專利名稱：滲濾非晶硅太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及一種太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能電池制造工藝。
背景技術(shù)：
收集光生電子和電子_空穴的能力是對(duì)太陽(yáng)能電池、尤其是由壽命短或遷移率低 的材料制成的太陽(yáng)能電池的性能的主要限制之一。如圖1所示，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池100具 有包括p-n結(jié)的平面結(jié)構(gòu)(planar structure)，在該p_n結(jié)中，η型半導(dǎo)體層104在ρ型半 導(dǎo)體層102的上方。被吸收的光子形成電子/電子_空穴對(duì)。在ρ型半導(dǎo)體層102中，電 子106是少子。在η型半導(dǎo)體層104中，電子-空穴108是少數(shù)載流子。少數(shù)載流子需要 擴(kuò)散至結(jié)(junction)，在該結(jié)處載流子快速通過(sw印t across)以形成光電流。若載流 子在到達(dá)結(jié)110之前復(fù)合，則載流子消失。因此，這些層必須比擴(kuò)散長(zhǎng)度薄，擴(kuò)散長(zhǎng)度由L2 =(kT/q) μ τ給出，其中k是波爾茲曼常數(shù)，T是溫度，q是電子電荷，μ是遷移率，τ是 壽命。若遷移率低或壽命短，則L會(huì)比有效地吸收光所需的距離短。這時(shí)，在載流子被收集 之前將會(huì)消失，并且電池將具有比理想效率低的效率。如圖1所示，電子106可能需要移動(dòng)一段如箭頭C所示的短距離、如箭頭B所示的 中距離或如箭頭A所示的長(zhǎng)距離。類似地，電子-空穴108可能需要移動(dòng)一段如箭頭D所 示的短距離、如箭頭E所示的中距離或如箭頭F所示的長(zhǎng)距離。移動(dòng)的距離越長(zhǎng)，電子-空 穴108或電子106在到達(dá)結(jié)110之前復(fù)合的可能性就越大。通過在襯底上旋涂諸如聚(3，4-乙烯_ 二氧噻吩)摻雜的聚(苯乙烯磺酸)的第 一層，隨后沉積聚[2-甲氧-5-(3，，7，-二甲基辛氧基)-1，4-對(duì)苯乙炔](MDMO-PPV)與[6， 6]-苯-C61-丁酸甲酯(PCBM)的混合物(blended composition)，來(lái)形成效率提高了的、具 有滲濾結(jié)構(gòu)(percolating structure)的有機(jī)太陽(yáng)能電池。MDM0-PPV與PCBM的混合物是 改善了載流子輸運(yùn)特性的滲濾層，但是這種混合物具有5%以下的相當(dāng)?shù)偷墓β市?。另一方面，硅基太?yáng)能電池雖然具有比有機(jī)太陽(yáng)能電池高的功率效率，但是由于 電子和電子_空穴移動(dòng)到結(jié)的長(zhǎng)路徑，硅基太陽(yáng)能電池也僅具有約25%的功率效率。通過 縮短電子和電子-空穴移動(dòng)至結(jié)的路徑來(lái)提高太陽(yáng)能電池的功率效率是有益的。因此，需 要具有電子和電子_空穴移動(dòng)到結(jié)的較短路徑的太陽(yáng)能電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大體上包括一種太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能電池制造工藝。光生電子和電子-空 穴可能具有短壽命和低遷移率，這讓電子或電子-空穴在到達(dá)結(jié)之前復(fù)合。滲濾太陽(yáng)能電 池器件可以縮短電子和電子_空穴到達(dá)結(jié)所需移動(dòng)的距離?？梢酝ㄟ^沉積具有致孔劑的含 硅層，以及隨后分解致孔劑以在含硅層中產(chǎn)生諸如微孔的孔，來(lái)形成滲濾太陽(yáng)能電池。在一 實(shí)施例中，沉積并隨后陽(yáng)極浸蝕含硅層以在含硅層中產(chǎn)生孔。沉積在含硅層上方的層可以 延伸到孔中。通過延伸到孔中，可以縮短電子和電子_空穴到結(jié)的距離，并且更多的電子和 電子-空穴可以到達(dá)結(jié)。
在一實(shí)施例中，一種太陽(yáng)能電池制造工藝包括在太陽(yáng)能電池襯底上方形成第一含硅層，所述第一含硅層具有在其中的一個(gè)或多個(gè)孔，以及在第一含硅層上方形成第二含硅 層，所述第二含硅層延伸到所述第一含硅層的至少一個(gè)孔中。在另一實(shí)施例中，一種太陽(yáng)能電池制造工藝包括在太陽(yáng)能襯底上方沉積ρ摻雜硅 層，在P摻雜硅層上沉積第二層，以及在P摻雜硅層和第二層之間產(chǎn)生不平坦界面，以使第 二層至少部分地延伸到P摻雜硅層中。在另一實(shí)施例中，一種太陽(yáng)能電池包括設(shè)置在太陽(yáng)能電池襯底上方的第一含硅 層，與第一含硅層相連的第二含硅層，以及在第一含硅層和第二含硅層之間的界面是不平 坦的，以使第二含硅層至少部分地延伸到第一含硅層中。


為了具體地理解本發(fā)明上述列舉的特征，將參考實(shí)施例來(lái)對(duì)如上簡(jiǎn)要概括的本發(fā) 明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，部分的實(shí)施例在附圖中示出。然而應(yīng)注意到，所附附圖僅示出了本發(fā) 明的典型實(shí)施例，由于本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它等同的有效實(shí)施例，因此附圖并不被認(rèn)為 是對(duì)發(fā)明的限制。圖1是太陽(yáng)能電池的示意截面圖。圖2是具有滲濾層的太陽(yáng)能電池的示意截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制造太陽(yáng)能電池的工藝的流程圖。圖4A-4D是根據(jù)圖3所示的實(shí)施例在制造的各個(gè)階段的太陽(yáng)能電池的示意截面 圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例制造太陽(yáng)能電池的工藝的流程圖。圖6A-6C是根據(jù)圖5所示的實(shí)施例在制造的各個(gè)階段的太陽(yáng)能電池的示意截面 圖。為了便于理解，在可能的情況下，使用相同的標(biāo)記數(shù)字來(lái)標(biāo)識(shí)附圖中共有的相同 部件。應(yīng)理解，不必特別說明，一個(gè)實(shí)施例中公開的部件可以有益地使用于其它實(shí)施例中。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明大體上包括太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能電池制造工藝。光生電子和電子-空穴可 具有在到達(dá)結(jié)之前就復(fù)合的短壽命或低遷移率。滲濾太陽(yáng)能電池器件可以縮短電子和電 子-空穴到達(dá)結(jié)所需移動(dòng)的距離。可以通過沉積具有致孔劑(poragens)的含硅層，隨后分 解該致孔劑以在含硅層中產(chǎn)生微孔或孔來(lái)形成滲濾太陽(yáng)能電池。在一實(shí)施例中，沉積并隨 后陽(yáng)極浸蝕(etched anodically)含硅層以在該含硅層中產(chǎn)生微孔或孔。在含硅層上方所 沉積的層可以延伸到微孔或孔中。通過延伸到微孔或孔中，可以縮短電子和電子-空穴到 達(dá)結(jié)的距離，且更多的電子和電子-空穴可以到達(dá)結(jié)。如在整個(gè)說明書中所采用的，用語(yǔ)“多孔”、“有孔的”和“多孔層”用于描述洞的例 子。應(yīng)理解“多孔層”或“是多孔的層”或“具有多孔的層”都是包括多個(gè)微孔的層。圖2是具有滲濾層的太陽(yáng)能電池200的示意截面圖。太陽(yáng)能電池200包括第一層 202和第二層204。第一層202可以包括諸如非晶硅、微晶硅、多晶硅、薄膜硅、ρ摻雜硅或 本征硅的含硅材料。第二層204可以包括諸如非晶硅、微晶硅、多晶硅、薄膜硅、η摻雜硅或本征硅的含硅材料。在第一層202和第二層204之間的結(jié)210具有滲濾結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的平面太陽(yáng)能電池相比，滲濾結(jié)構(gòu)縮短了電子_空穴208到達(dá)結(jié)210所需移動(dòng)的距離(用箭頭 G表示)。與傳統(tǒng)的平面太陽(yáng)能電池相比，滲濾結(jié)構(gòu)也縮短了電子206到達(dá)結(jié)210所需移動(dòng) 的距離(用箭頭H表示)。即滲濾結(jié)構(gòu)減少了圖1所示需要移動(dòng)長(zhǎng)距離A或F的電子206 和電子-空穴208的數(shù)量，而增加了需要移動(dòng)短距離的電子206和電子-空穴208的數(shù)量。 在一實(shí)施例中，可以通過分解與第一層202 —起沉積的致孔劑來(lái)形成滲濾結(jié)構(gòu)。在另一實(shí) 施例中，可以通過陽(yáng)極浸蝕第一層202來(lái)形成滲濾結(jié)構(gòu)。滲濾層被夾在非滲濾區(qū)之間，從而 可以形成與η型區(qū)和ρ型區(qū)的接觸，而不會(huì)造成短路。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制造太陽(yáng)能電池的工藝的流程圖300。圖4A-4D是 根據(jù)圖3所示的實(shí)施例在制造的各個(gè)階段的太陽(yáng)能電池400的示意截面圖。如圖4Α所示， 形成底接觸層402 (步驟302)。接觸層402可以包括諸如ρ型(即ρ摻雜)的單一導(dǎo)電類 型的均一的層?？梢酝ㄟ^諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、 原子層沉積(ALD)和物理氣相沉積(PVD)的傳統(tǒng)沉積方法來(lái)形成接觸層402。可以執(zhí)行工 藝的示范性腔室包括可從加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料有限公司獲得的PECVD室。 應(yīng)理解可以在其它制造商生產(chǎn)的其它腔室中實(shí)施本發(fā)明。如圖4Β所示，隨后可以在接觸層402上方沉積第一層404 (步驟304)?？梢酝ㄟ^ 諸如CVD、PECVD、ALD和PVD的傳統(tǒng)沉積方法來(lái)形成第一層404。第一層404可以是本征層 或與接觸層402導(dǎo)電類型相同的層。第一層404可以包括諸如非晶硅、微晶硅、多晶硅、薄 膜硅、P摻雜硅或本征硅的含硅材料?？砂凑赵谡麄€(gè)第一層404散布致孔劑406的方式沉積 第一層404。致孔劑406可以選自乙烯、丙烯、異丁烯、乙炔、丙炔、乙基乙炔、1，3_ 丁二烯、 異戊二烯、2，3- 二甲基-1，3- 丁二烯、α -松油烯(alpha-terpinine)、間戊二烯及其組合。 一般地，致孔劑是這樣一些最通常為有機(jī)材料的材料，這些材料在沉積的層中形成夾雜物 (inclusion)并在該層被暴露給紫外光、高溫或適當(dāng)?shù)奶幚須怏w時(shí)分解為氣態(tài)形式。非晶硅 在高溫下再結(jié)晶。因此，若滲濾層是非晶硅，則可以在低于使非晶硅再結(jié)晶的溫度下進(jìn)行分 解。在一實(shí)施例中，溫度可以低于約600攝氏度。致孔劑406可以是對(duì)于第一層404惰性 的，這樣致孔劑406不會(huì)與第一層404反應(yīng)進(jìn)而改變第一層404的所需要的特性。在一實(shí) 施例中，可將致孔劑406選擇為與第一層404選擇性地反應(yīng)，以使第一層404的特性可以被 致孔劑406所影響從而令第一層404獲得所需的特性。在一實(shí)施例中，將接觸層402和第 一層404作為單層沉積。在另一實(shí)施例中，接觸層402和第一層404是單獨(dú)的層。在一實(shí) 施例中，致孔劑406可以具有約20埃至約50埃的直徑。在一實(shí)施例中，可以用CVD來(lái)沉積第一層404和致孔劑406，含硅氣體和致孔劑形 成氣體同時(shí)被提供給處理腔室，以沉積具有散布在其中的致孔劑406的含硅的第一層404。如圖4C所示，可以分解致孔劑406以留下替代致孔劑406的微孔408 (步驟306)。 可以通過UV處理第一層404或熱處理第一層404以激勵(lì)(drive)致孔劑來(lái)分解致孔劑406。 熱處理可以包括加熱第一層404到約400攝氏度與約500攝氏度之間的溫度。在一實(shí)施例 中，可以加熱第一層404到約440攝氏度與約460攝氏度之間的溫度。在某些情況下，可 能需要額外地添加諸如氧氣或氫氣的處理氣體以進(jìn)一步加快分解。氧氣可能會(huì)形成薄氧化 層，但是由于載流子可以隧穿通過氧化層，該薄氧化層不會(huì)使性能下降。如圖4D所示，可以在第一層404上方沉積填充層或第二層410(步驟308)?？梢酝ㄟ^諸如CVD、PECVD, ALD和PVD的傳統(tǒng)沉積方法來(lái)形成第二層410。填充層或第二層410 可以包括諸如非晶硅、微晶硅、多晶硅、薄膜硅、η摻雜硅或本征硅的含硅材料。在一實(shí)施例 中，第二層410是本征層。在另一實(shí)施例中，第二層410包括η摻雜層。第二層410填充到 第一層404表面上的微孔408內(nèi)。此外，第二層410可以填充到與第一層404表面上的微 孔408相連的任何微孔408內(nèi)。在一實(shí)施例中，可以用CVD沉積第二層410。CVD的等角生 長(zhǎng)(conformal growth)讓第二層410可以填充第一層404的微孔408。這樣，形成了滲濾 結(jié)構(gòu)?？梢栽诘诙?10上方沉積頂接觸層412?？梢杂门c接觸層402相似的方式沉積頂 接觸層412 (步驟310)。接觸層412可以包括諸如η型(即η摻雜)的單一導(dǎo)電類型的均 一的層。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例制造太陽(yáng)能電池的工藝的流程圖500。圖6A-6C 是根據(jù)圖5所示的實(shí)施例在制造的各個(gè)階段的太陽(yáng)能電池600的示意截面圖。如圖6Α所 示，形成底接觸層602 (步驟502)。接觸層602可以包括諸如ρ型(即ρ摻雜)的單一導(dǎo)電 類型的均一的層?？梢酝ㄟ^諸如CVD、PECVD、ALD和PVD的傳統(tǒng)沉積方法來(lái)形成接觸層602。 可以在接觸層602上方隨后沉積第一層604 (步驟504)?？梢酝ㄟ^諸如CVD、PECVD、ALD和 PVD的傳統(tǒng)沉積方法來(lái)形成第一層604。第一層604可以是本征層或與接觸層602導(dǎo)電類 型相同的層。第一層604可以包括諸如非晶硅、微晶硅、多晶硅、薄膜硅、ρ摻雜硅或本征硅 的含硅材料。如圖6B所示，在沉積第一層604之后，可以陽(yáng)極浸蝕第一層(步驟506)，以在第一 層604中形成微孔或溝道605。微孔或溝道605可以具有約0. 005微米與約0. 015微米之 間的寬度。可以在電勢(shì)恒定條件下，在氮?dú)庋h(huán)的聚三氟氯乙烯電解槽(cell)中陽(yáng)極浸蝕 第一層604?？梢詫⒎瘹浜吐然钡碾娊赓|(zhì)導(dǎo)入電解槽中以陽(yáng)極浸蝕第一層604。如圖6C所示，可以在第一層608上方沉積填充層或第二層608 (步驟508)。可以 通過諸如CVD、PECVD, ALD和PVD的傳統(tǒng)沉積方法來(lái)形成第二層608。填充層或第二層608 可以包括諸如非晶硅、微晶硅、多晶硅、薄膜硅、η摻雜硅或本征硅的含硅材料。在一實(shí)施例 中，第二層608是本征層。在另一實(shí)施例中，第二層608包括η摻雜層。第二層608填充到 第一層604中的溝道605內(nèi)。在一實(shí)施例中，可以用CVD沉積第二層608。CVD的等角生長(zhǎng) 讓第二層608可以填充第一層604的溝道605。這樣，形成了滲濾結(jié)構(gòu)?？梢栽诘诙?08 上方沉積頂接觸層610?？梢杂门c接觸層602相似的方式沉積頂接觸層610 (步驟510)。接 觸層610可以包括諸如η型(即η摻雜)的單一導(dǎo)電類型的均一的層。在陽(yáng)極浸蝕與填充層或第二層608的沉積之間，可以通過暴露給大氣中的氧氣， 在溝道的側(cè)壁上形成天然的薄氧化層。由于天然的氧化層很薄并且載流子可以隧穿通過該 薄氧化層，所以薄氧化層不會(huì)損害器件。在一實(shí)施例中，在沉積并浸蝕了第一層604之后， 可以將太陽(yáng)能電池600浸入在包含過氧化氫和臭氧的溶液中，以按照受控的方式人為地形 成薄氧化層并防止天然氧化層的進(jìn)一步生長(zhǎng)。太陽(yáng)能電池越厚，則太陽(yáng)能電池就可以收集更多的光。滲濾結(jié)構(gòu)縮短了電子或電 子-空穴為了到達(dá)結(jié)而需要移動(dòng)的距離。因此，滲濾太陽(yáng)能電池可以比平面太陽(yáng)能電池厚。 如果將滲濾太陽(yáng)能電池制造得足夠厚，則電子或電子_空穴在滲濾太陽(yáng)能電池中需要移動(dòng) 的距離可以接近或相似于電子或電子_空穴在平面太陽(yáng)能電池中需要移動(dòng)的距離。這樣， 足夠厚的滲濾太陽(yáng)能電池可以具有基本上等于較薄的平面太陽(yáng)能電池的效率，但是較厚的滲濾太陽(yáng)能電池可以收集更多的光。或者，若厚度相同，則由于縮短的電子-空穴和電子移動(dòng)到結(jié)的距離，滲濾太陽(yáng)能電池可以比平面太陽(yáng)能電池更有效率?？梢栽谔?yáng)能電池中采用多孔層以縮短電子和電子-空穴到達(dá)結(jié)的距離。通過縮 短電子_空穴和電子到達(dá)結(jié)所需移動(dòng)的距離，電子和電子_空穴在到達(dá)結(jié)之前復(fù)合的可能 性降低。由于電子和電子_空穴復(fù)合的可能性降低，更多的電子和電子_空穴可以到達(dá)結(jié) 并提高了太陽(yáng)能電池的效率。雖然前面所述涉及了本發(fā)明的實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況 下，可以設(shè)計(jì)出其它或進(jìn)一步的實(shí)施例，因此本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
一種太陽(yáng)能電池制造工藝，包括在太陽(yáng)能電池襯底上方形成第一含硅層，所述第一含硅層具有在其中的多個(gè)孔；以及在所述第一含硅層上方形成第二含硅層，所述第二含硅層延伸到所述第一含硅層的至少一個(gè)孔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述第一含硅層包括非晶硅或微晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中形成所述第一含硅層包括 導(dǎo)入含硅蒸汽和致孔劑形成氣體到處理腔室中；在所述襯底上方沉積所述第一含硅層，所述第一含硅層具有散布在其中的致孔劑；以及分解所述致孔劑，以將所述致孔劑從所述第一含硅層除去并在所述第一含硅層中留下 一個(gè)或多個(gè)孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其中所述致孔劑選自乙烯、丙烯、異丁烯、乙炔、丙炔、乙 基乙炔、1，3- 丁二烯、異戊二烯、2，3- 二甲基-1，3- 丁二烯、a -松油烯、間戊二烯及其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其中所述分解包括將所述致孔劑暴露給含氧氣體并在 所述微孔的側(cè)壁上形成隧穿結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中形成所述第一含硅層還包括 在所述襯底上方沉積所述第一含硅層；以及浸蝕一個(gè)或多個(gè)孔到硅連續(xù)層中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述第一含硅層是P摻雜硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，還包括將沉積在所述太陽(yáng)能電池襯底上方的所述p摻 雜硅層浸入在包含過氧化氫和臭氧的溶液中，并在所述P摻雜硅層上生長(zhǎng)氧化層。
9. 一種太陽(yáng)能電池制造工藝，包括 在太陽(yáng)能電池襯底上方沉積P摻雜硅層； 在所述P摻雜硅層上沉積第二層，以及在所述P摻雜硅層和所述第二層之間產(chǎn)生不平坦界面，以使所述第二層至少部分地延 伸到所述P摻雜硅層中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中所述p摻雜硅層與致孔劑一起被沉積，其中所述 產(chǎn)生還包括分解所述致孔劑，以將所述致孔劑從所述P摻雜硅層除去。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中所述產(chǎn)生包括陽(yáng)極浸蝕所述p摻雜硅層。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中所述p摻雜硅層是非晶的或微晶的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，還包括將沉積在所述太陽(yáng)能電池襯底上方的所述p摻 雜硅層浸入包含過氧化氫和臭氧的溶液中，并在所述P摻雜硅層上生長(zhǎng)氧化層。
14.一種太陽(yáng)能電池，包括設(shè)置在太陽(yáng)能電池襯底上方的第一含硅層； 與所述第一含硅層相連的第二含硅層；以及在所述第一含硅層和所述第二含硅層之間的界面是不平坦的，以使所述第二含硅層至 少部分地延伸到所述第一含硅層中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽(yáng)能電池，其中所述第一含硅層包括選自非晶硅、微晶 硅、P摻雜硅、多晶硅及其組合的材料。
全文摘要
本發(fā)明大體上包括一種太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能電池制造工藝。光生電子和電子-空穴可具有短壽命和低遷移率，這讓電子或電子-空穴在到達(dá)結(jié)之前復(fù)合。滲濾太陽(yáng)能電池器件可以縮短電子和電子-空穴到達(dá)結(jié)所需移動(dòng)的距離?？梢酝ㄟ^沉積具有致孔劑的含硅層，以及隨后分解致孔劑以在含硅層中產(chǎn)生諸如微孔的孔，來(lái)形成滲濾太陽(yáng)能電池。在一實(shí)施例中，沉積并隨后陽(yáng)極浸蝕含硅層以在含硅層中產(chǎn)生孔。沉積在含硅層上方的層可以延伸到孔中。通過延伸到孔中，可以縮短電子和電子-空穴到達(dá)結(jié)的距離，并且更多的電子和電子-空穴可以到達(dá)結(jié)。
文檔編號(hào)H01L31/00GK101809750SQ200880109546
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者皮特·博登 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司