CN104167454A

CN104167454A - 太阳能电池及其制造方法

Info

Publication number: CN104167454A
Application number: CN201410354042.5A
Authority: CN
Inventors: 崔敏镐; 朴铉定; 崔正薰; 崔荣镐
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: EP2804219B1; US20140338747A1; CN104167454B; KR20140135881A; EP2804219A1; US10566484B2

Abstract

太阳能电池及其制造方法。讨论的太阳能电池包括：具有基区和掺杂区的半导体衬底；形成在半导体衬底上的掺杂层，掺杂层具有不同于掺杂区的导电类型；介于掺杂层和半导体衬底之间的隧道层；连接到掺杂区的第一电极；和连接到掺杂层的第二电极。

Description

太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明的实施例涉及太阳能电池及其制造方法，更具体地，涉及具有改进的结构的太阳能电池及其制造方法。

背景技术

近年来，随着如石油和煤的传统能源预计要被耗尽，对取代这些能源的可替代能源的兴趣在增长。这其中，太阳能电池作为下一代电池吸引了相当大的关注，该下一代电池将太阳能转化为电能。

这种太阳能电池可通过根据设计形成多个层和电极而被制造。太阳能电池的效率可根据多个层和电极的设计而被确定。为了商业化太阳能电池应该克服低效率问题。应该对多个层和电极进行设计以使得太阳能电池的效率能够最大化。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种太阳能电池及其制造方法，其能够改善可靠性和最大化效率。

根据本发明的一个方面，上面和其它目的可通过提供如下的太阳能电池而实现，该太阳能电池包括：半导体衬底，该半导体衬底包括基区和掺杂区；形成在半导体衬底上的掺杂层，掺杂层具有不同于掺杂区的导电类型；介于掺杂层和半导体衬底之间的隧道层；连接到掺杂区的第一电极；和连接到掺杂层的第二电极。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：制备半导体衬底；在半导体衬底的表面上形成隧道层；在隧道层上形成掺杂层；用掺杂剂掺杂半导体衬底以形成掺杂区；以及形成分别连接到掺杂区和掺杂层的第一电极和第二电极。

在根据本发明实施例的太阳能电池中，可以被形成以具有相对小的面积的与后表面场区相对应的掺杂区形成在半导体衬底上，并且具有相对大的面积的掺杂层形成在隧道层上。基于这种构造，在用掺杂剂掺杂半导体衬底期间产生的半导体衬底的特性或性能的恶化或损坏能被有效地防止或减小。另外，掺杂层和掺杂区分别地形成在彼此分离的区域中，使得当掺杂层邻近掺杂区时可能产生的分流被防止。因此，太阳能电池的开路电压(Voc)和填充因数增加且太阳能电池的效率因此提高。

附图说明

本发明的实施例的上面和其它的目的、特征和其它优点从下面结合附图的详细描述将被更清晰地理解，其中：

图1是根据本发明的实施例的太阳能电池的截面图。

图2是例示在图1中示出的太阳能电池的后平面图。

图3A-3G是例示根据本发明的一个实施例的太阳能电池的制造方法的截面图。

图4A-4I是例示根据本发明的另一个实施例的太阳能电池的制造方法的截面图。

图5是例示根据另一个实施例的太阳能电池的截面图。

图6是例示在图5中示出的太阳能电池的后平面图。

图7是例示根据本发明的改进的实施例的太阳能电池的后平面图。

图8A-8C是例示根据另一个实施例的太阳能电池的制造方法的截面图；以及

图9是例示根据本发明的另一个实施例的太阳能电池的截面图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的示例实施例，示例在附图中被示出。本发明不限于实施例且实施例可以以各种方式改进。

在图中，为了清晰简要地描述本发明的实施例，对与描述不相关的部分不进行例示，且相同的参考标记在整个说明书中用于指代相同或相似的部分。在图中，为了更清晰的描述，厚度或尺寸被放大或缩小。另外，每一个组成元件的尺寸或面积并不限定于在图中所例示的。

将进一步理解的是，在整个说明书中，当一个元件被称为“包括”另一个元件时，术语“包括”表明存在另一个元件但并不排除存在其它另外的元件，除非上下文清晰表明没有其它元件。另外，可理解的是，当一个元件(如层、膜、区域或板)被称为是在另一个元件“上”时，该一个元件可以直接地在另一个元件上，也可以存在一个或多个插入元件。相反，当一个元件(如层、膜、区域或板)被称为是直接地在另一个元件“上”时，不存在一个或多个插入元件。

下文中，将参考附图对根据本发明的实施例的太阳能电池及其制造方法进行详细的描述。

图1是根据本发明的实施例的太阳能电池的截面图。

参考图1，根据本发明的实施例的太阳能电池100包括：半导体衬底10，该半导体衬底10包括基区110和掺杂区120；掺杂层20，该掺杂层20形成在半导体衬底10上且具有不同于掺杂区120的导电类型；隧道层30，该隧道层30插入在掺杂层20和半导体衬底10之间；第一电极42，该第一电极42连接到掺杂区120；以及第二电极44，该第二电极44连接到掺杂层20。基区110可具有与掺杂区120相同的导电类型，并且掺杂层20可包括不同于半导体衬底10的材料和/或晶体结构。另外，抗反射膜50可以进一步形成在半导体衬底10的另一个表面，且阻挡层22可形成在掺杂层20上。这种构造将被更详细地描述。

更具体地，半导体衬底10包括基区110和掺杂区120，该基区110和该掺杂区120包括相同的第一导电类型掺杂剂。在这个例子中，掺杂区120通过掺杂具有与基区110相同的导电类型的高剂量的掺杂剂形成。其中不希望的载流子向掺杂区120的移动被阻止的场效应在掺杂区120中产生。相应地，掺杂区120对应于后表面场(BSF)区。掺杂区120的形状等将参考图2进行更详细的描述。

掺杂区120具有与基区110相同的材料、晶体结构和导电类型，但是具有比基区110更高的掺杂剂量(或掺杂剂浓度)。例如，掺杂区120通过制备半导体衬底10且然后用掺杂剂掺杂半导体衬底10的一部分而形成，该半导体衬底10包括基区110。掺杂方法包括各种方法，例如热扩散或离子注入。凭借这些方法中的至少一个，形成包括基区110和掺杂区120的半导体衬底10。

前表面场层130可以整体地形成在半导体衬底10的前表面(即在基区110上)。前表面场层130是其中比半导体衬底10的掺杂剂量高的第一导电类型掺杂剂被掺杂的区域且执行与背表面场(BSF)区相同的功能。即，前表面场层130阻止由入射阳光分离的电子和空穴复合并且然后在半导体衬底10的前表面上衰减。但是，本发明的实施例并不限于这个特征，而前表面场层130可以被省略。这个例子将参考图9进行更详细的描述。

基区110和掺杂区120例如可以包括包含第一导电类型掺杂剂的硅。该硅可以是单晶硅，且第一导电类型掺杂剂例如可以是n型或p型掺杂剂。即，第一导电类型掺杂剂可以是n型掺杂剂，例如V族元素，包括磷(P)、砷(As)、铋(Bi)、锑(Sb)或类似元素。可替换地，第一导电类型掺杂剂可以是p型掺杂剂，例如III族元素，包括硼(B)、铝(A1)、镓(Ga)、铟(In)或类似元素。

当基区110和掺杂区120具有作为第一导电类型掺杂剂的n型掺杂剂时，形成通过基区110和隧道层30的隧道结的掺杂层20可为p型。结果，用作通过与基区110的结引起光电转换的发射极的掺杂层20可被广泛地形成，且最终，移动速度低于电子的空穴可以被有效地收集。当光发射到隧道结上时，由光电效应产生的电子由第一电极42收集，且空穴向半导体衬底10的前表面移动并然后由第二电极44收集。最后，产生电能，但是本发明的实施例并不限于此，基区110和掺杂区120可以是p型，同时掺杂层20可以是n型。

半导体衬底10的前表面被纹理化为具有不规则结构，例如锥体形状。当由于通过这样的纹理化在半导体衬底10的前表面上形成不规则结构，表面粗糙度增大时，入射穿过半导体衬底10的前表面的光的反射能被减少。相应地，到达由半导体衬底10和掺杂层20形成的隧道结的光的量增加且光的损失因此能够被最小化。

此外，半导体衬底10的背表面可以是光滑和平坦的表面，该表面具有的表面粗糙度比前表面低，通过镜面抛光或类似方法得到。当隧道结被形成为穿过在半导体衬底10的背表面上的隧道层30时，如本发明的实施例中，太阳能电池100的性能可以根据半导体衬底10的属性发生很大的改变。基于这个原因，通过纹理化获得的不规则没有形成在半导体衬底10的背表面上，但是本发明的实施例并不限于此且多种变型是可能的。

另外，抗反射膜50可形成在前表面场层130上。抗反射膜50可以整体形成在半导体衬底10的前表面上。抗反射膜50降低了入射在半导体衬底10的前表面上的光的反射率并钝化存在于前表面场层130的表面或内部的缺陷。

入射在半导体衬底10的前表面上的光的反射率的降低导致到达隧道结的光的量增加。因此，太阳能电池100的短路电流(Isc)能被增加。另外，抗反射膜50钝化了缺陷，去除了少数载流子的复合点，因此增加了太阳能电池100的开路电压(Voc)。如此，抗反射膜50增加了太阳能电池100的开路电压和短路电流，因此提高了太阳能电池100的转换效率。

抗反射膜50可由多种材料形成。例如，抗反射膜50可以是选自由氮化硅膜、含氢氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、MgF₂、ZnS、TiO₂和CeO₂组成的组的单层膜，或包括两个或更多个膜的组合的多层膜，但是本发明的实施例并不限于此且抗反射膜50可包括多种材料。

在本发明的实施例中，隧道层30形成在半导体衬底10的背表面上。隧道层30改善了半导体衬底10的背表面的界面特性并使得所产生的载流子通过隧道效应有效地转移。隧道层30可包括能够使载流子隧穿的多种材料，材料的例子包括氧化物、氮化物和导电聚合物。

在本发明的实施例中，隧道层30可被形成在至少基区110和掺杂层20之间。例如，在本发明的实施例中，隧道层30可具有与掺杂层20相对应(即，实质上相同)的形状。形状的细节将参考图2进行详细的描述。关于该形状的原因是整个过程通过以相同的工序蚀刻隧道层30和掺杂层20而被简化，掺杂区120穿过形成在隧道层30和掺杂层20中的开口30c和20c而形成，但本发明的实施例并不限于此。即，隧道层30可形成在掺杂层20不形成的区域，或在对应于掺杂区120以及基区110的区域中。

隧道层30的厚度可以是5.0nm或更小，以使得隧道层30充分展现隧道效应，或可以是0.5nm至5.0nm(例如，1.0nm至3.0nm)。当隧道层30的厚度超过5.0nm时，隧穿没有被充分地执行且太阳能电池100不能工作，且当隧道层30的厚度小于0.5nm时，这会使具有期望质量的隧道层30的形成变得困难。为了进一步改善隧穿效应，隧道层30的厚度可以是1.0nm至3.0nm，但本发明的实施例并不限于此且隧道层30的厚度可以改变。

另外，与半导体衬底10的导电类型相反的掺杂层20形成在隧道层30上。掺杂层20可包括具有第二导电类型掺杂剂的半导体(例如，硅)。掺杂层20可通过利用多种方法(例如，沉积或印刷)用第二导电类型掺杂剂掺杂非晶硅、微晶硅或多晶硅形成。在该情形中，第二导电类型掺杂剂可以是任何与半导体衬底10的导电类型相反的掺杂剂。即，当第二导电类型掺杂剂是p型掺杂剂时，可使用III族元素如硼(B)、铝(A1)、镓(Ga)或铟(In)。当第二导电类型掺杂剂是n型掺杂剂时，可以使用V族元素如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)。掺杂层20通过隧道层30与基区110形成隧道结，因此实质上导致了光电转换。

在该情形中，隧道层30和掺杂层20分别设置有开口30c和20c，开口区域对应于掺杂区120。

当掺杂区120被形成时，防止掺杂层20等被污染并有助于掺杂区120的形成的阻挡层22可以设置在掺杂层20上。这样的阻挡层22随后将参考图3A至3G再次描述。阻挡层22不要求形成或根据制造方法等可以不被形成。

第一电极42形成在半导体衬底10上使得第一电极42连接到掺杂区120，以及第二电极44穿过掺杂层20上的阻挡层22使得第二电极44连接到掺杂层20。第一和第二电极42和44可以包括各种金属材料。另外，第一和第二电极42和44可具有各种平面形状，且彼此并不电连接，但分别连接到掺杂区120和掺杂层20，以收集产生的载流子并传输所收集的载流子到外部。即，本发明的实施例并不限制第一电极和第二电极42和44的平面形状。

在本发明的实施例中，第一电极42设置得比第二电极44更接近于衬底10。即，第一电极42设置在衬底10上，中间没有介入隧道层30、掺杂层20和阻挡层22的至少一个。另一方面，第二电极44设置在衬底10上，中间介入有隧道层30和掺杂层20的至少一个。在本发明的实施例中，第二电极44可以设置在掺杂层20上。在另一个实施例中，第二电极44可以设置在掺杂层20和阻挡层22两者上。更特别地，第二电极44可设置在(例如，直接设置在其上)阻挡层22的开口内的掺杂层20上(即，第二电极44可以设置在掺杂层20和阻挡层22的开口的侧表面上(例如，直接设置在其上))和阻挡层22的开口附近的阻挡层22上。在该情形中，第一电极42相对于第二电极44是凹进的。

下文中，包括基区110和掺杂区120的半导体衬底10、掺杂层20、隧道层30以及第一和第二电极42和44的平面结构将参考图2进行详细描述。图2是例示根据本发明实施例的太阳能电池100的后平面图。在图2中示出的第一和第二电极42和44的结构仅仅是示例且本发明的实施例并不限于此。

参考图2，在根据本实施例的太阳能电池100中，掺杂区120形成得比掺杂层20窄。结果，穿过在半导体衬底110和掺杂层20之间的隧道层30形成的隧道结可以被增宽。如上描述的，当基区110和掺杂区120具有n导电类型而掺杂层20具有p导电类型时，低移动速率的空穴可以被有效收集。

为了这个目的，掺杂区120可包括沿着半导体衬底10的第一边缘(图中的上边缘)形成的第一主干部分120a和从主干部分120a向与第一边缘相反的第二边缘(图中的下边缘)延伸的多个第一分支部分120b。多个第一分支部分120b对准以彼此平行从而具有条形图案形状。掺杂层20可包括沿着半导体衬底110的第二边缘形成的第二主干部分20a和在第一分支部分120b之间从第二主干部分20a向第一边缘延伸的多个第二分支部分20b。多个第二分支部分20b对准以彼此平行从而具有条形图案形状。掺杂区120的第一分支部分120b和掺杂层20的第二分支部分20b可交替设置。另外，隧道层30可具有与掺杂层20相同或类似的形状从而形成具有对应于第二主干部分20a和第二分支部分20b的部分。

掺杂区120和掺杂层20的面积可通过改变第一和第二主干部分120a和20a和/或第一和第二分支部分120b和20b的宽度而被控制。即，第一主干部分120a的宽度可以小于第二主干部分20a的宽度，和/或第一分支部分120b的宽度可小于第二分支部分20b的宽度。

例如，掺杂区120的总面积与太阳能电池100的总面积的比例可以是0.5％至30％(更优选0.5％至5％)。当掺杂区120的总面积的比例小于0.5％时，掺杂区120和第一电极42之间的接触没有精确地形成且掺杂区120和第一电极42之间的接触电阻会因此增加。当面积比例超过30％，如上描述的，掺杂层20的面积减小且太阳能电池100的效率因此降低。在考虑到太阳能电池的效率的情况下，面积比例优选地，但不是必须地，为0.5％至5％。

第一电极42可包括与掺杂区120的第一主干部分120a对应的主干部分42a和与掺杂区120的第一分支部分120b对应的分支部分42b。相似地，第二电极44可以包括与掺杂层20的第二主干部分20a对应的主干部分44a和与掺杂层20的第二分支部分20b对应的分支部分44b，但本发明的实施例并不限于此，且第一电极42和第二电极44可具有各种平面形状。

在实施例中，示例性的是，掺杂区120具有第一主干部分120a，掺杂层20具有第二主干部分20a，第一电极42具有主干部分42a，第二电极44具有主干部分44a。但是，本发明的实施例并不限于此，第一和第二主干部分120a和20a以及主干部分42a和44a并不是必需的。因此，一个或多个第一主干部分120a、第二主干部分20a、主干部分42a、和主干部分44a可以不被形成或可以不被包括。

基于这种构造，第一电极42整体接触掺杂区120的不形成掺杂层20的部分，且第二电极44整体接触掺杂区120的形成有掺杂层20的部分。因此，掺杂层20的区域足够被保证，且掺杂区120和第一电极42彼此分开，且掺杂层20和第二电极44彼此分开。因此，掺杂区120和第一电极42之间的电连接以及掺杂层20和第二电极44之间的电连接可被稳定地形成。另外，用来隔离掺杂区120和第一电极42以及用来隔离掺杂层20和第二电极44的附加层并不需要，并且结构和制造工序可以因此被简化。但是，用来隔离掺杂区120和第一电极42以及隔离掺杂层20和第二电极44以改善绝缘特性的隔离层可被形成。

在根据本发明实施例的太阳能电池100中，对应于可以被形成以具有相对小面积的后表面场区的掺杂区120形成在半导体衬底10上且需要具有相对大面积的掺杂层20形成在隧道层30上。基于这种构造，在半导体衬底10掺杂掺杂剂期间产生的半导体衬底10的性能或特性的恶化和损坏可以被有效地阻止或减少。另外，掺杂层20和掺杂区120分别形成在彼此分开的区域，使得当掺杂层20邻近掺杂区120时所产生的分流被阻止。基于这个原因，太阳能电池100的开路电压(Voc)和填充因数增加并且太阳能电池100的效率因此而改善。

根据实施例的太阳能电池100可以用各种方法形成且形成方法将参考图3A至3G和图4A至4I进行详细的说明。下文中，上文已经提到的描述细节不再重复而仅仅对与上文所提到的描述不同的差异进行详细说明。

图3A至3G是描述根据本发明实施例的太阳能电池的制造方法的截面图。

首先，如图3A所示，包括具有第一导电类型掺杂剂的基区110的半导体衬底10在衬底的制备中被制备。在本发明的实施例中，半导体衬底10可包括具有n型掺杂剂的硅。n型掺杂剂的例子包括V族元素，如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)和锑(Sb)。

半导体衬底10的前表面被纹理化使得前表面具有不规则性而半导体衬底10的后表面经历诸如镜面抛光处理使得半导体衬底10的后表面比它的前表面具有更小的表面粗糙度。在本发明的实施例中，后表面可以为平坦表面。

湿法或干法纹理化可以用于纹理化半导体衬底10的前表面。湿法纹理化可以通过将半导体衬底10浸入纹理化溶液中来执行并具有较短处理时间的优势。干法纹理化是使用金刚石钻头、激光或类似方法切割半导体衬底10的表面的工序并能够形成统一的不规则性，但是其劣势是具有长的工序时间并会造成对半导体衬底10的损坏。可替换地，半导体衬底10可通过反应离子刻蚀(RIE)或类似方法进行纹理化。如此，半导体衬底10可以通过多种方法纹理化。另外，半导体衬底10的后表面可以用已知的镜面抛光方法来处理。

接下来，如图3B所示，隧道层30和掺杂层20形成在半导体衬底10的后表面上。此时，阻挡层22可进一步形成在掺杂层20上。

隧道层30可通过如热生长或沉积(如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，原子层沉积(ALD))等方法形成，但本发明的实施例并不限于此且隧道层30可用多种方法形成。掺杂层20包括具有第二导电类型掺杂剂的微晶、非晶或多晶半导体。掺杂层20可通过由热生长、沉积(例如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等方法形成微晶、非晶或多晶半导体以及然后用第二导电类型掺杂剂掺杂半导体来形成。可替换地，掺杂层20可通过在热生长、沉积(例如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等方法的工序中注入包括第二导电类型掺杂剂的物质形成微晶、非晶或多晶半导体的同时通过掺杂第二导电类型掺杂剂形成，但本发明的实施例并不限于此并且半导体层30可由多种方法形成。

接着，如图3C所示，具有暴露与掺杂区120对应的区域的开口200a的掩模层200形成在掺杂层20上。掩模层200可通过施加包括各种光阻的层而形成，但本发明的实施例并不限于此并且掩模层200可利用多种方法形成。

接着，如图3D所示，掺杂层20、隧道层30和阻挡层22从与掩模层200的开口200a对应的区域去除以形成开口20c和30c。对应区域的掺杂层20和隧道层30的去除可使用各种已知的方法(例如，蚀刻)来执行，但本发明的实施例并不限于此。

接着，如图3E所示，通过掺杂第一导电类型掺杂剂而将掺杂区120形成在与开口20c和30c对应的区域中。掺杂可利用多种方法执行，例如离子注入或热扩散。

掩模层200可以在掺杂第一导电类型掺杂剂之后被去除，但通常在形成开口20c和30c之后而在掺杂区120的形成完成之前被去除(如，激活热处理)，目的是由防止掩模层200造成的污染。因此，阻挡层22用作掩模并阻止了第一导电类型掺杂剂结合进入掺杂层20。另外，阻挡层22有利于第一导电类型掺杂剂扩散进入半导体衬底10内。

接着，如图3F所示，前表面场层130形成在半导体衬底10的前表面上以及抗反射膜50形成在前表面场层130上。前表面场层130可通过用第一导电类型掺杂剂掺杂半导体衬底10而形成。例如，前表面场层130可通过各种方法(例如离子注入或热扩散)用第一导电类型掺杂剂掺杂半导体衬底10而形成。抗反射膜50可通过各种方法形成，例如真空沉积、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷或喷涂，但本发明的实施例并不限于此并且可以使用各种方法。

接着，如图3G所示，形成分别电连接到掺杂区120和掺杂层20的第一和第二电极42和44。

第一电极42可在阻挡层22中形成开口之后用各种方法形成，如涂敷或沉积。可替换地，第一电极42可通过利用丝网印刷等方法施加用于形成第一电极42的浆料在阻挡层22上并然后在其上执行烧制(fire through)、激光烧制接触等来形成。在该情形中，并不要求单独地形成开口的工序。第二电极44也可通过各种方法(例如，涂敷或沉积)形成在半导体衬底10上(更特别地，形成在掺杂区120上)。

根据这样的制造方法，隧道层30、掺杂层20和阻挡层22在形成掺杂区120时被用作掩模，有利地不需要额外的掩模工序。

其中形成隧道层30、掺杂层20和阻挡层22，形成掺杂区120，形成前表面场层130和抗反射膜50，以及之后形成第一电极和第二电极42和44的例子在上面的实施例中已经被提供，但本发明的实施例并不限于此。因此，隧道层30、掺杂层20、阻挡层22、掺杂区120、前表面场层130、抗反射膜50、以及第一电极和第二电极42和44的形成顺序可以改变。

根据另一个实施例的太阳能电池100的制造方法将参考图4A至4I进行详细的描述。上面已经描述过的细节将不再重复，仅对与上面不同的方面进行详细描述。

图4A至4I是例示根据本发明另一个实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。

首先，如图4A所示，包括具有第一导电类型掺杂剂的基区110的半导体衬底10在衬底制备期间被制备。

接着，如图4B和4C所示，使用具有开口202a的掩模202将掺杂区20形成在半导体衬底10的后表面。在掩模202布置在后表面上的同时，通过用第一导电类型掺杂剂掺杂半导体衬底10的后表面的一部分将掺杂区120形成在对应于开口202a的区域中。掩模202布置在半导体衬底10上，且例如是障板(shadow mask)。

接着，如图4D所示，隧道层30和掺杂层20形成在半导体衬底10的后表面上。此时，阻挡层22可进一步形成在掺杂层20上。

接着，如图4E所示，具有暴露与掺杂区120对应的区域的开口200a的掩模层200形成在掺杂层20上。

接着，如图4F所示，掺杂层20、隧道层30和阻挡层22从与掩模层200的开口200a对应的区域中去除以形成开口20c和30c。

接着，如图4G所示，掩模层200被去除。

接着，如图4H所示，前表面场层130形成在半导体衬底10的前表面上且抗反射膜50形成在前表面场层130上。

接着，如图4I所示，形成分别电连接到掺杂区120和掺杂层20的第一和第二电极42和44。

具有该结构的太阳能电池100可根据太阳能电池100的该制造方法通过简单的工序来制造，但是如上描述的，顺序和方法的细节可以改变。

下文中，根据其它实施例的太阳能电池将参考图5至9进行详细的描述。实施例在细节上与之前所描述的实施例相同的内容或相似的内容不再进行描述且仅描述与上面所描述的不同的内容。

图5是例示根据本发明的另一个实施例的太阳能电池的截面图，以及图6是例示图5示出的太阳能电池的后平面图。为了清楚的描述，绝缘层24在图6中不示出。

参考图5和6，本发明实施例的掺杂区120包括连接到第一电极42的多个第一部分120c，并且第一部分120c具有岛状形状。因此，掺杂区120的面积被最小化且掺杂区120整体地设置在半导体衬底10上。即，表面复合可被阻止或减少且掺杂层20的面积可以被最大化，但本发明的实施例并不限于此，并且掺杂区120可具有能够最小化掺杂区120的面积的多种形状。

另外，具有圆形形状的掺杂区120示例性地在图中示出，但本发明的实施例并不限于此。因此，掺杂区120可具有包括椭圆形或多边形的平面形状，例如三角形、矩形或六边形。

在该情形中，掺杂区120的宽度或直径可以是50μm至1000μm。当掺杂区120的宽度或直径小于50μm时，掺杂区120和第一电极42之间的电连接可能失效而当它的宽度或直径超过1000μm时，掺杂层20的面积可被减小或与掺杂区120之间的间距可能增加。考虑到与第一电极42的连接、面积比例等，掺杂区120的宽度或直径可以是100μm-500μm，但本发明的实施例并不限于此，并且具体的值可以根据情况而变化。

掺杂层20可具有完全的连接以具有整体结构并包括形成在对应于第一区域120c的区域中的开口(或多个开口)20d。与此类似，隧道层30包括对应于第一区域120c的开口30d，并且隧道层30除开口30d之外在掺杂层和半导体衬底之间连续连接，以具有整体结构。如果存在，阻挡层22也可以在相应的区域具有开口。掺杂层20和隧道层30的开口20d和30d可比第一区域120c宽，且第一区域120c可整体地设置在开口20d和30d中，但本发明的实施例并不限于此，并且各种变型是可能的。

用来绝缘掺杂区120与掺杂层20的绝缘层24可形成在包括掺杂区120和掺杂层20(或阻挡层22)的半导体衬底10上。连接第一电极42与掺杂区120的第一区域120c的第一接触孔24a以及连接第二电极44与掺杂层20的第二接触孔24b可形成在绝缘层24中。在该情形中，第一接触孔24a可形成为具有在对应于第一区域120c的区域中的岛状形状且第二接触孔24b可根据第二电极44的形状具有与第二电极44完全相同或相似的形状。即，第二接触孔24b可具有对应于主干部分44a和分支部分44b的部分。如此，考虑到具有岛状区域的掺杂区120和掺杂层20的整体连接形状，第一接触孔24a和第二接触孔24b可具有不同的形状。结果，有效地确保第一电极42和具有岛状形状的掺杂区120的电连接，且稳定地保持第一电极42和掺杂层20之间的绝缘。另外，第二电极44完全接触掺杂层20，因此改善载体树脂的功效，但本发明的实施例并不限于此，第一和第二接触孔24a和24b的形状可以变化。

在本发明的实施例中，已经给出如下的示例，即，其中，第一电极42具有与如图1的实施例中相同的形状，但第一电极42的形状等可以变化。变型的实施例将参考图7进行描述。

图7是例示依据本发明的变型实施例的太阳能电池的后平面图。

参考图7，第一电极42的分支部分42b可包括与掺杂区120的第一区域120c相对应的多个第一部分421b和将第一部分421b彼此连接且具有比每一个第一部分421b更小的宽度的第二部分422b。即，对应于第一区域120c的第一部分421b的宽度大于其它部分的宽度，因此足够地确保了各个第一部分120c的面积，或足够地确保了连接第一电极42与第一区域120c的接触孔24的面积。因此，可以进一步有利于第一电极42和第一区域120c之间的电连接。

图5至7示出的制造太阳能电池100的方法将参考图8A至8C进行详细的描述。与之前描述的实施例相同或相似的实施例的内容参考图3A至3G和图4A至4I细节将不被描述，而仅描述与上面所描述的不同的内容。

图8A至8C是例示根据本发明另一个实施例的太阳能电池的制造方法的截面图。

如图8A所示，掺杂区120形成在半导体衬底10上，且具有开口30d和20d的隧道层30、掺杂层20和阻挡层22形成在半导体衬底10上。

接着，如图8B所示，绝缘层24形成在包括半导体衬底10、隧道层30、掺杂层20和阻挡层22的结构的整个表面上。绝缘层24可包括各种绝缘材料(例如，氧化物、氮化物等)且可通过各种方法形成，例如真空沉积、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷或喷涂，但本发明的实施例并不限于此，可以使用多种方法。

接着，如图8C所示，前表面场层130和抗反射膜50形成在半导体衬底110的前表面上。另外，通过第一接触孔24a和第二接触孔24b电连接到掺杂区120和掺杂层20的第一和第二电极42和44被形成。

具有上面所描述的结构的太阳能电池100可通过这样的制造方法形成。

参考图9，在根据实施例的太阳能电池中，半导体衬底10仅仅包括基区110而不包括另外的前表面场层(由图1中的参考标记“130”指代的，同样的在下面使用)。反而，接触半导体衬底10的基区110并具有固定的电荷的场效应形成层52被形成。类似于前表面场层130，场效应形成层52产生一定的场效应并因此阻止或减少表面复合。场效应形成层52可由具有负电荷的氧化铝或具有正电荷的氮化硅或氧化硅等构成。尽管没有另外地示出，但是另外的抗反射膜(图1中由参考标记“50”指代的)可进一步形成在场效应形成层52上。

这样，在本发明的实施例中，形成在半导体衬底10中的掺杂区的面积有很大的减小且整个工序因此被简化。另外，在形成掺杂区期间可能产生的对半导体衬底10的损坏能够被有效地减小。

在该情形中，场效应形成层52的固定电荷的量例如是1×10¹²/cm²至9×10¹³/cm²。固定电荷的量是能够在不包括掺杂区的半导体衬底10中产生场效应的水平。更特别地，考虑到场效应，固定电荷的量可以是1×10¹²/cm²至1×10¹³/cm²，但本发明的实施例并不限于此，固定电荷的量可以变化。

在该情形中，不包括掺杂区的基区110可具有0.5ohm·cm到20ohm·cm的特定电阻率(例如1ohm·cm至15ohm·cm)。相应地，在邻近场效应形成层52的区域中，半导体衬底10可具有0.5ohm·cm到20ohm·cm的特定电阻率(例如1ohm·cm至15ohm·cm)。但是，这个特定电阻率范围是当半导体衬底10包括使用磷(P)作掺杂剂的n型基区110时给定的示例，该电阻率可根据导电类型、掺杂剂类型等而改变。

尽管本发明的实施例的公开是为了描述的目的，但本领域技术人员将理解各种变型、附加和替换是可能的，只要没有脱离如在随附的权利要求中公开的本发明的范围和精神。

Claims

1.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：

包括基区和掺杂区的半导体衬底；

形成在所述半导体衬底上的掺杂层，所述掺杂层具有不同于所述掺杂区的导电类型；

介于所述掺杂层和所述半导体衬底之间的隧道层；

连接到所述掺杂区的第一电极；以及

连接到所述掺杂层的第二电极。

2.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述基区和所述掺杂区具有相同的导电类型且所述掺杂区的掺杂剂浓度高于所述基区的掺杂剂浓度。

3.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述掺杂层的晶体结构不同于所述半导体衬底的晶体结构。

4.根据权利要求3的太阳能电池，其中，所述半导体衬底具有单晶结构，所述掺杂层具有非晶、微晶或多晶结构。

5.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述隧道层具有0.5nm至5nm的厚度。

6.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述隧道层包括氧化物、氮化物和导电聚合物中的至少一个。

7.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述基区和所述掺杂区是n型且所述掺杂层是p型。

8.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述掺杂层的总面积大于所述掺杂区的总面积。

9.根据权利要求8的太阳能电池，其中，所述掺杂区的总面积与所述半导体衬底的总面积的比例是0.5％至30％。

10.根据权利要求9的太阳能电池，其中，所述掺杂区的总面积与所述半导体衬底的总面积的比例是0.5％至5％。

11.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述掺杂层的厚度大于所述隧道层的厚度。

12.根据权利要求11的太阳能电池，其中，所述隧道层的厚度是0.5nm至5.0nm且所述掺杂层的厚度是50nm至250nm。

13.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述掺杂区包括连接到所述第一电极的多个第一区域，且所述多个第一区域分别具有岛状形状。

14.根据权利要求13的太阳能电池，其中，所述隧道层包括对应于所述多个第一区域的开口，且所述隧道层除了在所述开口处外在所述掺杂层和所述半导体衬底之间连续连接以具有整体结构。

15.根据权利要求13的太阳能电池，其中，所述掺杂层包括对应于所述多个第一区域的开口，且所述掺杂层除了在所述开口处外连续连接以具有整体结构。

16.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述掺杂区包括连接到所述第一电极的多个第一区域和具有比所述多个第一区域更小的宽度并连接到所述多个第一区域的第二区域；或

所述掺杂区包括彼此平行的多个分支部分以具有条状图案。

17.根据权利要求1的太阳能电池，其中，所述隧道层具有与所述掺杂层相对应的形状。

18.一种用于制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：

制备半导体衬底；

在所述半导体衬底的表面上形成隧道层；

在所述隧道层上形成掺杂层；

用掺杂剂掺杂所述半导体衬底以形成掺杂区；以及

形成分别连接到所述掺杂区和所述掺杂层的第一电极和第二电极。

19.根据权利要求18的方法，该方法进一步包括：

在所述掺杂层的形成之后并且在所述掺杂区的形成之前，图案化所述隧道层和所述掺杂层以形成开口，并且

其中，所述掺杂区的形成包括通过所述开口用具有与所述掺杂层不同的导电类型的掺杂剂掺杂所述半导体衬底。

20.根据权利要求18的方法，其中，所述掺杂区的形成是在所述隧道层的形成之前被执行的，并且

所述掺杂区的形成包括使用掩模用所述掺杂剂掺杂所述半导体衬底的所述表面。