CN104037243B - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

公开了一种太阳能电池。该太阳能电池包括：半导体基板；导电区域，其形成在所述半导体基板处并具有与所述半导体基板的导电类型相同或不同的导电类型；钝化膜，其形成在所述半导体基板上，以覆盖所述导电区域；以及电极，其电连接到所述半导体基板和所述导电区域中的至少一个。所述钝化膜包括：第一层，其形成在所述导电区域上并包括二氧化硅；第二层，其形成在所述第一层上并包括带有负电荷的氧化物；以及第三层，其形成在所述第二层上，并具有与所述第二层的折射率不同的折射率。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明的实施方式涉及太阳能电池，更具体地讲，涉及具有改进结构的太阳能电池。
背景技术
近来，随着诸如石油和煤的现有能源正在耗尽，对替代能源的关注正在增加。具体地讲，作为下一代替代能源，直接将太阳能转换为电能的太阳能电池引人关注。
这些太阳能电池可通过根据设计形成各种层和电极来制造。在这方面，可根据各种层和电极的设计来确定太阳能电池效率。为了太阳能电池的广泛使用，需要克服其低效率。因此，需要开发一种通过各种层和电极的设计来制造具有最大化效率的太阳能电池的方法。
发明内容
本发明的实施方式提供了具有最大化效率的太阳能电池。
在一个实施方式中，一种太阳能电池包括：半导体基板；导电区域，其形成在所述半导体基板处并具有与所述半导体基板的导电类型相同或不同的导电类型；钝化膜，其形成在所述半导体基板上，以覆盖所述导电区域；以及电极，其电连接到所述半导体基板和所述导电区域中的至少一个。所述钝化膜包括：第一层，其形成在所述导电区域上并包括二氧化硅；第二层，其形成在所述第一层上并包括带有负电荷的氧化物；以及第三层，其形成在所述第二层上，并具有与所述第二层不同的折射率。
在另一实施方式中，一种太阳能电池包括：半导体基板；第一导电区域，其形成在所述半导体基板的第一表面处并具有第一导电类型；第二导电区域，其形成在所述半导体基板的第二表面处并具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型；第一钝化膜，其形成在所述半导体基板的所述第一表面上，以覆盖所述第一导电区域；第二钝化膜，其形成在所述半导体基板的所述第二表面上，以覆盖所述第二导电区域；第一电极，其电连接到所述第一导电区域；以及第二电极，其电连接到所述第二导电区域。所述第一钝化膜包括形成在所述半导体基板的第一表面上的第一二氧化硅层、形成在所述第一二氧化硅层上的第一氮化硅层以及形成在所述氮化硅层上的第二二氧化硅层。所述第二钝化膜包括形成在所述半导体基板的第二表面上的第三二氧化硅层、形成在所述第一二氧化硅层上并包括负电氧化物的负电氧化物层、形成在所述负电氧化物层上的第四二氧化硅层以及形成在所述第四二氧化硅层上的第二氮化硅层。
在另一实施方式中，一种太阳能电池包括：半导体基板；导电区域，其形成在所述半导体基板处并具有与所述半导体基板的导电类型相同或不同的导电类型；钝化膜，其形成在所述半导体基板上，以覆盖所述导电区域；以及电极，其电连接到所述半导体基板和所述导电区域中的至少一个。所述钝化膜包括形成在所述半导体基板上的第一层以及形成在所述第一层上的第二层。所述第一层的热膨胀系数比所述半导体基板的热膨胀系数小并且比所述第二层的热膨胀系数大，所述第一层具有比所述第二层小的厚度，并且所述第一层具有比所述第二层高的界面陷阱密度（interface trapdensity）。
附图说明
将从下面结合附图进行的详细描述更清楚地理解本发明的实施方式的细节，附图中：
图1是根据本发明的实施方式的太阳能电池的截面图；
图2是根据本发明的实施方式的太阳能电池的平面图；
图3是根据本发明的实施方式的太阳能电池的制造方法的流程图；以及
图4a至图4g是顺序示出根据本发明的实施方式的太阳能电池的制造方法的截面图。
具体实施方式
现在将详细描述实施方式，其示例示出于附图中。然而，本发明可以按照许多不同的形式具体实现，并且不应解释为限于本文阐述的实施方式。
附图中示出构成本发明的实施方式的特征的元件，并且为了描述清晰起见，附图中省略了不是本发明的实施方式的特征的元件。贯穿全文，相似的标号指代相似的元件。在附图中，为了说明的清晰和方便起见，构成元件的宽度、厚度等可能被夸大或缩小。本发明的实施方式不限于所示出的厚度、宽度等。
还将理解，贯穿此说明书，当一个元件被称作“包括”另一元件时，术语“包括”指定存在另一元件，但不排除其它附加元件的存在，除非上下文另外清楚地指示。另外，将理解，当诸如层、膜、区域或板的一个元件被称作“在另一元件上”时，这一个元件可直接在所述另一元件上，并且也可存在一个或更多个中间元件。相反，当诸如层、膜、区域或板的一个元件被称作“直接在另一元件上”时，不存在一个或更多个中间元件。
以下将参照附图详细描述根据本发明的实施方式的太阳能电池及其制造方法。
图1是根据本发明的实施方式的太阳能电池100的截面图。图2是图1的太阳能电池100的平面图。
参照图1，根据本实施方式的太阳能电池100可包括基板110（例如，半导体基板，以下称作“半导体基板”）、形成在半导体基板110处的导电区域20和30以及分别电连接到导电区域20和30的电极24和34。另外，太阳能电池100可包括形成在半导体基板110的表面上的第一钝化膜22和第二钝化膜32中的至少一个。导电区域20和30可包括第一导电类型的发射极区域20以及第二导电类型的背面场区域30，并且电极24和34可包括电连接到发射极区域20的第一电极24以及电连接到背面场区域30的第二电极34。这将被更详细地描述。
半导体基板110包括形成导电区域20和30的区域以及基极区域10，基极区域10是未形成导电区域20和30的部分。基极区域10可包括（例如）包含第二导电类型杂质的硅。所述硅可以是单晶硅或多晶硅，第二导电类型杂质可以是（例如）p型杂质。即，基极区域10可由利用III族元素（例如，硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等）低掺杂的单晶硅或多晶硅制成。
在本实施方式中，半导体基板110为p型导电的，因此p型导电性的背面场区域30可容易地形成在半导体基板110的背面处。即，背面场区域30通过在形成第二电极34之后进行热处理来形成，从而可简化制造工艺。这将在下面更详细地描述。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。即，基极区域10和背面场区域30可为n型，发射极区域20可为p型。
半导体基板110的正面可被纹理化以具有角锥等形式的不平整部分。通过纹理化工艺，在半导体基板110的正面处形成不平整部分，因此其表面粗糙度增大，由此可降低入射在半导体基板110的正面上的光的反射率。因此，到达半导体基板110与发射极区域20之间的界面处所形成的pn结的光的量可增加，结果，可使光损失最小化。此外，半导体基板110的背面可以是相对平滑和平整的表面，其通过镜面抛光等形成并具有比半导体基板110的正面低的表面粗糙度。因此，穿过半导体基板110并被朝着其背面引导的光可通过从半导体基板110的背面反射而被返回朝着半导体基板110引导。因此，到达pn结的光的量增加，并且因此，太阳能电池100的效率可增强。
半导体基板110可在其正面处设置有具有第一导电类型杂质的发射极区域20。在本实施方式中，发射极区域20的第一导电类型杂质可为n型杂质，例如诸如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)、锑(Sb)等的V族元素。
在这方面，在本实施方式中，发射极区域20可具有第一部分20a和第二部分20b，所述第一部分20a具有高杂质浓度和相对低的电阻，所述第二部分20b具有比第一部分20a低的杂质浓度和相对高的电阻。第一部分20a部分地或完全地（即，至少部分地）接触各个第一电极24。
这样，在本实施方式中，具有相对高的电阻的第二部分20b形成在与第一电极24之间的区域对应的部分中，从而形成浅结发射极。因此，太阳能电池100的电流密度可增大。另外，具有相对低的电阻的第一部分20a与各个第一电极24相邻地形成，因此，与第一电极24的接触电阻可减小。即，根据本实施方式的发射极区域20可通过其选择性发射极结构来使太阳能电池100的效率最大化。
然而，本发明的实施方式不限于上述示例。即，发射极区域20可具有掺杂浓度均匀的匀质发射极结构。另外，发射极区域20可具有各种其它结构。例如，发射极区域20还可形成在半导体基板110的背面上。
在半导体基板上，更具体地讲，在形成在半导体基板110处的发射极区域20上，形成第一钝化膜22和第一电极24。
第一钝化膜22可基本上形成在半导体基板110的整个正面上，但不在与第一电极24对应的部分上。在本实施方式中，第一钝化膜22用于使半导体基板110的正面钝化，并用作减反射膜。即，第一钝化膜22使得发射极区域20的表面或块体（bulk）处存在的缺陷无效，并降低入射在半导体基板110的正面上的光的反射率。
由于第一钝化膜22使得发射极区域20处存在的缺陷无效，去除了少数载流子的复合位置，因此太阳能电池100的开路电压(Voc)增大。另外，由于第一钝化膜22降低入射在半导体基板110的正面上的光的反射率，所以到达半导体基板110与发射极区域20之间的界面处形成的pn结的光的量可增加。因此，太阳能电池100的短路电流Isc可增大。这样，可通过第一钝化膜22增大太阳能电池100的开路电压(Voc)和短路电流Isc，因此，太阳能电池100的效率可增强。
在本实施方式中，为了有效地实现上述功能，第一钝化膜22可具有各个层层叠的结构。这将在下面详细描述。
第一电极24经由形成在第一钝化膜22中的开口（即，穿过第一钝化膜22）电连接到发射极区域20。第一电极24可由各种材料形成以具有各种形状。
如图2所示，各个第一电极24可包括（例如）具有第一间距P1并平行排列的多个指状电极24a。另外，各个第一电极24可包括总线条（bus bar）电极24b，其形成在与指状电极24a交叉的方向上并将指状电极24a彼此连接。在这方面，可设置单个总线条电极24b，或者如图2所示，可设置具有比第一间距P1大的第二间距P2的多个总线条电极24b。总线条电极24b的宽度W2可大于指状电极24a的宽度W1，但是本发明的实施方式不限于此。例如，总线条电极24b的宽度可与第一电极24a相同或比第一电极24a小。另外，各种修改也是可能的。例如，可不形成总线条电极24b。提供第一电极24的形状仅是为了说明性目的，本发明的实施方式不限于此。
可从截面图看出，指状电极24a和总线条电极24b可穿过第一钝化膜22形成。在另一实施方式中，指状电极24a可穿过第一钝化膜22形成，总线条电极24b可形成在第一钝化膜22上。
返回参照图1，半导体基板10在其背面处设置有背面场区域30，所述背面场区域30包含掺杂浓度高于半导体基板110的第二导电类型杂质。由于背面场区域30，电子和空穴在半导体基板110的背面处复合，因此可防止或减少载流子损失。在本实施方式中，背面场区域30的第二导电类型杂质可为p型杂质，例如诸如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等的III族元素。
在本实施方式中，背面场区域30可具有局部背面场结构，该局部背面场结构部分地形成在与第二电极34相邻的部分处。在这种配置中，背面场区域30可在形成第二电极34时形成，因此制造工艺可简化。然而，本发明的实施方式不限于此。即，背面场区域30可与第二电极34分离地形成。另外，背面场区域30可具有选择性背面场结构，使得背面场区域30的与第二电极34相邻的部分具有相对高的掺杂浓度，并且背面场区域30的与第二电极34不相邻的部分具有相对低的掺杂浓度。在另一实施方式中，背面场区域30可具有匀质背面场结构，使得背面场区域30形成在半导体基板110的整个背面处，以具有匀质掺杂浓度。
半导体基板110可在其背面处设置有第二钝化膜32和第二电极34。
第二钝化膜32可基本上形成在半导体基板110的整个背面上（除了形成有第二电极34的区域之外）。第二钝化膜32可使得半导体基板110的背面中存在的缺陷无效，从而去除少数载流子的复合位置。因此，太阳能电池100的开路电压可增大。另外，在本实施方式中，第二钝化膜32被配置为高反射性的，使得已穿过半导体基板110的光容易地从第二钝化膜32或第二电极34反射，这使得能够重复使用光。
在本实施方式中，为了有效地实现上述功能，第二钝化膜32可具有各种层层叠的结构。这将在下面详细描述。
第二电极34经由形成在第二钝化膜32中的开口（即，穿过第二钝化膜32）电连接到背面场区域30。第二电极34可被形成为具有各种形状。
在本发明的实施方式中，第二电极34整个形成在第二钝化膜32上并经由形成在第二钝化膜32中的开口电连接到背面场区域30（或半导体基板110）。即，在本实施方式中，第二电极34可包括穿过第二钝化膜32分别连接到背面场区域30的第一电极部分341以及连接到第一电极部分341并且整个形成在第二钝化膜32上的第二电极部分342。在这方面，第一电极部分341可与背面场区域30点接触，但是本发明的实施方式不限于此。即，第一电极部分341可通过各种接触方法、各种结构、各种形状等连接到背面场区域30。
这样，第二电极34包括第二电极部分342，其整个形成在第二钝化膜32上，因此已穿过半导体基板110的光被其反射，这使得能够重复使用光。另外，通过光电转换形成的载流子可通过第一电极部分341有效地收集。因此，太阳能电池100的效率可增强。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。例如，第二电极34具有类似于第一电极24的形状，这使得其相对表面能够接收光。另外，第二电极34的各种修改也是可能的。
如上所述，在本实施方式中，由于形成在半导体基板110的正面上的第一钝化膜22和形成在半导体基板110的背面上的第二钝化膜32的层叠结构，太阳能电池100的效率和特性进一步提高。这将详细描述。以下，将在第一钝化膜22之前描述第二钝化膜32。
参照图1的放大圆图，第二钝化膜32包括顺序层叠在半导体基板110的背面上的第一层32a和第二层32b。另外，第二钝化膜32还可包括形成在第二层32b上的第三层32c和第四层32d。
在这方面，第一层32a是形成在半导体基板110上的层，例如，可接触半导体基板110。第二层32b是形成在第一层32a上的层，例如，可接触第一层32a。
在这方面，第二层32b可包括带有负电荷的氧化物，因此适合用于p型背面场区域30的钝化。例如，第二层32b可以是包含从氧化铝、二氧化铪和氧化锆组成的组中选择出的至少一种材料的氧化物层。这些氧化物具有比用于形成钝化膜的其它材料更多的负电荷，因此可引起场效应钝化。由于这种场效应钝化，可有效地实现p型背面场区域30的钝化。在第一层32a、第二层32b、第三层32c和第四层32d当中，第二层32b可包括氧化铝。即，第二钝化膜32的第二层32b是带负电氧化物层以及通过场效应钝化来有效地使p型背面场区域30钝化的层。
在这方面，第二层32b可具有4nm至20nm的厚度T22。当第二层32b的厚度T22小于4nm时，钝化效果可能不足。另一方面，当第二层32b的厚度T22超过20nm时，制造时间可能增加，可能发生起泡。如本文所用，术语“起泡”是指在形成第二钝化膜32的工艺或后续工艺（具体地讲，热处理工艺）中第二钝化膜32膨胀的现象。可能由于各种原因而发生起泡，例如第二层32b中包括的氢。即，尽管第二层32b由于负电荷而具有优异的场效应钝化性质，在形成第二层32b时可能将大量氢引入第二层32b中，因此在高温工艺中可能容易发生起泡。当这种起泡发生时，钝化膜膨胀，因此难以呈现出足够的钝化效果，因此太阳能电池100的组装密度可减小。
第二层32b可通过（例如）原子层沉积(ALD)形成，但是本发明的实施方式不限于此。即，第二层32b可利用各种方法形成。
因此，在本实施方式中，用于防止起泡的第一层32a形成在半导体基板110和第二层32b之间。另外，第一层32a用作热缓冲层以补充半导体基板110和第二层32b的热性质之间的差异。
因此，第一层32a可包括热膨胀系数介于半导体基板110和第二层32b的热膨胀系数之间、界面陷阱密度大于第二层32b和第三层32c、并且具有中性以不影响第二层32b的场效应钝化的材料。另外，第一层32a可比第二层32b薄，因此不影响第二层32b的场效应钝化。在这方面，第一层32a的厚度T21可小于第三层32c的厚度T23和第四层32d的厚度T24。
具体地讲，第一层32a的热膨胀系数可小于半导体基板110的热膨胀系数和第二层32b的热膨胀系数。例如，当包括氧化铝时，考虑半导体基板110具有大约4×10-6m/℃的热膨胀系数，并且第二层32b具有大约0.3×10-6m/℃的热膨胀系数，第一层32a可具有0.3×10-6m/℃至3.5×10-6m/℃的热膨胀系数。当第一层32a具有上述范围内的热膨胀系数时，可防止由于半导体基板110和第二层32b的热膨胀系数之间的差异而引起的问题。然而，本发明的实施方式不限于上述示例，第一层32a的热膨胀系数的数值范围可考虑半导体基板110和第二层32b的材料等而变化。
另外，第一层32a可具有不影响第二层32b的场效应钝化的厚度。例如，第一层32a的厚度T21与第二层32b的厚度T22之比可为1:4至1:12（更具体地讲，1:4至1:6）。厚度比被确定为不影响场效应钝化并且防止第二层32b的起泡并实现作为热缓冲层的功能。然而，本发明的实施方式不限于上述示例，第一层32a与第二层32b的厚度比也可变化。
在这方面，第一层32a的厚度T21可为1nm至5nm。当第一层32a的厚度T21小于1nm时，可能难以防止第二层32b的起泡的发生，并且第一层32a难以用作热缓冲层。另一方面，当第一层32a的厚度T21超过5nm时，第二层32的场效应钝化效果可降低。
为了将第一层32a形成这种小厚度，第一层32a可通过热沉积形成。即，第一层32a可为热氧化物层。在这方面，构成半导体基板110的二氧化硅（含硅的氧化物）是具有如上所述的热膨胀系数和中性的材料，因此第一层32a可由二氧化硅形成。在这种配置中，第一层32a可容易地通过将半导体基板110热氧化来形成。
这样，当第一层32a由热氧化物形成时，形成氧原子的量少于通过沉积等形成的氧化物（例如，由相同材料形成的二氧化硅）的略不稳定的二氧化硅。另外，第一层32a的界面陷阱密度可大于构成第二钝化膜32的其它层（即，第二层32b、第三层32c和第四层32d）。即，通过包括比SiO2（稳定的二氧化硅）少的氧(O)原子，第一层32a可具有相对高的界面陷阱密度。这样，当氧原子的量减少时，第二层32b中的氢扩散到略不稳定的第一层32a中。因此，第二层32b中的氢的量可减少，因此可有效防止第二层32b中的起泡的发生。更具体地讲，当第二钝化膜32中包括比氢填充缺陷（例如，悬空键）更多量的氢时，剩余氢与另一气体等反应或以气体的形式单独存在并因此可能发生起泡同时爆炸。考虑于此，在本实施方式中，第一层32a形成在半导体基板110与第二层32b之间以使剩余氢扩散，因此可防止或减少第二层32b中剩余的氢，从而防止起泡。
例如，第一层32a可具有4.1×1011cm-2eV-1至6×1011cm-2eV-1的界面陷阱密度。提供此范围作为用于剩余氧的扩散的适当密度的示例，本发明的实施方式不限于此。
折射率不同于第二层32b的第三层32c可形成在第二层32b上。由于第三层32c具有不同于第二层32b的折射率，所以可通过其容易地反射已穿过半导体基板110的光。即，第三层32c具有低于第二层32b的折射率，因此可通过全反射将光反射回半导体基板110。
例如，第二层32b可具有1.6至1.8的折射率，第三层32c可具有低于第二层32b的1.4至1.6的折射率。例如，第三层32c可包括二氧化硅。这样，可通过调节第二层32b和第三层32c的折射率来有效地反射已穿过半导体基板110的光。另外，第二层32b的厚度T22可小于第三层32c的厚度T23。这是因为，当第二层32b的厚度T22增加时，起泡等发生，并且由ALD等形成的第二层32b的生产率可能降低。例如，第三层32c的厚度T23可为200nm至250nm。这种厚度限于可通过考虑折射率而使反射特性最大化的范围。
在这方面，第一层32a可以是热氧化物层，第三层32c可以是通过沉积（例如，诸如等离子体增强CVD(PECVD)的化学气相沉积(CVD)）形成的二氧化硅层。因此，第一层32a的界面陷阱密度可以是第三层32c的1.5倍至5倍（更具体地讲，2倍至3倍）。
另外，封盖第一层32a、第二层32b和第三层32c的第四层32d可形成在第三层32c上。第四层32d用于防止在形成第二电极34时，在不必要的部分中，用于形成第二电极34的材料扩散到第二钝化膜32中或烧穿第二钝化膜32。第四层32d可包括各种材料，例如氮化硅。
第四层32d的厚度T24不受具体限制。例如，第四层32d可具有50nm至100nm的厚度T24，以用作封盖层并在短时间内形成。
另外，第四层32d可具有2.0至2.5的折射率。可通过调节氨（形成氮化硅的气源）的量来调节SiNx的x，从而获得所述折射率。可通过这种折射率进一步引起光的反射。
此外，参照图1的另一放大圆图，第一钝化膜22包括顺序层叠在半导体基板110上的第一层22a、第二层22b、第三层22c和第四层22d。
在这方面，第一钝化膜22包括第二层22b不是必要的。即，在本实施方式中，使p型背面场区域30钝化的第二钝化膜32包括第二层32b，所述第二层32b包括具有用于场效应钝化的负电荷的氧化物，而使n型发射极区域20钝化的第一钝化膜22没有必要包括第二层22b，所述第二层22b包括具有负电荷的氧化物。可在不加重制造工艺负担的情况下形成第一钝化膜22的第二层22b，因为第二层22b可随第二钝化膜32的第二层32b一起形成。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。例如，当发射极区域20为p型时，第一钝化膜22必定包括第二层22b。
另外，第二层22b、第三层22c和第四层22d具有恒定折射率，因此防止或减少前反射。
第一钝化膜22的第一层22a和第二层22b类似于第二钝化膜32的第一层32a和第二层32b。这是因为，第一钝化膜22的第一层22a和第二钝化膜32的第一层32a利用相同的制造工艺形成，第一钝化膜22的第二层22b和第二钝化膜32的第二层32b利用相同的制造工艺形成。这样，第一钝化膜22和第二钝化膜32的至少一部分可一起形成，这将导致制造工艺简化。这将在下面描述。
在这方面，第一钝化膜22的第一层22a的厚度可小于第二钝化膜32的第一层32a。这是因为半导体基板10在其正面处设置有不规则。例如，第二钝化膜32的第一层32a的厚度T21可为1nm至5nm，第一钝化膜22的第一层22a的厚度T11可为1nm至4nm。然而，本发明的实施方式不限于此，厚度T11和T21可不同地改变。另外，第一层22a的材料以及第二层22b的材料、厚度等与第二钝化膜32中相同或相似，因此本文中将省略其详细描述。
另外，形成在第二层22b上的第三层22c和第四层22d用作通过折射率、厚度等的调节来防止或减少反射的减反射膜。例如，第三层22c的折射率可大于第二层22b，第四层22d的折射率可小于第三层22c。为了具有第三层22c与第四层22d的折射率之间的这种差异，第三层22c可包括氮化硅，第四层22d可包括二氧化硅。然而，提供这些材料仅是为了说明性目的，第三层22c和第四层22c可包括各种其它材料。在这方面，第一层22a的界面陷阱密度可为第四层22d的1.5倍至5倍。这考虑了第一层22a是热氧化物层，第三层22c是通过沉积形成的氧化物层。然而，本发明的实施方式不限于此。
例如，第二层22b可具有1.6至1.8的折射率。第三层22c可具有2.0至2.5的折射率，第四层22d可具有1.4至1.6的折射率。另外，第二层22b的厚度T12可小于第三层22c的厚度T13和第四层22d的厚度T14。例如，第二层22b的厚度T12可为4nm至20nm，第三层22c的厚度T13可为80nm至90nm，第四层22d的厚度T14可为100nm至120nm。这些厚度和折射率被优化以防止或减少反射。然而，本发明的实施方式不限于上述示例，第二层22b、第三层22c和第四层22d的厚度和折射率可变化。
这样，在本实施方式中，可通过改进第一钝化膜22和第二钝化膜32中的每一个的层叠结构来增强各种特性。
即，可通过第一钝化膜22的第一层22a来去除悬空键，第一钝化膜22可通过限制第二层22b、第三层22c和第四层22d的折射率来用作减反射膜。
另外，第二钝化膜32的第二层32b形成为负电场氧化物层，因此第二钝化膜32可有效地使p型导电区域20和30（在本实施方式中，背面场区域30）钝化。在这方面，热膨胀系数介于半导体基板110和第二层32b的热膨胀系数之间并且具有高界面陷阱密度的作为中性膜的第一层32a形成在第二层32b和半导体基板110之间，因此可增强热性质，并且可防止第二层32b的起泡。另外，可通过调节第二层32b和第三层32c的折射率来有效实现第二层32b和第三层32c的背面对光的反射，因此已穿过半导体基板110的光可重复使用，并且因此，使用的光的量可增加。另外，第四层32d用作封盖层，因此可防止或减少诸如在形成第二电极34时对第二钝化膜32的损坏等的问题。
这样，在本实施方式中，可通过优化第一钝化膜22和/或第二钝化膜32来使太阳能电池100的效率最大化。例如，太阳能电池100的效率可增加大约1%或更多，并且当利用太阳能电池100制造太阳能电池模块时功率可增加15W或更多。因此，产品的价格竞争力也可增强。
现在将参照图4a至图4g详细描述具有上述结构的太阳能电池100的制造方法。以下，本文中将省略已经描述的元件的详细描述，本文中将提供不同元件的详细描述。
图3是示出根据本发明的实施方式的太阳能电池的制造方法的流程图。图4a至图4g是顺序示出图3所示的太阳能电池的制造方法的截面图。
参照图3，根据本实施方式的太阳能电池的制造方法包括以下步骤：制备基板（步骤ST10）；形成导电区域（步骤ST20）；形成钝化膜（步骤ST30）；以及形成电极（步骤ST40）。现在将参照图4a至图4g详细描述各个步骤。
首先，如图4a所示，在制备步骤（步骤ST10）中，制备具有第二导电类型杂质并包括基极区域10的半导体基板110。在本实施方式中，半导体基板110可由具有p型杂质的硅制成。在这方面，半导体基板110的正面可被纹理化以具有不规则，并且其背面的表面粗糙度可低于其正面。
纹理化工艺可以是湿法纹理化或干法纹理化。湿法纹理化可通过将半导体基板110浸入纹理化溶液中来执行，优点在于制造时间短。干法纹理化通过利用金刚石钻头、激光等切割半导体基板110的表面来进行。在干法纹理化中，可均匀地形成不规则，但制造时间长，并且可能发生对半导体基板110的损坏。另外，半导体基板110可通过反应离子蚀刻（RIE）等来纹理化。这样，半导体基板110可利用各种方法来纹理化。另外，半导体基板110的背面可在形成第二电极34时通过镜面抛光而具有优异的反射率。
随后，如图4b所示，在导电区域的形成中（步骤ST20），形成作为导电区域的发射极区域20。在本实施方式中，首先形成发射极区域20，并且在形成第二电极34时以及在此前形成背面场区域30，但是本发明的实施方式不限于此。即，背面场区域30的至少一部分可在步骤ST20中形成。
例如，发射极区域20可通过诸如离子注入、热扩散等的各种方法通过利用第一导电类型杂质（例如，n型杂质）掺杂半导体基板110来形成。在这方面，具有选择性发射极结构并具有第一部分20a和第二部分20b的发射极区域20可通过利用第一导电类型杂质掺杂半导体基板110多次或者通过利用梳状掩模离子注入来形成。
随后，如图4c至图4f所示，在钝化膜的形成中（步骤ST30），在半导体基板110的正面和背面上分别形成第一钝化膜22和第二钝化膜32。这将在下面更详细地描述。
首先，如图4c所示，在半导体基板110的相对表面上形成第一钝化膜22的第一层22a和第二钝化膜32的第一层32a。在这方面，第一层22a和32a可形成为通过使半导体基板110在炉中在高温下热生长而形成的热氧化物层。当半导体基板110包括硅时，第一层22a和32a可形成为二氧化硅层。因此，可容易地形成具有较小厚度、相对低的氧浓度和较高界面陷阱密度的第一层22a和32a。
随后，如图4d所示，在半导体基板110的相对表面上形成第一钝化膜22的第二层22b和第二钝化膜32的第二层32b。在这方面，第二层22b和32b可由氧化铝、二氧化铪、氧化锆等形成以用于场效应钝化。第二层22b和32b可通过ALD等形成。
在这方面，使p型背面场区域30钝化的第二钝化膜32包括第二层32b，而第一钝化膜22可不包括第二层22b。
这样，第一钝化膜22和第二钝化膜32的至少一部分可一起形成，因此制作工艺可简化。
随后，如图4e所示，在第一钝化膜22的第二层22b上形成第一钝化膜22的第三层22c和第四层22d。随后，如图4f所示，在第二钝化膜32的第二层32b上形成第二钝化膜32的第三层32c和第四层32d。第一钝化膜22的第三层22c可以是氮化硅层，其第四层22d可以是二氧化硅层。另外，第二钝化膜32的第三层32c可以是二氧化硅层，其第四层32d可以是氮化硅层。
第三层22c和32c以及第四层22d和32d可通过诸如真空沉积、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷、喷涂等的各种方法形成。因此，第三层22c和32c以及第四层22d和32d的界面陷阱密度可低于作为热氧化物层的第一层22a和32a。
在本实施方式中，第一钝化膜22的第三层22c和第四层22d在第二钝化膜32的第三层32c和第四层32d之前形成，但是本发明的实施方式不限于此。即，第二钝化膜32的第三层32c和第四层32d可在第一钝化膜22的第三层22c和第四层22d之前形成。另外，各种修改也是可能的。
随后，如图4g所示，在电极的形成中（步骤ST40），在半导体基板110的正面上形成接触发射极区域20的第一电极24，在半导体基板110的背面上形成第二电极34。在这方面，背面场区域30可在形成第二电极34之前或者在形成第二电极34时形成。
可在第一钝化膜22中形成开口，并且可通过诸如镀覆、沉积等的各种方法在所述开口中形成第一电极24。另外，可在第二钝化膜32中形成开口，并且可通过诸如镀覆、沉积等的各种方法在所述开口中形成第二电极34。
在另一实施方式中，具有上述形状的第一电极24和第二电极34可如下形成：通过丝网印刷等将用于形成第一电极和第二电极的浆料分别涂覆在第一钝化膜22和第二钝化膜32上，并且对其执行烧穿、激光烧穿接触等。在这种情况下，可能不需要或使用形成开口的单独工艺。另外，第二电极34由诸如铝等的金属形成，因此第二电极34中的铝在煅烧工艺期间扩散到半导体基板110的背面中，因此形成背面场区域30。
将更详细地描述形成第二电极34的工艺。可在第二钝化膜32上形成第二电极部分342，然后可通过经由激光烧穿接触等使与第一电极部分341对应的部分熔融来形成第一电极部分341。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。即，第二电极34可通过在第二钝化膜32中形成开口并完全填充所述开口来形成。另外，第二电极34可利用各种其它方法形成。另外，背面场区域30可通过热扩散、离子注入等来单独地形成，这也在本发明的实施方式的范围内。
在上述实施方式中，形成作为导电区域的背面场区域30和发射极区域20，形成第一钝化膜22和第二钝化膜32，然后形成第一电极24和第二电极34。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。即，发射极区域20、背面场区域30、第一钝化膜22、第二钝化膜32、第一电极24和第二电极34的形成顺序可不同地改变。
在本实施方式中，可通过改进第一钝化膜22和第二钝化膜32中的每一个的层叠结构来增强各种特性。
即，设置在半导体基板110的背面上的第二钝化膜32的第二层32b形成为负电场氧化物层，因此第二钝化膜32可有效地使p型导电区域20和30钝化。在这方面，热膨胀系数介于半导体基板110与第二层32b的热膨胀系数之间并且具有高界面陷阱密度的作为中性膜的第一层32a形成在第二层32b与半导体基板110之间，因此可增强热性质，并且可防止第二层32b的起泡。另外，可通过调节第二层32b和第三层32c的折射率来有效地实现后反射，因此已穿过半导体基板110的光可重复使用，因此，所使用的光的量可增加。另外，第四层32d用作封盖层，因此可防止诸如在形成第二电极34时对第二钝化膜32的损坏等的问题。
另外，可通过设置在半导体基板110的正面上的第一钝化膜22的第一层22a来去除悬空键，第一钝化膜22可通过限制第二层22b、第三层22c和第四层22d的折射率来用作减反射膜。
结合实施方式所描述的特定特性、结构或效果被包括在本发明的至少一个实施方式中，没有必要包括在本发明的所有实施方式中。另外，本发明的任何特定实施方式的特定特性、结构或效果可以按照任何合适的方式与本发明的一个或更多个其它实施方式组合，或者可由本发明的实施方式所属领域的技术人员改变。因此，应该理解，与这种组合或改变关联的内容落入本发明的实施方式的精神和范围内。
尽管参照本发明的许多示意性实施方式描述了本发明的实施方式，但是应该理解，本领域技术人员可以想到将落入本发明的实施方式的固有方面内的许多其它修改和应用。更具体地讲，可对本发明的实施方式的具体构成元件进行各种变化和修改。另外，应该理解，与所述变化和修改相关的差异落入所附权利要求中限定的本发明的实施方式的精神和范围内。
本申请要求2013年3月5日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2013-0023572的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。

Claims (17)

1.一种太阳能电池，该太阳能电池包括：
半导体基板；
导电区域，其形成在所述半导体基板处并具有与所述半导体基板的导电类型相同或不同的导电类型；
钝化膜，其形成在所述半导体基板上，以覆盖所述导电区域；以及
电极，其电连接到所述半导体基板和所述导电区域中的至少一个，
其中，所述钝化膜包括：
第一层，其形成在所述导电区域上并包括二氧化硅；
第二层，其形成在所述第一层上并包括带有负电荷的氧化物；
第三层，其形成在所述第二层上，并具有与所述第二层的折射率不同的折射率；以及
第四层，所述第四层在所述第三层上，并且
其中，所述第一层包括二氧化硅，所述第三层包括二氧化硅，并且所述第四层包括氮化硅。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二层包括从由氧化铝、二氧化铪和氧化锆构成的组中选择出的至少一种材料。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一层的热膨胀系数比所述半导体基板的热膨胀系数小并且比所述第二层的热膨胀系数大，并且所述第一层具有比所述第二层和所述第三层高的界面陷阱密度。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一层具有比所述第二层和所述第三层中的每一个小的厚度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一层与所述第二层的厚度比为1:4至1:12。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一层具有1nm至5nm的厚度。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述钝化膜被设置在所述半导体基板的背面上，所述第三层具有比所述第二层小的折射率。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中，所述第二层具有比所述第三层小的厚度。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二层具有1.6至1.8的折射率，所述第三层具有1.4至1.6的折射率，并且所述第四层具有2.0至2.5的折射率，并且
其中，所述第二层具有4nm至20nm的厚度，所述第三层具有200nm至250nm的厚度，并且所述第四层具有50nm至100nm的厚度。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述导电区域包括形成在所述半导体基板的第一表面处并具有第一导电类型的第一导电区域以及形成在所述半导体基板的第二表面处并具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的第二导电区域，并且所述导电区域还包括形成在所述半导体基板的所述第一表面上以覆盖所述第一导电区域的第一钝化膜，
其中，所述钝化膜是形成在所述半导体基板的所述第二表面上以覆盖所述第二导电区域的第二钝化膜，并且
其中，所述第一钝化膜包括：形成在所述半导体基板的所述第一表面上的第一二氧化硅层；形成在所述第一二氧化硅层上的氮化硅层；以及形成在所述氮化硅层上的第二二氧化硅层。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，所述第一钝化膜还包括形成在所述第一二氧化硅层与所述氮化硅层之间的负电荷氧化物层，并且，
其中，所述负电荷氧化物层包括从由氧化铝、二氧化铪和氧化锆构成的组中选择出的至少一种材料。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述氮化硅层具有比所述负电荷氧化物层大的折射率，并且所述第二二氧化硅层具有比所述氮化硅层小的折射率。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述负电荷氧化物层具有比所述氮化硅层小的厚度。
14.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述负电荷氧化物层具有1.6至1.8的折射率，所述氮化硅层具有2.0至2.5的折射率，并且所述第二二氧化硅层具有1.4至1.6的折射率。
15.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述负电荷氧化物层具有4nm至20nm的厚度，所述氮化硅层具有80nm至90nm的厚度，并且所述第二二氧化硅层具有100nm至120nm的厚度。
16.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述半导体基板的所述第一表面是所述半导体基板的正面，所述半导体基板的所述第二表面是所述半导体基板的背面，并且所述第一二氧化硅层具有比所述第一层小的厚度。
17.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，所述第二导电区域为p型。
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