CN104934486B - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

公开的是一种太阳能电池，该太阳能电池包括：半导体基板；导电型区域，该导电型区域包括形成在所述半导体基板的一个表面上的第一导电型区域和第二导电型区域；电极，该电极包括第一电极和第二电极，其中，所述第一电极连接至所述第一导电型区域并且所述第二电极连接至所述第二导电型区域；以及钝化层，该钝化层形成在所述导电型区域上。所述钝化层包括氮化硅和碳化硅中的至少一种。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池，并且更具体地，涉及一种具有改进的结构的太阳能电池。
背景技术
近年来，随着诸如石油和煤的常规能源耗尽，对代替这些能源的另选能源的兴趣在增加。当然，太阳能电池作为将太阳能转换成电能的下一代电池正吸引相当多的关注。
这样的太阳能电池通过根据设计形成各种层和电极来制造。可以根据各种层和电极的设计来确定太阳能电池的效率。应该克服低效率使得能够将太阳能电池付诸实际使用。因此，应该设计各种层和电极使得太阳能电池效率被最大化。
发明内容
本发明的实施方式用于提供一种具有改进的效率的太阳能电池。
根据本发明的实施方式的太阳能电池包括：半导体基板；导电型区域，该导电型区域包括形成在所述半导体基板的一个表面上的第一导电型区域和第二导电型区域；电极，该电极包括第一电极和第二电极，其中，所述第一电极连接至所述第一导电型区域并且所述第二电极连接至所述第二导电型区域；以及钝化层，该钝化层形成在所述导电型区域上。所述钝化层包括氮化硅和碳化硅中的至少一种。
附图说明
将从结合附图进行的以下详细描述更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征以及其它优点，附图中：
图1是根据本发明的实施方式的太阳能电池模块的后视立体图；
图2是根据本发明的实施方式的太阳能电池的截面图；
图3是图2所例示的太阳能电池的部分后视平面图；
图4例示了根据本发明的实施方式的例示了太阳能电池的第一电极与带状物(ribbon)之间的粘合结构的各种示例的示意放大图；
图5a至图5j是例示了用于制造根据本发明的实施方式的太阳能电池的方法的截面图；
图6是根据本发明的另一实施方式的太阳能电池的截面图；
图7是根据本发明的又一个实施方式的太阳能电池的部分后视平面图；
图8是根据本发明的再一个实施方式的太阳能电池的截面图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施方式，其示例被例示在附图中。然而，本发明可以用许多不同的形式加以具体化，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方式。
为了描述的清楚，在附图中例示了仅构成本发明的特征的元素并且从附图中省略了将在本文中未被描述的其它元素。同样的附图标记在所有各处指代同样的元素。在附图中，为了例示的清楚和方便可以放大或缩小构成元素的厚度、面积等。本发明不限于所例示的厚度、面积等。
还应当理解，贯穿本说明书，当一个元素被称为“包括”另一元素时，除非上下文另外清楚地指示，否则术语“包括”指定另一元素的存在，但是不排除其它附加的元素的存在。另外，应当理解，当诸如层、区域或板的一个元素被称为位于另一元素“上”时，一个元素可以直接位于另一元素上，并且还可能存在一个或更多个中间元素。相比之下，当诸如层、区域或板的一个元素被称为“直接位于”另一元素上时，一个或更多个中间元素不存在。
在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明的实施方式的太阳能电池以及用于这些太阳能电池的电极。首先，将详细地描述太阳能电池模块，并且此后将详细地描述包括在其中的太阳能电池和这些太阳能电池中使用的电极。
图1是根据本发明的实施方式的太阳能电池模块100的后视立体图。
参照图1，根据本发明的实施方式的太阳能电池模块100包括至少一个太阳能电池(例如，太阳能电池)150、布置在太阳能电池150的前表面上的第一基板121(在下文中被称为“前基板”)以及布置在太阳能电池150的背面上的第二基板122(在下文中被称为“背片”)。另外，太阳能电池模块100可以包括布置在太阳能电池150与前基板121之间的第一密封层(sealant)131以及布置在太阳能电池150与背片122之间的第二密封层132。将在下面对此进行更详细的描述。
首先，各个太阳能电池150被构造为包括用来将太阳能转换成电能的光电转换单元以及电连接至该光电转换单元的电极。在本发明的实施方式中，光电转换单元例如可以是包括半导体基板(例如，硅晶片)或半导体层(例如，硅层)的光电转换单元。将在下面参照图2和图3详细地描述具有以上所述的结构的太阳能电池150。
太阳能电池150包括一个或更多个带状物144。太阳能电池150可以通过带状物144彼此串联、并联或串并联电连接。将通过示例描述相邻的第一太阳能电池151和第二太阳能电池152。也就是说，带状物144可以将第一太阳能电池151的第一电极42(见图2和图3)连接至与第一太阳能电池151相邻的第二太阳能电池152的第二电极44(见图2和图3)。可以不同地改变带状物144、第一太阳能电池151的第一电极42以及第二太阳能电池152的第二电极44之间的连接结构。例如，第一太阳能电池151和第二太阳能电池152的第一电极42可以沿着第一边缘彼此连接，并且第一太阳能电池151和第二太阳能电池152的第二电极44可以沿着与第一边缘相对的第二边缘彼此连接。在这方面，带状物144可以跨越第一太阳能电池151和第二太阳能电池152而形成以便连接布置在第一太阳能电池151的第一边缘处的第一电极42和布置在与第一太阳能电池151相邻的第二太阳能电池152的第二边缘处的第二电极44并且可以沿着第一边缘和第二边缘延伸。在这方面，为了防止带状物144和第一太阳能电池151及第二太阳能电池152之间的不必要的短路，绝缘层142被部分地布置在带状物144和第一太阳能电池151及第二太阳能电池152之间，并且在绝缘层142之外突出的带状物144的突出部可以连接至第一电极42或第二电极44。然而，本发明的实施方式不限于上述示例并且各种修改是可能的。
另外，汇流条带状物145交替地连接由带状物144连接并且布置在单行中的太阳能电池150的带状物144的相对端部。汇流条带状物145可以被布置在与布置在单行中的太阳能电池150的端部交叉的方向上。汇流条带状物145可以连接至接线盒，所述接线盒收集由太阳能电池150产生的电并且防止电的反向流动。
第一密封层131可以被布置在太阳能电池150的前表面上，并且第二密封层132可以被布置在太阳能电池150的背面上。第一密封层131和第二密封层132通过层压彼此粘附，进而防止可能不利地影响太阳能电池150的水分或氧气的渗透并且使得能实现太阳能电池150的元素的化学结合。
第一密封层131和第二密封层132可以是乙烯醋酸乙烯酯(EVA)共聚物树脂、聚乙烯醇缩丁醛、硅树脂、酯基树脂、烯烃基树脂等，但是本发明的实施方式不限于此。因此，可以通过除层压以外的各种方法使用各种其它材料来形成第一密封层131和第二密封层132。
前基板121被布置在第一密封层131上以便借此通过太阳光并且可以由钢化玻璃制成以保护太阳能电池150免于外部冲击等。另外，前基板121可以由低铁钢化玻璃制成以防止太阳光的反射并且增加太阳光的透射率，但是本发明的实施方式不限于此。也就是说，前基板121可以由各种其它材料制成。
背片122被布置在太阳能电池150的其它表面上以保护太阳能电池150并且是防水且绝缘的并且阻挡紫外光。背片122可以由层、片等制成。背片122可以是Tedlar/PET/Tedlar(TPT)型的，或者可以是聚偏二氟乙烯(PVDF)树脂等形成在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上的结构。作为具有(CH2CF2)n的结构的聚合物的PVDF具有双氟分子结构进而具有极好的机械特性、耐气候性和抗UV性，但是本发明的实施方式不限于此。也就是说，背片122可以由各种其它材料制成。在这方面，背片122可以由具有极好反射率的材料制成，以便反射从前基板121入射的太阳光并且以便太阳光被再用，但是本发明的实施方式不限于此。也就是说，背片122可以由透明材料(例如，玻璃)制成，使得太阳光借此入射进而太阳能电池模块100可以被具体化为双面光接收太阳能电池模块。
现在将参照图2和图3详细地描述以上所述的太阳能电池150的结构。
图2是根据本发明的实施方式的太阳能电池150的截面图，并且图3是图2的太阳能电池150的部分后视平面图。
参照图2和图3，根据本发明的实施方式的太阳能电池150包括包含基区域110的半导体基板10、位于半导体基板10的一个表面(例如，半导体基板10的背面)上的隧道层20、位于隧道层20上的导电型区域32或导电型区域34(或导电型区域32和导电型区域34)、连接至导电型区域32和导电型区域34中的一个的电极42或电极44(或电极42和电极44)。太阳能电池150还可以包括钝化层24、防反射层26、钝化层(或背面钝化层)40等。将对此进行更详细的描述。
半导体基板10可以包括以相对较低的掺杂浓度包括(掺杂物的)第二导电型掺杂物的基区域110。基区域110可以包括包含第二导电型掺杂物的结晶半导体(单晶体或多晶体)硅。例如，基区域110可以是包括第二导电型掺杂物的单晶硅基板。第二导电型掺杂物可以是n型或p型的。当第一导电型掺杂物是n型的时，第一导电型掺杂物可以是诸如P、As、Bi、Sb等的V族元素。当第一导电型掺杂物是p型的时，第一导电型掺杂物可以是诸如B、Al、Ga、In等的III族元素。
例如，当基区域110是n型的时，用来与基区域110一起形成通过光电转换而形成载流子的结(例如，其中隧道层20被布置在其之间的pn结)的p型的第一导电型区域32具有宽区域，进而可以增加光电转换区域。另外，在这种情况下，具有宽区域的第一导电型区域32有效地收集具有相对较慢的移动速率的空穴，进而还可以有助于光电转换效率的改进。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。
另外，半导体基板10可以在其前表面处包括前表面场区域130。前表面场区域130可以具有与基区域110的导电型相同的导电型和比基区域110更高的掺杂浓度。
在本发明的实施方式中，前表面场区域130是通过利用第二导电型掺杂物以相对较高的掺杂浓度对半导体基板10进行掺杂而形成的掺杂区域。因此，前表面场区域130构成包括第二导电型的结晶(单晶或多晶)半导体的半导体基板10。例如，前表面场区域130可以被形成为第二导电型的单晶半导体基板(例如，单晶硅晶片基板)的一部分。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。因此，可以通过利用第二导电型掺杂物对与半导体基板10分开的半导体层(例如，非晶半导体层、微晶半导体层或多晶半导体层)进行掺杂来形成前表面场区域130。在本发明的另一实施方式中，前表面场区域130可以是与经由通过与半导体基板10相邻形成的层(例如，钝化层24和/或防反射层26)的固定电荷进行掺杂而形成的区域类似地动作的场区域。可以使用各种其它方法来形成具有各种结构的前表面场区域130。
在本发明的实施方式中，可以使半导体基板10的前表面织构化(textured)以具有棱锥等形式的不平的表面(或突出部和/或压下部)。通过织构(texturing)工艺，不平部形成在半导体基板10的前表面处，进而其表面粗糙度增加，由此可以减小入射在半导体基板10的前表面上的光的反射率。因此，到达由基区域110和第一导电型区域32形成的pn结的光的量可以增加，并且因此，可以使光损失最小化。
此外，半导体基板10的背面可以是通过镜面抛光等形成的相对平滑且平坦的表面，并且与半导体基板10的前表面相比具有较低的表面粗糙度。如在本发明的实施方式中一样，当第一导电型区域32和第二导电型区域34一起形成在半导体基板10的背面上时，太阳能电池150的特性可以根据半导体基板10的背面的特性大大地变化。因为不平部通过织构未形成在半导体基板10的背面处，所以可以增强钝化特性，并且因此，可以增强太阳能电池150的特性。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。在一些情况下，不平部可以通过织构形成在半导体基板10的背面处。另外，各种修改是可能的。
隧道层20形成在半导体基板10的背面上。可以通过隧道层20来增强半导体基板10的背面的界面特性，并且隧道层20使得通过光电转换产生的载流子能够通过隧道效应被平滑地转移。隧道层20可以包括使得载流子能够借此穿过阻挡的各种材料，例如，氧化物、氮化物、半导体、导电聚合物等。例如，隧道层20可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、本征非晶硅、本征多晶硅等。在这方面，隧道层20可以形成在半导体基板10的整个背面上方。因此，隧道层20可以完全地增强半导体基板10的背面的特性并且在没有单独图案化的情况下容易地形成。
为了具有充足的隧道效应，隧道层20可以具有比钝化层40的厚度更小的厚度T。例如，隧道层20的厚度T可以是10nm或更小，例如0.5nm至10nm(更具体地，0.5nm至5nm，例如，1nm至4nm)。当隧道层20的厚度T超过10nm时，隧道不平滑地发生进而太阳能电池150可能不操作。另一方面，当隧道层20的厚度T小于0.5nm时，可能难以形成具有期望质量的隧道层20。为了进一步改进隧道效应，隧道层20的厚度T可以为0.5nm至5nm(更具体地，1nm至4nm)。然而，本发明的实施方式不限于上述示例并且隧道层20的厚度T可以具有各种值。
导电型区域32和导电型区域34可以被布置在隧道层20上。更具体地，导电型区域32和导电型区域34可以包括包含第一导电型掺杂物从而具有第一导电型的第一导电型区域32和包含第二导电型掺杂物从而具有第二导电型的第二导电型区域34。另外，阻挡区域36可以被布置在第一导电型区域32与第二导电型区域34之间。
第一导电型区域32与基区域110一起形成pn结(或pn隧道结)同时将隧道层20布置在其之间，进而构成通过光电转换产生载流子的发射极区域。
在这方面，第一导电型区域32可以包括包含与基区域110相反的第一导电型掺杂物的半导体(例如，硅)。在本发明的实施方式中，第一导电型区域32与半导体基板10分离地形成在半导体基板10上(更具体地，在隧道层20上)。第一导电层区域32可以被形成为掺杂有第一导电型掺杂物的半导体层。因此，第一导电型区域32可以被形成为具有与半导体基板10不同的晶体结构的半导体层以便容易地形成在半导体基板10上。例如，可以通过利用第一导电型掺杂物对可以通过诸如沉积等的各种方法容易地制造的非晶半导体、微晶半导体或多晶半导体(例如，非晶硅、微晶硅或多晶硅)进行掺杂来形成第一导电型区域32。第一导电型掺杂物可以在形成半导体层时被包括在半导体层中，或者可以在形成半导体层之后通过诸如热扩散、离子注入等的各种掺杂方法而被包括在半导体层中。
在这方面，第一导电型掺杂物可以是具有与基区域110相反的导电型的任何掺杂物。也就是说，当第一导电型掺杂物是p型的时，第一导电型掺杂物可以是诸如B、Al、Ga、In等的III族元素。当第一导电型掺杂物是n型的时，第一导电型掺杂物可以是诸如P、As、Bi、Sb等的V族元素。
第二导电型区域34形成背面场进而形成背面场区域，该背面场区域防止载流子通过在半导体基板10的表面(更具体地，背面)处复合的损失。
在这方面，第二导电型区域34可以包括包含与基区域110的导电型掺杂物相同的第二导电型掺杂物的半导体(例如，硅)。在本发明的实施方式中，第二导电型区域34与半导体基板10分离地形成在半导体基板10上(更具体地，在隧道层20上)。第二导电型区域34可以被形成为掺杂有第二导电型掺杂物的半导体层。因此，第二导电型区域34可以被形成为具有与半导体基板10不同的晶体结构的半导体层以便容易地形成在半导体基板10上。例如，可以通过利用第二导电型掺杂物对可以通过诸如沉积等的各种方法容易地制造的非晶半导体、微晶半导体或多晶半导体(例如，非晶硅、微晶硅或多晶硅)进行掺杂来形成第二导电型区域34。第二导电型掺杂物可以在形成半导体层时被包括在半导体层中，或者可以在形成半导体层之后通过诸如热扩散、离子注入等的各种掺杂方法而被包括在半导体层中。
在这方面，第二导电型掺杂物可以是具有与基区域110的导电型相同的导电型的任何掺杂物。也就是说，当第二导电型掺杂物是n型的时，第二导电型掺杂物可以是诸如P、As、Bi、Sb等的V族元素。当第二导电型掺杂物是p型的时，第二导电型掺杂物可以是诸如B、Al、Ga、In等的III族元素。
另外，阻挡区域36被布置在第一导电型区域32与第二导电型区域34之间以使第一导电型区域32与第二导电型区域34分开。当第一导电型区域32和第二导电型区域34彼此接触时，可能发生分流，并且因此，太阳能电池150的性能可能劣化。因此，在本发明的实施方式中，阻挡区域36可以被布置在第一导电型区域32与第二导电型区域34之间以防止分流的不必要发生。
阻挡区域36可以包括使得第一导电型区域32和第二导电型区域34彼此基本上绝缘的各种材料。也就是说，阻挡区域36可以由无掺杂绝缘材料(例如，氧化物或氮化物)形成。在本发明的另一实施方式中，阻挡区域36可以包括本征半导体。在这方面，第一导电型区域32及第二导电型区域34和阻挡区域36形成在同一平面上，具有基本上相同的厚度，由相同的半导体(例如，非晶硅、微晶硅或多晶硅)形成，并且可能不包括掺杂物。例如，可以形成包括半导体材料的半导体层，该半导体层的区域掺杂有第一导电型掺杂物以形成第一导电型区域32，其另一区域掺杂有第二导电型掺杂物以形成第二导电型区域34，并且阻挡区域36可以形成在其中未形成有第一导电型区域32和第二导电型区域34的半导体层的区域中。根据本发明的该实施方式，可以简化第一导电型区域32及第二导电型区域34和阻挡区域36的制造方法。
然而，本发明的实施方式不限于上述示例。也就是说，当与第一导电型区域32和第二导电型区域34分别地形成了阻挡区域36时，阻挡区域36可以具有与第一导电型区域32和第二导电型区域34不同的厚度。例如，为了更有效地防止第一导电型区域32与第二导电型区域34之间的短路，阻挡区域36的厚度可以大于第一导电型区域32和第二导电型区域34的厚度。在本发明的另一实施方式中，为了减小用于形成阻挡区域36的原材料成本，阻挡区域36的厚度可以小于第一导电型区域32和第二导电型区域34的厚度。另外，各种修改是可能的。另外，阻挡区域36的基底材料可以不同于第一导电型区域32和第二导电型区域34的那些基底材料。在本发明的另一实施方式中，阻挡区域36可以被形成为布置在第一导电型区域32与第二导电型区域34之间的空白空间(例如，沟槽)。
另外，可以形成阻挡区域36以便部分地使第一导电型区域32和第二导电型区域34在其之间的界面处彼此分开。因此，第一导电型区域32与第二导电型区域34之间的界面的某个部分可以彼此分开，同时第一导电型区域32与第二导电型区域34之间的界面的另一个部分可以彼此接触。另外，可能未必一定形成阻挡区域36，并且第一导电型区域32和第二导电型区域34可以彼此完全地接触。另外，各种修改是可能的。
在这方面，具有与基区域110的导电型相同的导电型的第二导电型区域34可以具有比具有与基区域110的导电型不同的导电型的第一导电型区域32的区域更窄的区域。因此，经由隧道层20形成在基区域110与第一导电型区域32之间的pn结可以具有更宽的区域。在这方面，当基区域110和第二导电型区域34是n型导电的并且第一导电型区域32是p型导电的时，具有宽区域的第一导电型区域32可以有效地收集具有相对较慢的移动速率的空穴。将在下面参照图3更详细地描述第一导电型区域32及第二导电型区域34和阻挡区域36的平面结构。
在本发明的实施方式中，已通过示例描述了第一导电型区域32和第二导电型区域34被布置在半导体基板10的背面上的情况，其中隧道层20被布置在第一导电型区域32及第二导电型区域34和半导体基板10之间。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。在本发明的另一实施方式中，不需要形成隧道层20并且第一导电型区域32和第二导电型区域34可以被形成为通过利用掺杂物对半导体基板10进行掺杂而形成的掺杂区域。也就是说，第一导电型区域32和第二导电型区域34可以被形成为具有构成半导体基板10的一部分的单晶半导体结构的掺杂区域。将稍后参照图8对此进行描述。可以使用各种其它方法来形成第一导电型区域32和第二导电型区域34。
钝化层40可以形成在第一导电型区域32及第二导电型区域34和阻挡区域36上，并且可以包括第一层40a和第二层40b中的一个或更多个。钝化层40可以防止第一导电型区域32和第二导电型区域34必定不连接至的电极(即，对于第一导电型区域32为第二电极44而对于第二导电型区域34为第一电极42)彼此连接，并且可以使第一导电型区域32和第二导电型区域34钝化。钝化层40包括用于暴露第一导电型区域32的第一开口402和用于暴露第二导电型区域34的第二开口404。
在本发明的实施方式中，钝化层40可以包括具有增强的耐久性、耐酸性、用于防止金属扩散的特性和等离子体抵抗的材料，以便防止当电极42和电极44形成时可以包括的钝化层40、导电型区域32和导电型区域34和/或半导体基板10的损坏。在本发明的实施方式中，因为第一电极42和第二电极44形成在半导体基板42的背面上，所以当通过各种工艺(沉积工艺、蚀刻工艺等)而形成电极42和电极44时，钝化层40、导电型区域32和导电型区域34和/或半导体基板10的损坏的可能性可能增加。因此，因为用于常规钝化层的氧化硅具有不良的耐久性、耐酸性、用于防止金属扩散的特性和等离子体抵抗，所以常规钝化层等可能被蚀刻溶液损坏，或者当电极42和电极44形成时等离子体或电极42和电极44的金属可以穿透钝化层并且扩散到导电型区域32和导电型区域34中。
因此，在本发的实施方式中，钝化层40包括氮化硅和碳化硅中的至少一种。
例如，在本发明的实施方式中，钝化层40可以包括包含氮化硅的氮化硅层的单层并且具有大约2.1或更高(例如，大约2.1至大约2.2)的折射率。当钝化层40包括氮化硅时，钝化层40具有优良的绝缘特性和增强的钝化特性。在包括氮化硅的钝化层40中，折射率与钝化层40的密度成比例。因此，钝化层40的折射率高的事实意味着钝化层40的密度高。因此，能够防止包括具有高折射率的氮化硅的钝化层40免于化学损坏。因此，当包括氮化硅的钝化层40具有大约2.1或更高的折射率时，可以有效地防止由于在用于沉积电极42和电极44的溅射工艺期间使用的等离子体而导致的损坏、可能在针对电极42和44的图案化的蚀刻工艺期间引发的对钝化层40的损坏、以及在电极42和电极44中包括的金属的扩散。因此，能够增强太阳能电池150的电流密度和开路电压。在这种情况下，钝化层40的折射率大于大约2.2，钝化层40的钝化特性可能劣化。
作为另一示例，在本发明的实施方式中，钝化层40包括包含碳化硅的碳化硅层的单层。在这种情况下，碳化硅具有非晶结构，进而，具有优良的绝缘特性。并且，碳化硅具有疏水特性，进而，具有优良的耐酸性。通常，在亲水层处通过使用酸性材料使蚀刻加速。因此，在像在本发明的实施方式中那样包括疏水碳化硅的钝化层40中，能够有效地防止由于酸性材料而导致的蚀刻。因此，能够有效地防止可能在通过使用蚀刻溶液以便使电极42和电极44图案化的蚀刻工艺期间引发的对钝化层40的化学损坏。因此，能够增强太阳能电池150的电流密度和开路电压。
当钝化层40包括碳化硅层时，该碳化硅层可以具有大约1.5至2.0的折射率。在该范围内，能够在具有电极42和电极44被设置在半导体基板10的背面上的背面接触结构的太阳能电池150中增强在背面处的反射特性。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，钝化层40可以具有与上述不同的折射率。
钝化层40可以具有与隧道层20的厚度相同或大于隧道层20的厚度的厚度。然后，能够增强钝化层40的绝缘特性和钝化特性，并且能够防止化学损坏、等离子体损坏和钝化层40的金属扩散。例如，当钝化层40具有氮化硅层或碳化硅层的单层时，钝化层40具有大约50nm至大约200nm的厚度。当钝化层40比大约50nm小时，钝化层40的效应可能是不充足的。当钝化层40比200nm大时，因为钝化层40的较大厚度，开口402和开口404可能未稳定地形成。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，钝化层40可以变化。
当钝化层40像在本发明的实施方式中那样由单层形成时，能够简化钝化层40的结构并且能够同样简化制造方法。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，钝化层40可以包括除氮化硅层或碳化硅层以外的另一层。
布置在半导体基板10的背面上的电极42和电极44包括电连接且物理上连接至第一导电型区域32的第一电极42以及电连接且物理上连接至第二导电型区域34的第二电极44。
在本发明的实施方式中，第一电极42通过穿透钝化层40的第一开口402连接至第一导电型区域32。第二电极44通过穿透钝化层40的第二开口404连接至第二导电型区域34。第一电极42和第二电极44可以包括各种金属材料。另外，第一电极42和第二电极44彼此未电连接但是分别连接至第一导电型区域32和第二导电型区域34，并且可以具有使得能实现所产生的载流子的收集和所收集的载流子到外部的转移的各种平面形状。然而，第一电极42和第二电极44的形状不限于上述示例。
在下文中，将参照图2的放大圆详细地描述第一电极42和/或第二电极44的堆叠结构，并且将参照图3详细地描述第一电极42和/或第二电极44的平面结构。将通过示例在下面参照图2的放大圆描述第一电极42，但是第二电极44还可以具有与第一电极42的结构相同或相似的结构。也就是说，第一电极42的堆叠结构还可以应用于第二电极44。
参照图2的放大圆，第一电极42可以包括粘合层422、形成在粘合层422上的电极层424、形成在电极层424上或与电极层424一起形成的带状物连接层426。粘合层422接触第一导电型区域32(在第二电极44的情况下第二导电型区域34)的半导体层，并且可以是透明的且导电的。在这方面，电极层424基本上充当收集通过光电转换产生的载流子并且向外部转移所收集的载流子的电极，并且粘合层422可以增强第一导电型区域32和电极层424的接触特性和粘合特性。带状物连接层426是带状物144被连接(例如，带状物144接触)的层。
粘合层422可以形成在半导体层和与其接触的电极层424之间。粘合层422具有电导率并且可以包括与半导体层具有极好的接触特性的金属。因此，不必减小第一电极42的电导率并且可以增强半导体层与电极层424之间的粘合。为了增强与半导体层的接触特性，粘合层422可以具有半导体层的热膨胀系数和与粘合层422相邻的电极层424的一部分的热膨胀系数之间的热膨胀系数。
更具体地，当半导体层的热膨胀系数与第一电极42的热膨胀系数之间的差异大时，半导体层与第一电极42之间的界面接触可能在执行了用于形成太阳能电池150的各种热处理工艺时劣化。因此，半导体层与第一电极42之间的接触电阻可能增加。这在半导体层或第一电极42的线宽度之间的接触区域小并且半导体层与第一电极42之间的接触区域小时可能是更成问题的。因此，在本发明的实施方式中，通过限制与半导体层相邻的第一电极42的粘合层422的热膨胀系数而减小了半导体层与第一电极42之间的热膨胀系数差，这导致增强的界面接触特性。
半导体层在包括硅时具有大约4.2ppm/K的热膨胀系数，并且可以构成与粘合层422相邻的电极层424的该部分(例如，在本发明的实施方式中，电极层424)的铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)等具有大约14.2ppm/K或更高的热膨胀系数。更具体地，Cu具有大约16.5ppm/K的热膨胀系数，Al具有大约23.0ppm/K的热膨胀系数，Ag具有大约19.2ppm/K的热膨胀系数，以及Au具有大约14.2ppm/K的热膨胀系数。
考虑到这个，构成粘合层422的材料(例如，金属)可以具有大约4.5ppm/K至大约14ppm/K的热膨胀系数。当材料的热膨胀系数小于4.5ppm/K或超过14ppm/K时，粘合层422和半导体层的热膨胀系数之间的差减小，因而粘合增强效果可能是不足的。考虑到这个，粘合层422可以包括具有大约8.4ppm/K的热膨胀系数的钛(Ti)或具有大约4.6ppm/K的热膨胀系数的钨(W)。例如，粘合层422可以由Ti或W形成。
因此，当粘合层422包括Ti或W时，可以通过减小粘合层422和半导体层的热膨胀系数之间的差来增强接触特性。另外，Ti或W可以充当构成与粘合层422相邻的电极层424的该部分(例如，在本发明的实施方式中，电极层424)的材料(例如，Cu等)的阻挡，进而可以防止材料扩散到半导体层或半导体基板10中。因此，可以防止或减少可能通过构成电极层424的材料到第一导电型区域32和第二导电型区域34或半导体基板10中的扩散而发生的问题。
在这方面，根据本发明的实施方式的粘合层422可以具有透明性，这允许光借此通过。当粘合层422即使在包括金属时也具有小厚度时，粘合层422可以具有透明性。因此，在本发明的实施方式中，粘合层422可以通过将粘合层420的厚度限制于特定水平以下而具有透光特性。当粘合层422具有透明性时，已通过粘合层422的光通过从形成在粘合层422上的电极层424或构成电极层424的一部分的层反射而被导回到半导体基板10中。由于光从第一电极42的反射，存在于半导体基板10中的光的量和驻留时间增加，并且因此，可以增强太阳能电池150的效率。
如本文所使用的术语“透明性”包括光被完全(即，100％)透射的情况和光被部分地透射的情况。也就是说，粘合层422可以是金属透明膜或金属半透明膜。例如，粘合层422可以具有50％至100％更具体地80％至100％的透明性。当粘合层422的透明性小于50％时，从电极层424反射的光的量不足，进而可能难以充分地增强太阳能电池150的效率。在粘合层422的透明性是80％以上时，从粘合层422反射的光的量可以进一步增加，进而可以进一步有助于太阳能电池150的效率的改进。
对于该操作，粘合层422与电极层424相比可以具有较小的厚度。在本发明的实施方式中，电极层424由一个单层形成；然而，本发明的实施方式不限于此。因此，电极层424可以包括多个层。在这种情况下，粘合层422与这些层中的每一个相比可以具有较小的厚度。因此，可以形成粘合层422以便具有透明性。
具体地，粘合层422可以具有50nm或更小的厚度。当粘合层422的厚度超过50nm时，粘合层422的透明性减小进而导向电极层424的光的量可能不充足。可以通过将粘合层422形成为15nm或更小的厚度来进一步增强粘合层422的透明性。在这方面，粘合层422的厚度可以在5nm与50nm之间(例如，在5nm与15nm之间)。当粘合层422的厚度小于5nm时，可能难以均匀地形成粘合层422并且由粘合层422获得的粘合增强效果可能不充足。然而，本发明的实施方式不限于上述示例，并且粘合层422的厚度等可以考虑到材料、制造条件等而变化。
形成在粘合层422上的电极层424可以是单层或者包括多个层以便增强各种特性等。在本发明的实施方式中，电极层424可以是位于粘合层422与带状物连接层426之间并且接触粘合层422和带状物连接层426的单层。电极层424减小第一电极42的电阻并增加电导率，并且充当电流被基本上转移的导电层。并且，电极层424作为防止构成带状物连接层426的材料迁移至半导体层或半导体基板10并且通过反射材料反射光的阻挡。也就是说，电极层424可以既作为阻挡层又作为反射电极层。电极层424可以由具有极好的反射特性的金属形成并且可以包括例如Cu、Al、Ag、Au或其合金。
电极层424与粘合层422相比具有更大的厚度并且可以具有50nm至400nm的厚度。例如，电极层424可以具有100nm至400nm(更具体地，100nm至300nm)的厚度。当电极层424的厚度小于50nm时，对于电极层424来说可能难以充当阻挡层和反射电极层。当电极层424的厚度超过400nm时，反射特性等未被显著地增强并且制造成本可能增加。当电极层424的厚度是100nm或更大时，能够减小电极层424的电阻。当电极层414的厚度是300nm或更小时，用于减小电极层424的电阻的效应充足并且能够有效地防止由于热应力的增加而导致的剥离。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，电极层424的厚度可以变化。
带状物连接层426可以形成在电极层424上。例如，带状物连接层426可以接触在其上的电极层424。带状物连接层426是连接至带状物144的一部分并且可以包括与带状物144具有极好的连接特性的材料。将参照图4描述带状物连接层426与带状物144之间的连接结构的各种示例。图4例示了例示太阳能电池150的第一电极42与带状物144之间的粘合结构的各种示例的放大图。为了清楚和简要说明，基于图2的放大圆所例示的第一电极42的形状例示了图4的第一电极42的形状。
在本发明的实施方式中，如图4的(a)所例示的，带状物144可以通过将包括例如铅(Pb)和锡(Sn)的带状物144布置在带状物连接层426上并且对其施加热而直接附接至带状物连接层426。在本发明的另一实施方式中，如图4的(b)所例示的，带状物连接层426可以经由焊膏层146通过在焊膏(例如，包括Sn、Bi等的焊膏)被布置在带状物连接层426与带状物144之间的状态下施加热而附接至带状物144。在本发明的另一实施方式中，如图4的(c)所例示的，带状物连接层426可以经由导电层148通过在导电层148被布置在带状物连接层426与带状物144之间的状态下施加压力而附接至带状物144。可以通过将由高度导电的Au、Ag、镍(Ni)、Cu等形成的导电微粒分散在由环氧树脂、丙烯树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳酸脂树脂等形成的膜中来制备导电层148。当在施加热的同时压这样的导电层时，导电微粒被暴露于膜的外部并且太阳能电池150和带状物144可以通过经暴露的导电微粒电连接。因此，当通过经由导电层连接多于一个太阳能电池150来制造太阳能电池模块时，制造温度可以减小进而可以防止或减小太阳能电池150的弯曲。带状物连接层426和带状物144可以通过各种其它方法彼此附接和连接。
带状物连接层426以包括Sn或镍-钒(Ni-V)合金。Sn与带状物144、用于与带状物144连接的焊膏等有极好的粘合。另外，Ni-V合金与带状物144或用于与带状物144连接的焊膏有极好的粘合。更具体地，在包括Sn和Bi的焊膏中，该焊膏的Sn与Ni-V合金的Ni有非常高的粘合。另外，Ni-V合金具有大约1000℃的非常高的熔点，进而与构成电极层424的其它层的材料相比有较高的熔点。因此，带状物连接层426在粘合至带状物144或太阳能电池150的制造期间不变形，并且可以充分地充当封盖膜以保护构成电极层424的其它层。
带状物连接层426可以具有一纳米至数百纳米(例如，50nm至300nm)的厚度。当带状物连接层426的厚度小于50nm时，与带状物144的粘合特性可能劣化。当带状物连接层426的厚度超过300nm时，制造成本可能增加。然而，本发明的实施方式不限于上述示例，进而，带状物连接层426的厚度可以变化。
在本发明的实施方式中，具有粘合层422、电极层424和带状物连接层426的第一电极42可以通过溅射方法而形成。首先，完全地形成金属层(分别构成粘合层422、电极层424和带状物连接层426)以填充形成在半导体基板10的背面上的钝化层40的开口(或这些开口)402(在第二电极44的情况下开口(或这些开口)404)。并且接着，执行了金属层的图案化以形成具有粘合层422、电极层424和带状物连接层426的第一电极42(和/或第二电极44)。可以通过各种图案化方法(例如，通过使用抗蚀剂和蚀刻溶液的方法)来执行图案化。将参照图5a至5h更详细地描述第一电极42和/或第二电极44的特定制造方法。
金属层的材料通过使用溅射堆叠在太阳能电池150的厚度方向上。因此，粘合层422在整个部分具有均匀厚度，电极层424在整个部分具有均匀厚度，并且带状物连接层426在整个部分具有均匀厚度。这里，均匀厚度意指考虑到误差的余量(例如，具有小于10％的差异的厚度)能够被认为是同一厚度的厚度。
再次参照图2，第一电极42可以具有比开口402的宽度W1小的宽度W2。然后，第一电极42(第一电极42的最宽部分的宽度)具有大宽度，并且能够减小第一电极42的电阻。例如，开口402具有大约10um至大约50um的宽度W1，第一电极42具有大约200um至大约250um的宽度W2。当开口402具有小于10um的宽度W1时，第一电极42和第一导电型区域32的连接特性会劣化。当开口42具有大于大约50um的宽度W1时，会在形成开口402期间损坏第一导电型区域32。当第一电极42具有小于大约200um的宽度W2时，第一电极42可能不具有充足的电阻。当第一电极42具有大于大约250um的宽度W2时，第一电极42可能被不期望地短路至相邻的第二电极44。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，开口402的宽度W1和第一电极42的宽度W2可以具有各种值。
因此，第一电极42(具体地，粘合层422)可以形成在开口402的底面(即，与半导体层或导电型区域32或导电型区域34的接触表面)上、形成在与开口402相邻的钝化层40的侧表面上，并且形成在与开口402相邻的钝化层40的背面上。具体地，粘合层422可以接触开口402的底面(即，与半导体层或导电型区域32和导电型区域34的接触表面)，接触与开口402相邻的钝化层40的侧表面，并且接触与开口402相邻的钝化层40的背面。因为第一电极42像以上所述那样形成在与开口402相邻的钝化层40的侧表面上并且在钝化层40的背面上，所以可以看到通过在钝化层40的整个部分上方形成用于形成电极42和电极44的金属层并且使这些金属层图案化来形成电极42和电极44。
并且，在本发明的实施方式中，第一电极42的侧表面(具体地，形成在钝化层40上的第一电极的一部分的侧表面)的至少一部分可以具有底切(undercut)UC。底切UC是在湿法蚀刻期间通过各向异性蚀刻所产生的过蚀刻区域。更具体地，在本发明的实施方式中，底切UC可以形成在第一电极42的电极层424的侧表面处。因为粘合层422和带状物连接层426具有优良的耐酸性，所以可以不形成底切UC或者具有小宽度的底切UC可以形成在粘合层422处并且带状物连接层426具有优良的耐酸性。此外，因为电极层424具有相对较低的耐酸性，所以底切UC可以通过蚀刻溶液容易地形成在电极层424处。因此，电极层424的至少一部分具有比第一电极42的宽度W2(例如，粘合层422或带状物连接层426的宽度)更小的宽度W21(第一电极42的最窄部分的宽度)。在图2中，举例说明了电极层424的宽度在与带状物连接层426相邻的电极层424的一部分处与带状物连接层426基本上相同，并且向粘合层422逐渐地减少。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，电极层424通过底切UC的陡度或宽度可以变化。
例如，底切UC可以具有大约1um至大约10um的宽度W22(或粘合层422或带状物连接层426的宽度W2与电极层424在第一电极42的一侧的宽度W1之间的差异)。可以通过湿法蚀刻来产生该范围内的底切UC。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，底切UC的宽度W2可以变化。
可以从底切UC看到，通过在钝化层44的整个部分上方形成用于形成电极42和电极44的金属层并且使这些金属层图案化来形成电极42和电极44。
用于形成电极42和电极44的金属层像上文所陈述的那样完全地通过溅射而形成，钝化层40的物理损坏由于为了改进溅射的沉积速度而使用的等离子体而也许是可能的。并且，在用于使金属层图案化的蚀刻工艺(例如，湿法蚀刻工艺)中，钝化层40的化学损坏也许是可能的。因此，在本发明的实施方式中，钝化层40具有高耐久性，进而，能够有效地防止可以在形成电极42和电极44期间产生的对钝化层40的损坏。
在本发明的实施方式中，可以在没有电镀工艺的情况下形成第一电极42。在通过电镀形成第一电极42的一部分的情况下，当诸如针孔、刻痕等的缺陷存在于绝缘层40中时，可以甚至在其上实现电镀进而可以电镀不期望的部分。另外，在电镀工艺中使用的电镀溶液是酸性的或碱性的，进而可能损坏钝化层40或使钝化层40的特性劣化。在本发明的实施方式中，通过不使用电镀工艺，可以增强绝缘层40的特性并且可以使用简化的制造工艺形成第一电极42。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，粘合层422、电极层424和带状物连接层426可以通过各种方法而形成，并且可以通过各种图案化方法被图案化。
其后，将参照图2详细地描述第一导电型区域32和第二导电型区域34、阻挡区域36以及第一电极42和第二电极44的平面形状。
参照图3，在本发明的实施方式中，第一导电型区域32和第二导电型区域34被形成为长的(或伸长)以便具有带形状并且在与纵向交叉的方向上相对于彼此交替地布置。阻挡区域36可以被布置为使第一导电型区域32与第二导电型区域34分开。彼此分开的多于一个第一导电型区域32可以在其第一侧面的边缘处彼此连接，并且彼此分开的多个第二导电型区域34可以在其第二侧面的边缘处彼此连接。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。
在这方面，第一导电型区域32与第二导电型区域34相比可以具有更宽的区域。例如，第一导电型区域32和第二导电型区域34的区域可以通过不同地调整其宽度而被调整。也就是说，第一导电型区域32的宽度W3可以大于第二导电型区域34的宽度W4。因此，充分地形成了构成发射极区域的第一导电型区域32的区域，这使得光电转换能够在宽区域中发生。在这方面，当第一导电型区域32是p型的时，第一导电型区域32的区域被充分地固定，进而可以有效地收集具有相对较慢的移动速率的空穴。
另外，可以形成第一电极42以便具有带形状以对应于第一导电型区域32，并且可以形成第二电极44以便具有带形状以对应于第二导电型区域34。第一开口402和第二开口404可以被形成为分别对应于第一电极42和第二电极44的总长度(或区域)。因此，使第一电极42与第一导电型区域32之间的接触区域以及第二电极34与第二导电型区域34之间的接触区域最大化，并且因此，可以增强载流子收集效率。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。另外，还可以形成第一开口402和第二开口404以便分别将第一电极42和第二电极44的仅部分连接至第一导电型区域32和第二导电型区域34。例如，第一开口402和第二开口404可以被形成为多个接触孔。第一电极42可以在其第一侧面的边缘处彼此连接，并且第二电极34可以在其第二侧面的边缘处彼此连接。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。
返回参照图2，一个或多个绝缘层(例如，钝化层24和/或防反射层26)可以被布置在半导体基板10的前表面(更具体地，形成在半导体基板10的前表面处的前表面场区域130)上。根据本发明的实施方式，仅钝化层24可以形成在半导体基板10上，仅防反射层26可以形成在半导体基板10上，或者钝化层24和防反射层26可以被依次布置在半导体基板10上。图2例示了钝化层24和防反射层26依次形成在半导体基板10上并且半导体基板10接触钝化层24的情况。然而，本发明的实施方式不限于上述示例，并且半导体基板10可以接触防反射层26。另外，各种修改是可能的。
钝化层24和防反射层26可以基本上完全地形成在半导体基板10的前表面上。在这方面，如本文所使用的表达“完全地形成”包括钝化层24和防反射层26被物理上完全形成的情况以及钝化层24和防反射层26被不完全地形成的情况。
钝化层24形成在与其接触的半导体基板10的前表面上，进而使存在于半导体基板10的前表面或体(bulk)中的缺陷不活动。因此，去除了少数载流子的复合地点，并且因此，可以增加太阳能电池150的开路电压。防反射层26减小入射在半导体基板10的前表面上的光的反射率。因此，可以通过减小入射在半导体基板10的前表面上的光的反射率来增加到达形成在基区域110与第一导电型区域32之间的界面处的pn结的光的量。因此，可以增加太阳能电池150的短路电流Isc。因此，可以通过钝化层24和防反射层26来增加太阳能电池150的开路电压和短路电路Isc，并且因此，可以增强太阳能电池150的效率。
钝化层24和/或防反射层26可以由各种材料形成。例如，钝化层24可以是从包括氮化硅膜、含氢氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、MgF2膜、ZnS膜、TiO2膜和CeO2膜的组中选择的任何一个膜，或者具有相结合地包括以上列举的这些膜中的两个或更多个的多层结构。例如，钝化层24可以包括氧化硅，并且防反射层26可以包括氮化硅。当防反射层26包括氮化硅时，防反射层26具有比包括氮化硅的钝化层40的折射率更小的折射率。随着防反射层26的折射率增加，光的折射是容易的，进而，可以阻止入射到太阳能电池150的内部的光。因此，在本发明的实施方式中防反射层26具有相对较低的折射率。也就是说，上面形成有电极42和电极44并且包括氮化硅的钝化层40具有相对较高的折射率，进而，能够使在形成电极42和电极44期间的损坏最小化。另一方面，形成在光入射并且电极42和电极44未形成所在的表面上并且包括氮化硅的防反射层26具有相对较低的折射率，进而，防反射层26能够平滑地入射到太阳能电池150。
例如，当防反射层26包括氮化硅时，防反射层26具有大约2.0或更低(例如，大约1.8至大约2.0)的折射率。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，防反射层26的折射率可以变化。防反射层26和钝化层40通过控制形成防反射层26和钝化层40的工艺的工艺条件而具有有上述范围的折射率。例如，在化学气相沉积CVD中，随着用于形成氮化硅的原料气当中的氨的量增加，氮化硅层的折射率能够增加。防反射层26和钝化层40能够通过各种方法而具有所想要的折射率。
当光入射在根据本发明的实施方式的太阳能电池150上时，通过光电转换在形成在基区域110与第一导电型区域32之间的pn结处产生了电子和空穴，并且所产生的空穴和电子通过隧穿隧道层20而穿过阻挡，分别移向第一导电型区域32和第二导电型区域34，并且然后分别迁移至第一电极42和第二电极44。从而产生了电能。
如在本发明的实施方式中一样，在具有第一电极42和第二电极44形成在半导体基板10的背面上而不形成在半导体基板10的前表面上的背接触结构的太阳能电池150中，可以使在半导体基板10的前表面处的屏蔽损失最小化。因此，可以增强太阳能电池150的效率。然而，本发明的实施方式不限于上述示例。因此，根据本发明的实施方式的电极42和电极44的结构可以应用于第一电极42形成在半导体基板10上的太阳能电池150(具体地，应用于形成在半导体基板10的背面上的太阳能电池150的第二电极44)。
在本发明的实施方式中，通过限制在第一电极42和第二电极44这二者形成在半导体基板10的背面上的太阳能电池150中被形成为与第一电极42和第二电极44相邻的钝化层40的折射率，能够有效地防止可能在形成电极42和电极44期间引发的对钝化层40、导电型区域32和导电型区域34等的损坏。结果，能够增强太阳能电池150的特性和效率。
在下文中，将参照图5a至图5j详细地描述具有上述结构的太阳能电池100的制造方法。图5a至图5j是例示了用于制造根据本发明的实施方式的太阳能电池的方法的截面图。
首先，如图5a所示，制备了包括具有第二导电型掺杂物的基区域110的半导体基板10。在本发明的实施方式中，半导体基板10可以是具有n型掺杂物的硅基板(例如，硅晶片)。n型掺杂物的示例包括但不限于诸如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)和锑(Sb)的V族元素。然而，本发明的实施方式不限于此，基区域110可以具有p型掺杂物。
半导体基板10的前表面和背面中的至少一个被织构化使得表面是不平表面(或者具有突出部和/或压下部)。湿式织构方法或干式织构方法可以被用作半导体基板10的表面的织构化。可以通过将半导体基板10浸在织构溶液中来执行湿式织构，并且具有短处理时间的优点。干式织构是使用金刚石钻、激光等来切割半导体基板10的表面的工艺，并且使得能够形成不均匀的突出部和/或压下部，但是不利地具有长处理时间并且导致对半导体基板10的损坏。另选地，可以通过反应性离子蚀刻(RIE)等使半导体基板10织构化。因此，可以通过各种方法来使半导体基板10织构化。
例如，可以使半导体基板10的前表面织构化以具有突出部和/或压下部。此外，半导体基板10的背面可以是通过镜面抛光等形成的相对平滑且平坦的表面，并且与半导体基板10的前表面相比具有较低的表面粗糙度。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，可以使用具有各种结构的半导体基板10。
然后，如图5b所示，隧道层20形成在半导体基板10的后表面上。隧道层20可以形成在半导体基板10的整个部分之上。
在这种情况下，可以例如通过诸如热生长或沉积(例如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD))等的方法来形成隧道层20，但是本发明的实施方式不限于此，并且可以通过各种方法来形成隧道层20。
然后，如图5c和图5d所示，第一导电型区域32和第二导电型区域34形成在隧道层20上。
如图5c所示，半导体层30形成在隧道层20上。导电型区域32和导电型区域34可以由非晶半导体、微晶半导体或多晶半导体形成。在这种情况下，可以通过例如热生长、沉积(例如，等离子体增加化学气相沉积(PECVD))等的方法来形成半导体层30。然而，本发明的实施方式不限于此，可以通过各种方法来形成半导体层30。
接下来，如图5d所示，第一导电型区域32、第二导电型区域34和阻挡区域36形成在半导体层30处。
例如，半导体层30的区域通过诸如离子注入方法、热扩散方法或激光掺杂方法的各种方法而掺杂有第一导电型掺杂物以形成第一导电型区域32，并且其另一区域通过诸如离子注入方法、热扩散方法或激光掺杂方法的各种方法而掺杂有第二导电型掺杂物以形成第二导电型区域34。然后，阻挡区域36可以形成在半导体层30在第一导电型区域32与第二导电型区域34之间的区域中。
然而，本发明的实施方式不限于此。各种方法可以被用于用于形成导电型区域32和导电型区域34以及阻挡区域36的方法。并且，可以不形成阻挡区域36。也就是说，各种修改是可能的。
接下来，如图5e所示，可以通过将第二导电型掺杂物掺杂到半导体基板10的前表面来形成前表面场区域130。可以通过诸如离子注入方法、热扩散方法或激光掺杂方法的各种方法来形成前表面场区域130。
接下来，如图5f所示，钝化层24和防反射层26依次形成在半导体基板10的前表面上，并且钝化层40依次形成在半导体基板10的后表面上。也就是说，钝化层24和防反射层26形成在半导体基板10的前表面的整个部分之上，并且钝化层40形成在半导体基板10的后表面的整个部分之上。可以通过诸如真空沉积、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷或喷涂的各种方法来形成钝化层24、防反射层26、钝化层40。钝化层24和防反射层26以及钝化层40的形成次序可以变化。
接下来，如图5g所示，在保持保护层40a的同时，第一开口402和第二开口404形成在钝化层40b处。可以通过各种方法来形成第一开口402和第二开口404。
例如，在本发明的实施方式中，可以通过使用激光200的激光烧蚀(激光蚀刻)形成第一开口402和第二开口404。通过使用激光烧蚀，能够减小第一开口402和第二开口404的宽度，并且能够容易地形成具有各种图案的第一开口402和第二开口404。
接下来，如图5h所示，第一电极42和第二电极44被形成为填充第一开口402和第二开口404。参照图2描述了第一电极42和第二电极44的堆叠结构和制造方法，并且省略了详细描述。
接下来，如图5h所示，电极层400形成在半导体基板10的背面的整个部分之上(更具体地，在用于形成第一导电型区域32和第二导电型区域34以填充开口402和开口404的半导体层的整个部分之上)。更具体地，粘合层400a、电极层400b和带状物连接层400c通过溅射依次形成。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，可以通过各种方法形成粘合层400a、电极层400b和带状物连接层400c。
接下来，如图5i所示，掩模层410形成在电极层400上。掩模层410被形成为对应于电极42和电极44，并且防止与电极42和电极44对应的一部分在蚀刻工艺期间被蚀刻。可以通过丝印方法、光刻方法等形成掩模层410。掩模层410可以具有比开口402和开口404的宽度大的宽度。
接下来，如图5j所示，电极42和电极44通过消除其中未形成掩模层410的电极层400的另一个部分而形成，并且然后，消除了掩模层410。可以通过使用蚀刻溶液的湿法蚀刻工艺来消除其中未形成掩模410的电极层400的另一个部分。酸性溶液可以用于蚀刻溶液，例如，氢氟酸、磷酸、硝酸或其组合。电极42和电极44的图案化被执行。通过像以上所述那样使用湿法蚀刻工艺，能够通过简单工艺执行电极42和电极44的图案化。然而，本发明的实施方式不限于此。
在本发明的实施方式中，电极42和电极44通过经由溅射在钝化层40上方完全地形成电极层400并且然后蚀刻电极层400而形成。因为可能在形成电极42和电极44期间机械地或在化学性质上损坏钝化层40，所以在本发明的实施方式中钝化层40可以包括具有增强的耐久性、耐酸性、用于防止金属扩散的特性和等离子体抵抗的氮化硅或碳化硅。从而，能够防止对钝化层40的损坏，并且能够安全地保护半导体基板10和导电型区域32和导电型区域34。结果，能够增强太阳能电池150的电流密度和开路电压。
在本发明的实施方式中，举例说明了形成了隧道层20、导电型区域32和导电型区域34以及阻挡区域35，并且形成了前表面场层130，以及然后，形成了钝化层24、防反射层26和钝化层40，并且最后形成了第一电极42和第二电极44。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，隧道层20、第一导电型区域32和第二导电型区域34、阻挡区域36、钝化层24、防反射层26和钝化层40的形成次序可以变化。另外，可以不包括它们中的一些，并且各种修改是可能的。
在下文中，将详细地描述根据本发明的其它实施方式的太阳能电池和用于这些太阳能电池的电极。将在本文中省略对与前面描述中的那些相同或几乎相同的元素的详细描述，并且将在本文中提供对仅不同元素的详细描述。将通过示例在下面参照附图描述第一电极42，但是以下描述还可以应用于第二电极44。
图6是可以根据本发明的另一实施方式的太阳能电池的电极的截面图。
参照图6，根据本发明的实施方式的钝化层40包括第一层40a和第二层40b。第一层40a形成在导电型区域32和导电型区域34上(例如，接触导电型区域32和导电型区域34)并且包括氮化硅。第二层40b形成在第一层40a上(例如，接触第一层40a)并且包括碳化硅。在本发明的前面实施方式中有关用于钝化层40的氮化硅层的描述可以应用于包括氮化硅的第一层40a，并且在本发明的前面实施方式中有关用于钝化层40的碳化硅层的描述可以应用于包括碳化硅的第二层40b。因此，将在本文中省略其详细描述。
根据本发明的实施方式，钝化层40包括具有不同的材料的第一层40a和第二层40b，从而使钝化层40的耐久性、耐酸性、用于防止金属扩散的特性和等离子体抵抗最大化。在这种情况下，因为包括碳化硅的第二层40b是疏水的，所以第二层40b可以被布置为构成钝化层40的外表面以便增加与耐酸性有关的特性。
在本发明的实施方式中，第一层40a具有和第二层40b的厚度T2相同或比第二层40b的厚度T2更大的厚度T1。因为具有耐久性、耐酸性、用于防止金属扩散的特性和等离子抵抗中的全部的第一层40a具有相对较大的厚度，所以能够实现第一层40a的优良特性。并且，第二层40b具有相对较小的厚度以具有疏水特性，进而，能够减小第二层40b的处理时间和成本。
例如，第二层40b的厚度T2:第一层40a的厚度T1的比例(T2:T1)可以是大约1:1至大约1:4。当比例(T2:T1)低于大约1:1时，第二层40b的效应可能不充足。当比例(T2:T1)高于大约1:4时，太阳能电池的处理时间和成本以及厚度可能由于第一层40a而增加。选择性地，第一层40a的厚度T1是大约50nm至大约200nm，并且第二层40b的厚度T2是大约10nm至大约50nm。当第一层40a的厚度T1低于大约50nm或者第二层40b的厚度T2低于大约10nm时，第一层40a或第二层40b的效应可能不充足。当第一层40a的厚度T1高于大约200nm或者第二层40b的厚度T2高于大约50nm时，可能难以减小处理时间和成本。然而，本发明的实施方式不限于此，进而，第一层40a的厚度T1、第二层40b的厚度T2以及比例(T2:T1)可以变化。
图7是根据本发明的再一个实施方式的太阳能电池的部分后视平面图；
参照图7，在根据本发明的该实施方式的太阳能电池150中，多个第二导电型区域34可以具有岛形状并彼此间隔开，并且第一导电型区域32可以完全地形成在排除第二导电型区域34和围绕各个第二导电型区域34的阻挡区域36的一部分中。
由于这样的构造，第一导电型区域32具有尽可能宽的区域，进而可以增强光电转换效率。另外，第二导电型区域34可以被布置在具有大面积的半导体基板10上，然而第一导电型区域32具有最小化的面积。因此，可以通过第二导电型区域34来有效地防止或减小表面复合并且可以使第二导电型区域34的面积最大化。然而，本发明的实施方式不限于上述示例，并且第二导电型区域34可以具有使得第二导电型区域34能够具有最小化的面积的各种形状。
尽管图7将第二导电型区域34例示为具有圆形形状，但是本发明的实施方式不限于此。也就是说，第二导电型区域34还可以具有平面形状，例如，椭圆形状或诸如三角形、四角形、六角形等的平面形状。
形成在钝化层40中的第一开口402和第二开口404可以考虑到相应的第一导电型区域32和第二导电型区域34的形状而具有不同的形状。也就是说，第一开口402可以在第一导电型区域32上长地延伸，并且多个第二开口404可以彼此间隔开以对应于相应的第二导电型区域34。这考虑了第一电极42被仅布置在第一导电型区域32上，并且第二电极44被布置在第一导电型区域32和第二导电型区域34上。也就是说，钝化层40的第二开口404被形成为对应于其中布置有第二导电型区域34的部分，并且第二电极44和第二导电型区域34通过第二开口404连接。另外，第二开口404未形成在与第一导电型区域32对应的绝缘层的部分中，进而第二电极44可以与第一导电型区域32绝缘。第一电极42仅形成在各个第一导电型区域32上，进而第一开口402可以具有与第一电极42的第一开口402相同或相似的开口，并且因此，第一电极42可以在其上完全地接触第一导电型区域32。然而，本发明的实施方式不限于上述示例并且各种修改是可能的。例如，第一开口402可以被形成为具有与第二开口404的形状相似的形状的多个接触孔。
图8是根据本发明的再一个实施方式的太阳能电池的截面图。
参照图8，在根据本发明的该实施方式的太阳能电池150中，未形成隧道层(图2的附图标记)，并且第一导电型区域32和第二导电型区域34被形成为形成在半导体基板10中的掺杂区域。也就是说，第一导电型区域32和第二导电型区域34中的每一个被形成为通过以相对较高的掺杂浓度用第一导电型掺杂剂或第二导电型掺杂剂对半导体基本10进行掺杂而形成的掺杂区域。因此，第一导电型区域32和第二导电型区域34中的每一个通过包括具有第一导电型或第二导电型的结晶(单晶或多晶)半导体来构成半导体基板10。例如，第一导电型区域32和第二导电型区域34中的每一个可以被形成为具有第一导电型或第二导电型的单晶半导体基板(例如，单晶硅晶片基板)的一部分。
在本发明的这个实施方式中，第一电极42的粘合层(图2的附图标记420)接触半导体基板10(或构成半导体基板10的一部分的第一导电型区域32)，并且第二电极44的粘合层接触半导体基板10(或构成半导体基板10的一部分的第二导电型区域34)。在本发明的该实施方式与前面描述之间仅有的差异在于，第一电极42和第二电极44中的每一个的粘合层422接触半导体基板10而不是接触半导体层，进而，将在本文中省略其详细描述。
连同本发明的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实施方式中的至少一个实施方式中并且未必在本发明的所有实施方式中。此外，本发明的实施方式中的任何特定实施方式的特定特性、结构或效果可以以任何适合的方式与本发明的一个或更多个其它实施方式组合，或者可以由本发明的实施方式所属于的本领域的技术人员来改变。因此，应当理解，与这样的组合或改变相关联的内容落在本发明的实施方式的精神和范围内。
尽管已经参照本发明的许多例示性实施方式描述了本发明的实施方式，但是应该理解，将落在本发明的实施方式的内在方面内的许多其它修改和应用可以由本领域的技术人员设计出。更具体地，实施方式的具体构成元素方面的各种变化和修改是可能的。另外，应当理解，与这些变化和修改相关的差异落在所附权利要求中所限定的本发明的实施方式的精神和范围内。
本申请要求2014年3月17日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0031204号的优先权权益，通过引用将其公开内容并入本文。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，包括：
半导体基板；
导电型区域，所述导电型区域包括形成在所述半导体基板的一个表面上的第一导电型区域和第二导电型区域；
电极，所述电极包括第一电极和第二电极，其中，所述第一电极连接至所述第一导电型区域并且所述第二电极连接至所述第二导电型区域；以及
钝化层，所述钝化层形成在所述导电型区域上，
其中，所述钝化层包括：
第一层，所述第一层形成在所述导电型区域上并且包括氮化硅；
第二层，所述第二层形成在所述第一层上并且包括碳化硅；以及
绝缘层，所述绝缘层形成在与所述半导体基板的所述一个表面不同的另一个表面上，其中，所述绝缘层包括氮化硅并且具有比所述钝化层的折射率更小的折射率，
其中，所述第二层具有非晶结构，并且所述第二层是疏水的，
其中，所述第一层的折射率大于所述第二层的折射率，
其中，所述第一层的厚度大于所述第二层的厚度，
其中，所述电极包括：
粘合层，所述粘合层接触所述导电型区域并且是导电的；以及
电极层，所述电极层形成在所述粘合层上，
其中，所述粘合层具有所述第一导电型区域和所述第二导电型区域的热膨胀系数和所述电极层的与所述粘合层相邻的一部分的热膨胀系数之间的热膨胀系数，
其中，所述钝化层包括与所述电极相对应的开口，并且所述电极形成在所述开口的底面上、形成在所述钝化层的与所述开口相邻的侧表面上、并且形成在与所述开口相邻的所述钝化层上，
其中，所述粘合层接触所述开口的底面、接触所述钝化层的与所述开口相邻的所述侧表面、并且接触与所述开口相邻的所述钝化层，并且
其中，在所述第一电极的所述电极层的侧表面处形成有底切。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一层具有2.1至2.2的折射率。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第二层具有1.5至2.0的折射率。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二层:所述第一层的比是1:1至1:4，或者
所述第一层具有50nm至200nm的厚度并且所述第二层具有10nm至50nm的厚度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述电极还包括：
带状物连接层，所述带状物连接层形成在所述电极层上。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述粘合层包括具有透明性的金属。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述电极层的至少一部分的宽度小于所述粘合层和所述带状物连接层的宽度。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述底切具有1μm至10μm的宽度。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述太阳能电池还包括：
隧道层，所述隧道层形成在所述半导体基板的所述一个表面与所述导电型区域之间。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述太阳能电池还包括：
阻挡区域，所述阻挡区域形成在所述第一导电型区域与所述第二导电型区域之间。
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Granted publication date: 20180626

License type: Common License

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