CN103066133A - 光电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光电装置，所述光电装置包括位于基底上的第一半导体结构和第二半导体结构，第一半导体结构和第二半导体结构包括不同的导电类型。所述光电装置还包括位于第一半导体结构上的第一电极和位于第二半导体结构上的第二电极以及与第二半导体结构相邻的层间绝缘结构。层间绝缘结构将第一半导体结构与第二半导体结构分开并将第一半导体结构与第二电极分开。

Description

光电装置
技术领域
本发明涉及一种光电装置。
背景技术
已经加快了对清洁能源的开发。示例性清洁能源包括利用太阳能电池产生的光伏能，在太阳能电池中，阳光被转变成能量。然而，与产生热能相比，用于产生目前在工业上通过利用太阳能电池产生的光伏能的成本较高。
发明内容
可通过提供一种光电装置来实现实施例，所述光电装置包括：第一半导体结构和第二半导体结构，位于基底上，第一半导体结构和第二半导体结构具有不同的导电类型；位于第一半导体结构上的第一电极和位于第二半导体结构上的第二电极；层间绝缘结构，与第二半导体结构相邻。层间绝缘结构将第一半导体结构与第二半导体结构分开并将第一半导体结构与第二电极分开。
第一半导体结构可具有第一面积的第一区域，第二半导体结构可具有第二面积的第二区域。第一区域的第一面积可基本上大于第二区域的第二面积。第二半导体结构可具有岛状，使得第二半导体结构被第一半导体结构围绕。
第一电极和第二电极可具有基本上相同的宽度。第二电极可与第一半导体结构和第二半导体结构叠置。层间绝缘结构可包括通孔，第二电极可通过通孔连接到第二半导体结构。
层间绝缘结构可包括第一部分。第一部分可位于基底上的第一半导体结构和第二半导体结构之间。层间绝缘结构的第一部分可围绕第二半导体结构。层间绝缘结构的第一部分可完全围绕第二半导体结构。
层间绝缘结构可包括第一半导体结构上的第二部分，使得第二部分位于第二电极和第一半导体结构之间。层间绝缘结构的第一部分和第二部分可一体地形成为一个部件。层间绝缘结构的第二部分的沿着第一方向的宽度可大于第二电极的沿着第一方向的宽度。第一方向可以是在第一电极和第二电极之间延伸的方向。
所述光电装置还可包括间隙绝缘层，间隙绝缘层可围绕第二半导体结构，并且层间绝缘结构位于间隙绝缘层上。第一电极的上表面可以在距基底达第一距离处，第二电极的上表面可以在距基底达第二距离处。第二距离可大于第一距离。
层间绝缘结构和第一电极可以沿着在层间绝缘结构和第一电极之间的方向上延伸的水平线布置。所述光电装置可包括基底上的钝化层。钝化层可位于基底的与第一半导体结构和第二半导体结构相反的侧部。光电装置可包括位于钝化层上的减反射层。
第一半导体结构可包括基底上的第一本征层、第一本征层上的第一导电半导体层以及第一本征层和第一导电半导体层上的第一透明导电层。第一透明导电层可覆盖第一本征层和第一导电半导体层的横向侧部并可覆盖第一导电半导体层的上表面。
第二半导体结构可包括基底上的第二本征层、第二本征层上的第二导电半导体层以及第二本征层和第二导电半导体层上的第二透明导电层。第一导电半导体层和第二导电半导体层可具有不同的导电类型。第二透明导电层可覆盖第二本征层和第二导电半导体层的横向侧部并可覆盖第二导电半导体层的上表面。
还可通过提供一种制造光电装置的方法来实现实施例，所述方法包括以下步骤：在基底上形成第一半导体结构；在除了第一半导体结构之外的区域中形成第二半导体结构，第一半导体结构和第二半导体结构具有不同的导电类型；在第二半导体结构上形成层间绝缘结构，使得层间绝缘结构将第一半导体结构与第二半导体结构分开；在第一半导体结构上形成第一电极并在第二半导体结构上形成第二电极，从而通过层间绝缘结构使第一半导体结构与第二电极分开。
附图说明
通过参照附图对示例性实施例进行的详细描述，对本领域普通技术人员来讲，特点将会变得显而易见，其中：
图1示出了根据示例性实施例的光电装置的示意性透视图；
图2示出了沿着图1的□-□线截取的光电装置的剖视图；
图3A示出了第一半导体结构和第二半导体结构之间的示例性布置关系的示意性平面图；
图3B示出了第一半导体结构和第二半导体结构与第一电极和第二电极之间的示例性布置关系的示意性平面图；
图3C示出了层间绝缘层的示例性布置的示意性平面图；
图4示出了根据示例性实施例的光电装置的示意性透视图；
图5示出了沿着图4的□-□线截取的光电装置的剖视图；
图6A至图6V示出了根据示例性实施例的绘示在制造光电装置的方法中的阶段的按顺序的剖视图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图对示例性实施例进行更加全面的描述，然而，示例性实施例可以以不同的方式被实施，而不应该被解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得该公开将是彻底的和完整的，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。
在附图中，为了示出清楚，可夸大层和区域的尺寸。还应该理解的是，当层或者元件被称为“在”另一层或者基底“上”时，该层或者元件可以直接在另一层或者基底上，或者也可存在中间层。此外，应该理解的是，当层被称为“在”另一层“之下”时，该层可直接在另一层之下，且也可存在一个或者更多中间层。此外，还应该理解的是，当层被称为“在”两层“之间”时，该层可以是所述两层之间的唯一一层，或者也可存在一个或者更多中间层。相同的标号始终指示相同的元件。
图1示出了根据示例性实施例的光电装置的示意性透视图。图2示出了沿着图1的□-□线截取的光电装置的剖视图。
参照图1和图2，光电装置可包括：半导体基底100；第一半导体结构110，具有第一导电类型；第二半导体结构120，具有第二导电类型。至少一个第一半导体结构110和多个第二半导体结构120可形成在半导体基底100上。光电装置还可包括电连接到第一半导体结构110的第一电极131和电连接到第二半导体结构120的第二电极132。层间绝缘层150可设置在第二电极132和第一半导体结构110之间。
根据示例性实施例，第一半导体结构110可形成在相对宽的区域中，并可围绕第二半导体结构120。第二半导体结构120可呈点状或者岛状。例如，多个第二半导体结构120可在半导体基底100上分开，并且第一半导体结构110可布置在第二半导体结构120之间的空间中，并可围绕第二半导体结构120。
第一半导体结构110的导电类型可与第二半导体结构120的导电类型不同(例如，相反)。第一半导体结构110可在空间上与相邻的第二半导体结构120隔开，并第一半导体结构110可与第二半导体结构120彼此电绝缘。例如，第一半导体结构110可通过在第一半导体结构110和第二半导体结构120之间延伸的层间绝缘层150与相邻的第二半导体结构120绝缘。层间绝缘层150可减少第一半导体结构110与连接到第二半导体结构120(第二半导体结构120的导电类型与第一半导体结构110的导电类型不同)的第二电极132之间发生电短路的可能性和/或防止所述电短路。
层间绝缘层150可包括第一部分150a和第二部分150b。第一部分150a可在第一半导体结构110和第二半导体结构120之间沿着一个方向(例如，y轴方向)延伸。例如，第一部分150a可沿着限定第一半导体结构110和第二半导体结构120之间的边界的方向延伸。第一部分150a可埋置在第一半导体结构110和第二半导体结构120之间。第二部分150b可沿着另一方向(例如，沿着z轴方向)延伸，以与第一部分150a叠置，并与至少第一半导体结构110的上表面叠置。第二部分150b可包括过孔150′，例如，通孔，该过孔150′与第二半导体结构120的上表面叠置。第二部分150b可包括围绕过孔150′的部分，所述部分与第二半导体结构120的上表面的一部分叠置。例如，过孔150′可与整个第二半导体结构120叠置，或者可与第二半导体结构120的一部分叠置。
例如，如图2所示，半导体基底100可具有第一表面100a和与第一表面100a相对的第二表面100b。例如，形成基极和发射极的第一电极131和第二电极132的背接触可形成在第一表面100a上。第二表面100b可不包括电极结构，并可以是光接收表面。第二表面100b可增加有效入射光并减少光损失。例如，未形成电极的背接触可形成在半导体基底100的用作光接收表面的第二表面100b上，从而与电极形成在用作光接收表面的第二表面100b上的传统的太阳能电池相比，减少光损失并获得高的输出。
例如，半导体基底100可通过由第二表面100b接收的光而产生载流子。通过光产生的载流子(以下，称为“载流子”)指当光被吸入到半导体基底100中时产生的空穴和电子。半导体基底100可被形成为，例如，具有n导电类型或者p导电类型的多晶硅基底或者单晶硅基底。例如，根据示例性实施例，半导体基底100可被形成为p型单晶硅基底。
包括粗糙图案的纹理结构R可形成在半导体基底100的第二表面100b上。粗糙表面可包括多个微小突起。纹理结构R可以例如减小入射光的反射。
钝化层101可形成在半导体基底100的第二表面100b上。钝化层101可覆盖半导体基底100的粗糙表面R，从而，例如，钝化层101可以是弯曲的。钝化层101可以例如抑制由半导体基底100产生的载流子的表面复合，因此可提高载流子收集效率。例如，钝化层101可通过减少由于半导体基底100的表面缺陷导致的载流子的表面复合而提高载流子收集效率。
根据示例性实施例，钝化层101可包括例如本征半导体层、掺杂的半导体层、氧化硅(SiOx)层和氮化硅(SiNx)层中的至少一层。本征半导体层和掺杂的半导体层可由例如沉积在半导体基底100上的非晶硅形成。例如，钝化层101可由按照与半导体基底100的导电类型相同的导电类型被掺杂的非晶硅(a-Si)形成，并可按照高于半导体基底100的浓度的浓度被掺杂。因此，钝化层101可形成抑制载流子的表面复合的表面场。
减反射层102可形成在钝化层101上。减反射层102可覆盖半导体基底100的粗糙表面R，从而例如减反射层102可以是弯曲的。减反射层102可包括例如氧化硅(SiOx)层和氮化硅(SiNx)层中的至少一层。例如，减反射层102可被形成为单层氧化硅(SiOx)层或者具有不同折射率的氧化硅(SiOx)层和氮化硅(SiNx)层的组合层。
虽然根据示例性实施例，钝化层101和减反射层102可具有单独的层结构，但是根据另一示例性实施例，钝化层101和减反射层102可具有单层结构。例如，氢化的氮化硅(SiN:H)层可形成在(例如直接形成在)半导体基底100的粗糙表面R上，以获得钝化效果和减反射效果。
具有相反导电类型的第一半导体结构110和第二半导体结构120可形成在半导体基底100的第一表面100a上。第一半导体结构110和第二半导体结构120可包括分开的和收集由半导体基底100产生的载流子的发射极和基极。
第一半导体结构110可包括堆叠例如按顺序堆叠在半导体基底100上的第一本征半导体层111和第一导电半导体层113。根据示例性实施例，第一本征半导体层111和/或第一导电半导体层113可包含非晶硅(a-Si)和微晶硅(μc-Si)中的一种。
第一本征半导体层111可通过例如不添加掺杂剂或者添加少量掺杂剂形成。少量掺杂剂可以是p型掺杂剂或者n型掺杂剂。例如，第一本征半导体层111可使半导体基底100的表面钝化，以例如抑制通过半导体基底100产生的载流子的复合和/或增强半导体基底和第一导电半导体层113之间的界面特性。根据示例性实施例，半导体基底100可由结晶硅形成，第一导电半导体层113可由非晶硅形成，第一本征半导体层111可增强半导体基底100和第一导电半导体层113之间的界面特性。
第一导电半导体层113可通过添加p型掺杂剂或者n型掺杂剂形成。如果第一本征半导体层111存在一定的掺杂浓度，则第一导电半导体层113的掺杂浓度可大于第一本征半导体层111的掺杂浓度。例如，第一导电半导体层113可按照与具有n导电类型的半导体基底100的导电类型不同例如相反的p导电类型被掺杂。当第一本征半导体层111存在一定的掺杂浓度时，第一本征半导体层111中的掺杂剂的导电类型可与第一导电半导体层113中的掺杂剂的导电类型相同。此外，第一导电半导体层113可形成从具有例如n导电类型的半导体基底100收集少数载流子(例如，空穴)的发射极。
第一半导体结构110可包括形成在第一导电半导体层113上的第一透明导电层115。第一透明导电层115可由例如导电的且光学上透明的材料形成。例如，第一透明导电层115可由透明导电氧化物(TCO)，例如，氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)等形成。
根据示例性实施例，第一透明导电层115可沿着第一本征半导体层111和第一导电半导体层113的外表面形成。例如，第一透明导电层115可覆盖例如完全覆盖第一本征半导体层111和第一导电半导体层113的暴露的侧部。第一透明导电层115可以宽的区域形成电接触，从而减小接触电阻并调节第一半导体结构110和第一电极131之间的连接。
第二半导体结构120可包括层叠例如按顺序层叠在半导体基底100上的第二本征半导体层121和第二导电半导体层123。第二本征半导体层121和/或第二导电半导体层123可包含非晶硅(a-Si)和微晶硅(μc-Si)中的一种。第二本征半导体层121可包含与第一本征半导体层111的材料相同的材料，并可在形状、尺寸和/或掺杂剂的类型(如有包括掺杂剂的话)方面与第一本征半导体层111不同。第二导电半导体层123可包含与第一导电半导体层113的材料相同的材料，并可在形状、尺寸和/或掺杂剂的类型方面与第一导电半导体层113不同。
第二本征半导体层121可通过例如不添加掺杂剂或者添加少量掺杂剂形成。少量掺杂剂可以是p型掺杂剂或者n掺杂剂。例如，第二本征半导体层121可使半导体基底100的表面钝化，以例如抑制通过半导体基底100产生的载流子的复合和/或增强由例如结晶硅的材料形成的半导体基底100和由例如非晶硅的材料形成的第二导电半导体层123之间的界面特性。
第二导电半导体层123可通过添加p型掺杂剂或者n型掺杂剂形成。如果第二本征半导体层121存在掺杂浓度，则第二导电半导体层123的掺杂浓度可大于第二本征半导体层121的掺杂浓度。例如，第二导电半导体层123可按照与具有n导电类型的半导体基底100相同的n导电类型被掺杂。当第二本征半导体层121存在掺杂浓度时，第二本征半导体层121中的掺杂剂的导电类型可与第二导电半导体层123中的掺杂剂的导电类型相同。此外，第二导电半导体层123可形成从具有例如n导电类型的半导体基底100收集多数载流子(例如，电子)的基极。
第二半导体结构120可包括形成在第二导电半导体层123上的第二透明导电层125。第二透明导电层125可由例如导电的且光学上透明的材料形成。例如，第二透明导电层125可由透明导电氧化物(TCO)，例如，氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)等形成。
根据示例性实施例，第二透明导电层125可沿着第二本征半导体层121和第二导电半导体层123的外表面形成。例如，第二透明导电层125可覆盖例如完全覆盖第二本征半导体层121和第二导电半导体层123的侧部。第二透明导电层125可以宽的区域形成电接触，从而减小接触电阻并调节第二半导体结构120和第二电极132之间的连接。
虽然在图1中，第一半导体结构110和第二半导体结构120是单个，但是第一半导体结构110和第二半导体结构120在半导体基底100的第一表面100a上可以是多个。
虽然在图2中，形成发射极的第一半导体结构110包括第一本征半导体层111和第一导电半导体层113发射极，形成基极的第二半导体结构120形成包括第二本征半导体层121和第二导电半导体层123，但是实施例不限于此。例如，根据另一示例性实施例，第一半导体结构110和第二半导体结构120可按照这样的方式被颠倒，即，第一半导体结构110可以不包括第一本征半导体层111和第一导电半导体层113，第二半导体结构120可以不包括第二本征半导体层121和第二导电半导体层123，而是相反，第一半导体结构110可以包括第二本征半导体层121和第二导电半导体层123，且第二半导体结构120可以包括第一本征半导体层111和第一导电半导体层113。
虽然在图2中，第一半导体结构110包括用于调节第一半导体结构110和第一电极131之间的电连接的第一透明导电层115，第二半导体结构120包括用于调节第二半导体结构120和第二电极132之间的电连接的第二透明导电层125，但是第一半导体结构110可不包括第一透明导电层115，第二半导体结构120可不包括第二透明导电层125。例如，根据另一示例性实施例，第一半导体结构110可包括在第一半导体结构110上的第一电极131而不包括第一透明导电层115，第二半导体结构120可包括在第二半导体结构120上的第二电极132而不包括第二透明导电层125。
半导体基底100上布置第一半导体结构110所处的第一半导体区域A1和第二半导体结构120所处的第二半导体区域A2可具有不同的面积。例如，包括例如作为收集少数载流子的发射极的第一半导体结构110的第一半导体区域A1可具有相对增大的结构和/或基本上较大的面积，以例如增加少数载流子的收集效率。
图3A示出了第一半导体结构110和第二半导体结构120之间的布置关系的示意性平面图。参照图3A，第一半导体结构110和第二半导体结构120可具有可形成在半导体基底100上的不同的面积。例如，可收集半导体基底100的少数载流子的第一半导体结构110可具有相对大的面积。因此，可增加第一半导体结构110中的载流子的收集效率。可收集半导体基底100的多数载流子的第二半导体结构120可具有相对小的面积。因此，可以不使载流子的收集效率劣化。
换言之，当比较在半导体基底100上投影第一半导体结构110所处的第一半导体区域A1的面积和在半导体基底100上投影第二半导体结构120所处的第二半导体区域A2的面积时，第一半导体区域A1的面积可基本上大于和/或相对宽于第二半导体区域A2的面积。例如，第二半导体结构120可形成为具有点状或者岛状，而第一半导体结构110可以围绕第二半导体结构120。
根据示例性实施例，第二半导体结构120可形成为呈隔离式，第一半导体结构110可按照围绕呈隔离式的第二半导体结构120的大的面积形成。因此，第一半导体结构110的面积可相对增大，并可提高由光产生的载流子的收集效率。即，第二半导体结构120可呈隔离式，以增加在面积有限的半导体基底100上的第一半导体结构110的面积，并可形成围绕第二半导体结构120的大面积的第一半导体结构110。
图3B示出了第一半导体结构110和第二半导体结构120与第一电极131和第二电极132之间的布置关系的示意性平面图。参照图3B，第一电极131和第二电极132可形成在半导体基底100上。第一电极131可形成在第一半导体结构110上。第二电极132可形成在第一半导体结构110和第二半导体结构120上。第一电极131可连接到第一半导体结构110，第二电极132可连接到第二半导体结构120，并且由光产生的载流子可被引出到外部。
第一电极131和第二电极132可由例如金属材料(诸如，银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)等)形成。第一电极131和第二电极132还可以例如由重掺杂的半导体形成。虽然第一电极131和第二电极132可沿着宽度方向(例如，为了便于理解，图1中的x轴方向)具有宽的形状，但是实施例不限于此。例如，第一电极131和第二电极132可沿着电流引出方向(例如，z轴方向)按照条形图案形成。
第一电极131和第二电极132可提供光电流路径，并具有基本上相同或者相似的电极面积，例如以减小光电流路径的串联电阻。例如，如果第一电极131和第二电极132中的一个具有相对小的面积，则具有小的面积的第一电极131或者第二电极132会限制光电流路径的导电性。因此，根据示例性实施例，第一电极131和第二电极132可被统一地设计成具有相等的面积，而第一半导体结构110的面积可大于第二半导体结构120的面积。因此，可减小光电流路径的串联电阻。
参照图3B，第一电极131的线宽度W1和第二电极132的线宽度W2可被设计成是统一的，例如，在长度和宽度上相等，并可基本上彼此相同。可沿着在相邻的第一电极131和第二电极132之间延伸的方向测量线宽度W1和W2。由于第一电极131和第二电极132可以是统一的，所以第二电极132比电连接到第二电极132的第二半导体结构120宽。
第二电极132可延伸以与第一半导体区域A1叠置，第一半导体区域A1的导电类型与第二电极132的导电类型不同(例如，相反)。如此，第二电极132可延伸超过第二半导体区域A2，第二半导体区域A2的导电类型与第二电极132的导电类型相同，并且第二电极132可形成为与第一半导体区域A1和第二半导体区域A2叠置。因此，层间绝缘层150可置于具有不同导电类型的第一半导体结构110和第二电极132之间，以例如减少第一半导体结构110与第二电极132之间发生电短路的可能性和/或防止所述电短路。例如，层间绝缘层150可将第一半导体结构110和第二半导体结构120彼此分开，并可将第一半导体结构110和第二电极132分开。
根据示例性实施例，第一半导体结构110和第二半导体结构120可被设计成具有不同面积，以例如增加载流子的收集效率，并且第一电极131和第二电极132可被设计成具有相等的面积，以例如减小串联电阻。第二电极132可不限于面积相对小的第二半导体区域A2，并可延伸到导电类型与第二半导体区域A2的导电类型相反的第一半导体区域A1，并且第一电极131的面积和第二电极132的面积可以是统一的。
层间绝缘层150可在第二电极132和第一半导体结构110之间延伸。由于第二电极132延伸到导电类型与第二电极132的导电类型相反的第一半导体区域A1，所以层间绝缘层150可形成在第二电极132与第一半导体结构110叠置所处的区域。层间绝缘层150可减少第一半导体结构110与第二电极132之间发生电短路的可能性和/或防止所述电短路。
参照图2，层间绝缘层150可形成在第一半导体结构110的一部分上，例如，形成在与第二电极132叠置的第一半导体结构110上。层间绝缘层150可一体地形成在第二半导体结构120和第一半导体结构110上。第一电极131可与层间绝缘层150分开。
第一电极131的上表面可与半导体基底100相距第一距离，位于层间绝缘层150上的第二电极132的上表面可与半导体基底100相距第二距离。第二距离可大于第一距离。因此，第一电极131的上表面和第二电极132的上表面可以不共面。层间绝缘层150和第一电极131可沿着单一水平线布置，所述水平线穿过层间绝缘层150和第一电极131二者。所述水平线可沿着在层间绝缘层150和第一电极之间延伸的方向，例如，沿着x轴方向延伸。第一电极131和第二电极132的位置可在与半导体基底100垂直的方向上偏移。
层间绝缘层150可具有足够的厚度，使得在将层间绝缘层150埋置于第一半导体结构110和第二半导体结构120之间之后，第一半导体结构110和第二半导体结构120可被平坦化。第二电极132可形成在层间绝缘层150的平坦表面上。层间绝缘层150可接触第二电极132，例如直接位于第二电极132之下。
层间绝缘层150可具有过孔150′。第二电极132和第二半导体结构120可通过过孔150′彼此稳定地连接和/或在过孔150′中彼此稳定地连接。例如，第二电极132可具有设置在过孔150′中的突起132a。第二电极132的突起132a可在第二半导体结构120上，例如，可与第二半导体结构120接触。
间隙绝缘层160可对应于层间绝缘层150的第一部分150a的底表面，例如，间隙绝缘层160可在第二半导体区域A2上并可通过过孔150′被暴露。间隙绝缘层160可覆盖第一半导体区域A1和第二半导体区域A2之间的区。间隙绝缘层160使半导体基底100的暴露在第一半导体区域A1和第二半导体区域A2之间的表面钝化。间隙绝缘层160可使得第一半导体区域A1和第二半导体区域A2彼此绝缘。例如，间隙绝缘层160可包含氧化物(SiOx)层/或氮化物(SiNx)层。
根据示例性实施例，间隙绝缘层160可包含氮化物层，该氮化物层可具有固定的负电荷，并可减小载流子的表面复合损失。例如，间隙绝缘层160可减小电子运动到半导体基底100的形成间隙绝缘层160的表面的可能性，和/或防止电子运动到半导体基底100的形成间隙绝缘层160的表面。
图4示出了根据另一示例性实施例的光电装置的示意性透视图。除元件的尺寸和/或形状可变化之外，该示例性实施例的光电装置可与上述示例性实施例的光电装置类似。图5示出了从图4的□-□线截取的光电装置的剖视图。
参照图4和图5，光电装置可包括：半导体基底200以及形成在半导体基底200上的具有第二导电类型第二半导体结构220和具有第一导电类型的第一半导体结构210。第一导电类型可与第二导电类型不同例如相反。第一电极231可形成在第一半导体结构210上，第二电极232可形成在第二半导体结构220上。第一电极231可电连接到第一半导体结构210，第二电极232可电连接到第二半导体结构220。层间绝缘层250可设置在第二电极232和第一半导体结构210之间，并可设置在第一半导体结构210和第二半导体结构220之间。
第一半导体结构210、第二半导体结构220和层间绝缘层250除了它们可在尺寸和/或形状方面不同之外，可分别与第一半导体结构110、第二半导体结构120和层间绝缘层150基本上相同或者相似。第一电极231和第二电极232可基本上与第一电极131和第二电极132相同。
标号A1和A2指示在半导体基底200上投影第一半导体结构210和第二半导体结构220所处的第一半导体区域和第二半导体区域。然而，标号A1和A2可用于指示第一半导体结构210和第二半导体结构220的宽度。
第一半导体结构210和第二半导体结构220可交替地布置在半导体基底200上。例如，第二半导体结构220可具有位于两个相邻的第一半导体结构210之间的岛状。图4和图5示出了多个交替地形成的第一半导体结构210和第二半导体结构220的一部分。例如，第一半导体结构210可设置在第二半导体结构220相对的两侧。设置在第二半导体结构220的相对的两侧处的第一半导体结构210可具有基本上相同的结构，并可彼此隔开。
第一半导体结构210可形成在相对宽的区域之上，例如以具有大于第二半导体结构220的面积的面积，并可沿着一个方向(例如，沿着z轴方向)按照线形与第二半导体结构220平行地延伸。例如，第一半导体结构210和第二半导体结构220沿着z轴方向的长度可相同，并且第一半导体结构210沿着x轴方向的长度可大于第二半导体结构220沿着x轴方向的长度。导电类型相反的第一半导体结构210和第二半导体结构220可在空间上彼此隔开并且彼此电绝缘。例如，层间绝缘层250可布置在第一半导体结构210和第二半导体结构220之间，以例如提供绝缘。
层间绝缘层250可减少第一半导体结构210与连接到第二半导体结构220(第二半导体结构220的导电类型与第一半导体结构210的导电类型不同)的第二电极232之间发生电短路的可能性和/或防止所述电短路。例如，层间绝缘层250可形成在设置在第二半导体结构220的相对的两侧处的相邻的第一半导体结构210之上。层间绝缘层250可支撑第二电极232，并可使第二电极232与设置在第二半导体结构220的相对的两侧处的第一半导体结构210绝缘。
层间绝缘层250可包括第一部分250a和第二部分250b。第一部分250a可在第一半导体结构210和第二半导体结构220之间沿着一个方向(例如，y轴方向)延伸。例如，第一部分250a可埋置在第一半导体结构210和第二半导体结构220之间。第二部分250b可沿着另一方向(例如，沿着z轴方向)延伸，以与第一部分250a叠置，并至少与第一半导体结构210的上表面叠置。第二部分250b可包括过孔250′，例如，通孔，该过孔250′与第二半导体结构220的上表面叠置。
第一半导体结构210和第二半导体结构220可形成分离和收集由光产生的载流子的发射极和基极。第一半导体结构210和第二半导体结构220可平行地延伸并可分别具有不同的宽度A1和A2。例如，第一半导体结构210可与沿着一个方向(例如，z轴方向)延伸的第二半导体结构220平行地延伸。第一半导体结构210的宽度A1和第二半导体结构220的宽度A2可被设计成彼此不同。因此，可增加载流子的收集效率。从半导体基底200收集少数载流子的第一半导体结构210可具有相对大的宽度A1，从半导体基底200收集多数载流子的第二半导体结构220可具有相对小的宽度A2。
第一电极231可形成在第一半导体结构210上，第二电极232可形成在第二半导体结构220上，以例如将收集的载流子引出到外部。第一电极231和第二电极232可沿着宽度方向(例如，为了方便理解，沿着图4中的x轴方向)具有宽的形状，但是实施例不限于此。例如，第一电极231和第二电极232可沿着电流引出方向(例如，z轴方向)按照条形图案形成。为了减小串联电阻，第一电极231和第二电极232可具有相等的面积，从而是统一的，并且例如线宽度W1和W2可基本上相同。
第二电极232可超过具有与第二电极232的导电类型相同的导电类型的第二半导体区域A2延伸到具有与第二电极232的导电类型相反的导电类型的第一半导体区域A1。例如，第二电极232可以其相对的两侧延伸到第一半导体区域A1。第二电极232的线宽度W2可大于电连接到第二电极232的第二半导体结构220的宽度A2。第二电极232的线宽度W2可与第一电极231的线宽度W1统一，并且例如可减小串联电阻。
参照图5，第一半导体结构210可包括第一本征半导体层211、第一导电半导体层213和第一透明导电层215。然而，根据具体结构，第一本征半导体层211和/或第一透明导电层215可被省略。
第二半导体结构220可包括第二本征半导体层221、第二导电半导体层223和第二透明导电层225。然而，根据具体结构，第二本征半导体层221和/或第二透明导电层225可被省略。
层间绝缘层250可形成在第二电极232和第一半导体结构210之间，以例如使第二电极232与第一半导体结构210彼此绝缘。层间绝缘层250也可在相邻的第一半导体结构210和第二半导体结构220之间延伸。层间绝缘层250可形成在第一半导体结构210的一部分上。例如，层间绝缘层250可形成在与第二电极232叠置的第一半导体结构210上。层间绝缘层250可以以其两侧形成在第一半导体结构210上方，并可一体地形成在第二半导体结构220上。
层间绝缘层250可具有足够的厚度，使得在将层间绝缘层250埋置于第一半导体结构210和第二半导体结构220之间之后，第一半导体结构210和第二半导体结构220可被平坦化。第二电极232可稳定地形成在层间绝缘层250的平坦表面上。层间绝缘层250可通过过孔250′使第二电极232和第二半导体结构220接触。例如，第二电极232的突起可设置在过孔250′中，以接触第二半导体结构220。
间隙绝缘层260可形成在第一半导体区域A1和第二半导体区域A2之间。间隙绝缘层260可例如使半导体基底200的暴露在第一半导体区域A1和第二半导体区域A2之间的表面钝化。间隙绝缘层260可以形成为例如使第一半导体区域A1和第二半导体区域A2彼此绝缘。例如，间隙绝缘层260可包括氧化物(SiOx)层/或氮化物(SiNx)层。
在图5中的未被描述的标号201和202分别指示形成在半导体基底200的光接收表面中的钝化层和减反射层。钝化层201和减反射层202可形成在形成为半导体基底200的表面上的粗糙图案的纹理结构R上。
根据示例性实施例，第一半导体结构110可形成为具有围绕具有隔离式(例如，点状或者岛状(图1))的第二半导体结构120的大的面积，或者，可以延伸成具有与具有相对小的宽度的第二半导体结构220平行的大的宽度，例如，以增加载流子收集效率。然而，实施例不限于此。例如，作为发射极或基极的电极131、132、231和232中的每个电极可以延伸超过导电类型与该电极的导电类型相同的区域并到达导电类型与该电极的导电类型不同的区域，例如，电极131、132、231和232可延伸成比半导体区域A1和A2(半导体区域A1和A2的导电类型与电极131、132、231和232的导电类型相同)宽，以例如减小串联电阻。此外，层间绝缘层150和250可设置成减少电极131、132、231和232和具有相反的导电类型的半导体区域A1和A2之间发生电短路的可能性和/或防止所述电短路。为此，实施例包括不同于上面描述的结构的多种构造。
现在将参照图6A至图6V描述根据示例性实施例的制造光电装置的方法。
参照图6A，可准备半导体基底300。例如，半导体基底300可形成为n型结晶硅晶片。可通过利用例如酸性溶液或者碱性溶液执行清洁处理，以从半导体基底300的表面去除物理和/或化学杂质。
参照图6B，绝缘层360′可形成在半导体基底300(图6B)上。绝缘层360′为在半导体基底300的表面中形成粗糙图案的纹理化处理过程中作为蚀刻掩膜。绝缘层360′可由对纹理化蚀刻剂具有抵抗力的材料形成。通过将在下面描述的图案化的方式，剩余的绝缘层360′可覆盖在第一半导体区域A1和第二半导体区域A2之间，使半导体基底300的暴露在第一半导体区域A1和第二半导体区域A2之间的表面钝化，并使第一半导体区域A1和第二半导体区域A2彼此绝缘。
例如，绝缘层360′可包含氧化物(SiOx)层和/或氮化物(SiNx)层。例如，绝缘层360′可以是氧化物(SiOx)层和氮化物(SiNx)层的组合层。绝缘层360′可通过例如经过热氧化而生长氧化物(SiOx)层或者通过利用化学气相沉积(CVD)方法沉积氧化物(SiOx)层或者氮化物(SiNx)层而形成。
参照图6C和图6D，抗蚀刻层M1可形成在绝缘层360′的局部区域上，并可在绝缘层360′上执行蚀刻。可以形成抗蚀刻层M1以覆盖半导体基底300的第一表面300a并去除在半导体基底300的第二表面300b以及半导体基底300的侧表面上的绝缘层360′。例如，可使用对绝缘层360′具有蚀刻特性的酸性溶液，例如，氢氟酸(HF)、磷酸(H3PO4)等作为蚀刻剂。如果充分和/或完全执行蚀刻，则可去除抗蚀刻层M1。
参照图6E，可在半导体基底300的第二表面300b上执行纹理化。可通过使用例如形成在半导体基底300上的绝缘层360作为蚀刻掩膜在半导体基底300的第二表面300b上执行蚀刻。例如，可通过使用碱性溶液(例如，KOH、NaOH等)并对半导体基底300执行各向异性蚀刻，来在半导体基底300的表面上形成粗糙图案的纹理结构R。
参照图6F至图6H，可通过对绝缘层360′进行图案化而形成间隙绝缘层360。例如，可通过去除绝缘层360′的部分，同时可保留第一半导体区域A1和第二半导体区域A2之间的部分而形成间隙绝缘层360。例如，可在绝缘层360′的局部区域上形成抗蚀刻层M2，并可将蚀刻剂施加到绝缘层360′，并可蚀刻和去除除了被抗蚀刻层M2保护的局部区域之外的绝缘层360′。可使用对绝缘层360′具有蚀刻特性的酸性溶液，例如，氢氟酸(HF)、磷酸(H3PO4)等作为蚀刻剂。如果充分和/或完全执行蚀刻，则可去除抗蚀刻层M2。
参照图6I，可在半导体基底300的第二表面300b上形成钝化层301。在形成钝化层301之前，例如为了有效地钝化，可对半导体基底300进行清洁。钝化层301可形成在半导体基底300的纹理化的第二表面300b上。钝化层301可例如抑制由半导体基底300产生的载流子的复合，并提高载流子的收集效率。
例如，钝化层301可由本征非晶硅或者掺有杂质的非晶硅形成。例如，钝化层301可按照与半导体基底300的导电类型相同的导电类型被掺杂。例如，钝化层301可在n型半导体基底300的表面上形成为重掺杂的n+层，并可形成前面场(FSF)，以减小表面复合损失。然而，实施例不限于此，例如，钝化层301可包含氧化硅层和氮化硅层。
钝化层301可通过利用CVD方法(例如，使用作为含硅气体的硅烷(SiH4)的CVD方法)形成。钝化层301可形成在半导体基底300的第二表面300b(光接收表面)上，可调节带隙，以改变光吸收。例如，可将添加剂添加到钝化层301中，以增加带隙，从而可改变光吸收，并且入射光可被吸入到半导体基底300中。
参照图6J，可在钝化层301上形成减反射层302。减反射层302可包括氧化硅层和/或氮化硅层。例如，减反射层302可形成为单层的氧化硅层或者具有不同折射率的氧化硅层和氮化硅层的组合层。
虽然根据示例性实施例，钝化层301和减反射层302具有独立的层结构，但是根据另一示例性实施例，钝化层301和减反射层302具有单层结构。例如，可形成氢化的氮化硅(SiN:H)层，以获得钝化效果和减反射效果。
参照图6K，可在半导体基底300的第一表面300a上形成第一本征半导体层311。例如，第一本征半导体层311可通过利用使用作为含硅气体的硅烷(SiH4)的CVD方法形成，并可由非晶硅形成。
接着，可在第一本征半导体层311上形成第一导电半导体层313。例如，第一导电半导体层313可按照与半导体基底300的导电类型相反的导电类型的p型被掺杂。第一导电半导体层313可通过利用例如使用掺杂气体(例如，B2H6)和硅烷(SiH4)作为源的CVD方法形成，并可由非晶硅形成。
参照图6L和图6M，可对形成在半导体基底300的表面上的第一本征半导体层311和第一导电半导体层313进行图案化。例如，可去除形成在第二半导体区域A2和间隙绝缘层360上的第一本征半导体层311和第一导电半导体层313。然而，考虑到工艺余量，第一本征半导体层311和第一导电半导体层313可形成在间隙绝缘层360的一部分上，以例如减小(在于间隙绝缘层360和第一半导体区域A1之间存在间隙的情况下)由于暴露的半导体基底300的表面缺陷导致的复合损失。
对于更详细的图案化处理，可将蚀刻掩膜M3施加到第一导电半导体层313上。可通过蚀刻掩膜M3去除暴露的部分，并可使用酸性溶液(例如，硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)、醋酸(CH3COOH)和/或DI水的混合溶液)作为蚀刻剂。如果充分和/或完全执行蚀刻，则可去除蚀刻掩膜M3。
通过上述图案化处理，第一本征半导体层311和第一导电半导体层313可形成在第一半导体区域A1上，第一半导体区域A1可具有比第二半导体区域A2的面积相对大的面积。例如，收集少数载流子的发射极的第一半导体区域A1可相对大于第二半导体区域A2，从而增加载流子的收集效率。例如，第一半导体区域A1可围绕呈隔离式(例如，点状或者岛状)的第二半导体区域A2。根据另一示例性实施例，第一半导体区域A1可按照均匀的宽度延伸，并且第一半导体区域A1的宽度可大于第二半导体区域A2的宽度，如图4所示。
参照图6N，可在半导体基底300上形成第二本征半导体层321。例如，第二本征半导体层321可通过利用使用作为含硅气体的硅烷(SiH4)的CVD方法形成，并可由非晶硅形成。
接着，可在第二本征半导体层321上形成第二导电半导体层323(图6N)。例如，第二导电半导体层323可按照与半导体基底300的导电类型相同的导电类型的n型被掺杂。例如，第二导电半导体层323可通过利用例如使用掺杂气体(例如，B2H6)和硅烷(SiH4)作为源的CVD方法形成，并可由非晶硅形成。
参照图6O和图6P，可对形成在半导体基底300上的上表面上的第二本征半导体层321和第二导电半导体层323进行图案化。例如，可去除形成在第一半导体区域A1和间隙绝缘层360上的第二本征半导体层321和第二导电半导体层323。然而，考虑到工艺余量，第二本征半导体层321和第二导电半导体层323可形成在间隙绝缘层360的一部分上，以例如减小(在于间隙绝缘层360和第二半导体区域A2之间存在间隙的情况下)由于暴露的半导体基底300的表面缺陷导致的复合损失。
对于更详细的图案化处理，可将蚀刻掩膜M4施加在第二导电半导体层323上。可通过蚀刻掩膜M4去除暴露的部分，并可使用酸性溶液(例如，硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)、醋酸(CH3COOH)和/或DI水的混合溶液)作为蚀刻剂。如果充分和/或完全执行蚀刻，则可去除蚀刻掩膜M4。
通过上述图案化处理，第二本征半导体层321和第二导电半导体层323可形成在第二半导体区域A2上，第二半导体区域A2可具有比第一半导体区域A1的面积相对小的面积。例如，第二半导体区域A2可呈隔离式(例如，点状或者岛状)。根据另一示例性实施例，第二半导体区域A2可以以小于第一半导体区域A1的宽度的宽度延伸，例如，如图4所示。
参照图6Q，可在第一导电半导体层313和第二导电半导体层323上形成透明导电层370。例如，透明导电层370可沿着第一本征半导体层311和第二本征半导体层321的外表面以及第一导电半导体层313和第二导电半导体层323的外表面形成。透明导电层370可覆盖例如完全覆盖这样的外表面。透明导电层370可由透明导电氧化物(TCO)，例如，氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)等形成，并可通过利用溅射或者CVD方法等形成。
参照图6R和图6S，可分开形成在半导体基底300的整个表面上的透明导电层370。例如，透明导电层370可被分成位于第一导电半导体层313上的第一透明导电层317和位于第二导电半导体层323上的第二透明导电层327。透明导电层370可通过上述处理形成在半导体基底300的暴露的表面上方。
间隙绝缘层360上的透明导电层370可被去除，以例如减少第一导电半导体层313和第二导电半导体层323之间发生电短路的可能性和/或防止所述电短路。例如，可将蚀刻掩膜M5施加到透明导电层370上，并可去除通过掩膜M5暴露的透明导电层370。
根据示例性实施例，可使用选择性地对透明导电层370和间隙绝缘层360表现蚀刻特性的蚀刻剂。在蚀刻和去除透明导电层370之后，可剩下间隙绝缘层360。通过前述工艺，第一半导体结构310和第二半导体结构320可分别形成在半导体基底300上的第一半导体区域A1和第二半导体区域A2上。
参照图6T，可在第一半导体结构310的至少一部分上方形成层间绝缘层350。例如，层间绝缘层350可形成在随后将形成第二电极332的区域上。层间绝缘层350可被形成为使形成在第一半导体结构310和第二半导体结构320上方和/或与第一半导体结构310和第二半导体结构320相邻地形成的第二电极332和导电类型与第二电极332的导电类型不同的第一半导体结构310彼此绝缘。层间绝缘层350可一体地形成在第二半导体结构和第一半导体结构310上。
例如，层间绝缘层350可包含任何电绝缘材料或者电绝缘材料的任何组合，和/或可由任何电绝缘材料或者电绝缘材料的任何组合形成。例如，层间绝缘层350可通过利用CVD方法形成为氧化硅(SiOx)层和/或氮化硅(SiNx)层。
层间绝缘层350可形成在第二半导体结构320和第一半导体结构310的一部分上。层间绝缘层350可具有足够的厚度，使得在将层间绝缘层350埋置于第一半导体结构310和第二半导体结构320之间之后，第一半导体结构310和第二半导体结构320可被平坦化。如稍后将被描述的，第二电极332可形成在层间绝缘层350的平坦表面上。
参照图6U，过孔350′可形成在层间绝缘层350中。例如，过孔350′可形成在覆盖第二半导体结构320的层间绝缘层350中，并可暴露第二半导体结构320的上表面的至少一部分。过孔350′可形成为将第二半导体结构320电连接到第二电极332。虽然未示出，但是可通过在层间绝缘层350上形成蚀刻掩膜(未示出)，蚀刻并去除通过蚀刻掩膜(未示出)暴露的层间绝缘层350而形成过孔350′。
参照图6V，第一电极331和第二电极332可形成在第一半导体结构310和第二半导体结构320上。第一电极331和第二电极332可分别连接到第一半导体结构310和第二半导体结构320，从而可将载流子引出到外部。第一电极331和第二电极332可由例如金属材料(诸如，银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)等)形成。例如，第一电极331和第二电极332可在通过丝网印刷图案化印制了金属糊(未示出)之后通过热焙烧而形成。
第一电极331和第二电极332可被统一地形成为具有相等的面积。例如，第一电极331和第二电极332可基本上按照相同的线宽度W1和W2形成，以例如通过将第一电极331和第二电极332设计成具有相同的面积而减小光电流的串联电阻。例如，第一电极331可形成在第一半导体结构310的一部分上方，第二电极332可形成在第二半导体结构320和第一半导体结构310的一部分上，因此第二电极332扩展的面积可与第一电极331的面积统一。
对于第一电极331和第二电极332的位置，第一电极331可形成在第一半导体结构310的除层间绝缘层350之外的部分上，第二电极332可形成在第一半导体结构310的形成层间绝缘层350的那部分以及第二半导体结构320上方。即，第一电极331可形成在占用相对宽的区域的第一半导体区域A1的一部分上，第二电极332可形成在第一半导体区域A1的另一部分上。
通过总结和回顾，需要增加太阳能电池的发电效率，以例如使太阳能电池被广泛应用。为了增加太阳能电池的发电效率，例如，可减小光损失以及表面复合损失，也可减小由太阳能电池产生的光电流的串联电阻。实施例涉及这样一种光电装置，该光电装置能够增加由光产生的载流子的收集效率并能够减小光电流路径的串联电阻。
已经在此描述了示例性实施例，虽然使用了特定术语，但是这些特定术语应该仅按照普通的意义以及描述性的意义被解释和被使用，而不用于限制的目的。在一些示例下，对本领域普通技术人员来说显而易见的是，除非另外特别指出，否则在提交本申请时，结合特定实施例描述的特征、特点和/或元件可被单独使用，或者可与结合另外的实施例描述的特征、特点和/或元件结合使用。因此，本领域技术人员应该理解，在不脱离在权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可进行形式和细节上的各种修改。

Claims (20)

1.一种光电装置，包括：
位于基底上的第一半导体结构和第二半导体结构，第一半导体结构和第二半导体结构具有不同的导电类型；
位于第一半导体结构上的第一电极和位于第二半导体结构上的第二电极；
与第二半导体结构相邻的层间绝缘结构，层间绝缘结构将第一半导体结构与第二半导体结构分开并将第一半导体结构与第二电极分开。
2.如权利要求1所述的光电装置，其中，第一半导体结构具有第一面积的第一区域，第二半导体结构具有第二面积的第二区域，第一区域的第一面积大于第二区域的第二面积。
3.如权利要求2所述的光电装置，其中，第二半导体结构具有岛状，使得第二半导体结构被第一半导体结构围绕。
4.如权利要求2所述的光电装置，其中，第一电极和第二电极具有相同的宽度。
5.如权利要求1所述的光电装置，其中，第二电极与第一半导体结构和第二半导体结构叠置。
6.如权利要求1所述的光电装置，其中，层间绝缘结构包括通孔，第二电极通过通孔连接到第二半导体结构。
7.如权利要求1所述的光电装置，其中，层间绝缘结构包括第一部分，第一部分位于基底上的第一半导体结构和第二半导体结构之间。
8.如权利要求7所述的光电装置，其中，层间绝缘结构的第一部分围绕第二半导体结构。
9.如权利要求7所述的光电装置，其中，层间绝缘结构的第一部分完全围绕第二半导体结构。
10.如权利要求7所述的光电装置，其中，层间绝缘结构包括位于第一半导体结构上的第二部分，使得第二部分位于第二电极和第一半导体结构之间。
11.如权利要求10所述的光电装置，其中，层间绝缘结构的第一部分和第二部分一体地形成为一个部件。
12.如权利要求10所述的光电装置，其中，层间绝缘结构的第二部分的沿着第一方向的宽度大于第二电极的沿着第一方向的宽度，第一方向是在第一电极和第二电极之间延伸的方向。
13.如权利要求1所述的光电装置，所述光电装置还包括间隙绝缘层，间隙绝缘层围绕第二半导体结构，并且层间绝缘结构位于间隙绝缘层上。
14.如权利要求1所述的光电装置，其中，第一电极的上表面在距基底达第一距离处，第二电极的上表面在距基底达第二距离处，第二距离大于第一距离。
15.如权利要求1所述的光电装置，其中，层间绝缘结构和第一电极沿着在层间绝缘结构和第一电极之间的方向上延伸的水平线布置。
16.如权利要求1所述的光电装置，所述光电装置还包括：
基底上的钝化层，钝化层位于基底的与第一半导体结构和第二半导体结构相反的侧部；
位于钝化层上的减反射层。
17.如权利要求1所述的光电装置，其中，第一半导体结构包括基底上的第一本征层、第一本征层上的第一导电半导体层以及第一本征层和第一导电半导体层上的第一透明导电层。
18.如权利要求17所述的光电装置，其中，第一透明导电层覆盖第一本征层和第一导电半导体层的横向侧部并覆盖第一导电半导体层的上表面。
19.如权利要求17所述的光电装置，其中，第二半导体结构包括基底上的第二本征层、第二本征层上的第二导电半导体层以及第二本征层和第二导电半导体层上的第二透明导电层；
第一导电半导体层和第二导电半导体层具有不同的导电类型。
20.如权利要求19所述的光电装置，其中，第二透明导电层覆盖第二本征层和第二导电半导体层的横向侧部并覆盖第二导电半导体层的上表面。
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