專利名稱：具有前表面電極的半導(dǎo)體太陽能電池及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池及其形成方法，更具體地，涉及半導(dǎo)體太陽能電 池及其形成方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將太陽能(例如陽光)轉(zhuǎn)換成電的裝置。太陽能電池具有 許多應(yīng)用。單個電池可以用于給小型裝置供能，而大陣列的電池(例如，光 伏陣列)可以用于產(chǎn)生一種可再生能，該可再生能在不能得到來自電網(wǎng)
(power grid)的電能的情況下尤其有用。太陽能電池陣列現(xiàn)在也被發(fā)展用 于基于網(wǎng)才各的電力系統(tǒng)(grid-based electrical system )。
太陽能電池通過響應(yīng)入射到基板的光子的吸收在基板(例如半導(dǎo)體基 板)中產(chǎn)生電子-空穴對來工作。當(dāng)光子被吸收時，它的能量傳給基板的晶 格中的電子。通常，該電子在晶格的價帶中并緊緊地束縛在相鄰原子之間的 共價鍵中。由光子傳給電子的能量可以足夠用來將電子激發(fā)到晶格的導(dǎo)帶 中，然后在導(dǎo)帶中該電子變得在基板內(nèi)自由移動。之前電子是其一部分的共 價鍵現(xiàn)在少了一個電子，其被稱為"空穴"。缺少的共價鍵的存在允許來自 相鄰原子的束縛電子移入該"空穴"，后面留下另一個空穴，以這種方式空 穴可以在整個晶格移動。然后電子和空穴在基板內(nèi)的該移動可以用于建立經(jīng) 過連接到太陽能電池的負(fù)載的直流電壓。
具體地，產(chǎn)生在p-n結(jié)中的內(nèi)建電場可以足夠來引起電子-空穴對中的電 子和空穴分別向n型半導(dǎo)體區(qū)和p型半導(dǎo)體區(qū)移動。使用p-n結(jié)和在半導(dǎo)體 基板的相對表面上的電極對的太陽能電池的 一 個示例在美國專利 Nos .4726850和4748130中^^皮露。太陽能電池的另 一示例在Gee等人、名 稱為"Buried-Contact Solar Cell With Self-Doping Contacts(具有自摻雜j妄觸的 掩埋接觸太陽能電池)"的美國專利No. 7335555中被披露
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽能電池包括基板，該基板具有在其上的光收集
表面和在基板內(nèi)的P-N整流結(jié)。P-N整流結(jié)包括第一導(dǎo)電型(例如p型) 的基區(qū)以及在基區(qū)與光收集表面之間延伸的第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層。還設(shè)置 延伸通過半導(dǎo)體層并進(jìn)入基區(qū)中的溝槽。第一電極和第二電極鄰近光收集表 面設(shè)置。第一電極電耦接到半導(dǎo)體層，第二電極在鄰近溝槽底部的位置處電 耦接到基區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的附加實(shí)施例，太陽能電池還可以包括溝槽側(cè)壁上的電絕緣 溝槽側(cè)壁間隔物，其在第二電極和第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層之間延伸并提供兩 者之間的電隔離。此外，第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層可以是相對于單晶硅具有不 同帶隙的非晶硅層。具體地，第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層可以是形成基板中異質(zhì) 結(jié)的非晶硅層。根據(jù)這些實(shí)施例的太陽能電池還可以包括第二導(dǎo)電型的邊界 層，其在第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層與基區(qū)之間延伸。第二導(dǎo)電型的邊界層可以 與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層形成非整流異質(zhì)結(jié)并與基區(qū)形成P-N整流結(jié)。
本發(fā)明的實(shí)施例還包括在光收集表面上的抗反射層。光收集表面可以構(gòu) 造為具有帶局域化的峰和谷的非均勻表面輪廓。具體地，非整流異質(zhì)結(jié)可以 具有非平面結(jié)輪廓，光收集表面可以具有接近于非整流異質(zhì)結(jié)的非平面結(jié)輪 廓的非均勻表面輪廓。而且，非整流異質(zhì)結(jié)可以具有第一非平面結(jié)輪廓，在 邊界層和基區(qū)之間的整流結(jié)可以具有接近于第一非平面結(jié)輪廓的形狀的第 二非平面結(jié)輪廓。
本發(fā)明的附加實(shí)施例包括形成太陽能電池的方法。這些方法中的一些包 括在半導(dǎo)體基板(其中具有第一導(dǎo)電型(例如p型)的基區(qū))上形成第二導(dǎo) 電型(例如n型)的半導(dǎo)體層。還形成第一溝槽，其延伸通過第二導(dǎo)電型的 半導(dǎo)體層并進(jìn)入基區(qū)中。形成第一溝槽的步驟可以在第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層
上形成抗反射層的步驟之后。溝槽側(cè)壁間隔物形成在第一溝槽的側(cè)壁上。還 形成第二溝槽，其延伸通過第一溝槽底部并進(jìn)一步進(jìn)入基區(qū)中。第一溝槽和 第二溝槽可以是延伸經(jīng)過基板的條狀溝槽。第二溝槽用第一電極填充，第一 電極電耦接到基區(qū)。填充第二溝槽的步驟可以在將第一導(dǎo)電型摻雜劑注入到 第二溝槽的底部和側(cè)壁中之后。第二電極還可以形成為與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo) 體層接觸。第二電極可以形成在第 一溝槽的外部和/或內(nèi)部。
根據(jù)這些方法實(shí)施例中的 一些，形成第 一溝槽的步驟可以在基區(qū)中形成 第二導(dǎo)電型的邊界層的步驟之后。邊界層可以通過將來自半導(dǎo)體層的足夠量的第二導(dǎo)電型摻雜劑擴(kuò)散到基區(qū)中從而將基區(qū)的一部分從第一導(dǎo)電型轉(zhuǎn)變 成凈第二導(dǎo)電型。邊界層可以與半導(dǎo)體層形成非整流異質(zhì)結(jié)，該半導(dǎo)體層可 以包括非晶硅。半導(dǎo)體層可以通過在基板的表面上沉積原位摻雜的非晶硅層 來形成。該表面可以具有非均勻的表面輪廓(其中帶有局域化的峰和谷)。
根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的形成太陽能電池的方法包括使具有第 一導(dǎo)電
型的基區(qū)的硅晶片的表面紋理化(texturize)以在表面中產(chǎn)生局域化的峰和 谷。在表面已經(jīng)紋理化后，第二導(dǎo)電型原位摻雜的非晶硅層可以沉積到紋理 化的表面上，從而定義具有該表面的紋理化的非整流異質(zhì)結(jié)。非晶硅層可以 在其中具有在約1 x 10"cm-s到約1 x I021cm—3范圍內(nèi)的摻雜濃度。然后，通 過將來自非晶硅層的足夠量的第二導(dǎo)電型摻雜劑擴(kuò)散到基區(qū)中從而將基區(qū) 的一部分從凈第一導(dǎo)電型轉(zhuǎn)變成凈第二導(dǎo)電型，第二導(dǎo)電型的邊界層形成在 基區(qū)中。然后形成溝槽，該溝槽延伸通過非晶硅層和邊界層并進(jìn)入基區(qū)中。 還形成第一電極和第二電極。第一電極電耦接到非晶硅層，第二電極鄰近溝 槽底部電耦接到基區(qū)。在本發(fā)明的這些實(shí)施例中的一些，形成第一電極和第 二電極的步驟包括在溝槽的底部沉積第二電極以及在用電絕緣間隔層覆蓋 第二電極之后鄰近溝槽頂部沉積第 一 電極。
根據(jù)本發(fā)明這些實(shí)施例中的一些，紋理化的步驟包括通過將硅晶片的表 面暴露到導(dǎo)致在該表面上形成殘留物的蝕刻劑來蝕刻該表面，其用作進(jìn)一步 蝕刻的局域化蝕刻掩模。具體地，使表面紋理化的步驟可以包括將表面暴露 到含有氯和氟的干蝕刻劑。具體地，干蝕刻劑可以通過將氯氣(Cl2)、氧氣 (02)和SF6源氣體在低壓處理室中混合而形成。
根據(jù)本發(fā)明的附加實(shí)施例，形成邊界層的步驟包括通過將第二導(dǎo)電型的 非晶硅層在約50(TC到約90(TC之間的范圍內(nèi)的溫度退火而形成具有在從約 500A到約2000A范圍內(nèi)的優(yōu)選厚度的邊界層。而且，形成溝槽的步驟可以 包括通過在硅晶片的表面中形成多個十字交叉(criss-crossing)凹槽來形成 網(wǎng)格狀溝槽。網(wǎng)格狀溝槽還可以包括鄰近硅晶片外圍的最外環(huán)形溝槽。還可 以在形成第 一電極的步驟之后，選擇性去除環(huán)形溝槽中第 一電極的一部分和 下面的電絕緣間隔層的一部分，從而暴露第二電極。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的截面圖；圖2是圖1的太陽能電池的突出部分的放大截面圖3-9是居間結(jié)構(gòu)的截面圖，其與圖1結(jié)合示出形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例
的集成電路太陽能電池的方法；
圖IOA是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖IOB是圖IOA的集成電路太陽能電池沿線I-I，剖取的截面圖11是圖10B的太陽能電池的突出部分的放大截面圖12A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖12B是圖12A的集成電路太陽能電池的沿線I-I，剖取的截面圖12C是圖12A的集成電路太陽能電池的沿線I-I，的備選截面圖13 A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖13B是圖13A的集成電路太陽能電池的沿線I-I，剖取的截面圖14A-20A是居間結(jié)構(gòu)的平面圖，其示出形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成
電路太陽能電池的方法；
圖14B-20B是圖14A-20A的居間結(jié)構(gòu)的沿線I-I'剖取的截面圖21A-23 A是居間結(jié)構(gòu)的平面圖，其示出形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的由圖
12A和12C示出的集成電路太陽能電池的各個方法；
圖21B-23B是圖21A-23A的居間結(jié)構(gòu)的沿線I-I，剖取的截面圖24A-25A是居間結(jié)構(gòu)的平面圖，其示出形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成
電路太陽能電池的各個方法；
圖24B-25B是圖24A-25A的居間結(jié)構(gòu)的沿線I-I，剖取的截面圖26是能夠使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的光伏系統(tǒng)
的框圖27A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖； 圖27B是圖27A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-r剖取的截面圖。 圖28A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖； 圖28B是圖28A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-I，剖取的截面圖； 圖29A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的截面圖； 圖29B是圖29A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-I，剖取的截面圖； 圖30A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖； 圖30B是圖30A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-I，剖取的截面圖； 圖31A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖；圖31B是圖31A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-I，剖取的截面圖； 圖32A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面； 圖32B是圖32A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-I，剖取的截面圖； 圖33是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖； 圖34A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖； 圖34B是圖34A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-I，剖取的截面圖； 圖34C是圖34A的太陽能電池實(shí)施例的沿線II-n，剖取的截面圖； 圖35是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖； 圖36A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖； 圖36B是圖36A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-I，剖取的截面圖； 圖37A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路太陽能電池的平面圖； 圖37B是圖37A的太陽能電池實(shí)施例的沿線I-I，剖取的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更充分的描述，附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同的形式實(shí)施而不應(yīng)被解釋為限于此 處所述的示例實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例是為了使本公開徹底和完整， 并將本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。相同的附圖標(biāo)記始終指代相
應(yīng)當(dāng)理解的是，在說明書中當(dāng)稱層(或膜)"在"另一層或基板"上" 時，它可以直接在另一層或基板上，或者還可以存在插入的層。而且，在附 圖中，為了清晰地示出，層和區(qū)域的尺寸可以被夸大。此外，像"第一"、"第 二"和"第三，，的詞語用于描述本發(fā)明不同實(shí)施例中不同的區(qū)域和層，這些 區(qū)域和層不限于這些詞語。這些詞語僅用于將一個區(qū)域或?qū)优c另一區(qū)域或?qū)?區(qū)別開。因此，在一個實(shí)施例中被稱為"第一層"的層可以在另一實(shí)施例中 稱為"第二層"。
現(xiàn)在參照圖1-2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽能電池可以包括具有上表面 和底表面的基板，上表面表示光收集表面，底表面與上表面相對地延伸?；?板示出為包括半導(dǎo)體基板區(qū)110，其可以用第一導(dǎo)電型摻雜劑(例如p型摻 雜劑)摻雜。具體地，基板區(qū)110可以初始為p型單晶硅晶片，其可以經(jīng)受 由將在下面描述的圖3-9示出的半導(dǎo)體處理步驟?；暹€可以包括在基板區(qū)
9110上延伸的第二導(dǎo)電型(例如n型)的半導(dǎo)體層120。第二導(dǎo)電型的半導(dǎo) 體層120的上表面可以用作光收集表面，抗反射層131可以形成在光收集表 面上?？狗瓷鋵?31的目的可以是通過減少入射光遠(yuǎn)離光收集表面的反射來 提供增大的光收集效率等。
如圖2 (其突出了由圖1示出的區(qū)域"A")具體示出，基板區(qū)110包括 凈第一導(dǎo)電型(例如p型)的基區(qū)(baseregion) 110b和凈第二導(dǎo)電型的邊 界層110a，邊界層110a與基區(qū)110b形成P-N整流結(jié)。如下面更充分地描述， 該邊界層110a可以通過將足夠量的摻雜劑(例如n型摻雜劑)從第二導(dǎo)電 型的半導(dǎo)體層120擴(kuò)散到基區(qū)110b中來形成，從而將基區(qū)110b的一部分從 第一導(dǎo)電型轉(zhuǎn)變成凈第二導(dǎo)電型。
邊界層110a和第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層120可以共同形成第二導(dǎo)電型的 導(dǎo)電區(qū)122。此外，第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層120可以形成為非晶硅層，其與 邊界層110a形成非整流異質(zhì)結(jié)。通過增大能夠被俘獲從而在P-N結(jié)附近產(chǎn) 生電子-空穴對的波長范圍，相對于同質(zhì)結(jié)該異質(zhì)結(jié)可以有利于支持較高的 光收集效率。半導(dǎo)體層120可以是相對高的摻雜層，例如其可以形成為具有 第二導(dǎo)電型(例如磷)的原位摻雜半導(dǎo)體層，其中摻雜濃度在約10"cn^到 約1021cm—3范圍內(nèi)。邊界層110a的厚度選擇為通過減少在P-N結(jié)附近不期 望的電子-空穴復(fù)合來增大太陽能電池效率。盡管不希望被任何理論約束， 但不夠厚的邊界層110a會與相對高程度的電子-空穴復(fù)合相關(guān)，該電子-空穴 復(fù)合由邊界層110a與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層120之間的異質(zhì)結(jié)處的界面缺 陷引起?？蛇x地，過厚的邊界層110a會被相對高的電子-空穴復(fù)合限制，該 電子-空穴復(fù)合由過量的載流子漂移(也就是遷移)經(jīng)過圍繞P-N結(jié)的寬耗 盡區(qū)所引起?；谶@些考慮，對于給定的半導(dǎo)體材料，具有在從約500A到 約2000A范圍內(nèi)的厚度的邊界層11 Oa可以通過減少其中的電子-空穴復(fù)合來 支持高程度的光收集效率。
抗發(fā)射層131 (其可以沉積在第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層120上)可以具有 約X/4的厚度從而增大光吸收效率，其中X是太陽能電池工作期間要入射在 光收集表面上的期望光的波長。而且，抗反射層131可以形成為多層結(jié)構(gòu)， 例如包括硅氧化物層和硅氮化物層的層。除了增大太陽能電池的光收集效 率，抗反射層131還可以用于保護(hù)并提供電鈍化(electrical passivation)到 太陽能電池的下面的光收集表面。還參照圖2，光收集表面(其示出為第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層120與抗反
射層131之間的界面)可以構(gòu)造為具有非均勻的表面輪廓，在表面輪廓中具 有局域化的峰和谷。此非均勻表面輪廓可以表現(xiàn)為在抗反射層131的表面中 示出的多個間隔開的金字塔形狀的突起。具體地，在第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層 120和邊界層110a之間的非整流異質(zhì)結(jié)可以具有非平面結(jié)輪廓，光收集表面 可以具有接近于非整流異質(zhì)結(jié)的非平面結(jié)輪廓的非均勻表面輪廓。而且，非 整流異質(zhì)結(jié)可以具有第一非平面結(jié)輪廓，在邊界層110a與基區(qū)110b之間的 整流結(jié)可以具有接近于第一非平面結(jié)輪廓的形狀的第二非平面結(jié)4侖廓。
圖1的太陽能電池還包括設(shè)置在光收集表面上的電極對。該電極對示出 為第一電極141 (其電耦接到基區(qū)110b)和第二電極143 (其電耦接到第二 導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層120)。這些電極可以是具有相對窄寬度的條狀電極，其減 少了在光收集表面處的陰影(shading)損失。第一電極141和第二電極143 可以由選自由鋁(A1)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鴒(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、 氮化鎮(zhèn)(WN)組成的組的至少一種金屬形成。電極141和143還可以包括 金屬硅化物層和/或多層導(dǎo)體例如Ti/TiN/Al或Ti/TiN/W。
還可以設(shè)置溝槽116,其延伸通過第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層120并進(jìn)入基 區(qū)110b。如下面更充分地解釋，溝槽116可以由上條狀溝槽113和下條狀溝 槽114形成，該下條形溝槽114延伸通過上溝槽113的底部。下溝槽114可 以具有例如在從約0.3微米到約1微米范圍內(nèi)的寬度，并具有延伸經(jīng)過基板 的條狀或類似形狀。上溝槽113的側(cè)壁可以裝襯有電絕緣側(cè)壁間隔物115, 其可以例如形成為氧化物和/或氮化物絕緣層。這些側(cè)壁間隔物115起到將第 一電極141電絕緣于第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層120的作用。而且，第一導(dǎo)電型 的相對高摻雜的雜質(zhì)區(qū)117可以形成在下溝槽114的側(cè)壁和底部中以減少基 區(qū)110b與下溝槽114內(nèi)的第一電極141之間的串聯(lián)電阻。雜質(zhì)區(qū)117可以 例如具有約0.3微米的厚度。如圖所示，相對淺的溝槽/凹槽118還可以形成 在半導(dǎo)體層120內(nèi)并用第二電極143填充。
圖3-9示出了本發(fā)明的其它實(shí)施例，其包括形成圖l-2的太陽能電池的 方法。如圖3所示，這些方法可以包括在第一導(dǎo)電型(例如P型晶片)的半 導(dǎo)體基板110中形成第一導(dǎo)電型(例如P型)的背表面場(BSF)區(qū)111的 可選步驟，第一導(dǎo)電型的背表面場(BSF)區(qū)111的形成是通過將第一導(dǎo)電 型摻雜劑(例如硼(B))注入基板110的相對的前表面和背表面，然后熱處理基板110從而推進(jìn)注入的摻雜劑。此后，如圖4所示，基板110的前表面 可以通過在其中產(chǎn)生多個峰和谷而變得不平。前表面中的這些峰被示出為具 有金字塔或類似結(jié)構(gòu)112,并可以使用傳統(tǒng)技術(shù)形成，例如等離子體蝕刻、
機(jī)械刻圖(mechanical scribing )、光刻和化學(xué)蝕刻。例如，氧化層(未示出) 可以形成為基板110的前表面上的犧牲層，然后使用圖案化的光致抗蝕劑層 (未示出)作為蝕刻掩模來光刻圖案化。然后基板110的前表面可以使用圖 案化的犧牲層作為蝕刻掩模來被蝕刻。在該工藝期間，在基板110的前表面 上的任何BSF區(qū)111典型地被去除。
現(xiàn)在參照圖5,非晶半導(dǎo)體層120形成在基板110的不平的前表面上。 該非晶半導(dǎo)體層120可以是凈第二導(dǎo)電型(例如N型)高摻雜(例如原位摻 雜)層。具體地，非晶半導(dǎo)體層120中的第二導(dǎo)電型摻雜濃度可以在從約1 x 10"cn^到約1 x 10"cm-s范圍內(nèi)。非晶半導(dǎo)體層120 (其可以具有從約幾 百埃到約IOOOA范圍內(nèi)的厚度，典型地為約600A)可以使用各種技術(shù)被沉 積。這些技術(shù)包括使用硅烷和氫氣的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD) 或低壓CVD。具體地，原位摻雜的非晶半導(dǎo)體層120可以通過化學(xué)氣相沉 積使用硅烷(SiH4)、磷化氫(PH3)和氬氣形成。
還參照圖5，第二導(dǎo)電型的邊界層110a通過將第二導(dǎo)電型摻雜劑從非晶 半導(dǎo)體層120擴(kuò)散到基板110中來形成，從而定義邊界層110a，邊界層110a 與第一導(dǎo)電型的基區(qū)110b形成P-N整流結(jié)。第二導(dǎo)電型摻雜劑的這種擴(kuò)散 可以通過對基板110退火來進(jìn)行。為了通過減少在P-N整流結(jié)附近不期望的 電子-空穴復(fù)合來增大太陽能電池效率，退火可以在足夠的溫度進(jìn)行足夠的 持續(xù)時間以產(chǎn)生具有在從約500A到約2000A范圍內(nèi)的厚度的邊界層110a。 根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，非晶半導(dǎo)體層120的表面的不平坦性還可以通過 在非晶半導(dǎo)體層120上生長半球硅晶粒(HSG)層而增大，從而增加太陽能 電池的光收集效率?？蛇x地，具有粗糙表面結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電透光層(例如ZnO 層)可以沉積在非晶半導(dǎo)體層120上。
如圖6-7所示，然后，抗反射層131形成在非晶半導(dǎo)體層120上?？狗?射層131可以通過使用傳統(tǒng)沉積工藝(例如等離子體化學(xué)氣相沉積 (PECVD))將一個或多個電絕緣層(例如二氧化硅、硅氮化物)沉積在非 晶半導(dǎo)體層120的上表面上來形成。為了增大光吸收效率，抗反射層131可 以具有約X/4的厚度，其中X是在太陽能電池工作期間入射在光收集表面上的期望光的波長。然后，可以進(jìn)行光刻定義蝕刻步驟(例如干法蝕刻)以定
義相對窄的條狀第一溝槽113,第一溝槽113延伸通過非晶半導(dǎo)體層120和 邊界層110a并進(jìn)入基區(qū)110b。根據(jù)本發(fā)明的部分這些實(shí)施例中，條狀第一 溝槽113可以具有約liim或更小的寬度。例如，條狀溝槽可以具有約0.3nm 的寬度。
側(cè)壁絕緣間隔物115形成在第一溝槽113的側(cè)壁上。這些側(cè)壁絕緣間隔 物115可以形成為二氧化硅層或硅氮化物層或者形成為多個絕緣層的復(fù)合 物。側(cè)壁絕緣間隔物115可以通過將電絕緣層共形沉積到第一溝槽113中然 后各向異性回蝕(etch back)所沉積的層直到第一溝槽113的底部被暴露來 形成。共形沉積電絕緣層的此步驟可以包括在基板110的底表面上沉積保護(hù) 絕緣層132。
現(xiàn)在參照圖8,使用第一掩模(未示出)和側(cè)壁絕緣間隔物115作為蝕 刻掩模進(jìn)一步蝕刻第一溝槽113的底部。此蝕刻步驟導(dǎo)致延伸溝槽114的形 成，延伸溝槽114可以實(shí)質(zhì)上延伸到基區(qū)110b中。第一溝槽和延伸溝槽114 共同形成具有被側(cè)壁絕緣間隔物115覆蓋的上側(cè)壁的多級溝槽116。形成延 伸溝槽114的步驟可以接著通過選擇性注入第一導(dǎo)電型摻雜劑(例如P型摻 雜劑)到延伸溝槽114的底部和側(cè)壁中來形成相對高摻雜雜質(zhì)區(qū)117的步驟。 其后，如圖9所示，然后進(jìn)行選擇性蝕刻步驟以蝕刻相對淺的第二溝槽118， 第二溝槽118延伸通過抗反射層131并進(jìn)入非晶硅層120。第二溝槽118形 成為比P-N整流結(jié)更淺。然后，多級溝槽116和第二溝槽118分別用第一電 極141和第二電極143填充，如圖1所示。這些第一電極141和第二電極143 可以通過沉積然后圖案化金屬層來形成。金屬層可以由從鋁(A1)、銅(Cu)、 鎳(Ni)、鴒(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鵠(WN)和這些金屬的 硅化物組成的組中選出的至少一種金屬形成。具體地，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí) 施例，金屬層可以是Ti/TiN/Al或Ti/TiN/W層。在形成這些第一電極141和 第二電極143之后，可以進(jìn)行在含氫氣氛中對電極退火的步驟。此氫退火可 以起到激活基板內(nèi)N型摻雜劑的作用，從而改善電子遷移率，還可以消除基 板表面中的缺陷，從而降低工作期間的泄露電流。
現(xiàn)在參照圖10A-10B和圖11,根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的太陽能電池示 出為形成在半導(dǎo)體基板1110 (例如單晶半導(dǎo)體(例如硅)晶片)中，半導(dǎo)體 基板1110在其中具有第一導(dǎo)電型(例如P型)的基區(qū)1111。如圖IOB和圖11中的區(qū)域"A"突出顯示的，基板1110可以包括紋理化表面，其被構(gòu)造 為通過減少遠(yuǎn)離基板1110的上光收集表面的入射光反射來增強(qiáng)太陽能電池
的光收集效率。具有不平坦輪廓的P-N整流結(jié)設(shè)置在基區(qū)1111和第二導(dǎo)電 型(例如N型)的邊界層1113之間。邊界層1113 (其可以在其中具有從約 lxlO"cn^到約1 x 10"cmJ范圍內(nèi)的凈N型摻雜濃度)可以通過使來自相 對高摻雜的半導(dǎo)體層1114 (例如N+非晶硅層)的第二導(dǎo)電型摻雜劑(例如 磷(P))擴(kuò)散而形成在基區(qū)1111內(nèi)。邊界層1113的厚度可以選擇為通過減 少P-N結(jié)附近不期望的電子-空穴復(fù)合來增大太陽能電池效率。
盡管不希望受到任何理論約束，不夠厚的邊界層1113會與相對高程度 的電子-空穴復(fù)合相關(guān)，該電子-空穴復(fù)合由邊界層1113與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo) 體層1114之間的異質(zhì)結(jié)處的界面缺陷引起?？蛇x地，過厚的邊界層1113會 被相對高的電子-空穴復(fù)合限制，該電子-空穴復(fù)合由經(jīng)過圍繞P-N結(jié)的寬耗 盡區(qū)的過量的載流子漂移(也就是遷移)引起?；谶@些考慮，具有在從約 500A到約2000A范圍內(nèi)的厚度的邊界層1113可以通過減少其中的電子-空 穴復(fù)合來支持高程度的光收集效率。
而且，通過增大能夠纟皮俘獲從而在P-N結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對的波長 的范圍，在邊界層1113與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層1114之間的異質(zhì)結(jié)可以相 對于同質(zhì)結(jié)有利于支持更高的光收集效率。圖10A-10B和圖ll還示出了在 第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層1114上包括抗反射層1141。如上文解釋的，抗反射 層1141可以具有與入射光的波長成比例的厚度。例如，抗反射層1141可以 具有約A74的厚度從而增大光吸收效率，其中X是要入射在太陽能電池的光 收集表面上的期望光的波長?？狗瓷鋵?141 (抗反射層1141可以形成為氧 化硅層、氮化硅層或其的多層)還可以為太陽能電池提供電的和物理的鈍化 以及保護(hù)。
溝槽1120(其包括二維陣列的十字交叉的溝槽1121和1123以及外環(huán)狀 "邊緣"溝槽1125)形成在基板1110中。如圖10B (其表示圖10A的太陽 能電池沿線I-I，剖取的截面圖)所示，溝槽1120延伸完全通過抗反射層1141、 第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層1114和邊界層1113。溝槽1121和1123可以具有約 ljim或更小(例如0.3pm)的寬度"W"以減少入射光的陰影損失，但是"邊 緣，，溝槽1125可以足夠?qū)?如圖所示，例如"Wa，， > "W，，)以支持低電阻 接觸和引線接合。溝槽1121和1123應(yīng)當(dāng)比邊界層1113和基區(qū)1111之間的
14P-N整流結(jié)略微較深，從而足夠低的電阻接觸可以制作在溝槽電極1131、
1131a與基區(qū)1111之間。
如圖IOB最好地示出，第一導(dǎo)電型雜質(zhì)區(qū)1115可以使用選擇注入和摻 雜劑推進(jìn)(drive-in)技術(shù)的結(jié)合而設(shè)置在溝槽1120的底部和下側(cè)壁處。雜 質(zhì)區(qū)1115典型地在其中具有超過基區(qū)1111中第一導(dǎo)電型摻雜濃度的凈第一 導(dǎo)電型摻雜濃度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，雜質(zhì)區(qū)1115可以起到增 強(qiáng)來自基區(qū)1111的電流收集的背表面場(BSF)區(qū)的作用。
圖10A-10B還示出在太陽能電池的前表面(也就是光收集表面)上包括 第一電極和第二電極。第一電極1131、 1131a示出為鄰近溝槽1120的底部 延伸，并與雜質(zhì)區(qū)1115和/或基區(qū)llll歐姆接觸。如圖所示，電絕緣層35 (例如二氧化硅)設(shè)置在第一電極1131、 1131a上且在溝槽1120內(nèi)，第二 電極1133、 1133a設(shè)置在電絕緣層1135上。第二電極1133、 1133a可以形成 為與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層1114歐姆接觸，并可以延伸到抗反射層1141的 上表面上。第二電極1133的寬度W2可以大于溝槽1121、 1123的寬度"W"。 電絕緣層1135的上表面在邊界層1113與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層1114之間 的界面以下，如圖11所示。
如圖IOA所示，可以在鄰近半導(dǎo)體基板1110的邊緣開口 1119處的外圍 制作到第一電極1131a的電接觸(例如通過引線接合)，并可以制作到第二 電極1133a (延伸為圍繞外圍的弧形段)的電接觸。具體地，弧形開口可以 形成在第二電極1133a和下面的電絕緣層1135內(nèi)，從而暴露第一電極1131a 的與環(huán)形"邊緣"溝槽1125的底部相鄰的上表面。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，第一電極1131、1131a和第二電極1133、 1133a 可以由從鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鴒(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、
料形成。例如，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，第一電極1131、 1131a和第二電 極1133、 1133a可以形成為Ti/TiN/Al或Ti/TiN/W的復(fù)合物?？蛇x地，第一 電極1131、 1131a可以形成為P型半導(dǎo)體電極，第二電極1133、 1133a可以 形成為N型半導(dǎo)體電極。
根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例的太陽能電池由圖12A-12C示出。具體地， 圖12A-12B的太陽能電池實(shí)施例類似于圖10A-10B的太陽能電池實(shí)施例， 但是修改了圖10A-10B的抗反射層1141相對于第二電極1133的位置。具體地，如圖12A-12B所示，抗反射層1141可以形成為毯式層(blanketayer) 以覆蓋第二電極1133 (和邊界層1113)的相對于基板1110的外圍邊緣在內(nèi) 部的部分?？蛇x地，圖12C示出本發(fā)明的實(shí)施例，其具有設(shè)置在抗反射層 1141與邊界層1113之間的透光導(dǎo)電層1137，且透光導(dǎo)電層1137設(shè)置在半 導(dǎo)體層1114上。在此實(shí)施例中，第二電極1133圖案化為直接延伸在透光導(dǎo) 電層1137的上表面上。以此方式，透光導(dǎo)電層1137可以用作促進(jìn)其中電流 均勻擴(kuò)展的低電阻層，該電流流經(jīng)第二電極1133和邊界層1113之間(經(jīng)由 第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層1114,未示出)。透光導(dǎo)電層1137可以形成為銦錫氧 化物(ITO)層或氧化鋅(ZnO)層，然而還可以使用其它的透光材料。透 光導(dǎo)電層1137的表面紋理還可以是相對粗糙的，從而提高太陽能電池的光 收集效率。
根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，圖10A-10C的太陽能電池實(shí)施例可以被進(jìn)一 步修改，如圖13A-13B的太陽能電池實(shí)施例所示。具體地，圖13A-13B的 太陽能電池實(shí)施例包括修改圖案化的第二電極1133,使得第二電極1133的 上表面與抗反射層1141在同一平面上。此平面表面輪廓可以通過平坦化第 二電極1133使其與抗反射層1141共平面來實(shí)現(xiàn)。而且，第二電極1133的 邊緣部分設(shè)置為環(huán)形延伸1133b。延伸1133b定義了在半導(dǎo)體基板1110的外 圍處的圓形第二邊緣區(qū)1119b,圓形第二邊緣區(qū)1119b暴露下面的第一電極 1131b的表面。圓形第二邊緣區(qū)1119b具有小于寬度"Wa"的寬度。環(huán)形延 伸1133b以及下面的第 一電極113lb的暴露表面為外部電極(例如31線接合， 未示出)提供接觸點(diǎn)，該外部電極將太陽產(chǎn)生的電流供應(yīng)到負(fù)載(未示出) 或光伏系統(tǒng)(見，例如圖26)。
形成4艮據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的太陽能電池的方法由圖14A-20A和圖 14B-20B示出,圖14B-20B示出沿線I-I，剖取的圖14A-20A的居間結(jié)構(gòu)的截 面圖。具體地，圖14A-14B示出邊界層1113形成在第一導(dǎo)電型(例如P型) 的基區(qū)1111上以及在某些實(shí)施例中第二導(dǎo)電型(例如N型)的邊界層1113 與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層1114 (例如高摻雜的非晶硅層，未示出)的組合形 成在第一導(dǎo)電型(例如P型)的基區(qū)1111上。邊界層1113和第二導(dǎo)電型的 半導(dǎo)體層1114可以相對于圖10A-10B和圖11如上述形成J人而定義P-N整 流結(jié)。如圖11所示，半導(dǎo)體基板1110的主表面可以具有紋理化的表面輪廓。
現(xiàn)在參照圖15A-15B,抗反射層1141形成在邊界層1113上，從而增大
16太陽能電池的光收集效率?？狗瓷鋵?141 (其可以是氧化硅層、氮化硅層或
它們的組合)可以使用例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的處理工 藝來形成?？狗瓷鋵?141還可以使用常規(guī)抗反射涂布(ARC)層來形成。 圖16A-16B示出光致抗蝕劑層1143沉積在抗反射層1141上。光致抗蝕劑層 1143可以被光刻圖案化以定義其中的開口 1143a和1143b。這些開口可以定 義交叉開口 ( intersecting opening)的十字網(wǎng)4各，如圖16A所示。光致抗蝕 劑層1143還可以被圖案化以定義環(huán)形邊緣開口 1119。
現(xiàn)在參照圖17A-17B，使用圖案化光致抗蝕劑層1143作為蝕刻掩模進(jìn) 行選擇蝕刻步驟以定義半導(dǎo)體基板1110內(nèi)的溝槽陣列和環(huán)形邊緣溝槽1125。 這些溝槽共同示出為二維網(wǎng)格溝槽1120。具體地，多個第一溝槽1121和多 個第二溝槽1123 (其共同形成溝槽的十字陣列(也就是二維網(wǎng)格))形成為 完全延伸通過抗反射層1141和邊界層1113,并進(jìn)一步延伸到第一導(dǎo)電型的 基區(qū)1111中。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，溝槽的深度可以為半導(dǎo)體基板1110 的厚度的約三分之二。如上關(guān)于圖10B所述，這些溝槽1121和1123可以具 有約lpm的最大寬度，但典型具有例如約0.3|im的較窄的寬度。
圖18A-18B示出了與溝槽1121、 1123和1125的底部鄰近的第一導(dǎo)電型 雜質(zhì)區(qū)1115的形成。這些雜質(zhì)區(qū)1115可以通過^f吏用抗反射層1141和/或圖 案化的光致抗蝕劑層1143作為注入掩模將第一導(dǎo)電型摻雜劑(例如硼)注 入網(wǎng)格溝槽1120的下側(cè)壁和底部來形成。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，第一 導(dǎo)電型摻雜劑的注入可以以足夠的能量和劑量來進(jìn)行，以在其中產(chǎn)生相對于 基區(qū)1111具有更高的第一導(dǎo)電型摻雜劑濃度的雜質(zhì)區(qū)1115。接著此注入步 驟，毯式導(dǎo)電層(未示出)可以沉積在抗反射層1141上且在網(wǎng)格溝槽1120 中。此趁式導(dǎo)電層可以由從鋁(Al )、銅(Cu )、鎳(Ni )、鴒(W )、鈦(Ti )、 氮化鈦(TiN)、氮化鴒(WN)和金屬硅化物以及這些導(dǎo)電材料的組合組成 的組中選出的材料形成。具體地，毯式導(dǎo)電層可以形成為Ti/TiN/Al或 Ti/TiN/W的復(fù)合物。然后此毯式層被圖案化以定義鄰近溝槽1121、 1123和 1125的底部的第一電極1131。毯式層的此圖案化可以作為各向異性蝕刻步 驟進(jìn)行，該蝕刻步驟起到選擇性回蝕部分毯式層的作用。在各向異性蝕刻步 驟期間，抗反射層1141可以用作蝕刻終止層。如圖所示，第一電極1131可 以具有比基區(qū)1111與邊界層1H3之間的P-N結(jié)界面更低的上表面(在網(wǎng)格 溝槽1120內(nèi))。還參照圖18A-18B，毯式絕緣層(未示出)可以沉積在抗反射層1141 上且在網(wǎng)格溝槽H20中。然后此毯式絕緣層(其可以由從例如二氧化硅的
此回蝕步驟可以無需光刻而進(jìn)行。例如，各向異性蝕刻步驟可以使用抗反射 層1141作為蝕刻終止層來進(jìn)行。如圖所示，回蝕之后，絕緣層1135的頂表 面低于邊界層1113的頂表面。
現(xiàn)在參照圖19A-19B,另一導(dǎo)電層(未示出)作為毯式層共形地沉積在 抗反射層1141上和絕緣層1135上。如上所述，此導(dǎo)電層可以由從鋁(Al)、 銅(Cu)、鎳(Ni)、鴒(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鴒(WN)和
劑層(未示出)可以沉積在導(dǎo)電層上，然后被圖案化以定義光致抗蝕劑掩模 1144。然后在蝕刻步驟期間使用光致抗蝕劑掩模1144來定義第二電極1133。 抗反射層1141可以再次用作蝕刻終止層。在形成第二電極1133的工藝期間， 至少一部分邊緣區(qū)1119可以用硬掩模1146覆蓋，以便定義鄰近基板1110 的外圍的第二電極1133a,如圖IOA所示。如圖19B所示，絕緣層1135在 邊緣區(qū)1119內(nèi)的部分可以被光致抗蝕劑掩模1144和硬掩模1146暴露。
現(xiàn)在參照圖20A-20B ，光致抗蝕劑掩模1144和硬掩模1146可以被去除， 另一光致抗蝕劑層(未示出)可以被形成。然后，此光致抗蝕劑層可以被圖 案化(例如使用濕法蝕刻)以定義另一光致抗蝕劑掩模1145,其暴露第一邊 緣區(qū)1119a。然后，可以進(jìn)行干法蝕刻步驟以選擇性去除絕緣層1135的暴露 部分，從而暴露第一電極1131a的鄰近半導(dǎo)體基板1110的外圍延伸的下部。 第一電極1131a的這些暴露的下部可以用作外部引線(例如引線接合)連接 的接觸點(diǎn)。
本發(fā)明的另一方法實(shí)施例由圖21A-23A和圖21B-23B示出。具體地， 圖21A-21B示出在邊界層1113上包括透光導(dǎo)電層1137。此后，如圖22A-23A、 圖22B-23B、圖12A和圖12C所示，抗反射層1141可以共形地沉積在基板 lllO上。如圖23A-23'B所示，圖案化的光致抗蝕劑層1147形成在抗反射層 1141上。然后，圖案化的光致抗蝕劑層1147在選4奪性回蝕抗反射層1141和 透光導(dǎo)電層1137的暴露部分的步驟期間用作掩模，從而暴露第一電極1131a 的與基板1110的外圍相鄰的相應(yīng)下部。然后圖案化的光致抗蝕劑層1147被 去除，如圖12C所示。才艮據(jù)本發(fā)明的附加實(shí)施例，圖13A-13B的太陽能電池實(shí)施例可以使用由 圖24A-25A、圖24B-25B示出的步驟形成。例如，形成太陽能電池的方法可 以包括圖案化第二電極1133的修改步驟，從而第二電極1133的上表面與抗 反射層1141共平面。此平面表面輪廓可以通過使第二電極1133平坦化以與 抗反射層1141共平面來實(shí)現(xiàn)，如圖24B所示。
第二電極1133的邊緣部分設(shè)置為環(huán)形延伸1133b。延伸1133b (其由圖 13B示出)在半導(dǎo)體基板1110的外圍處定義了圓形第二邊緣區(qū)111% (其暴 露下面的第一電極1131b的表面)。圓形第二邊緣區(qū)1119b具有比圖10中的 寬度"Wa"更小的寬度。圓形第二邊緣區(qū)1119b可以通過在第二電極1133 和抗反射層1141的平坦化表面上形成圖案化的光致抗蝕劑層1149來定義， 如圖25A-25B所示。其后，如圖13A-13B所示，第二電極1133的暴露部分 和下面的絕緣層1135的部分被選4奪性去除，從而第一電極1131b的較窄的 上表面可以被暴露。通過增大第二電極1133、 1133b和邊界層1113之間的 總的接觸面積，圖13A-13B的太陽能電池實(shí)施例潛在地提供了較高的效率 (相對于圖10A-10B的太陽能電池實(shí)施例)。
現(xiàn)在參照圖26 ，上文描述的本發(fā)明的太陽能電池實(shí)施例可以被用于功率 控制網(wǎng)絡(luò)4000中，功率控制網(wǎng)絡(luò)4000接收來自太陽能電池陣列3000的功 率。如示出的，每個太陽能電池陣列3000可以構(gòu)造為多個太陽能電池模塊 2000，每個模塊包括太陽能電池1000的陣列。這樣，由每個太陽能電池1000 提供的較低的電壓和/或電流可以與由其它的太陽能電池1000提供的電壓和 /或電流結(jié)合，從而產(chǎn)生相對大的功率源。功率控制網(wǎng)絡(luò)4000示出為包括輸 出裝置4100、功率存儲裝置4200、充電/放電控制器4300和系統(tǒng)控制器4400， 系統(tǒng)控制器4400控制功率存儲裝置4200、充電/放電控制器4300、功率調(diào)節(jié) 系統(tǒng)(PCS) 4120以及網(wǎng)格連接系統(tǒng)4140。輸出裝置4100可以包括功率調(diào) 節(jié)系統(tǒng)(PCS) 4120和網(wǎng)格連接系統(tǒng)4140。 PCS 4120可以是用于將來自太 陽能電池陣列3000的直流電(DC)轉(zhuǎn)變成交流電(AC)的換流器。網(wǎng)格連 接系統(tǒng)4140可以連接到外部功率系統(tǒng)5000。當(dāng)由太陽能電池陣列3000產(chǎn)生 的輸出超過輸出到外部功率系統(tǒng)5000的功率時，充電/放電控制器4300用于 將多余的能量轉(zhuǎn)移到功率存儲裝置4200?？蛇x地，當(dāng)由太陽能電池陣列3000 產(chǎn)生的輸出不足以滿足外部功率系統(tǒng)5000的需求時，充電/放電控制器4300 用于將能量從功率存儲裝置4200取回。應(yīng)在太陽能電池的主表面上接收的入射光而支持電荷載流子的高效收集。例
如，圖27A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的集成電路太陽能電池2700的平面圖， 圖27B是圖27A的太陽能電池2700的沿線I-I'剖取的截面圖。如這些附圖 所示，太陽能電池2700包括:故頂表面電極2708圍繞的第二導(dǎo)電型區(qū)2710 (示出為方形區(qū))的二維陣列，第二導(dǎo)電型區(qū)2710可以具有N型導(dǎo)電性。 每個第二導(dǎo)電型區(qū)2710與基板區(qū)2702 (其可以具有P型導(dǎo)電性)形成各自 的P-N整流結(jié)。如圖27B所示，可以通過溝槽基電極2704 (其位于網(wǎng)狀溝 槽的底部處)制作到P型基板區(qū)2702的電接觸。網(wǎng)狀頂表面電極2708通過 插入的溝槽基電絕緣層2706 (例如二氧化硅)與下面的溝槽基電極2704電 隔離，溝槽基電絕緣層2706的上表面可以與基板區(qū)2702的上表面共平面， 頂表面電極2708和N型區(qū)2710形成在基板區(qū)2702上。
圖28A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的集成電路太陽能電池2800的平面圖， 圖28B是圖28A的太陽能電池2800的沿線I-I，剖取的截面圖。如圖28A的 平面圖所示，太陽能電池2800類似于圖27A的太陽能電池2700,然而，溝 槽基電極2804 (見，例如圖28B)示出為向上延伸到太陽能電池2800的最 上面的光接受表面。具體地，圖28B示出具有多個N型區(qū)2810形成在其上 的P型基板區(qū)2802，多個N型區(qū)2810分別與基板區(qū)2802形成P-N整流結(jié)。 使用多個頂表面電極2808制作到N型區(qū)2810的電接觸，通過溝槽基電極 2804制作到P型基板區(qū)2802的電接觸，溝槽基電極2804示出為平行地延 伸經(jīng)過太陽能電池2800的條狀電極。如圖28B進(jìn)一 步示出，溝槽基電極2804 和頂表面電才及2808通過電絕桑彖層2806 4皮此電隔離，電絕纟彖層2806鄰近太 陽能電池2800的光4妄受表面延伸。頂表面電極2808也通過電絕緣間隔物 2809與下面的基板區(qū)2802電隔離，電絕緣間隔物2809設(shè)置在頂表面電極 2808下面。
圖29A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的集成電路太陽能電池2900的平面圖， 圖29B是圖29A的太陽能電池2900的沿線I-I，剖取的截面圖。如圖29A-29B 所示，太陽能電池2900類似于圖28A-28B的太陽能電池實(shí)施例，然而，電 絕緣層2906移入基板區(qū)2902中并在溝槽基電極2904的上部的相對側(cè)。頂 表面電極2908設(shè)置在電絕緣層2906的上表面上，這能夠使圖29B中的N 型區(qū)2910比圖28B中的N型區(qū)2810更大。從而，圖29A-29B的太陽能電
20池實(shí)施例可以具有比圖28A-28B的太陽能電池實(shí)施例更大的光收集效率。如 圖所示，圖29A-29B的太陽能電池實(shí)施例還可以包括共形地沉積在N型區(qū) 290上并且在相鄰電極2908之間的間隔中的透光絕緣層2912,使得平面表 面輪廓鄰近太陽能電池2900的光收集表面設(shè)置。
圖30A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的集成電路太陽能電池3000的平面圖， 圖30B是圖30A的太陽能電池3000的沿線I-I，剖取的截面圖。如圖30A-30B 所示，溝槽基電極3004延伸為越過太陽能電池3000的光接收表面的平行條 形。這些溝槽基電極3004中的每個電連接到基板區(qū)3002，并通過各個絕緣 間隔物3006與N型區(qū)3010電隔離。這些N型區(qū)3010與下面的基板區(qū)3002 分別形成P-N結(jié)，并電接觸頂表面電極3008。電絕緣間隔物3009還設(shè)置在 頂表面電極3008下面，從而將這些電極3008與下面的基板區(qū)3002隔離。
圖31A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的集成電路太陽能電池3100的平面圖， 圖31B是圖31A的太陽能電池3100的沿線I-I，剖取的截面圖。太陽能電池 3100示出為包括其上具有二維陣列的方形N型區(qū)3110的基板區(qū)3102,方形 N型區(qū)3110被網(wǎng)狀頂表面電極3108圍繞。如圖所示，頂表面電極3108通 過電絕緣間隔物3109與基板區(qū)3102分隔并隔離。如圖31B所示，條狀溝槽 基電極3104鄰近各個溝槽的底部設(shè)置。這些溝槽基電極3104電連接到基板 區(qū)3102。電絕緣間隔物3106也設(shè)置在溝槽基電極3104與N型區(qū)3110之間。 可以使用引線接合(在圖31A-31B中未示出)制作到溝槽基電極3104的外 部控制，引線接合連接到基板區(qū)3102 (例如硅晶片)的外圍。
圖32A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的集成電路太陽能電池3200的平面圖， 圖32B是圖32A的太陽能電池3200的沿線I-I，剖取的截面圖。太陽能電池 3200示出為包括在其上具有二維陣列的方形N型區(qū)3210的基板區(qū)3202,方 形N型區(qū)3210分別與基板區(qū)3202形成P-N結(jié)。多個平行條狀溝槽基電極 3208設(shè)置在各個溝槽中。如圖所示，這些溝槽基電極3208電連接到上面的 N型區(qū)3210，但通過電絕緣襯層3209與圍繞的基板區(qū)3202電隔離，電絕緣 襯層3209沿溝槽的底部和側(cè)壁延伸。如圖所示，多個平行條狀溝槽電極3204 (其電耦接到基板區(qū)3202)也設(shè)置在相應(yīng)溝槽中。這些電極3204 (其鄰近 太陽能電池3200的光接收表面延伸)通過電絕緣間隔物3206 (例如氧化物 間隔物)與N型區(qū)3210的陣列電隔離。
圖33是根據(jù)本發(fā)明另 一 實(shí)施例的集成電路太陽能電池3300的平面圖，其類似于圖31A-31B的實(shí)施例3100。太陽能電池3300示出為包括在其上的 二維陣列的方形N型區(qū)3310,方形N型區(qū)3310凈皮網(wǎng)狀頂表面電才及3308圍 繞。平行條狀溝槽基電極3304也鄰近各個溝槽(在圖33中未示出)的底部 設(shè)置。但是，與圖31A-31B的太陽能電池3100相反，平行條狀溝槽基電極 3304以相對于圖31A-31B的電極3104成一角度延伸。
圖34A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的集成電路太陽能電池3400的平面圖， 圖34B.是圖34A的太陽能電池實(shí)施例的沿線W，剖取的截面圖，圖34C是圖 34A的太陽能電池實(shí)施例的沿線II-n，剖取的截面圖。這樣，如圖34B-34C 所示，十字交叉網(wǎng)格的溝槽基電極3404埋在P型基板區(qū)3402內(nèi)。P型基板 區(qū)3402分別與方形N型區(qū)3410的陣列形成P-N整流結(jié)。還設(shè)置了網(wǎng)狀電 極3408,其電連接到N型區(qū)3410。網(wǎng)狀電極3408通過電絕緣間隔物3409
(例如二氧化硅間隔物)與基板區(qū)3402電隔離。圖35是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí) 施例的集成電路太陽能電池3500的平面圖，其類似于圖34A-34C的實(shí)施例。 如圖所示，傾斜的十字交叉網(wǎng)格的溝槽基電極3504埋在P型基板區(qū)內(nèi)，P 型基板區(qū)分別與方形N型區(qū)3510的陣列形成P-N整流結(jié)。還設(shè)置了網(wǎng)狀電 極3508,其電連接到N型區(qū)3510。
圖36A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的太陽能電池3600的平面圖，圖36B 是圖36A的太陽能電池3600的沿線I-I，剖取的截面圖。如圖36A-36B所示， 多個相對薄的條狀電極3608設(shè)置在太陽能電池3600的光接收表面上且與多 個條狀N型區(qū)3610并排(alongside),多個條狀N型區(qū)3610與下面的基板 區(qū)3602(例如P型)分別形成P-N結(jié)。這些電極3608通過電絕緣間隔物3609
(例如氧化物間隔物)與下面的基板區(qū)3602電隔離。圖36A-36B還示出平 行于N型區(qū)3610和條狀電極3608延伸的溝槽基電極3604。這些電極3604
(其電連接到基板區(qū)3602)通過電絕緣間隔物3606與鄰近的N型區(qū)3610 電隔離。
圖37A是根據(jù)本發(fā)明附加實(shí)施例的太陽能電池3700的平面圖，圖37B 是圖37A的太陽能電池3700的沿線I-I'剖取的截面圖。如圖37A-37B所示， 多個相對薄的條狀電極3708設(shè)置在太陽能電池3700的光接收表面上，每個 電極3708夾在一對條狀N型區(qū)3710之間，條狀N型區(qū)3710分別與下面的 基板區(qū)3702(例如P型)形成P-N結(jié)。這些電極3708通過電絕緣間隔物3709 (例如氧化物間隔物)與下面的基板區(qū)3702電隔離。圖37A-37B還示出平行于N型區(qū)3710和條狀電極3708延伸的溝槽基電極3704。這些電極3704 (其電連接到基板區(qū)3702)通過電絕緣間隔物3706與鄰近的N型區(qū)3710
電隔離。
在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型優(yōu)選實(shí)施例，盡管特定的 術(shù)語被使用，但它們僅以一般和描述性的意義使用而不是為了限制，本發(fā)明 的范圍由附加的權(quán)利要求書闡述。
本發(fā)明要求于2008年5月19日提交的美國臨時申請No.61/054,233、于 2008年6月3日提交的美國臨時申請No.61/058,322、于2008年5月13日 提交的韓國專利申請No.2008-44062以及于.2008年5月28日提交的韓國專 利申請No.2008-49772的優(yōu)先4又，并將這些y〉開以參考方式合并在此。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括基板，具有在所述基板上的光收集表面和在所述基板中的P-N整流結(jié)，所述P-N整流結(jié)包括在所述基板中的第一導(dǎo)電型的基區(qū)和在所述基區(qū)與所述光收集表面之間延伸的第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層；溝槽，延伸通過第二導(dǎo)電型的所述半導(dǎo)體層并進(jìn)入第一導(dǎo)電型的所述基區(qū)；第一電極，鄰近所述溝槽的底部電耦接到第一導(dǎo)電型的所述基區(qū)；透光導(dǎo)電層，在第二導(dǎo)電型的所述半導(dǎo)體層上；以及第二電極，電耦接到第二導(dǎo)電型的所述半導(dǎo)體層和所述透光導(dǎo)電層。
2. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述透光導(dǎo)電層包括從由氧化 鋅和銦錫氧化物及其組合組成的組中選出的材料。
3. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述第二電極延伸到所述溝槽 中并接觸第二導(dǎo)電型的所述半導(dǎo)體層的側(cè)壁及所述透光導(dǎo)電層的側(cè)壁。
4. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，還包括在所述透光導(dǎo)電層上的抗反 射層。
5. 如權(quán)利要求4所述的太陽能電池，其中所述抗反射層覆蓋所述第二電極。
6. —種太陽能電池，包括基板，具有在所述基板上的光收集表面和在所述基板中的P-N整流結(jié)， 所述P-N整流結(jié)包括在所述基板中的第一導(dǎo)電型的基區(qū)和在所述基區(qū)與所 述光收集表面之間延伸的第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層；溝槽，延伸通過第二導(dǎo)電型的所述半導(dǎo)體層并進(jìn)入第 一導(dǎo)電型的所述基區(qū)；第一電極，鄰近所述溝槽的底部電耦接到第一導(dǎo)電型的所述基區(qū)； 抗反射層，在所述光收集表面上；以及第二電極，電耦接到第二導(dǎo)電型的所述半導(dǎo)體層，所述第二電極具有與
7. —種形成太陽能電池的方法，包括使硅晶片的表面紋理化以在所述表面中產(chǎn)生局域化的峰和谷，在所述硅晶片中具有第一導(dǎo)電型的基區(qū)；在紋理化的所述表面上沉積第二導(dǎo)電型的原位摻雜的非晶硅層，從而定義具有所述表面的紋理化的非整流異質(zhì)結(jié)；通過將足夠量的第二導(dǎo)電型摻雜劑從所述非晶硅層擴(kuò)散到所述基區(qū)中 從而使所述基區(qū)的一部分從凈第一導(dǎo)電型轉(zhuǎn)變成凈第二導(dǎo)電型，在所述基區(qū) 中形成第二導(dǎo)電型的邊界層；形成延伸通過所述非晶硅層和所述邊界層并進(jìn)入所述基區(qū)中的溝槽；形成電耦接到所述非晶硅層的第一電極；以及形成鄰近所述溝槽的底部電耦接到所述基區(qū)的第二電極。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中紋理化包括通過將所述硅晶片的表面 暴露到蝕刻劑來蝕刻所述表面，所述蝕刻劑導(dǎo)致在所述表面上形成殘留物以 用作進(jìn)一步蝕刻的局域化蝕刻掩模。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中紋理化包括將所述表面暴露到包括氯 和氟的干蝕刻劑。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中在所述基區(qū)中形成第二導(dǎo)電型的邊 界層包括形成具有在從500A到2000A的范圍內(nèi)的厚度的邊界層。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述基區(qū)中形成第二導(dǎo)電型的邊 界層包括在50CTC到90(TC的范圍內(nèi)的溫度對所述非晶硅層退火。
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中沉積原位摻雜的非晶硅層包括沉積 具有從1 x 1(Tcn^到1 x 1021cm—3范圍內(nèi)的摻雜濃度的第二導(dǎo)電型的原位摻 雜的非晶硅層。
13. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中沉積原位摻雜的非晶硅層包括使用 低壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積第二導(dǎo)電型的原位摻雜的非晶硅層。
14. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中形成第二電極包括在所述溝槽的底 部沉積第二電極；并且其中形成第一電極包括鄰近所述溝槽的頂部沉積第一電極。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中在形成第一電極之前用電絕緣間隔 層覆蓋所述第二電極，所述電絕緣間隔層在所述溝槽的側(cè)壁之間延伸。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中形成溝槽包括形成網(wǎng)格狀溝槽，在 所述網(wǎng)格狀溝槽中具有延伸經(jīng)過所述硅晶片的多個十字交叉的凹槽。
17. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述網(wǎng)格狀溝槽包括鄰近所述硅晶片的外圍的最外環(huán)狀溝槽；以及其中在形成第一電極之后進(jìn)行選擇性去除所述第一電極的在所述環(huán)狀溝槽的部分和下面的所述電絕緣間隔層在所述環(huán) 狀溝槽的部分，從而暴露所述第二電極。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括形成到所述環(huán)狀溝槽內(nèi)的所述第 二電極的暴露部分的多個引線接合。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述溝槽的所述底部沉積第二電 極之前將第 一導(dǎo)電型摻雜劑注入到所述溝槽的所述底部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有前表面電極的半導(dǎo)體太陽能電池及其形成方法。太陽能電池包括基板，該基板具有在其上的光收集表面以及在該基板內(nèi)的P-N整流結(jié)。P-N整流結(jié)包括第一導(dǎo)電型(例如p型)的基區(qū)和第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層在基區(qū)和光收集表面之間延伸。還設(shè)置延伸通過半導(dǎo)體層并進(jìn)入基區(qū)中的溝槽。第一電極和第二電極鄰近光收集表面設(shè)置。第一電極電耦接到半導(dǎo)體層，第二電極在鄰近溝槽的底部的位置處電耦接到基區(qū)。
文檔編號H01L31/042GK101621083SQ20091013938
公開日2010年1月6日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者李斗烈, 金允基, 金相澔 申請人:三星電子株式會社