流子的發(fā)射極區(qū)域。就此而言，與基底區(qū)域110相反，第一導電類型區(qū)域32可以包括包括第一導電類型雜質的半導體(例如，硅)。第一導電類型雜質可以在形成半導體層30時被包括在半導體層30中，或可以在形成半導體層30之后通過諸如熱擴散、粒子植入等摻雜方法而被包括在半導體層30中。
[0032]就此而言，第一導電類型雜質可以是具有與基底區(qū)域110相反的導電類型的任何雜質。也就是說，當?shù)谝粚щ婎愋碗s質是P型的時，第一導電類型雜質可以是諸如B、A1、GA、In等的III族元素。當?shù)谝粚щ婎愋碗s質是η型的時，第一導電類型雜質可以是諸如P、As、B1、Sb等的V族元素。
[0033]作為半導體層30的一部分的第二導電類型區(qū)域34形成后表面場并且因而形成后表面場區(qū)域，其防止通過在半導體襯底10的表面(更具體地，后表面)處的復合而損失載流子。
[0034]與基底區(qū)域110的相同，第二導電類型區(qū)域34可以包括包括第二導電類型雜質的半導體(例如，硅)。第二導電類型雜質可以在形成半導體層30時被包括在半導體層30中，或可以在形成半導體層30之后通過諸如熱擴散、粒子植入等摻雜方法而被包括在半導體層中。