CN105122460A - 太阳能电池及制造这种太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池，包括半导体基板，半导体基板具有用于接收辐射的前侧表面、和后侧表面，后侧表面在基板的第一区域部分设置有第一接合结构以及在基板的第二区域部分设置有第二接合结构。第二区域部分接近于第一区域部分。第一接合结构包括覆盖第一区域部分的第一导电类型半导体层。第二接合结构包括覆盖第二区域部分的第二导电类型半导体层。第二接合结构的第二导电类型半导体层与第一接合结构的第一导电类型半导体层部分地重叠，使得第二导电类型半导体层的重叠部分位于第一导电类型半导体层的一部分之上，同时由两者之间的第一电介质层隔离。位于第二导电类型半导体层的重叠部分之下的、第一导电类型半导体层的一部分与基板的半导体表面直接接触。

Description

太阳能电池及制造这种太阳能电池的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池。此外，本发明涉及用于制造这种太阳能电池的方法。
背景技术
在本领域中具有背面接触件的太阳能电池已经为公众所知。在这种太阳能电池中接触件层几乎完全布置在太阳能电池基板的背面。按照这种方式，可以收集辐射能量的、太阳能电池的前侧的区域可以最大化。
在背面，接触结构用于收集完全来自电池的背面的光生电荷载流子。
这种接触结构可以包括交错的p型和n型异质结构接合部(异质结)。
这种类型的太阳能电池例如从US2008/0061293为公众所知，其中US2008/0061293公开了具有异质结和楔形夹层结构的半导体装置。这种半导体装置包括在晶体形半导体基板的至少一个表面上的、掺杂有第一导电类型的至少一个第一非晶半导体区域。半导体基板包括在相同的至少一个表面上的、掺杂有第二导电类型的至少一个第二非晶半导体区域，第二导电类型与第一导电类型不同。第一非晶半导体区域和第二非晶半导体区域形成交错结构，第一非晶半导体区域通过与半导体基板接触的至少一个电介质区域而与第二非晶半导体区域绝缘。
这种半导体装置的缺点是电介质区域不收集光生载流子。另外，电介质区域需要很好地使表面钝化。此外，这种图案化的电介质区域的制造需要附加的工序，这样增加了太阳能电池的成本。
此外，如果半导体层包括非晶硅，则钝化的电介质层的沉积通常会限于在半导体层的沉积之前，这是因为大部分钝化的电介质的沉积是在相对高的基板温度下执行的，而这会劣化由非晶硅层产生的钝化。这种沉积顺序表示必须在半导体层将沉积的表面部分上去除电介质，这增加了表面损伤或污染的附加风险，从而增加太阳能电池质量的损失。
WO2012/014960Al公开了用于背面接触式太阳能电池的制造的方法，其中第二半导体层形成为覆盖第一机理表面。位于绝缘层上的第二半导体层的一部分通过使用第一蚀刻剂的蚀刻而被部分地去除，第一蚀刻剂的蚀刻速率对于第二半导体层比对于绝缘层要高些。绝缘层的一部分通过使用第二蚀刻剂从上述第二半导体层蚀刻而被去除，第二蚀刻剂的蚀刻速度对于绝缘层比对于第二半导体层要高些，从而暴露第一半导体区域。此外，WO2012/014960公开“位于绝缘层之下的半导体层用作n-型非晶半导体层。随后p-侧电极大体上完全形成在p-型非晶半导体层上。因此，作为少数载流子的空穴可容易地收集到p-侧电极。”
本发明的目的在于提供克服现有技术的缺点的太阳能电池及制造这种太阳能电池的方法。
发明内容
该目的通过这样一种太阳能电池实现，该太阳能电池包括半导体基板，半导体基板具有用于接收辐射的前侧表面、和后侧表面，后侧表面在基板的第一区域部分设置有第一接合结构以及在基板的第二区域部分设置有第二接合结构；第二区域部分接近于第一区域部分；
第一接合结构包括覆盖第一区域部分的第一导电类型半导体层；
第二接合结构包括覆盖第二区域部分的第二导电类型半导体层；
第二接合结构的第二导电类型半导体层与第一接合结构的第一导电类型半导体层部分地重叠，
第二导电类型半导体层的重叠部分位于第一导电类型半导体层的一部分之上，同时在第二导电类型半导体层的重叠部分与第一导电类型半导体层的一部分之间由第一电介质层隔离，以及
位于第二导电类型半导体层的重叠部分之下的、第一导电类型半导体层的一部分与基板的半导体表面直接接触，
其中位于第二区域部分的第二导电类型半导体层接近于位于第一区域部分的第一导电类型半导体层、邻近第一和第二导电类型半导体层的重叠部分。
在本文中直接接触指的是，第一导电类型半导体层的一部分的表面位于半导体的基板表面上，且在两者之间没有电绝缘层。
在本文中接近或直接接近指的是，第二区域部分邻近或最近地靠近或毗连于第一区域部分，而在这两个区域部分之间没有中间介电材料。
有利地，本发明提供：由于直接接近而最大化用于光生电荷载流子的收集区域，在第一和第二接合结构之间不存在间隙。此外，通过仅允许第一和第二导电类型半导体层位于基板的半导体上，并且去除基板上位于在第一和第二接合区域之间的第一电介质层，可以获得较好的钝化，这样减少重组效应并提高太阳能电池的效率。此外，如果半导体层包括非晶硅，则钝化的电介质层的沉积通常会限于在半导体层的沉积之前，这是因为大部分钝化的电介质的沉积在相对高的基板温度下执行，而这会劣化借助于非晶硅层的钝化作用。这种沉积顺序表示必须在半导体层将沉积的表面部分上去除电介质，这增加了表面损伤或污染的附加风险，从而增加太阳能电池质量的损失。本发明不需要使用表面钝化的电介质，因此在电介质层的材料和沉积温度的选择方面提供了更大的灵活性。
本发明在第一和第二区域部分的限定方面提供很有用的制造公差。虽然根据本发明使用任何可行的、高的图案限定精度可以制造太阳能电池，但是本发明也允许使用例如低于10微米的图案限定精度或甚至更差的精度来制造太阳能电池。相比之下，对于现有技术的太阳能电池制造技术来说，这样低的精度会容易导致电池效率的损失，例如这是因为导致并联或增加串联电阻或致使基板区域未钝化。
本发明允许，除了使用半导体层大体上完全覆盖表面之外，电介质层可在蚀刻期间用作掩膜层或停止层以用于图案限定以及用于隔离。此双重功能降低成本并且节省处理步骤。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第一接合结构包括第一隧道结层，第一隧道结层布置在第一导电类型半导体层和基板之间，和/或其中第二接合结构包括第二隧道结层，第二隧道结层布置在第二导电类型半导体层和基板之间。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第一接合结构和第二接合结构中的至少一个包括外延硅层，第一导电类型半导体层是外延硅层和/或第二导电类型半导体是外延硅层。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第一导电类型半导体层和基板表面的重叠部分的交界处没有电介质层。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第一导电类型是p-型，第一导电类型半导体层包括p-型掺杂的非晶氢化硅(p+a-Si:H)，以及第一电介质层包括氢化氮化硅(SiNx:H)。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第一接合结构包括附加的第一导电层或在第一导电类型半导体层的顶部上的层堆。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中附加的第一导电层是金属层，或者层堆包括导电氧化层和非晶半导体层，非晶半导体层布置在导电氧化层和第一导电类型半导体层的堆叠的顶部上。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第二接合结构包括附加的第二导电层或在第二导电类型半导体层的顶部上的层堆。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中附加的第二导电层是金属层，或者层堆包括导电氧化层和非晶半导体层，非晶半导体层布置在导电氧化层和第二导电类型半导体层的堆叠的顶部上。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第一导电类型半导体层的材料包括本征非晶硅层或隧道结层、以及掺杂层；掺杂层是从包括第一类型掺杂的非晶硅、第一类型掺杂的硅-碳混合物、第一类型掺杂的硅-锗合金、第一类型掺杂的外延生长的晶体硅、第一类型掺杂的多晶硅的组中选择的一个。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第二导电类型半导体层的材料是从包括第二类型掺杂的非晶硅、第二类型掺杂的硅-碳混合物、第二类型掺杂的硅-锗合金、第二类型掺杂的外延生长的晶体硅、第二类型掺杂的多晶硅以及另外的半导体的组中选择的一个。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第一电介质层的材料是从包括氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、介电有机化合物、介电金属氧化物或介电金属氮化物的组中选择的一个。
在一方面，本发明涉及上述的太阳能电池，其中第一接合结构包括第一隧道结层，第一隧道结层布置在第一导电类型半导体层和基板之间，和/或其中第二接合结构包括第二隧道结层，第二隧道结层布置在第二导电类型半导体层和基板之间。
另外，本发明涉及用于从半导体基板制造太阳能电池的方法，半导体基板具有用于接收辐射的前侧表面、和后侧表面，后侧表面在基板的第一区域部分设置有第一接合结构以及在基板的第二区域部分设置有第二接合结构，第二区域部分接近于第一区域部分；该方法包括：
在基板的后侧表面上，将第一导电类型半导体层至少沉积在第一区域部分之上；选择性地沉积导电层；将第一电介质层至少沉积在第一导电类型半导体层之上；图案化第一电介质层，以用于通过覆盖位于第一区域部分的第一导电类型半导体层而限定第一区域部分以及用于暴露第二区域部分；将图案化的第一电介质层用作掩膜而图案化第一导电类型半导体层，以在第一区域部分产生第一接合结构以及在第二区域部分暴露硅基板的表面；在后侧表面上，将第二导电类型半导体层至少沉积在第一电介质层的与第二区域部分接近的一部分和暴露的第二区域部分之上，如此使得第二接合结构的第二导电类型半导体层与第一接合结构的第一导电类型半导体层部分地重叠，即第二导电类型半导体层的重叠部分位于第一导电类型半导体层的一部分之上，同时在第二导电类型半导体层的重叠部分与第一导电类型半导体层的一部分之间由第一电介质层隔离，以及位于第二导电类型半导体层的重叠部分之下的、第一导电类型半导体层的一部分与基板的半导体表面直接接触。
如果可选地沉积的导电层是导电氧化物，那么在下文中电介质层可由本征非晶硅层替代。
第一导电类型可以与半导体基板的导电类型相同或相反。
根据本发明的方法允许第一导电类型层的边缘与第一电介质层的边缘自动对准地形成，最大化覆盖着有源物(第一或第二导电类型半导体层)的基板区域，同时改善这两个半导体层之间的绝缘。
此外，本方法有利地允许第一电介质层既用于第一和第二导电类型半导体层的隔离，又用于在第二导电类型半导体层的沉积期间覆盖第一导电类型半导体层。该覆盖可以在第二导电类型半导体层的沉积期间通过第一导电类型半导体层防止钝化热降解。已知在n-型掺杂的a-Si:H层的沉积期间在p-型掺杂的a-Si:H层中出现这种降解。
根据一方面，本方法进一步提供在第二导电类型半导体层之上沉积掩膜层的步骤，掩膜层至少覆盖第二区域部分和第一区域部分的(接近)部分，在沉积掩膜层的步骤之后是图案化掩膜层；以及将图案化的掩膜层用于局部地去除第二导电类型半导体层。
可选地，第二导电类型半导体层可以通过直接法而蚀刻，例如通过以需要的图案印刷蚀刻膏而蚀刻。
可选地，第一电介质层可以使用作为掩膜的第二导电类型半导体层而去除。这将提供这些层的自动对准。有利地，本方法因此而允许第一和第二导电类型层的边缘与第一电介质层的边缘自动对准地形成，最大化第一和第二导电类型半导体层的用于施加金属层所暴露的区域，同时确保这两者之间的绝缘。
在一方面，上述的方法进一步包括：
在第二导电类型半导体层之上沉积掩膜层，掩膜层至少覆盖第二区域部分和第一区域部分的一部分；
图案化掩膜层；将图案化的掩膜层用作掩膜而图案化第二导电类型半导体层，以在第二区域部分产生第二接合结构，第二接合结构具有将第二导电类型半导体层设置为接近于或部分地重叠于第一导电类型半导体层的图案，第二导电类型半导体层的重叠部分位于第一导电类型半导体层的顶部上，两者由第一电介质层隔离。
根据一方面，上述的方法提供：第一接合结构设置有第一隧道结层，第一隧道结层布置在第一导电类型半导体层和基板之间，和/或其中第二接合结构设置有第二隧道结层，第二隧道结层布置在第二导电类型半导体层和基板之间。
在一方面，上述的方法提供：第一接合结构和第二接合结构中的至少一个包括外延硅层，第一导电类型半导体层是外延硅层和基板，和/或第二导电类型半导体层是外延硅层。
在一方面，上述的方法提供：第一导电类型是p-型，第一导电类型半导体层包括p-型掺杂的非晶氢化硅(p+a-Si)；以及第一电介质层包括氢化氮化硅(SiNx:H)，p+a-Si:H层由SiNx:H层覆盖。
有利的实施方式进一步由从属权利要求限定。
附图说明
下面将参照一些附图对本发明作出更详细的解释，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。它们仅意在说明性的目的，并不限制本发明构思，本发明构思由权利要求限定。
在附图中，
图1a-1c示出了在第一制造步骤之后太阳能电池的横截面；
图2示出了在接下来的制造步骤之后太阳能电池的横截面；
图3示出了在最初的图案化步骤之后太阳能电池半导体基板的横截面；
图4示出了在第一半导体层的图案化步骤完成之后太阳能电池半导体基板的横截面；
图5a和5b示出了在接下来的制造步骤之后太阳能电池的横截面；
图6示出了在掩膜层的沉积之后太阳能电池的横截面；
图7示出了在随后的图案化步骤之后太阳能电池的横截面；
图8示出了在蚀刻步骤之后太阳能电池的横截面；
图9a-9c示出了在接下来的制造步骤之后太阳能电池的横截面；
图10a-10e示出了在镀金属步骤之后太阳能电池的横截面；
图11a-11c示出了根据可选的实施方式的太阳能电池的横截面；
图12示出了在接下来的制造步骤之后根据可选的实施方式的太阳能电池的横截面；
图13示出了在第二掩膜层的去除之后太阳能电池的横截面；以及
图14示出了在随后的制造步骤之后太阳能电池的横截面。
具体实施方式
在所附的图中，在每一个图中，相同的参考数字指的是相似的或相同的组件。
太阳能电池包括半导体基板，通常为硅晶片。这种晶片可以是多晶或单晶。
晶片至少在前部可以具有纹理，并且例如通过前部扩散层和前部钝化涂层，晶片可以设置有前侧钝化。晶片还可以在前部设置有抗反射涂层。稍后在处理期间还可以设置前侧纹理和涂层。前侧还可以设置有牺牲层，保护前侧免于下述的一些处理。
图1a示出了在制造流程的第一处理步骤之后半导体基板5的横截面。在这个步骤中，第一导电类型半导体层10至少沉积在基板5的表面的第一部分之上。第一导电类型半导体层将与半导体基板表面形成第一接合部。
第一导电类型半导体层的材料可以从包括第一类型掺杂的非晶富氢硅(a-Si:H)、第一类型掺杂的微晶硅、第一类型掺杂的非晶碳-硅混合物、第一类型掺杂的硅-锗合金、第一类型掺杂的外延生长的晶体硅、第一类型掺杂的多晶硅或其他半导体的组中选择。另外，第一导电类型半导体层可以包括本征半导体层和第一类型掺杂的半导体层的层堆，第一类型掺杂的半导体层具有按照上述所选择的材料，例如，如在现有技术中已知的、具有本征薄层的异质结(HIT结构)。
第一导电类型层还可以包括基板的表面层，基板的表面层通过掺杂向基板中扩散或植入而产生，其可以是局部的或导致超出第一区域部分A的深蚀刻。
被覆盖的第一区域部分至少相当于将要产生第一接合部的区域。
可选地，在实施方式中，第一和/或第二接合部可以包括金属-绝缘体-半导体(MIS)接合部。
图1b示出了在第一制造步骤之后半导体基板的横截面，以致第一导电类型半导体由导电层15覆盖，导电层15用作收集层和/或并联导体以改善电流提取和/或电流流动。导电层可以是例如金属层或(透明的)导电氧化层或两者的组合。
下面将参照没有导电层的第一导电类型半导体层的实施方式对本发明进行描述。将认识到的是，在可选的实施方式中，可以使用具有导电层15的第一导电类型半导体层10的层堆代替第一导电类型半导体层。
还应指出的是，如图1c所示，在实施方式中，在半导体基板5的表面和第一导电类型半导体层10之间，可以布置薄的隧道结层10a，隧道结层10a给半导体基板5和第一导电类型半导体层10之间的电荷载流子提供隧道接触。
图2示出了在接下来的制造步骤之后太阳能电池1的横截面。在接下来的步骤中，在第一导电类型半导体层的顶部上，沉积第一电介质层20，所沉积的第一电介质层20至少在第一区域部分A覆盖第一导电类型半导体层。
应当指出的是，如果可选地沉积的导电层是导电氧化物，则可以沉积本征非晶硅层替代第一电介质层。
第一电介质层的材料可以包括从包括氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、介电有机化合物(例如“抗蚀剂”或树脂)、介电金属氧化物或介电金属氮化物以及其他适当的介电材料的组中选择的材料。
如果在图1a、1b或1c中的层堆以导电氧化物作为顶层而结束，则通过本征非晶硅层替代电介质层，可以有益于选择可用的蚀刻剂。
图3示出了在第一电介质层的图案化步骤之后半导体基板的横截面。该图案化将第一电介质层从待产生第二接合部的、半导体基板的第二区域部分B去除。在待产生第一接合部的第一区域部分A，保留图案化的第一电介质层21。根据本发明的一方面，第一区域部分A接近于、邻近半导体基板的第二区域部分B。
通过图案化步骤可以限定交错结构，其中第一类型接合部与第二类型接合部交错。
图案化步骤包括蚀刻步骤，蚀刻步骤可以是选择性的蚀刻步骤，以去除第一电介质层并且在去除了第一电介质层的区域暴露第一导电类型半导体层。
图案化的第一电介质层21用作掩膜以用于产生图案化的第一导电类型半导体层11。利用蚀刻步骤将所暴露的第一导电类型半导体层从半导体基板的第二区域部分B去除，蚀刻步骤可以是选择性的蚀刻步骤。
第一导电类型半导体层的的图案化示意性地在图4中示出。因为第一电介质层的图案转移到第一导电类型层的图案中，所以这两个层的图案的边缘基本上是自动对准的。这种自动对准具有减少工序数量、减少所需的对准公差和减少成本的优点。
图5a示出了在随后的步骤之后太阳能电池的横截面。在图案化的表面上，第二导电类型半导体层25至少沉积在半导体基板的第二区域部分B上，以及至少沉积在图案化的第一电介质层21和图案化的第一导电类型半导体层11的堆叠的交界部分上，该交界部分邻近第二区域部分B。
在该结构中，图案化的第一电介质层21在图案化的第一导电类型半导体层11与第二导电类型半导体层25的重叠之间提供绝缘。
第一和第二导电类型半导体层的重叠示出为具有斜坡。应当指出的是，实际的倾角可取决于实际的处理步骤和条件。此外，斜坡可大体上垂直于基板的表面或成台阶状。
另外，第二导电类型半导体层25接近于图案化的第一导电类型半导体层11。
因为在图案化的第一导电类型半导体层11的蚀刻期间会出现一些底切(对在层21之下的层11的蚀刻)，所以词语“接近于”意在限定两个图案化的半导体层11、25之间的横向距离至多是图案化的第一导电类型半导体层11的厚度的几倍。
例如，如果图案化的第一导电类型半导层11是20nm厚，那么邻近于层指的是它们在彼此的在约100nm或更小值之内。
与图案化的第一导电类型半导体层11类似，层25可以覆盖有可选的导电层，例如透明的导电氧化物(TCO)和/或金属。
第二导电类型半导体层的材料可以从包括第二类型掺杂的非晶硅、第二类型掺杂的硅-碳混合物、第二类型掺杂的硅-锗合金、第二类型掺杂的外延生长的晶体硅、第二类型掺杂的多晶硅或其他半导体的组中选择。另外，与第一导电类型半导体层类似，第二导电类型半导体层可以包括本征半导体层和第二类型掺杂的半导体层的堆叠，第二类型掺杂的半导体层具有按照上述所选择的材料。此外，与第一导电类型半导体层类似，在半导体基板5的表面和第二导电类型半导体层之间，可以布置薄的隧道结层(未显示)。
此外，第二导电类型层还可以由形成MIS接合部的层堆组成。
第二导电类型与第一导电类型相反。第一导电类型半导体层可以构成发射极和第二导电类型层可以构成背面电场(BSF)，或第一导电类型层可以构成BSF和第二导电类型层可以构成发射极。
在实施方式中，第一导电类型是p-型并且第一导电类型半导体层是p+a-Si:H，并且第一电介质层是SiNx:H。有利地，本发明提供：在该配置中p-型a-Si:H由第一电介质覆盖。当p-型a-Si:H层裸露时，所暴露的p-型a-Si:H层会在随后的a-Si层的沉积期间降解，这主要是由于热暴露而导致的。覆盖有SiNx:H保护了p-型层免受这种降解，因此本发明允许p-型发射极作为第一导电类型半导体层。因为p-型层通常是在后表面上总体占据最大区域的发射极，所以出于电池效率的考量，从p-型层开始可以是有利的。
另外，它可以是有利的，这是因为打开第一导电类型层的处理可以引起表面损伤，而表面损伤减弱沉积在打开区域的层的钝化性能。
图5b示出了在如图5a中的上述随后的步骤之后、按照实施方式的太阳能电池的横截面，其中，隧道结10a、10b位于半导体基板5的表面与图案化的第一导电类型半导体层11之间，或位于半导体基板5的表面与图案化的第二导电类型半导体层25之间，或位于半导体基板5的表面与图案化的第一和第二导电类型半导体层11、25之间。
隧道结10a、10b中的每一个位于第一导电类型半导体层之下，并且第二导电类型半导体层可以独立地在不同的过程中形成。隧道结层10a、10b可以通过表面反应而生长或可以通过物理或化学沉积处理而沉积。
图6示出了根据本发明的实施方式的、在进一步的步骤之后太阳能电池的横截面，其中掩膜层30沉积在第一区域部分A和第二区域部分B的至少一部分上。
掩膜层可以包括从包括氮化硅(SiNx)、二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiOxNy)、介电有机化合物(例如“抗蚀剂”或树脂)、介电金属氧化物或介电金属氮化物以及其他适当的介电材料的组中选择的材料。掩膜层还可以是金属(例如接触)层。
可选地，根据在之前工序中所沉积的顶部层的蚀刻性质，掩膜层可以是本征非晶硅层。
接下来，如图7所示执行图案化步骤。在该图案化步骤中，通过从图案化的第一电介质层21和图案化的第一导电类型半导体层11的堆叠的第三区域部分C去除掩膜层，将掩膜层30图案化为图案化的掩膜31。
可选地，掩膜层30可以以适当的图案(层31的图案)沉积，例如通过经由接近式掩膜的沉积、通过经由印刷技术的沉积等。
所产生的第三区域部分C小于第一区域部分A，因此暴露了在图案化的第一电介质层21和图案化的第一导电类型半导体层11的堆叠之上的、第二导电类型半导体层的一部分。同时，电介质层31覆盖与图案化的第一电介质层21和第一导电类型半导体层11的堆叠重叠的、第二导电类型半导体层25的进一步的部分。
图8示出了在随后的蚀刻步骤之后太阳能电池的横截面，其中，利用图案化的掩膜31去除位于第三区域部分C上的所暴露的第二导电类型半导体层25，并因此产生图案化的第二导电类型半导体层26。在该去除期间，第一导电类型层11被第一电介质层21保护，第一电介质层21也用作用于该第二去除的蚀刻停止。
对于层30和31的沉积和图案化以及层25的蚀刻的替代，第二导电类型半导体层25可以通过直接蚀刻法在第三区域部分C上去除，例如印刷或(墨)喷射蚀刻剂或通过接近式掩膜的等离子腐蚀。
至此太阳能电池结构包括：第一区域部分A，其中第一接合部布置在图案化的第一导电类型半导体层11和基板5之间；以及第二区域部分B，其中第二接合部布置在图案化的第二导电类型半导体层26和基板5之间。因为在半导体基板的表面上，第一区域部分A和第二区域部分B彼此邻近，所以第一和第二接合部也邻近。按照这种方式，第一和第二接合部可以以最接近的状态布置。接合部的这种接近布置提供了用于收集载流子的、有效使用的基板区域的、大体上完全的覆盖。
图9a-9c示出了在接下来的步骤之后、根据相应实施方式的太阳能电池的横截面。
在该步骤中，图案化的掩膜31或图案化的第二导电类型半导体层26用作用于在第三区域部分C蚀刻和去除图案化的第一电介质层21的掩膜。在例如通过直接蚀刻法(如上所述)局部地去除层25的情况下，掩膜31可以不存在。
也可以以直接图案化步骤局部地去除层21(在第三区域部分C或第三区域部分C中更小的区域部分)，例如通过印刷蚀刻膏(图9b)。
当例如通过诸如所沉积的抗蚀图案27的电介质蚀刻掩膜而保护区域D以及区域A和B上的一些邻近区域时，也可以通过例如湿化学蚀刻步骤去除层21和31。随后，通过具有延长到区域A中一定长度的层21，以及存在于区域D上且延伸到区域B中一定长度的层31(图9c)，所得到的结构将不同于图9a。
后一布置可以用于改善最终的太阳能电池(产生在图10e中)的长期稳定性并改善电绝缘性。
如果存在图案化的掩膜31，则图案化的掩膜31可以在与去除层21相同的蚀刻步骤或进一步选择性的蚀刻步骤中去除(在与第一和第二电介质层的蚀刻灵敏度和厚度相当的情况下)。
在图案化的掩膜31的蚀刻步骤和去除之后，太阳能电池结构包括：第一区域部分A，其中第一接合部布置在图案化的第一导电类型半导体层11和基板5之间；以及第二区域部分B，其中第二接合部布置在图案化的第二导电类型半导体层26和基板5之间。太阳能电池结构进一步包括图案化的第二导电类型半导体层26与图案化的第一导电类型半导体层重叠的重叠部分。在重叠区域D，第二导电类型半导体层26通过图案化的第一电介质层21隔离和绝缘。在示例中，如在图9a、9b、9c中所指示的区域D的宽度在约1微米到约1000微米之间。在可选的示例中，区域D的宽度在约10微米到约500微米之间。在另一示例中，区域D的宽度在约50微米到约250微米之间。
图案化的第一导电类型半导体层11在其第一区域部分A和图案化的第二导电类型半导体层26在其第二区域部分B，在分别形成第一和第二接合部的相应的全部区域部分上与基板的表面直接接触(或如果在基板的表面上存在隧道结层，则与覆盖基板的表面的隧道结层接触)。
因此第一导电类型半导体层11基本上完全与基板接触。
图10-14示出了用于镀金属的一些可行的方法。镀金属可由之前介绍的导电层组成，和/或由(另外)可在随后施加的进一步的导电层组成。
在图10-14中，具有如之前的图中所示的相同的参考数字的实体指的是相应的实体。
图10a-10e示出了在镀金属步骤之后太阳能电池1的横截面。如图10a所示，在图案化的第一导电类型半导体层11和图案化的第二导电类型半导体层26的顶部上，沉积镀金属层(金属导电层)34、35。图10b-10e示出该步骤的可选变型。
镀金属层34、35至少通过位于镀金属层的间隙36而图案化，以在位于第一接合结构5、11之上的镀金属层的第一部分34和位于第二接合结构5、26之上的镀金属层的第二部分35之间产生电绝缘。间隙36至少位于第二导电类型半导体层26的重叠部分之上，以便实现金属在层11和层26上的最大覆盖并最小化电阻性损耗，但是间隙36也可以进一步延伸到部分A或B或部分A和B两者之上。
例如，如果电介质21不是完全没有小孔，那么使间隙36从重叠部分延伸到第一部分A或第二部分B或者这两个部分A、B之上，可以减少并联的可能性。
图10e示出了实施方式，其中图案化的第一和第二导电类型半导体层11和26中没有区域直接暴露于大气环境。电介质层37覆盖邻近第一和第二半导体层11、26的重叠区域的、层26的区域，电介质层37可以与如图9c所示的电介质层27相同。该布置可以增强太阳能电池的性能的持久性。镀金属层34、35可以沉积成为覆盖层并且随后通过蚀刻而图案化，或其可以直接按图案沉积。
镀金属层也可以由如下步骤形成，即第一覆盖层沉积(例如导电氧化物和/或种子金属层)，之后是第二镀金属层(例如(丝网)印刷的或喷墨的银图案或抗蚀图案，之后(电)镀)的图案化的沉积，进而后面是将第二镀金属图案用作掩膜对第一覆盖层的回蚀刻。
在实施方式中，通过使用例如二氧化硅的电介质层涂覆第一覆盖层，在此之后图案化电介质层以及在其没有电介质的地方电镀导电氧化物，所沉积的第一覆盖层还可以设置有金属图案。
图11a-11c示出了根据相应的可选的实施方式的太阳能电池2的横截面。单个第一导电类型半导体层被第一堆叠层替代，第一堆叠层在基板上形成第一接合结构并且包括第一导电类型半导体层11和位于其顶部上的导电层15。堆叠的布置与如图1b所示的相似。
图案化的第二导电类型半导体层26被第二导电层40覆盖并形成第二堆叠层。优选地，例如通过以上参照图8所述的方法，第二导电层被图案化为与第二导电类型半导体层26对应。在如图11a所示的实施方式中，在重叠部分之上的间隙36可以省略。
第一堆叠层接近于第二堆叠层。第二堆叠层在重叠区域D与第一堆叠层重叠。在重叠区域D，第一堆叠层以如图5-8所示的类似的方式，通过绝缘电介质层21与重叠的第二堆叠层隔离。
如果位于第一接合结构中的导电层15是导电氧化物，则电介质层21可以由本征非晶半导体层替代。
图11b和11c示出了位于第二导电层40中的间隙36在重叠部分D或第二区域部分B的一部分之上延伸的实施方式。
如果需要，则位于第二导电层40中的间隙36可以在第二导电类型半导体层26的重叠部分附近产生，以改善与位于第一接合结构中的导电层15的绝缘。
将认识到的是，如图11a和图11b、11c中第一和第二导电类型半导体层的重叠的坡度的差异所指示的，可以得到重叠部分D的如上所述的不同倾斜形式。
图12示出了在制造步骤之后根据可选的实施方式的太阳能电池的横截面。
在该实施方式中，位于第一区域部分A中的第一接合结构包括第一导电类型半导体层11和位于其顶部上的导电层15的堆叠。第一导电类型半导体层11和导电层15的堆叠被图案化并被图案化的电介质层22覆盖。
覆盖第一导电类型半导体层11、导电层15和电介质层22的图案化的堆叠的是第二导电类型半导体层25。在位于第二区域部分B中的第二接合结构中，图案化的第二导电层45和第二掩膜50的堆叠布置有在第二导电层45的顶部之上的第二掩膜层。
为了获得如图12所示的结构，将第二导电层45和第二掩膜层50两者至少沉积在第二区域部分B之上。接下来将第二掩膜层50图案化。图案化的第二掩膜层50随后用于限定位于第二区域部分B中的、图案化的第二导电层45的位置。在图案化的第二导电层45的端部E与第一区域部分A和第二区域部分B的交界F之间产生可选的间隔S以改善绝缘。
图13示出了在下一步骤之后根据实施方式的图12的太阳能电池的横截面，其中第二掩膜层50被选择性地去除。将认识到的是，因为对第二导电层45的接触可以例如通过机械力经由第二掩膜层50实现，所以第二掩膜层50的去除可以是可选的。
图14示出了在随后的制造步骤之后图13的太阳能电池3的横截面。在随后的步骤中，将例如抗蚀层的电介质沉积在如图13所示的结构之上。接下来，如果电介质层没有以图案沉积，那么将电介质层图案化以产生例如抗蚀的保护性电介质主体55，保护性电介质主体55覆盖第二导电类型半导体层与第一和第二区域部分A、B之间的边界区域E-F的重叠部分。
图案化的保护性电介质主体用作掩膜，以第二导电类型半导体层的重叠部分与图案化的导电层15和图案化的第一导电类型半导体层11的堆叠重叠的方式，将导电层15和第二导电层45用作蚀刻停止层而将第二导电类型半导体层25的一部分和电介质层22的一部分蚀刻/去除。第一电介质层21作为隔离层。
保护性电介质主体55可以在随后的镀覆步骤(例如电镀步骤)中用于将位于第一区域部分A上的金属接触件与位于第二区域部分B上的金属接触件隔离。保护性电介质主体55通过保护层26还可以提供太阳能电池的性能的持久性，层26可以很薄并且对大气环境渗入太阳能电池组件较为敏感。
本领域技术人员将认识到的是，保护性电介质主体可以应用于其他实施方式，例如图10e中所示出的实施方式。
将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的真正精神的情况下实践，则可以设想和减少本发明的其他实施方式，本发明的范围仅由所附权利要求限制。上述实施方式意图在于说明而不是限制本发明。

Claims (18)

1.太阳能电池，包括半导体基板，
所述半导体基板具有用于接收辐射的前侧表面和后侧表面，所述后侧表面在所述基板的第一区域部分设置有第一接合结构以及在所述基板的第二区域部分设置有第二接合结构；
所述第二区域部分接近于所述第一区域部分；
所述第一接合结构包括覆盖所述第一区域部分的第一导电类型半导体层；
所述第二接合结构包括覆盖所述第二区域部分的第二导电类型半导体层；
所述第二接合结构的第二导电类型半导体层与所述第一接合结构的第一导电类型半导体层部分地重叠，
所述第二导电类型半导体层的重叠部分位于所述第一导电类型半导体层的一部分之上，同时由两者之间的第一电介质层隔离，以及
位于所述第二导电类型半导体层的重叠部分之下的、所述第一导电类型半导体层的所述一部分与所述基板的半导体表面直接接触，
其中位于所述第二区域部分的所述第二导电类型半导体层接近于位于所述第一区域部分的所述第一导电类型半导体层、邻近所述第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层的重叠部分。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一接合结构包括第一隧道结层，所述第一隧道结层布置在所述第一导电类型半导体层和所述基板之间，
和/或
其中所述第二接合结构包括第二隧道结层，所述第二隧道结层布置在所述第二导电类型半导体层和所述基板之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一接合结构和所述第二接合结构中的至少一个包括外延硅层，所述第一导电类型半导体层是所述外延硅层和/或所述第二导电类型半导体层是所述外延硅层。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型半导体层和所述基板表面的重叠部分的交界处没有电介质层。
5.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型是p-型，所述第一导电类型半导体层包括p-型掺杂的非晶氢化硅p+a-Si:H，以及所述第一电介质层包括氢化氮化硅SiNx:H。
6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的太阳能电池，其中所述第一接合结构包括附加的第一导电层或在所述第一导电类型半导体层的顶部上的层堆。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中
所述附加的第一导电层是金属层，
或者所述层堆包括导电氧化层和非晶半导体层，所述非晶半导体层布置在所述导电氧化层和所述第一导电类型半导体层的顶部上。
8.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的太阳能电池，其中所述第二接合结构包括附加的第二导电层或在所述第二导电类型半导体层的顶部上的层堆。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中
所述附加的第二导电层是金属层，
或者所述层堆包括导电氧化层和非晶半导体层，所述非晶半导体层布置在所述导电氧化层和所述第二导电类型半导体层的顶部上。
10.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型半导体层的材料包括本征非晶硅层或隧道结层、以及掺杂层；
所述掺杂层是从包括第一类型掺杂的非晶硅、第一类型掺杂的硅-碳混合物、第一类型掺杂的硅-锗合金、第一类型掺杂的外延生长的晶体硅、第一类型掺杂的多晶硅的组中选择的一个。
11.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的太阳能电池，其中所述第二导电类型半导体层的材料是从包括第二类型掺杂的非晶硅、第二类型掺杂的硅-碳混合物、第二类型掺杂的硅-锗合金、第二类型掺杂的外延生长的晶体硅、第二类型掺杂的多晶硅以及另外的半导体的组中选择的一个。
12.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的太阳能电池，其中所述第一电介质层的材料是从包括氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、介电有机化合物、介电金属氧化物或介电金属氮化物的组中选择的一个。
13.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的太阳能电池，其中所述第一接合结构包括第一隧道结层，所述第一隧道结层布置在所述第一导电类型半导体层和所述基板之间，
和/或其中所述第二接合结构包括第二隧道结层，所述第二隧道结层布置在所述第二导电类型半导体层和所述基板之间。
14.用于从半导体基板制造太阳能电池的方法，
所述半导体基板具有用于接收辐射的前侧表面和后侧表面，所述后侧表面在所述基板的第一区域部分设置有第一接合结构以及在所述基板的第二区域部分设置有第二接合结构，所述第二区域部分接近于所述第一区域部分；
所述方法包括：
在所述基板的后侧表面上，将第一导电类型半导体层至少沉积在所述第一区域部分之上；
选择性地沉积导电层；
将第一电介质层至少沉积在所述第一导电类型半导体层之上；
图案化所述第一电介质层，以用于通过覆盖位于所述第一区域部分的所述第一导电类型半导体层而限定所述第一区域部分以及用于暴露所述第二区域部分；
将图案化的第一电介质层用作掩膜而图案化所述第一导电类型半导体层，以在所述第一区域部分产生第一接合结构以及在所述第二区域部分暴露硅基板的表面；
在所述后侧表面上，将第二导电类型半导体层至少沉积在所述第一电介质层的与所述第二区域部分接近的一部分和暴露的第二区域部分之上，
如此使得所述第二接合结构的第二导电类型半导体层与所述第一接合结构的第一导电类型半导体层部分地重叠，即
所述第二导电类型半导体层的重叠部分位于所述第一导电类型半导体层的一部分之上，同时由两者之间的第一电介质层隔离，以及
位于所述第二导电类型半导体层的重叠部分之下的、所述第一导电类型半导体层的所述一部分与所述基板的半导体表面直接接触。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
在所述第二导电类型半导体层之上沉积掩膜层，所述掩膜层至少覆盖所述第二区域部分和所述第一区域部分的一部分；
图案化所述掩膜层；
将所述图案化的掩膜层用作掩膜而图案化所述第二导电类型半导体层，以在所述第二区域部分产生所述第二接合结构，所述第二接合结构具有将所述第二导电类型半导体层设置为接近于或部分地重叠于所述第一导电类型半导体层的图案，
所述第二导电类型半导体层的重叠部分位于所述第一导电类型半导体层的顶部上，两者由第一电介质层隔离。
16.权利要求14所述的方法，其中所述第一接合结构设置有第一隧道结层，所述第一隧道结层布置在所述第一导电类型半导体层和所述基板之间，
和/或其中所述第二接合结构设置有第二隧道结层，所述第二隧道结层布置在所述第二导电类型半导体层和所述基板之间。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一接合结构和所述第二接合结构中的至少一个包括外延硅层，所述第一导电类型半导体层是所述外延硅层和所述基板，和/或所述第二导电类型半导体层是所述外延硅层。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一导电类型是p-型，所述第一导电类型半导体层包括p-型掺杂的非晶氢化硅p+a-Si；以及所述第一电介质层包括氢化氮化硅SiNx:H，所述p+a-Si:H层由所述SiNx:H层覆盖。
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