CN103748692A - 太阳能电池以及用于制造太阳能电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池，其具有一个晶体硅内芯、至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层、以及在该至少一个硅内芯表面与该至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层之间的至少一个由硅或硅合金组成的钝化层。此外，本发明还涉及一种用于生产这类太阳能电池的方法。本发明的目的是，提供一种上述类型的太阳能电池，其特点在于增大的开路电压。另一个目的是提出一种用于生产此类太阳能电池的方法。这个目的一方面是通过上面所展现的类型的太阳能电池来实现的，其特点在于，该钝化层具有硅-单氢分子基团（Si-H）和二氢化硅分子基团（Si-H₂），其中在该钝化层的一个比较体积中，二氢化硅分子基团的数量（n_Si-H2）相对二氢化硅分子基团和一氢化硅分子基团（(n_Si-H)+(n_Si-H)）总数的比率（Q）大于0.4，

本发明的目的还通过一种用于制造上面所述类型的太阳能电池的方法来实现，其特点在于，该钝化层是在等离子体放电方法的多个步骤中沉积的，使得所生产的钝化层具有硅-单氢分子基团（Si-H）和二氢化硅分子基团（Si-H₂）并且在比较体积中，二氢化硅分子基团的数量（n_Si-H2）相对二氢化硅分子基团和一氢化硅分子基团（(n_Si-H2)+(n_Si-H)）总数的比率（Q）大于0.4。

Description

太阳能电池以及用于制造太阳能电池的方法

本发明涉及一种太阳能电池，其具有晶体硅内芯、至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（Siliziumlegierungsschicht）、以及在该至少一个硅芯表面与该至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层之间的至少一个由硅或硅合金组成的钝化层。此外，本发明还涉及一种用于生产这类太阳能电池的方法。

太阳能电池是半导体构造元件，入射到其中的光产生电子-空穴对。通过光照射产生的电荷载体，也就是自由电子和空穴，通过在太阳能电池中形成的电场被导向外部的接触电极，并且在这些外部电极上提供给耗电器。为了在太阳能电池中形成电场，需要至少一个p掺杂或一个n掺杂半导体层。然而，在高度发展的太阳能电池中，还部分地使用其他的层，例如第二个p-或n导电层，用于在串行的太阳能电池中形成第二个p-n过渡区，或者高度掺杂的背侧层，该背侧层向背侧电极施加电场。

为了在太阳能电池中的电场内实现有效的光能转化，重要的是，在太阳能电池中产生的电荷载体在该太阳能电池内以尽可能低的概率进行复合。复合应理解为是电子和空穴的重新组合，其中丧失了在太阳能电池外部使用的、分离出的电荷载体。电荷载体的复合优选是在所谓的复合中心处进行的，这些中心例如可以是在半导体晶体中缺陷位置上或者所沉积的层的晶粒边界处的不饱和键。但是这些复合中心不仅通过减少电荷载体而降低光电流，而且它们还作为太阳能电池半导体的带隙中的缺陷位置其作用并且由此使太阳能电池的多种重要特征劣化，例如提供暗电流并且减少开路电压（V_oc）。于是例如由文件EP1460693B1和US7,030,413B2已知所谓的硅-异质结-太阳能电池，其中在一个晶体硅基片或硅芯（c-Si）与一个非晶的、与该硅芯相反掺杂的层之间的一个p-n异质过渡区中非常薄的、固有的、非晶的含氢硅中间层（a-Si:H层）能够实现对重要的太阳能电池参数的改进。这个a-Si:H层典型地借助于等离子体辅助的化学气相沉积（PECVD）或类似方法来沉积。

为了实现高开路电压以及由此实现太阳能电池的高效率，必须尽可能良好地通过该薄的固有的a-Si:H层来钝化晶体硅基片（c-Si）的晶片表面。a-Si:H层钝化c-Si表面主要是通过氢化开放的硅键位置（悬空键），这导致表面缺陷密度的降低。

为了实现更好的钝化，例如通过Hyun Jin Yang、Kwang-sun Ji、Junghoon Choi和Heon Min Lee在他们的文章“在晶体体积分化方面退火对a-Si:H/c-Si界面的表面钝化作用（Annealing effect on surface passivation of a-Si:H/c-Si interface in terms ofcrystalline volume fraction）”，当今应用物理（Current Applied Physics）10(2010)375-378页中提出，在n掺杂的晶体硅基片（c-Si）上沉积固有的a-Si:H层随后退火，由此进行a-Si:H层中的可移动氢的活化以及朝向该晶体基片与该非晶的层之间的界面上重排，在此，氢在晶体硅的开放的键（悬空键）上被捕获并且由此实现了晶体硅的更好的钝化。

然而太阳能电池的改进还没有结束，而是需要对太阳能电池的更多改进和效率上的提高。

因此，本发明的目的是，提供一种上述类型的太阳能电池，其特点在于增大的开路电压。另一个目的是提出一种用于生产此类太阳能电池的方法。

这个目的一方面是通过上面所展现的类型的太阳能电池来实现的，其特点在于，该钝化层具有一氢化硅分子基团（Si-H）和二氢化硅分子基团（Si-H₂），其中在该钝化层的比较体积（Vergleichsvolumen）中，二氢化硅分子基团的数量（n_Si-H2）相对二氢化硅分子基团和一氢化硅分子基团（(n_Si-H2)+(n_Si-H)）总数的比率（Q）大于0.4， $Q=\frac{n_{\mathrm{Si}-H2}}{n_{\mathrm{Si}-H}+n_{\mathrm{Si}-H2}}>0.4.$

已经出人意料地发现，在钝化层中仅以现有技术所传承的形式提供一氢化硅分子基团是不够的。在根据本发明的太阳能电池中，相对于由现有技术已知的、具有一氢化硅分子基团的钝化层而言，含氢的钝化层的有利效果通过提供处于二氢化硅分子基团形式的氢而显著提高。二氢化硅分子基团的产生要求高度发展的、专用的生产方法。通过尝试性应用的生产方法制成了多个层，其中氢作为一氢化硅和二氢化硅分子基团两者存在。太阳能电池的电学表征（其中测试了具有不同二氢化硅分子基团和一氢化硅分子基团浓度的钝化层）已经表明，有利的是使该表面形成为具有大于0.4的二氢化硅分子基团相对二氢化硅分子基团和一氢化硅分子基团总和的比率。在此没有提出二氢化硅分子基团的浓度上限，这样在根据本发明的极端情况下氢在钝化层中可以仅键合在二氢化硅分子基团中，其中在这种特殊情况下二氢化硅与一氢化硅分子基团的比率等于1。较大的二氢化硅分子基团比率是对这些层的高品质的标准。因此，二氢化硅相对于存在的所有二氢化硅和一氢化硅分子基团的比率也被称为品质因子或Q-因子。在实验中产生了良好的太阳能电池，测得其Q-因子是0.57、0.6或0.63，因此Q-因子>0.57是特别优选的。

为了测量硅-氢分子基团的浓度，已经证明在实验室条件下有用的是红外光谱法，例如作为迟滞的总反射测量。举例而言，一氢化硅分子基团具有在1980cm^-1与2020cm^-1之间的吸收线，而二氢化硅分子基团具有在2080cm^-1与2120cm^-1之间的吸收线。根据本发明用于表征钝化层的Q-因子可以是由红外吸收光谱测定的。然而，为了表征钝化层，还可以使用其他的直接或间接测量方法。其他的测量方法例如有高分辨率的二次离子质谱法（SIMS）、俄歇电子能谱法（AES）、椭圆光谱法、漫反射傅里叶变换红外光谱法（DRIFTS）、拉曼光谱法、弹性反冲检测法（ERDS）、核反应分析（NRA）、用于化学分析的电子光谱法（ESCA）或者扫描显微方法。

在根据本发明的太阳能电池的一个改进方案中，n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层和/或该钝化层具有处于Si-C键中的碳原子。尤其是在该太阳能电池的设置有入射太阳辐射的一侧时，已经证明有利的是安装多个具有比硅更大带隙的层。成功检测的层例如为包含处于碳化硅键中的碳的碳化硅层或硅层。与已有的碳化硅键相关联的、较小的光学吸收度导致更多的光进入太阳能电池中晶体硅内芯并且由此得以更有效地使用。这种特性不仅对于参与pn-或pin-过渡区形成的p-或n掺杂的硅层或硅合金层有利，而且对钝化层也有利。在此碳原子在这些层中的浓度也可以具有梯度。

在根据本发明的太阳能电池的另一个实施方案中，n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层和/或该钝化层具有处于Si-O键中的氧原子。硅-一氧键的产生同样导致与硅层相比更大的带隙并且导致这些层更大的光学透明性。氧掺杂在此不仅用于所讨论的n掺杂或p掺杂硅或硅合金，而且还用于该钝化层。还有可能在层中不仅设置有硅碳键，而且还有硅氧键。在此能够对碳和氧原子设置不同的梯度，例如为了能够最佳地满足导电性要求、光学透明性要求和结晶度要求。

在根据本发明的太阳能电池的不同设计中，该至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层和/或该钝化层是非晶的、原晶的（protokristalline）、纳米晶的或微晶的层。所使用的层的结晶度对太阳能电池的电学特征以及太阳能电池的退化具有不同的影响。在此，特定的结晶度并没有一定的好坏，而是与不同的优点和缺点相关。选择一个特定的结晶度在此典型地是在这些不同的优点和缺点之间确定一个折中。非晶层的优点是，例如，较高的光学透明性和较小的缺陷位置密度，与之相关联的是较大的起始电效率。与此相反，其缺点是这些层的较强的退化，这在常年使用该太阳能电池时能够导致太阳能电池的功率的大幅度降低。层的有些特性，例如光学透明性，对于太阳能电池正面的、光入射到其中的层而言是最重要的，然而对于太阳能电池背面而言没有意义或意义很小。因此，有可能的是，对于太阳能电池的正面层而言最优的结晶度与太阳能电池背面上的层的最优结晶度是不同的。

在根据本发明的太阳能电池的一个有利实施方案中，该至少一个钝化层是固有的层。固有在此表示，该层不是在生产太阳能电池时有针对性地p-或n-掺杂的。该钝化层在此可以是仅几个原子层的薄层并具有几个埃或若干纳米的厚度，它设置在n传导区域和p传导区域之间的过渡区域中。虽然加入了未掺杂的钝化层，但该pn过渡区可以具有比没有插入钝化层的pn过渡区更好的特性。具有所谓的pin过渡区的太阳能电池也是已知的，其中在n-传导层与p传导层之间设置有厚的固有层，在该固有层中吸收实质部分的太阳辐射并且用于产生电子-空穴对。在这样的太阳能电池类别中，富含二氢化硅的钝化层自身可以形成整体的固有层，或者它还可以在这些p掺杂或n掺杂硅层或硅合金层与该固有层之间形成一个或两个钝化层。

在根据本发明的太阳能电池的另一个变型中，该至少一个钝化层是至少被部分掺杂的层。该钝化层不一定要作为无掺杂的层进行沉积。还有可能以p-或n-掺杂方式沉积该钝化层或者在沉积之后例如通过以受体或供体扩散而进行掺杂。由此产生p掺杂或n掺杂钝化层，该钝化层富含二氢化硅键。在不同的太阳能电池中，该钝化层仅在部分表面上进行掺杂，例如在有些太阳能电池中在与电极的接触区域中产生大幅度的掺杂，作为所谓的选择性发射极。在此有可能，在生产这些局部掺杂区域的过程中还进行该钝化层的局部掺杂。

根据本发明的另一方面，本发明的目的是通过一种用于制造上面所述类型的太阳能电池的方法来实现的，其特点在于，该钝化层是在等离子体放电方法的多个步骤中沉积的，使得所生产的钝化层具有硅-单氢分子基团（Si-H）和二氢化硅分子基团（Si-H₂）并且在比较体积中，二氢化硅分子基团的数量（n_Si-H2）相对二氢化硅分子基团和一氢化硅分子基团（(n_Si-H2)+(n_Si-H)）总数的比率（Q）大于0.4， $Q=\frac{n_{\mathrm{Si}-H2}}{n_{\mathrm{Si}-H}+n_{\mathrm{Si}-H2}}>0.4.$

也就是，为了生产该钝化层，使用了高度发展的等离子体沉积方法，它具有多个步骤。通过这种方法有可能在该钝化层中生产二氢化硅分子基团。在此，置入该钝化层中的氢的大部分是在二氢化硅分子基团中提供的，在其中可以测量到，二氢化硅分子基团的数量与硅二氢分子基团和一氢化硅分子基团的总数的比率大于0.4。一氢化硅分子基团数量的测量是根据所使用的测量方法在确定的试样面积上进行的，将该面积乘以层厚度就得出了试样体积。这个试样体积即为比较体积，在其中获得了这些测量值并且产生了彼此间的比率。

在该方法的一个改进方案中，在沉积时n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层和/或钝化层至少有时采用一种碳前驱体，其中通过使用这种碳前驱体，所产生的n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层和/或所产生的钝化层具有处于SiC键中的碳原子。虽然在该方法的基本变型中该n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层和/或该钝化层以氢化的硅的形式沉积，但在该方法的这个改进方案中，还在该层中置入了碳，这样形成了碳化硅（SiC）或具有碳化硅键的层。这些碳首先作为碳前驱体在气相中提供。常用的碳前驱体例如是甲烷。通过在这个或这些层中置入碳键，实现了更大的带隙，这能够有利地影响所制造的太阳能电池的电特性。特别有利的是，将具有比硅更大带隙的层用在太阳能电池的、暴露于太阳辐射的正面上。然而具有大带隙的层还可以用于太阳能电池的背面，这可以是例如出于以下原因：在一个单次沉积过程中用双面的涂覆来进行简单且成本低廉的最终制造。

在根据本发明方法的另一个实施例中，在沉积时n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层和/或钝化层至少暂时性采用氧前驱体，其中通过使用这种氧前驱体，所产生的n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层和/或所产生的钝化层具有处于Si-O键中的氧原子。一氧化硅是一种光学透明且具有传导能力的材料，它具有较大的带隙。因此可以有利地使用一氧化硅或者带有一氧化硅键的、氧掺杂的硅来制造太阳能电池。

根据本发明的一个方面，本发明的方法是如此实施的：在沉积该钝化层（4，4‘）时，采用硅烷-等离子体沉积步骤和H₂等离子体处理步骤的交替的顺序。在本发明的方法的这种实施方案中，在独立的步骤之间短暂中断等离子体放电。通过这种进行方式，其中总是有时间间隔地对将要产生的钝化层的沉积层进行氢处理，提高了该钝化层的总氢含量以及在该层中SiH₂对SiH的比率（相对于简单的硅烷-等离子体沉积）。这进而导致在所沉积的钝化层中少数载流子寿命的提高，这是由于在晶体硅基片与非晶的钝化层之间的界面的良好氢化，在后续的退火之前或开始时这种氢化就已经存在。

在本发明的方法的另一个优选设计中，在沉积该钝化层时，在该等离子体放电过程的所有步骤期间，使用连续燃烧的、作用在该钝化层上的等离子体。也就是说，在根据本发明的方法的这个实施方案中，在层沉积过程中，即使层沉积的参数有时间间隔地变化，等离子体放电也是不中断的。通过等离子体辅助的沉积，可以在相对较低的温度下对用于层沉积的前驱体进行有效的活化和转化。由于在等离子体辅助的工艺中同时有高的品质和成本低廉的沉积作用，所以优选将其用于生产太阳能电池。在此当以多个步骤沉积层时，该等离子体通常是在确定的步骤中点燃并且在其他步骤中关闭。然而，在本发明方法的优选变型中，该等离子体在多个彼此相继的步骤中连续地燃烧。通过等离子体的连续工作，避免了来自等离子体的微粒的移动的统计学分散。通过定义良好的、连续燃烧的等离子体，能够有目的地制造富含二氢化硅的钝化层。

在本发明方法的一个有利变型中，在用于沉积钝化层的等离子体放电工艺的一个后续步骤中，该步骤跟随在该等离子体放电工艺的一个先前步骤之后，相对于各自对应的先前步骤的沉积参数来改变至少一个可变化的沉积参数，该参数选自：过程压力，电功率，以及前驱体气体流量。在沉积方法中的不同步骤的区别在于至少一个改变了的沉积参数。也就是，在一个后续步骤中，这些沉积参数中的至少一个是与先前步骤不同的。对所制造的层具有影响并且由此用于有目的地调节特定层特性的重要的沉积参数是：过程压力，用于制造等离子体的电功率，以及前驱体气体流量，该流量与其他前驱体气体流量一起例如对沉积气氛的组成有影响。在不同的步骤中可以对所制造的层产生不同的影响。例如，在第一步骤中可以进行表面调节，在第二步骤中可以在调节过的表面上进行沉积，而在一第三步骤中对先前沉积的部分层进行后处理。

沉积参数的改变在此可以在不同步骤中分步进行。在本发明方法的另一个变型中，可改变的沉积参数在至少一个步骤中是连续地增大或减小的。在该方法的这个变型中没有跳跃性地改变一个或多个沉积参数，而是将其连续地改变。这种改变可以造成该改变的参数的逐渐变大或逐渐变小。在此，沉积参数的连续改变可以有目的地使用，例如为了相应地实现一个梯度。然而，连续的变化可以也可以由技术上的特定的边界条件造成。例如，沉积室中物料的浓度不能跳跃性地改变，而是该浓度仅能够以受限的变化速度来减小或增大。

在本发明的方法的一个特别优选的实施方案中，在用于沉积钝化层的等离子体放电工艺的第一步骤中，将硅前驱体气体流和氢气流导入处理室，并且在第二步骤中点燃等离子体，其中该等离子体借助起始功率脉冲点燃，该脉冲足够大以避免该钝化层在该晶体硅内芯上的磊晶生长。该等离子体功率对由该等离子体辅助的沉积工艺的沉积速度有直接影响。在高沉积速度下，在硅晶上的磊晶生长可能性更低。当不希望磊晶生长时，例如因为要制造非晶层或纳米晶层，则可以借助于等离子体功率实现具有所希望结晶度的限定的起始沉积作用。在技术上，脉冲的形成可以通过非常短的脉冲时间和限定的脉冲参数来实现，这样虽然所使用的功率较高，但可沉积与目标厚度偏差很小的非常小的层厚度。在脉冲过程中所沉积的层厚度可以例如小于一个单层或在几个单层的范围内。功率脉冲的详细的技术特征取决于一系列的因素，例如所使用的材料、表面的纯度以及所采用的脉冲源。然而，在等离子体沉积的领域中工作的技术人员，能够基于其专业知识来适当地确定该起始功率脉冲。

在本发明方法的一个特别优选的实施方案中，在用于沉积钝化层的等离子体放电工艺的第一步骤中，在硅前驱气体流、氢气体流和等离子体的参与下沉积钝化层的子层，并且在另一个步骤中保持氢气体流和等离子体而将硅前驱体气体流减少或关闭。在这种方法变型中，层（例如硅层或碳化硅层）的沉积是逐层（lagenweise）进行的，并且随后将刚刚沉积的该层（Schicht）的子层（Lage）进行等离子体处理。这两个步骤不需要明确地彼此分离，而是也可以在首先所述的步骤中利用较高的沉积速度进行沉积而在另一个步骤中以较低的沉积速度进行沉积，使得氢处理效果在这个步骤中占主导而在该氢处理过程中进行较少的进一步的沉积。该方法的详细的执行方式取决于很多因素并且相关的技术人员能够基于其专业知识来确定细节。

在这种方法实施方案的一个改进方案中，用于沉积钝化层的该等离子体放电工艺作为逐层的层生产方法来实行，其中所述两个步骤的顺序至少重复一次。通过这种逐层的生产方法，可以例如通过氢等离子体后处理来实现每个子层的品质，并且通过多个子层的上下设置能够在所希望的品质下产生所希望的层厚度。

下面借助附图更详细地说明本发明的优选实施方式、其构造、功能和优点，其中：

图1示意性地展示了本发明的太阳能电池的实施例的横截面；

图2借助模型曲线展示了对本发明太阳能电池测量的红外吸收谱图；并且

图3示意性地展示了用于在晶体硅内芯上生产钝化层的可能的本发明工艺顺序。

图1在示意性的横截面图中展示了一个本发明太阳能电池1的实施例。该太阳能电池1的这些独立的元件的比例为了展示而进行了适当的缩放，其中这些独立的元件不是按比例绘制的。所展示的太阳能电池1具有一个晶体的硅内芯2，该硅内芯在所展示的实施例中是p掺杂的。在另一个未展示的本发明实施例中，该晶体硅内芯2也可以是n掺杂的或固有的，即不掺杂受体或供体。在图1所示的本发明太阳能电池1的实施例中，此外还存在两个掺杂的硅层或硅合金层3和3‘，其中该硅层或硅合金层3与晶体的硅内芯2相反，即在所展示的实施例中是n掺杂的。掺杂的半导体层3‘与此相对是p掺杂的，其中在掺杂的硅层或硅合金层3‘中掺杂程度大于在p掺杂的晶体硅内芯2中的掺杂。在晶体硅内芯2与掺杂的硅层或硅合金层3和3‘之间分别存在一个钝化层4，该钝化层在所展示的实施例中是一个固有的、氢化的、非晶硅层。

理论上说，当去除钝化层4和4‘时，本发明的太阳能电池1也可能起作用。在这种情况下有可能在硅内芯2与掺杂的硅层或硅合金层3、3‘之间存在界面。钝化层4、4‘是氢化的硅层，其中置入了许多氢。氢在此大部分是以形成二氢化硅分子基团的方式键合到硅原子上的，其中二氢化硅键与二氢化硅和一氢化硅键的总和之比Q大于0.4。

存在于二氢化硅分子基团中的氢已经证明是实现非常好地钝化的太阳能电池的关键。钝化应理解为是自由键合位置（即所谓的“悬空键”）的饱和，这例如是通过在键合位置上键合氢而进行的。在界面上富含二氢化硅（这是通过钝化层4、4‘来构成的）的本发明太阳能电池，其特点在于有利的电特征，例如高的开路电压（V_oc）以及较小的反向暗电流，并且总体上的特点在于较大的光电效率。

在图1中所示的本发明太阳能电池1的实施例中，在太阳能电池1的正面10上对太阳能电池1的外部连接是通过透明的、能够传导的氧化物层5并通过金属的正面接触部7来进行的。正面10在此定义为太阳能电池1的、提供有太阳辐射9射入的一侧。图1中所示的实施例中的本发明太阳能电池1在其背面上具有透明的能够传导的背面氧化物层6以及全表面背面接触部8用于进行接触。背面接触部8是金属层，该金属层除了电接触之外还用于对未经使用地穿过太阳能电池1的光进行反射。

除了本发明太阳能电池1的实施例的所展示的类型以外，还存在许多其他的、未展示的本发明太阳能电池的实施例。在本发明太阳能电池1的未展示的实施例中，例如所有的接触部都布置在太阳能电池1的背面11上，则其中需要晶体硅内芯2和p掺杂或n掺杂硅层或硅合金层3、3‘的局部掺杂和接触。

在本发明太阳能电池1的另一个未展示的实施例中，太阳能电池1构成为所谓的串行太阳能电池，其中在第一太阳能电池的正面上构成另一个太阳能电池，使其光谱灵敏度不同于第一太阳能电池并且具有特有的pn过渡区或pin过渡区。

图2展示了所测量的红外吸收光谱12的一个实例，该实例是在本发明太阳能电池1的实施方式中测量的。在此绘制了该红外吸收度A对波数W的曲线。所测量的吸收光谱12能够借助对于波数为2080+/-20cm^-1的Si-H₂红外吸收线以及波数为2000+/-20cm^-1的Si-H分子基团的红外吸收线的模型曲线而得以解释。从这些峰面积的大小比率可以根据下式计算出一个Q-因子：

$Q=\frac{n_{\mathrm{Si}-H2}}{n_{\mathrm{Si}-H}+n_{\mathrm{Si}-H2}}>0.4,$

对本发明的太阳能电池1而言，该因子大于0.4是其特征。非常特别有利的是，能够将该因子Q设定为一个高于0.5的值。在高于0.6的Q值时获得了更好的结果。因子Q越大，钝化层4、4‘的钝化特性越好，并且能够实现对根据本发明制造的太阳能电池的效率的相应积极的影响。

图3示意性展示了等离子体辅助的层沉积顺序，用于在一个单晶硅内芯2上生产氢化的钝化层4、4‘。图3中的图表展示了功率P与处理时间t的关系。在此实现由硅烷-等离子体沉积步骤和H₂-等离子体处理步骤组成的一种交替的顺序。在所展示的实施例中，其中在所采用的步骤的数量、长度和顺序以及所采用的功率方面仅是示例性的而并非限制性的，该沉积工艺分为三个较短的硅烷-等离子体沉积步骤，这些步骤各自跟随有H₂等离子体处理步骤。通过这种方式，提高了钝化层中的氢浓度，由此特别能够用氢将在晶体基片与钝化层之间的界面良好地饱和，这进而导致该钝化层4、4‘的钝化特性的显著改进。即使没有后续的退火或在较少的后续退火时间下，也能够通过如在图3中示意性展示的工艺过程来显著提高少数载流子的寿命。

Claims (15)

1.太阳能电池（1），其包括：

晶体硅内芯（2），

至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘），以及

在所述硅内芯（2）的至少一个表面（21，22）与所述至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘）之间的至少一个由硅或硅合金组成的钝化层（4，4‘），

其特征在于，该钝化层（4，4‘）具有硅-单氢分子基团（Si-H）和二氢化硅分子基团（Si-H₂），其中在所述钝化层（4，4‘）的比较体积中，二氢化硅分子基团的数量（n_Si-H2）相对二氢化硅分子基团（n_Si-H2）和一氢化硅分子基团（n_Si-H）总数的比率（Q）大于0.4 $(Q=\frac{n_{\mathrm{Si}-H2}}{n_{\mathrm{Si}-H}+n_{\mathrm{Si}-H2}}>0.4).$

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘）和/或所述钝化层（4，4‘）具有处于Si-C键中的碳原子。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，所述n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘）和/或所述钝化层（4，4‘）具有处于Si-O键中的氧原子。

4.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述n掺杂或p掺杂硅和/或硅合金层（3，3‘）和/或所述钝化层（4，4‘）是非晶的、原晶的、纳米晶的、或微晶的层。

5.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述钝化层（4，4‘）是固有层或者至少部分掺杂的层。

6.用于生产太阳能电池（1）的方法，该太阳能电池包括：

晶体硅内芯（2），

至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘），以及

在所述硅内芯（2）的至少一个表面（21，22）与所述至少一个n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘）之间的至少一个由硅或硅合金组成的钝化层（4，4‘），

其特征在于，在一种等离子体放电工艺的多个步骤中沉积所述钝化层（4，4‘），使得所述钝化层（4，4‘）具有硅-单氢分子基团（Si-H）和二氢化硅分子基团（Si-H₂）并且在所述钝化层（4，4‘）的比较体积中二氢化硅分子基团的数量（n_Si-H2）相对二氢化硅分子基团（n_Si-H2）和一氢化硅分子基团（n_Si-H）总数的比例（Q）大于0.4 $(Q=\frac{n_{\mathrm{Si}-H2}}{n_{\mathrm{Si}-H}+n_{\mathrm{Si}-H2}}>0.4).$

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在沉积所述n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘）和/或所述钝化层（4，4‘）时至少临时性地采用一种碳前驱体，其中通过使用所述碳前驱体，所产生的n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘）和/或所产生的钝化层（4，4‘）具有处于Si-C键中的碳原子。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在沉积所述n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘）和/或所述钝化层（4，4‘）时至少临时性地采用氧前驱体，其中通过使用所述氧前驱体，所产生的n掺杂或p掺杂硅层或硅合金层（3，3‘）和/或所述钝化层（4，4‘）具有处于Si-O键中的氧原子。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，在沉积所述钝化层（4，4‘）时，采用硅烷-等离子体沉积步骤和H₂-等离子体处理步骤的交替的顺序。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，在沉积所述钝化层（4，4‘）时，在所述等离子体放电工艺的所有子步骤的过程中，使用持续燃烧而作用在所述钝化层（4，4‘）上的等离子体。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在用于沉积所述钝化层（4，4‘）的等离子体放电工艺的后续子步骤中，该子步骤跟随在所述等离子体放电工艺先前的子步骤之后，相对于各自对应的先前步骤的沉积参数来改变至少一个可变化的沉积参数，该可变化的沉积参数选自过程压力、电功率以及前驱体气体流量的沉积参数。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个可变化的沉积参数在所述等离子体放电工艺的至少一个子步骤中是持续变大或持续变小的。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在用于沉积所述钝化层（4，4‘）的等离子体放电工艺的第一子步骤中，将硅前驱气流和氢气流导入处理室，并且在所述等离子体放电工艺的第二子步骤中燃烧等离子体，其中所述等离子体借助起始功率脉冲点燃，该脉冲是足够大的以阻止所述钝化层（4，4‘）在所述晶体硅内芯（2）上的磊晶生长。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在用于沉积所述钝化层（4，4‘）的等离子体放电工艺的一个子步骤中，在硅前驱气流、氢气流和等离子体的参与下沉积所述钝化层（4，4‘）的一个子层，并且在等离子体放电工艺的另一个子步骤中保持所述氢气流和等离子体同时将所述硅前驱气流减少或关闭。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，用于沉积所述钝化层（4，4‘）的等离子体放电工艺作为逐层的层生产工艺来执行，其中由所述两个步骤组成的顺序至少被重复一次。

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