用納米/微球光刻制造納米/微線太陽(yáng)能電池分案申請(qǐng)說(shuō)明本申請(qǐng)是于2010年6月1日提交的PCT國(guó)際申請(qǐng)PCT/US2010/036920的名稱為“用納米/微球光刻制造納米/微線太陽(yáng)能電池”的中國(guó)國(guó)家階段申請(qǐng)(國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枺?01080018567.1)的分案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，并且更特別地，涉及用于制造基于納米線/微線(microwire)的太陽(yáng)能電池的技術(shù)。

背景技術(shù)：
對(duì)太陽(yáng)能電池的廣泛使用的主要障礙是生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的高成本，通常幾乎一半的生產(chǎn)成本用于獲取起始太陽(yáng)能等級(jí)硅(Si)晶片(其必須符合某個(gè)最小厚度)。雖然Si被廣泛地用作太陽(yáng)能材料，但Si因?yàn)槠溟g接帶隙而具有長(zhǎng)吸收長(zhǎng)度。例如，需要100微米(μm)厚的Si晶片來(lái)吸收90％的高于1.12電子伏特(eV)帶隙的太陽(yáng)能。參見(jiàn)例如B.M.Kayes等人的“ComparisonoftheDevicePhysicsPrinciplesofPlanarandRadialp-nJunctionNanorodSolarCells，”J.Appl.Phys.，vol.97，114302(2005)(以下稱為“Kayes”)。備選地，可以使用較低成本的材料，諸如冶金等級(jí)多晶Si或者多結(jié)晶Si。例如，在2007年，冶金等級(jí)Si每千克(kg)花費(fèi)約2美元，而高品質(zhì)太陽(yáng)能等級(jí)Si襯底每kg花費(fèi)約20美元。參見(jiàn)例如USGS，Silicon：USGSMineralCommoditySummaries，January2008。然而，這些較低成本的材料通常由于存在許多雜質(zhì)和晶界而具有非常短的少數(shù)載流子壽命(并且因此具有短的擴(kuò)散長(zhǎng)度)。這種不利特性嚴(yán)重限制了電池效率。規(guī)避這種問(wèn)題的一種方式是尋求這些較低成本材料中的效率提高。對(duì)效率提高的有希望的途徑是在水平方向而不是垂直方向引導(dǎo)載流子匯集。這種方案可以在圓柱形p-n結(jié)配置中實(shí)現(xiàn)，該圓柱形p-n結(jié)配置由于匯集在徑向方向中發(fā)生，所以允許針對(duì)短擴(kuò)散長(zhǎng)度材料的更高效的載流子匯集。參見(jiàn)例如描述納米柱太陽(yáng)能電池的Kayes。然而，遺憾地是，用于生產(chǎn)納米等級(jí)太陽(yáng)能器件的傳統(tǒng)技術(shù)受限于低產(chǎn)量并因此對(duì)于大規(guī)模商業(yè)實(shí)現(xiàn)可能過(guò)于昂貴。因此，需要降低生產(chǎn)成本并且增加產(chǎn)量的改進(jìn)的太陽(yáng)能電池制造技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了用于制造基于納米線/微線的太陽(yáng)能電池的技術(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了用于制造太陽(yáng)能電池的方法。該方法包括以下步驟。提供摻雜襯底。在該襯底上沉積單層球體。該球體包括納米球、微球或其組合。修整該球體以在單層的單獨(dú)球體之間引入空間。修整后的球體被用作掩模以對(duì)該襯底中的接線進(jìn)行圖案化。該接線包括納米線、微線或其組合。在圖案化的接線上形成摻雜發(fā)射極層。在該發(fā)射極層之上沉積頂部接觸電極。在該襯底的與該接線相反的一側(cè)上沉積底部接觸電極。通過(guò)參考以下詳細(xì)描述和附圖，將會(huì)獲得對(duì)本發(fā)明的更完全理解以及本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性圓柱形p-n結(jié)配置的示意圖；圖2-圖9是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的，用于制造基于納米線和/或微線的太陽(yáng)能電池的示例性方法的示圖；圖10是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的通過(guò)擴(kuò)散形成發(fā)射極層的示圖；圖11是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的通過(guò)沉積形成發(fā)射極層的示圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的與納米球直徑和等離子體蝕刻時(shí)間有關(guān)的圖表；圖13A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的使用納米球掩模進(jìn)行圖案化的示例性納米線陣列的由上向下掃描電子顯微(SEM)圖像；圖13B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的使用納米球掩模進(jìn)行圖案化的示例性納米線陣列的橫截面SEM圖像；圖13C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖13B的圖像的一部分的放大橫截面SEM圖像；圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有通過(guò)擴(kuò)散磷旋涂摻雜劑源在納米線陣列上形成的發(fā)射極層的太陽(yáng)能電池的橫截面SEM圖像；圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有通過(guò)在納米線陣列上濺射氧化鋅(ZnO)層而形成的n型射極層的太陽(yáng)能電池的橫截面SEM圖像；圖16A是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖14的太陽(yáng)能電池的電特性的圖表；圖16B是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖14的太陽(yáng)能電池的電特性的表格；圖16C是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖14的太陽(yáng)能電池的反射率光譜的圖表；圖17A是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖15的太陽(yáng)能電池的電特性的圖表；以及圖17B是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖15的太陽(yáng)能電池的電特性的表格。具體實(shí)施方式在此公開(kāi)的內(nèi)容是用于制造基于納米線和/或微線的太陽(yáng)能電池的技術(shù)。本太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)采用圓柱形p-n結(jié)配置。圓柱形p-n結(jié)配置由于匯集在徑向方向中發(fā)生，而允許針對(duì)短的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度太陽(yáng)能材料的更高效的載流子匯集。因此，在本教導(dǎo)中可以實(shí)現(xiàn)由于短的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度而可能不適合于在傳統(tǒng)的平面太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)中使用的低成本材料，因而實(shí)現(xiàn)節(jié)省生產(chǎn)成本。此外，為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的基于納米線和/或微線的太陽(yáng)能電池，重要的是利用低成本方法制造納米線和/或微線結(jié)構(gòu)。因此，本技術(shù)提供了采用“由上向下”納米球/微球光刻的制造工藝，從而避免了諸如電子束(e-beam)或者紫外線(UV)光刻之類的受限于低產(chǎn)量并且因而過(guò)于昂貴的標(biāo)準(zhǔn)工藝。納米球/微球光刻制造技術(shù)提供了簡(jiǎn)單、低成本并且高產(chǎn)量的技術(shù)以限定大規(guī)模納米線和/或微線結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)例如C.L.Cheung等人的“FabricationofNanopillarsbyNanosphereLithography，”Nanotech.17，1339(2006)(以下稱為“Cheung”)以及Z.Huang等人的“FabricationofSiliconNanowireArrayswithControlledDiameter，Length，andDensity，”AdvancedMaterials19，744(2007)(以下稱為“Huang”)，它們各自的內(nèi)容在此通過(guò)引用并入。納米球和/或微球光刻制造技術(shù)依賴于納米球和/或微球的大規(guī)模自組裝布置(參見(jiàn)下文)。相比于對(duì)照(control)樣本(以常規(guī)方式制造的平面器件，即沒(méi)有納米線或者微線)，使用本技術(shù)制造的基于納米線和微線的太陽(yáng)能電池的電特性示出了在較高短路電流和效率方面的有希望的益處(參見(jiàn)下文)。同樣地，相比于常規(guī)的用于大規(guī)模納米線制造的“由下向上”技術(shù)(即，汽液固(VLS)生長(zhǎng)工藝)，本納米球/微球光刻制造技術(shù)無(wú)需對(duì)于太陽(yáng)能電池性能可能非常有害的金屬催化劑。具體而言，VLS生長(zhǎng)中涉及的金屬催化劑，諸如金(Au)、銀(Ag)和銅(Cu)，充當(dāng)實(shí)質(zhì)上增加復(fù)合電流的對(duì)太陽(yáng)能電池中的少數(shù)載流子的雜質(zhì)陷阱。這個(gè)電流繼而減少太陽(yáng)能電池中的有用光生電流量。此外，納米球/微球光刻制造技術(shù)在控制所生產(chǎn)的納米線和/或微線的尺寸(直徑和高度)中提供更大的靈活性。圖1是圖示了在圓柱形p-n結(jié)配置中按照水平方向指引載流子匯集的示意圖。如圖1中所示，通過(guò)參考示例性基于納米線的太陽(yáng)能電池100，在圓柱形p-n結(jié)中，電荷載流子(即電子e-空穴h對(duì))匯集發(fā)生在徑向方向中。換言之，在圓柱形內(nèi)核(在本示例中為n型摻雜納米線102)和圍繞該內(nèi)核的層(在本示例中為p型摻雜發(fā)射極層104)之間形成p-n結(jié)。納米線的半徑r與少數(shù)載流子(在本實(shí)例中為空穴)的擴(kuò)散長(zhǎng)度Lp相當(dāng)，即r～Lp。這暗示了空穴可以在主體(即，納米線102和下面的襯底)中的任何位置生成，并且它們將由p-n結(jié)有效地匯集和分離，以產(chǎn)生有用的電流。徑向方向中的改進(jìn)的載流子匯集可以提高太陽(yáng)能電池的效率。參見(jiàn)例如Kayes，其內(nèi)容通過(guò)引入并入于此。此外，納米線薄膜還充當(dāng)增加光吸收的自然抗反射涂層(參見(jiàn)例如L.Tsakalakos等人的“StrongBroadbandOpticalAbsorptioninSiliconNanowireFilms，”J.Nanophot.1，013552(2007)，其內(nèi)容通過(guò)引入并入于此)，特別是在較短波長(zhǎng)處(參見(jiàn)例如L.Hu等人的“AnalysisofOpticalAbsorptioninSiliconNanowireArraysforPhotovoltaicApplications，”NanoLett.，Vol.7，no.11，3249(2007)，(以下稱為“Hu”)，其內(nèi)容通過(guò)引入并入于此)。這種作用提高了電池的能量轉(zhuǎn)換效率。圖2-圖9是圖示了用于制造基于納米線和/或微線的太陽(yáng)能電池的示例性方法的示圖。用于制造工藝的起始平臺(tái)是襯底，即襯底202(參見(jiàn)圖2)。襯底202可以是適合于形成用于太陽(yáng)能電池的p-n結(jié)的任何半導(dǎo)體材料。因此，使用n型摻雜劑或p型摻雜劑對(duì)襯底202進(jìn)行摻雜。適合的n型摻雜劑包括但不限于磷(P)和砷(As)。適合的p型摻雜劑包括但不限于硼(B)。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，使用p型硅(例如，Si(100))襯底。如圖2中所示，在襯底上沉積單層球體204。球體204包括納米球、微球或者納米球和微球的組合。納米球在此通常被認(rèn)為包括具有小于約1μm(例如，從約50納米(nm)至約1微米(μm))的直徑ds的球體204。微球在此通常被認(rèn)為包括具有大于或等于約1μm(例如從約1μm至約50μm)的直徑ds的球體204。球體204將用于對(duì)襯底中的接線進(jìn)行圖案化，而接線的直徑取決于修整步驟(參見(jiàn)下文)之后的球體的直徑。因此，修整后的納米球、微球或者納米球和微球的組合將分別用于對(duì)襯底中的納米線、微線或者納米線和微線的組合進(jìn)行圖案化。根據(jù)示例性實(shí)施方式，使用聚苯乙烯乳膠球體。聚苯乙烯乳膠微球可以從美國(guó)馬薩諸塞州Waltham的ThermoFisherScientific公司購(gòu)得(聚苯乙烯乳膠微球5000系列)。對(duì)通常在水懸浮液中提供的球體使用甲醇+TritonTM-X表面活性劑(可從美國(guó)密西根州Midland的DowChemical公司獲得)(例如，聚苯乙烯乳膠納米球和/或微球懸浮液∶甲醇∶TritonTM-X為560∶400∶1)稀釋，并且使用旋涂技術(shù)沉積(例如，對(duì)于500nm的納米球)旋轉(zhuǎn)順序?yàn)椋好糠昼?00轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)(持續(xù)10秒)，800rpm(持續(xù)120秒)以及1400rpm(持續(xù)10秒)。按照這種方式沉積的納米球和/或微球?qū)凑兆越M裝方式在襯底上布置其自身，并且因此稀釋因數(shù)被優(yōu)化以跨典型的太陽(yáng)能電池器件的大面積(即，范圍從約1厘米(cm)×1cm至約50cm×50cm，參見(jiàn)下文)而獲得單層球體。如果球體濃度過(guò)高，那么在襯底上將會(huì)存在(非期望的)兩層或更多層納米球和/或微球的區(qū)域。類似地，如果球體濃度過(guò)低，那么將會(huì)存在(非期望的)其中缺少納米球/微球的開(kāi)放區(qū)域。也可以使用表面官能化連同與官能化表面相互作用的化學(xué)官能化的納米球和/或微球來(lái)執(zhí)行球體沉積工藝。根據(jù)示例性實(shí)施方式，利用氨基硅烷[3-(2-氨基乙基氨)丙基]三甲氧硅烷(APTS)對(duì)襯底的表面進(jìn)行官能化。將襯底浸入APTS溶液約一小時(shí)，吹干并且以85攝氏度(℃)烘烤15分鐘。繼而，使用簡(jiǎn)單的滴鑄(dropcasting)技術(shù)沉積球體(盡管也可以使用其他沉積技術(shù)，諸如旋鑄、浸涂、噴涂以及上述的旋涂技術(shù))。在本示例中，使用羧化物球(諸如羧化物微球，其可從美國(guó)賓夕法尼亞州Warrington的Polysciences公司獲得)。這些球體在其表面呈現(xiàn)羧基(COOH)官能團(tuán)，其與襯底的官能化表面上的NH2基結(jié)合，從而增加球體與襯底之間的附著力。在初始球體溶液中的溶劑蒸發(fā)之后，使用蒸餾水沖洗襯底以去除過(guò)量球體，僅在表面上留下單層球體。盡管需要附加的官能化步驟以及特殊類型的球體，但這種方法提供了某些優(yōu)點(diǎn)，諸如更穩(wěn)固的單層形成、更佳的一致性、更容易按比例增加、消耗更少的納米球溶液，并且最值得注意的是，這種技術(shù)允許使用具有粗糙表面的襯底材料(諸如多晶或多結(jié)晶或非晶半導(dǎo)體襯底)。也可以使用可選種類的官能化化學(xué)反應(yīng)(例如，其中利用酸基對(duì)襯底進(jìn)行官能化而使用堿對(duì)球體進(jìn)行官能化)執(zhí)行這種技術(shù)。存在可以用來(lái)將球體結(jié)合到表面的許多其他補(bǔ)充化學(xué)反應(yīng)，包括許多類型的酸/堿相互作用或者各種共價(jià)鍵形成反應(yīng)?？梢栽诩児璞砻嫔?、自然氧化硅上和生長(zhǎng)的氧化硅上進(jìn)行表面官能化。圖3中示出了沉積在襯底202上的單層球體204的俯視圖(即，從有利點(diǎn)A的俯視圖)。圖3圖示了在此使用的納米球/微球光刻制造技術(shù)仰賴于大規(guī)模的球體自組裝布置。術(shù)語(yǔ)“大規(guī)?！耙庵父采w面積比納米球/微球的尺寸大得多。例如，在本教導(dǎo)中，納米球/微球的目標(biāo)在于覆蓋大面積的太陽(yáng)能電池襯底，諸如襯底202，例如具有從約1cm至約50cm的長(zhǎng)度l以及從約1cm至約50cm的寬度w。這種襯底尺寸比具有例如約1μm的直徑的微球大了五個(gè)數(shù)量級(jí)。如圖4中所示，修整球體204以在單層的單獨(dú)球體之間引入空間。根據(jù)示例性實(shí)施方式，使用氧(O2)等離子體反應(yīng)離子蝕刻(RIE)修整球體的直徑。通過(guò)控制等離子體蝕刻的定時(shí)來(lái)控制要修整/減少多少球體直徑。在圖12中呈現(xiàn)有關(guān)球體直徑和等離子體蝕刻時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其在以下進(jìn)行描述。為允許稍后形成的納米線和/或微線之間有足夠的間隙空間以容納發(fā)射極層的形成(參見(jiàn)下文)，這種修整步驟是必要的。修整步驟也可以用于將納米球和/或微球減小至用于接線圖案化的適合尺寸(即，直徑)。僅通過(guò)示例，如果單層球體204(參見(jiàn)以上描述的圖2)僅包含微球且期望對(duì)襯底中的納米線進(jìn)行圖案化，則可使用修整步驟將球體直徑減小至所期望的納米尺寸。在評(píng)估起始球體尺寸(修整前)以及所期望的接線直徑時(shí)，必須考慮由于修整步驟所造成的球體尺寸的這種減小。如圖5中所示，使用球體204(現(xiàn)在具有減小的直徑)作為掩模，以對(duì)襯底202中的接線502進(jìn)行圖案化。根據(jù)示例性實(shí)施方式，通過(guò)深RIE工藝對(duì)襯底202中的接線502進(jìn)行圖案化。例如，當(dāng)襯底202包含硅(Si)時(shí)，可以使用氫溴酸(HBr)、四氟甲烷(CF4)及氯氣(Cl2)化學(xué)反應(yīng)或BOSCH工藝(如，時(shí)間多工RIE工藝，其包括由六氟化硫(SF6)的蝕刻步驟和由八氟環(huán)丁烷(C4F8)的鈍化步驟)。參見(jiàn)例如Cheung。也可以利用濕蝕刻技術(shù)以避免真空處理并降低成本。參見(jiàn)例如Huang。盡管濕蝕刻技術(shù)利用金屬催化劑，諸如Ag(如上文所強(qiáng)調(diào)，這對(duì)太陽(yáng)能電池器件并不利)，但金屬僅用作蝕刻催化劑而非生長(zhǎng)催化劑，因此其不大可能并入半導(dǎo)體材料中。所以，可以將金屬的任何有害作用變得最小。如下所述，在圖13A-圖13C中示出了按照這種方式(即，利用深RIE和納米球掩模)進(jìn)行圖案化的納米線的示例。如上文所強(qiáng)調(diào)，在襯底202中進(jìn)行圖案化的接線502的直徑取決于球體204修整后的直徑。因此，修整后的納米球、微球或納米球和微球的組合將使得納米線、微線或納米線和微線的組合分別在襯底202中被圖案化。因此，在此通常將納米線視為包括具有小于約1μm(例如從約50nm至約1μm)的直徑dw的接線502。在此通常將微線視為包括具有大于或等于約1μm(例如從約1μm至約50μm)的直徑dw的接線502?，F(xiàn)在可以清潔在襯底202中進(jìn)行圖案化的接線502以去除由于RIE工藝所造成的任何表面損壞。對(duì)于Si襯底，可以使用例如氧化步驟(諸如使用Piranha溶液(硫酸(H2SO4)∶過(guò)氧化氫(H2O2)的容積比＝3∶1)持續(xù)約30分鐘)，接著再進(jìn)行RCA清潔。在RCA清潔中所執(zhí)行的步驟對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的，因此在此不進(jìn)行進(jìn)一步的描述。在這個(gè)清潔步驟期間，還去除球體。參見(jiàn)圖6。如上文所強(qiáng)調(diào)，與傳統(tǒng)的由下而上技術(shù)(諸如VLS納米線生長(zhǎng)技術(shù)，其中利用化學(xué)汽相沉積工藝+金屬催化劑來(lái)生長(zhǎng)納米線)相比，本納米球/微球光刻制造技術(shù)在控制納米線/微線的尺寸(直徑及高度)方面提供更大的靈活性。即，利用本自上而下的方法，可以容易地控制以下二者：1)接線直徑，其通過(guò)選擇起始球體的尺寸，接著進(jìn)行合適的O2等離子體修整技術(shù)；以及2)接線高度，其通過(guò)控制RIE工藝的蝕刻時(shí)間。如圖7中所示，在接線502上及襯底202之上形成發(fā)射極層702。發(fā)射極層702利用n型摻雜劑或p型摻雜劑高度摻雜，例如，濃度為從約1×1019立方厘米(cm3)至約1×1021cm3，以便具有與襯底202和接線502的極性相反的極性。合適的n型摻雜劑和p型摻雜劑如上所述。僅通過(guò)示例，如果接線502由p型Si襯底(參見(jiàn)上文)形成，則將利用n型摻雜劑摻雜發(fā)射極層702，以在接線502和發(fā)射極層702之間形成圓柱形p-n結(jié)。發(fā)射極層702可以以若干不同方式形成。一種方式是通過(guò)主擴(kuò)散(drive-indiffusion)技術(shù)(參見(jiàn)圖10，其說(shuō)明如下)，而另一種方式是通過(guò)沉積(參見(jiàn)圖11，其說(shuō)明如下)。如圖8中所示，可以例如使用標(biāo)準(zhǔn)圖案化技術(shù)限定臺(tái)面結(jié)構(gòu)802以隔離器件。合適的圖案化技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的，因此在此不進(jìn)行進(jìn)一步的描述。在此步驟期間，從襯底202沒(méi)有包含納米線或微線的區(qū)域去除發(fā)射極層702的部分。如圖9中所示，形成頂部接觸電極902和底部接觸電極904。具體而言，頂部接觸電極902沉積在發(fā)射極層702之上，而底部接觸電極904沉積在襯底202的與接線502相反的一側(cè)上。根據(jù)示例性實(shí)施方式，頂部接觸電極902包括銦錫氧化物(ITO)和/或鋁(Al)、Cu、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鈀(Pd)、Ag及Au中的一種或多種(諸如Ti/Pd/Ag或Ti/Au)，而底部接觸電極904包括Al、Cu、Ni、Ti、Pd、Ag及Au中的一種或多種(諸如Ti/Pd/Ag或Ti/Au)?？梢允褂媒饘僬舭l(fā)、電鍍或絲網(wǎng)印刷來(lái)沉積頂部接觸電極902和/或底部接觸電極904。如將在下文描述的那樣，可以將頂部接觸電極902形成為發(fā)射極層之上的共形層。如所強(qiáng)調(diào)的那樣，例如，以上結(jié)合對(duì)圖7的描述，可以以若干不同方式形成發(fā)射極層702。圖10圖示了通過(guò)擴(kuò)散形成發(fā)射極層702。即，通過(guò)從摻雜劑源將n型摻雜劑或p型摻雜劑擴(kuò)散到接線502上(如由箭頭1002所指示)形成發(fā)射極層702。合適的摻雜劑源包括但不限于：旋涂玻璃(SOG)摻雜劑或氣相摻雜劑前體(precursor)，諸如氯化磷酰(POCl3)。例如，使用旋涂玻璃(SOG)摻雜劑源，首先在接線502上沉積SOG，接著在主擴(kuò)散步驟中，在從約850℃至約1,000℃的溫度下，使樣本退火持續(xù)從約10分鐘至約30分鐘的持續(xù)時(shí)間(該持續(xù)時(shí)間取決于目標(biāo)結(jié)深度)。對(duì)于氣相摻雜劑前體(諸如POCl3)而言，首先將接線502曝露至氣相摻雜劑前體，接著在約800℃的溫度下，使樣本退火持續(xù)約1小時(shí)的持續(xù)時(shí)間(可以相應(yīng)地調(diào)整該持續(xù)時(shí)間以調(diào)節(jié)結(jié)深度)。圖11圖示了通過(guò)沉積形成發(fā)射極層702。即，以與襯底相反的摻雜類型在接線502上沉積半導(dǎo)體材料，以形成發(fā)射極層702(如箭頭1102所指示)。例如，如果襯底為p型襯底，則可在接線502上沉積n型Si或另一n型材料，諸如氧化鋅(ZnO)和/或ITO。根據(jù)示例性實(shí)施方式，使用蒸發(fā)、濺射或外延生長(zhǎng)在接線502上沉積半導(dǎo)體材料。蒸發(fā)、濺射和外延生長(zhǎng)沉積技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的，因此在此不進(jìn)行進(jìn)一步描述。具有按照這種方式(即，通過(guò)沉積)形成的發(fā)射極層的太陽(yáng)能電池保證在納米線/微線表面上共形形成p-n結(jié)，這對(duì)于提高徑向方向的載流子匯集是需要的(例如，參見(jiàn)Kayes)。具體而言，利用(發(fā)射極層)沉積工藝，所得到的p-n結(jié)界面包繞納米線/微線表面，因此提供了徑向p-n結(jié)結(jié)構(gòu)。利用(發(fā)射極層)擴(kuò)散工藝還可以獲得在納米線/微線表面上p-n結(jié)的共形形成。然而，需要對(duì)擴(kuò)散工藝進(jìn)行嚴(yán)格的和統(tǒng)一的控制。例如，需要對(duì)主擴(kuò)散步驟的持續(xù)時(shí)間加以控制，以防止可能對(duì)p-n結(jié)結(jié)構(gòu)有不利的影響的過(guò)度擴(kuò)散/擴(kuò)散不足。此外，使用沉積工藝形成發(fā)射極層允許通過(guò)不同于襯底和納米線/微線的材料形成發(fā)射極層。采用不同于襯底和納米線/微線的材料的發(fā)射極層允許形成異質(zhì)結(jié)納米線/微線太陽(yáng)能電池。異質(zhì)結(jié)納米線/微線太陽(yáng)能電池具有優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)。例如，使用異質(zhì)結(jié)納米線/微線太陽(yáng)能電池，可以使用作為窗發(fā)射極層(windowemitterlayer)的更高帶隙材料。此層將可以透光，從而允許大部分的光子能夠從中通過(guò)朝向更有效率的吸收體(襯底)層，與此同時(shí)此窗層可以充當(dāng)將減少表面復(fù)合的表面鈍化層。如所描述的那樣，例如，上文結(jié)合對(duì)圖4的說(shuō)明，可以使用氧等離子體RIE工藝修整納米球/微球?？梢酝ㄟ^(guò)控制等離子體的定時(shí)，控制納米球/微球的直徑所要修整/減小的量。為了說(shuō)明此工藝，圖12中提供了有關(guān)其中使用等離子體蝕刻來(lái)修整納米球的實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。即，圖12是有關(guān)納米球直徑及等離子體蝕刻時(shí)間的圖表1200。在圖表1200中，在x軸上繪出了等離子體時(shí)間(持續(xù)時(shí)間)(測(cè)量單位：秒)，并且在y軸上繪出了納米球(NS)直徑(測(cè)量單位：nm)。在此示例中使用的等離子體蝕刻使用每分鐘15標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)的氧(O2)流和100瓦(W)的射頻(RF)功率源執(zhí)行。圖13A是使用納米球掩模進(jìn)行圖案化的示例性納米線陣列的俯視掃描電子顯微(SEM)圖像1300A，而圖13B是其橫截面SEM圖像1300B。上文已經(jīng)詳細(xì)描述了用于使用納米球和/或微球掩模對(duì)納米線和/或微線進(jìn)行圖案化的工藝。在此示例中，在p型Si(100)襯底中對(duì)納米線1302的陣列進(jìn)行圖案化。存在于水懸浮液中的納米球在甲醇中按照4∶7(甲醇∶納米球)的比例稀釋。在沉積之后，如上所述，使用O2等離子體RIE來(lái)修整納米球，其中氧(O2)流為15sccm，RF功率源為100W，壓力為1.76Torr并且相應(yīng)地調(diào)整時(shí)間，以獲得最后的納米球直徑，如圖12中所示(如上所述)。此工藝以深RIE繼續(xù)，其使用HBr作為主要蝕刻劑，壓力為4微米汞柱(mTorr)，RF功率源為650W，氣體流為160sccm，持續(xù)時(shí)間約四分鐘。圖13C中示出了(圖像1300B的)部分1304的放大圖。圖13C是圖像1300B(圖13B)的部分1304的放大圖像1300C。圖像1300C圖示了圖案化陣列中的每個(gè)納米線1302具有約1,260nm高度和約235nm的頂部直徑。圖14是具有通過(guò)擴(kuò)散(即，主擴(kuò)散)磷旋涂摻雜劑源(P509)而在納米線陣列上形成的發(fā)射極層1402的太陽(yáng)能電池的橫截面SEM圖像1400。例如，結(jié)合上文對(duì)圖10的描述，描述了通過(guò)擴(kuò)散形成發(fā)射極層。在此示例中，使用上述技術(shù)在p型Si(100)(p-Si)襯底中對(duì)納米線陣列進(jìn)行圖案化。使用旋涂技術(shù)在納米線上沉積磷摻雜劑，然后通過(guò)在約850℃約30分鐘持續(xù)時(shí)間的熱處理將磷摻雜劑擴(kuò)散至納米線中。圖15為具有通過(guò)在納米線陣列上濺射ZnO層而形成的n型發(fā)射極層1502的太陽(yáng)能電池的橫截面SEM圖像1500。例如，結(jié)合上文對(duì)圖11的描述，描述了通過(guò)沉積形成的發(fā)射極層。在此示例中，使用上述技術(shù)在p型Si(100)(p-Si)襯底中對(duì)納米線陣列進(jìn)行圖案化。在納米線上將ZnO發(fā)射極層濺射至約900埃()的厚度。繼而，在ZnO發(fā)射極層之上沉積ITO的共形層，其圍繞每個(gè)納米線至約的厚度并且充當(dāng)頂部接觸電極。針對(duì)圖14的太陽(yáng)能電池(即，具有通過(guò)擴(kuò)散磷旋涂摻雜劑源而在納米線陣列上形成的發(fā)射極層)以及圖15的太陽(yáng)能電池(即，具有通過(guò)在納米線陣列上濺射ZnO層而形成的n型發(fā)射極層)，在模擬日光(一個(gè)太陽(yáng)AM1.5光譜)的照明下，執(zhí)行電特性測(cè)試。在每個(gè)測(cè)試中，為了比較，還測(cè)試平面對(duì)照電池，即，沒(méi)有納米線的太陽(yáng)能電池。在圖16A-圖16C中示出了在圖14的太陽(yáng)能電池上執(zhí)行的測(cè)試的結(jié)果，并且在圖17A和圖17B中示出了在圖15的太陽(yáng)能電池上執(zhí)行的測(cè)試的結(jié)果。圖16A是圖示了圖14的具有通過(guò)擴(kuò)散而形成的發(fā)射極層的基于納米線的太陽(yáng)能電池(即，NW電池)以及標(biāo)準(zhǔn)平面太陽(yáng)能電池(即，平面對(duì)照)的電特性的圖表1600A。在基于納米線的太陽(yáng)能電池的發(fā)射極層上形成包括例如Al、Cu、Ni、Ti、Pd、Ag及Au中的一種或多種(諸如Ti/Pd/Ag或Ti/Au)的頂部接觸電極(參見(jiàn)上文對(duì)圖9的描述)。圖表1600A示出了在仿真的一個(gè)太陽(yáng)照明下的電特性。在圖表1600A中，在x軸上繪出了電壓V(測(cè)量單位：毫伏(mV))，并且在y軸上繪出了電流I(測(cè)量單位：毫安(mA))。太陽(yáng)能電池面積為0.45平方厘米(cm2)。圖16B為圖示了圖14的具有通過(guò)擴(kuò)散而形成的發(fā)射極層的基于納米線的太陽(yáng)能電池(即，NW電池)以及標(biāo)準(zhǔn)平面太陽(yáng)能電池(即，對(duì)照)的電特性的表格1600B。(從圖表1600A導(dǎo)出的)表格1600B中示出的電特性為開(kāi)路電流(VOC)(測(cè)量單位：mV)、短路電流(JSC)(測(cè)量單位：每平方厘米毫安(mA/cm2)、填充因子(FF)以及百分比(％)效率(Eff)。圖16C是圖示了圖14的具有通過(guò)擴(kuò)散而形成的發(fā)射極層的基于納米線的太陽(yáng)能電池(即，NW)以及標(biāo)準(zhǔn)平面太陽(yáng)能電池(即，對(duì)照)的反射率光譜的圖表1600C。在圖表1600C中，在x軸上繪出波長(zhǎng)(λ)(測(cè)量單位：nm)，以及在y軸上繪出了反射率(R)。從圖16A-圖16C中示出的結(jié)果，很明顯地可以看出圖14的太陽(yáng)能電池具有比平面對(duì)照電池更高的短路電流(JSC)。此優(yōu)點(diǎn)可能是歸因于由于存在納米線而造成的較佳的光捕捉或抗反射性質(zhì)。然而，基于納米線的太陽(yáng)能電池具有較差的填充因子(FF)，因而整體效率并沒(méi)有提高而是接近對(duì)照樣本的整體效率。不佳的填充因子(FF)與顯著的串聯(lián)電阻相關(guān)聯(lián)。通過(guò)在頂部使用諸如ITO之類的共形及傳導(dǎo)層(如上文所描述)對(duì)此串聯(lián)電阻的減少，將提高基于納米線的太陽(yáng)能電池效率?；诩{米線的太陽(yáng)能電池展現(xiàn)有較小反射系數(shù)，從而證明了與較高短路電流一致的較佳光捕捉性質(zhì)。圖17A是圖示了圖15的具有通過(guò)沉積而形成的發(fā)射極層的基于納米線的太陽(yáng)能電池(即，NW)以及標(biāo)準(zhǔn)平面太陽(yáng)能電池(即，平面對(duì)照)的電特性的圖表1700A。在基于納米線的太陽(yáng)能電池的發(fā)射極層之上形成包括例如Al、Cu、Ni、Ti、Pd、Ag及Au中的一種或多種(諸如Ti/Pd/Ag或Ti/Au)的頂部接觸電極(參見(jiàn)上文對(duì)圖9的描述)。圖表1700A示出了在仿真的一個(gè)太陽(yáng)照明下的電特性。在圖表1700A中，在x軸上繪出了電壓V(測(cè)量單位：mV)，并且在y軸上繪出了電流I(測(cè)量單位：mA)。太陽(yáng)能電池面積為0.45cm2。圖17B是圖示了圖15的具有通過(guò)沉積而形成的發(fā)射極層的基于納米線的太陽(yáng)能電池(即，NW電池)以及標(biāo)準(zhǔn)平面太陽(yáng)能電池(即，對(duì)照)的電特性的表格1700B。(從圖表1700A導(dǎo)出的)表格1700B中示出的電特性為開(kāi)路電流(VOC)(測(cè)量單位：mV)、短路電流(JSC)(測(cè)量單位：mA/cm2)、填充因子(FF)以及百分比(％)效率(Eff)。通過(guò)圖17A及圖17B中示出的結(jié)果，很明顯可以看出，與對(duì)照樣本相比，圖15的太陽(yáng)能電池在各方面(即，VOC、JSC、效率)具有更高的效能?？傊谒圃斓幕诩{米線的太陽(yáng)能電池的兩個(gè)示例中，即，一個(gè)示例具有通過(guò)擴(kuò)散形成的發(fā)射極層(圖14)，并且一個(gè)示例具有通過(guò)沉積形成的發(fā)射極層(圖15)，存在可以從基于納米線的太陽(yáng)能電池獲得的在較高短路電流及效率方面的有前途的利益。因此，已經(jīng)說(shuō)明了納米球/微球光刻是用于實(shí)現(xiàn)具有太陽(yáng)能電池生產(chǎn)所必須的低成本和高產(chǎn)量的大規(guī)模納米線/微線的可行技術(shù)。盡管在此已經(jīng)描述了本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于這些精確的實(shí)施方式，并且可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出各種其他改變和修改而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。