CN102074599B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池包括：基板，其包含第一导电类型的第一杂质，并且由晶体半导体形成；第一场区，其位于所述基板的入射表面上，并且包含第二导电类型的第二杂质；射极区，其包含第三导电类型的第三杂质，由非晶半导体形成，并且位于所述基板的与该基板的所述入射表面相对的非入射表面上；第一电极，其电连接到所述射极区；以及第二电极，其电连接到所述基板。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近来，由于认为现有能源(如石油和煤)是会被耗尽的，因此对于代替现有能源的另选能源越来越感兴趣。在这些另选能源中，从太阳能产生电能的太阳能电池尤其受到关注。
太阳能电池通常包括具有不同导电类型(例如p型和n型)并且形成p-n结的半导体部分、和分别连接到不同导电类型的半导体部分的电极。
当光入射到太阳能电池上时，在半导体部分中产生多个电子-空穴对。通过光电效应，电子-空穴对分离成电子和空穴。因此，分离的电子移动到n型半导体，分离的空穴移动到p型半导体，随后分别通过电连接到n型半导体和p型半导体的电极来收集这些电子和空穴。这些电极使用电线而彼此连接并因此获得电能。
发明内容
在一方面，存在一种太阳能电池，该太阳能电池包括：基板，其包含第一导电类型的第一杂质并且由晶体半导体形成；第一场区，其位于所述基板的入射表面上，并且包含第二导电类型的第二杂质；射极区，其包含第三导电类型的第三杂质，由非晶体半导体形成，并且位于所述基板的与该基板的所述入射表面相对的非入射表面上；第一电极，其电连接到所述射极区；以及第二电极，其电连接到所述基板。
所述太阳能电池还包括位于所述基板和所述第一场区之间的第一钝化层。
所述第一场区中包含的所述第二杂质的浓度可以高于所述基板中包含的所述第一杂质的浓度。所述第一场区中包含的所述第二杂质的浓度可以大约是1×1016原子/cm3到1×1021原子/cm3。
所述第一场区可以具有1nm到20nm的厚度，并且所述第一钝化层可以具有大约2nm到20nm的厚度。
所述第一场区中包含的所述第二杂质的浓度可以随着所述第一场区的厚度而变化。从所述第一钝化层和所述第一场区之间的接触面到所述第一场区的上表面，所述第一场区中包含的所述第二杂质的浓度可以增加。所述第一场区的所述第二杂质的最小浓度可以是大约1×1010原子/cm3，并且所述第一场区的所述第二杂质的最大浓度可以是大约1×1021原子/cm3。
所述第一场区可以具有3nm到30nm的厚度，并且所述第一钝化层可以具有大约1nm到10nm的厚度。
所述第一场区可以由非晶硅、非晶硅氧化物或非晶硅碳化物形成。
所述第一钝化层可以由本征非晶硅形成。
所述太阳能电池还可以包括第二场区，其与所述射极区隔开地位于所述基板的所述非入射表面中。所述第二场区可以具有与所述第一场区相同的导电类型。
所述第一导电类型可以与所述第二导电类型相同，并且可以与所述第三导电类型相反。
所述太阳能电池还可以包括位于所述基板的所述非入射表面上的第二钝化层。所述第二钝化层可以位于所述基板上，在所述射极区和所述第二场区之间。所述第二钝化层可以位于所述射极区的下方和所述第二场区的下方。
在另一方面，存在一种太阳能电池，该太阳能电池包括：第一导电类型的基板，该基板由晶体半导体形成；所述第一导电类型的场区，其位于所述基板的入射表面上；直接位于所述场区上的防反射层；不同于所述第一导电类型的第二导电类型的射极区，其由非晶半导体形成，并且位于所述基板的与该基板的入射表面相对的非入射表面上；第一电极，其电连接到所述射极区；以及第二电极，其电连接到所述基板。
所述场区中包含的杂质的浓度可以高于所述基板中包含的杂质的浓度。所述场区中包含的杂质的浓度可以是大约1×1016原子/cm3到1×1021原子/cm3。
所述防反射层可以由氮化硅、氧化硅和透明金属氧化物中的至少一种形成。
所述太阳能电池还可以包括位于所述基板和所述场区之间的钝化层。
在又一方面，存在一种太阳能电池的制造方法，该制造方法包括以下步骤：在基板的第一表面上形成包含第一导电类型的杂质的射极区；在所述基板的所述第一表面上形成包含第二导电类型的杂质的第一场区，使得所述第一场区与所述射极区隔开；在所述基板的与所述第一表面相对的光入射到的第二表面上形成钝化层；在所述钝化层上形成包含所述第二导电类型的杂质的第二场区；以及形成连接到所述射极区的第一电极和连接到所述第一场区的第二电极。
所述第一导电类型的杂质的导电类型可以与所述第二导电类型的杂质的导电类型相反。
形成所述第二场区的步骤可以包括以下步骤：将所述第二导电类型的杂质注入到处理室的注入速率保持恒定，或者随着时间经过而改变所述第二导电类型的杂质注入到所述处理室的注入速率。
所述基板可以由晶体半导体形成，并且所述射极区可以由非晶半导体形成。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，其被并入且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明一个实施方式的太阳能电池的部分透视图；
图2是沿图1的线II-II截取的剖面图；
图3A到3J顺序地示出了图1中所示的太阳能电池的制造方法的每个阶段；
图4是根据本发明另一个示例性实施方式的太阳能电池的部分透视图；
图5是沿图4中的线V-V截取的截面图；
图6是根据本发明另一个示例性实施方式的太阳能电池的部分透视图；
图7是沿图6中的线VII-VII截取的截面图；以及
图8示意地示出了当正面场区不在基板上时基板的能带隙(energyband gap)状态以及当正面场区在基板上时基板的能带隙状态。
具体实施方式
以下将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。然而，本发明可以以很多不同形式实现并且不应被理解为局限于这里阐述的实施方式。
在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同标号表示相同元件。应该理解，当将诸如层、膜、区域或基板的元件称为“位于另一元件上”时，它可以直接位于所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当将一元件称为“直接位于另一元件上”时，不存在中间元件。另外，应该理解，当将诸如层、膜、区域或基板的元件称为“完全”位于另一元件上时，它可以位于所述另一元件的整个表面上，而不可以位于所述另一元件的边缘部分上。
现在将详细描述本发明的实施方式，其示例示出在附图中。
下面参照附图1和2详细描述根据本发明示例性实施方式的太阳能电池。
图1是根据本发明示例性实施方式的太阳能电池的部分透视图。图2是沿图1的线II-II截取的剖面图。
如图1和2所示，根据本发明示例性实施方式的太阳能电池1包括：基板110；位于基板110的光入射到的入射表面(在下文中称为“正面”)上的正面钝化层191；位于正面钝化层191上的正面场(FSF)区171；位于FSF区171上的防反射层130；位于基板110的与基板110的正面相对的没有光入射的表面(在下文中称为“背面”)上的背面钝化层192；位于背面钝化层192上的多个射极区121；与多个射极区121隔开地位于背面钝化层192上的多个背面场(BSF)区172；以及包括分别位于多个射极区121上的多个第一电极141和分别位于多个BSF区172上的多个第二电极142的电极部分140。
基板110是由第一导电类型的硅(例如n型硅)形成的半导体基板，但这不是必需的。用于基板110的硅可以是例如单晶硅和多晶硅的晶体硅。当基板110是n型时，基板110掺杂有例如磷(P)、砷(As)和锑(Sb)的V族元素的杂质。另选的是，基板110可以是p型的，并且/或者由不同于硅的另一种半导体材料形成。当基板110是p型时，基板110掺杂有例如硼(B)、镓(Ga)和铟(In)的III族元素的杂质。
可以将基板110的正面粗糙化，以形成相当于不平坦表面的粗糙表面或者具有不平坦特性。为了方便起见，图1示出了仅在基板110的边缘部分具有粗糙表面并且仅仅在基板110正面上的正面钝化层191、FSF区171和防反射层130的边缘部分具有粗糙表面。然而，基板110的整个正面实际上都具有粗糙表面，因此在基板110正面上的正面钝化层191、FSF区171和防反射层130都具有粗糙表面。
除了基板110的正面之外，背面也可以具有粗糙表面。在本例中，位于基板110背面上的背面钝化层192、多个射极区121、多个BSF区172和电极部分140全部可以具有粗糙表面。
在基板110正面上的正面钝化层191由本征非晶硅(a-Si)形成。正面钝化层191执行钝化操作，将例如存在于110表面上和基板110表面周围的悬空键的缺陷转变为稳定键，由此防止或减少由于该缺陷而导致的移动到基板110正面的载流子的重组和/或消失。因此，正面钝化层191减少了由于基板110表面上或者表面周围的缺陷而导致消失的载流子的损失量。
通常，缺陷主要存在于基板110的表面上或表面周围。因此，在本发明的实施方式中，因为正面钝化层191直接接触基板110的表面，由此进一步改善了钝化效应。因此，进一步降低了载流子的损失量。
在本发明实施方式中，正面钝化层191可以具有大约1nm到20nm的厚度。当正面钝化层191的厚度等于或大于大约1nm时，可以良好地执行钝化操作，因为正面钝化层191均匀地涂覆于基板110的正面。当正面钝化层191的厚度等于或小于大约20nm时，降低了正面钝化层191的吸光量。因此，可以增加入射在基板110的光量。
正面钝化层191上的FSF区171是杂质区，其比基板110掺杂了更多的与基板110相同导电类型(例如n型)的杂质。在本发明的实施方式中，FSF区171的杂质浓度可以是至少大约1×1010原子/cm3并且可以是最多大约1×1021原子/cm3。FSF区171可以由非晶硅、非晶硅氧化物(a-SiOx)或非晶硅碳化物(a-SiC)形成。
通过由于基板110和FSF区171的杂质浓度之间的差异而导致的势垒来防止或减少载流子(例如空穴)向基板110正面的移动。因此，通过由势垒将移动到基板110的正面的载流子返回到基板110的背面，获得正面场效应。因此，增加了输出到外部装置的载流子输出量，并且防止或降低了载流子在基板110正面的重组和/或消失。
通常，非晶硅氧化物(a-SiOx)和非晶硅碳化物(a-SiC)的能带隙分别是大约2.1eV和2.8eV。该能带隙宽于能带隙为大约1.7eV到1.9eV的非晶硅。因此，当FSF区171由非晶硅氧化物(a-SiOx)或非晶硅碳化物(a-SiC)形成时，减小了FSF区171中吸收的光的波形区域。因此降低了在FSF区171中的吸光量，进一步增加了在基板110上的光入射量。
在本实施方式中，FSF区171的杂质浓度沿着厚度方向在大约1×1010原子/cm3到1×1021原子/cm3的范围内连续地或不连续地改变，或者沿着厚度方向(或者在厚度方向上)在大约1×1016原子/cm3到1×1021原子/cm3的范围内基本均匀。
当FSF区171的杂质浓度沿着厚度方向在大约1×1010原子/cm3到1×1021原子/cm3的范围内改变时，FSF区171的一部分按与正面钝化层191相同的方式执行钝化操作。在本例中，FSF区171的杂质浓度从FSF区171的邻接正面钝化层191的部分到FSF区171的邻接防反射层130的部分发生改变。
例如，在更靠近正面钝化层191的FSF区171中，FSF区171的杂质浓度降低。相反，在更靠近防反射层130的FSF区171中，FSF区171的杂质浓度增加。FSF区171的位于FSF区171的邻接正面钝化层191的部分和基板110表面之间的最短距离处的一部分具有最小的杂质浓度。FSF区171的位于FSF区171的邻接防反射层130的部分和基板110表面之间的最短距离处的一部分具有最大的杂质浓度。在本例中，从基板110的相同部分或者位置来计算着来这两个最短距离。
因此，在FSF区171中，最小杂质浓度大约是1×1010原子/cm3，最大杂质浓度大约是1×1021原子/cm3。
在本例中，因为FSF区171执行钝化操作以及正面场操作，所以，FSF区171的厚度必须大于当FSF区仅仅执行正面场操作时的FSF区的厚度。此外，正面钝化层191的厚度可以稍微减小。在本例中，正面钝化层191可以具有大约1nm到10nm的厚度，FSF区171可以具有大约3nm到30nm的厚度。
当正面钝化层191的厚度等于或大于大约1nm时，钝化性能可以进一步提高，因为正面钝化层191均匀地涂覆于基板110的正面。当正面钝化层191的厚度等于或小于大约10nm时，基板110上的入射光量可以进一步增加，因为正面钝化层191执行钝化操作，在正面钝化层191中不吸收光。
当FSF区171的厚度等于或大于大约3nm时，FSF区171可以产生即使FSF区171的部分执行钝化操作也能够稳定地执行正面场操作的场强。此外，不论是否存在位于基板110和FSF区171之间并且不利地影响作用(或施加)在基板110上的场强的正面钝化层191，FSF区171都可以形成具有正常大小的电场，由此稳定地执行正面场操作。当FSF区171的厚度等于或小于大约30nm时，基板110上的入射光量可以进一步增加，因为FSF区171执行正面场操作，在FSF区171中不吸收光。
另选的是，当FSF区171具有基本均匀的杂质浓度时，不论FSF区171的厚度是否改变，FSF区171的杂质浓度都可以基本均匀。在本例中，因为FSF区171与其钝化操作相比较而言主要执行用于正面场效应的正面场操作，所以FSF区171必须具有能够利用基板110和FSF区171的杂质浓度之间的差异来顺利地执行正面场操作的杂质浓度。
因此，当FSF区171主要执行正面场操作时，FSF区171的杂质浓度必须高于当FSF区171的部分执行钝化操作时的FSF区171的杂质浓度。此外，FSF区171的杂质浓度可以高于基板110的杂质浓度。在本实施方式中，FSF区171具有在大约1×1016原子/cm3到1×1021原子/cm3的范围内的基本均匀的杂质浓度。
当FSF区171与钝化操作相比而言主要执行正面场操作时，位于FSF区171之下的正面钝化层191的厚度可以稍微增加，以便于稳定的钝化操作，并且FSF区171的厚度可以稍微降低，因为FSF区171主要执行正面场操作。因此，正面钝化层191可以具有大约2nm到20nm的厚度，并且FSF区171可以具有大约1nm到20nm的厚度。
当正面钝化层191的厚度等于或大于大约2nm时，仅仅利用正面钝化层191就可以完全消除在基板110表面上或表面周围存在的缺陷。因此，正面钝化层191可以优异地执行钝化操作。当正面钝化层191的厚度等于或小于大约20nm时，基板110上的入射光量可以进一步增加，因为正面钝化层191执行钝化操作，在正面钝化层191中不吸收光。
当FSF区171的厚度等于或大于大约1nm时，不论是否存在位于基板110和FSF区171之间并且不利地影响作用或施加在基板110上的电场强度的正面钝化层191，FSF区171都可以形成具有正常大小的电场，由此稳定地执行正面场操作。当FSF区171的厚度等于或小于大约20nm时，基板110上的入射光量可以进一步增加，因为FSF区171执行正面场操作，在FSF区171中不吸收光。
FSF区171上的防反射层130降低了入射在太阳能电池1上的光的反射率，并且增大了对预定波长带的选择性，由此增加了太阳能电池1的效率。
防反射层130可以由氧化硅(SiOx)和/或氮化硅(SiNx)形成。
此外，可以使用由从包括以下材料的组中选择的至少一种材料形成的透明金属氧化物来形成防反射层130：氧化铟锡(ITO)、锡(Sn)基氧化物(例如SnO2)、锌(Zn)基氧化物(例如ZnO、ZnO:Al、ZnO:B和AZO)和其组合物。透明金属氧化物的透明度和绝缘特性根据氧气(O2)的含量而改变。换句话说，当O2含量增加时，透明金属氧化物的透明度增加并且光的透射率增加。此外，当O2含量超过预定含量时，透明金属氧化物呈现不导电特性，因为透明金属氧化物的电阻率增加到无穷值。因此，透明金属氧化物改变为绝缘材料。因此，根据本发明的实施方式的透明金属氧化物根据O2含量而是透明导电氧化物(TCO)或透明绝缘氧化物(TIO)。
透明金属氧化物的透明度大于氧化硅(SiO)和氮化硅(SiNx)的透明度。因此，当防反射层130由透明金属氧化物形成时，进一步增加了基板110内部的光入射量。因此，进一步改善了太阳能电池1的效率。
在目前实施方式中，防反射层130具有单层结构，但是也可以具有多层结构，例如在其它实施方式中的双层结构。如果期望，可以省略防反射层130。
背面钝化层192直接位于基板110的背面，以与正面钝化层191相同的方式执行钝化操作，由此防止或减少移到基板110背面的载流子的重组和/或消失。
可以按与正面钝化层191相同的方式由非晶硅形成背面钝化层192。
背面钝化层192的厚度达到这种程度：移动到基板110背面的载流子能够穿过背面钝化层192并且能够移动到BSF区172和射极区121。在目前实施方式中，背面钝化层192的厚度可以是大约1nm到10nm。
当背面钝化层192的厚度等于或大于大约1nm时，钝化效应可以进一步实现或者可以更大，因为背面钝化层192均匀地涂覆于基板110的背面。当背面钝化层192的厚度等于或小于大约10nm时，透过基板110的光在背面钝化层192中的吸光量降低。因此，可以进一步增加再次入射在基板110内部的光量。
多个BSF区172中的每一个均是杂质区，其掺杂了比基板110更多的与基板110同样导电类型的杂质。例如，每个BSF区172可以是n+型区。
多个BSF区172在背面钝化层192上以固定方向彼此平行延伸，使得彼此隔开。在目前实施方式中，BSF区172由例如非晶硅的非晶半导体形成。
BSF区172按与FSF区171相同的方式，通过由于基板110和BSF区172的杂质浓度之间的差异而产生的势垒，防止或减少空穴移动到用作电子的移动路径的BSF区172。此外，BSF区172便于载流子(例如电子)移动到BSF区172。因此，BSF区172降低了由于电子和空穴在BSF区172中或其周围或者在电极部分140中的重组和/或消失而导致的载流子损失量，并且加速电子到BSF区172的移动，由此增加了移动到BSF区172的电子量。
每个BSF区172可以具有大约10nm到25nm的厚度。当BSF区172的厚度等于或大于大约10nm时，BSF区172可以形成势垒，足以防止或减少空穴到BSF区172的移动，由此进一步降低载流子的损失量。当BSF区172的厚度等于或小于大约25nm时，BSF区172还降低BSF区172中的吸光量，由此进一步增加了再次入射在基板110内部的光量。
多个射极区121位于基板110的背面并与BSF区172隔开，并且与BSF区172平行延伸。
如图1和2所示，多个射极区121和多个BSF区172交替地位于基板110的背面上。
每个射极区121是与基板110的导电类型相反的第二导电类型(例如p型)。每个射极区121由不同于基板110的例如非晶硅的半导体形成。因此，除了p-n结之外，多个射极区121和基板110还形成异质结。
由于基板110上的入射光而产生的多个电子-空穴对被由于基板110和射极区121之间的p-n结而导致的内建电势差值而分成电子和空穴。随后，分出的电子移动到n型半导体，分出的空穴移动到p型半导体。因此，当基板110是n型和射极区121是p型时，分出的空穴穿过背面钝化层192且移动到射极区121，分出的电子穿过背面钝化层192且移动到具有比基板110更高的杂质浓度的BSF区172。
因为基板110和每个射极区121形成p-n结，所以不同于上述实施方式，当基板110是p型时，射极区121可以是n型。在本例中，分出的电子穿过背面钝化层192且移动到射极区121，分出的空穴穿过背面钝化层192且移动到BSF区172。
当多个射极区121是p型时，射极区121可以掺杂有III族元素的杂质。相反，当射极区121是n型时，射极区121可以掺杂有V族元素的杂质。
多个射极区121可以沿背面钝化层192执行钝化操作。在本例中，降低了由于缺陷而导致在基板110背面消失的载流子量，因此改善了太阳能电池11的效率。
每个射极区121可以具有5nm到15nm的厚度。当射极区121的厚度等于或大于大约5nm时，射极区121可以形成良好的p-n结。当射极区121的厚度等于或小于大约15nm时，进一步降低了射极区121的吸光量。因此，可以进一步增加再次入射在基板110内部的光量。
在目前实施方式中，与当射极区121和BSF区172直接位于由晶体半导体材料形成的基板110上时获得的晶化现象相比，当射极区121和BSF区172位于背面钝化层192上时获得的晶化现象得到大大降低，因为背面钝化层192由其中没有或者几乎没有杂质的本征非晶硅(a-Si)形成。因此，位于非晶硅层(也就是背面钝化层192)上的射极区121和BSF区172的特征得以改善。
在多个射极区121上的多个第一电极141沿着射极区121延伸，并且电子地和物理地连接到射极区121。每个第一电极141收集移动到对应的射极区121的载流子(例如空穴)。
在多个BSF区172上的多个第二电极142沿着BSF区172延伸，并且电子地和物理地连接到BSF区172。每个第二电极142收集移动到对应的BSF区172的载流子(例如电子)。
在图1和2中，由于射极区121和BSF区172位于第一电极141和第二电极142之下，所以第一电极141和第二电极142具有相同的平面形状或片形状。然而，它们可以具有不同的平面形状。当射极区121和BSF区172与相应的第一电极141和第二电极142之间的接触面积增加时，其间的接触电阻降低。因此，增加了第一电极141和第二电极142的载流子迁移率。
多个第一电极141和第二电极142可以由从包括以下材料的组中选择的至少一种导电材料形成：镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)、锡(Sn)、锌(Zn)、铟(In)、钛(Ti)、金(Au)和其组合物。也可以使用其它导电材料。如上所述，因为多个第一电极141和第二电极142由金属材料形成，多个第一电极141和第二电极142将穿过基板110的光反射到基板110上。
具有上述结构的太阳能电池1是这样的太能能电池：其中，多个第一电极141和第二电极142位于基板110的没有光入射的背面上，并且基板110和多个射极区121由各种不同的半导体形成。下面描述太阳能电池1的操作。
当光照射到太阳能电池1上时，顺序地穿过防反射层130、FSF区171和正面钝化层191，并且入射到基板110上，通过基于入射光的光能而在基板110中产生多个电子-空穴对。在本例中，因为基板110的正面是粗糙表面，所以降低了光在基板110正面的反射率。此外，因为光入射操作和光反射操作都在基板110的粗糙表面上执行，所以增加了光吸收率且改善了太阳能电池1的效率。此外，因为通过防反射层130降低了入射在基板110上的光的反射损失，所以进一步增加了在基板110上的入射光量。
通过基板110和射极区121的p-n结，将电子-空穴对分成电子和空穴，并且分出的空穴移动到p型射极区121并且分出的电子移动到n型BSF区172。移动到p型射极区121的空穴通过第一电极141收集，并且移动到n型BSF区172的电子通过第二电极142收集。当第一电极141和第二电极142使用电线彼此连接时，在其中产生电流，由此能够使用该电流产生电能。
此外，因为钝化层192和191位于基板110的正面和背面上，所以降低了由于在基板110正面和背面上和周围的缺陷而导致消失的载流子损失量。因此，改善了太阳能电池1的效率。在本例中，因为背面钝化层192和正面钝化层191与其中常常产生缺陷的基板110表面直接接触，由此改善了钝化效应。
此外，由于FSF区171和BSF区172分别位于基板110的正面和背面，所以进一步降低了载流子的损失量，并且因此进一步改善了太阳能电池1的效率。
接下来，参考图8，描述当在太阳能电池正面形成有正面钝化层和FSF区时的能带隙、和当在太阳能电池电池正面仅仅形成有正面钝化层时的能带隙。
图8(a)示出当仅仅正面钝化层而没有FSF区直接位于基板上时、在基板和正面钝化层之间的能带隙，图8(b)示出当正面钝化层和FSF区顺序地位于基板上时、在基板和正面钝化层之间的能带隙。
对于用于测量图8所示的能带隙的太阳能电池，正面钝化层由具有大约20nm厚度的本征非晶硅形成(i-a-Si)，FSF区由具有大约10nm厚度和大约1×1020原子/cm3杂质浓度的n型非晶硅(n-a-Si)形成，并且基板由n型多晶硅(n-c-Si)形成。
如图8(a)所示，当不存在FSF区时，基板(n-c-Si)的能带隙是倾斜的。因此，具有从低能级向高能级移动的能带隙特性的空穴H主要移动到正面钝化层(i-a-Si)，即基板(n-c-Si)的正面，在基板(n-c-Si)和正面钝化层(i-a-Si)之间出现空穴H的损失。
然而，如图8(b)所示，当存在FSF区(n-a-Si)时，因为FSF区(n-a-Si)形成的电场，使得基板(n-c-Si)的能带隙几乎保持在平行状态。因此，不存在空穴H向基板(n-c-Si)正面移动的方向性行为。因此，大大减少了在基板(n-c-Si)和正面钝化层(i-a-Si)之间产生的空穴H的损失。
当在基板的正面不存在FSF区时，太阳能电池的短路电流大约是28.47mA/cm3。当在基板正面存在FSF区时，太阳能电池的短路电流大约是35.05mA/cm3。换句话说，太阳能电池的短路电流增加大约30％。除了FSF区不存在或存在之外，图8(a)和(b)中示出的太阳能电池是在相同的条件下制造的。如上所述，通过FSF区的操作，大大降低了在基板背面的载流子损失量，并且因此增加了太阳能电池的短路电流。
下面参考图3A到3J，描述根据本发明实施方式的太阳能电池1的制造方法。
图3A到3J顺序地示出了图1中示出的太阳能电池的制造方法的每个阶段。
如图3A所示，将由氧化硅(SiOx)形成的止蚀层60等形成在由例如n型单晶硅或n型多晶硅形成的基板110的表面上。
接下来，如图3B所示，对基板110的其上没有形成止蚀层60的表面(例如入射表面)进行刻蚀，同时使用止蚀层60作为掩模来保护其他表面，以在基板110的正面(例如入射表面)上形成具有多个不均匀部分的粗糙表面。当基板110由单晶硅形成时，可以使用例如KOH、NaOH和氢氧化四甲基铵(TMAH)的碱性溶液来对基板110的正面进行粗糙化。另一方面，当基板110由多晶硅形成时，可以使用例如HF和HNO3的酸性溶液来对基板110的正面进行粗糙化。
如果基板110的正面和背面都应当具有粗糙表面，那么可以将基板110的正面和背面暴露在刻蚀剂或刻蚀气体中，而不用形成止蚀层60，以在基板110的正面和背面形成粗糙表面。
接下来，如图3C所示，使用例如等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)的层形成方法，在基板110的正面(也就是粗糙表面)上形成由非晶硅形成的正面钝化层191。
接下来，如图3D所示，使用PECVD方法等在正面钝化层191上形成由非晶硅形成的FSF区171。在本例中，因为FSF区171具有与基板110相同的导电类型，所以将包含例如磷(P)的V族元素的杂质的掺杂材料(例如POCl3或H3PO4)注入到处理室中。因此，形成FSF区171，该FSF区171具有与基板110相同的导电类型，并且具有比基板110更高的杂质浓度。
由此形成的FSF区171可以不论其厚度如何都具有均匀的杂质浓度。在本例中，FSF区171的杂质浓度是大约1×1016原子/cm3到1×1021原子/cm3。用于形成FSF区171的掺杂材料注入到处理室中的注入速率是基本均匀的。
然而，另选的是，由此形成的FSF区171的杂质浓度可以在FSF区171的厚度上连续地或不连续地改变。在本例中，FSF区171的杂质浓度在其厚度方向上在大约1×1010原子/cm3到1×1021原子/cm3的范围内改变。FSF区171的厚度越大，FSF区171的杂质浓度就增加。用于形成FSF区171的掺杂材料注入到处理室中的注入速率随时间而增加。
接下来，如图3E所示，使用PECVD方法等，在FSF区171上形成由氧化硅(SiOx)和/或氮化硅(SiNx)形成的防反射层130。
接下来，如图3F所示，去除在基板110背面上形成的止蚀层60。
接下来，如图3G所示，使用PECVD方法等，在基板110的背面上形成背面钝化层192。背面钝化层192由非晶硅等形成。
接下来，如图3H所示，在将具有多个开口的掩模置于背面钝化层192上之后，使用PECVD方法等淀积非晶硅，以形成多个射极区121。当形成多个射极区121时，将包含例如硼(B)的III族元素的杂质的掺杂材料(例如B2H6)注入到处理室中。因此，射极区121包括与基板110的导电类型相反的导电类型的杂质。因此，在基板110和多个射极区121之间形成p-n结。此外，因为基板110和射极区121由不同的半导体材料形成，所以基板110和射极区121形成异质结。
多个开口的位置对应于背面钝化层192的形成多个射极区121的部分，因此多个开口暴露出背面钝化层192的形成多个射极区121的部分。
接下来，如图3I所示，在将具有多个开口的掩模置于背面钝化层192上之后，使用PECVD方法等来淀积非晶硅，以形成多个BSF区172。因为多个BSF区172通过将包含例如磷(P)的V族元素的杂质的掺杂材料注入到处理室中来形成，所以多个BSF区172变成杂质浓度比基板110更高的杂质区。
在本例中，多个开口的位置对应于背面钝化层192的形成多个BSF区172的部分，并且因此多个开口暴露背面钝化层192的形成多个BSF区172的部分。
可以改变射极区121和BSF区172的形成顺序。可以使用下列方法来形成射极区121和BSF区172。例如，在形成光敏层并且将光掩模置于光敏层上之后，暴露将要在其上形成射极区121和BSF区172的部分光敏层。因此，暴露背面钝化层192的期望部分。结果，在背面钝化层192的暴露部分中形成多个射极区121和多个BSF区172。此外，在射极层之后，例如，将包含对应的杂质的非晶硅层形成在背面钝化层192上，选择性地去除射极层的一部分以在背面钝化层192上形成多个射极区121。随后，在BSF层之后，例如，将包含对应的杂质的非晶硅层形成在暴露的背面钝化层192和射极区121上，选择性地去除BSF层的一部分以形成多个BSF区172。如上所述，可以使用各种方法在背面钝化层192上形成射极区121和BSF区172。
接下来，如图3J所示，使用PECVD方法等，在暴露的背面钝化层192、多个射极区121和多个BSF区172上形成包含金属材料的导电层40。然后，使用掩模通过湿刻蚀处理顺序地去除导电层40的一部分，以形成包括多个第一电极141和第二电极142的电极部分140(参考图1和2)
代替图3J所示的淀积处理，可以使用丝网印刷法，将包含金属材料的膏体涂覆在多个射极区121和多个BSF区172上，随后进行干燥。因此，可以形成包括位于多个射极区121上的多个第一电极141和位于多个BSF区172上的多个第二电极142的电极部分140。
另选的是，可以使用例如喷溅法的物理气相淀积方法和例如PECVD法的化学气相淀积方法，来形成在基板110上形成的所有层191、171、130、192、121、172、141和142。
如上所述，因为使用在大约200℃的低温下进行化学气相淀积方法或者物理气相淀积方法来形成在基板110上形成的层，所以可以容易地制造太阳能电池1，并且可以防止各层191、171、130、192、121、172、141和142的特性在高温下退化。结果，改善了太阳能电池1的效率或其制造。
下面参考图4和5，描述根据本发明另一个示例性实施方式的太阳能电池1a。
图4是根据本发明另一个示例性实施方式的太阳能电池的部分透视图。图5是沿图4中的线V-V截取的截面图。在下面描述中，与图1和2中示出的那些结构和部件相同或等效的结构和部件用相同的标号来表示，并且可以简短地进行进一步描述或者完全省略进一步描述。
图4和5中示出的太阳能电池1a具有类似于图1和2中示出的太阳能电池1的结构。
更具体地说，根据本发明示例性实施方式的太阳能电池1a包括：基板110；顺序地位于基板110正面上的正面钝化层191、FSF区171和防反射层130；位于基板110背面上的背面钝化层192a、多个射极区121和多个BSF区172；以及包括分别位于多个射极区121上的多个第一电极141和分别位于多个BSF区172上的多个第二电极142的电极部分140。
不同于图1和2中示出的太阳能电池1，在图4和5中示出的太阳能电池1a中，多个射极区121和多个BSF区172被布置为直接接触基板110的背面。此外，背面钝化层192a位于从基板110背面除去射极区121和BSF区172的形成部分之外的基板110背面。换句话说，除了背面钝化层192a的形成位置之外，图4和5中示出的太阳能电池1a的结构基本上与图1和2中示出的太阳能电池1相同。
图4和5中示出的背面钝化层192a具有大于图1和2中示出的背面钝化层192的厚度，但是不局限于此。
按与背面钝化层192相同的方式，背面钝化层192a在基板110的表面上和周围执行钝化操作，由此降低了由于在基板110表面上和周围的缺陷而导致消失的载流子损失量。
背面钝化层192a由例如氧化硅(SiOx)和氮化硅(SiNx)的绝缘材料形成。因此，通过背面钝化层192a，防止或者减少了在彼此相邻的射极区121和BSF区172之间的电气干扰(例如载流子移动)，结果，减少了载流子的损失量。此外，防止或减少了穿过基板110的光在基板110内部反射，因此减少了反射到外部的光量。
如上所述，因为多个射极区121和多个BSF区172直接接触基板110的背面，所以增加了载流子移动到射极区121和BSF区172的迁移率。因此，进一步改善了太阳能电池1a的效率。
下面参考图6和7来描述根据本发明另一个示例性实施方式的太阳能电池1b。
图6是根据本发明另一个示例性实施方式的太阳能电池的部分透视图。图7是沿图6中的线VII-VII截取的截面图。在下面的描述中，与图1和2中示出的那些结构和部件相同或等效的结构和部件用相同的标号来表示，并且可以简短地进行进一步描述或者完全省略进一步描述。
类似于图1和2中示出172太阳能电池1，图6和7示出的太阳能电池1b包括：基板110；顺序地位于基板110正面上的正面钝化层191、FSF区171和防反射层130；位于基板110背面上的背面钝化层192c；位于背面钝化层192c上的多个射极区121和多个BSF区172；以及包括分别位于多个射极区121上的多个第一电极141和分别位于多个BSF区172上的多个第二电极142的电极部分140。
不同于图1和2中示出的太阳能电池1，在图6和7中示出的太阳能电池1b中，背面钝化层192c包括：位于基板110和多个射极区121之间以及位于基板110和多个BSF区172之间的多个第一背面钝化层1923；和位于基板110背面的其它部分中(也就是位于多个射极区121和多个BSF区172之间)的多个第二背面钝化层1924。
第一背面钝化层1923由例如非晶硅的导电材料形成，并且第二背面钝化层1924由例如氧化硅(SiOx)和氮化硅(SiNx)的绝缘材料形成。因此，改善了能够将位于背面钝化层192c和基板110之间的接触表面上的不稳定键转化成稳定键的转化率。此外，因为第一背面钝化层1923的导电特性，所以增加了迁移到射极区121或BSF区172的载流子量，因此增加了载流子迁移率。结果，与太阳能电池1相比，进一步改善了太阳能电池1b的效率。
此外，如以上参考图4和5所述，通过第二背面钝化层1924防止或减少了在彼此相邻的射极区121和BSF区172之间的电气干扰(例如载流子移动)，结果改善了太阳能电池1b的效率。
在图6和7示出的太阳能电池1b中，第一背面钝化层1923和第二背面钝化层1924的厚度彼此基本上相等，但是也可以彼此不同。例如，第二背面钝化层1924的厚度可以大于第一背面钝化层1923的厚度。在本例中，通过第二背面钝化层1924进一步减少了彼此相邻的射极区121和BSF区172之间的电气干扰。
虽然已参照多个示例性实施方式描述了实施方式，但应该理解，本领域技术人员能够设想落入本公开的原理的范围内的许多其它变型和实施方式。更具体地讲，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，可以对主题组合设置的组成部件和/或设置进行各种变化和修改。除了对组成部件和/或设置的各种变化和修改之外，另选用途对于本领域技术人员而言也是很明显的。
本申请要求分别于2009年9月7日、2010年5月11日和2010年8月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2009-0084046、10-2010-0043961和10-2010-0075028的优先权和利益，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (8)

1.一种太阳能电池，该太阳能电池包括：
基板，其包含第一导电类型的第一杂质，并且由晶体半导体形成；
第一场区，其位于所述基板的入射表面上，并且包含第二导电类型的第二杂质；
第一钝化层，其位于所述基板和所述第一场区之间；
防反射层，其位于所述第一场区上；
射极区，其包含第三导电类型的第三杂质，由非晶半导体形成，并且位于所述基板的与该基板的所述入射表面相对的非入射表面上；
第二钝化层，其位于所述基板的所述非入射表面上；
第二场区，所述第二场区与所述射极区隔开地位于所述基板的所述非入射表面，所述第二场区具有与所述第一场区相同的导电类型；
第一电极，其电连接到所述射极区；以及
第二电极，其电连接到所述第二场区，
其中，所述第一场区中包含的所述第二杂质的浓度高于所述基板中包含的所述第一杂质的浓度，
所述第一场区具有1nm到20nm的厚度，
所述第一钝化层具有2nm到20nm的厚度，
所述第二钝化层包括：位于所述基板和所述射极区之间以及位于所述基板和所述第二场区之间的第一背面钝化层，和在所述射极区和所述第二场区之间位于所述基板的背面上的第二背面钝化层，
所述第一背面钝化层由非晶硅形成，并且
所述第二背面钝化层由氧化硅SiOx和氮化硅SiNx中的至少一个形成。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一场区中包含的所述第二杂质的浓度是1×1016原子/cm3到1×1021原子/cm3。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一场区中包含的所述第二杂质的浓度随着所述第一场区的厚度而变化。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，从所述第一钝化层和所述第一场区之间的接触面到所述第一场区的上表面，所述第一场区中包含的所述第二杂质的浓度增加。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第一场区的所述第二杂质的最小浓度是1×1010原子/cm3，并且所述第一场区的所述第二杂质的最大浓度是1×1021原子/cm3。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一钝化层由本征非晶硅形成。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一场区由非晶硅、非晶硅氧化物或非晶硅碳化物形成。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一导电类型与所述第二导电类型相同，并且与所述第三导电类型相反。
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