電介質(zhì)鈍化的金屬絕緣體光伏太陽(yáng)能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種光伏太陽(yáng)能電池，根據(jù)一個(gè)實(shí)例實(shí)施方案，所述光伏太陽(yáng)能電池包括半導(dǎo)體光吸收層和電介質(zhì)堆疊，所述電介質(zhì)堆疊在所述光吸收層的正側(cè)或所述光吸收層的背側(cè)中的至少一者上。所述電介質(zhì)堆疊包括足夠薄以使電荷載流子隧穿跨越的隧穿電介質(zhì)層，和與覆蓋電介質(zhì)是不同材料的覆蓋電介質(zhì)層。所述太陽(yáng)能電池還包括與所述覆蓋電介質(zhì)物理地接觸的導(dǎo)電觸點(diǎn)。所述導(dǎo)電觸點(diǎn)和所述覆蓋電介質(zhì)一同具有以下各項(xiàng)中的任一項(xiàng)：適合于選擇性地收集電子的與所述光吸收層的導(dǎo)帶緊密地匹配的功函數(shù)，或適合于選擇性地收集空穴的與所述光吸收層的價(jià)帶緊密地匹配的功函數(shù)。
【專利說(shuō)明】
電介質(zhì)鈍化的金屬絕緣體光伏太陽(yáng)能電池
[0001 ] 背景1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本描述一般來(lái)說(shuō)涉及太陽(yáng)能電池，且明確地說(shuō)涉及太陽(yáng)能電池中的電介質(zhì)層。
[0003]2.相關(guān)技術(shù)的描述
[0004]在現(xiàn)有太陽(yáng)能電池中，經(jīng)常通過(guò)將歐姆金屬觸點(diǎn)放置成與半導(dǎo)體的重?fù)诫s(例如，約2xl019至5xl02()個(gè)摻雜原子/cm3)區(qū)域進(jìn)行物理接觸(以用于基極和發(fā)射極連接)來(lái)使電荷載流子與半導(dǎo)體光吸收層分離(光生電子與空穴的分離)并從半導(dǎo)體光吸收層提取電荷載流子。相對(duì)重?fù)诫s區(qū)域可以具有兩個(gè)目的。它們希望是不良載流子類型的反射體，而且它們用以減小選定載流子類型的電接觸電阻，選定載流子類型本可能(在沒有用于歐姆金屬觸點(diǎn)的重?fù)诫s區(qū)域的情況下)將因?yàn)榻饘倥c輕摻雜半導(dǎo)體直接接觸而形成高電阻肖特基接觸。然而，在一些情況下，重?fù)诫s并非不良載流子的完美反射體，而且可能引起用表面復(fù)合速度(SRV)來(lái)量化的某個(gè)復(fù)合量，從而導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的某種程度的效率損耗。盡管可優(yōu)化接觸和摻雜的形狀和放置，但完全減輕使用這種類型的金屬接觸結(jié)構(gòu)引起的復(fù)合可能具有高度挑戰(zhàn)性。
[0005]—種現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池包括用以吸收太陽(yáng)光的相對(duì)輕摻雜硅層。輕摻雜硅層可以在正側(cè)制絨以更有效地捕獲太陽(yáng)光。所述硅層可由鈍化和抗反射電介質(zhì)層組成，所述電介質(zhì)層在一個(gè)例子中可以是氮化硅層或二氧化硅層和氮化硅層的組合。在正面鈍化的情況下，用摻雜物以薄層對(duì)硅層摻雜，所述摻雜物具有與用以形成發(fā)射極的摻雜物的其余部分相反的摻雜極性。另外，在正側(cè)，可按某個(gè)間隔圖案化這個(gè)電介質(zhì)層以接近硅并與硅接觸。在接觸開口中，通常重?fù)诫s了硅并且沉積了金屬蓋層，諸如銀。在一個(gè)例子中，吸收體層的背側(cè)可以是鈍化電介質(zhì)，鈍化電介質(zhì)也按某個(gè)間隔或島狀物中斷且被圖案化以進(jìn)行接觸。背面觸點(diǎn)(基極觸點(diǎn))中的摻雜在極性上將不同于電池正面(發(fā)射極觸點(diǎn))的摻雜極性，而且上覆金屬也可不同，諸如鋁而不是銀。另一種現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)(通常制成雙面太陽(yáng)能電池)使用本征(原生的，沒有額外摻雜)非晶硅(a-Si)光吸收層在電池的正面和背面提供鈍化(且因此減少?gòu)?fù)合)4+摻雜的a-Si發(fā)射極觸點(diǎn)和氧化銦錫(ITO)(其為透明導(dǎo)電氧化物)層沉積在正側(cè)，且η+摻雜的a-Si基極觸點(diǎn)再加上ITO層沉積在背側(cè)。盡管裝置可能是高效的，但它具有若干缺點(diǎn)，包括相對(duì)復(fù)雜度和制造成本。首先，a-Si強(qiáng)烈地吸收光，因此這個(gè)鈍化層必須保持非常薄，通常小于10至15nm。然而，這與實(shí)現(xiàn)良好鈍化的某個(gè)最小a-Si厚度的要求相沖突，從而因?yàn)閍-Si的吸收而以某種程度的Jsc損耗告終。第二個(gè)缺點(diǎn)是即使摻雜的a-Si也不是很導(dǎo)電(特別是在橫向薄層電導(dǎo)極其差的情況下)。因此，在一些情況下，必須沉積另一種導(dǎo)電材料來(lái)實(shí)現(xiàn)電荷載流子的足夠的橫向傳導(dǎo)性。這些層(ΙΤ0是一個(gè)實(shí)例)經(jīng)常是昂貴的，而且用以沉積這些層的工具(例如，等離子體濺射)是昂貴的制造工具。除了成本之外，制造這種太陽(yáng)能電池可能需要大量昂貴的工藝步驟，包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和物理氣相沉積(PVD)工藝的組合，這進(jìn)一步抬高太陽(yáng)能電池的每瓦成本。
[0006]附圖簡(jiǎn)述
[0007]圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的正面接觸式太陽(yáng)能電池的輪廓。
[0008]圖2A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的正面接觸式太陽(yáng)能電池。
[0009]圖2B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的雙面正面接觸式太陽(yáng)能電池。
[0010]圖3A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的正面接觸式太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體能帶圖。
[0011]圖3B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的在零施加電壓下的正面接觸式太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體能帶圖。
[0012]圖4示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的隨氧化鋁(Al2O3)厚度而變的表面復(fù)合速度(SRV)。
[0013]圖5示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的以晶片開始的用于制造正面接觸式太陽(yáng)能電池的基本工藝。
[0014]圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的以外延生長(zhǎng)工藝開始的用于制造正面接觸式太陽(yáng)能電池的工藝。
[0015]圖7示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的包括介電背板片的太陽(yáng)能電池。
[0016]附圖僅出于說(shuō)明的目的而示出本發(fā)明的實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于從以下論述認(rèn)識(shí)到，可在不脫離本文中描述的本發(fā)明的原理的情況下采用本文中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)和方法的替代實(shí)施方案。
[0017]詳細(xì)描述
[0018]1.太陽(yáng)能電池的概述和益處
[0019]常規(guī)的和廣泛使用的太陽(yáng)能電池經(jīng)常使用發(fā)射極結(jié)構(gòu)以將空穴吸引至P型極性且使用基極結(jié)構(gòu)以將電子吸引至η型極性。“發(fā)射極結(jié)構(gòu)”和“基極結(jié)構(gòu)”可以是使用一系列處理步驟實(shí)現(xiàn)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述步驟需要制造較高摻雜區(qū)域，圖案化，并實(shí)現(xiàn)差異性摻雜-一種復(fù)雜的制造工藝。除了復(fù)雜性之外，這些一般結(jié)構(gòu)可能因?yàn)槿舾衫碛啥⒎亲罴央姎鈭?zhí)行者。首先，觸點(diǎn)下方的摻雜可能因?yàn)檩d流子排斥的相對(duì)低效性而必然伴有顯著的少數(shù)載流子損耗，所述摻雜主要可以起到減小多數(shù)載流子的接觸電阻并增大少數(shù)載流子的接觸排斥的作用。第二，這些結(jié)構(gòu)需要使晶片的溫度升高，這又具有損害晶片的本體壽命的風(fēng)險(xiǎn)。因此，這種廣泛使用的載流子分離和收集方法的缺點(diǎn)是:它是復(fù)雜的，需要若干工藝步驟，而且未必顯現(xiàn)最高性能。
[0020]本文中詳述的結(jié)構(gòu)和方法提供可用較大電效率和較少工藝復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)載流子分離的解決方案?？梢允褂贸练e的電介質(zhì)和或半絕緣材料以及具有適當(dāng)且合適的電性質(zhì)的金屬層來(lái)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):將空穴吸引至一個(gè)外部極性同時(shí)排斥這個(gè)極性的電子，以及將電子吸引至另一極性同時(shí)排斥這個(gè)極性的空穴。它們的電性質(zhì)用以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力以使電子和空穴向其優(yōu)選的外部端子行進(jìn)。也可以選擇電性質(zhì)以確保在每一端子處存在不期望的載流子類型的有效的且非復(fù)合性排斥。
[0021]而且盡管本文中詳述的實(shí)施方案論述了用所建議的電介質(zhì)/金屬結(jié)構(gòu)取代常規(guī)的正面接觸式太陽(yáng)能電池的發(fā)射極和基極結(jié)構(gòu)兩者，但本文中提供的革新不應(yīng)看作限于這些材料/結(jié)構(gòu)組，而且不排除根據(jù)公開的主題的其它種類的結(jié)構(gòu)和材料的可能性，例如:
[0022]當(dāng)僅取代發(fā)射極或僅取代基極結(jié)構(gòu)而將另一極性維持為與普遍的常規(guī)結(jié)構(gòu)類似時(shí)，此后稱“混合”結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，發(fā)射極結(jié)構(gòu)是常規(guī)的電池結(jié)構(gòu)，而在正面接觸式太陽(yáng)能電池背面的基極被電介質(zhì)/金屬組合取代，電介質(zhì)/金屬組合允許電子(N型襯底)高效地穿過(guò)電介質(zhì)到達(dá)背面的基極觸點(diǎn)。在這些結(jié)構(gòu)中，Voc可能未必由金屬功函數(shù)的差指示，金屬功函數(shù)是在基極和發(fā)射極結(jié)構(gòu)兩者都被電介質(zhì)半絕緣/金屬結(jié)構(gòu)取代時(shí)的驅(qū)動(dòng)力。
[0023]當(dāng)太陽(yáng)能電池是背面接觸式太陽(yáng)能電池且發(fā)射極和基極兩者都在太陽(yáng)能電池背面時(shí)。這里，有利的實(shí)施方案是具有在基極與發(fā)射極之間持續(xù)共享的普通電介質(zhì)，同時(shí)被不同地圖案化的金屬形成使載流子分離的驅(qū)動(dòng)力和高Voc。然而，在替代實(shí)施方案中，不排除在基極和發(fā)射極使用不同電介質(zhì)以及不同金屬。
[0024]可根據(jù)電介質(zhì)和金屬的電性質(zhì)，諸如一般來(lái)說(shuō)是帶隙和功函數(shù)(本文中詳細(xì)描述的準(zhǔn)則和參數(shù))來(lái)結(jié)構(gòu)化和選擇電介質(zhì)金屬系統(tǒng)。另外，電介質(zhì)系統(tǒng)本身，以及在一些情況下，金屬層本身可以是單層或多層結(jié)構(gòu)。本文中描述的電介質(zhì)堆疊和金屬的兩個(gè)特定實(shí)例是:
[0025]用于電子選擇和空穴排斥的具有Al或鈦金屬的A1203/Ti0x(n型襯底的基極)，和用于空穴選擇和電子排斥的具有Ni金屬的A1203/Ni0x(發(fā)射極)。
[0026]用于電子選擇/空穴排斥的具有鋁的5102(〈1.511111)/&-51，和用于空穴選擇/電子排斥的具有鋁的A12o3/a-Si(n型襯底的發(fā)射極)。
[0027]描述一種太陽(yáng)能電池，其使用位于光吸收半導(dǎo)體層的正側(cè)和/或背側(cè)與基極和/或發(fā)射極觸點(diǎn)之間的鈍化電介質(zhì)(稱作電介質(zhì)堆疊)和/或半絕緣體層，基極和/或發(fā)射極觸點(diǎn)傳導(dǎo)由入射光產(chǎn)生的電流以使之離開太陽(yáng)能電池。在一個(gè)實(shí)施方案中，基極和發(fā)射極觸點(diǎn)是具有不同功函數(shù)的不同金屬(或其它導(dǎo)電材料)。光吸收層是本征(沒有故意引入的外部摻雜)材料，諸如本征晶體硅，或具有某種相對(duì)輕的摻雜(例如，大約IxlO14至IxlO15個(gè)摻雜原子/cm3))。裝置的…^隨基極與發(fā)射極觸點(diǎn)金屬的功函數(shù)之間的差而變化。還描述了用于制造太陽(yáng)能電池的方法。
[0028]在上述實(shí)施方案中，存在多種不同的可能的實(shí)施方案。舉例來(lái)說(shuō)，可將太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)為正面接觸式太陽(yáng)能電池或背面接觸式太陽(yáng)能電池(即，基極和發(fā)射極觸點(diǎn)兩者都在與光接收正側(cè)相反的背側(cè))。為了制造太陽(yáng)能電池，光吸收層可以使用半導(dǎo)體(諸如CZ硅)晶片作為開始點(diǎn)，或它可以外延地生長(zhǎng)(諸如外延硅)。用于電介質(zhì)堆疊的電介質(zhì)可以不同，只要其產(chǎn)生上文所介紹和下文進(jìn)一步介紹的特征。所使用的電介質(zhì)的實(shí)例可以包括但不限于Al203、Si02、Ti0x和N1x(其中T1x和N1x兩者中的氧X的量可以不同)。用于觸點(diǎn)的金屬的實(shí)例可以包括但不限于六1、11^1/11、附和?1以及其各種合金。
[0029 ]本文中所提供的太陽(yáng)能電池的革新還可顯著地減少制造高效太陽(yáng)能電池所需的工藝步驟的數(shù)目-因而導(dǎo)致制造成本降低同時(shí)提供相對(duì)高的轉(zhuǎn)換效率。消除的步驟可以包括產(chǎn)生摻雜物源層所需的步驟，驅(qū)動(dòng)摻雜物進(jìn)入的高溫退火步驟，和與圖案化鈍化以產(chǎn)生觸點(diǎn)相關(guān)的步驟。因此，太陽(yáng)能電池可以用極少制造步驟產(chǎn)生，例如如本文中所描述。這允許生產(chǎn)一種太陽(yáng)能電池，其可以花費(fèi)大約5至10分每瓦來(lái)制作(不包括開始的半導(dǎo)體晶片的成本，其中當(dāng)前晶體硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換工藝成本是大約15分每瓦)。本文中所描述的工藝也可以用相對(duì)于現(xiàn)有工藝來(lái)說(shuō)比較便宜的設(shè)備來(lái)制造太陽(yáng)能電池。舉例來(lái)說(shuō)，可以省略的制造工具有高溫爐、圖案化設(shè)備，諸如平版印刷(或絲網(wǎng)印刷)和蝕刻、絲網(wǎng)印刷或激光燒蝕圖案化。這可減少制作用于制造根據(jù)此工藝制作的太陽(yáng)能電池的設(shè)施所需的制造設(shè)備和設(shè)施的資金花費(fèi)金額。由于當(dāng)前的太陽(yáng)能電池市場(chǎng)嚴(yán)重受資金約束，因此這代表著巨大的突破。
[0030]太陽(yáng)能電池也可以具有較高效率(例如，對(duì)于單結(jié)太陽(yáng)能電池在超過(guò)20%直至約26%或甚至更高的范圍內(nèi)，這取決于半導(dǎo)體材料)，這是因?yàn)榫纳贁?shù)載流子壽命因?yàn)槭÷粤烁邷夭襟E而保持為其原來(lái)的較高值。如上文所介紹，用于制作太陽(yáng)能電池的工藝不必包括任何高溫加熱步驟。由于較高溫度的處理步驟可使光吸收半導(dǎo)體層(例如，Si)的質(zhì)量和少數(shù)載流子壽命因?yàn)橹T如氧沉淀和表面雜質(zhì)的驅(qū)動(dòng)(這兩個(gè)因素可減少硅吸收體的本體壽命)等現(xiàn)象降級(jí)，因此加熱步驟通常表示實(shí)現(xiàn)期望的太陽(yáng)能電池效率的必要折衷。具體地說(shuō)，加熱步驟允許將其它層附著至光吸收層，光吸收層執(zhí)行各種功能，諸如用于建立強(qiáng)電連接以用于從半導(dǎo)體吸收體去除分離的電荷載流子(空穴和電子)。然而，由于所描述的新穎工藝和結(jié)構(gòu)不必包括任何高溫步驟，因此這個(gè)折衷是不必要的且因此太陽(yáng)能電池少數(shù)載流子壽命得以延長(zhǎng)，而且本征半導(dǎo)體壽命連同光吸收層的高效率得以維持。
[0031]太陽(yáng)能電池操作的方式也可增加太陽(yáng)能電池的效率和壽命。舉例來(lái)說(shuō)，在基極和發(fā)射極觸點(diǎn)位于光吸收層的任一側(cè)的正面接觸式實(shí)施方案中，在操作期間因?yàn)槲阵w半導(dǎo)體襯底的摻雜而跨越光吸收層建立電場(chǎng)。
[0032 ]所述太陽(yáng)能電池與現(xiàn)有的常規(guī)太陽(yáng)能電池相比還能夠?qū)崿F(xiàn)較高開路電壓或Voc ο在現(xiàn)有的常規(guī)太陽(yáng)能電池中，最大Voc可受不同地?fù)诫s的本體半導(dǎo)體的功函數(shù)的差限制。因?yàn)樯贁?shù)載流子壽命(MCL)損耗與摻雜增加之間存在折衷，所以將基極材料適中地保持于低摻雜(例如，約5xl014至IxlO16個(gè)摻雜原子/cm3)。這導(dǎo)致最大Vqc小于硅的帶隙差，硅的帶隙差通常在0.8電子伏特(eV)而不是1.12eV的范圍內(nèi)。
[0033]I1.正面接觸式太陽(yáng)能電池
[0034]圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的正面接觸式太陽(yáng)能電池的輪廓。圖1中所示的太陽(yáng)能電池是正面至背面太陽(yáng)能電池。此處示出為晶體硅(Si)襯底的光吸收半導(dǎo)體層130具有比較少的摻雜(例如，〈lxlO15個(gè)摻雜原子/cm3)或沒有額外摻雜(例如，它是本征類型半導(dǎo)體而沒有故意的非本征摻雜)。
[0035]光吸收半導(dǎo)體層具有覆蓋正表面的正側(cè)電介質(zhì)層(或薄膜)120，和覆蓋背表面的背側(cè)電介質(zhì)層覆蓋140。總起來(lái)說(shuō)，正側(cè)層稱作正面電介質(zhì)堆疊120(或電介質(zhì)堆疊正面)，且背側(cè)層稱作背面電介質(zhì)堆疊140(或電介質(zhì)堆疊背面)。
[0036]正面電介質(zhì)堆疊120有效地使半導(dǎo)體層的正側(cè)鈍化，而且具有導(dǎo)帶或價(jià)帶，所述導(dǎo)帶或價(jià)帶對(duì)正面觸點(diǎn)110(金屬正面)具有低電阻(提供電荷載流子選擇性)。在一個(gè)實(shí)施方案中，正面電介質(zhì)堆疊包括至少兩個(gè)電介質(zhì)層(圖1未示出):物理地接觸光吸收層的正側(cè)的隧穿電介質(zhì)層，和物理地接觸正面觸點(diǎn)金屬的覆蓋電介質(zhì)層。正面電介質(zhì)堆疊還可在那兩層之間包括一個(gè)或多個(gè)介入電介質(zhì)層。
[0037]背面電介質(zhì)堆疊140使背側(cè)鈍化，且具有價(jià)帶或?qū)?與正面電介質(zhì)堆疊120相反)，所述價(jià)帶或?qū)?duì)背面觸點(diǎn)150(金屬背面)具有低電阻，因此提供載流子收集選擇性。在一個(gè)實(shí)施方案中，背面電介質(zhì)包括至少兩個(gè)電介質(zhì)層(圖1未示出):物理地接觸光吸收層的背側(cè)的隧穿電介質(zhì)層，和物理地接觸背面觸點(diǎn)金屬的覆蓋電介質(zhì)層。背面電介質(zhì)堆疊還可在那兩層之間包括一個(gè)或多個(gè)介入電介質(zhì)層。
[0038]正面電介質(zhì)堆疊120和背面電介質(zhì)堆疊140分別接受電子和空穴(或選擇電子和空穴)(或相反)。
[0039]正面導(dǎo)電觸點(diǎn)110和背面導(dǎo)電觸點(diǎn)150分別放置在正面電介質(zhì)堆疊120和背面電介質(zhì)堆疊140上。在圖1的實(shí)例中，正面觸點(diǎn)110是圖案化的且背面觸點(diǎn)150是毯覆的(至少覆蓋背面電介質(zhì)堆疊140的大部分表面)，然而，背面觸點(diǎn)150可替代地為圖案化的。
[0040]正面電介質(zhì)120和背面電介質(zhì)140的特定結(jié)構(gòu)，以及用以制作正面觸點(diǎn)110和背面觸點(diǎn)150的材料可隨實(shí)現(xiàn)方式而變化。以下小節(jié)闡述用于制作高效太陽(yáng)能電池的參數(shù)，以及解決這些參數(shù)中的每一者的特定實(shí)例。
[0041 ]提供以下參數(shù)作為根據(jù)公開的主題的革新方面的結(jié)構(gòu)、材料和制造選擇的描述性準(zhǔn)則。這些參數(shù)可集體地、部分地或結(jié)合其它太陽(yáng)能電池考慮而使用，這取決于期望的太陽(yáng)能電池的特性。
[0042]I1.A.正面電介質(zhì)堆疊參數(shù)
[0043]I)鈍化:正面電介質(zhì)堆疊層需要提供極好的鈍化。在一個(gè)實(shí)施方案中，具有足夠鈍化的正面電介質(zhì)堆疊具有例如低于20cm/s的SRV(對(duì)應(yīng)于高質(zhì)量的表面鈍化，從而導(dǎo)致非常低的復(fù)合損耗)。
[0044]2)接觸電阻:在一個(gè)實(shí)施方案中，正面電介質(zhì)堆疊對(duì)電子具有低接觸電阻(對(duì)電子的載流子選擇性)。這個(gè)比接觸電阻值的范圍可從大約I毫歐姆-cm2至約100毫歐姆-cm2，其中為了實(shí)現(xiàn)較高太陽(yáng)能電池效率，較低的比接觸電阻率值是優(yōu)選的。
[0045]3)空穴排斥:正面覆蓋電介質(zhì)是選擇性地排斥空穴(來(lái)自價(jià)帶的正電荷)的勢(shì)皇。在這個(gè)配置中，如果接受電子(來(lái)自導(dǎo)帶的負(fù)電荷)的正面電介質(zhì)堆疊與允許空穴但排斥電子的背面相比具有負(fù)偏壓，那么太陽(yáng)能電池產(chǎn)生電力。
[0046]重要的是，在替代實(shí)施方案中，鈍化堆疊可顛倒，其中正面電介質(zhì)堆疊允許空穴并排斥電子，且背面電介質(zhì)堆疊允許電子并有效地排斥空穴。然而，在這種情形中，電池的偏壓需要反向，使得正面具有正偏壓且背面具有負(fù)偏壓。
[0047]4)覆蓋電介質(zhì)的導(dǎo)帶與光吸收層的導(dǎo)帶之間的低勢(shì)皇高度:這確保可以易于將電子從光吸收層輸送穿過(guò)電介質(zhì)并進(jìn)入覆蓋電介質(zhì)中。另外，正面電介質(zhì)堆疊材料(和其相應(yīng)厚度)與正面觸點(diǎn)共同產(chǎn)生電子的功函數(shù)，所述功函數(shù)接近Si的導(dǎo)帶。這允許太陽(yáng)能電池的正側(cè)具有大的Voc而且也允許良好的接觸電阻。對(duì)空穴的高勢(shì)皇連同良好的鈍化質(zhì)量允許有效地從正表面排斥空穴。
[0048]5)透明度:正面電介質(zhì)堆疊的材料在太陽(yáng)光的有用光譜中可以是高度透明的，而且不應(yīng)吸收與太陽(yáng)能電池相關(guān)的波長(zhǎng)(例如，對(duì)于晶體娃太陽(yáng)能電池是350至1150nm)。
[0049]6)覆蓋電介質(zhì)的橫向電導(dǎo)率:正面覆蓋(頂部)電介質(zhì)應(yīng)盡可能導(dǎo)電以確保電流良好的橫向傳導(dǎo)。電導(dǎo)率可通過(guò)在正面覆蓋電介質(zhì)之上添加透明導(dǎo)電氧化物(TCO)ITO來(lái)增強(qiáng)。
[0050]7)抗反射涂層(ARC):在一些情況下，正面覆蓋電介質(zhì)可以充當(dāng)抗反射涂層(ARC)，從而消除對(duì)單獨(dú)ARC的需要。替代地，可添加ARC。ITO或不同的TCO層也可充當(dāng)ARC。
[0051 ] I1.B.背面電介質(zhì)堆疊參數(shù)
[0052]8)接觸電阻:背面電介質(zhì)堆疊對(duì)空穴可以具有低輸送阻力(對(duì)空穴或正電荷的載流子選擇性)，以防止在背面觸點(diǎn)處丟失至串聯(lián)電阻的那些分離的和收集的空穴。
[0053]9)電子排斥:背面覆蓋電介質(zhì)可以是勢(shì)皇，其非常有效地排斥電子以致不會(huì)損耗Jsc(太陽(yáng)能電池的短路電流密度)。
[0054]10)光吸收層的價(jià)帶與覆蓋電介質(zhì)的價(jià)帶之間的低勢(shì)皇高度:這確保空穴可易于從光吸收層隧穿通過(guò)隧穿電介質(zhì)并進(jìn)入覆蓋電介質(zhì)中。另外，背面電介質(zhì)堆疊材料(和其相應(yīng)厚度)以及為背面觸點(diǎn)選擇的金屬應(yīng)導(dǎo)致背面金屬觸點(diǎn)的費(fèi)米能級(jí)接近覆蓋電介質(zhì)和光吸收層的價(jià)帶。這允許太陽(yáng)能電池的背側(cè)具有大的開路電壓Vqc和良好的接觸電阻。較大的Voc值也導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的功率溫度系數(shù)的絕對(duì)值較小，這對(duì)于增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的能量產(chǎn)生是高度期望的。
[0055]11)透明度:如果太陽(yáng)能電池旨在為雙面的，那么電介質(zhì)堆疊材料和背面觸點(diǎn)應(yīng)為透明的。如果太陽(yáng)能電池并不旨在為雙面的(即，對(duì)于單面太陽(yáng)能電池)，背側(cè)的透明度并不有利或沒有必要。
[0056]12)背面覆蓋電介質(zhì)/半絕緣體的電導(dǎo)率:如果太陽(yáng)能電池旨在為雙面的，那么背面覆蓋電介質(zhì)應(yīng)盡可能導(dǎo)電以確保電流良好的橫向傳導(dǎo)以及最小的寄生歐姆損耗。電導(dǎo)率可通過(guò)在背面覆蓋電介質(zhì)之上添加TCO(諸如ΙΤ0)來(lái)增強(qiáng)。如果太陽(yáng)能電池并不旨在為雙面的(即，單面太陽(yáng)能電池)，那么相對(duì)于雙面實(shí)施方案可降低對(duì)背面覆蓋電介質(zhì)的電導(dǎo)率要求，因?yàn)楸趁嬗|點(diǎn)可以是相對(duì)薄的毯覆式金屬層(即，基本上施加在整個(gè)背面覆蓋電介質(zhì)上方)，因而允許具有觸點(diǎn)的額外表面區(qū)域減輕背面覆蓋電介質(zhì)的電導(dǎo)率的減小。
[0057]在太陽(yáng)能電池的替代實(shí)施方案中，多級(jí)電介質(zhì)堆疊可以使得與吸收體接觸的層不必包括隧穿層，而是包括具有頻帶偏移的層，所述層是導(dǎo)電的以實(shí)現(xiàn)電荷載流子選擇性。
[0058]I1.C.實(shí)例正面接觸式太陽(yáng)能電池
[0059 ]圖2A和圖2B中示出兩個(gè)實(shí)例正面接觸式太陽(yáng)能電池。圖2A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的包括毯覆式背面觸點(diǎn)的正面接觸式太陽(yáng)能電池。圖2B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的包括圖案化背面觸點(diǎn)的雙面正面接觸式太陽(yáng)能電池。
[0060]在圖2A和圖2B的實(shí)例中，光吸收層由本征或輕摻雜(例如:約IxlO14個(gè)摻雜原子/cm3)晶體硅制成。在這個(gè)實(shí)例中，太陽(yáng)能電池在正面電介質(zhì)堆疊220中包括兩層:由氧化鋁(Al2O3)制成的隧穿電介質(zhì)層220b和由氧化鈦(T1x)制成的覆蓋電介質(zhì)層220a。正面觸點(diǎn)210是在覆蓋電介質(zhì)之上的圖案化金屬觸點(diǎn)，而且在這個(gè)實(shí)施方案中通過(guò)吸收電子而充當(dāng)基極觸點(diǎn)。正面觸點(diǎn)可由Al、Ti或其組合制成，Al、Ti或其組合具有接近晶體硅的導(dǎo)帶的功函數(shù)。太陽(yáng)能電池在背面電介質(zhì)堆疊240中包括兩層:由Al2O3制成的隧穿電介質(zhì)層240b和由N1x制成的覆蓋電介質(zhì)層240a。背面觸點(diǎn)250是毯覆式(圖2A)金屬觸點(diǎn)250a，或雙面正面接觸式太陽(yáng)能電池中的圖案化(圖2B)金屬觸點(diǎn)250b。
[0061 ]在這些實(shí)例太陽(yáng)能電池中的任一者的一個(gè)特定實(shí)施方案中，正面Al2O3層220b在約O至2.5納米(nm)之間，正面T1x層220a在約I至40nm之間，背面AI2O3層240b在約O至2.5nm之間，且背面N1x層240a在約I至1nm之間。
[0062]重要的是，電介質(zhì)的若干其它實(shí)例可以用以提供上述性質(zhì)。一個(gè)特定實(shí)例包括對(duì)于電子選擇性觸點(diǎn)(在正側(cè))可以使用薄的Si02(〈1.5nm)與a-Si的組合，而對(duì)于空穴選擇性觸點(diǎn)可以使用薄的Al2O3與a-Si。夾層式電介質(zhì)的其它選擇包括已知提供良好的鈍化并允許載流子隧穿通過(guò)其的材料，包括諸如HfO2等電介質(zhì)。
[0063]盡管不是必要的，但圖2A和圖2B的實(shí)例太陽(yáng)能電池可以包括上文所介紹的所有特征I至13。以下兩節(jié)進(jìn)一步詳細(xì)描述這些實(shí)例太陽(yáng)能電池可如何包括這些特征。
[0064]I1.C.1實(shí)例正面接觸性質(zhì)
[0065]關(guān)于正側(cè)鈍化(I),Al2O3本身是用于η型摻雜、P型摻雜和本征(原生)半導(dǎo)體(諸如Si)的極好的鈍化。使用Al2O3可以實(shí)現(xiàn)小于10cm/s的SRV Jl2O3本身是電介質(zhì)，且因此其阻隔電子的傳導(dǎo)。如果Al2O3層足夠薄(例如，小于約2nm，且在一些情況下厚度〈lnm)，那么它允許電子隧穿通過(guò)。然而，在這些厚度下，Al2O3可能開始失去其鈍化質(zhì)量。圖4示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的這個(gè)概念，其示出隨Al2O3厚度而變的SRV。
[0066]覆蓋電介質(zhì)解決正面和背面電介質(zhì)堆疊兩者中的薄的Al2O3層的這個(gè)鈍化問(wèn)題。對(duì)于正面電介質(zhì)堆疊，覆蓋電介質(zhì)層可以是T1xc3T1x改進(jìn)甚至薄的Α?2θ3(例如，厚度小于2nm)中的Al2O3鈍化。圖4也示出這個(gè)概念，其示出盡管Al2O3層較薄(例如，Inm)，但在5nm的T1x作為覆蓋電介質(zhì)的情況下，SRV仍可從大于60至100cm/ s減小至大約20cm/s。
[0067]作為可能的額外益處，如果使T1x為非化學(xué)計(jì)量的和缺氧的，那么可使T1x更具導(dǎo)電性。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)在T1x(吸鈦氧)上添加一層Ti或通過(guò)在減少的氮?dú)浠旌蠚夥胀嘶?FGA)環(huán)境中將T1xAl2O3堆疊退火至大于大約400°C的溫度來(lái)使T1x的電阻率低至大約1x10—2Q-Cm J1x中的氧空位充當(dāng)摻雜物以使其更具導(dǎo)電性。
[0068]關(guān)于正面接觸電阻(2)，相對(duì)于僅使金屬與光吸收層直接物理接觸，在Al2O3之上的薄的T1x層(例如，I至2nm)可顯著改進(jìn)接觸電阻。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施方案中，Al或Ti用作正面觸點(diǎn)(或具有接近光吸收層的導(dǎo)帶的真空功函數(shù)的其它金屬)和Ti分別具有4.15eV和4.3eV的真空功函數(shù)。與這些金屬與Si直接接觸時(shí)0.65eV的勢(shì)皇高度相比，這些金屬對(duì)于T1x將具有僅僅大約0.15eV的勢(shì)皇高度。這可基本上減小接觸電阻。電流可通過(guò)電場(chǎng)輔助隧穿或通過(guò)電場(chǎng)輔助熱電子發(fā)射來(lái)攜載。
[0069]為了獲得最低接觸電阻，選擇T1x層的特定厚度是優(yōu)化問(wèn)題。T1x層制得越厚，Al或Ti的費(fèi)米能級(jí)將越接近T1x的電中性能級(jí)(CNL)(下文進(jìn)一步描述)，作為一般原理電中性能級(jí)會(huì)產(chǎn)生更多隧穿電流。然而，較厚的T1x也可使隧穿更困難。Al2O3層的厚度也是因素，它不影響接觸電阻，但需要載流子隧穿通過(guò)。因此，在確定隧穿電流時(shí)可以考慮T1x和Al2O3的組合厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，因此選擇T1x厚度以將給定太陽(yáng)能電池布局的接觸電阻減到最小。
[0070]關(guān)于正面空穴排斥(3) ,Al2O3和T1x兩者因?yàn)镾1、Ti0x和Al2O3的相應(yīng)價(jià)帶之間的頻帶不連續(xù)性而對(duì)空穴都呈現(xiàn)高能勢(shì)皇高度。
[0071]關(guān)于從覆蓋電介質(zhì)的導(dǎo)帶至光吸收層的導(dǎo)帶的低勢(shì)皇高度(4)，在直接附著至正面和背面觸點(diǎn)的本征半導(dǎo)體中，Voc可由正面觸點(diǎn)與背面觸點(diǎn)的費(fèi)米能級(jí)功函數(shù)的差指示。因此，為了獲得大的VQC，使正面觸點(diǎn)費(fèi)米能級(jí)盡可能接近半導(dǎo)體的導(dǎo)帶且使背面金屬費(fèi)米能級(jí)盡可能接近半導(dǎo)體的價(jià)帶可以是有利的。
[0072]當(dāng)金屬與諸如晶體硅等半導(dǎo)體直接接觸時(shí)，金屬的功函數(shù)因?yàn)楸砻媾紭O子的存在而固定于Si的大約中間能隙，也稱作電中性能級(jí)(CNL)。添加薄的電介質(zhì)(諸如T1x)將金屬功函數(shù)從Si的CNL釋放為電介質(zhì)的CNL。就這方面來(lái)說(shuō)，T1x具有若干優(yōu)點(diǎn):I)其導(dǎo)帶幾乎與Si的導(dǎo)帶對(duì)準(zhǔn)，2)Ti0x的CNL接近Si的導(dǎo)帶，從而導(dǎo)致對(duì)Si的肖特基勢(shì)皇非常低，3)Ti0x可制成為導(dǎo)電的(如上文所介紹)。在一個(gè)實(shí)施方案中，2nm的T1x可足以將Al或Ti觸點(diǎn)的費(fèi)米能級(jí)釋放為T1x的CNL。因此，T1x可作用良好以形成低勢(shì)皇高度。
[0073]關(guān)于正面電介質(zhì)堆疊的透明度(5)，Ti0x和Al2O3在光吸收硅層的所關(guān)注波長(zhǎng)(例如，350至1150nm)內(nèi)是光學(xué)上透明的。
[0074]關(guān)于正面覆蓋電介質(zhì)的橫向電導(dǎo)率(6)，為了制作具有某組性質(zhì)的太陽(yáng)能電池，正面覆蓋電介質(zhì)需要具有閾值電平的電導(dǎo)率。這個(gè)閾值取決于正面觸點(diǎn)的線之間的橫向間隔。金屬線越精細(xì)地圖案化，正面觸點(diǎn)金屬“柵格”的橫向間隔越小，同時(shí)仍維持太陽(yáng)能電池的總的正表面覆蓋的相同百分比覆蓋(和因此維持相同的光排斥)。
[0075]為了改進(jìn)橫向電導(dǎo)率，可以如上文所介紹通過(guò)添加Ti或通過(guò)退火來(lái)使T1x缺氧。然而，關(guān)于添加Ti并使T1x/Ti層過(guò)厚的折衷是可能使電荷載流子從Si朝金屬觸點(diǎn)的隧穿更困難(增大隧穿阻力)。另外，如果T1x/Ti層的厚度大于40nm，那么T1x可能不再能充當(dāng)良好的ARC。
[0076]關(guān)于正面ARC(7)，大約40nm的T1x可充當(dāng)極好的ARC層。在T1x下面存在薄的Al2O3可能不會(huì)影響光學(xué)ARC性質(zhì)，因?yàn)槠涔鈱W(xué)厚度遠(yuǎn)小于正被吸收的光的波長(zhǎng)(例如，350nm至1150nm)。如果期望較薄的T1x層，那么T1x厚度可減小至大約40nm以下且可在T1x和金屬觸點(diǎn)之上添加單獨(dú)的ARC。
[0077]在另一實(shí)施方案中，如果發(fā)現(xiàn)T1x層沒有足夠的電導(dǎo)率，那么可在T1x層之上沉積單獨(dú)的TCO層(諸如ΙΤ0) O這將提供橫向電導(dǎo)率。在這種情形中，可通過(guò)改變T1x和TCO組合的厚度來(lái)優(yōu)化ARC性質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)組合可將T1x層保持為薄的并提供約SOnm的ITO以獲得良好的橫向電導(dǎo)率和ARC性質(zhì)。
[0078]I1.C.2實(shí)例背面接觸性質(zhì)
[0079]關(guān)于背側(cè)鈍化(8)，如上文所描述，Al2O3本身對(duì)于晶體硅上的鈍化是極好的。N1x和Al2O3也可良好地合作以改進(jìn)鈍化。上文對(duì)于Al2O3和T1x的組合鈍化的描述同樣適用于Al2O3和N1x的組合鈍化，不同之處在于N1x層的厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，鈍化是通過(guò)使N1x的厚度在大約I至1nm之間實(shí)現(xiàn)的。
[0080]關(guān)于電阻(9)，相對(duì)于僅使金屬與光吸收層直接物理接觸，在Al2O3之上的薄的N1x層(例如，大約I至2nm)可顯著改進(jìn)接觸電阻。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)例實(shí)施方案中，Ni用作背面金屬觸點(diǎn)(或Ni +、Pt，或具有接近Si的價(jià)帶的真空功函數(shù)的另一金屬)。附具有?5.1eVeV的真空功函數(shù)。因此，Ni對(duì)N1x將具有極小至可忽略的勢(shì)皇。這可基本上減小接觸電阻。電流通過(guò)電場(chǎng)輔助隧穿或通過(guò)電場(chǎng)輔助熱電子發(fā)射來(lái)攜載。與上文所描述的Ti0x/A1203的情況類似，為了獲得最低接觸電阻和最佳鈍化，選擇Ni0x/A1203堆疊層的特定厚度是優(yōu)化問(wèn)題。
[0081 ] 關(guān)于背面電子排斥(10) ,Al2O3和N1x兩者因?yàn)镹1x與Si的相應(yīng)導(dǎo)帶之間的頻帶不連續(xù)性而對(duì)電子都呈現(xiàn)高能勢(shì)皇高度。
[0082]關(guān)于從覆蓋電介質(zhì)的價(jià)帶至光吸收層的價(jià)帶的低勢(shì)皇高度(11)，如上文所描述，為了獲得大的VQC，背面金屬費(fèi)米能級(jí)盡可能接近覆蓋電介質(zhì)的價(jià)帶可以是有利的。N1x的情況如此。另外，N1x具有極好的性質(zhì)，即其價(jià)帶與Si的價(jià)帶大致對(duì)齊，從而對(duì)空穴提供極小勢(shì)皇。在背面電介質(zhì)堆疊具有極大的SRV的實(shí)施方案中，可以使用除了N1x之外的不同材料，其與硅的價(jià)帶的帶隙也較小，且對(duì)電子的排斥勢(shì)皇也較高。
[0083]關(guān)于性質(zhì)(4)和(II)一起，圖3A和圖3B是實(shí)例正面接觸式太陽(yáng)能電池的能帶圖。圖3A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的在平帶電壓(開路條件)下的實(shí)例正面接觸式太陽(yáng)能電池的能帶圖。圖3B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的在零施加電壓(短路條件)下的實(shí)例正面接觸式太陽(yáng)能電池的能帶圖。圖3A和圖3B示出正面電介質(zhì)堆疊可如何允許電子容易地隧穿通過(guò)Al2O3進(jìn)入T1x的導(dǎo)帶，并接著容易地躍迀至Al或Ti正面觸點(diǎn)中。圖3A和圖3B進(jìn)一步示出空穴可類似地隧穿/躍迀跨越至正面觸點(diǎn)的困難程度。圖3A和圖3B進(jìn)一步示出背面電介質(zhì)堆疊可如何允許空穴容易地隧穿通過(guò)Al2O3進(jìn)入N1x的價(jià)帶中，并接著容易地躍迀至Ni背面觸點(diǎn)中。圖3和圖3B進(jìn)一步示出電子可類似地隧穿/躍迀跨越至正面觸點(diǎn)的困難程度。
[0084]關(guān)于背面電介質(zhì)堆疊的透明度(12)，Ni0x和Al2O3是透明的，而且這個(gè)實(shí)例的太陽(yáng)能電池適合用作雙面太陽(yáng)能電池。
[0085]關(guān)于背面覆蓋電介質(zhì)的橫向電導(dǎo)率(13)，如上文，如果太陽(yáng)能電池并不旨在為雙面的(即，為單面太陽(yáng)能電池)，那么背面觸點(diǎn)(例如，Ni)毯覆層提供足夠的電導(dǎo)率。如果旨在雙面太陽(yáng)能電池，那么可通過(guò)添加一層ITO來(lái)增強(qiáng)電導(dǎo)率。
[0086]I1.D.實(shí)例正面接觸式太陽(yáng)能電池的替代實(shí)施方案
[0087]盡管已將光吸收層(在這個(gè)實(shí)例中是Si)描述為具有極少或沒有摻雜，但在另一實(shí)施方案中，光吸收層包括基本摻雜量，同時(shí)如上文所描述在太陽(yáng)能電池的正面和背面仍包括相同的電介質(zhì)堆疊和金屬。光吸收層可以制成為η型或P型。用于制造太陽(yáng)能電池的工藝流程可相同，但在添加電介質(zhì)堆疊之前有一個(gè)或多個(gè)額外摻雜步驟。然而，太陽(yáng)能電池的功能與本征或輕摻雜的光吸收層相比可稍有不同，這是因?yàn)槿狈?nèi)建電場(chǎng)輔助載流子輸送。值得注意的是，太陽(yáng)能電池將具有不同的串聯(lián)電阻。
[0088]在相同或替代實(shí)施方案中，對(duì)于η型基極，太陽(yáng)能電池的背側(cè)可以包括歐姆接觸和常規(guī)的擴(kuò)散發(fā)射極，從而使其成為鈍化的正面接觸式太陽(yáng)能電池中的后發(fā)射極?？梢酝ㄟ^(guò)將重局部P+摻雜(例如，IxlO2t3個(gè)摻雜原子/cm3)添加至半導(dǎo)體吸收體層，和通過(guò)使用合適的金屬(諸如Al)制作發(fā)射極觸點(diǎn)來(lái)進(jìn)行局部歐姆接觸。另外，可通過(guò)使輕P-摻雜(例如，IxlO19個(gè)摻雜原子/cm3)在太陽(yáng)能電池的小于Ium的背側(cè)中擴(kuò)散來(lái)在背側(cè)上制作發(fā)射極。后側(cè)仍用電介質(zhì)鈍化覆蓋，電介質(zhì)鈍化不是限制性的且可選自SiNx或SiNx/A103組合等多種選項(xiàng)。可通過(guò)零星地和局部地對(duì)電介質(zhì)開口來(lái)制作局部觸點(diǎn)。在這個(gè)實(shí)施方案中，如上文所描述的正面電介質(zhì)堆疊和Al和/或Ti金屬觸點(diǎn)仍可充當(dāng)電子收集極(基極)。
[0089]在與先前實(shí)施方案類似的另一實(shí)施方案中，由A1203/T10X或Si02/a_Si組成的基極堆疊可用具有η+摻雜(對(duì)于η型硅)局部觸點(diǎn)的常規(guī)基極取代，而發(fā)射極堆疊仍包括上文所描述的結(jié)構(gòu)(AL203/Ni0x或A1203/A-Si)。因此，使發(fā)射極在正面或背面的兩種可能性都存在。而且對(duì)于任一配置應(yīng)確保正側(cè)的透明度。
[0090]II1.用晶片進(jìn)行正面接觸式太陽(yáng)能電池的制造
[0091]圖5示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的以晶片開始的用于制造正面接觸式太陽(yáng)能電池的基本工藝。圖=6所示的制造工藝集中于基極堆疊由A1203/Ti0x制成且發(fā)射極堆疊具有A1203/Ni0x的實(shí)施方案，而且僅應(yīng)解釋為代表性實(shí)例而不是結(jié)構(gòu)限制。在適當(dāng)時(shí)也可參考其它結(jié)構(gòu)。在圖5的實(shí)例中，光吸收層的開始點(diǎn)是材料晶片，諸如單晶Si(例如，直拉(CZ)Si)或多晶Si(mc-Si) 的摻雜物類型可以不同(例如，η型或P型，或接近本征晶體硅)。
[0092]用標(biāo)準(zhǔn)濕化學(xué)法對(duì)向陽(yáng)側(cè)(太陽(yáng)能電池的光接收側(cè))執(zhí)行610鋸損傷去除(SDR)并用標(biāo)準(zhǔn)的堿性制絨化學(xué)法執(zhí)行單側(cè)制絨。SDR 610將晶片厚度減小至大致期望的硅厚度并去除任何鋸損傷以提供良好的本體少數(shù)載流子壽命。也可使用其它用于減小晶片厚度的技術(shù)，諸如機(jī)械式表面研磨、化學(xué)硅蝕刻、使用質(zhì)子注入進(jìn)行的解理、激光分裂，或應(yīng)力誘發(fā)的解理。接著清潔晶片，從而去除表面晶片上任何剩余的切割用漿液以及晶片的頂部幾μπι。
[0093]在光吸收層的正側(cè)(向陽(yáng)側(cè))添加620兩個(gè)不同的電介質(zhì)層以形成正面電介質(zhì)堆疊。添加的第一層是隧穿電介質(zhì)，例如Α1203。添加的第二層是覆蓋電介質(zhì)，例如T1x。這些層可以使用多種技術(shù)來(lái)添加620。舉例來(lái)說(shuō)，可在高容量的太陽(yáng)能級(jí)反應(yīng)器可用的情況下使用原子層沉積(ALD)。也可以使用等離子體ALD或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。在在正面電介質(zhì)堆疊包括兩層以上的其它實(shí)施方案中，可以按照從離光吸收層最近到最遠(yuǎn)的順序添加這些額外層。
[0094]在光吸收層的背側(cè)(非向陽(yáng)側(cè))添加630兩個(gè)不同的材料層以形成背面電介質(zhì)堆疊。類似于第一正面層，第一背面層是隧穿電介質(zhì)，例如A1203。第一背面層通?？捎膳c用于第一正面層相同的材料制成，但這不是絕對(duì)必要的。如上文所介紹，第二背面層是由與第二正面層不同的材料(例如，N1x)制成的覆蓋電介質(zhì)。用以添加620正面層的相同技術(shù)也可用以添加630背面層。
[0095]作為結(jié)構(gòu)組的替代實(shí)例，正面層(η型硅的基極)可以是熱生長(zhǎng)的Si02(例如，厚度〈
1.5nm，使用短干式氧化)和沉積的PECVD a_Si，而背側(cè)電介質(zhì)堆疊可以是A1203+PECVD a-Si。舉例來(lái)說(shuō)，這個(gè)結(jié)構(gòu)可以如下形成:使用背對(duì)背晶片進(jìn)行單側(cè)熱氧化生長(zhǎng)或從晶片的非向陽(yáng)側(cè)去除氧化物，隨后在兩側(cè)進(jìn)行A1203沉積和PECVD a_Si沉積。
[0096]可以對(duì)光吸收層和附著的正面和背面電介質(zhì)堆疊退火640以確保第一薄膜的鈍化被激活且具有良好的質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，在減少的氮?dú)浠旌蠚夥罩性诖蠹s400°C下執(zhí)行退火持續(xù)大約10至30分鐘，但也可使用其它環(huán)境氣體(諸如Ns)。取決于覆蓋電介質(zhì)中所使用的材料，退火也可具有增大第二薄膜中的一者或兩者的電導(dǎo)率的效應(yīng)。舉例來(lái)說(shuō)，如果第二正面薄膜由T1x制成，那么退火可使T1x變得缺氧，因而增大其電導(dǎo)率，尤其是在減少的氮?dú)浠旌蠚夥窄h(huán)境中執(zhí)行時(shí)。
[0097]分別將正面和背面電觸點(diǎn)添加650、660至正面和背面薄膜上。用于觸點(diǎn)的材料可以不同，實(shí)例包括金屬，諸如六1、11、11加上41、(:11^8、附，或另一合適材料。觸點(diǎn)也可由其它導(dǎo)電材料(諸如ΙΤ0)制成。正面和背面金屬觸點(diǎn)由不同材料制成，以便與如上文所描述的覆蓋電介質(zhì)的導(dǎo)帶或價(jià)帶更兼容。舉例來(lái)說(shuō)，如果正面覆蓋電介質(zhì)由T1x制成，那么正面觸點(diǎn)也可由Ti或Ti加上另一金屬制成。類似地，如果背面覆蓋電介質(zhì)由N1x制成，那么背面觸點(diǎn)可由Ni或Ni加上另一金屬制成。
[0098]觸點(diǎn)可以使用多種技術(shù)來(lái)添加，包括絲網(wǎng)印刷非熔塊低固化溫度膏、噴墨印刷、濺射/蒸發(fā)空白材料層加上后續(xù)圖案化、PVD沉積在一些情況下加上圖案化。如果太陽(yáng)能電池將為雙面太陽(yáng)能電池(即，在正側(cè)和背側(cè)兩者上捕獲入射光)，那么也可將Ni噴墨至正面和背面薄膜上，隨后噴墨另一材料以將觸點(diǎn)加厚并降低電阻率。
[0099]在第二薄膜中的一者的橫向電導(dǎo)率不足的情況下(例如，在T1x用作第二薄膜的一些情況下)，可在退火步驟之前或之后在第二薄膜之上濺射氧化銦錫(ITO) JTO是導(dǎo)電的且因此增大電導(dǎo)率，而且也是透明的且因此不會(huì)顯著影響太陽(yáng)能電池的產(chǎn)出。
[0100]也可在太陽(yáng)能電池的正側(cè)和背側(cè)添加抗反射涂層(ARC)JRC可由諸如SiN等材料制成。
[0101]在背面觸點(diǎn)的橫向電導(dǎo)率起初不夠高的非雙面實(shí)現(xiàn)方式中，可以添加額外層和工藝步驟以改進(jìn)其橫向電導(dǎo)率。舉例來(lái)說(shuō)，可以將介電背板片(例如，芳綸纖維和樹脂)層壓至背側(cè)觸點(diǎn)上，且接著可以將第二層金屬化(例如，材料片，諸如Al箔)添加至背板片上。背面觸點(diǎn)與第二層金屬化可以通過(guò)背板片中的通孔電連接。替代地，可以將導(dǎo)電背板片層壓至背面觸點(diǎn)上?？梢栽谔砑颖嘲迤?或第二層金屬化之前、之后或之前和之后都執(zhí)行退火步驟640。
[0102]在這個(gè)工藝的另一方案中，可以替代地在金屬化650、660之后(或在任何后續(xù)金屬化工藝之后)而不是金屬化650、660之前執(zhí)行退火步驟640。這在以下情況下可以是有利的:如果例如退火減小步驟650和660和任何后續(xù)金屬化工藝中所添加的金屬觸點(diǎn)或太陽(yáng)能電池的其它組件之間，和/或金屬觸點(diǎn)與電介質(zhì)堆疊之間的電阻的話。
[0103]IV.使用外延生長(zhǎng)的光吸收體的正面接觸式太陽(yáng)能電池
[0104]圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于制造正面接觸式太陽(yáng)能電池的工藝，其中光吸收層是外延生長(zhǎng)的。在圖6的實(shí)例中，光吸收層借助可再使用的硅模板而生長(zhǎng)，硅模板諸如在表面具有多孔半導(dǎo)體層705的晶體半導(dǎo)體晶片，其實(shí)例包括CZ S1、mc-Si或另一半導(dǎo)體。多孔半導(dǎo)體(諸如晶體硅晶片上的多孔硅)用作外延種子層和剝離釋放層。如果晶片先前已用以生長(zhǎng)另一光吸收層，那么在再使用晶片以在形成于半導(dǎo)體晶片上的多孔半導(dǎo)體層上使用外延生長(zhǎng)來(lái)產(chǎn)生太陽(yáng)能電池的額外半導(dǎo)體層之前重新調(diào)節(jié)和清潔晶片。
[0105]在晶體娃晶片表面上形成710多孔娃外延種子和釋放層。在一個(gè)實(shí)例中，種子和釋放層是具有不同孔隙度的不同層。將生長(zhǎng)硅的種子層可以具有相對(duì)低的孔隙度，這有利于低缺陷硅的生長(zhǎng)。與模板接觸的釋放層可以具有相對(duì)高的孔隙度，從而便于在硅的生長(zhǎng)完成時(shí)進(jìn)行按需剝離分離。接著在層外部生長(zhǎng)或化學(xué)氣相沉積薄的外延硅層。這個(gè)外延生長(zhǎng)層變成光吸收層。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，生長(zhǎng)的外延娃層厚度通常在大約Iym與80μηι之間。
[0106]一旦已生長(zhǎng)光吸收層710，光吸收層的不面向模板的暴露表面是光吸收層的背側(cè)。在將光吸收層從模板釋放之前，可處理太陽(yáng)能電池的背側(cè)。類似于上文所描述的步驟630，處理太陽(yáng)能電池的背側(cè)包括添加715兩個(gè)或多個(gè)材料層以形成背面電介質(zhì)堆疊。類似于上文所描述的步驟660，在背面電介質(zhì)堆疊上添加720背面金屬觸點(diǎn)。取決于實(shí)現(xiàn)方式，可將導(dǎo)電或介電背板片層壓725在背面觸點(diǎn)(例如，半固化片)上。盡管圖5中未示出，但添加背板片與上文圖5描述的章節(jié)中介紹的步驟相同。
[0107]使用充當(dāng)沿著多孔層釋放太陽(yáng)能電池的剝離分離工藝的機(jī)械釋放(或替代地沿著多孔層釋放太陽(yáng)能電池的濕化學(xué)蝕刻釋放)使太陽(yáng)能電池與模板分離730。處理接著可在太陽(yáng)能電池的正側(cè)開始。處理正側(cè)可以包括使用涉及氫氧化鉀或氫氧化鈉的標(biāo)準(zhǔn)堿性化學(xué)法對(duì)光吸收層的正側(cè)制絨735。背板(諸如薄的半固化片)可耐化學(xué)腐蝕且與濕式制絨化學(xué)法兼容。
[0108]類似于上文所描述的步驟620，添加735兩個(gè)或多個(gè)材料層以形成正面電介質(zhì)堆疊。類似于晶片實(shí)現(xiàn)方式，在光吸收層的正側(cè)添加的覆蓋電介質(zhì)不同于在光吸收層的背側(cè)添加的覆蓋電介質(zhì)。
[0109]類似于上文所描述的步驟650，添加745正面觸點(diǎn)。
[0110]也可取決于其它步驟中所使用的材料而執(zhí)行額外步驟。如果將介電背板片層壓725在背面觸點(diǎn)上，那么對(duì)背板片鉆孔750以形成通孔，從而接近背板片下面的背面觸點(diǎn)。可以在背板片上添加755第二層金屬化并使其與背面觸點(diǎn)互連。如果背板片由導(dǎo)電材料制成，那么可以跳過(guò)步驟750和755。
[0111]盡管圖6未示出，但也可在上述步驟中的任一者之間執(zhí)行一次或多次退火。退火可以引起多種效應(yīng)，諸如激活鈍化層、形成較強(qiáng)的電連接，和其它益處。
[0112]圖7示出根據(jù)圖6所示工藝的一個(gè)可能實(shí)例使用外延生長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池形成的太陽(yáng)能電池的一個(gè)可能實(shí)例，所述太陽(yáng)能電池還包括通過(guò)通孔880與背面金屬觸點(diǎn)250a(例如，Ni或Ni加另一金屬)互連的介電背板片860(諸如層壓片/半固化片)和第二層金屬化870。盡管未示出，但正表面可被制絨且可具有ARC涂層。
[0113]在另一實(shí)施方案中，可以使用與上文展示的類似概念制作背面接觸式太陽(yáng)能電池。在涉及基極電介質(zhì)堆疊A1203/Ti0x和發(fā)射極堆疊A1203/Ni0x的特定實(shí)施方案中，可以使用多種技術(shù)(諸如PECVD、ALD、APCVD等)來(lái)沉積共同的A1203電介質(zhì)層。厚度控制和均勻性是重要的，從而使ALD為合適的選擇。這之后使圖案化的N1x/Ni堆疊與圖案化的T1x/Ti(或AL)以指交叉方式交替以完成背面接觸式太陽(yáng)能電池。
[0114]IV.額外考慮
[0115]在閱讀本公開后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將通過(guò)本文中公開的原理了解額外替代結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)。因此，盡管已說(shuō)明和描述特定實(shí)施方案和應(yīng)用，但應(yīng)理解，公開的實(shí)施方案不限于本文中公開的精確構(gòu)造和組件。在不脫離所附權(quán)利要求書中定義的精神和范圍的情況下，可對(duì)本文中公開的方法和設(shè)備的布置、操作和細(xì)節(jié)做出對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將顯而易見的各種修改、改變和變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光伏太陽(yáng)能電池，其包括: 半導(dǎo)體光吸收層； 電介質(zhì)堆疊，其在所述光吸收層的正側(cè)或所述光吸收層的背側(cè)，所述電介質(zhì)堆疊包括:隧穿電介質(zhì)層，其與所述光吸收層物理地接觸，隧穿電介質(zhì)足夠薄以使電荷載流子隧穿跨越； 覆蓋電介質(zhì)層，其與所述隧穿電介質(zhì)層物理地接觸，所述隧穿電介質(zhì)與覆蓋電介質(zhì)是不同材料；以及 導(dǎo)電觸點(diǎn)，其與所述覆蓋電介質(zhì)物理地接觸，所述導(dǎo)電觸點(diǎn)和所述覆蓋電介質(zhì)一同具有以下各項(xiàng)中的任一項(xiàng): 適合于選擇性地收集電子的與所述光吸收層的導(dǎo)帶緊密地匹配的功函數(shù)，或 適合于選擇性地收集空穴的與所述光吸收層的價(jià)帶緊密地匹配的功函數(shù)。2.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池， 其中所述電介質(zhì)堆疊是在所述光吸收層的所述光接收正側(cè)的正面電介質(zhì)堆疊； 其中所述正面電介質(zhì)堆疊的所述覆蓋電介質(zhì)和所述導(dǎo)電觸點(diǎn)包括針對(duì)電子的與所述光吸收層的所述導(dǎo)帶緊密地匹配的所述功函數(shù);且其中所述光伏太陽(yáng)能電池進(jìn)一步包括: 在所述光吸收層的所述背側(cè)的背面電介質(zhì)堆疊，所述背面電介質(zhì)堆疊包括多層介電材料；以及 背面導(dǎo)電觸點(diǎn)，其與所述背面電介質(zhì)堆疊物理地接觸，所述背面導(dǎo)電觸點(diǎn)與所述背面電介質(zhì)堆疊一同具有適合于空穴的與所述光吸收層的所述價(jià)帶緊密地匹配的所述功函數(shù)。3.如權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能電池，其中所述背面電介質(zhì)堆疊包括: 背面隧穿電介質(zhì)層，其與所述光吸收層物理地接觸，背面隧穿電介質(zhì)足夠薄以使電荷載流子隧穿跨越;以及 背面覆蓋電介質(zhì)層，其與所述背面隧穿電介質(zhì)層物理地接觸，所述背面隧穿電介質(zhì)與背面覆蓋電介質(zhì)和正面隧穿電介質(zhì)是不同材料。4.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池， 其中所述光吸收層的與附著至所述電介質(zhì)堆疊的一側(cè)相反的一側(cè)包括摻雜區(qū)域;且其中所述光伏太陽(yáng)能電池進(jìn)一步包括附著至所述光吸收層的所述摻雜側(cè)的第二導(dǎo)電觸點(diǎn)，所述光吸收層的所述摻雜側(cè)與所述第二導(dǎo)電觸點(diǎn)形成歐姆接觸。5.如權(quán)利要求4所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述摻雜是p+摻雜，且所述第二導(dǎo)電觸點(diǎn)是金屬，諸如鋁、鈦或其合金。6.如權(quán)利要求4所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述摻雜是η-摻雜，且所述第二導(dǎo)電觸點(diǎn)是金屬，諸如鋁、鈦或其合金。7.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述隧穿電介質(zhì)由Al203制成。8.如權(quán)利要求7所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述隧穿電介質(zhì)厚度在大約O與2.5納米(nm)之間ο9.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述覆蓋電介質(zhì)由T1x制成。10.如權(quán)利要求9所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述覆蓋電介質(zhì)厚度在大約I與40nm之間。11.如權(quán)利要求9所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述導(dǎo)電觸點(diǎn)包括鈦和鋁金屬中的至少一者O12.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述覆蓋電介質(zhì)由N1x制成。13.如權(quán)利要求12所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述覆蓋電介質(zhì)厚度在大約I與1nm之間。14.如權(quán)利要求12所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述導(dǎo)電觸點(diǎn)包括鎳(Ni)或鉑(Pt)中的至少一者。15.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收層是由以下各項(xiàng)組成的群組中的至少一者:本征半導(dǎo)體，和摻雜半導(dǎo)體，電荷載流子的摻雜密度不超過(guò)大約IxlO15個(gè)摻雜原子/cm3 ο16.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述隧穿電介質(zhì)層至少在大約350至1150nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)是透明的。17.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述覆蓋電介質(zhì)層至少在大約350至1150nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)是透明的。18.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其在所述覆蓋電介質(zhì)層與所述導(dǎo)電觸點(diǎn)之間進(jìn)一步包括透明導(dǎo)電層。19.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述透明導(dǎo)電層是氧化銦錫(ΙΤ0)。20.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述導(dǎo)電觸點(diǎn)被圖案化以僅覆蓋所述覆蓋電介質(zhì)的一部分。21.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述導(dǎo)電觸點(diǎn)覆蓋所述覆蓋電介質(zhì)的大部分。22.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其進(jìn)一步包括附著至所述導(dǎo)電觸點(diǎn)的導(dǎo)電背板。23.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其進(jìn)一步包括: 介電背板，其附著至所述導(dǎo)電觸點(diǎn)，所述介電背板包括多個(gè)通孔；以及 第二層導(dǎo)電觸點(diǎn)，其附著至所述介電背板且通過(guò)所述通孔電連接至所述導(dǎo)電觸點(diǎn)。24.如權(quán)利要求1所述的光伏太陽(yáng)能電池，其中所述第二層觸點(diǎn)是鋁箔片。25.—種用于制造正面接觸式光伏太陽(yáng)能電池的方法，其包括: 制備半導(dǎo)體光吸收層； 添加正面隧穿電介質(zhì)層，所述正面隧穿電介質(zhì)層與所述光吸收層物理地接觸； 添加正面覆蓋電介質(zhì)層，所述正面覆蓋電介質(zhì)層與所述正面隧穿電介質(zhì)層物理地接觸，正面隧穿電介質(zhì)與正面覆蓋電介質(zhì)是不同材料； 添加背面隧穿電介質(zhì)層，所述背面隧穿電介質(zhì)層與所述光吸收層物理地接觸，背面隧穿電介質(zhì)； 添加背面覆蓋電介質(zhì)層，所述背面覆蓋電介質(zhì)層與所述背面隧穿電介質(zhì)層物理地接觸，所述背面隧穿電介質(zhì)與背面覆蓋電介質(zhì)是不同材料;以及 添加正面導(dǎo)電觸點(diǎn)，所述正面導(dǎo)電觸點(diǎn)與所述正面覆蓋電介質(zhì)物理地接觸，所述正面導(dǎo)電觸點(diǎn)與所述正面覆蓋電介質(zhì)一同具有適合于選擇性地收集電子的與所述光吸收層的導(dǎo)帶緊密地匹配的功函數(shù)； 添加背面導(dǎo)電觸點(diǎn)，所述背面導(dǎo)電觸點(diǎn)與所述背面覆蓋電介質(zhì)物理地接觸，所述背面導(dǎo)電觸點(diǎn)與所述背面覆蓋電介質(zhì)一同具有適合于選擇性地收集空穴的與所述光吸收層的價(jià)帶緊密地匹配的功函數(shù)。26.一種光伏太陽(yáng)能電池，其包括: 半導(dǎo)體光吸收層； 正面隧穿電介質(zhì)層，其與所述光吸收層物理地接觸； 正面覆蓋電介質(zhì)層，其與所述正面隧穿電介質(zhì)層物理地接觸，正面隧穿電介質(zhì)與正面覆蓋電介質(zhì)是不同材料； 正面導(dǎo)電觸點(diǎn)，其與所述正面覆蓋電介質(zhì)物理地接觸，所述正面導(dǎo)電觸點(diǎn)與所述正面覆蓋電介質(zhì)一同具有適合于選擇性地收集電子的與所述光吸收層的導(dǎo)帶緊密地匹配的功函數(shù)； 背面隧穿電介質(zhì)層，其與所述光吸收層物理地接觸； 背面覆蓋電介質(zhì)層，其與所述背面隧穿電介質(zhì)層物理地接觸，背面覆蓋電介質(zhì)與背面隧穿電介質(zhì)和所述正面覆蓋電介質(zhì)是不同材料;以及 背面導(dǎo)電觸點(diǎn)，其與所述背面覆蓋電介質(zhì)物理地接觸，所述背面導(dǎo)電觸點(diǎn)與所述背面覆蓋電介質(zhì)一同具有適合于選擇性地收集空穴的與所述光吸收層的價(jià)帶緊密地匹配的功函數(shù)。27.一種光伏太陽(yáng)能電池，其包括: 晶體娃層； 正面Al2O3層，其與所述晶體硅層的正側(cè)物理地接觸； T1x層，其與所述正面Al2O3層物理地接觸； 正面金屬觸點(diǎn)，其與所述T1x層物理地接觸，所述正面金屬觸點(diǎn)包括鋁、鈦或其組合； 背面Al2O3層，其與所述晶體硅層的背側(cè)物理地接觸； N1x層，其與所述背面Al2O3層物理地接觸；以及 背面金屬觸點(diǎn)，其與所述N1x層物理地接觸，所述背面金屬觸點(diǎn)包括鎳、鉑或其組合。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK105900248SQ201480072655
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年11月11日
【發(fā)明人】P·卡普爾, H·德沙哲, M·伊斯拉姆, M·M·莫斯勒希
【申請(qǐng)人】索萊克賽爾公司