專利名稱：太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，更具體地說，涉及一種利用晶片型太陽能電池和薄 膜型太陽能電池的結(jié)合而制造出的太陽能電池。
背景技術(shù)：
具有半導(dǎo)體特性的太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化成電能。下面將簡短地說明根據(jù)現(xiàn)有技 術(shù)所述的太陽能電池的結(jié)構(gòu)和原理。所述太陽能電池形成為PN結(jié)結(jié)構(gòu)，其中，P(正)型半 導(dǎo)體與N(負(fù))型半導(dǎo)體形成結(jié)。當(dāng)太陽光入射到所述具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽能電池上時(shí)， 由于所述太陽光的能量的緣故，在所述半導(dǎo)體中產(chǎn)生了空穴⑴和電子(_)。在PN結(jié)區(qū)域 中所產(chǎn)生的電場的作用下，所述空穴(+)向所述P型半導(dǎo)體漂移，而所述電子(_)向所述N 型半導(dǎo)體漂移，由此產(chǎn)生了電力，并出現(xiàn)了電勢。
太陽能電池主要分為晶片型太陽能電池和薄膜型太陽能電池。晶片型太陽能電池使用由諸如硅等半導(dǎo)體材料制成的襯底。具體說，晶片型太陽 能電池可以利用具有PN結(jié)構(gòu)的單晶硅來制造，或者利用具有PN結(jié)構(gòu)的多晶硅來制造。利 用具有PN結(jié)構(gòu)的單晶硅制造的晶片型太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，因?yàn)閱尉Ч璧募兌雀?并且晶體缺陷密度低。然而，價(jià)格高昂的單晶硅不適于批量生產(chǎn)。同時(shí)，由于多晶硅價(jià)格低 廉并且工藝成本便宜，所以利用具有PN結(jié)構(gòu)的多晶硅制造的晶片型太陽能電池適合于批 量生產(chǎn)。然而，利用具有PN結(jié)構(gòu)的多晶硅制造的晶片型太陽能電池很難實(shí)現(xiàn)高效率。另 夕卜，利用具有PN結(jié)構(gòu)的多晶硅制造的晶片型太陽能電池吸收長波長范圍內(nèi)的光，但利用多 晶硅制造的晶片型太陽能電池很難吸收短波長范圍內(nèi)的光。因此，在利用多晶硅制造的晶 片型太陽能電池中，效率的最大值約為19%，這使得不能實(shí)現(xiàn)高效率太陽能電池。薄膜型太陽能電池通過在玻璃制成的襯底上形成薄膜型半導(dǎo)體來制造。由于縱斷 面(profile)很薄的薄膜型太陽能電池能夠用價(jià)格低廉的材料來制造，所以它適合于批量 生產(chǎn)。薄膜型太陽能電池包括具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜型硅層，其中所述PIN結(jié)構(gòu)由P(正)型 硅層、I (本征)型硅層和N(負(fù))型硅層順序沉積而成。然而，所述薄膜型硅層的低的光吸 收效率和薄的縱斷面會(huì)對(duì)光吸收效率產(chǎn)生限制。因此，提出了具有雙層PIN結(jié)構(gòu)而不是單層PIN結(jié)構(gòu)的薄膜型太陽能電池。然而， 具有雙層PI N結(jié)構(gòu)的薄膜型太陽能電池的一個(gè)問題是加工時(shí)間長。另外，即使采用雙層 PIN結(jié)構(gòu)來制造薄膜型太陽能電池，效率也只有約15 %或更小。利用具有PN結(jié)構(gòu)的多晶硅制造的晶片型太陽能電池和具有雙層PIN結(jié)構(gòu)的薄膜 型太陽能電池由于其適合于批量生產(chǎn)而得到了發(fā)展。然而，在利用具有PN結(jié)構(gòu)的多晶硅制 造的晶片型太陽能電池的情況下，由于不能同等地吸收全部范圍內(nèi)的光，所以不能實(shí)現(xiàn)高 效率。另外，在具有雙層PIN結(jié)構(gòu)的薄膜型太陽能電池的情況下，由于加工時(shí)間長，很難實(shí) 現(xiàn)高效率以及提高產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題所以，考慮了上述問題后做出了本發(fā)明，本發(fā)明的目標(biāo)是，提供一種能夠獲得高效率并減少加工時(shí)間的太陽能電池及其制造方法。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)以及其他優(yōu)點(diǎn)并且與本發(fā)明的目的一致，如在此舉例并概括描 述的，一種太陽能電池包括包含具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片的第一電池；在所述第一電池 的一個(gè)表面上形成的、包含具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層的第二電池；在所述第二電池的 一個(gè)表面上形成的第一電極層；以及在所述第一電池的另一個(gè)表面上形成的第二電極層。所述太陽能電池還包括位于所述第二電池和所述第一電極層之間的、具有不平滑 表面的透明導(dǎo)電層。所述第一電池包含P型多晶硅層和在所述P型多晶硅層的一個(gè)表面上的N型多晶 硅層。此時(shí)，在所述P型多晶硅層的另一個(gè)表面上另外形成P+型多晶硅層，并且所述第二 電池順序包含P型非晶硅層、I型非晶硅層和N型非晶硅層。所述第一電池包含N型多晶硅層和在所述N型多晶硅層的一個(gè)表面上的P型多晶 硅層。此時(shí)，在所述N型多晶硅層的另一個(gè)表面上另外形成N+型多晶硅層，并且所述第二 電池順序包含N型非晶硅層、I型非晶硅層和P型非晶硅層。在本發(fā)明的另一方面中，一種制造太陽能電池的方法包括形成包含具有PN結(jié)構(gòu) 的半導(dǎo)體晶片的第一電池；在所述第一電池的一個(gè)表面上形成包含具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半 導(dǎo)體層的第二電池；以及在所述第二電池的一個(gè)表面上形成第一電極層，并在所述第一電 池的另一個(gè)表面上形成第二電極層。此時(shí)，所述方法還包括在所述第二電池和所述第一電極層之間形成具有不平滑表 面的透明導(dǎo)電層。另外，形成所述第一電池的步驟包括制備(Pr印are)P型多晶硅晶片；以 及通過利用N型摻雜物對(duì)所述P型多晶硅晶片進(jìn)行摻雜而在所述P型多晶硅晶片的一個(gè)表 面上形成N型多晶硅層。另外，制備所述P型多晶硅晶片的步驟包括，在所述P型多晶硅晶 片上形成一個(gè)不平滑的表面，以便在所述N型多晶硅層中形成一個(gè)不平滑表面。此外，所述 方法還包括在所述P型多晶硅晶片的另一個(gè)表面上形成P+型多晶硅層。另外，形成所述第 二電池的步驟包括，順序沉積P型非晶硅層、I型非晶硅層和N型非晶硅層。此時(shí)，形成所述第一電池的步驟包括形成N型多晶硅晶片；以及通過利用P型摻 雜物對(duì)所述N型多晶硅晶片進(jìn)行摻雜而在所述N型多晶硅晶片的一個(gè)表面上形成P型多晶 硅層。在這種情形中，制備所述N型多晶硅晶片的步驟包括，在所述N型多晶硅晶片上形成 一個(gè)不平滑的表面，以便在所述P型多晶硅層中形成一個(gè)不平滑表面。此外，所述方法還包 括在所述N型多晶硅晶片的另一個(gè)表面上形成N+型多晶硅層。另外，形成所述第二電池的 步驟包括，順序沉積N型非晶硅層、I型非晶硅層和P型非晶硅層。在本發(fā)明的另一方面中，一種太陽能電池包括包含半導(dǎo)體晶片的第一電池；在所 述第一電池的一個(gè)表面上形成的、包含薄膜半導(dǎo)體層的第二電池；在所述第二電池的一個(gè)表 面上形成的第一電極層；以及在所述第一電池的另一個(gè)表面上形成的第二電極層，其中，所 述第一電池中所吸收的光的波長范圍不同于所述第二電池中所吸收的光的波長范圍。此時(shí)，所述第一電池包含具有PN結(jié)構(gòu)的多晶硅層，而所述第二電池包含具有PIN結(jié)構(gòu)的非晶硅層。應(yīng)該明白，前面對(duì)本發(fā)明的一般描述和下面對(duì)本發(fā)明的具體描述均為示范性和說明性的，旨在對(duì)權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。有益效果根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池及其制造方法具有下述優(yōu)點(diǎn)。首先，根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池包括用于第一電池的具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體 晶片、以及用于第二電池的具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能電 池不同，根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池能夠在所述第一電池中吸收長波長范圍內(nèi)的光，而 在所述第二電池中能夠吸收短波長范圍內(nèi)的光。結(jié)果是，可以使本發(fā)明所述的太陽能電池 吸收所有范圍內(nèi)的光，由此可以實(shí)現(xiàn)約20%或20%以上的高效率。另外，根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池使用具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片作為所述第 一電池。所以，整個(gè)加工時(shí)間變短，因?yàn)椴恍枰陂L的時(shí)間段內(nèi)形成硅薄膜的過程。另外，根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池由具有PIN結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜半導(dǎo)體層和具 有PN結(jié)構(gòu)的多晶硅半導(dǎo)體晶片形成，從而可以防止所述非晶硅在長時(shí)間暴露在光下時(shí)產(chǎn) 生退化。當(dāng)形成根據(jù)本發(fā)明所述的具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層時(shí)，P型非晶硅層被形成 為與太陽光入射面相鄰，由此能夠提高對(duì)入射光所產(chǎn)生的載流子的收集效率。此外，所述透明導(dǎo)電層和所述N型多晶硅層可以具有不平滑表面，或者，所述透明 導(dǎo)電層和所述P型多晶硅層可以具有不平滑表面，由此，提高了光吸收效率。如果形成了所述P+型多晶硅層或所述N+型多晶硅層，那么，可以防止由太陽光產(chǎn) 生的電子在所述半導(dǎo)體晶片的后表面復(fù)合(recombine)，從而提高太陽能電池的效率。當(dāng)使用等離子體離子摻雜方法形成所述具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片時(shí)，可以實(shí)現(xiàn) 高的精確性和實(shí)現(xiàn)性、能夠減少加工時(shí)間、并提高產(chǎn)率而不用進(jìn)行額外的去除副產(chǎn)物的過 程。


圖1是一個(gè)剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池；圖2是一個(gè)剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池；圖3A到3H是剖視圖，示出了制造根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池的 方法；圖4A到4G是剖視圖，示出了制造根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池 的方法。
具體實(shí)施例方式下面將詳細(xì)提及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中例示了優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)例。只要 可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來指示相同或相似的部分。下面將參考附圖來說明根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池及其制造方法?！刺柲茈姵亍祱D1是一個(gè)剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池包括半導(dǎo)體晶片100、薄膜半導(dǎo)體層200、 透明導(dǎo)電層300、第一電極層400和第二電極層500。 半導(dǎo)體晶片100形成了所述太陽能電池的第一電池，其中，半導(dǎo)體晶片100被形成 為PN結(jié)構(gòu)。具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100包括P型多晶硅層110、在P型多晶硅層110的 上表面上的N型多晶硅層120、以及在P型多晶硅層110的下表面上的P+型多晶硅層130。具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100可以通過下列順序的步驟來形成，即，利用高溫?cái)U(kuò) 散或等離子體離子摻雜方法，利用N型摻雜物對(duì)P型多晶晶片的上表面進(jìn)行摻雜從而形成N 型多晶硅層；通過利用P型摻雜物對(duì)P型多晶晶片的下表面進(jìn)行摻雜來形成高摻雜的P+型 多晶硅層。優(yōu)選地，N型多晶硅層120具有不平滑的表面。這是因?yàn)?，N型多晶硅層120的 不平滑表面有利于光吸收面積的增加，由此提高太陽能電池的效率。P+型多晶硅層130對(duì)于所述太陽能電池來說是可選的，然而，優(yōu)選地，在P型多晶 硅層Iio的下表面上形成P+型多晶硅層130。如果形成P+型多晶硅層130，那么，可以防止 由太陽光產(chǎn)生的電子在所述第一電池的后表面復(fù)合，從而提高太陽能電池的效率。薄膜半導(dǎo)體層200形成了所述太陽能電池的第二電池，其中，薄膜半導(dǎo)體層200被 形成為PIN結(jié)構(gòu)。具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200是通過順序沉積P型非晶硅層210、1 型非晶硅層220和N型非晶硅層230來形成的。具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200可以通 過等離子體CVD方法來形成。在具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200中，P型非晶硅層210和 N型非晶硅層230使I型非晶硅層220中產(chǎn)生耗盡層，從而出現(xiàn)電場。因此，由太陽光產(chǎn)生 的電子和空穴在所述電場的作用下發(fā)生漂移，這些漂移的空穴和電子被收集在P型非晶硅 層210和N型非晶硅層230中。此時(shí)，所形成的P型非晶硅層210的厚度在50A到500A之 間。另外，P型非晶硅層210可以由P型非晶碳化硅(SiC)來形成。優(yōu)選地，用于所述第一電池的半導(dǎo)體晶片100中所吸收的光的波長范圍與用于所 述第二電池的薄膜半導(dǎo)體層200中所吸收的光的波長范圍不同，從而所述薄膜型太陽能電 池能夠吸收很寬范圍內(nèi)的光。因此，用于所述第一電池的半導(dǎo)體晶片100由具有PN結(jié)構(gòu) 的多晶硅層形成，以便吸收長波長的光，而用于所述第二電池的薄膜型半導(dǎo)體層200由具 有PIN結(jié)構(gòu)的非晶硅形成，以便吸收短波長的光。包含所述多晶硅層的所述第一電池吸收 與500nm到IlOOnm相對(duì)應(yīng)的長波長范圍內(nèi)的光，包含所述非晶硅層的所述第二電池吸收與 300nm到800nm相對(duì)應(yīng)的短波長范圍內(nèi)的光。透明導(dǎo)電層300位于第一電極層400和具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200中的N 型非晶硅層230之間。在這種情形中，透明導(dǎo)電層300可以通過濺射或MOCVD (金屬有機(jī)物 化學(xué)氣相沉積)，由透明導(dǎo)電材料(例如，Zn0、Zn0:B、Zn0:Al、Sn02、SnO2: F、或ITO (銦錫氧 化物))來形成。透明導(dǎo)電層300相當(dāng)于太陽光入射面。就是說，對(duì)于透明導(dǎo)電層300而言，重要的 是以最小的損失將太陽光傳輸?shù)教柲茈姵氐膬?nèi)部。為此，可以對(duì)透明導(dǎo)電層300進(jìn)行附 加的紋理化處理。通過所述紋理化處理，材料層的表面由使用光刻的刻蝕過程、使用化學(xué) 溶液的各向異性刻蝕過程、或機(jī)械劃刻過程變?yōu)椴黄交谋砻妫?，紋理結(jié)構(gòu)。如果對(duì)透明 導(dǎo)電層300進(jìn)行了所述紋理化處理，那么，由于太陽光的散射，太陽光在所述太陽能電池上 的反射率下降并且太陽光在所述太陽能電池上的吸收率提高，從而提高了太陽能電池的效 率。
第一電極層400可以通過濺射或印刷，由諸如Ag、Al、Ag+Mo、Ag+Ni、Ag+Cu、Ag+Al, Ag+Mgjg+MruAg+StKAg+Zru或Ag+Al+Zn等金屬形成。由于第一電極層400形成在所述太陽 光入射面上，所以，優(yōu)選地，將第一電極層400圖案化以占據(jù)較小的面積，以便增加太陽光 的入射。因此，第一電極層400可以通過下列順序的步驟來制成，即通過濺射形成電極層， 然后通過刻蝕對(duì)電極層圖案化。在另一種方式中，通過利用絲網(wǎng)印刷(screen printing) 法、噴墨印刷(inkjet printing)法、凹版印刷(gravure printing)法、或微接觸印刷 (micro-contact printing)法直接形成預(yù)定圖案，從而制成第一電極層400。在所述絲網(wǎng)印刷法的情形中，通過擠壓將材料轉(zhuǎn)印到預(yù)定物體上。噴墨印刷法使 用噴墨將材料噴射到預(yù)定物體上，從而在上面形成預(yù)定圖案。在凹版印刷法的情形中，將材 料涂在凹版印板上，然后將所涂的材料轉(zhuǎn)印到預(yù)定物體上，從而在所述預(yù)定物體上形成預(yù) 定圖案。微接觸印刷法利用預(yù)定模具在預(yù)定物體上形成材料的預(yù)定圖案。像第一電極層400那樣，利用濺射或印刷，由諸如Ag、Al、Ag+Mo、Ag+Ni、Ag+Cu、 Ag+Al、Ag+Mg、Ag+Mn、Ag+Sb、Ag+Zn、或Ag+Al+Zn等金屬形成第二電極層500。由于第二電極層 500不在太陽光入射面上，所以，第二電極層500形成在具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100的整 個(gè)下表面上。如果需要，可以以與第一電極層400同樣的尺寸形成第二電極層500的圖案。
包含具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100的所述第一電池吸收長波長光，而包含具有 PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200的所述第二電池吸收短波長光。結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明所述的太 陽能電池能夠吸收所有范圍內(nèi)的太陽光，由此可以實(shí)現(xiàn)約20%以上的高效率。另外，由于用 來吸收長波長光的所述第一電池由具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100形成，所以，不需要像現(xiàn) 有技術(shù)中所需的用于沉積硅薄膜以便吸收長波長光的費(fèi)時(shí)過程。另外，非晶半導(dǎo)體材料的缺點(diǎn)在于，當(dāng)它在太陽光下長時(shí)間暴露時(shí)會(huì)很快地退化。 根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池包含具有多晶硅光吸收層的所述第一電池和具有非晶硅光 吸收層的所述第二電池。與現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能電池(其光吸收層只由非晶硅構(gòu)成，厚度 與根據(jù)本發(fā)明所述的第一和第二電池中的光吸收層的總厚度相同)相比，根據(jù)本發(fā)明所述 的具有所述第一和第二電池的太陽能電池能夠防止太陽能電池效率的退化。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池中，具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100 包含在P型多晶硅層110的上表面上的N型多晶硅層120 ；而具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體 層200包含在P型非晶硅層210的上表面上的I型非晶硅層220以及在I型非晶硅層220 的上表面上的N型非晶硅層230。就是說，在半導(dǎo)體晶片100和薄膜半導(dǎo)體層200中，P型 半導(dǎo)體層均位于下部，而N型半導(dǎo)體層均位于上部。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池的情形中，所述P型半導(dǎo)體層位 于上部，而所述N型半導(dǎo)體層位于下部。圖2是一個(gè)剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池。除了 具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100和具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200外，圖2所示的根據(jù)本 發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池與圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的太 陽能電池在結(jié)構(gòu)上相同，因此，這些相同部分的詳細(xì)說明將省略。就是說，根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池中的透明導(dǎo)電層300、第一電極層400和第二電極層500與根 據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池中的這些部分相同，從而，省略透明導(dǎo)電層300、 第一電極層400和第二電極層500的詳細(xì)說明。
如圖2所示，具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100包括N型多晶硅層120、在N型多晶硅層120的上表面上的P型多晶硅層110、以及在N型多晶硅層120的下表面上的N+型多晶 硅層140。具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100通過下列順序的步驟來獲得，即，利用高溫?cái)U(kuò)散或等離子體離子摻雜方法，利用P型摻雜物對(duì)N型多晶硅晶片的上表面進(jìn)行摻雜從而形成P 型多晶硅層；以及通過利用N型摻雜物對(duì)N型多晶硅晶片的下表面進(jìn)行摻雜來形成高摻雜 的N+型多晶硅層。優(yōu)選地，P型多晶硅層110具有不平滑的表面，這對(duì)光吸收面積的增加是 有利的。具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200包括順序沉積的N型非晶硅層230、I型非晶硅 層220和P型非晶硅層210。具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200可以由等離子體CVD方法 來形成。上面對(duì)圖1和2所示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的太陽能電池進(jìn)行了說明，每種 太陽能電池各有下述優(yōu)點(diǎn)。首先，圖1所示的太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)是，形成具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100的過 程很容易。為了形成具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片100，需要進(jìn)行下列過程1)利用高溫?cái)U(kuò)散 或等離子體離子摻雜方法，利用N型摻雜物對(duì)P型多晶硅晶片的上表面進(jìn)行摻雜從而形成 N型多晶硅層(對(duì)于圖1所示的太陽能電池)，或者，2)利用高溫?cái)U(kuò)散或等離子體離子摻雜 方法，利用P型摻雜物對(duì)N型多晶硅晶片的上表面進(jìn)行摻雜從而形成P型多晶硅層(對(duì)于 圖2所示的太陽能電池)。當(dāng)利用高溫?cái)U(kuò)散方法進(jìn)行所述摻雜過程時(shí)，與在N型多晶硅晶片的上表面上摻雜 P型摻雜物(形成圖2所示太陽能電池的情形)相比，在P型多晶硅晶片的上表面上摻雜N 型摻雜物(形成圖1所示太陽能電池的情形)可以在低溫下進(jìn)行，從而它變得更容易。其次，在圖2所示的太陽能電池的情形中，具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200中的 P型非晶硅層210被放置為與所述太陽光入射面相鄰，由此，能夠提高對(duì)入射光所產(chǎn)生的載 流子的收集效率。這是因?yàn)榭昭ǖ倪w移率比電子的遷移率要小。為了最大化對(duì)入射光所產(chǎn) 生的載流子的收集效率，P型非晶硅層210被放置為與所述太陽光入射面相鄰。<太陽能電池的制造方法>圖3A到3H是剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池的制造 方法，這些圖與利用高溫?cái)U(kuò)散方法形成具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片從而制造圖1所示的太陽 能電池的方法相關(guān)。首先，如圖3A所示，制備P型多晶硅晶片110a。然后，如圖3B所示，通過圖案化使 P型多晶硅晶片IlOa的上表面變得不平滑。提供P型多晶硅晶片IlOa的不平滑的上表面 以獲得N型多晶硅層的不平滑表面。一般地，通過堿刻蝕可以使單晶硅晶片具有不平滑表面。然而，在多晶硅晶片的 情形中，利用堿刻蝕很難在多晶硅晶片上形成不平滑表面，因?yàn)樵S多晶粒沿不同方向取向。 為了使多晶硅晶片獲得不平滑表面，優(yōu)選地，進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕(reactive ion etching, RIE)、使用酸溶液的各向同性刻蝕、或機(jī)械刻蝕。RIE能夠在晶片上均勻地形成不平滑表面，不管晶粒的晶體取向如何。因此，可以將RIE運(yùn)用到形成多晶硅晶片的不平滑表面的過程中。特別是，如果運(yùn)用了 RIE，那么，圖3B和3C中的過程可以在同一腔室中進(jìn)行。RIE使用Cl2、SF6、NF3、HBr或其混合物作為主氣 體，以及使用Ar、02、N2, He或其混合氣體作為添加氣體。如圖3C所示，通過在P型多晶硅晶片IlOa上擴(kuò)散N型摻雜物，在P型多晶硅晶片 IlOa的表面上摻雜出N型多晶硅120a。在這個(gè)過程中，N型摻雜物在高溫下擴(kuò)散。具體說， 當(dāng)P型多晶硅晶片IlOa處于800°C以上的高溫爐中時(shí)，提供N型摻雜物氣體，諸如POCl3或 PH3，使得所述N型摻雜物在P型多晶硅晶片IlOa的表面上進(jìn)行擴(kuò)散。由于所述高溫?cái)U(kuò)散過程是在800°C以上的高溫下進(jìn)行的，所以在P型多晶硅晶片 IlOa的表面會(huì)產(chǎn)生諸如磷硅玻璃(phosphor-silicate glass,PSG)等副產(chǎn)物。所述PSG在 太陽能電池中引起電流截止問題。為了提高太陽能電池的效率，優(yōu)選地，使用刻蝕劑去除所 述 PSG。如圖3D所示，從P型多晶硅晶片IlOa的側(cè)面和下表面去除N型多晶硅層120a，使 得只在P型多晶硅晶片IlOa的上表面保留N型多晶硅層120。如果進(jìn)行所述高溫?cái)U(kuò)散過 程，那么，N型多晶硅層120a會(huì)在P型多晶硅晶片IlOa的整個(gè)表面上形成，如圖3C所示。 這種結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致漏電流問題?？紤]到這一點(diǎn)，從P型多晶硅晶片IlOa的側(cè)面和下表面去除 N型多晶硅層120a，以便防止所述漏電流。可以使用濕式刻蝕或干式刻蝕來去除N型多晶 硅層120。如圖3E所示，在N型多晶硅層120的上表面形成具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200。使用等離子體CVD方法，通過順序沉積P型非晶硅層210、I型非晶硅層220、和N型 非晶硅層230來形成具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200。所形成的P型非晶硅層210的厚 度在50A到500 A之間。另外，P型非晶硅層210可以由P型非晶碳化硅(SiC)形成。接著，如圖3F所示，在N型非晶硅層230的上表面上形成透明導(dǎo)電層300。透明導(dǎo) 電層300可以通過濺射或MOCVD (金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積)，由透明導(dǎo)電材料(例如，ZnO、 ZnO B、ZnO Al、ZnO H、SnO2、SnO2 F、或ITO (銦錫氧化物))來形成。優(yōu)選地，通過所述紋理 化過程使透明導(dǎo)電層300的表面變得不平滑。參看圖3G，在透明導(dǎo)電層300的上表面上形成第一電極層400，而在P型多晶硅晶 片1 IOa的下表面上形成第二電極層500。在這種情形中，可以在首先形成第一電極層400之 后，形成第二電極層500，也可以在首先形成第二電極層500之后，形成第一電極層400。第 一和第二電極層400和500可以通過濺射或印刷，由諸如AgjLAg+Mojg+NLAg+CiuAg+AL Ag+Mgjg+MruAg+StKAg+Zru或Ag+Al+Zn等金屬形成。另外，優(yōu)選地，通過圖案化使第一電極 層400的面積減小。接著，如圖3H所示，在P型多晶硅晶片IlOa的下表面摻雜P型摻雜物，由此在P型 多晶硅層110的下表面上形成P+型多晶硅層130。此時(shí)，如果第二電極層500由與三價(jià)金 屬對(duì)應(yīng)的鋁Al形成，那么，通過對(duì)第二電極層500進(jìn)行熱處理，可以使P型多晶硅晶片IlOa 的下表面摻雜鋁Al。如果第二電極層500不由三價(jià)金屬形成，那么，通過用三價(jià)離子對(duì)P型多晶硅晶片 IlOa的下表面進(jìn)行摻雜，可以在P型多晶硅晶片IlOa的下表面上形成P+型多晶硅層130。 這個(gè)過程可以通過等離子體離子摻雜方法(參見圖4A到4G中的等離子體離子摻雜方法)， 使用諸如B2H6等摻雜物氣體來進(jìn)行。如果通過等離子體離子摻雜方法形成P+型多晶硅層 130，那么，優(yōu)選地，在形成第二電極層500的過程之前進(jìn)行這個(gè)過程。具體說，這個(gè)過程在圖3D的過程、圖3E的過程或圖3F的過程之后立即進(jìn)行。前面的說明涉及圖1所示太陽能電池的制造方法。然而，前面的說明也包括了圖 2所示太陽能電池的制造方法。在下文中，將簡短地說明通過利用高溫?cái)U(kuò)散形成具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片從而 制造圖2中的太陽能電池的方法。首先，制備N型多晶硅晶片。然后，使所述N型多晶硅晶片的上表面變得不平滑。 之后，用P型摻雜物對(duì)所述N型多晶硅晶片進(jìn)行摻雜，使得所述N型多晶硅晶片的表面摻雜 有P型多晶硅。具體說，當(dāng)所述N型多晶硅晶片處于850°C以上的高溫爐中時(shí)，向其提供諸如包含 硼(B)的B2H6等P型摻雜物氣體，使得所述P型摻雜物在所述N型多晶硅晶片的表面上進(jìn) 行擴(kuò)散。這個(gè)高溫?cái)U(kuò)散過程是在850°C以上的高溫下進(jìn)行的，因此在所述N型多晶硅晶片 的表面會(huì)產(chǎn)生諸如硼硅玻璃(boro-silicate glass, BSG)等副產(chǎn)物。然而，所述BSG在太 陽能電池中引起電流截止問題。為了提高太陽能電池的效率，優(yōu)選地，使用刻蝕劑去除所述 BSG。如果從所述N型多晶硅晶片的側(cè)面和下表面去除所述P型多晶硅層，那么只在所 述N型多晶硅晶片的上表面上保留所述P型多晶硅層。然后，在所述P型多晶硅層的上表 面上形成具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層。使用等離子體CVD方法，通過順序沉積N型非晶 硅層、I型非晶硅層、和P型非晶硅層來形成所述具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層。之后，在 所述P型非晶硅層的上表面上形成透明導(dǎo)電層。然后，在所述透明導(dǎo)電層的上表面上形成 第一電極層，而在所述N型多晶硅晶片的下表面上形成第二電極層。同時(shí)，在所述N型多晶硅晶片的下表面上可形成N+型多晶硅層。在這種情形中， 使用諸如POCl3或PH3等N型摻雜物氣體，通過等離子體離子摻雜方法可形成所述N+型多 晶硅層。優(yōu)選地，這個(gè)過程在形成所述第二電極層之前進(jìn)行。圖4A到4G是剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所述的太陽能電池的制造方法，這些圖與利用等離子體離子摻雜方法通過形成具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片從而制 造圖1所示的太陽能電池的方法相關(guān)。在下文中，省略與前述實(shí)施例中的部分相同的部分的詳細(xì)說明。首先，如圖4A所示，制備P型多晶硅晶片110a。然后，如圖4B所示，通過圖案化 使P型多晶硅晶片IlOa的上表面變得不平滑。接著，如圖4C所示，通過向P型多晶硅晶片 IlOa提供N型摻雜物來產(chǎn)生等離子體，由此，在P型多晶硅晶片IlOa的上表面上形成N型 多晶硅層120。這個(gè)過程對(duì)應(yīng)于利用N型摻雜物進(jìn)行的等離子體離子摻雜過程。具體說，當(dāng)P型 多晶硅晶片IlOa被置于等離子體發(fā)生裝置中且P型多晶硅晶片IlOa的上表面朝上時(shí)，通 過向所述等離子體發(fā)生裝置的內(nèi)部提供諸如POCl3或PH3等N型摻雜物氣體，在所述等離子 體發(fā)生裝置中產(chǎn)生等離子體。由此，包含在所產(chǎn)生的等離子體中的磷(P)離子在RF電場的 作用下進(jìn)行加速，從而利用所述加速后的離子對(duì)P型多晶硅晶片IlOa的上表面進(jìn)行摻雜。在進(jìn)行了所述等離子體離子摻雜過程之后，優(yōu)選地，進(jìn)行退火過程，將P型多晶硅 晶片IlOa加熱到合適的溫度。如果不進(jìn)行所述退火過程，那么，所摻雜的離子就只是雜質(zhì)。 然而，如果進(jìn)行了所述退火過程，那么，所摻雜的離子通過與硅Si的結(jié)合而被激活。
與利用高溫?cái)U(kuò)散方法的情形相比，使用等離子體離子摻雜方法的情形具有下述優(yōu)
點(diǎn)ο與高溫?cái)U(kuò)散方法相比，等離子體離子摻雜方法通過調(diào)節(jié)氣流或RF功率從而精確 地控制摻雜濃度和深度能夠容易地獲得更精確的摻雜。另外，加工時(shí)間也減少了。由于與高溫?cái)U(kuò)散方法相比，等離子體離子摻雜方法在較低的溫度下進(jìn)行，所以，可 以防止產(chǎn)生副產(chǎn)物(例如，當(dāng)進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散方法時(shí)所產(chǎn)生的PSG或BSG)。因此，等離子體離 子摻雜方法不需要額外的過程以去除所述副產(chǎn)物，由此，提高了產(chǎn)率。由于所述離子摻雜是在垂直方向上進(jìn)行的，所以，N型多晶硅層120只形成在P型 多晶硅晶片IlOa的上表面上。就是說，不需要進(jìn)行額外的過程以便從P型多晶硅晶片IlOa 的側(cè)面和下表面去除所述N型多晶硅層，由此，提高了產(chǎn)率。如圖4D所示，在N型多晶硅層120的上表面上形成具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層 200。使用等離子體CVD方法，通過順序沉積P型非晶硅層210、I型非晶硅層220、和N型 非晶硅層230來形成具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層200。然后，如圖4E所示，在N型非晶硅 層230的上表面上形成透明導(dǎo)電層300。接著，如圖4F所示，在透明導(dǎo)電層300的上表面上 形成第一電極層400，而在P型多晶硅晶片IlOa的下表面上形成第二電極層500。之后，如圖4G所示，如果在P型多晶硅晶片IlOa的下表面摻雜P型摻雜物，那么 在P型多晶硅層110的下表面上形成P+型多晶硅層130。這個(gè)過程包括，如果第二電極層 500由諸如鋁Al等三價(jià)金屬形成，那么，通過對(duì)第二電極層500進(jìn)行熱處理使P型多晶硅晶 片IlOa的下表面摻雜鋁Al。然而，如果第二電極層500不是由三價(jià)金屬形成的，那么，通過 等離子體離子摻雜方法，使用諸如B2H6等摻雜物氣體來形成P+型多晶硅層130。優(yōu)選地，這 個(gè)過程在形成第二電極層500之前進(jìn)行。前面的說明涉及圖1所示太陽能電池的制造方法。然而，前面的說明也包括了圖 2所示太陽能電池的制造方法。在下文中，將簡短地說明通過等離子體離子摻雜方法形成具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片從而制造圖2中的太陽能電池的方法。首先，制備N型多晶硅晶片。然后，使所述N型多晶硅晶片的上表面變得不平滑。 之后，通過向所述N型多晶硅晶片提供包含硼(B)的P型摻雜物氣體(例如，B2H6)來產(chǎn)生 等離子體，由此，在所述N型多晶硅晶片的上表面上形成P型多晶硅層。之后，在所述P型多晶硅層的上表面上形成具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層。使用 等離子體CVD方法，通過順序沉積N型非晶硅層、I型非晶硅層、和P型非晶硅層來形成所 述具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層。接著，在所述P型非晶硅層的上表面上形成透明導(dǎo)電層。 然后，在所述透明導(dǎo)電層的上表面上形成第一電極層，而在所述N型多晶硅晶片的下表面 上形成第二電極層。同時(shí)，在所述N型多晶硅晶片的下表面上可以形成N+型多晶硅層?？梢允褂弥T如 POCl3或PH3等N型摻雜物氣體通過等離子體離子摻雜方法來形成所述N+型多晶硅層，優(yōu)選 地，在形成所述第二電極層之前進(jìn)行這個(gè)過程。
權(quán)利要求
一種太陽能電池，包括包含具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片的第一電池；在所述第一電池的一個(gè)表面上形成的、包含具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層的第二電池；在所述第二電池的一個(gè)表面上形成的第一電極層；以及在所述第一電池的另一個(gè)表面上形成的第二電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，還包括位于所述第二電池和所述第一電極層之 間的、具有不平滑表面的透明導(dǎo)電層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第一電池包含P型多晶硅層和在所述 P型多晶硅層的一個(gè)表面上的N型多晶硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，還包括在所述P型多晶硅層的另一個(gè)表面上的 P+型多晶硅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其中，所述第二電池順序包含P型非晶硅層、I 型非晶硅層和N型非晶硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第一電池包括N型多晶硅層、以及在 所述N型多晶硅層的一個(gè)表面上的P型多晶硅層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池，還包括在所述N型多晶硅層的另一個(gè)表面上的 N+型多晶硅層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池，其中，所述第二電池順序包含N型非晶硅層、I 型非晶硅層和P型非晶硅層。
9. 一種制造太陽能電池的方法，包括形成包含具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片的第一電池；在所述第一電池的一個(gè)表面上形成包含具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層的第二電池；以及在所述第二電池的一個(gè)表面上形成第一電極層，并在所述第一電池的另一個(gè)表面上形 成第二電極層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述第二電池和所述第一電極層之間形成 具有不平滑表面的透明導(dǎo)電層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成所述第一電池的步驟包括 制備P型多晶硅晶片；以及通過利用N型摻雜物對(duì)所述P型多晶硅晶片進(jìn)行摻雜從而在所述P型多晶硅晶片的一 個(gè)表面上形成N型多晶硅層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，制備所述P型多晶硅晶片的步驟包括，在所述 P型多晶硅晶片上形成一個(gè)不平滑的表面，以便在所述N型多晶硅層中產(chǎn)生一個(gè)不平滑表 面。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述P型多晶硅晶片的另一個(gè)表面上形成 P+型多晶硅層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成所述第二電池的步驟包括，順序沉積P型非晶硅層、I型非晶硅層和N型非晶硅層。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成所述第一電池的步驟包括 制備N型多晶硅晶片；以及通過利用P型摻雜物對(duì)所述N型多晶硅晶片進(jìn)行摻雜從而在所述N型多晶硅晶片的一 個(gè)表面上形成P型多晶硅層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，制備所述N型多晶硅晶片的步驟包括，在所述 N型多晶硅晶片上形成一個(gè)不平滑的表面，以便在所述P型多晶硅層中產(chǎn)生一個(gè)不平滑表 面。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在所述N型多晶硅晶片的另一個(gè)表面上形成N+型多晶硅層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，形成所述第二電池的步驟包括，順序沉積N型 非晶硅層、I型非晶硅層和P型非晶硅層。
19.一種太陽能電池，包括 包含半導(dǎo)體晶片的第一電池；在所述第一電池的一個(gè)表面上形成的、包含薄膜半導(dǎo)體層的第二電池； 在所述第二電池的一個(gè)表面上形成的第一電極層；以及 在所述第一電池的另一個(gè)表面上形成的第二電極層，其中，所述第一電池中所吸收的光的波長范圍不同于所述第二電池中所吸收的光的波 長范圍。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能電池，其中，所述第一電池包含具有PN結(jié)構(gòu)的多晶 硅層，而所述第二電池包含具有PIN結(jié)構(gòu)的非晶硅層。
全文摘要
公開了一種太陽能電池及其制造方法，其中，所述太陽能電池包括包含具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片的第一電池；在所述第一電池的一個(gè)表面上形成的、包含具有PIN結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體層的第二電池；在所述第二電池的一個(gè)表面上形成的第一電極層；以及在所述第一電池的另一個(gè)表面上形成的第二電極層。與現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能電池不同，根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池能夠在所述第一電池中吸收長波長范圍的光，而在所述第二電池中吸收短波長范圍的光。結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池可以吸收所有范圍內(nèi)的光，由此實(shí)現(xiàn)了20％或20％以上的高效率。另外，整個(gè)加工時(shí)間變短，因?yàn)椴恍枰陂L的時(shí)間段內(nèi)形成硅薄膜的過程。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101803042SQ200880107365
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者洪震, 金楨植 申請(qǐng)人:周星工程股份有限公司