貫穿包括結(jié)構(gòu)和制造方法的高效率晶體太陽能電池中的鈍化電介質(zhì)層的屏蔽電觸點和摻雜本申請是申請日為2011年3月25日，名稱為“貫穿包括結(jié)構(gòu)和制造方法的高效率晶體太陽能電池中的鈍化電介質(zhì)層的屏蔽電觸點和摻雜”，申請?zhí)枮?01180021006.1的發(fā)明專利申請的分案申請。相關(guān)申請信息本申請要求于2010年3月26日提交的美國臨時專利申請No.61/318,099的優(yōu)先權(quán)。本申請還涉及于2010年4月21日提交的PCT申請No.PCT/US2010/031869，該PCT申請作為國際公開No.WO2010/123974A1于2010年10月28日公開，并要求于2009年4月21日提交的標(biāo)題為“High-EfficiencySolarCellStructuresandMethodsofManufacture”的美國臨時申請No.61/171,194的優(yōu)先權(quán)。由此，這些申請中的每一項以其全部內(nèi)容通過引用并入本文中?？梢越Y(jié)合上述申請的公開內(nèi)容來使用本發(fā)明的所有方面。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及太陽能電池。更具體地，本發(fā)明涉及用于提高電池效率的改進(jìn)的太陽能電池結(jié)構(gòu)和制造方法。

背景技術(shù)：
太陽能電池通過將基本上無限量的太陽能轉(zhuǎn)換為可用的電能而向社會提供著廣泛的好處。隨著太陽能電池的使用增加，諸如高產(chǎn)量生產(chǎn)和效率等某些經(jīng)濟(jì)因素變得重要起來。例如，參照以下的圖1-2的示例性太陽能電池的示意圖，假設(shè)太陽輻射優(yōu)先照亮太陽能電池的通常稱為正面的一個表面。為了獲得將入射光子轉(zhuǎn)換為電能的高的能量轉(zhuǎn)換效率，硅晶片中的光子的有效吸收十分重要。這能夠通過除了晶片自身以外的所有層中的光子的低寄生光吸收來實現(xiàn)。表面紋理化(texturization)是眾所周知的用于改進(jìn)入射光輻射的捕獲的技術(shù)。紋理化可以用若干方式來實現(xiàn)，但最常見的是使用濕法酸性蝕刻或堿性蝕刻來形成，其中晶片的表面蝕刻不一致，在太陽能電池襯底的整個表面上留下金字塔或錐形釘?shù)拿芗瘓觥Ｈ欢?，?yīng)該理解的是，可以以任何有利于改進(jìn)太陽能電池效率的形狀來使幾何形狀和/或表面具有紋理。高太陽能電池效率的重要參數(shù)是表面鈍化。表面鈍化通常被認(rèn)為對在晶片的特定物理表面附近處或附近中的電子和空穴的復(fù)合的抑制產(chǎn)生影響。能夠通過在襯底上施加電介質(zhì)層來減小表面復(fù)合。這些層減小了界面態(tài)密度，從而減小了復(fù)合中心的數(shù)量。最顯著的示例為熱生長的氧化硅和PECVD沉積的氮化硅。其它表面鈍化層的示例包括本征非晶硅、氮化鋁、氧化鋁等。圖1中示出了該原理。上述層也能夠提供引入排斥力的電荷，該排斥力減小了相反極性的載流子復(fù)合的可能性，從而降低了復(fù)合率。攜帶電荷的鈍化層的最顯著的示例為氮化硅和氧化鋁。減小一種類型的載流子靠近表面的量的另一方法是擴散與晶片摻雜類型相同或相反摻雜的摻雜原子。在此情況下，需要超出晶片摻雜的摻雜級來獲得高-低結(jié)(通常也稱為背面場或正面場)或p-n結(jié)。這種方法能夠與以上提到的其它表面鈍化方法結(jié)合。高效率太陽能電池需要結(jié)合使至襯底的電觸點具有最小的復(fù)合損耗的技術(shù)的良好的表面鈍化。本發(fā)明的主題是示例性太陽能電池結(jié)構(gòu)以及形成該太陽能電池結(jié)構(gòu)且解決上述問題的實踐方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點并提供了另外的優(yōu)點，包括太陽能電池結(jié)構(gòu)和形成方法，其結(jié)合鈍化電介質(zhì)層利用表面紋理以提供實用和可控制的技術(shù)來形成貫穿鈍化電介質(zhì)層且在導(dǎo)電層與襯底之間的電觸點，因此實現(xiàn)了高效率太陽能電池所需的具有低復(fù)合損耗的良好表面鈍化和電觸點這兩者。例如，圖2-3中示出了一種形成方法和得到的結(jié)構(gòu)。還公開了一種生產(chǎn)受控薄電介質(zhì)層的技術(shù)，所述受控薄電介質(zhì)層允許多數(shù)載流子通過，但是阻擋襯底的少數(shù)載流子遷移至導(dǎo)電層，由此使載流子的復(fù)合損耗最小化。例如，圖6和圖11中示出了這種技術(shù)。還公開了一種實用和可控制的技術(shù)，該技術(shù)通過將摻雜劑貫穿鈍化電介質(zhì)層中的小開口注入至半導(dǎo)體襯底中以產(chǎn)生埋在鈍化電介質(zhì)界面之下的P-N結(jié)來產(chǎn)生高效率太陽能電池。這導(dǎo)致了形成在襯底(例如，體硅)內(nèi)、具有低界面態(tài)密度的鈍化層下的結(jié)，因此導(dǎo)致了低載流子復(fù)合。例如，圖9-11中示出了該技術(shù)。此外，通過將摻雜劑貫穿受控觸點區(qū)域注入，能夠在觸點開口內(nèi)形成梯度摻雜濃度。該摻雜梯度對于排斥一種極性載流子有效，因此產(chǎn)生了屏蔽低載流子復(fù)合觸點。例如，圖10-11中示出了這種情況。結(jié)合電介質(zhì)鈍化層使用紋理襯底表面特性是一種控制直接觸點的總面積或者在導(dǎo)電層與襯底之間的隧道電介質(zhì)勢壘觸點的厚度的實用技術(shù)。而且，在任一種情況下都貫穿受控觸點區(qū)域形成了梯度摻雜分布圖。所有這些功能在制造高效率太陽能電池中都是有用的。例如，圖4、圖7和圖8中示出了控制觸點區(qū)域的原理?？傊?，一方面，本發(fā)明包括貫穿高效率晶體太陽能電池中的鈍化電介質(zhì)層的屏蔽電觸點，其中鈍化電介質(zhì)層在除了襯底的幾何紋理結(jié)構(gòu)上的受控觸點開口處以外的襯底之上大體上連續(xù)。例如，本發(fā)明包括通過選擇性地腐蝕電介質(zhì)層以在電介質(zhì)層內(nèi)可控地提供受控觸點開口。一方面，例如，通過從含有摻雜劑的導(dǎo)電層貫穿鈍化電介質(zhì)層中的受控觸點開口擴散或注入摻雜劑，來在鈍化電介質(zhì)層之下的襯底中形成P-N結(jié)。此外，通過本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)了另外的特征和優(yōu)點。在本文中詳細(xì)描述了本發(fā)明的其它實施例和方面，并將其作為所要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。附圖說明在說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求中特別指出并明確請求保護(hù)被視為本發(fā)明的主題。通過結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點變得顯而易見，在附圖中：圖1以示意圖的形式示出了高效率太陽能電池的特定要求；圖2a-b是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、具有受控觸點結(jié)構(gòu)的示例性太陽能電池的局部截面圖；圖3a-e示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、貫穿鈍化電介質(zhì)層的屏蔽電觸點的示例性工序流程和所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)；圖4a-b是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、通過調(diào)節(jié)蝕刻參數(shù)以達(dá)到期望的觸點開口面積和輪廓而實現(xiàn)的、貫穿電介質(zhì)層的受控觸點開口的局部截面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、在尖峰處的電介質(zhì)層的優(yōu)先腐蝕；圖6a-c示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、所形成的包括直接觸點或隧道勢壘觸點的示例性觸點結(jié)構(gòu)；圖7a-b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的觸點區(qū)域控制；圖8a-b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面、使用在界面平面和尖峰處的電介質(zhì)層的誘導(dǎo)裂縫達(dá)到用于觸點開口的優(yōu)先蝕刻路徑的替代的觸點開口方法；圖9a-b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面、在鈍化電介質(zhì)層下方形成P-N結(jié)；圖10a-d示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面實現(xiàn)的屏蔽直接觸點結(jié)構(gòu)；圖11a-d示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面實現(xiàn)的屏蔽隧道勢壘觸點結(jié)構(gòu)；圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、具有需要電觸點的多功能層的示例性太陽能電池的局部截面圖。具體實施方式如圖1中所示意性地示出的，高效率太陽能電池需要在襯底與導(dǎo)電層之間的低復(fù)合電流(Jo)和低接觸電阻(Rc)這兩者。具有例如99.5-95％的電介質(zhì)面積和0.5-5％的觸點面積的結(jié)構(gòu)界面層達(dá)到了這個要求。圖2a-b是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、具有受控觸點結(jié)構(gòu)的示例性太陽能電池的局部截面圖，其中高效率太陽能電池10在導(dǎo)電層11、金屬化14與襯底13之間提供了良好的鈍化表面和低接觸電阻這兩者。利用電介質(zhì)層12鈍化表面同時在導(dǎo)電層與襯底之間提供相對較小面積的觸點的結(jié)構(gòu)是高效率的理想結(jié)構(gòu)。本文所描述的屏蔽觸點結(jié)構(gòu)同樣地適合用作正面結(jié)構(gòu)以及背面結(jié)構(gòu)8，或作為高效率太陽能電池中同時存在的結(jié)構(gòu)。圖3a-e示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、貫穿鈍化電介質(zhì)層的屏蔽電觸點的示例性工序流程和所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。在下文中更詳細(xì)地討論了工序步驟，該工序步驟可以包括(但不限于)：步驟21：提供襯底。在本文中廣泛使用的術(shù)語“襯底”意味著任意底部層或需要導(dǎo)電連接的層。因此，本文的電池結(jié)構(gòu)能夠包括另外的底部功能層。步驟22：使襯底-紋理(例如，金字塔尖峰)具有紋理是蝕刻至襯底中以形成用于在襯底與隨后沉積的導(dǎo)電層之間形成受控觸點區(qū)域的底部結(jié)構(gòu)。步驟23：在紋理化襯底上沉積、生長或其它方式形成電介質(zhì)層，以鈍化襯底并允許在襯底與隨后沉積的導(dǎo)電層之間的受控觸點。步驟24：貫穿電介質(zhì)層的部分的開口觸點。例如，沿著金字塔結(jié)構(gòu)的交叉平面和/或貫穿電介質(zhì)層的尖峰腐蝕或蝕刻觸點開口，以在襯底與隨后沉積的導(dǎo)電層之間形成受控觸點開口。步驟25：在上表面上和受控觸點開口之上沉積導(dǎo)電層，在襯底與導(dǎo)電層之間形成受控觸點結(jié)構(gòu)。步驟26：如果需要，將摻雜劑擴散至襯底中(在下面進(jìn)一步討論)。圖3b-e分別示出了在金字塔紋理形狀的情況下由上述步驟22-25得到的紋理化結(jié)構(gòu)的透視圖。圖3d示出了在尖峰處和/或沿著金字塔的交叉平面的示例性開口。圖4a-b是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、通過調(diào)節(jié)蝕刻參數(shù)以達(dá)到期望的觸點開口區(qū)域和輪廓而實現(xiàn)的、在襯底43上貫穿電介質(zhì)層42的受控觸點開口的局部截面圖。能夠通過若干技術(shù)提高離子轟擊46的方向性來達(dá)到對紋理平面的交叉平面和/或尖峰區(qū)域的腐蝕，所述技術(shù)包括：1、通過在襯底處引入DC或RF偏壓48以在襯底中引入電荷來提高在金字塔的交叉平面和尖峰處的吸引電場的強度(例如，圖4b)。2、在等離子體中使用較低活性的氣體種類，增大由于化學(xué)蝕刻上的直接離子轟擊所致的腐蝕。3、降低氣壓，由此增大離子平均自由程。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、在尖峰處的電介質(zhì)層52的優(yōu)先腐蝕。因為在金字塔(或其它幾何結(jié)構(gòu))的側(cè)壁上，類負(fù)電荷(like-negativecharge)的斥力位于表面的平面中，但是在兩個或多個平面的尖銳交叉處附近或尤其在形成尖峰的多于三個平面處，凈負(fù)力(netnegativeforce)將會更強并垂直于表面，所以電荷密度56在幾何平面的交叉處和尖峰處最高。因此，由于在交叉和尖峰處的正離子與更強的負(fù)電荷之間更強的引力所致，由等離子轟擊發(fā)射出的正離子優(yōu)選地在金字塔平面交叉或尖峰上。由于包括在尖峰處的電場力、在尖峰處的應(yīng)力裂縫、離子轟擊方向性、更大的尖峰的幾何暴露等若干因素所致，優(yōu)選在尖峰處腐蝕鈍化電介質(zhì)層。圖6a-c示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、所形成的包括直接觸點65或隧道勢壘觸點66的示例性觸點結(jié)構(gòu)。在圖6b中，可以通過所有方式腐蝕鈍化電介質(zhì)層62以制作直接觸點開口?；蛘撸趫D6c中，優(yōu)先地可以在尖峰處減薄鈍化電介質(zhì)層62以形成隧道電介質(zhì)勢壘觸點66。圖7a-b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的觸點區(qū)域控制。由于垂直地(Y)腐蝕尖峰，所以增大了貫穿鈍化電介質(zhì)層72的二維開口觸點區(qū)域?；蛘?，利用對“有效”觸點區(qū)域的控制，優(yōu)先地可以在尖峰處減薄鈍化電介質(zhì)層以形成隧道電介質(zhì)勢壘觸點。圖8a-b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、使用在界面平面和尖峰處的電介質(zhì)層82的誘導(dǎo)裂縫以達(dá)到用于觸點開口的優(yōu)先蝕刻路徑的替代的觸點開口方法。在反應(yīng)離子刻蝕工藝中，能夠在電介質(zhì)層中引入應(yīng)力裂縫85以優(yōu)先地沿著裂縫界面蝕刻。應(yīng)力裂縫可以被熱誘導(dǎo)或者由在界面平面的交叉或尖峰處的其它應(yīng)力所引起。在交叉平面處的應(yīng)力從本征地高于平面表面上的應(yīng)力并且還能夠通過電介質(zhì)沉積工藝的參數(shù)來進(jìn)一步地增大。通過改變反應(yīng)組分的濃度和離子轟擊83的方向性能夠調(diào)節(jié)觸點開口輪廓和面積。圖9a-b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面的、在鈍化電介質(zhì)層下方形成P-N結(jié)98。通過將固相摻雜劑97從含有摻雜劑的導(dǎo)電層91貫穿電介質(zhì)層中的觸點開口注入至襯底中，以在鈍化電介質(zhì)層下方形成P-N結(jié)98。在熱擴散之下，摻雜劑原子優(yōu)選地通過減薄的或受腐蝕的電介質(zhì)的位置擴散。圖10a-d示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面實現(xiàn)的屏蔽直接觸點結(jié)構(gòu)。能夠通過形成從導(dǎo)電層101界面處的高濃度過渡至由電介質(zhì)層102中的開口所形成的觸點區(qū)域105下面的襯底103內(nèi)的P-N結(jié)處的低濃度的摻雜濃度梯度108，來形成屏蔽觸點(具有低載流子復(fù)合損耗的屏蔽觸點)。摻雜劑輪廓屏蔽觸點，使其免于過量載流子復(fù)合損耗。如上所述，屏蔽觸點能夠存在于兩個或更多平面的交叉處，優(yōu)先地存在于三個或更多平面的交叉處，諸如如圖所示的金字塔結(jié)構(gòu)的尖峰處。圖11a-d示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面實現(xiàn)的屏蔽隧道勢壘觸點結(jié)構(gòu)。也可以不通過打開電介質(zhì)層112而通過將電介質(zhì)層減薄至期望厚度(可以在5-50埃之間)來實現(xiàn)屏蔽觸點，所述期望厚度使得一種極性的載流子可以在存在勢壘的同時隧道貫穿至相反極性的載流子的通道。這種結(jié)構(gòu)稱為隧道勢壘觸點116。可選地，能夠通過將摻雜劑117從導(dǎo)電層111擴散貫穿隧道電介質(zhì)結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步屏蔽觸點使其免于復(fù)合損耗，來形成摻雜梯度118。在下...