太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種太陽能電池，包括：半導(dǎo)體晶圓(1)；發(fā)射極，由至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域(20)形成，至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域(20)包括至少第一導(dǎo)電類型的第一層(3)和允許載流子提取或注入的第一接觸層(4)；背接觸，包括至少第二導(dǎo)電類型的第二層(6)和允許載流子提取或注入的第二接觸層(4)，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反；電接觸(8、9)，被分別連接到發(fā)射極區(qū)域(20)和背接觸，并且被設(shè)計(jì)為從太陽能電池中輸出電流。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射極的面積占所述晶圓(1)的設(shè)置有發(fā)射極區(qū)域(20)的一側(cè)的面積的0.5％至15％，晶圓(1)的該側(cè)的面積的剩余部分覆蓋有包括至少第一鈍化層(12、16)和至少一個(gè)第一可選附加層在內(nèi)的第一鈍化區(qū)域(40)，所述至少一個(gè)第一可選附加層使得第一鈍化層不允許載流子提取或注入，第一鈍化區(qū)域未被所述發(fā)射極區(qū)域(20)的所述第一導(dǎo)電類型的第一層(3)完全覆蓋。
【專利說明】太陽能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，并且特別涉及高效率晶體硅太陽能電池。更加特別地，本發(fā)明涉及一種太陽能電池，包括:半導(dǎo)體晶圓；發(fā)射極，由至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域形成，發(fā)射極區(qū)域包括至少第一導(dǎo)電類型的第一層和允許載流子提取或注入的第一接觸層；背接觸，包括至少第二導(dǎo)電類型的第二層和允許載流子提取或注入的第二接觸層，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反；電接觸，被分別連接到所述發(fā)射極區(qū)域和所述背接觸并且被設(shè)計(jì)為從太陽能電池中輸運(yùn)出電流。
[0002]本發(fā)明的一個(gè)特別有利的應(yīng)用是用于生成電能的光伏電池的生產(chǎn)，但是更加普遍地，本發(fā)明還適用于諸如光電探測(cè)器之類的任何將光輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0003]典型地，經(jīng)典的光伏太陽能電池在正面上包括金屬柵格圖案。接觸指狀物由金屬制成。匯流條通常與強(qiáng)導(dǎo)電金屬帶接觸(錫焊、熔焊或使用導(dǎo)電膠水或粘合劑附接)以提取電流，該電流在光學(xué)活性區(qū)域(即，并未被接觸柵格覆蓋的區(qū)域)上均勻產(chǎn)生并被纖細(xì)的指狀物或柵格接觸收集。
[0004]當(dāng)金屬接觸直接觸及半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體中(應(yīng)當(dāng)被結(jié)收集的)過剩的少數(shù)載流子在該接觸處復(fù)合。因此，經(jīng)典的太陽能電池需要使金屬與半導(dǎo)體之間的接觸面積達(dá)到最小。在先進(jìn)的太陽能電池中，如果存在此類接觸，在接觸下方嘗試更高的摻雜以“屏蔽”金屬。電池的剩余部分通常覆蓋有允許太陽能電池電子鈍化的層。
[0005]制作更好的電接觸的另一途徑是使用層堆疊，該層堆疊同時(shí)允許電流提取(通過收集光生載流子產(chǎn)生的電流)和接觸鈍化。這就是使用所謂的無定形硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)概念的情況。如圖1所示，此類電池通常以下列方式形成:典型地，使用厚度為5至的氫化無定形硅的本征層2和5將II型晶體硅晶圓1的兩側(cè)電子鈍化。在正面存在摻雜的13層3，并且正面透明導(dǎo)電氧化物(1'⑶，1:1-81181)81-6111: 0011(11101:1^64覆蓋正面￠1層3。在本說明書中，1-1)-1(1)堆疊被稱為“發(fā)射極”。光生載流子通過發(fā)射極進(jìn)行收集，即在光照下，從光照區(qū)域中均勻收集光電流。
[0006]在背面，II層6覆蓋1層5并且1(? 7覆蓋II層6。在本說明書中，1-=-1(1)堆疊被稱為“背接觸”。雖然電流能夠流過該接觸(因?yàn)?層很薄)，但是保證了良好的電子鈍化。在太陽能電池的正面，結(jié)合到匯流條上的名為柵格指狀物的金屬導(dǎo)體8(對(duì)于正面)將電流輸運(yùn)到太陽能電池以外，而背面能夠具有與正面類似的圖案，或者覆蓋有將電流導(dǎo)向背面處的匯流條的金屬層9。因?yàn)橹灰嚯x典型地超過幾毫米，1(?的橫向電導(dǎo)率就不足以允許在沒有電阻損耗的情況下進(jìn)行輸運(yùn)，所以在正面和背面需要金屬。該配置被稱為正面3耵。1(?層4還起到抗反射覆層的作用。
[0007]正面的I⑶具有高電導(dǎo)(表面電阻在20至200歐姆/平方范圍內(nèi))以允許將發(fā)射極收集的電流橫向輸運(yùn)到下一個(gè)接觸指狀物。堆疊1-1)-1(?覆蓋太陽能電池除邊緣外的整個(gè)正面以防止短路。
[0008]這些器件的一個(gè)特別之處在于，獲得的高開路電壓通常為710至750^，這要高于標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)散晶體太陽能電池，其中，半導(dǎo)體和1(1)(或等效地為金屬)之間的直接接觸導(dǎo)致較低的電壓。
[0009]在圖2所示的另一配置中，電池包括!1型晶圓1，但是覆蓋有金屬層9的發(fā)射極(堆疊1-1)-1(1), 2-3-4)和背接觸(堆疊1-=-1(1), 5-6-7)均以發(fā)射極區(qū)域20和背接觸區(qū)域30相互交替的方式被放置在太陽能電池的背面。將全部接觸放置在背面的該配置被稱為背接觸異質(zhì)結(jié)電池⑶I11:51(31:6(1。在此情況下，需要通過層10在正面實(shí)現(xiàn)高效鈍化，該高效鈍化通常與抗反射效應(yīng)相結(jié)合并且有時(shí)與橫向?qū)щ娦韵嘟Y(jié)合以減小電流流動(dòng)造成的電阻損耗。
[0010]到目前為止，為了盡可能高效地收集電池中的光生載流子，所有的作者都使太陽能電池的發(fā)射極的覆蓋率達(dá)到最大。在正面3耵配置中，正面的接近100%被發(fā)射極覆蓋，并且在1803耵中，覆蓋有發(fā)射極的背面通常為50至70%，而剩余部分被背接觸覆蓋。
[0011]盡管上述方案能夠?qū)е赂咝?今天在正面3耵的情況下報(bào)告的被證實(shí)的效率為23.7%并且在1803耵的情況下為20.2% )，這些太陽能電池作為工作在1標(biāo)準(zhǔn)太陽光照下的太陽能電池，無法利用能夠?qū)е码姵氐母咝阅艿募行?yīng)。通常使用增加電池的^㈨和效率的透鏡或鏡子來實(shí)現(xiàn)集中(假設(shè)不存在高串聯(lián)電阻)。
[0012]另一缺點(diǎn)是，1層、？和!1層、以及1(1)(在電池兩側(cè))引起太陽能電池?zé)o法使用的寄生光吸收。在正面3耵的情況下更是如此，在正面3耵中，頻譜的藍(lán)綠光部分的強(qiáng)吸收發(fā)生在1和？層中，并且扣0產(chǎn)生頻譜的紅光部分中的自由載流子吸收。在1803耵的情況下，各個(gè)層可能引起少量吸收。然而，在此情況下，為了使得扣0 4或7或者1(1)/金屬堆疊4+9或7+9盡可能靠近具有？和II層的區(qū)域的邊緣，需要在背面進(jìn)行精確圖案繪制，從而使其難以制造。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明提供了一種太陽能電池，該太陽能電池允許避免現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。
[0014]相應(yīng)地，本發(fā)明涉及一種太陽能電池，包括:
[0015]半導(dǎo)體晶圓；
[0016]發(fā)射極，由至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域形成，所述至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域包括至少第一導(dǎo)電類型的第一層和允許載流子提取或注入的第一接觸層；
[0017]背接觸，包括至少第二導(dǎo)電類型的第二層和允許載流子提取或注入的第二接觸層，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反；
[0018]電接觸，被分別連接到所述發(fā)射極區(qū)域和所述背接觸，并且被設(shè)計(jì)為從太陽能電池中輸出電流。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射極的面積占晶圓的設(shè)置有發(fā)射極區(qū)域的一側(cè)的面積的0.5%至15%，較優(yōu)地占1%至10%并且更優(yōu)地占2%至5%，晶圓的所述側(cè)的面積的剩余部分覆蓋有包括至少第一鈍化層和至少一個(gè)第一可選附加層在內(nèi)的第一鈍化區(qū)域，所述至少一個(gè)第一可選附加層使得第一鈍化區(qū)域不允許提取或注入載流子，所述第一鈍化區(qū)域未被所述發(fā)射極區(qū)域的所述第一導(dǎo)電類型的第一層完全覆蓋。較優(yōu)地，所述發(fā)射極區(qū)域的所述第一導(dǎo)電類型的第一層最多可以覆蓋第一鈍化區(qū)域的表面的10%。
[0020]在某些實(shí)施例中，所述發(fā)射極被設(shè)置在所述太陽能電池的正面上。所述背接觸可以是經(jīng)典類型的或者所述背接觸可以由至少一個(gè)背接觸區(qū)域形成，所述至少一個(gè)背接觸區(qū)域包括至少所述第二導(dǎo)電類型的第二層以及允許載流子提取或注入的第二接觸層，所述背接觸的面積占所述晶圓的所述背面的面積的0.5%至15%、較優(yōu)地占1%至10%且更優(yōu)地占2%至5%，所述晶圓的所述背面的面積的剩余部分覆蓋有第二鈍化區(qū)域，所述第二鈍化區(qū)域包括至少第二鈍化層和至少一個(gè)第二可選附加層，所述至少一個(gè)第二可選附加層使得所述第二鈍化層不允許載流子提取或注入，所述第二鈍化區(qū)域未被所述背接觸區(qū)域的所述第二導(dǎo)電類型的第二層完全覆蓋。較優(yōu)地，所述背接觸區(qū)域的所述第二導(dǎo)電類型的第二層最多可以覆蓋第二鈍化區(qū)域的表面的10%。
[0021]在其它實(shí)施例中，所述發(fā)射極被設(shè)置在所述太陽能電池的背面上，所述背接觸由至少一個(gè)背接觸區(qū)域形成，所述至少一個(gè)背接觸區(qū)域包括至少所述第二導(dǎo)電類型的第二層以及允許載流子提取或注入的第二接觸層，所述發(fā)射極的面積和所述背接觸的面積占所述晶圓的背面的面積的0.5%至15%、較優(yōu)地占1 %至10%且更優(yōu)地占2%至5%，所述晶圓的所述背面的面積的剩余部分覆蓋有第三鈍化區(qū)域，所述第三鈍化區(qū)域包括至少第三鈍化層和至少一個(gè)第三可選附加層，所述至少一個(gè)第三可選附加層使得所述第三鈍化層不允許載流子提取或注入，所述第三鈍化區(qū)域未被所述發(fā)射極區(qū)域的所述第一導(dǎo)電類型的第一層或所述背接觸區(qū)域的所述第二導(dǎo)電類型的得二層完全覆蓋，所述背接觸區(qū)域與所述發(fā)射極區(qū)域被交替設(shè)置，并且第三鈍化區(qū)域被設(shè)置在發(fā)射極區(qū)域和背接觸區(qū)域之間。較優(yōu)地，所述發(fā)射極區(qū)域的所述第一導(dǎo)電類型的第一層或所述背接觸區(qū)域的所述第二導(dǎo)電類型的第二層最多可以覆蓋第三鈍化區(qū)域的表面的10%。
[0022]在某些實(shí)施例中，所述背接觸區(qū)域彼此分離。
[0023]在其它實(shí)施例中，所述背接觸區(qū)域全部彼此連接。
[0024]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)背接觸區(qū)域由面積至少為0.09臟2的連續(xù)表面形成。
[0025]較優(yōu)地，所述背接觸區(qū)域從所述太陽能電池的內(nèi)部到外部包括本征層、所述第二類型的第二層、以及所述允許載流子提取或注入的第二接觸層。
[0026]所述第二接觸層可以選自:透明導(dǎo)電氧化物層、金屬層以及兩者的組合。
[0027]在某些實(shí)施例中，所述太陽能電池的正面包括正面鈍化表面。
[0028]在某些實(shí)施例中，所述發(fā)射極區(qū)域彼此分離。
[0029]在其它實(shí)施例中，所述發(fā)射極區(qū)域全部彼此連接。
[0030]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)射極區(qū)域由面積至少為0.09臟2的連續(xù)表面形成。
[0031]較優(yōu)地，所述發(fā)射極區(qū)域從所述太陽能電池的內(nèi)部到外部可以包括本征層、所述第一類型的第一層、以及所述允許載流子提取或注入的第一接觸層。
[0032]所述第一接觸層選自:透明導(dǎo)電氧化物層、金屬層以及兩者的組合。
[0033]較優(yōu)地，所述第一鈍化層、第二鈍化層或第三鈍化層可以包括至少本征層。
[0034]在某些實(shí)施例中，所述本征層可以由氫化無定形硅制成。
[0035]有利地，所述第三鈍化層的本征層與所述發(fā)射極區(qū)域的本證層和所述背接觸區(qū)域的本征層相同。
[0036]在其它實(shí)施例中，所述第一鈍化層、第二鈍化層或第三鈍化層可以是選自以下各項(xiàng)的非吸收層:31版層、八1203層、810^/81^堆疊、包括31、0和~的層以及它們的組合。
[0037]較優(yōu)地，所述第一可選附加層、第二可選附加層或第三可選附加層是保護(hù)層。
[0038]有利地，所述第一導(dǎo)電類型的第一層或所述第二導(dǎo)電類型的第二層可以包括能夠含有聞達(dá)80%的拉曼31晶體分?jǐn)?shù)的娃相的氧化無定形娃。
[0039]所述氫化無定形硅可以與從中選擇的原子熔合，在不考慮存在的!I原子的情況下，在各層的原子中51原子的分?jǐn)?shù)保持在30%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的正面3耵電池的典型剖面圖；
[0041]圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的背接觸1803耵電池的典型剖面圖；
[0042]圖3和4為本發(fā)明的正面3耵電池的剖面圖；
[0043]圖5和6為本發(fā)明的1803耵電池的剖面圖；
[0044]圖7和8為本發(fā)明的1803耵電池中的發(fā)射極和背接觸區(qū)域的示意性仰視圖；
[0045]圖9為本發(fā)明的正面3耵電池的對(duì)應(yīng)于圖3的剖面圖的示意性透視圖；以及
[0046]圖10示出了相比于標(biāo)準(zhǔn)器件，對(duì)于本發(fā)明的多個(gè)太陽能電池獲得的填充因子。

【具體實(shí)施方式】
[0047]在本發(fā)明中，對(duì)于!1型晶圓所述的一切同樣適用于？型摻雜晶圓且適用于本征晶圓，其中II層和？層的作用相反。
[0048]在本說明書中，相同的附圖標(biāo)記被用于指代相同的元件。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池包括:半導(dǎo)體晶圓；發(fā)射極，由至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域形成，至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域包括至少第一導(dǎo)電類型的第一層以及允許載流子提取或注入的第一接觸層；以及背接觸，包括至少第二導(dǎo)電類型的第二層以及允許載流子提取或注入的第二接觸層，第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反。電接觸被分別連接到所述發(fā)射極區(qū)域和所述背接觸，并且被設(shè)計(jì)為從太陽能電池中輸出電流。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射極的面積占晶圓的設(shè)置有發(fā)射極區(qū)域的一側(cè)的面積的0.5%至15%，較優(yōu)地占1%至10%并且更優(yōu)地占2%至5%，晶圓的所述側(cè)的面積的剩余部分覆蓋有包括至少第一鈍化層和至少一個(gè)第一可選附加層在內(nèi)的第一鈍化區(qū)域，所述至少一個(gè)可選附加層使得第一鈍化層不允許載流子提取或注入并且使得第一鈍化層與所述接觸之間沒有電接觸，所述第一鈍化區(qū)域未被所述發(fā)射極區(qū)域的第一導(dǎo)電類型的第一層所完全覆蓋。
[0050]如果太陽能電池對(duì)應(yīng)于最常見情況而包括數(shù)個(gè)發(fā)射極區(qū)域20，那么發(fā)射極的面積對(duì)應(yīng)于覆蓋晶圓的所述側(cè)的每個(gè)發(fā)射極區(qū)域20的面積的總和。
[0051]圖3和4示出了本發(fā)明對(duì)于正面3耵情況的兩種可能應(yīng)用。
[0052]在圖3的配置中，電池包括II型晶體硅晶圓1以及位于背面的傳統(tǒng)背接觸，背接觸包括1層5、覆蓋1層5的!1層6、覆蓋=層6的背面1(?層7、覆蓋背面1(?層7的用于背面金屬化的金屬層9。
[0053]在太陽能電池的正面，發(fā)射極區(qū)域20如上所定義從太陽能電池的內(nèi)部到外部包括堆疊1層2如層3/正面1(?層4。根據(jù)本發(fā)明，所述發(fā)射極區(qū)域20并未覆蓋晶圓1的全部前表面，而是僅僅覆蓋了前表面的很小一部分，通常僅為1%至10%。金屬指狀物8與其余的發(fā)射極區(qū)域20接觸，但是能夠全部或者僅部分覆蓋正面扣0層4。當(dāng)正面不存在發(fā)射極時(shí)，并且更特別地當(dāng)不存在有助于收集電流的？層時(shí)，器件的這一部分是被稱為“正面鈍化部分”的包括鈍化層12的第一鈍化區(qū)域40。這意味著，包括所述鈍化層12的第一鈍化區(qū)域40被設(shè)置在兩個(gè)發(fā)射極區(qū)域20之間。該部分的長(zhǎng)度被稱為^5。這樣的鈍化層12在最簡(jiǎn)單的配置中可以是1層或1-？堆疊，在此情況下，？層具有很小的橫向電導(dǎo)率(大于10千歐姆/平方)并且并不有助于收集光生電流。典型地，不存在具有較大橫向電導(dǎo)率的1^0與鈍化層12的接觸。與具有光學(xué)特性用于產(chǎn)生抗反射效應(yīng)的電介質(zhì)對(duì)應(yīng)的保護(hù)附加層13典型地存在于鈍化層12之上。層12和層13的功能還能夠被融合。
[0054]在圖4中，相同的原理還適用于太陽能電池的背面。
[0055]在太陽能電池的正面，發(fā)射極區(qū)域20與如圖3所示是相同的。在此實(shí)施例中，太陽能電池的背接觸包括背接觸區(qū)域30，背接觸區(qū)域30如上定義從太陽能電池的內(nèi)部到外部包括堆疊1層5如層6/背面1(?層7。根據(jù)本發(fā)明，所述背接觸區(qū)域30并未覆蓋晶圓的全部后表面，而是僅僅覆蓋了后表面的很小一部分，通常僅為1%至10%。金屬指狀物9與其余的背接觸區(qū)域接觸，但是能夠全部或者僅部分覆蓋背面！'￠:0層7。當(dāng)背面不存在背接觸時(shí)，并且更特別地當(dāng)不存在有助于收集電流的II層時(shí)，器件的這一部分是被稱為“背面鈍化部分”的包括鈍化層14的第二鈍化區(qū)域50。這意味著，包括所述鈍化層14的第二鈍化區(qū)域50被設(shè)置在兩個(gè)背接觸區(qū)域30之間。該部分的長(zhǎng)度被稱為這樣的鈍化層14在最簡(jiǎn)單的配置中可以是1層或堆疊，在此情況下，II層具有很小的橫向電導(dǎo)率(大于千歐姆/平方)并且并不有助于收集光生電流。典型地，不存在具有較大橫向電導(dǎo)率的扣0與鈍化層14的接觸。與具有光學(xué)特性用于產(chǎn)生抗反射效應(yīng)的電介質(zhì)對(duì)應(yīng)的附加層15典型地存在于鈍化層14之上。層15還可以被金屬接觸9或者一包括有扣0和金屬的層完全覆蓋。
[0056]根據(jù)本發(fā)明，背接觸的面積占晶圓1的背面的面積的0.5%至15%，較優(yōu)地占1%至10%且更優(yōu)地占2%至5%，晶圓1的背面的面積的剩余部分覆蓋有包括鈍化層14在內(nèi)的第二鈍化區(qū)域50。
[0057]如果太陽能電池對(duì)應(yīng)于最常見情況而包括數(shù)個(gè)背接觸區(qū)域30，那么背接觸的面積對(duì)應(yīng)于覆蓋晶圓的所述背面的每個(gè)背接觸區(qū)域30的面積的總和。
[0058]此類實(shí)施例允許增強(qiáng)期望的效應(yīng)，以及增大必須流經(jīng)背接觸的電流，背接觸面積也小于背接觸表面。
[0059]圖5和6示出了本發(fā)明對(duì)于1803耵情況的兩種可能應(yīng)用。
[0060]在這些實(shí)施例中，發(fā)射極區(qū)域被設(shè)置在太陽能電池的背部，并且發(fā)射極的面積和背接觸的面積占晶圓的背面的面積的0.5 %至15 %，較優(yōu)地占1 %至10 %且更優(yōu)地占2 %至5%，晶圓的背面的面積的剩余部分覆蓋有包括一鈍化層的第三鈍化區(qū)域。
[0061]圖5的太陽能電池在其正面包括II型晶圓1、正面鈍化和抗反射表面10以及在其背面包括發(fā)射極區(qū)域20和背接觸區(qū)域30，發(fā)射極區(qū)域20和背接觸區(qū)域30被包括鈍化層16的第三鈍化區(qū)域60彼此分開。對(duì)應(yīng)于絕緣層的保護(hù)附加層17存在于鈍化層16之上并且還被選為提供良好的光學(xué)反射率。
[0062]太陽能電池還包括金屬指狀物9。
[0063]發(fā)射極的面積和背接觸的面積(這是指發(fā)射極區(qū)域的面積的總和以及背接觸區(qū)域的面積的總和)占晶圓的背面的面積的0.5 %至15%，較優(yōu)地占1 %至10%且更優(yōu)地占2%至5%，晶圓的背面的面積的剩余部分覆蓋有包括鈍化層16的所述第三覆蓋區(qū)域60。
[0064]如以上定義，從太陽能電池的內(nèi)部到外部，發(fā)射極區(qū)域20包括堆疊1層2如層3/100層4，并且背接觸區(qū)域30包括堆疊1層5/=層6/1⑶層7。
[0065]圖6的太陽能電池對(duì)應(yīng)于與圖5的實(shí)施例類似的1803耵實(shí)施例，但是其中，第三鈍化區(qū)域60的鈍化層16的本征層分別與發(fā)射極區(qū)域20的本征層2以及背接觸區(qū)域30的本征層5相同。
[0066]在該實(shí)施例中，限定了長(zhǎng)度和的I⑶層4或7不需要覆蓋全部的1-？堆疊或者全部的11堆疊，從而允許進(jìn)行更簡(jiǎn)單的處理。
[0067]所有這些配置具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，特別是當(dāng)使用了具有良好壽命的晶圓時(shí)(典型地，為1毫秒并且對(duì)于II型晶圓更長(zhǎng)
[0068]的確，當(dāng)異質(zhì)結(jié)工作在高注入水平時(shí)(因?yàn)殡姵氐墓ぷ鼽c(diǎn)的高電壓，工作點(diǎn)即為光照下器件的電壓與電流的乘積最大時(shí)的點(diǎn))，存在于晶圓周圍的鈍化層12、14、16確保了非常良好的電子鈍化，并且即使使用了具有高電阻率的晶圓，但卻由于大量存在的載流子而保證了高電導(dǎo)率。因?yàn)槭褂玫木哂凶銐驂勖木A使得擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)幾毫米，所以這允許在很小的電阻損耗以及很小的復(fù)合的情況下進(jìn)行電流輸運(yùn)。載流子隨后通過有限面積被提取，但是電流在很大面積上產(chǎn)生。這在太陽能電池的工作點(diǎn)處產(chǎn)生集中條件。該條件引起更大的提取功率(從而引起更大的太陽能電池的填充因子)。
[0069]例如在圖3的幾何形狀中，如果已知發(fā)射極區(qū)域的長(zhǎng)度[0?與鈍化面積長(zhǎng)度1^5之比，則獲得了導(dǎo)致更高效率的集中因子最有趣的是，填充因子不增加受到總體鈍化質(zhì)量以及俄歇復(fù)合的限制。
[0070]有利地，對(duì)于典型的電池幾何形狀，在穿過側(cè)面并且穿過接觸柵格的剖面圖中，正面3町電池的典型節(jié)距1發(fā)射極，[鈍化,正面)或[背面+[背面，鈍化、或者1803町電池的[發(fā)射極+1背面+[背面,純化在100微米到1.5臟范圍內(nèi)，較優(yōu)地介于300微米到1.0111111之間。
[0071]為了清楚起見，假定所述長(zhǎng)度與覆蓋面積成比例(在20幾何形狀中假定圖在第三維度中延伸)。
[0072]在某些實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)射極區(qū)域20由間斷點(diǎn)形成，并且每個(gè)背接觸區(qū)域由間斷點(diǎn)形成，每個(gè)區(qū)域典型地具有介于20x20 ^ III2和100x100 ^ III2之間的面積。針對(duì)1803耵電池的此類配置在圖7中示意性地示出。
[0073]在其它的優(yōu)選實(shí)施例中，所述發(fā)射極區(qū)域20和所述背接觸區(qū)域30分別由至少一個(gè)大體連續(xù)的表面形成。針對(duì)1803耵電池的此類配置在圖8中示意性地示出。優(yōu)選地，如圖8所示，當(dāng)從電池的頂部或者底部看時(shí)，所述連續(xù)表面的形狀是近似矩形的。
[0074]在此情況下，與硅接觸的所述發(fā)射極區(qū)域或背接觸區(qū)域至少具有0.09皿2的面積，典型的尺寸至少為30^111X3111111。如圖8所示，這樣的尺寸是從電池的頂部或底部看到的、在電池上形成的連續(xù)表面的尺寸。
[0075]在某些實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)射極區(qū)域20可以彼此分離，并且每個(gè)背接觸區(qū)域30可以彼此分尚。
[0076]在其它優(yōu)選實(shí)施例中，太陽能電池的所有發(fā)射極區(qū)域20彼此連接，或者所有背接觸區(qū)域30彼此連接。圖9示出了對(duì)于正面3耵電池的此類實(shí)施例，其中，發(fā)射極區(qū)域20是連續(xù)表面并且在全部太陽能電池上形成網(wǎng)絡(luò)。
[0077]該配置的另一優(yōu)點(diǎn)在于，由于太陽能電池的大部分并未被發(fā)射極區(qū)域覆蓋，所以有可能對(duì)層10、12和13，或14和15，或16、17和20分別優(yōu)化以獲得改善的鈍化特性以及減少光學(xué)寄生吸收。例如，在這些部分中，了⑶層可以被31版層代替，并且？層厚度能夠被減小，或者當(dāng)層12或16由1-？堆疊構(gòu)成時(shí)能夠完全取消？層。相反地，由于發(fā)射極的面積與接觸指狀物的面積近似，所以甚至有可能使用具有適合特性(例如，具有更高摻雜)的?、腔蛘弋?dāng)金屬直接位于其上時(shí)使用更薄的扣0，以避免損耗。甚至可以通過使用金屬或金屬合金代替1'⑶來完全取消1^0，金屬或金屬合金與？型無定形層直接接觸。
[0078]如圖5和6中所示，當(dāng)被用于1803耵方案時(shí)，集中效應(yīng)也是類似的。本發(fā)明在比例[發(fā)射極/([發(fā)射極札麵札純化,背面)介于1%至20%時(shí)運(yùn)行效果最佳。如圖6中所示，除集中效應(yīng)之外，該技術(shù)方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，發(fā)射極和/或扣0與金屬接觸之間對(duì)準(zhǔn)的容差更大。
[0079]在本說明書中，示出的所有1、和？層都基于氫化無定形硅并且還可包含百分之幾的0、隊(duì)或(?，在不計(jì)算存在的原子的情況下，在各層的原子中硅原子的分?jǐn)?shù)保持在30%。較優(yōu)地，的數(shù)量等于0至20%，更優(yōu)地等于0至10%，并且更優(yōu)地等于0 至 5%。
[0080]？層和I！層包含高達(dá)80%的拉曼硅晶體分?jǐn)?shù)的硅相。
[0081]發(fā)射極區(qū)域典型地包括￡1-31層、￠1層和1(1)接觸層，&-81層的厚度介于4=111至1011111之間，￠1層的厚度介于311111至1511111之間，I'⑶接觸層的厚度介于1011111至8011111之間、或當(dāng)發(fā)射極位于背面時(shí)介于1011111至30011111之間。
[0082]背接觸區(qū)域典型地包括￡1-31層、II層和I⑶層，￡1-31層的厚度介于411111至1011111之間，？層的厚度介于311111至1511111之間，I'⑶層的厚度介于1011111至30011111之間。
[0083]為了制造簡(jiǎn)單起見，層12 (正面鈍化層)可以是1層或1-？堆疊(可能具有更薄的？層)甚至是1-11堆疊。正面鈍化層的厚度大于5=1層12還可以是非吸收層，諸如31隊(duì)、或八1203、或3107311堆疊、或一通常包括31、0和?的層、或者以上的組合。
[0084]為了制造簡(jiǎn)單起見，層14(背面鈍化層)可以是1層或1-=堆疊(可能具有更薄的II層)甚至是1-？堆疊。背面鈍化層的厚度大于5=1層14還可以是非吸收層，諸如31隊(duì)、或八1203、或3107311堆疊、或一通常包括31、0和?的層、或者以上的組合。在此情況下，還可以省略層17。
[0085]光學(xué)及電絕緣層13、15或17可以是覆蓋有31隊(duì)層或?qū)佣询B或者覆蓋有弱吸收層的氫化無定形娃層的薄堆疊。
[0086]正面鈍化和抗反射表面10是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，并且例如可以是超薄本征氫化無定形娃層(3至1011111)，該層上可能覆蓋有1至511111的摻雜無定形31，無定形31上覆蓋有31隊(duì)層或3110,層或包括31、0和?的層的堆疊、或弱摻雜1(?層(載流子濃度小于102%！11—3〉。對(duì)這些層的厚度進(jìn)行選擇以獲得抗反射效應(yīng)。典型地，可以使用折射率介于1.8至2之間且厚度為70鹽的31凡層。
[0087]起到光學(xué)層作用、起到阻止載流子注入或提取的電絕緣層作用并且能夠被用作電鍍工藝的掩模層的層10和13、15或17，由于不需要是電活性的，所以可以將折射率調(diào)整到中間。
[0088]對(duì)于針對(duì)載流子提取其大部分表面是活性的器件而言，使用扣0要求正面有足夠的面內(nèi)電導(dǎo)率(20至200歐姆平方)并且在正面設(shè)置抗反射以及在背面設(shè)置折射率匹配，但是有可能取消扣0層并且使用直接金屬接觸來代替扣0層。這則要求發(fā)射極區(qū)域與正面3耵中的柵格指狀物具有相同的大小。
[0089]I'⑶層是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的并且典型地由摻雜有錫的110(111(1111111 XIII0x1(168，氧化銦錫)或摻雜有其它金屬雜質(zhì)的110或具有氫111203:！1的110或者這些層的堆疊制成，載流子濃度介于1019挪3和211021^ 3之間。I'⑶層還可以由摻雜的2110或者其它含有II1、211和的I'⑶制成。I'⑶層的厚度介于1011111至300鹽之間，當(dāng)存在于正面時(shí)其典型厚度介于7011111至9011111之間，并且當(dāng)存在于背面時(shí)其典型厚度介于8011111至30011111 之間。
[0090]太陽能電池中使用的晶圓典型地具有介于2x2^至22x22^之間的大小。
[0091]如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知，晶圓的如表面具有紋理以減少反射并捕獲晶圓內(nèi)部的光線。
[0092]示例:
[0093]以下示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明而不限定范圍。
[0094]對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，首先，制備2000臟2的矩形正面3耵器件，其具有厚度為80鹽的I丁0層并且約為1臟的處理后指狀物間隔仏發(fā)#極。隨后，接觸指狀物和部分110由光刻膠保護(hù)?？涛g掉光刻膠并隨后在光刻膠的開口處很容易地對(duì)110進(jìn)行刻蝕。隨后在去除了 110的地方沉積電介質(zhì)以保證適當(dāng)?shù)目狗瓷錀l件。針對(duì)110的各種覆蓋率進(jìn)行測(cè)試。圖9示出了針對(duì)本發(fā)明的多個(gè)正面3耵電池以及比較標(biāo)準(zhǔn)器件而獲得的填充因子叩(叩是能夠提取的最大功率與短路電流和開路電壓的乘積之間的比例)。圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)于去除正面?、侵蟮谋景l(fā)明的太陽能電池，并且矩形點(diǎn)對(duì)應(yīng)于去除正面扣0之前的比較標(biāo)準(zhǔn)器件。示例3是參考試樣，示例1對(duì)應(yīng)于低發(fā)射極覆蓋分?jǐn)?shù)(5% )，示例3和4對(duì)應(yīng)于超低發(fā)射極覆蓋分?jǐn)?shù)(2% )，并且示例5和6對(duì)應(yīng)于中等發(fā)射極覆蓋分?jǐn)?shù)(20% )。
[0095]圖10針對(duì)正面3耵電池示出了，本發(fā)明使得數(shù)個(gè)類型的示例的填充因子與標(biāo)準(zhǔn)器件相比可以增加幾個(gè)百分點(diǎn)。介于晶圓面積的2%至10%之間的發(fā)射極覆蓋獲得最佳結(jié)果。在此情況下，發(fā)射極僅在全部發(fā)射極區(qū)域形成的一個(gè)部分中，全部發(fā)射極區(qū)域如圖9所示彼此連接，即該部分的面積介于20x20皿2的2%至10%之間。
[0096]本發(fā)明的太陽能電池有可能成為近乎完美的光伏器件。盡管未使用光學(xué)透鏡，但是電池結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很大的有效集中，該集中使得晶體太陽能電池的效率大大超出當(dāng)前的世界紀(jì)錄即25%，使其原理上能夠逼近29-30%，更加接近晶體硅太陽能電池的理論極限。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池，包括: 半導(dǎo)體晶圓⑴； 發(fā)射極，由至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域(20)形成，所述至少一個(gè)發(fā)射極區(qū)域(20)包括至少第一導(dǎo)電類型的第一層(3)和允許載流子提取或注入的第一接觸層(4)； 背接觸，包括至少第二導(dǎo)電類型的第二層(6)和允許載流子提取或注入的第二接觸層(7)，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反； 電接觸(8、9)，被分別連接到所述發(fā)射極區(qū)域(20)和所述背接觸，并且被設(shè)計(jì)為從所述太陽能電池中輸出電流， 其特征在于，所述發(fā)射極的面積占所述晶圓(I)的設(shè)置有所述發(fā)射極區(qū)域(20)的一偵_面積的0.5%至15%，較優(yōu)地占I %至10%并且更優(yōu)地占2%至5%，所述晶圓⑴的所述側(cè)的面積的剩余部分覆蓋有包括至少第一鈍化層(12、16)和至少一個(gè)第一可選附加層(13、17)在內(nèi)的第一鈍化區(qū)域(40)，所述至少一個(gè)第一可選附加層(13、17)使得所述第一鈍化層(12、16)不允許載流子提取或注入，所述第一鈍化區(qū)域(40)未被所述發(fā)射極區(qū)域(20)的所述第一導(dǎo)電類型的第一層(3)完全覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述發(fā)射極被設(shè)置在所述太陽能電池的正面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其特征在于，所述背接觸由至少一個(gè)背接觸區(qū)域(30)形成，所述至少一個(gè)背接觸區(qū)域(30)包括至少所述第二導(dǎo)電類型的第二層(6)以及允許載流子提取或注入的第二接觸層(7)，并且所述背接觸的面積占所述晶圓(I)的背面的面積的0.5%至15%、較優(yōu)地占1%至10%且更優(yōu)地占2%至5%，所述晶圓的所述背面的面積的剩余部分覆蓋有第二鈍化區(qū)域(50)，所述第二鈍化區(qū)域(50)包括至少第二鈍化層(14)和至少一個(gè)第二可選附加層(15)，所述至少一個(gè)第二可選附加層(15)使得所述第二鈍化層(14)不允許載流子提取或注入，所述第二鈍化區(qū)域(50)未被所述背接觸區(qū)域(30)的所述第二導(dǎo)電類型的第二層(6)完全覆蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述發(fā)射極被設(shè)置在所述太陽能電池的背面上，其特征在于，所述背接觸由至少一個(gè)背接觸區(qū)域(30)形成，所述至少一個(gè)背接觸區(qū)域(30)包括至少所述第二導(dǎo)電類型的第二層￠)以及允許載流子提取或注入的第二接觸層(7)，并且所述發(fā)射極的面積和所述背接觸的面積占所述晶圓(I)的背面的面積的0.5%至15%、較優(yōu)地占1%至10%且更優(yōu)地占2%至5%，所述晶圓的所述背面的面積的剩余部分覆蓋有第三鈍化區(qū)域(60)，所述第三鈍化區(qū)域￠0)包括至少第三鈍化層(16)和至少一個(gè)第三可選附加層(17)，所述至少一個(gè)第三可選附加層(17)使得所述第三鈍化層(16)不允許載流子提取或注入，所述第三鈍化區(qū)域(50)未被所述發(fā)射極區(qū)域(20)的所述第一導(dǎo)電類型的第一層(3)或所述背接觸區(qū)域(30)的所述第二導(dǎo)電類型的第二層(6)完全覆蓋。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述背接觸區(qū)域(30)彼此分尚。
6.根據(jù)權(quán)利要求3和4中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述背接觸區(qū)域(30)全部彼此連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，每個(gè)背接觸區(qū)域(30)由面積至少為0.09mm2的連續(xù)表面形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述背接觸區(qū)域(30)從所述太陽能電池的內(nèi)部到外部包括本征層(5)、所述第二導(dǎo)電類型的第二層￠)、以及所述允許載流子提取或注入的第二接觸層(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其特征在于，所述第二接觸層(7)選自:透明導(dǎo)電氧化物層、金屬層以及兩者的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述太陽能電池的正面包括正面鈍化表面(10)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述發(fā)射極區(qū)域(20)彼此分尚。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述發(fā)射極區(qū)域(20)全部彼此連接。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，每個(gè)發(fā)射極區(qū)域(20)由面積至少為0.09mm2的連續(xù)表面形成。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述發(fā)射極區(qū)域(20)從所述太陽能電池的內(nèi)部到外部包括本征層(2)、所述第一導(dǎo)電類型的第一層(3)、以及所述允許載流子提取或注入的第一接觸層(4)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池，其特征在于，所述第一接觸層(4)選自:透明導(dǎo)電氧化物層、金屬層以及兩者的組合。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述第一鈍化層、第二鈍化層或第三鈍化層(12、14、16)包括至少本征層。
17.根據(jù)權(quán)利要求8、14和16所述的太陽能電池，其特征在于，所述本征層由氫化無定形娃制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求4、8、14、16和17所述的太陽能電池，其特征在于，所述第三鈍化層(16)的本征層與所述發(fā)射極區(qū)域(20)的本征層和所述背接觸區(qū)域(30)的本征層相同。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述第一鈍化層、第二鈍化層或第三鈍化層(12、14、16)是選自以下各項(xiàng)的非吸收層:SiNx層、A1203層、S1x/SiNy堆疊、包括S1、0和N的層以及它們的組合。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述第一可選附加層、第二可選附加層或第三可選附加層(13、15、17)是保護(hù)層。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型的第一層(3)或所述第二導(dǎo)電類型的第二層(6)包括能夠含有高達(dá)80%的拉曼Si晶體分?jǐn)?shù)的娃相的氫化無定形娃。
22.根據(jù)權(quán)利要求17和21中任一項(xiàng)所述的太陽能電池，其特征在于，所述氫化無定形硅與從0、N、C和Ge中選擇的原子熔合，在不考慮存在的Η原子的情況下，在各層的原子中Si原子的分?jǐn)?shù)保持在30%。
【文檔編號(hào)】H01L31/0747GK104412394SQ201280074233
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】C·巴立夫, 喬納斯·蓋斯比勒 申請(qǐng)人:洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院