CN103943710B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

讨论了一种太阳能电池及其制造方法。所述太阳能电池包括：基板，其包含第一导电类型的杂质；发射区，其设置在所述基板的前表面，并且包含与所述第一导电类型相反的第二导电类型的杂质；后钝化层，其设置的所述基板的后表面上，并且具有开口；后表面场区，其包含所述第一导电类型的杂质；第一电极，其连接到所述发射区；以及第二电极，其连接到所述后表面场区。所述后表面场区包括设置在所述后钝化层上第一后表面场区和设置在所述基板的通过所述后钝化层的开口所露出的后表面的第二后表面场区。

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一种太阳电池及其制造方法。
背景技术
最近，因为诸如石油和煤炭的现有能源有望被耗尽，所以对用于替代现有能源的可替代能源的关注日益增加。在可替代能源中，因为用于从太阳能产生电能的太阳能电池具有不引起环境污染的充足能源，所以太阳能电池尤其被关注。
太阳能电池通常包括用诸如p型和n型的不同导电类型的半导体形成的基板和发射区以及分别连接到所述基板和发射区的电极。在所述基板和发射区之间的界面处形成p-n结。
当光入射在太阳能电池上时，在半导体中产生多个电子空穴对。电子空穴对分离成电子和空穴。电子移动到诸如发射区的n型半导体，并且空穴移动到诸如基板的p型半导体。然后，通过分别连接到发射区和基板不同的电极来收集电子和空穴。利用电线将电极彼此连接从而获得电力。
发明内容
在一个方面，存在一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：基板，其包含第一导电类型的杂质；发射区，其设置在所述基板的前表面，所述发射区包含与所述第一导电类型相反的第二导电类型的杂质；后钝化层，其设置的所述基板的后表面上，所述后钝化层具有多个开口；后表面场区，其包含所述第一导电类型的杂质；第一电极，其连接到所述发射区；以及第二电极，其连接到所述后表面场区，其中，所述后表面场区包括设置在所述后钝化层上并且具有多个开口的第一后表面场区和设置在所述基板的通过所述后钝化层的所述多个开口所露出的后表面的第二后表面场区。
所述第二后表面场区可以包括比所述基板更重掺杂第一导电类型的杂质的晶体硅层。在该实例中，第二后表面场区中包含的第一导电类型的杂质的量可以等于或大于第一后表面场区中包含的第一导电类型的杂质的量。
所述第一后表面场区可以包括比所述基板更重掺杂第一导电类型的杂质的微晶硅层。
所述第一后表面场区还可以包括设置在所述后钝化层和所述微晶硅层之间并且包含所述第一导电类型的杂质的非晶硅层。
所述第一后表面场区中所包括的所述非晶硅层的掺杂浓度可以低于所述第一后表面场区中包括的微晶硅层的掺杂浓度。
所述后钝化层可以包括本征非晶硅层。
所述太阳能电池还可以包括介电层，所述介电层设置在所述第一后表面场区上并且具有多个开口。
所述第二电极可以与所述第一后表面场区和所述第二后表面场区物理接触。在该实例中，第一后表面场区可以与第二后表面场区在空间上分开，并且第一后表面场区和第二后表面场区可以通过第二电极彼此电连接。
所述后钝化层的厚度可以为大约10nm至50nm。所述第一后表面场区的厚度可以为大约10nm至50nm。所述第二后表面场区的掺杂深度可以为大约3μm至5μm。
所述第一后表面场区的所述多个开口之间的距离可以为大约0.15mm至1mm。
所述介电层可以由硅的氮化物（SiNx）形成。
在另一个方面，存在一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：在包含第一导电类型的杂质的基板的前表面形成包含与所述第一导电类型相反的第二导电类型的杂质的发射区；在所述基板的后表面上形成包括本征非晶硅层的后钝化层；在所述后钝化层上形成第一后表面场区；在所述第一后表面场区上有选择地照射激光束，以在所述后钝化层和所述第一后表面场区中形成多个开口，并且在所述基板的、通过所述后钝化层和所述第一后表面场区中的所述多个开口所露出的后表面形成第二后表面场区；形成连接到所述发射区的第一电极；以及形成连接到所述第一后表面场区和所述第二后表面场区的第二电极。
形成所述第一后表面场区的步骤可以包括：在所述后钝化层上形成比所述基板更重掺杂所述第一导电类型的杂质的微晶硅层。
形成所述第一后表面场区的步骤还可以包括：在形成所述微晶硅层之前，在所述后钝化层上形成包含第一导电类型的杂质的非晶硅层，所述非晶硅层的掺杂浓度低于所述微晶硅层的掺杂浓度。
所述方法还可以包括：在所述第一后表面场区上形成介电层，其中，在所述介电层上有选择地照射所述激光束。
形成所述介电层的处理温度可以是大约300℃至400℃。
可以用电镀方法来形成第二电极。
根据本发明的实施方式的太阳能电池及其制造方法在后钝化层上以及在基板的通过后钝化层的多个开口所露出的后表面中包括后表面场区，从而进一步增强后表面场功能并且进一步提高太阳能电池的效率。
此外，因为根据本发明的实施方式的后表面场区包括微晶硅层，所以可以使用具有低能量密度的激光束以形成后表面场区。因此，可以使激光束所导致的基板的热损坏最小化。结果，可以使暗饱和电流的产生最小化，并且可以进一步提高太阳能电池的效率。
此外，因为根据本发明的实施方式的后表面场区包括非晶硅层，所以可以进一步增强后钝化层的钝化功能。
此外，因为根据本发明的实施方式的后钝化层比相关技术的后钝化层厚，所以可以进一步增强后钝化层的钝化功能。
附图说明
附图被包括以提供本发明的进一步理解，被并入到本说明书中并构成本说明书的一部分，所述附图示出本发明的实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明的示例实施方式的太阳能电池的局部立体图；
图2是沿图1的线II-II截取的截面图；
图3是图2的部分‘A’的放大示图；
图4示出当在基板的后表面上照射激光束以形成后表面场区时激光束的能量密度和通过照射激光束在太阳能电池中产生的暗饱和电流之间的关系；
图5示出根据本发明的实施方式的当第一后表面场区包括微晶硅层时、当将激光束照射在第一后表面场区中所包括的微晶硅层以形成第二后表面场区时所获得的效果；
图6示出根据本发明的实施方式的后钝化层的厚度的效果；
图7至图12示出根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的方法；
图13是根据本发明的另一个示例实施方式的太阳能电池的局部立体图；以及
图14是沿图13的线II-II’截取的截面图。
具体实施方式
现在将详细阐述本发明的实施方式，在附图中示出了本发明的实施方式的示例。然而，本发明可以以多种不同的方式实现，并且不应该理解为限于这里阐述的实施方式。只要可能，将在整个附图中使用相同的标号表示相同或类似的部件。应该注意到，如果确定已知技术可以模糊本发明的实施方式，则将省略对已知技术的详细描述。
在附图中，为了清晰夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。将理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在所述另一元件上，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件上时，则不存在中间元件。此外，将理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为“完全”在其它元件上时，该元件可以在其它元件的整个表面上，并且可以不在其它元件的边缘的一部分上。
将参照图1至图14描述本发明的示例实施方式。
图1是根据本发明的示例实施方式的太阳能电池的局部立体图，图2是沿图1的线II-II截取的截面图，并且图3是图2的部分‘A’的放大示图。
如图1至图3所示，根据本发明的示例实施方式的太阳能电池包括基板110、发射区120、防反射层130、后钝化层190、介电层180、后表面场区170、第一电极140和第二电极150，所述后表面场区170包括第一后表面场区170A和第二后表面场区170B。
在本发明的实施方式中，包括防反射层130和介电层180的太阳能电池被描述为示例。然而，如果需要或期望，则可以省略防反射层130和介电层180。在太阳能电池的效率方面，包括反射层130和介电层180的太阳能电池的效率大于不包括反射层130和介电层180的太阳能电池的效率。因此，包括反射层130和介电层180的太阳能电池被描述为本发明的实施方式的示例。
尽管不要求，但基板110可以是由包含诸如p型杂质的第一导电类型的杂质的硅形成的半导体基板。在基板110中使用的硅可以是诸如单晶硅和多晶硅的晶体硅。如果基板110是p型，则基板110可以包含诸如硼（B）、镓（Ga）和铟（In）的第三族元素的杂质。另选地，基板110可以是n型和/或可以用除了硅之外的半导体材料形成。如果基板110是n型，则基板110可以包含诸如磷（P）、砷（As）和锑（Sb）的第V族元素的杂质。在下面的描述中，利用n型的基板110作为示例来描述太阳能电池。
如图1至图3所示，基板110的表面被纹理化以形成与具有多个不平坦部分或具有不平坦特性的不平坦表面相对应的纹理化表面。
发射区120设置在基板110的前表面，光入射在所述前表面上。发射区120包含与发射区120的第一导电类型（例如，n型）相反的第二导电类型（例如，p型）的杂质，以与基板110一起形成p-n结。
由于基板110和发射区120之间的p-n结，导致由入射在基板110上的光所产生的载流子（即，多个电子-空穴对）分离成电子和空穴。电子移动到n型半导体，并且空穴移动到p型半导体。因此，当基板110是n型并且发射区120是p型时，分离后的电子移动到基板110并且分离后的空穴移动到发射区120。因此，电子成为基板110中的主要载流子，并且空穴成为发射区120中的主要载流子。
因为发射区120与基板110一起形成p-n结，所以当基板110是p型时，发射区120是n型，这与上面描述的实施方式不同。在该实例中，分离后的电子移动到发射区120，并且分离后的空穴移动到基板110。
返回到本发明的实施方式，当发射区120是p型时，可以通过将基板110掺杂诸如B、Ga和In的第III族元素的杂质来形成发射区120。相反，如果发射区120是n型，则可以通过将基板110杂质诸如P、As和Sb的第V族元素的杂质来形成发射区120。
形成在基板110的前表面的发射区120可以包括：第一区，其与第一电极140交叠和接触；和第二区，其与第一电极140不交叠或接触。发射区120的第一区和第二区可以具有不同的杂质掺杂浓度。
在该实例中，发射区120的与第一电极140交叠和接触的第一区形成为具有相对高杂质掺杂浓度的重掺杂区。此外，发射区120的与第一电极140不交叠或接触的第二区形成为具有比所述重掺杂区低的杂质掺杂浓度的轻掺杂区。
防反射层130设置在发射区120上。防反射层130可以具有包括铝的氧化物（Al2O3）层、硅的氮化物（SiNx）层、硅的氧化物（SiOx）层和硅的氮氧化物（SiOxNy）层中的任何一种的单层结构，或者包括所述层中的至少两种的多层结构。
图1和图2示出具有双层结构的防反射层130作为示例。在该实例中，防反射层130包括形成在发射区120上的第一防反射层130b和形成在第一防反射层130b上的第二防反射层130a。
在本发明的实施方式中，第一防反射层130b用铝的氧化物（Al2O3）形成，并且具有钝化功能以及防反射功能。
此外，优选但不必须必须的是，用硅的氮化物（SiNx）形成第二防反射层130a。第二防反射层130a可以由其它材料形成。例如，可以用硅的氧化物（SiOx）或硅的氮氧化物（SiOxNy）来形成第二防反射层130a。
防反射层130减小了入射在太阳能电池上的光的反射率，并且选择性地增加了预定波段的光，从而增加了太阳能电池的效率。
第一电极140与发射区120物理接触，并且电连接到发射区120。如图1所示，第一电极140包括多个指状电极141和多个前母线条143。
指状电极141设置在发射区120上，并且电连接到发射区120。指状电极141彼此分开均匀的距离，并且沿固定方向延伸。指状电极141收集移动到发射区120的载流子（例如，空穴）。
前母线条143设置在发射区120上与指状电极141相同等级的层上。前母线条143将指状电极141彼此电连接，并且沿与指状电极141交叉的方向延伸。前母线条143连接到用于将太阳能电池连接在一起的互连器（interconnector）。前母线条143收集由指状电极141所收集的载流子，并且将所述载流子移动且输出给外部装置。
第一电极140的指状电极141和前母线条143可以用相同的导电材料（例如，从包括镍（Ni）、铜（Cu）、银（Ag）、铝（Al）、锡（Sn）、锌（Zn）、铟（In）、钛（Ti）、金（Au）的组中选择出的至少一种以及其组合）形成。第一电极140的指状电极141和前母线条143也可以由其它导电材料。
如图1和图2所示，后钝化层190设置在基板110的与光入射在其上的前表面相对的后表面。例如，后钝化层190包括利用等离子增强化学汽相沉积（PECVD）方法而形成的本征（称为i型）非晶硅。后钝化层190全部形成在基板110的后表面上，并且具有多个开口。
后钝化层190防止和降低在基板110的后表面处和其周围载流子的重新复合和/或小时，并且改善穿过基板110的内反射，从而增加穿过基板110的光的再次入射。
后表面场区170包含第一导电类型的杂质。如图1至图3所示，后表面场区170包括第一后表面场区170A和第二后表面场区170B。
第一后表面场区170A设置在后钝化层190上，并且具有多个开口。第二后表面场区170B形成在基板110的通过在后钝化层190中所包括的多个开口所露出的后表面。
第一后表面场区170A中所包括的多个开口与后钝化层190的多个开口交叠。即，第一后表面场区170A的开口形成在与后钝化层190的开口相同的位置，并且第一后表面场区170A的开口的宽度或直径可以与后钝化层190的开口的宽度或直径相同。
第一后表面场区170A可以具有单层结构或多层结构。优选地，但不必须必须，第一后表面场区170A可以具有多层结构。如果第一后表面场区170A具有多层结构，则第一后表面场区170A的一个层可以用非晶硅材料形成，并且第一后表面场区170A的另一个层可以用微晶硅材料形成。
利用PECVD方法在后钝化层190上形成第一后表面场区170A。
第二后表面场区170B设置在基板110处。如果基板110包含晶体硅材料，则第二后表面场区170B可以包括用基板110的第一导电类型的杂质更重掺杂的晶体硅层。
通过在第一后表面场区170A上照射激光束并且将第一后表面场区170A中所包含的第一导电类型的杂质扩散到基板110中来形成第二后表面场区170B。
后表面场区170执行后表面场功能，并且形成势垒，所述势垒通过基板110的杂质浓度和后表面场区170的杂质浓度之间的差异而在基板110和后表面场区170之间产生电势差。
在该实例中，当基板110为n型并且发射区120为p型时，后表面场区170形成比基板110高的n型电场。因此，后表面场区170使得基板110的主要载流子（即，电子）容易通过后表面场区170移动到第二电极150，并且防止发射区120的主要载流子（即，空穴）移动到第二电极150。
因为第一后表面场区170A用非晶硅材料或微晶硅材料形成，所以第一后表面场区170A可以以与后钝化层190相同的方式执行钝化功能。
介电层180设置在后表面场区170上，并且在与后表面场区170的开口交叠的位置具有多个开口。即，介电层180的开口形成在与后表面场区170的开口相同的位置，并且介电层180的宽度或直径可以与后表面场区170的开口的宽度或直径相同。
介电层180可以用硅的氮化物（SiNx）、硅的氧化物（SiOx）和硅的氮氧化物（SiOxNy）中的至少一种来形成，并且可以具有单层结构或多层结构。
优选地，但不必须，考虑到后钝化层190和第一后表面场区170A包含非晶硅材料，介电层180可以用具有相对低的处理温度的硅的氮化物（SiNx）形成以使后钝化层190和第一后表面场区170A的热损坏最小化。
介电层180用作仅通过介电层180的多个开口使第二电极150与基板110和后表面场区170局部接触。即，介电层180防止第二电极150与基板110的整个后表面以及第一后表面场区170A的整个后表面接触。
第二电极150包含导电材料，并且设置在介电层180的后表面上。第二电极150包括多个连接电极155，所述多个连接电极155分别设置在后钝化层190、第一后表面场区170A和介电层180的每一个所包括的多个开口中。
因此，第二电极150电连接到第一后表面场区170A和第二后表面场区170B。即，如图1至图3所示，第二电极150与第一后表面场区170A和第二后表面场区170B直接接触，并且电连接到第一后表面场区170A和第二后表面场区170B。
第二电极150包括多个连接电极155、后电极层151和多个后母线条153。
多个连接电极155分别设置在后钝化层190、第一后表面场区170A和介电层180的每一个所包括的多个开口中。多个连接电极155与设置在基板110的第二后表面场区170B直接接触。
优选但不必须的是，考虑到后钝化层190和第一后表面场区170A包含非晶硅材料，通过在相对低的处理温度执行的电镀方法来形成多个连接电极155，以使由热导致的后钝化层190和第一后表面场区170A的损坏最小化。如上所述，因为可以在低的处理温度通过电镀方法形成连接电极155，所以可以使后钝化层190的钝化功能最大化。
后电极层151整个设置在除了后母线条153的形成区域之外的介电层180上。后电极层151可以与多个连接电极155直接接触。
后电极层151可以用从包括镍（Ni）、铜（Cu）、银（Ag）、锡（Sn）、锌（Zn）、铟（In）、钛（Ti）、金（Au）的组中选择出的至少一种以及其组合来形成。也可以由其它导电材料形成。
通过在相对低的处理温度执行的电镀方法和蒸镀方法中的一种来形成后电极层151，以使后钝化层190和第一后表面场区170A的热损坏最小化。可以使用在相对低的处理温度执行的其它方法。
多个后母线条153设置在后表面场区170上，并且与后电极层151直接接触并且电连接到后电极层151。后母线条153沿与前母线条143相同的方向延伸，以形成条带布置。后母线条153可以设置为与前母线条143相对。
后母线条153以与前母线条143相同的方式与互连器直接接触，并且向外部装置输出从基板110到后电极层151收集的载流子。
优选但不必须的是，用诸如银（Ag）的导电材料形成后母线条153。然而，可以用从包括镍（Ni）、铜（Cu）、铝（Al）、锡（Sn）、锌（Zn）、铟（In）、钛（Ti）、金（Au）的组中选择出的至少一种以及其组合来形成后母线条153。可以使用其它导电材料。
可以以与后电极层151相同的方式通过在相对低的处理温度执行的电镀方法和蒸镀方法中的一种来形成后母线条153。
目前，本发明的实施方式描述了包括后电极层151和多个后母线条153的第二电极150的结构。然而，针对第二电极150可以使用其它结构。参照图13和图14对此进行描述。
图13是根据本发明的另一个示例实施方式的太阳能电池的局部立体图，并且图14是沿图13的线II-II’截取的截面图。
由于除了第二电极150’的结构之外，图13和图14中示出的太阳能电池的配置基本上与图1至图3示出的太阳能电池的配置相同，所以进一步的描述可以简要进行或者可以整体省略。
第二电极150’具有与第一电极140相同的结构，以形成双面太阳能电池的结构。即，第二电极150’包括沿第一方向延伸的多个后指状电极151’和多个后母线条153’，所述多个后母线条153’沿与第一方向交叉的第二方向延伸并且将多个后指状电极151’彼此连接在一起。
后钝化层190、第一后表面场区170A和介电层180各具有多个开口，所述多个开口形成在部件190、170A和180的交叠位置，并且将形成在基板110的后表面的第二后表面场区170B露出。因为所述开口填充有后指状电极151’，所以第二电极150’通过第二后表面场区170B电连接到基板110。
下面描述根据本发明的实施方式的具有上述结构的太阳能电池的操作。
当照射到太阳能电池的光穿过防反射层130和发射区120入射在基板110上时，通过基于入射光所产生的光能在基板110中产生多个电子-空穴对。在该实例中，通过防反射层130降低入射在基板110上的光的反射损耗，从而增加入射在基板110上的光的量。
由于基板110和发射区120的p-n结导致电子-空穴对分离成电子和空穴。电子移动到n型基板110，并且空穴移动到p型发射区120。移动到发射区120的空穴被指状电极141收集，然后被转移和收集到前母线条143。移动到基板110的电子通过连接电极155被收集到后电极层151，然后被转移到后母线条153。当前母线条143利用导线连接到后母线条153时，在其中有电流流动，从而使得能够将所述电流用于电力。
如上所述，在根据本发明的实施方式的太阳能电池中，后表面场区170包括：第一后表面场区170A，其设置在后钝化层190的后表面上，并且具有多个开口；和第二后表面场区170B，其设置在基板110的通过后钝化层190的多个开口露出的后表面中。
在本发明的实施方式中，第一后表面场区170A执行后表面场功能和钝化功能二者，并且第二后表面场区170B执行后表面场功能。
根据本发明的实施方式的太阳能电池的结构防止或减小移动到第二电极150的载流子在基板110的后表面处以及在基板110的后表面的周围重新复合和/或消失，从而增加太阳能电池的开路电路Jsc和填充因数F.F。结果，可以增加太阳能电池的效率。
更具体地，根据本发明的实施方式的太阳能电池的结构在基板110的后表面形成第二后表面场区170B，在基板110的后表面上形成后钝化层190，并且在后钝化层190上形成执行后表面场功能和钝化功能二者的第一后表面场区170A。因此，在本发明的实施方式中，因为后钝化层190和第一后表面场区170A二者执行基板110的后表面的钝化功能，所以进一步增强了钝化功能。此外，因为第一后表面场区170A和第二后表面场区170B二者执行基板110的后表面的后表面场功能，所以进一步增强了后表面场功能。
当基板110的主要载流子（例如，电子）移动到基板110的后表面时，本发明的实施方式减少了由于在基板110的后表面处以及在基板110的后表面周围存在的悬空键而重新复合的载流子的数量，并因此减小了产生载流子的复合的暗饱和电流Jo的大小。此外，本发明的实施方式通过后表面场区170使得更容易使基板110的主要载流子（例如，电子）移动到第二电极150，同时防止发射区120的主要载流子（例如，空穴）移动到第二电极150。
在本发明的实施方式中，第二后表面场区170B包括比基板110更重掺杂第一导电型杂质的晶体硅层。因此，根据本发明的实施方式的太阳能电池还可以减小第二后表面场区170B的电阻，并因此可以更平稳地执行载流子从基板110到第二电极150的移动。
此外，如图3所示，设置在后钝化层190的第一后表面场区170A包括微晶硅层170A2，所述微晶硅层170A2比基板110更重掺杂第一导电型杂质。
当在用于制造太阳能电池的处理中将激光束照射在基板110的后表面上以形成第二后表面场区170B时，第一后表面场区170A的微晶硅层170A2使得可以使用具有更低激光能密度的激光束。
因此，第一后表面场区170A的微晶硅层170A2防止或降低由当在基板110的后表面上形成第二后表面场区170B时使用的激光束导致的基板110的损坏，从而使暗饱和电流Jo的产生最小化。此外，第一后表面场区170A的微晶硅层170A2使得形成在基板110的后表面的第二后表面场区170B具有期望大小的薄层电阻。下面将参照图4和图5对此进行详细描述。
第一后表面场区170A还包括非晶硅层170A1，所述非晶硅层170A1设置在后钝化层190和微晶硅层170A2之间，并且包含第一导电型的杂质。在第一后表面场区170A中，非晶硅层170A1的掺杂浓度低于微晶硅层170A2的掺杂浓度。
第一后表面场区170A的非晶硅层170A1使得可以在包括本征非晶硅层的后钝化层190与第一后表面场区170A的微晶硅层170A2之间形成欧姆接触。
第一后表面场区170A的非晶硅层170A1还可以增强包括本征非晶硅层的后钝化层190的钝化功能。
第一后表面场区170A的薄层电阻随着其从相对低浓度的非晶硅层170A1到相对高浓度的微晶硅层170A2而逐渐减小。因此，可以更平稳地执行载流子从第一后表面场区170A到第二电极150的移动。
第二电极150的各连接电极155与第一后表面场区170A和第二后表面场区170B直接接触。在该实例中，第一后表面场区170A和第二后表面场区170B在空间上彼此分开，但通过第二电极150彼此电连接。
第一后表面场区170A的厚度T170A为大约10nm到50nm，第二后表面场区170B的掺杂深度170B为大约3μm到5μm。
第一后表面场区170A的多个开口之间的距离D1为大约0.15mm到1mm。
第一后表面场区170A的多个开口的平面形状可以是线形状或点形状。
更具体地，当第一后表面场区170A的多个开口的平面形状为线形状时，线之间的距离为大约0.3mm到1mm。此外，当第一后表面场区170A的多个开口的平面形状为点形状时，点之间的距离为0.15mm到1mm。
在本发明的实施方式中，将激光束照射在基板110上，以形成第一后表面场区170A的多个开口。在该实例中，当开口之间的距离D1过度窄时，其上照射了激光的基板110的区域过度增加。因此，基板110的特性会降低。相反，当开口之间的距离D1过度宽时，太阳能电池的填充因数会减小。因此，如上所述限定第一后表面场区170A的开口之间的距离D1。
如上所述，可以用硅的氮化物（SiNx）、硅的氧化物（SiOx）和硅的氮氧化物（SiOxNy）中的至少一种来形成介电层180。优选地，但不必须，用硅的氮化物（SiNx）来形成介电层180。在本发明的实施方式中，由于用在相对低的处理温度（例如，大约300℃到400℃）处理的硅的氮化物（SiNx）来形成介电层180，所以可以使由在用于形成介电层180的处理中的介电层180的处理温度所导致的包括本征非晶硅层的后钝化层190或第一后表面场区170A的非晶硅层170A1的热损坏最小化。
下面参照图4和图5来描述，当具有图1至图3所示的结构的太阳能电池中的第一后表面场区170A和第二后表面场区170B形成时、当第一后表面场区170A包括微晶硅层170A2时所获得的效果。
图4示出当在基板110的后表面上照射激光束以形成后表面场区170时激光束的能量密度和通过照射激光束在太阳能电池中产生的暗饱和电流Jo之间的关系。
如图4所示，暗饱和电流Jo和激光束的能量密度彼此成比例。
如上所述，暗饱和电流Jo是产生载流子的复合的电流值。因此，随着暗饱和电流Jo增加，复合的载流子的量增加。因此，短路电流Jsc和太阳能电池的效率降低。
换句话讲，太阳能电池的钝化效果随着暗饱和电流Jo的减小而增加，并且太阳能电池的钝化效果还随着暗饱和电流Jo的增加而减小。因此，暗饱和电流Jo越小，太阳能电池的效率越大。
如图4所示，第一导电类型的杂质分散在基板110的后表面中，并且激光有选择地照射在基板110的后表面上，以在基板110的后表面局部形成第二后表面场区170B。
在该实例中，激光束的能量密度必须增加，以适当地减小在基板110的后表面有选择地形成的第二后表面场区170B的薄层电阻。
然而，如图4所示，当激光能量密度增加时，暗饱和电流Jo减小。因此，即使当在基板110的后表面形成第二后表面场区170B时，太阳能电池的效率也不会增加到期望水平。
然而，如在本发明的实施方式中，当第一后表面场区170A包括微晶硅层170A2时，即使使用了具有相对低能量密度的激光束，第二后表面场区170B的薄层电阻也可以适当地降低至期望水平。
即，在本发明的实施方式中，第一后表面场区170A中包括的微晶硅层170A2可以被用作用于形成第二后表面场区170B的掺杂剂层。可以将激光束有选择地照射在用作掺杂剂层的微晶硅层170A2上，以在基板110的后表面局部形成比基板110更重掺杂的第二后表面场区170B。
图5示出根据本发明的实施方式的当第一后表面场区170A包括微晶硅层170A2时、当将激光束照射在第一后表面场区170A中所包括的微晶硅层170A2以形成第二后表面场区170B时所获得的效果。
在图5中，x轴指示激光能量密度，并且y轴指示形成在基板110的后表面的第二后表面场区170B的薄层电阻。
在图5中，（a）是当将激光束照射在用作掺杂剂的第一后表面场区170A上以在基板110的后表面形成第二后表面场区170B、第一后表面场区170A不包括微晶硅层170A2而包括非晶硅层作为掺杂剂层时的比较示例。图5的（b）是当将激光束照射在用作掺杂剂的第一后表面场区170A上以在基板110的后表面形成第二后表面场区170B、第一后表面场区170A包括微晶硅层170A2时的发明的实施方式。根据本发明的实施方式的图5的（b）可以被应用于图3中示出的第一后表面场区170A包括非晶硅层170A1以及微晶硅层170A2的示例。
如图5的（a）和（b）所示，在比较示例和本发明的实施方式中，激光束的能量密度必须增加，以在基板110的后表面形成具有充分低的薄层电阻的第二后表面场区170B。
如图5的（a）和（b）所示，当激光束的能量密度等于或小于约17J/cm2时，第二后表面场区170B的薄层电阻急剧减小。然而，当激光束的能量密度大于约17J/cm2时，第二后表面场区170B的薄层电阻逐渐减小。此外，在本发明的实施方式中的第二后表面场区170B的薄层电阻小于在依据激光束的能量密度的比较示例中的第二后表面场区170B的薄层电阻。
例如，当激光束的能量密度等于或小于大约100J/cm2时（即，当激光束的能量密度是大约20J/cm2、40J/cm2、60J/cm2和80J/cm2时），图5的（b）中示出的本发明的实施方式中的第二后表面场区170B的薄层电阻比在图5的（a）中示出的比较示例中的第二后表面场区170B的薄层电阻小的多。
更具体地，当利用能量密度大约为20J/cm2的激光束在基板110的后表面形成后表面场区170时，在图5的（a）中示出的比较示例中的第二后表面场区170B的薄层电阻为大约33Ω。另一方面，图5的（b）中示出的本发明的实施方式中的第二后表面场区170B的薄层电阻为大约14Ω，远小于比较示例。
当在太阳能电池中需要的第二后表面场区170B等于或小于大约20Ω时，在图5的（a）中示出的比较示例中必须使用具有等于或大于大约83J/cm2的能量密度的激光束。
另一方面，在图5的（b）中示出的本发明的实施方式中，可以使用具有远小于83J/cm2的大约为16J/cm2的能量密度的激光束。因此，暗饱和电流Jo可以如图4所示显著减小，并且复合的载流子的量可以显著减少。
结果，太阳能电池的短路电流Jsc和效率可以进一步增加。
此外，在根据本发明的实施方式的太阳能电池中，包括本征非晶硅的后钝化层190的厚度T190可以大约为10nm至50nm，以进一步减小暗饱和电流Jo。
如上所述，当后钝化层190的厚度T190等于或大于大约10nm时，暗饱和电流Jo的产生将进一步减少，并且后钝化层190的钝化效果进一步增加。此外，在有效地减小了暗饱和电流Jo的情况下，考虑到太阳能电池的制造时间和制造成本，后钝化层190的厚度T190被设置为等于或小于大约50nm。
图6示出根据本发明的实施方式的后钝化层190的厚度的效果。
在图6中，（a）是当后钝化层190的厚度T190为大约2.5nm时测量在太阳能电池中产生的暗饱和电流Jo的比较示例，并且（b）是当后钝化层190的厚度T190为大约20nm时测量在太阳能电池中产生暗饱和电流Jo的本发明的实施方式。
如图6所示，当如在图6的（a）中示出的比较示例中后钝化层190的厚度T190相对薄时，暗饱和电流Jo具有大约81fAJ/cm2的相对高的值。另一方面，当如在图6的（b）中示出的本发明的实施方式中后钝化层190的厚度T190相对厚（例如，大约10nm至50nm）时，暗饱和电流Jo相对减小。
因此，当如在本发明的实施方式中后钝化层190的厚度T190为大约10nm至50nm时，太阳能电池的暗饱和电流Jo可以进一步减小。结果，太阳能电池的短路电流Jsc和效率可以进一步增加。
如上所述，根据本发明的实施方式的太阳能电池被配置以使得后表面场区170包括设置后钝化层190的后表面上的第一后表面场区170A和设置在基板110的通过后钝化层190的多个开口露出的后表面中的第二后表面场区170B。因此，太阳能电池的钝化功能和后表面场功能可以进一步增强。
此外，根据本发明的实施方式的太阳能电池被配置为使得第一后表面场区170A包括比基板110更重掺杂第一导电型杂质的微晶硅层170A2。因此，太阳能电池的暗饱和电流Jo可以进一步减小，并且太阳能电池的钝化功能可以进一步增强。
此外，根据本发明的实施方式的太阳能电池被配置以使得后钝化层190包括本征非晶硅层，并且后钝化层190的厚度T190为大约10nm至50nm。因此，太阳能电池的钝化功能可以进一步增强。
目前，描述了根据本发明的实施方式的太阳能电池的结构。下面描述根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的方法。
图7至图12示出根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的方法。
如图7所示，在包含第一导电类型的杂质的基板110的前表面形成包含与第一导电类型相反的第二导电类型的杂质的发射区120。
如图7所示，基板110的前表面和后背面都被进行纹理化以形成与具有多个不平坦部分或具有不平坦特性的不平坦表面相对应的纹理化表面。另选地，仅基板110的前表面被纹理化为形成与具有多个不平坦部分或具有不平坦特性的不平坦表面相对应的纹理化表面。
在基板110包含第一导电类型的杂质以及基板110的表面被纹理化为形成纹理化表面的情况下将基板110放置在热扩散炉中。然后，包含第二导电类型的杂质的处理气体扩散到基板110的前表面，以形成发射区120。
另选地，包含第二导电类型的杂质的掺杂剂膏可以应用于基板110的前表面，并且可以扩散到热扩散炉中以形成发射区120。如上所述，形成发射区120的方法不被具体限制。
接着，如图8所示，在基板110的后表面上形成包括本征非晶硅的后钝化层190，然后在后钝化层190上形成第一后表面场区170A。第一后表面场区170A包括非晶硅层170A1和微晶硅层170A2。
用于形成第一后表面场区170A的处理包括在后钝化层190上形成包含第一导电类型的杂质的非晶硅层170A1，并且在非晶硅层170A1上形成具有比基板110更重掺杂第一导电类型杂质的微晶硅层170A2。
在本发明的实施方式中，非晶硅层170A1的掺杂浓度可以低于微晶硅层170A2的掺杂浓度。
图8示出第一后表面场区170A包括非晶硅层170A1和微晶硅层170A2的示例。然而，如需要或者期望，则可以省略非晶硅层170A1。
如果省略了非晶硅层170A1，则第一后表面场区170A的微晶硅层170A2可以与后钝化层190的表面直接接触。
如图8所示，在形成了第一后表面场区170A之后，可以在第一后表面场区170A上形成用硅的氮化物（SiNx）形成的介电层180。在大约300℃至400℃的处理温度形成介电层180。
因为在相对低的处理温度形成介电层180，所以可以使用本征非晶硅形成的后钝化层190的特性降低或劣化最小化。因此，可以使后钝化层190的钝化功能的减小最小化。
另选地，可以对介电层180使用其它材料。例如，可以用在比硅的氮化物（SiNx）更高的处理温度处理的硅的氧化物（SiOx）和硅的氮氧化物（SiOxNy）而不是硅的氮化物（SiNx）来形成介电层180。
接着，如图9所示，将激光束LB有选择地照射在介电层180的部分RA上，使得形成在基板110的后表面上的后钝化层190、第一后表面场区170A和介电层180都具有多个开口OP，如图10所示。
如图9所示，当将激光束LB有选择地照射在介电层180的部分RA上时，第一后表面场区170A中包含的第一导电类型的杂质通过激光束LB扩散到基板110的后表面中。
通过激光束LB蚀刻和去除介电层180的被照射了激光束LB的部分RA。形成第一后表面场区170A和后钝化层190的硅材料在第一后表面场区170A的照射了激光束LB的区域和后钝化层190的照射了激光束LB的区域融化。然后，硅材料被吸收到基板110的后表面并再结晶。
此外，可以通过照射激光束LB在基板110的通过介电层180、第一后表面场区170A和后钝化层190的每一个的开口OP所露出的后表面上形成氧化物层。在激光束LB的照射完成之后，通过清洗处理来去除氧化物层。
利用照射装置LRA在介电层180的部分RA上有选择地照射的激光束LB的平面形状可以为线形状或点形状。在该实例中，部分RA之间的距离可以是0.15mm至1mm。如图10所示，通过激光束LB的照射，后钝化层190、第一后表面场区170A和介电层180中的每一个都具有多个开口OP。由于激光束LB导致第一后表面场区170A中所包含的第一导电类型的杂质扩散到基板110的后表面中。形成第一后表面场区170A和后钝化层190的硅材料在第一后表面场区170A的照射了激光束LB的区域和后钝化层190的照射了激光束LB的区域中融化。然后，硅材料被吸收到基板110的后表面中并再结晶。因此，在基板110的通过多个开口OP所露出的后表面中形成第二后表面场区170B。
接着，如图11所示，形成第二电极150的、连接到第一后表面场区170A和第二后表面场区170B的多个连接电极155。优选但不必须的是，利用电镀方法形成第二电极150的多个连接电极155，以使后钝化层190和第一后表面场区170A中包括的非晶硅层170A1的热损坏最小化。
接着，如图12所示，在形成在基板110的前表面的发射区120上顺序地形成防反射层130和第一电极140。在设置在基板110的后表面上的介电层180上形成后电极层151和多个后母线条153，以完成包括后电极层151、后母线条153和连接电极155的第二电极150。
本发明的实施方式描述了在基板110的后表面上形成了后钝化层190、第一后表面场区170A、第二后表面场区170B和介电层180之后，在基板110的前表面上形成防反射层130或第一电极140。然而，与此不同，可以在基板110的前表面形成了发射区120之后，形成防反射层130或第一电极140而不管形成顺序如何。
例如，在基板110的前表面形成发射区120之后，可以在形成后钝化层190、第一后表面场区170A、第二后表面场区170B和介电层180之前形成防反射层130或第一电极140。
尽管已经参照多个示例性实施方式描述了实施方式，但应该理解的是，本领域技术人员可以设计出将落入本公开的原理的范围内的多个其它修改和实施方式。更具体地，可以对公开、附图和所附权利要求书的范围内的组成部件和/或主题组合设置的设置进行各种变型和修改。除了组成部件和/或设置的变型和修改之外，替代使用对于本领域技术人员来说也将是明显的。
本申请要求2013年1月21日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2013-0006410的优先权，此处以引证的方式并入其全部内容。

Claims (14)

1.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
晶体基板，其包含第一导电类型的杂质；
发射区，其设置在所述晶体基板的前表面，所述发射区包含与所述第一导电类型相反的第二导电类型的杂质；
本征非晶硅层，其设置在所述晶体基板的后表面上并且具有多个开口；
后表面场区，其包括设置在所述本征非晶硅层上的第一后表面场区和设置在所述晶体基板的所述后表面处的第二后表面场区，所述后表面场区包含所述第一导电类型的杂质；
介电层，其设置在所述第一后表面场区上，所述介电层具有多个开口；
第一电极，其连接到所述发射区；以及
第二电极，其通过所述介电层的多个开口连接到所述第二后表面场区，
其中，所述第一后表面场区被设置在所述本征非晶硅层与所述介电层之间，并且所述第二后表面场区被设置在所述晶体基板的通过所述介电层的多个开口和所述本征非晶硅层的多个开口所露出的所述后表面处，
其中，所述第一后表面场区包括比所述晶体基板更重掺杂所述第一导电类型的杂质的微晶硅层，并且
其中，所述第二后表面场区包括比所述晶体基板更重掺杂所述第一导电类型的杂质的晶体硅层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一后表面场区还包括设置在所述本征非晶硅层和所述微晶硅层之间并且包含所述第一导电类型的杂质的非晶硅层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第一后表面场区中所包括的所述非晶硅层的掺杂浓度低于所述第一后表面场区中包括的微晶硅层的掺杂浓度。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二电极与所述第一后表面场区和所述第二后表面场区物理接触。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一后表面场区与所述第二后表面场区物理分开。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一后表面场区和所述第二后表面场区通过所述第二电极彼此电连接。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述本征非晶硅层的厚度为10nm至50nm。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一后表面场区的厚度为10nm至50nm。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二后表面场区的掺杂深度为3μm至5μm。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一后表面场区的多个开口之间的距离为0.15mm至1mm。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述介电层由硅的氮化物SiNx形成。
12.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：
在包含第一导电类型的杂质的晶体基板的前表面形成包含与所述第一导电类型相反的第二导电类型的杂质的发射区；
在所述晶体基板的后表面上形成本征非晶硅层；
在所述本征非晶硅层上形成第一后表面场区；
在所述第一后表面场区上形成介电层；
在所述介电层上有选择地照射激光束，以在所述本征非晶硅层、所述第一后表面场区和所述介电层中形成多个开口，并且在所述晶体基板的通过所述本征非晶硅层、所述第一后表面场区和所述介电层中的所述多个开口所露出的后表面处形成第二后表面场区；
形成连接到所述发射区的第一电极；以及
形成连接到所述第一后表面场区和所述第二后表面场区的第二电极，
其中，形成所述第一后表面场区的步骤包括：形成比所述晶体基板更重掺杂所述第一导电类型的杂质的微晶硅层，并且
其中，所述第二后表面场区包括比所述晶体基板更重掺杂所述第一导电类型的杂质的晶体硅层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述第一后表面场区的步骤还包括：在形成所述微晶硅层之前，在所述本征非晶硅层上形成包含所述第一导电类型的杂质的非晶硅层，所述非晶硅层的掺杂浓度低于所述微晶硅层的掺杂浓度。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述介电层的处理温度是300℃至400℃。
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