光伏器件及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光伏器件及其形成方法。光伏器件和方法包括晶體襯底以及與所述襯底接觸地形成的發(fā)射極接觸部分。背表面場結(jié)包括同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層與所述晶體襯底接觸地形成且具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型和比所述襯底的活性摻雜密度高的活性摻雜密度。所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度。與所述襯底相對地且與所述同質(zhì)結(jié)層接觸地形成鈍化層，該鈍化層是未摻雜的或者具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型。
【專利說明】光伏器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏器件及制造方法，并且更具體地，涉及具有嵌入的同質(zhì)結(jié)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]在已知為具有薄本征層的異質(zhì)結(jié)(HIT電池)的常規(guī)異質(zhì)結(jié)(HJ)太陽能電池中，背表面場(BSF)接觸由薄的本征(i)氫化非晶(amorphous)娃(a_S1:H)層和a_S1:H的摻雜層構(gòu)成，所述a-S1:H層用于鈍化晶體Si (C-Si)襯底的背表面，并且所述a-S1:H的摻雜層具有與所述C-Si襯底相同的導電類型以建立電場來排斥來自C-Si襯底的背表面的少數(shù)載流子(在P型襯底的情況下，電子；并且在n型襯底的情況下，空穴)。如果HJ太陽能電池以包括從電池背面和正面二者的光收集的雙面模式使用，則背面收集受到所述摻雜層和本征a-S1: H層中的吸收的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種光伏器件包括晶體襯底、與所述襯底接觸地形成的發(fā)射極接觸部分、以及背表面場結(jié)。所述背表面場結(jié)包括與所述晶體襯底接觸的同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型以及比所述襯底的活性摻雜密度(active dopingdensity)高的活性摻雜密度，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度。與所述襯底相對地且與所述同質(zhì)結(jié)層接觸地形成鈍化層，所述鈍化層是摻雜的或未摻雜的。
[0004]另一光伏器件包括由單晶體(mono-crystal line)或多晶體(mult1-crystal line)材料構(gòu)成的襯底、與所述襯底接觸地形成的發(fā)射極接觸部分、以及背表面場結(jié)。所述背表面場結(jié)包括與所述襯底接觸的同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層包括氫化的單晶(single-crystalline)或多晶(poly-crystalline)材料并具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型以及比所述襯底的活性摻雜密度高的活性摻雜密度，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度。與所述襯底相對地且與所述同質(zhì)結(jié)層接觸地形成鈍化層，所述鈍化層是摻雜的或未摻雜的。還形成導電接觸部分。
[0005]又一光伏器件包括:發(fā)射極；耦合到所述發(fā)射極的摻雜的單晶體或多晶體Si襯底；以及摻雜的晶體層，其與所述發(fā)射極相對地直接形成在所述襯底上并且具有氫化的單晶或多晶Si材料，包括在約IO18到約3 X IO20Cm-3的范圍內(nèi)的活性摻雜密度以及約I到25nm之間的厚度。摻雜的氫化非晶體(non-crystalline)材料形成在所述摻雜的晶體層上,并且包括在約2到約20nm的范圍內(nèi)的厚度，其中所述襯底、晶體層和非晶體材料包括相同的摻雜劑導電性。
[0006]一種形成光伏器件的方法，包括:提供晶體襯底；與所述襯底接觸地形成發(fā)射極接觸部分；以及通過如下步驟形成背表面場結(jié):與所述晶體襯底接觸地形成同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型以及比所述襯底的活性摻雜密度高的活性摻雜密度，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度；以及形成鈍化層，所述鈍化層與所述襯底相對地形成在所述同質(zhì)結(jié)層上并且是未摻雜的或者具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型。
[0007]另一種形成光伏器件的方法，包括:提供晶體襯底；與所述襯底接觸地形成發(fā)射極接觸部分；以及通過如下步驟形成背表面場結(jié):與所述晶體襯底接觸地形成同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層包括氫化的單晶或多晶材料，具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型以及比所述襯底的活性摻雜密度高的活性摻雜密度，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度；以及與所述襯底相對地在所述同質(zhì)結(jié)層上形成包括與所述同質(zhì)結(jié)層相同的元素的氫化的非晶、納晶(nano-crystal line)或微晶材料作為鈍化層，所述鈍化層是未摻雜的或具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型。
[0008]另一種形成光伏器件的方法，包括:提供摻雜的單晶體或多晶體Si襯底；在所述襯底上形成發(fā)射極；直接在所述襯底上形成具有氫化的單晶或多晶Si材料的摻雜的晶體層，所述摻雜的晶體層包括在約IO18到約3X 102°cm_3的范圍內(nèi)的活性摻雜密度以及約I到25nm之間的厚度；以及形成摻雜的氫化非晶體材料，所述摻雜的氫化非晶體材料形成在所述摻雜的晶體層上并包括在約2到約20nm的范圍內(nèi)的厚度，其中所述襯底、晶體層和非晶體材料包括相同的摻雜劑導電性。
[0009]從以下對其示例性實施例的詳細描述，這些和其它特征及優(yōu)點將變得顯而易見，所述詳細描述要結(jié)合附圖閱讀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本公開將參考以下附圖在以下對優(yōu)選實施例的描述中提供細節(jié)，在附圖中:
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的具有背表面場接觸部分的異質(zhì)結(jié)器件的橫截面視圖，該背表面場接觸部分具有嵌入的同質(zhì)結(jié)代替異質(zhì)結(jié)構(gòu)的本征層；
[0012]圖2A是根據(jù)本發(fā)明原理的單面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的橫截面視圖，該太陽能電池具有背表面場接觸和單發(fā)射極前接觸；
[0013]圖2B是根據(jù)本發(fā)明原理的雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的橫截面視圖，該太陽能電池具有背表面場接觸和單發(fā)射極前接觸；
[0014]圖3A是根據(jù)本發(fā)明原理的單面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的橫截面視圖，該太陽能電池具有背表面場接觸和雙發(fā)射極前接觸；
[0015]圖3B是根據(jù)本發(fā)明原理的雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的橫截面視圖，該太陽能電池具有背表面場接觸和雙發(fā)射極前接觸；
[0016]圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的所示的測試結(jié)構(gòu)的測量壽命(秒)(沒有俄歇(Auger)校正)與少數(shù)載流子密度(CnT3)之間的關(guān)系的曲線；
[0017]圖5是根據(jù)本發(fā)明原理的具有背表面場接觸的叉指式(interdigitated)背接觸構(gòu)造異質(zhì)結(jié)太陽能電池的橫截面視圖；以及
[0018]圖6是根據(jù)本發(fā)明原理的制造具有背表面場接觸的光伏器件的框圖/流程圖?！揪唧w實施方式】
[0019]根據(jù)本發(fā)明原理，公開光伏器件及形成方法。在特別有用的實施例中，形成背表面場接觸，該背表面場接觸包括具有嵌入的同質(zhì)結(jié)的異質(zhì)結(jié)。所述同質(zhì)結(jié)可以包括單晶或多晶摻雜層，該單晶或多晶摻雜層具有與吸收區(qū)(襯底)的導電類型相同的導電類型以及比少數(shù)載流子在該單晶或多晶摻雜層中的擴散長度小的厚度。在一些實施例中，與具有本征薄層的常規(guī)異質(zhì)結(jié)背表面場接觸相比，所述背表面場提供了如下優(yōu)點中的一個或多個:(i)由于在背表面場層中的較低吸收損耗，光從背面的收集更高效，得到更高的太陽能電池短路電流；(ii)由于有效降低了背表面場層與吸收區(qū)(襯底)之間的帶偏移，太陽能電池的填充因子更高；(iii)吸收區(qū)(襯底)的背表面的鈍化更好，因此太陽能電池開路電壓更高。注意，這是非窮舉性列舉并且可以實現(xiàn)和預期其它優(yōu)點。
[0020]應當理解，將就具有襯底和示例性光伏疊層的給定示例性構(gòu)造來描述本發(fā)明；然而，其它構(gòu)造、結(jié)構(gòu)、襯底、材料和工藝特征和步驟可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)變化。
[0021]還應當理解的是，當諸如層、區(qū)域或襯底的要素被稱為在另一要素“上”或“之上”時，它可以直接在該另一要素上，或者也可以存在居間要素。相反，當一個要素被稱為“直接在”另一要素“上”或者“之上”時，不存在居間要素。應當理解，當一個要素被稱為“連接”或“耦合”到另一個要素時，它可以被直接連接或耦合到該另一要素，或者可以存在居間要素。相反，當一個要素被稱為“直接連接”或“直接耦合”到另一要素時，不存在居間要素。
[0022]可以為集成電路集成產(chǎn)生光伏器件的設計，或者光伏器件的設計可以與印刷電路板上的部件相結(jié)合。電路/板可用圖形計算機程序語言實現(xiàn)，并儲存在計算機存儲介質(zhì)(例如磁盤、磁帶、實體硬盤驅(qū)動器、或例如存儲存取網(wǎng)絡中的虛擬硬盤驅(qū)動器)中。若設計者不制造芯片或用于制造芯片的光刻掩模，設計者可用物理裝置(例如通過提供存儲設計的存儲介質(zhì)的副本(copy))傳送所產(chǎn)生的設計、或直接或間接地以電子方式(例如通過網(wǎng)絡)傳送至該實體。再將所儲存的設計轉(zhuǎn)換成適當?shù)母袷?例如⑶SII)，用于光刻掩模的制造，光刻掩模典型地包括所關(guān)注的要在晶片或襯底上形成的芯片設計的多個副本。光刻掩?？梢杂糜诮缍ùg刻或待處理的晶片(和/或其上的層)的區(qū)域。
[0023]本申請中描述的方法可用于制造光伏器件和/或具有光伏器件的集成電路芯片。所得到的器件/芯片可以以原始晶片的形式(即，作為具有多個未封裝的器件/芯片的單個晶片或襯底)、作為裸管芯或者以封裝的形式由制造商分配。在后一情況下，器件/芯片安裝在單個芯片封裝體(例如塑料載體，具有固定到主板或更高級的載體上的引線)中或者安裝在多芯片封裝體(例如，具有表面互連或掩埋互連、或者具有表面互連和掩埋互連的載體)中。在任一情況下，再將器件/芯片與其他芯片、分立電路元件和/或其他信號處理器件集成，作為(a)中間產(chǎn)品，例如主板或(b)最終產(chǎn)品的一部分。所述最終產(chǎn)品可以是包括集成電路芯片的任何產(chǎn)品，范圍包括玩具、能量收集器、太陽能器件和其它應用，所述其它應用包括具有顯示器、鍵盤或其它輸入裝置以及中央處理器的計算機產(chǎn)品或裝置。此處描述的光伏器件對于用來為電子裝置、家庭、建筑物、車輛等提供電力的太陽能電池或面板特別有用。本發(fā)明實施例可以是光伏器件或電路的一部分，并且此處所描述的電路可以是用于集成電路芯片、太陽能電池、光敏器件等的設計的一部分。光伏器件可以是長度和/或?qū)挾仍谟⒊呋蛎琢考壍拇蟪叽缙骷蛘呖梢允怯糜谟嬎闫?、太陽能供電的燈等中的小尺寸器件?br> [0024]應當注意，化合物的列表和化合物的形式是為了示例的目的以及易于理解，而不應當被解釋為限制。例如，襯底可以包括層C-Si或C-SiGe ;然而，也可以采用其它形式的硅或硅鍺(多晶、納晶/微晶和單晶)。諸如SiGe或SiC的符號包括這些化合物的任何比例，例如SiLxGex或Sil_yCy。這些化合物也可以采取不同的形式，例如，多晶、納晶/微晶、單
晶或者甚至非晶。
[0025]現(xiàn)在參考附圖，其中相似的附圖標記表示相同或相似的要素，并且首先參考圖1，示出了光伏器件100的示例性結(jié)構(gòu)，其中示例性地描述了 n型襯底102。當前的實施例也可應用于P摻雜襯底，在這種情況下，對應的層被適當摻雜以按計劃工作。襯底102優(yōu)選包括硅并且可以是單晶的(c-Si)或微晶的(y c-Si)。單晶(或單晶體)結(jié)構(gòu)可以具有任何晶體或結(jié)晶取向。根據(jù)本發(fā)明原理，襯底102的發(fā)射極側(cè)110包括層或結(jié)構(gòu)的疊層120。疊層120包括摻雜層(例如，P+摻雜劑)122和本質(zhì)層(1-層)124。形成鈍化本征層或(一個或多個)i_層的(一種或多種)半導體材料可以包括a-S1: H、a-Ge: H、a_SiGex: H、a_SiNx: H、a-SiOx:H、a-SiCx:H或這些材料的組合。形成摻雜層122的(一種或多種)半導體材料可以包括S1、Ge、SiGex, SiCx, SiOx, SiNx的(一種或多種)非晶、納晶、微晶或多晶膜，或者這些材料的組合，并且可以包含或不包含氫。形成摻雜層122的膜可以包含或不包含氟或氘。在一個例子中，摻雜層122包括p+摻雜的a-S1:H層，并且本征層124包括a-S1:H層。層122和124中每一個的厚度優(yōu)選小于20nm。
[0026]發(fā)射極側(cè)110可以包括與發(fā)射極側(cè)110疊層120連接的導電層152。導電層152可以包括諸如銦錫氧化物、鋅氧化物等的透明導電氧化物(TC0)153。也可以包括其它結(jié)構(gòu)，諸如導電指155、抗反射涂層、保護涂層等等。導電指155可以包括例如鋁、銀、鎢等。
[0027]發(fā)射極(前)結(jié)110處的電場由摻雜類型與C-Si襯底102的摻雜類型相反的摻雜的a-S1:H層122建立，例如，如果c-Si襯底102是n型，則a_S1:H層122是p+摻雜的，并且如果c-Si是p型的，則a-S1:H層122是n+摻雜的。
[0028]與發(fā)射極側(cè)110相反的是背側(cè)130。背側(cè)130也可以包括導電層162。背側(cè)130上的導電層164可以與層或結(jié)構(gòu)的疊層132連接。導電層162可以包括諸如銦錫氧化物(ITO)、鋅氧化物、或摻鋁的鋅氧化物(ZnO: Al)等的透明導電氧化物(TCO) 163。也可以包括其它結(jié)構(gòu)。例如，可以形成抗反射涂層(ARC)，或者可以采用導電指170。導電指170可以包括例如鋁、銀、鎢等，并且可以被構(gòu)圖(pattern)(例如，在雙面器件中)。否則，代替指170，可以形成連續(xù)導電層作為反射器。
[0029]層152和162中的至少一者包括透明導電材料以允許光進入吸收層102 (襯底)。使用TCO材料來減小太陽能電池的前接觸和/或背接觸的薄層電阻。為了使抗反射特性最佳，TCO層的厚度可以在70-1 IOnm的范圍內(nèi)。
[0030]如果層152和162都由透明導電材料構(gòu)成，則光可以從電池的兩側(cè)進入，并且該電池被稱為雙面電池。否則，該電池被稱為單面電池(僅從一個方向接收光)。如果層152 (或162)由透明導電材料構(gòu)成時，可能需要金屬指155 (或170)允許低的電接觸電阻，而如果層152 (或162)由金屬構(gòu)成，則該接觸的導電性足夠并且不需要金屬指155 (或170)。用于層152或162的金屬可以具有反射特性。
[0031]TCO層153 (或163)也用作單面結(jié)構(gòu)的前接觸中的以及雙面結(jié)構(gòu)的前接觸和背接觸中的抗反射涂層(ARC)。TCO層也可以與反射性背接觸金屬電極相結(jié)合來增強從單面結(jié)構(gòu)的背面的反射。在單面和雙面結(jié)構(gòu)二者中，TCO層也用作抑制金屬擴散到附近的薄a-S1:H層中的阻擋物。
[0032]鈍化層142與導電層162接觸。在一個實施例中，該層142包括n+摻雜的a_S1:H，該n+摻雜的a-S1:H可以包括小于20nm的厚度。層142也可以是未摻雜的。
[0033]常規(guī)疊層通常包括與發(fā)射極側(cè)110上的層124類似的本征層，該本征層將被放置在層142的位置，即，常規(guī)本征層將處于襯底102和層142之間的位置。常規(guī)本征a-S1:H層的厚度典型地在3-10nm的范圍內(nèi)。
[0034]然而，根據(jù)本發(fā)明原理，傳統(tǒng)上用于鈍化HIT電池背面的本征a-S1:H層被具有與c-Si襯底102相同的摻雜類型的氫化晶體硅(c-S1:H)薄層或者多晶層144代替。c-Si層144可以是單晶的、多晶的并且/或者包括非晶體部分(例如，納晶、微晶、非晶或其組合)。摻雜的c-Si層144與c-Si襯底102形成嵌入的同質(zhì)結(jié)。摻雜的c-Si層144具有比c_Si襯底102的活性摻雜水平高的活性摻雜水平。
[0035]背表面場結(jié)處的電場由具有與c-Si襯底102相同的摻雜類型的摻雜的a-S1:H層142建立，例如，如果c-Si襯底102是n型，則a-S1: H M 142是n+摻雜的，并且如果c-Si是P型的，則a-S1:H層142是p+摻雜的。摻雜的a-S1:H層122、142的厚度在3_15nm的范圍內(nèi)，但也可以使用更薄或更厚的層。
[0036]在c-Si襯底102的活性摻雜水平處于1014cm_3到5X 1018cm_3之間的范圍內(nèi)的一個例子中，c-S1:H層144的活性摻雜水平在約IO16CnT3到約3X 102°cnT3之間的范圍內(nèi)。在c-Si襯底102的活性摻雜水平處于IO16CnT3到5 X 1017cm_3之間的范圍內(nèi)的另一個例子中，c-S1:H層144的活性摻雜水平在約IO18CnT3到約102°cm_3之間的范圍內(nèi)。摻雜的c_S1:H層144的厚度小于少數(shù)載流子在摻雜的c-S1:H層144中的擴散長度。
[0037]當光源在半導體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對(電荷載流子)時，載流子在到達表面耗盡區(qū)之前擴散通過體材料。光生少數(shù)載流子可以在到達表面之前與多得多的多數(shù)載流子復合。因此在照射時表面電勢的變化是少數(shù)載流子到達表面的能力(即，少數(shù)載流子的擴散長度)的度量。應當注意，在較高的摻雜水平(例如，高于IO19CnT3)下，少數(shù)載流子壽命可以變得與多數(shù)載流子壽命相當或超過多數(shù)載流子壽命，這取決于材料質(zhì)量。
[0038]在n+c_S1:H層144的活性摻雜濃度處于IO19 -1O20Cm-3的范圍內(nèi)的一個例子中，少子空穴在n+c-S1:H層144中的擴散長度在50nm-2 U m的范圍內(nèi)，并且n+c_S1:H層144的厚度在Inm-1OOnm的范圍內(nèi)。在n+c_S1:H層144的活性摻雜濃度處于IO19 -1O20CnT3的另一個例子中，少子空穴在n+c-S1: H層144中的擴散長度在50nm-2 y m的范圍內(nèi)，并且n+c_S1: H層144的厚度在lnm-25nm的范圍內(nèi)。在n+c-S1:H層144的活性摻雜濃度為約5X IO19CnT3的又一個例子中，少子空穴在n+c-S1:H層144中的擴散長度在IOOnm-1iim的范圍內(nèi)，并且n+c-S1:H層144的厚度在2nm_15nm的范圍內(nèi)。
[0039]用于c-S1:H層144的生長的氣體源可以包括但不限于以下前體(precursor)氣體中的一種或多種:SiH4 (甲娃燒)、Si2H4 (乙硅烷)、SiH2Cl2 (二氯甲硅烷)、SiF4 (四氟硅烷)及其組合。也可以采用稀釋氣體，例如H2載氣/稀釋氣體。稀釋氣體與前體氣體的流量比優(yōu)選大于5，例如[H2]/[SiH4]>5。(原位流動的)摻雜劑氣體可以包括但不限于用于n型摻雜的PH3 (磷化氫)、以及用于p型摻雜的B2H6 (乙硼烷)或TMB (三甲基硼)。
[0040]c-S1:H層144也可以包括以下中的一種或多種:鍺(Ge)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、氘
(D)、氯(Cl)、碳(C)或其組合。用于含Ge層的氣體源可以包括鍺烷(GeH4)15用于含C層的氣體源可以包括甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6),但是也可以采用其它源(例如，具有CxHy形式)。用于生長這些材料的一種優(yōu)選技術(shù)是等離子體增強化學氣相沉積(PECVD);然而，也可以采用諸如例如熱線化學氣相沉積(HWCVD)等的其它生長方法。生長溫度可以是約200°C;然而，可以使用室溫至450°C范圍內(nèi)的生長溫度。c-S1:H層144可以包括約5原子百分比到約40原子百分比的氫。
[0041]在一個實施例中，可以采用外延生長來形成層144或器件100的其它層。襯底102可以包括例如體單晶體硅襯底、Ge、II1-V襯底(例如，GaAs)等。在當前實施例中，硅是用于外延生長的優(yōu)選襯底材料；然而根據(jù)本發(fā)明原理也可以采用其它晶體襯底材料。
[0042]外延生長可以包括在硅襯底102的預定區(qū)域上在約150攝氏度或更高的溫度下的重摻雜或未摻雜的硅。在一個實施例中，使用等離子體增強化學氣相沉積工藝(PEVCD)在氫氣稀釋的娃燒環(huán)境中進行C-娃的選擇性外延生長。在150攝氏度下氫氣和娃燒氣體的氣體比([H2]/[SiH4])優(yōu)選為0到約1000之間。在特別有用的實施例中，硅的外延生長在約5-10的氣體比下開始。通過將氫氣稀釋增加到例如5或更大，提高外延硅的質(zhì)量。對于更高的氫氣稀釋，產(chǎn)生更平滑的界面(外延硅與晶體硅之間的界面)并且觀察到更少的堆垛層錯和其它缺陷。
[0043]射頻(RF)或直流(DC)等離子體增強化學氣相沉積(CVD)優(yōu)選在范圍從約室溫到約500攝氏度的沉積溫度下進行，并且優(yōu)選在范圍從約150攝氏度到約250攝氏度的沉積溫度下進行。等離子體功率密度可以在從約2mW/cm2到約2000mW/cm2的范圍內(nèi)。沉積壓力范圍可以為約IOmtorr到約5torr。低溫外延Si可以生長在諸如S1、Ge和II1-V的不同的襯底上。
[0044]通過包含薄的氫化非晶體Si層的層142來鈍化摻雜的c-S1:H層144的表面，所述氫化非晶體Si層是未摻雜的或者具有與c-Si襯底102和c-S1:H層144的導電類型相同的導電類型。例如，如果c-Si襯底102是n型的且c-S1:H層144是n+摻雜的，則所述氫化的非晶體層142是未摻雜的或n+摻雜的。術(shù)語“非晶體”表示所述材料是非晶的、納晶的或微晶的。所述氫化的非晶體材料可以包括a-S1:H，然而，也可以使用諸如氫化的非晶碳化硅(a_SiC:H)、氫化的非晶硅鍺(a_SiGe:H)或其組合的其它材料。這些層可以包含氮(N)、氧(O)、氟(F)、氘(D)、氯(Cl)或其組合。這些材料可以通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)生長；然而，也可以使用諸如熱線CVD (HWCVD)或濺射的其它生長技術(shù)。可以使用乙硼烷(B2H6)或三甲基硼(TMB)源進行原位p型摻雜，并且可以使用磷化氫(PH3)氣體源進行原位n型摻雜，但也可以采用其它摻雜劑源。氨(NH3)、一氧化二氮(N2O)或其它氣體源可以用于含氮層。二氧化碳(C02)、N2O或O2可以用于提供含氧層的氧。諸如氫氣(H2)、氘(D2)、氦(He)或氬(Ar)的載氣可以用于這些層中的任何層或所有層。載氣可以與氣體源預先混合或者在生長時與氣體源同時流動。生長溫度為約200°C，最高質(zhì)量的膜在150-250°C的范圍內(nèi)的溫度下生長；然而，可以使用在室溫到450°C的范圍內(nèi)的生長溫度。
[0045]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，所公開的背表面場(BSF)接觸的應用不限于具有異質(zhì)結(jié)(HJ)前接觸的太陽能電池器件，并且所公開的BSF接觸可以與任何已知的(一種或多種)太陽能電池前接觸結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。
[0046]參考圖2A和2B，示例性實施例示出了單發(fā)射極前接觸202，其中P+摻雜區(qū)204形成發(fā)射極結(jié)。發(fā)射極接觸206穿過抗反射涂層208形成。P+摻雜區(qū)204可以用諸如擴散和/或注入的常規(guī)技術(shù)形成。圖2A示出了單面實施例，并且圖2B示出了雙面實施例。背接觸導電層214形成在透明導電氧化物(TCO)材料212上以減小太陽能電池200的背面210上的薄層電阻。TCO層212也可以用作單面結(jié)構(gòu)的前接觸中的以及雙面結(jié)構(gòu)(圖2B)的前接觸和背接觸中的抗反射涂層(ARC)220。TCO層212也可以與反射性背接觸金屬電極(214)相結(jié)合來增強從單面結(jié)構(gòu)(圖2A)的背側(cè)的反射。電極214可以被構(gòu)圖或以其它方式形成為結(jié)構(gòu)216。在單面和雙面結(jié)構(gòu)二者中，TCO層212還可以用作抑制金屬擴散到薄a-S1:H層中的阻擋物。TCO層212可以包括銦錫氧化物(ITO)或摻鋁的鋅氧化物(ZnO:A1)，但也可以使用其它透明導電材料。為了使抗反射特性最佳，TCO層212的厚度可以在70-110nm的范圍內(nèi)。
[0047]參考圖3A和3B，示出了具有雙發(fā)射極前接觸302的示例性實施例，其中P+摻雜區(qū)304形成發(fā)射極結(jié)，并且p++摻雜區(qū)306在具有金屬發(fā)射極接觸308的金屬接觸區(qū)域處鈍化c-Si襯底102的發(fā)射極表面。ARC310可以由二氧化硅、氮化硅或其組合構(gòu)成，但也可以使用其它材料。ARC310也可以用于鈍化c-Si襯底102的發(fā)射極表面。根據(jù)本發(fā)明原理的BSF結(jié)構(gòu)可以用于形成具有單面結(jié)構(gòu)(圖3A)或雙面結(jié)構(gòu)(圖3B)的太陽能電池。
[0048]圖2A-2B和3A-3B所示的異質(zhì)結(jié)太陽能電池包括單面和雙面構(gòu)造的薄本征層類型電池(HIT電池)。在單面結(jié)構(gòu)(圖2A和3A)中，背接觸電極214、314由毯式(blanket)金屬層構(gòu)成，并且光從電池前面穿過前金屬格柵(接觸202、308 )進入。在雙面結(jié)構(gòu)(圖2B和3B )中，背接觸電極也由金屬格柵216、316構(gòu)成，由此允許光從兩側(cè)(前側(cè)和背側(cè))進入。
[0049]通過包含層144，在單面和雙面這兩種類型的電池中，填充因子增大了 2-3% (絕對)或更多，并且總體效率提高了高達2% (相對)。這是因為層144減小了導電層(TCO)212與襯底102之間的有效帶偏移，并且消除了通常在光伏電池背側(cè)采用的本征層(例如，ia-S1:H)。在雙面結(jié)構(gòu)中，層144將從背側(cè)的光收集提高了高達5%(相對)，并且通過消除吸收而將總體電池效率提高了高達2% (相對)。
[0050]參考圖4，使用測試結(jié)構(gòu)402示例性地示出了測得的壽命(秒)(沒有俄歇校正)與少數(shù)載流子密度(cm_3)之間的關(guān)系的曲線430。測試結(jié)構(gòu)402包括襯底404以及n摻雜形式的層144和n摻雜的非晶體層142的對稱布置。襯底404被紋理化(texture)并且包括厚度為280微米的n型CZ (Czochralski) c-Si。與襯底404接觸的相鄰層144包括5nm厚的n+摻雜的c-Si，并且未摻雜的a-S1:H142的厚度也是5nm。曲線430根據(jù)圖例416示出了少數(shù)載流子密度410、特定載流子密度412和表觀載流子密度414。曲線430代表光電導衰減并且證明很高的壽命，該壽命接近體極限(如果在相同類型的體材料中測量產(chǎn)生的值)。曲線430表明使用根據(jù)本發(fā)明原理的嵌入的同質(zhì)結(jié)實現(xiàn)了極佳的表面鈍化。
[0051]參考圖5，根據(jù)本發(fā)明原理也可以采用其它結(jié)構(gòu)。例如，圖5示出了叉指式背接觸(IBC)結(jié)構(gòu)500，其中背表面場(BSF)接觸502和發(fā)射極接觸504沿著襯底506 (例如c_Si)的同一側(cè)的表面交替。結(jié)構(gòu)500可以包括可選的前表面場(FSF)508和ARC510。當襯底為n型時，F(xiàn)SF508可以包括n+摻雜的c-Si層。在該實施例中，BSF接觸502包括類似于層144的晶體層512 (例如，n+c-S1:H)、類似于層142的非晶體層514 (例如，n+a-S1:H)、TCO層516和導電接觸層518。發(fā)射極接觸504包括本征層520 (例如，a_S1:H)、p+摻雜的非晶體層(a-S1:H) 522、TCO層516和接觸層518。IBC500具有形成于襯底506的同一側(cè)(這意味著前側(cè)或背側(cè))上的發(fā)射極和BSF接觸。
[0052]參考圖6，框圖/流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明原理的用于形成光伏器件的方法。在框610中，提供晶體襯底。在框620中，與所述襯底接觸地形成發(fā)射極接觸部分。在框630中，形成背表面場結(jié)。在框632中，與所述晶體襯底接觸地形成同質(zhì)結(jié)層。該同質(zhì)結(jié)層包括與所述襯底相同的導電類型以及高于所述襯底的活性摻雜密度?；钚該诫s密度可以在約IO18到約3X102°cm_3之間的范圍內(nèi)。所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度。所述同質(zhì)結(jié)層可以包括在約I到約25nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
[0053]在特別有用的實施例中，形成同質(zhì)結(jié)層包括形成具有5-40原子百分比的氫的氫化單晶或多晶材料。所述氫化單晶或多晶材料優(yōu)選包括Si，但也可以預期其它材料。
[0054]在框634中，通過等離子體增強化學氣相沉積生長同質(zhì)結(jié)層。在框636中，在低于450攝氏度并且更優(yōu)選在約150到200攝氏度之間的溫度下執(zhí)行等離子體增強化學氣相沉積。在框638中，等離子體增強化學氣相沉積包括源氣體(例如硅烷，如果采用硅)以及稀釋氣體(例如氫氣)，并且采用約為5或更大的源氣體與稀釋氣體的氣體比。
[0055]在框640中，在同質(zhì)結(jié)層上形成鈍化層。該鈍化層可以是未摻雜的或者具有與襯底的摻雜類型相同的摻雜類型。該鈍化層可以包括含有與所述同質(zhì)結(jié)層相同的元素的氫化的非晶、納晶或微晶材料。所述相同的元素可以包括Si，但也可以預期其它材料。鈍化層可以包括在約2到約20nm之間的范圍內(nèi)的厚度。所述襯底、同質(zhì)結(jié)層和鈍化層優(yōu)選包括相同的導電類型。
[0056]在框650中，形成背接觸層。在框652中，透明導體可以形成在鈍化層上。在框654中，導電接觸可以形成在透明導體上。該層可以包括反射性材料(例如，尤其在單面實施例中)。在框656中，可以使用光刻等對導電接觸進行構(gòu)圖以形成導電指或線，例如在雙面器件中。
[0057]已經(jīng)描述了用于光伏器件的異質(zhì)結(jié)構(gòu)背表面場中的嵌入結(jié)的優(yōu)選實施例(這些優(yōu)選實施例旨在示例而并非限制)，應當注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)上述教導作出修改和改變。因此，應當理解，可以在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)在所公開的具體實施例中作出改變。由此已經(jīng)描述了專利法所要求的具有細節(jié)和特殊性的本發(fā)明的方面，在所附的權(quán)利要求中闡述了受專利證書保護的所要求保護的和所希望的本發(fā)明的方面。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏器件，包括: 晶體襯底； 與所述襯底接觸地形成的發(fā)射極接觸部分；以及 背表面場結(jié)，所述背表面場結(jié)包括: 與所述晶體襯底接觸的同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型以及比所述襯底的活性摻雜密度高的活性摻雜密度，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度；以及 與所述襯底相對地且與所述同質(zhì)結(jié)層接觸地形成的鈍化層，所述鈍化層是摻雜的或未摻雜的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括氫化的單晶或多晶材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏器件，其中所述氫化的單晶或多晶材料包括具有5-40原子百分比的氫的Si。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述鈍化層包括含有與所述同質(zhì)結(jié)層相同的元素的氫化的非晶、納晶或微晶材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏器件，其中所述相同的元素包括Si。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述同質(zhì)結(jié)層具有在約IO18到約3X102°cm_3之間的范圍內(nèi)的活性摻雜密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括約I到約25nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述鈍化層包括約2到約20nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述襯底、所述同質(zhì)結(jié)層和所述鈍化層包括相同的導電類型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述晶體襯底包括單晶體或多晶體襯底。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述發(fā)射極接觸部分和所述背表面場結(jié)被配置為形成雙面器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述發(fā)射極接觸部分和所述背表面場結(jié)以叉指式布置形成所述襯底的同一側(cè)上。
13.一種光伏器件，包括: 由單晶體或多晶體材料構(gòu)成的襯底； 與所述襯底接觸地形成的發(fā)射極接觸部分；以及 背表面場結(jié)，所述背表面場結(jié)包括: 與所述襯底接觸的同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層包括氫化的單晶或多晶材料并具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型以及比所述襯底的活性摻雜密度高的活性摻雜密度，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度； 與所述襯底相對地且與所述同質(zhì)結(jié)層接觸地形成的鈍化層，所述鈍化層是摻雜的或未摻雜的；以及 導電接觸部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括5到40原子百分比的氫。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述氫化的單晶或多晶材料包括Si。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述鈍化層包括含有與所述同質(zhì)結(jié)層相同的元素的氫化的非晶體材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光伏器件，其中所述氫化的非晶體材料包括氫化的非晶Si。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述同質(zhì)結(jié)層具有在約IO18到約3X IO20Cm-3之間的范圍內(nèi)的活性摻雜密度。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括約I到約25nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述鈍化層具有約2到約20nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述襯底、所述同質(zhì)結(jié)層和所述鈍化層包括相同的導電類型。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述發(fā)射極接觸部分和所述背表面場結(jié)被配置為形成雙面器件。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏器件，其中所述發(fā)射極接觸部分和所述背表面場結(jié)以叉指式布置形成所述襯底的同一側(cè)上。
24.一種光伏器件，包括: 發(fā)射極； 摻雜的單晶體或多晶體Si襯底，其耦合到所述發(fā)射極； 摻雜的晶體層，其與所述發(fā)射極相對地直接形成在所述襯底上并且具有氫化的單晶或多晶Si材料，包括在約IO18到約3X 102°cm_3的范圍內(nèi)的活性摻雜密度以及約I到25nm之間的厚度；以及 摻雜的氫化非晶體材料，其形成在所述摻雜的晶體層上，包括在約2到約20nm的范圍內(nèi)的厚度，其中所述襯底、晶體層和非晶體材料包括相同的摻雜劑導電性。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光伏器件，其中所述摻雜的晶體層和所述襯底形成嵌入的同質(zhì)結(jié)。
26.一種形成光伏器件的方法，包括: 提供晶體襯底； 與所述襯底接觸地形成發(fā)射極接觸部分；以及 通過如下步驟形成背表面場結(jié): 與所述晶體襯底接觸地形成同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型以及比所述襯底的活性摻雜密度高的活性摻雜密度，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度；以及 形成鈍化層，所述鈍化層與所述襯底相對地形成在所述同質(zhì)結(jié)層上并且是未摻雜的或者具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中形成所述同質(zhì)結(jié)層包括形成氫化的單晶或多晶材料，所述氫化的單晶或多晶材料具有5-40原子百分比的氫。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述氫化的單晶或多晶材料包括Si。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中形成所述鈍化層包括形成含有與所述同質(zhì)結(jié)層相同的元素的氫化的非晶、納晶或微晶材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述相同的元素包括Si。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述同質(zhì)結(jié)層具有在約1O18到約3X102°cm_3之間的范圍內(nèi)的活性摻雜密度。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括約I到約25nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述鈍化層具有在約2到約20nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
34.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中形成所述同質(zhì)結(jié)層包括通過等離子體增強化學氣相沉積生長所述同質(zhì)結(jié)層。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中在低于450攝氏度下進行所述等離子體增強化學氣相沉積。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述等離子體增強化學氣相沉積包括源氣體和稀釋氣體，所述源氣體包括硅烷，所述稀釋氣體包括氫氣。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述等離子體增強化學氣相沉積包括為約5或更大的源氣體與稀釋氣體的氣體比。
38.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括在所述鈍化層上形成透明導體。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，還包括在所述透明導體上形成導電接觸。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括對所述導電接觸進行構(gòu)圖以形成用于雙面器件的導電指。
41.一種形成光伏器件的方法，包括: 提供晶體襯底； 與所述襯底接觸地形成發(fā)射極接觸部分；以及 通過如下步驟形成背表面場結(jié): 與所述晶體襯底接觸地形成同質(zhì)結(jié)層，所述同質(zhì)結(jié)層包括氫化的單晶或多晶材料并具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型以及比所述襯底的活性摻雜密度高的活性摻雜密度，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括小于少數(shù)載流子在該同質(zhì)結(jié)層中的擴散長度的厚度；以及與所述襯底相對地在所述同質(zhì)結(jié)層上形成包括與所述同質(zhì)結(jié)層相同的元素的氫化的非晶、納晶或微晶材料作為鈍化層，所述鈍化層是未摻雜的或者具有與所述襯底的導電類型相同的導電類型。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中形成所述同質(zhì)結(jié)層包括5到40原子百分比的氫。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述氫化的單晶或多晶材料包括Si。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述同質(zhì)結(jié)層、所述鈍化層和所述襯底包括Si。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述同質(zhì)結(jié)層被摻雜成具有在約IO18到約3X 1O20Cm-3之間的范圍內(nèi)的活性摻雜密度。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述同質(zhì)結(jié)層包括約I到約25nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述鈍化層具有在約2到約20nm之間的范圍內(nèi)的厚度。
48.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中形成所述同質(zhì)結(jié)層包括通過等離子體增強化學氣相沉積生長所述同質(zhì)結(jié)層。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中利用包括硅烷的源氣體和包括氫氣的稀釋氣體在低于450攝氏度下進行所述等離子體增強化學氣相沉積，源氣體與稀釋氣體的氣體比為約5或更大。
50.一種形成光伏器件的方法，包括: 提供摻雜的單晶體或多晶體Si襯底； 在所述襯底上形成發(fā)射極； 直接在所述襯底上形成具有氫化的單晶或多晶Si材料的摻雜的晶體層，所述摻雜的晶體層包括在約IO18到約3X102°cm_3的范圍內(nèi)的活性摻雜密度以及約I到25nm之間的厚度；以及 形成摻雜的氫化非晶體材料，所述摻雜的氫化非晶體材料形成在所述摻雜的晶體層上并包括在約2到約20nm的范圍內(nèi)的厚度，其中所述襯底、晶體層和非晶體材料包括相同的摻雜劑導電性。
【文檔編號】H01L31/068GK103681905SQ201310439847
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】陳自強, B·海克麥特朔塔巴里, D·K·薩達那, D·沙赫莉亞迪 申請人:國際商業(yè)機器公司