在基板中具有淺反摻雜層的隧穿結太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開一般而言涉及太陽能電池。更具體而言，本公開涉及在基板中具有淺反摻雜層的隧穿結太陽能電池。
【背景技術】
[0002]由使用化石燃料造成的負面環(huán)境影響及其提高的成本已導致對更清潔、更廉價的備選能源的迫切需求。在不同形式的備選能源中，太陽能已經(jīng)由于其清潔性和廣泛的可用性而受到青睞。
[0003]太陽能電池利用光電效應把光轉(zhuǎn)換成電。有許多太陽能電池結構，并且典型的太陽能電池包含包括P型摻雜層和η型摻雜層的P-η結。此外，有其它類型的不基于P-η結的太陽能電池。例如，太陽能電池可以基于包括位于金屬或高導電層和摻雜的半導體層之間的超薄電介質(zhì)或絕緣界面隧穿層的金屬-絕緣體-半導體(MIS)結構。
[0004]在各種類型的太陽能電池中，硅異質(zhì)結(SHJ)太陽能電池由于其高效率而引入注目。例如，美國專利N0.5，705，828公開了一種雙側異質(zhì)結太陽能電池，它利用優(yōu)良的表面鈍化實現(xiàn)了高效率。雙側異質(zhì)結太陽能電池的關鍵改進是更高的開路電壓(V。。)，諸如大于715mV(與常規(guī)基于晶體硅的太陽能電池的600mV V。。相比)。
[0005]已經(jīng)提出了通過改進發(fā)射極(emitter)表面的鈍化獲得高效太陽能電池的其它方法。美國專利N0.5，705，828和美國專利N0.7，030，413描述了使用本征半導體層(諸如本征a-Si的層)的表面鈍化方法。通過減少表面懸空鍵的數(shù)量并且降低少數(shù)載流子濃度，本征a-Si層可以為晶體硅發(fā)射極提供優(yōu)良的鈍化。后者的效果是(由價帶偏移形成的)表面場的結果，這把少數(shù)載流子推離界面和發(fā)射極。
[0006]此外，美國專利N0.5,213, 628和美國專利N0.7，737，357描述了可以從場效應和表面鈍化的組合提供優(yōu)良開路電壓(V。。)的基于隧穿的異質(zhì)結裝置。然而，因為隧穿勢皇不可避免地阻塞多數(shù)載流子的流動，所以這些基于隧穿的異質(zhì)結裝置常常遭受更低的短路(Jsc)電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個實施例提供了隧穿結太陽能電池。該太陽能電池包括基極層、設置得與淺反摻雜層相鄰的發(fā)射極層、設置為與基極層的與淺反摻雜層相對的一側相鄰的表面場層、前側電極以及背側電極?；鶚O層包括淺反摻雜層，其具有與基極層其余部分相反的導電摻雜類型。發(fā)射極層具有比基極層的帶隙寬的帶隙。
[0008]在該實施例的變體中，基極層包括以下至少一個:單晶硅晶片、外延生長的晶體硅(c-Si)薄膜，以及具有分級摻雜的外延生長的晶體硅(C-Si)薄膜。
[0009]在該實施例的變體中，淺反摻雜層具有分級摻雜濃度，并且分級摻雜的峰值在IxlO18/cm3和5x10 20/cm3之間的范圍內(nèi)。
[0010]在該實施例的變體中，淺反摻雜層具有小于300nm的厚度。
[0011]在該實施例的變體中，淺反摻雜層是利用以下至少一個形成的:通過摻雜劑的熱驅(qū)入摻雜娃酸鹽玻璃、通過摻雜劑的熱驅(qū)入摻雜a-s1、通過摻雜劑的熱驅(qū)入摻雜多晶體娃、離子注入，以及外延生長摻雜的C-Si的層。
[0012]在該實施例的變體中，太陽能電池還包括以下至少一個:在基極層和發(fā)射極層之間的第一量子隧穿勢皇(QTB)層，以及在基極層和表面場層之間的第二 QTB層。
[0013]在進一步種變體中，第一和/或第二 QTB層包括以下至少一個:氧化硅(S1x)、氫化的S1x、氮化硅(SiNx)、氫化的SiNx、氧化鋁(AlOx)、氧氮化硅(S1N)、氫化的S1N，及一種或多種寬帶隙半導體材料。
[0014]在進一步變體中，第一和/或第二 QTB層具有在I和50埃之間的厚度。
[0015]在進一步變體中，其中第一和/或第二 QTB層是利用以下技術中的至少一種形成的:熱氧化、原子層沉積、濕或水蒸氣氧化、低壓自由基氧化，以及等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)。
[0016]在該實施例的變體中，發(fā)射極層和/或表面場層包括以下至少一個:非晶硅(a-Si)、多晶硅，以及一種或多種寬帶隙半導體材料。
[0017]在進一步變體中，發(fā)射極層和/或表面場層包括具有在lxl015/cm3和5x10 2°/Cm3之間范圍的摻雜濃度的分級摻雜的非晶硅(a-Si)層。
[0018]在該實施例的變體中，發(fā)射極層位于基極層的面向入射的太陽光的前側。
[0019]在該實施例的變體中，發(fā)射極層位于基極層的面向遠離入射的太陽光的背側。
【附圖說明】
[0020]圖1A給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在基板中具有淺反摻雜層的示例性隧穿結太陽能電池的圖。
[0021]圖1B給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例對于在基板中有和沒有淺反摻雜的太陽能電池在發(fā)射極-基極界面處的能量圖的圖。
[0022]圖1C給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例對于在基板中有和沒有淺反摻雜的太陽能電池在發(fā)射極-基極界面處的能量圖的圖。
[0023]圖1D給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例對于在基板中有和沒有淺反摻雜的太陽能電池的隧穿電流和漂移電流比較的圖。
[0024]圖1E給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例對于在基板中有和沒有淺反摻雜的太陽能電池的隧穿電流和漂移電流比較的圖。
[0025]圖1F給出了示出基板中沒有淺反摻雜的太陽能電池的載流子密度的圖。
[0026]圖1G給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在基板中有淺反摻雜的太陽能電池的載流子密度的圖。
[0027]圖2給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例制造在基板中具有淺反摻雜層的隧穿結太陽能電池的過程的圖。
[0028]圖3給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在基板中具有淺反摻雜層的示例性隧穿結太陽能電池的圖。
【具體實施方式】
[0029]給出以下描述是為了使本領域技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)和利用實施例，并且是在特定應用及其需求的背景下提供的。對所公開的實施例的各種修改對本領域技術人員來說將是很顯然的，并且，在不背離本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，在此定義的一般原理可以適用于其它實施例和應用。因此，本發(fā)明不限于所示出的實施例，而是要符合以與在此所公開的原理和特征一致的最廣范圍。
[0030]攝述
[0031]本發(fā)明的實施例提供了在晶體硅(C-Si)基板中具有淺反摻雜層的基于C-Si的太陽能電池。該太陽能電池還包括量子隧穿勢皇(QTB)層。可以通過利用具有與c-Si基板相反導電類型的摻雜劑摻雜c-Si的表面來實現(xiàn)反摻雜。摻雜深度盡可能淺，以便實現(xiàn)短路電流(Js。)的最大提升效果。
[0032]在基板中具有淺反摻雜的異質(zhì)結太陽能電池
[0033]當與其它類型的太陽能電池相比時，基于異質(zhì)結的太陽能電池已表現(xiàn)出卓越的性能。為了進一步增強性能，一些異質(zhì)結太陽能電池獲得(reap)在發(fā)射極-基極界面處彎曲的帶的優(yōu)點，這產(chǎn)生有效鈍化發(fā)射極表面的“場效應”鈍化。但是，異質(zhì)結需要具有非常低的內(nèi)部和界面復合率。為了實現(xiàn)該目的，常常在異質(zhì)結界面處形成電介質(zhì)膜或者低導電率半導體材料(諸如具有較寬帶隙、較低迀移率和較低摻雜的半導體材料)的薄層，以充當QTB層O
[0034]在常規(guī)的異質(zhì)結太陽能電池中，多余的載流子被強制朝發(fā)射極流動并被其收集，通常在異質(zhì)結的相對側上。除非內(nèi)部多余的載流子濃度高于一定水平并被俄歇(Auger)復合限制(capped)，否則大部分復合是肖克萊-里德-霍爾(Shockley-Read-Hall(SRH))復合。因此，期望在太陽能電池內(nèi)具有低少數(shù)載流子濃度以保持復合率低?；谒泶┑漠愘|(zhì)結太陽能電池通過阻塞少數(shù)載流子的流動來提供較低的少數(shù)載流子濃度，從而導致降低的復合率。然而，盡管能夠提供較高的V。。，但是常規(guī)的基于隧穿的異質(zhì)結太陽能電池遭受較低的Js。，這是因為多數(shù)載流子的流動也被阻塞了。
[0035]而且，隧穿電流受界面處多數(shù)載流子濃度的影響。由于因為基板常常被輕摻雜成某種導電類型(P或η)而使得基板中缺陷態(tài)的數(shù)目常常低的事實，常規(guī)的基于隧穿的異質(zhì)結太陽能電池傾向于具有非常低的隧穿電流。雖然可以在鈍化層和發(fā)射極層沉積的過程中控制多數(shù)載流子濃度，但是這種方法在某些情況下可能不是期望的，因為它可能在高摻雜區(qū)域?qū)е赂叩奈論p失或低的膜質(zhì)量，或者在摻雜劑熱激活的過程中導致熱損傷。常規(guī)的基于隧穿的異質(zhì)結太陽能電池所面臨的其它問題包括在發(fā)射極-基極界面處載流子耗盡區(qū)域的存在。
[0036]為了減輕在基于隧穿的太陽能電池中負面影響Js。的這些效應，本發(fā)明的實施例提供了一種通過淺反摻雜太陽能電池基板來顯著增強Js。的解決方案。更具體而言，在制造過程中，用具有與基板相反的導電類型的摻雜劑摻雜基板面向發(fā)射極的一側。摻雜劑的穿透深度被仔細控制，以獲得最佳的Js。提升效果。在一個實施例中，從表面到摻雜濃度衰減至其峰值(在基板表面)的Ι/e的位置之間的距離小于lOOnm，并且結深度(到摻雜濃度衰減至背景水平的距離)小于300nm。在進一步實施例中，該反摻雜的最大濃度(或者在基板表面處的摻雜濃度)在I X 11Vcm3和5 X 10 2°/cm3之間。
[0037]圖1A給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在基板中具有淺反摻雜層的示例性隧穿結太陽能電池的圖。太陽能電池100包括基板102，該基板包括淺反摻雜