CN107039536B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

太阳能电池及其制造方法。公开了一种太阳能电池，该太阳能电池包括：半导体基板；保护膜层，该保护膜层形成在所述半导体基板的一个表面上面；第一导电区，该第一导电区被设置在所述保护膜层上面，所述第一导电区具有第一导电类型并且包含晶体半导体；以及第一电极，该第一电极电连接到所述第一导电区。所述第一导电区包括第一部分和第二部分，该第一部分被设置在所述保护膜层上面并且具有第一晶粒尺寸，该第二部分被设置在所述第一部分上面并且具有大于所述第一晶粒尺寸的第二晶粒尺寸。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有改进结构的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近来，由于诸如油和煤这样的现有能源消耗，导致对用于代替现有能源的替代能源正在增加。最重要的是，太阳能电池是用于将太阳光转换成电能的受欢迎的下一代电池。
可以通过形成基于特定设计的各种层和电极来制造太阳能电池。可以通过各种层和电极的设计来确定太阳能电池的效率。为了使太阳能电池商业化，需要克服低效率和低生产率的问题，因此需要可以使太阳能电池的效率和生产率最大化的太阳能电池及其制造方法。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括：半导体基板；保护膜层，该保护膜层形成在所述半导体基板的一个表面上面；第一导电区，该第一导电区被设置在所述保护膜层上面，所述第一导电区具有第一导电类型并且包含晶体半导体；以及第一电极，该第一电极电连接到所述第一导电区，其中，所述第一导电区包括第一部分和第二部分，该第一部分被设置在所述保护膜层上面并且具有第一晶粒尺寸，该第二部分被设置在所述第一部分上面并且具有大于所述第一晶粒尺寸的第二晶粒尺寸。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：在半导体基板上面形成保护膜层；在所述保护膜层上面形成具有结晶度的导电区；以及形成与所述导电区电连接的电极，其中，在形成所述导电区的步骤中，所述导电区被形成为包括第一部分和第二部分，该第一部分被设置在所述保护膜层上面并且具有第一晶粒尺寸，该第二部分被设置在所述第一部分上面并且具有大于所述第一晶粒尺寸的第二晶粒尺寸。
附图说明
根据下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和优点，其中，
图1是例示了根据本发明的实施方式的太阳能电池的截面图；
图2是图1中例示的太阳能电池的部分后平面图；
图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F和图3G是例示了根据本发明的一个实施方式的太阳能电池的制造方法的截面图；
图4A、图4B和图4C是例示了根据本发明的一个实施方式的制造方法的一部分的截面图；
图5A、图5B、图5C和图5D是例示了根据本发明的另一个实施方式的制造方法的一部分的截面图；
图6是例示了根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池的截面图；
图7是例示了根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池的截面图；
图8是例示了根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池的截面图；
图9是制造例1的第一太阳能电池的横截面照片；
图10是比较例1的第一比例太阳能电池的横截面照片；
图11是例示了根据制造例1的第一太阳能电池至第四太阳能电池的第一导电区的薄膜电阻和第一太阳能电池至第四太阳能电池的隐开路电压(implied open-circuitvoltage)Vimp的曲线图；
图12是例示了根据比较例1的第一比较太阳能电池至第三比较太阳能电池的第一导电区的薄膜电阻和第一比较太阳能电池至第三比较太阳能电池的隐开路电压的曲线图；以及
图13是例示了根据制造例1的第一太阳能电池、根据比较例1的第一比较太阳能电池和根据比较例2和制造例2至4的太阳能电池的第一导电区中的载流子迁移率的相对值的曲线图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施方式，在附图中例示了这些实施方式的示例。然而，应该理解，本发明不应该限于这些实施方式，而是可以按各种方式进行修改。
在附图中，为了简明扼要地说明本发明，省略对与描述没有联系的元件的例示，并且在整个说明书中用相同的参考标号来指定相同或极其相似的元件。另外，在附图中，为了更清楚地说明，夸大或减小了元件的诸如厚度、宽度等这样的尺寸，因此本发明的厚度、宽度等不限于附图的例示。
在整个说明书中，当一元件被称为“包括”另一个元件时，只要没有特别相矛盾的描述，该元件就不应该被理解为将其它元件排除在外，并且该元件可以包括至少一个其它元件。另外，应该理解，当诸如层、膜、区域或基板这样的元件被称为在另一个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上或者还可以存在居间元件。另一方面，当诸如层、膜、区域或基板这样的元件被称为“直接在”另一个元件上时，这意味着它们之间不存在居间元件。
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及其制造方法。
图1是例示了根据本发明的实施方式的太阳能电池的截面图，图2是图1中例示的太阳能电池的部分后平面图。
参照图1和图2，根据本实施方式的太阳能电池100包括：半导体基板10，该半导体基板10包括底部区10；保护膜层20，该保护膜层20形成在半导体基板10的一个表面(在下文中，“后表面”)上；第一导电区32和第二导电区34，该第一导电区32和第二导电区34位于保护膜层20上面并且由晶体半导体形成，第一导电区32具有第一导电类型并且第二导电区34具有与第一导电类型相反的第二导电类型；以及第一电极42和第二电极44，该第一电极42和第二电极44分别连接到第一导电区32和第二导电区34。此时，在本实施方式中，第一导电区32包括：第一部分321，该第一部分321位于保护膜层20上面并且具有第一晶粒尺寸(例如，第一平均晶粒尺寸)；以及第二部分322，该第二部分322位于第一部分321上面并与保护膜层20分隔开，并且具有比第一晶粒尺寸大的第二晶粒尺寸(例如，第二平均晶粒尺寸)。另外，太阳能电池100还可以包括例如钝化膜20和40以及抗反射膜26。下面将对此进行更详细的描述。
半导体基板10可以包括以相对低的掺杂浓度而掺杂有第一导电掺杂物或第二导电掺杂物的底部区110，因此具有第一导电类型或第二导电类型。底部区110可以由包含第一导电掺杂物或第二导电掺杂物的晶体半导体形成。在一个示例中，底部区110可以由包含第一导电掺杂物或第二导电掺杂物的单晶或多晶半导体(例如，单晶或多晶硅)形成。具体地，底部区110可以由包含第一导电掺杂物或第二导电掺杂物的单晶半导体(例如，单晶半导体晶圆，更具体地，半导体硅晶圆)形成。基于具有高结晶度并因此具有低缺陷的底部区110或半导体基板10制造的太阳能电池具有优异的电特性。
另外，半导体基板10可以包括前表面场区(或场区)130，该前表面场区130位于半导体基板10的另一个表面(在下文中，“前表面”)上。前表面场区130可以具有与底部区110相同的导电类型，并且可以具有比底部区110高的掺杂浓度。
本实施方式例示了前表面场区130被配置为通过以相对高的掺杂浓度用第一导电掺杂物或第二导电掺杂物对半导体基板10进行掺杂而形成的掺杂区的情况。因此，前表面场区130可以包括第一导电晶体(单晶或多晶)或第二导电晶体(单晶或多晶)半导体，并且构成半导体基板10的一部分。在一个示例中，前表面场区130可以构成第一导电单晶半导体基板或第二导电单晶半导体基板(例如，单晶硅晶圆基板)的一部分。
此时，前表面场区130的掺杂浓度可以小于导电类型与前表面场区130相同的第一导电区32或第二导电区34的掺杂浓度。这是因为，为了在允许载流子水平移动的同时防止载流子朝着半导体基板10的前表面移动，前表面场区130需要相对低的掺杂浓度。然而，本发明不限于此。
前表面场区130中包含的掺杂物可以具有与第一导电区32或第二导电区34中包含的第一导电掺杂物或第二导电掺杂物相同的导电类型。前表面场区130中包含的掺杂物可以与第二导电区34中包含的第一导电掺杂物或第二导电掺杂物相同或不同。
然而，本发明不限于此。因此，可以通过用第一导电掺杂物或第二导电掺杂物对单独的半导体层(例如，非晶半导体层、微晶半导体层或多晶半导体层)而不是半导体基板10进行掺杂来形成前表面场区130。另选地，前表面场区130可以被配置为起到与靠近半导体基板10形成并且掺杂有固定电荷的层(例如，前表面钝化膜24和/或抗反射膜26)相似作用的场区。例如，当底部区110具有n型时，前表面钝化膜24可以由具有固定负电荷以在底部区110的表面上形成反转层的氧化物(例如，氧化铝)形成，因此被用作场区。在这种情况下，半导体基板10可以只包括底部区110而不包括单独的掺杂区，这可以使半导体基板10的缺陷最小化。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130。
在本实施方式中，半导体基板10的前表面可以经受纹理化，以具有呈金字塔形状的凸出部。形成在半导体基板10上的凸出部可以具有预定形状(例如，金字塔形状)，该预定形状具有沿着特定半导体晶面形成的外表面(例如，(111))。当半导体基板10的前表面的粗糙度通过经由纹理化而形成的凸出部而增大时，穿过半导体基板10的前表面引入的光的反射率会减少。因此，到达底部区110与第一导电区32或第二导电区34所形成的pn结的光的量会增加，这可以使遮蔽损失(shading loss)最小化。
另外，可以经由例如镜面磨削来将半导体基板10的后表面形成为表面粗糙度比前表面低的相对平滑的平坦表面。这是因为，在如本实施方式中一样第一导电区32和第二导电区34形成在半导体基板10的后表面上的情况下，太阳能电池100的特性可以根据半导体基板10的后表面的特性而显著改变。因此，半导体基板10的后表面没有设置有通过纹理化而形成的凸出部，以实现改进的钝化，这因此可以改善太阳能电池100的特性。然而，本发明不限于此。在某些情况下，半导体基板10的后表面可以设置有通过纹理化而形成的凸出部。还可以有各种其它改变。
可以在半导体基板10的后表面上面形成保护膜层20。在一个示例中，保护膜层20可以形成在整个半导体基板10上面，以接触半导体基板10的后表面，这可得到简化的结构和改进的隧穿效应。然而，本发明不限于此。
保护膜层20用作电子和空穴的屏障，因此防止少数载流子从中穿过并且使得只有积聚在与保护膜层20相邻的部分处并因此具有预定量或更多的能量的多数载流子能够从中穿过。此时，具有预定量或更多的能量的多数载流子可以由于隧穿效应而容易地穿过保护膜层20。另外，保护膜层20可用作防止第一导电区32和第二导电区34的掺杂物扩散到半导体基板10的扩散屏障。保护膜层20可以包含使得多数载流子能够隧穿的各种材料。在一个示例中，保护膜层20可以包含非晶硅、氧化物、氮化物、半导体和导电聚合物。例如，保护膜层20可以包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、本征非晶硅或本征多晶硅。在一个示例中，保护膜层20可以由诸如(例如)氧化物或氮化物这样的绝缘材料形成，并且具体地，可以被配置为包含氧化硅的氧化硅层。这是因为氧化硅层呈现优异的钝化并因此确保了载流子容易隧穿。
为了实现充分的隧穿效应，保护膜层20可以比后表面钝化膜40薄。在一个示例中，保护膜层20的厚度可以是5nm或更小(更具体地，2nm或更小，例如，在0.5nm至2nm的范围内)。当保护膜层20的厚度超过5nm时，不会出现平滑隧穿，因此，太阳能电池100不能够进行操作。当保护膜层20的厚度低于0.5nm时，可能难以形成具有所期望质量的保护膜层20。为了进一步改进隧穿效应，保护膜层20的厚度可以是2nm或更小(更具体地，在0.5nm至2nm的范围内)。然而，本发明不限于此，并且保护膜层20的厚度可以具有各种值中的任何值。
包括第一导电区32和第二导电区34的半导体层30可以位于保护膜层20上。在一个示例中，半导体层30可以被形成为与保护膜层20接触，这可得到简化的结构和最强的隧穿效应。然而，本发明不限于此。
在本实施方式中，半导体层30可以包括：第一导电区32，该第一导电区32包含第一导电掺杂物并因此具有第一导电类型；以及第二导电区34，该第二导电区34包含第二导电掺杂物并因此具有第二导电类型。第一导电区32和第二导电区34可以位于保护膜层20上面的同一平面上。也就是说，在第一导电区32和第二导电区34与保护膜层20之间可以不插入层，或者当第一导电区32和第二导电区34与保护膜层20之间插入另一个层时，所插入的层可以具有同一叠堆结构。另外，屏障区36可以在第一导电区32和第二导电区34之间处在与第一导电区32和第二导电区34相同的平面中。
在一个示例中，在本实施方式中，底部区110可以具有第二导电类型。此时，第一导电区32构成发射区，该发射区连同底部区110和在它们之间插入的保护膜层20一起形成pn结(或pn隧道结)，以经由光电转换而产生载流子。第二导电区34构成后表面场区，该后表面场区形成后表面场以防止由于半导体基板10的表面上(更准确地，在半导体基板10的后表面上)的复合而导致载流子损失。
然而，本发明不限于此。底部区110可以具有第一导电类型。在这种情况下，第二导电区34构成发射区，该发射区连同底部区110和在它们之间插入的保护膜层20一起形成pn结(或pn隧道结)，以经由光电转换而产生载流子。第一导电区32构成后表面场区，该后表面场区形成后表面场以防止由于半导体基板10的表面上(更准确地，半导体基板10的后表面上)的复合而导致载流子损失。
此时，第一导电区32可以包含含有第一导电掺杂物的晶体半导体(例如，硅)。另外，第二导电区34可以包含含有第二导电掺杂物的晶体半导体(例如，硅)。
在本实施方式中，第一导电区32和第二导电区34中的每一个被配置为形成在半导体基板10上面(更具体地，保护膜层20上面)与半导体基板10分离的半导体层，并且被掺杂有第一导电掺杂物或第二导电掺杂物。例如，可以通过用第一导电掺杂物或第二导电掺杂物对多晶硅半导体层(例如，多晶硅层)进行掺杂来形成第一导电区32和第二导电区34中的每一个，可以通过诸如例如沉积这样的各种方法来容易地制造该多晶硅半导体层。第一导电掺杂物或第二导电掺杂物可以在形成半导体层的处理中被添加到半导体层中，或者可以在形成半导体层之后通过使用诸如例如热扩散和离子注入这样的各种掺杂方法被添加到半导体层中。
此时，当第一导电掺杂物或第二导电掺杂物是p型时，它可以是诸如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、或铟(In)这样的III族元素。当第一导电掺杂物或第二导电掺杂物是n型时，它可以是诸如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)这样的V族元素。在一个示例中，第一导电掺杂物可以是p型硼(B)，第二导电掺杂物可以是n型磷(P)。
另外，屏障区36可以位于第一导电区32和第二导电区34之间，使得第一导电区32和第二导电区34彼此分隔开。当第一导电区32和第二导电区34彼此接触时，会出现分流，因此不期望地导致太阳能电池100的性能劣化。因此，在本实施方式中，可以通过在第一导电区32和第二导电区34之间设置屏障区36来防止不必要的分流。
屏障区36可以由可以使第一导电区32和第二导电区34彼此基本上绝缘的各种材料中的任一种形成。也就是说，屏障区36可以由未掺杂的绝缘材料(例如，氧化物或氮化物)形成。另选地，屏障区36可以包含本征半导体。此时，第一导电区32、第二导电区34和屏障区36由同一半导体(例如，多晶半导体，并且更具体地，多晶硅)形成，使得它们连续地形成以在其侧表面处彼此接触，并且屏障区36可以是基本上不包含掺杂物的i型(本征)半导体材料。在一个示例中，在半导体层由半导体材料形成之后，半导体层的区域被掺杂有第一导电掺杂物以形成第一导电区32，并且半导体层的另一个区域被掺杂有第二导电掺杂物以形成第二导电区34，因此没有形成第一导电区32和第二导电区34的剩余区域可以构成屏障区36。因此，可以简化制造第一导电区32、第二导电区34和屏障区36的方法。
然而，本发明不限于此。因此，当屏障区36与第一导电区32和第二导电区34分离地形成时，屏障区36可以具有与第一导电区32和第二导电区34不同的厚度。在一个示例中，为了更有效地防止第一导电区32和第二导电区34之间短路，屏障区36可以比第一导电区32和第二导电区34厚。另选地，为了减少形成屏障区36所需的原材料的量，屏障区36可以比第一导电区32和第二导电区34薄。当然，可以有各种其它改变。另外，屏障区36的基本构成材料可以与第一导电区32和第二导电区34的基本构成材料不同。
另外，本实施方式例示了屏障区36致使第一导电区32和第二导电区34彼此完全分隔开的情况。然而，本发明不限于此。因此，屏障区36可以被形成为致使第一导电区32和第二导电区34只沿着它们之间的边界的一部分彼此分隔开。因此，第一导电区32和第二导电区34可以沿着它们之间的边界的剩余部分彼此接触。
在本实施方式中，在一个示例中，底部区110可以具有第二导电类型。此时，导电类型与底部区110不同的第一导电区32可以比导电类型与底部区110相同的第二导电区34宽。如此，通过底部区110和第一导电区32之间的保护膜层20形成的pn结可以具有增大的宽度。此时，当底部区110和第二导电区34的导电类型是n型并且第一导电区32的导电类型是p型时，宽的第一导电区32可以有效地收集移动相对缓慢的空穴。然而，本发明不限于此。
下面将参照图2更详细地描述第一导电区32、第二导电区34和屏障区36的平面结构。
后表面钝化膜40可以形成在半导体基板10的后表面上的第一导电区32和第二导电区34以及屏障区36上面。在一个示例中，后表面钝化膜40可以与第一导电区32和第二导电区34以及屏障区36接触，因此具有简化结构。然而，本发明不限于此。
后表面钝化膜40具有用于将第一导电区32和第一电极42连接的开口402以及用于将第二导电区34和第二电极44连接的开口404。如此，后表面钝化膜40用于防止第一导电区32和第二导电区34连接到不正确的电极(即，在第一导电区32的情况下的第二电极44，而在第二导电区34的情况下的第一电极42)。另外，后表面钝化膜40可以用于使第一导电区32和第二导电区34和/或屏障区36钝化。
前表面钝化膜24和/或抗反射膜26可以位于半导体基板10的前表面(更准确地，在形成在半导体基板10的前表面上的前表面场区130)上。在一些实施方式中，只有前表面钝化膜24可以形成在半导体基板10上面，只有抗反射膜26可以形成在半导体基板10上面，或者前表面钝化膜24和抗反射膜26可以依次位于半导体基板10上面。图1例示了以下的情况：前表面钝化膜24和抗反射膜26按照彼此接触的方式依次位于半导体基板10上面，并且半导体基板10与前表面钝化膜24接触。然而，本发明不限于此，半导体基板10可以与抗反射膜26接触。还可以有各种其它改变。
后表面钝化膜40、前表面钝化膜24和/或抗反射膜26可以比保护膜层20厚。如此，可以提高绝缘和钝化特性。可以有各种其它改变。
可以遍及半导体基板10的除开口402和404之外的后表面形成后表面钝化膜，第一电极42和第二电极44穿过开口402和404。另外，前表面钝化膜24和抗反射膜26可以基本上穿过半导体基板10的前表面形成。这里，“遍及……形成”不仅包括物理上完全形成，而且包括在不可避免被排除在外的部分的情况下形成。
前表面钝化膜24或后表面钝化膜40被形成为与半导体基板10的前表面或者第一导电区32和第二导电区34接触，以实现在第一导电区32和第二导电区34的表面或主体中存在的缺陷的钝化。如此，可以经由去除少数载流子的复合位置来增加太阳能电池100的开路电压。抗反射膜26减少引入半导体基板10的前表面中的光的发射率。因此，可以增加到达由底部区110与第一导电区32或第二导电区34所形成的pn结的光的量。因此，太阳能电池100的短路电流Isc可以增大。以这种方式，前表面钝化膜24或后表面钝化膜40和抗反射膜26可以增加太阳能电池100的开路电压和短路电流，因此提高太阳能电池100的效率。
后表面钝化膜40、前表面钝化膜24和/或抗反射膜26可以由各种材料形成。在一个示例中，后表面钝化膜40、前表面钝化膜24和/或抗反射膜26可以由单个膜形成或者由按照从由氮化硅膜、含氢的氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、碳化硅膜以及MgF2、ZnS、TiO2和CeO2膜构成的组中选择的两个或更多个膜的组合的形式的多个膜形成。在一个示例中，前表面钝化膜24可以是形成在半导体基板10上面的氧化硅膜，并且抗反射膜26可以具有氮化硅膜和碳化硅膜彼此依次堆叠的结构。另外，在一个示例中，后表面钝化膜40可以具有氮化硅膜和碳化硅膜彼此依次堆叠的结构。然而，本发明不限于此，并且后表面钝化膜40可以当然包含各种材料。
在一个示例中，在本实施方式中，为了实现优异的绝缘和钝化特性，前表面钝化膜24、后表面钝化膜40和/或抗反射膜26可以不包含掺杂物等。
设置在半导体基板10的后表面上的电极42和44包括与第一导电区32物理电连接的第一电极42和与第二导电区34物理电连接的第二电极44。
此时，第一电极42通过后表面钝化膜40中的开口402连接到第一导电区32，并且第二电极44通过后表面钝化膜40中的开口404连接到第二导电区34。第一电极42和第二电极44可以包含各种金属材料。在一个示例中，第一电极42和第二电极44可以由金属形成，并且可以被形成为分别与第一导电区32和第二导电区34接触。
下文中，将参照图1和图2详细地描述第一导电区32、第二导电区34、屏障区36以及第一电极42和第二电极44的平面形状。
参照图1和图2，在本实施方式中，第一导电区32和第二导电区34延伸长的长度以形成条带(stripe)，并且沿着与其纵向方向交叉的方向交替地布置。屏障区36可以作为分隔物位于第一导电区32和第二导电区34之间。虽然在图1和图2中未例示，但是彼此分隔开的多个第一导电区32可以在其一个边缘处互连，并且彼此分隔开的多个第二导电区34可以在其另一个边缘处互连。然而，本发明不限于此。
此时，第一导电区32可以比第二导电区34宽。在一个示例中，可以通过将第一导电区32和第二导电区34设置成具有不同的宽度来调整第一导电区32和第二导电区34的面积。也就是说，第一导电区32的宽度W1可以大于第二导电区34的宽度W2。这例示了第一导电区32用作发射区的情况。当第二导电区34用作发射区时，第二导电区34可以比第一导电区32宽很多。
另外，第一电极42可以形成为条带形状以与第一导电区32对应，并且第二电极44可以形成为条带形状以与第二导电区34对应。各个开口(参见图1中的参考标号402和404)可以沿着第一电极42和第二电极44的整个长度形成，以与第一电极42和第二电极44对应。因此，第一电极42和第二电极44与第一导电区32和第二导电区34之间的接触面积可以被最大化，这可以增加载流子的收集效率。然而，本发明不限于此。开口402和404可以当然被形成为只将第一电极42和第二电极44的一部分连接到第一导电区32和第二导电区34中的每一个。例如，开口402和404可以被形成为多个接触孔。另外，虽然在图1和图2中未例示，但是第一电极42可以在其一个边缘处互连，并且第二电极44可以在其另一个边缘处互连。然而，本发明不限于此。
当光被引入根据本实施方式的太阳能电池100中时，经由形成在底部区110和第一导电区32之间的pn结处的光电转换来产生电子和空穴，并且所引入的电子和空穴经由隧穿保护膜层20而移至第一导电区32和第二导电区34，并随后移至第一电极42和第二电极44。因此，产生电。
在具有电极42和44形成在半导体基板10的后表面上而没有电极形成在半导体基板10的前表面上的后表面电极结构的太阳能电池100中，可以使半导体基板10的前表面上的遮蔽损失最小化。因此，可提高太阳能电池100的效率。
另外，因为第一导电区32和第二导电区34形成在半导体基板10上面并且保护膜层20插入第一导电区32和第二导电区34之间，所以第一导电区32和第二导电区34与半导体基板10分离地形成。如此，由于复合而导致的损失会小于当通过用掺杂物对半导体基板10的区域进行掺杂而形成的掺杂区用作导电区时的损失。
在本实施方式中，第一导电区32包括：第一部分321，该第一部分321位于保护膜层20上面并且具有第一晶粒尺寸；以及第二部分322，该第二部分322位于第一部分321上面并与保护膜层20分隔开，并且具有比第一晶粒尺寸大的第二晶粒尺寸。这里，晶粒尺寸可以意指平均晶粒尺寸。另外，在本实施方式中，第二导电区34包括：第一部分341，该第一部分341位于保护膜层20上面并且具有第一晶粒尺寸；以及第二部分342，该第二部分342位于第一部分341上面并与保护膜层20分隔开，并且具有比第一晶粒尺寸大的第二晶粒尺寸。同样地，屏障区36包括：第一部分361，该第一部分361位于保护膜层20上面并且具有第一晶粒尺寸；以及第二部分362，该第二部分362位于第一部分341上面并与保护膜层20分隔开，并且具有比第一晶粒尺寸大的第二晶粒尺寸。也就是说，在本实施方式中，半导体层30的第一部分301可以包括第一导电区32的第一部分321、第二导电区34的第一部分341和屏障区36的第一部分361，并且半导体层30的第二部分302可以包括第一导电区32的第二部分322、第二导电区34的第二部分342和屏障区36的第二部分362。
当第一导电区32和第二导电区34的第二部分322和342具有比位于保护膜层20上面的第一部分321和341大的晶粒尺寸时，因为掺杂物通过第二部分322和342的扩散速率低，所以大量的掺杂物会位于第二部分322和342中，并且与第二部分322和342相比，相对少量的掺杂物位于第一部分321和341中。因此，因为相对大量的掺杂物可以位于靠近电极42和44(例如，与电极42和44接触)的第一导电区32和第二导电区34的第二部分322和342中，所以第一导电区32和第二导电区34的表面浓度可以增大，并因此第一导电区32和第二导电区34与电极42和44之间的接触电阻可以减小。另外，因为相对少量的掺杂物位于靠近保护膜层20的第一导电区32和第二导电区34的第一部分321和341中，所以掺杂物将扩散到保护膜层20或半导体基板10的附近部分的量可以减少，并且可以保持优异的钝化特性。
另一方面，当第一导电区32和第二导电区34的整个部分具有基本上相同的晶粒尺寸时，可能难以通过调整掺杂分布来改进接触电阻、钝化特性和载流子迁移率中的全部。例如，当第一导电区32和第二导电区34只包括具有相对小的第一晶粒尺寸的第一部分321和341而不包括第二部分322和342时，晶界可能大，并因此载流子迁移率可能不高。在另一个示例中，当第一导电区32和第二导电区34只包括具有相对大的第二晶粒尺寸的第二部分322和342而不包括第一部分321和341时，掺杂物的扩散速率会减小并且第一导电区32和第二导电区34可能难以被掺杂有足够高的浓度。因此，第一导电区32和第二导电区34与电极42和44之间的接触电阻可以增大。另外，当作为增大载流子迁移率的另一种方法来增大掺杂物的量时，过量的掺杂物会扩散到保护膜层20或者半导体基板10的附近部分，因此导致钝化的劣化。
在一个示例中，第一部分301的第一晶粒尺寸可以在10nm至1μm的范围内，并且比第一晶粒尺寸大的第二部分302的第二晶粒尺寸可以在20nm至600μm的范围内。此时，第一晶粒尺寸或第二晶粒尺寸可以是当在厚度方向上观察时的平均晶粒尺寸和当在平面上观察时的平均晶粒尺寸中的较大一个。当第一晶粒尺寸低于10nm时，掺杂物可以容易地扩散通过第一部分321，因此导致保护膜层20的界面处的钝化劣化，并且可能难以形成具有此晶粒尺寸的第一部分321。另一方面，当第一晶粒尺寸大于1μm时，掺杂物会不充分地扩散到第一部分321，因此导致电阻增大。当第二晶粒尺寸低于20nm时，与第一部分301的晶粒尺寸相比，该尺寸可能太小，并因此可能难以实现第一部分301和第二部分302的上述效果。当第二晶粒尺寸超过600μm时，可能难以形成具有所期望的掺杂浓度的第一导电区32和第二导电区34，并且因为掺杂物几乎没有扩散，所以形成第一导电区32和第二导电区34的处理可能有点困难。
更具体地，第一部分301的第一晶粒尺寸的范围可以是从20nm至50nm并且第二部分302的第二晶粒尺寸的范围可以是从200nm至500nm(例如，200nm至300nm)。用这些第一晶粒尺寸和第二晶粒尺寸，可以有效地实现第一部分301和第二部分302的上述效果。
另选地，第一部分301的晶粒尺寸和第二部分302的晶粒尺寸之差的范围可以是从10nm至600μm。当晶粒尺寸之差低于10nm时，第一部分301和第二部分302的上述效果会不充分。可能难以形成第二部分302，使得晶粒尺寸之差超过600μm。更具体地，第一部分301的晶粒尺寸和第二部分302的晶粒尺寸之差的范围可以是从10nm至500nm(例如，100nm至300nm)。在该范围内，可以有效地实现第一部分301和第二部分302的上述效果。
另选地，第一部分301的晶粒尺寸与第二部分302的晶粒尺寸之比的范围可以从1:1.5至1:100(例如，1:2至1:40，并且在一个示例中，1:6至1:20)。当上述比率低于1:1.5时，通过第一部分301和第二部分302得到的上述效果会不充分。上述比率会由于处理特性而难以被设置成大于1:100，并且1:100的比率会使得第一导电区32和第二导电区34难以具有所期望的掺杂浓度。当上述比率范围是1:2至1:40时，第一部分301和第二部分302可以充分地实现归因于晶粒尺寸之差的效果，并且可以容易地在对应的处理中形成。另外，当上述比率范围是1:6至1:20时，由于处理特性，归因于晶粒尺寸之差的效果可以被最大化并且可以确保容易制造。
然而，本发明不限于上述数值范围，各种其它改变是可能的。
在本实施方式中，第一导电区32和第二导电区34可以包括形成为与保护膜层20接触的第一部分321和341以及形成为与电极42和44接触的第二部分322和342。因为第一导电区32和第二导电区34只包括具有第一部分321和341以及第二部分322和342的两个层，所以可以简化第一导电区32和第二导电区34的结构。然而，本发明不限于此，并且第一导电区32和第二导电区34还可以包括将第一部分321和341以及第二部分322和342排除在外的另一个层。
相对于整个第一导电区32或第二导电区34的厚度，第二部分322或342(或第二部分302)的厚度的范围可以是从20％至90％。当第二部分的相对厚度低于20％时，第二部分322或342的厚度会不够大，并且会限制第一导电区32或第二导电区34与电极42和44之间的接触电阻的减小。另一方面，当第二部分的相对厚度超过90％时，第一部分321或342的厚度太小以致不能实现足够的掺杂，因此第一导电区32或第二导电区34可以在其与保护膜层20接触的部分中具有高电阻。
在一个示例中，第二部分322或342的厚度可以等于或大于第一部分321和341的厚度。具体地，第二部分322或342的厚度可以大于第一部分321和341的厚度。因此，相对于整个第一导电区32或第二导电区34的厚度的第二部分322或342的厚度的范围可以是从50％至90％(更具体地，可以大于50％并且等于或小于90％)。这是因为，当第二部分322或342的相对厚度增大时，载流子迁移率会增大并且电特性会得以改进。
在本实施方式中，屏障区36可以包括第一部分361和第二部分362，并且具有更小粒径尺寸的第一部分361可以位于靠近保护膜层20或者与保护膜层20接触。因此，虽然屏障36的靠近保护膜层20的部分是具有高载流子迁移率的部分，但是这可以通过对应部分中的屏障区36来有效地防止载流子移动离开第一导电区32和第二导电区34的侧表面。当通过对半导体层30进行掺杂来形成第一导电区32和第二导电区34时，可以通过不对半导体层30的一部分进行掺杂来容易地形成包括第一部分361和第二部分362的屏障区36。然而，本发明不限于此，并且可以经由各种方法来形成包括第一部分361和第二部分362的屏障区36。
本说明书公开了以下情况：构成第一部分301的第一导电区32的第一部分321、第二导电区34的第一部分341和屏障区36的第一部分361具有相同的第一晶粒尺寸，并且构成第二部分302的第一导电区32的第二部分322、第二导电区34的第二部分342和屏障区36的第二部分362具有相同的第二晶粒尺寸。这是因为第一导电区32、第二导电区34和屏障区36被包括在同一处理中连续形成的半导体层30中，并因此，用整个部分的平均晶粒尺寸来确定晶粒尺寸。然而，本发明不限于此。因此，第一导电区32的第一部分321、第二导电区34的第一部分341和屏障区36的第一部分361可以具有不同的晶粒尺寸，并且第一导电区32的第二部分322、第二导电区34的第二部分342和屏障区36的第二部分362可以具有不同的晶粒尺寸。即使在这种情况下，第一导电区32的第二部分322也可以具有比第一部分321大的晶粒尺寸，第二导电区32的第二部分342也可以具有比第一部分321大的晶粒尺寸，并且屏障区36的第二部分362也可以具有比第一部分361大的晶粒尺寸。
可以经由各种方法来形成具有上述结构的第一导电区32和第二导电区34和/或屏障区36。
在一个示例中，当形成半导体层30的第一导电区32和第二导电区34时，可以形成包括都具有第一晶粒尺寸的第一半导体部分(参见图3B中的参考标号310)的半导体层，此后可以形成具有第二晶粒尺寸的第二半导体部分(参见图3C中的参考标号320)。掺杂可以在形成半导体层30的处理中执行，或者可以经由单独的掺杂处理来执行。随后，将参照图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F和图3G对此进行更详细的描述。
另选地，在形成包括均匀地具有第一晶粒尺寸的第一半导体部分(参见图4B或图5B中的参考标号310)的半导体层之后，用激光照射半导体层的一部分，以形成设置在第一半导体部分上的第二半导体部分。具体地，第一半导体部分310在厚度方向上的一部分局部地经受热处理，使得具有第二晶粒尺寸的第二半导体部分(参见图4C中的参考标号320)可以形成在第一部分310上。随后将参照图4A、图4B和图4C以及图5A、图5B、图5C和图5D对此进行更详细的描述。
图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F和图3G是例示了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。
首先，如图3A中例示的，在包括底部区110的半导体基板10上面形成保护膜层20。可以经由诸如例如化学氧化、热氧化或沉积这样的各种方法中的任一种来形成保护膜层20。
随后，如图3B和图3C中例示的，在半导体基板10上面(更准确地，在形成在半导体基板10上面的保护膜层20上面)形成具有晶体结构的本征的半导体层300。
此时，在本实施方式中，如图3B中例示的，可以在第一处理条件下在保护膜层20上面形成包括具有第一晶粒尺寸的第一半导体部分310的半导体层。此后，如图3C中例示的，可以在与第一处理条件不同的第二处理条件下在第一半导体部分310上面形成包括具有第二晶粒尺寸的第二半导体部分320。因此，可以形成包括晶粒尺寸不同的第一半导体部分310和第二半导体部分320的半导体层300。
此时，可以将形成第一半导体部分310的步骤和形成第二半导体部分320的步骤作为在同一设备中仅仅通过改变处理条件连续地执行的原位处理(in-situ process)来执行。这可以简化制造处理。另外，当在形成第一半导体部分310的处理和形成第二半导体部分320的处理期间从设备中抽出半导体基板时，半导体层300会因外来物质而受到污染或被氧化，因此导致在第一半导体部分310和第二半导体部分320之间形成氧化物层。在本实施方式中，因为在同一设备中连续地形成具有不同晶粒尺寸的第一半导体部分310和第二半导体部分320，所以可以防止当半导体层300在其形成处理期间暴露于外部时可能出现的任何问题。
在一个示例中，在本实施方式中，可以经由低压化学气相沉积来形成本征半导体层300。也就是说，可以包括包含构成半导体层300的半导体材料的气体(例如，硅烷气体)。在本实施方式中，因为半导体层300被沉积为呈现出其本征特性，所以气体环境可以只包括包含半导体材料的气体。因此，可以简化要供应的气体并且可以提高所形成的半导体层300的纯度。然而，本发明不限于此，为了利于半导体层300的沉积或者改进半导体层300的特性，还可以使用另一种气体。另外，当在半导体层300的沉积处理中将第一导电掺杂物和第二导电掺杂物一起掺杂时，还可以包括包含第一导电掺杂物或第二导电掺杂物的气体(例如，B2H6或PH3)。
此时，第一半导体部分310和第二半导体部分320可以具有归因于其不同处理温度的不同晶粒尺寸。在一个示例中，形成第二半导体部分320的处理中的处理温度可以高于形成第一半导体部分310的处理中的处理温度。高的处理温度可以利于第二半导体部分320中的晶粒生长，因此致使第二半导体部分320具有相对大的第二晶粒尺寸。在一个示例中，形成第二半导体部分320的处理中的处理温度可以比形成第一半导体部分310的处理中的处理温度高约10℃至300℃。当温度差低于10℃时，由于温度差不够大，导致区分晶粒尺寸会受到限制。另外，当温度差超过300℃时，例如，改变温度所耗费的时间和成本增加，并且第一半导体部分310或第二半导体部分320的特性会劣化。
另选地，可以通过区分例如所使用的原材料气体的量和种类来使第一半导体部分310和第二半导体部分320具有不同的晶粒尺寸。在一个示例中，在形成第二半导体部分320的处理中的包含半导体材料的气体的量可以大于在形成第一半导体部分310的处理中的包含半导体材料的气体的量。因此，相对大量的包含半导体材料的气体可以利于第二半导体部分320中的晶粒生长，因此致使第二半导体部分320具有相对大的第二晶粒尺寸。另选地，除了原材料气体之外，还可以通过附加地引入例如包含半导体材料的另一种气体来增加第二半导体部分320的第二晶粒尺寸。
图3A、图3B和图3C例示了只在半导体基板10的后表面上形成保护膜层20和/或半导体层300的情况。然而，实际上，还可以在半导体基板10的前表面和/或侧表面上形成保护膜层20和/或半导体层300，并且可以在后面的处理中去除形成在前表面和/或侧表面上的保护膜层20和/或半导体层300。
随后，如图3D中例示的，可以在半导体层300上面形成第一掺杂层324和掩模层328。另外，可以在第一掺杂层324和掩模层328之间形成未掺杂层326，并且未掺杂层326可以具有与第一掺杂层324和掩模层328相同的形状。
第一掺杂层324可以包含第一导电掺杂物并且可以具有与第一导电区32对应的图案。此时，可以在第一掺杂层324上面设置具有与第一掺杂层324相同的图案的未掺杂层326。首先一体地形成第一掺杂层324和未掺杂层326，然后对它们进行构图。在一个示例中，可以经由使用蚀刻膏或蚀刻掩模进行蚀刻来去除第一掺杂层324和未掺杂层326中所需的部分。然而，本发明不限于此，并且可以形成均具有图案的第一掺杂层324和未掺杂层326。
第一掺杂层324包括第一导电掺杂物并且用于经由掺杂处理中的扩散向半导体层300供应第一导电掺杂物(在图3E中例示了该处理)。未掺杂层326用于防止在掺杂处理中第一掺杂层322中包含的第一导电掺杂物向外扩散。
第一掺杂层324可以由包含第一导电掺杂物的各种材料中的任一种形成。另外，未掺杂层326可以由不包含第一导电掺杂物和第二导电掺杂物的各种材料中的任一种形成。在一个示例中，第一掺杂层324可以包含硅酸硼玻璃(BSG)，并且未掺杂层326可以包含未掺杂硅酸盐玻璃(USG)。然而，本发明不限于此，第一掺杂层324和未掺杂层326可以包含各种其它材料。在一个示例中，当第一掺杂层324是n型时，第一掺杂层324可以包含磷硅酸盐玻璃(PSG)。
可以经由诸如例如沉积这样的各种方法来形成第一掺杂层324和未掺杂层326。此时，在本实施方式中，可以经由在同一设备中连续执行的原位处理来形成第一掺杂层324和未掺杂层326。当如上所述第一掺杂层324由硅酸硼玻璃形成并且未掺杂层326由未掺杂硅酸盐玻璃形成时，在以下状态下执行沉积以形成第一掺杂层324：供应包含第一导电掺杂物的气体，并且此后中断包含第一导电掺杂物的气体的供应，以形成未掺杂层326。通过气体的这种改变，可以连续地形成第一掺杂层324和未掺杂层326，导致处理简化。
图3D例示了形成与第一导电区32对应的第一掺杂层324并且在第一掺杂层324上面形成掩模层328的情况。因此，在本实施方式中，当第二导电区34和前表面场区130具有相同的第二导电类型时，可以通过使第二导电掺杂物热扩散来将第二导电区34和前表面场区130一起形成。然而，本发明不限于此。因此，可以经由其它方法来形成第二导电区34和前表面场区130。另选地，可以形成与第二导电区34对应的第二掺杂层并且可以在第二掺杂层上面形成掩模层328。可以有各种其它改变。
掩模层328用于防止掺杂物扩散到其上形成掩模层328的部分。掩模层328可以由各种未掺杂材料中的任一种形成，这些未掺杂材料可以不包含第一导电掺杂物和第二导电掺杂物并且可以防止掺杂物扩散。在一个示例中，掩模层328可以由碳化硅(SiC)膜形成。碳化硅膜可以有效地防止掺杂物扩散。另外，可以使用激光来容易地将碳化硅膜处理成具有所期望的形状，并且可以在掺杂处理之后通过蚀刻溶液(例如，酸溶液，例如，稀释的氢氟酸(HF))来容易地去除碳化硅膜。
掩模层328可以被形成为覆盖第一掺杂层324和未掺杂层326并且使与第二导电区34对应的部分暴露。可以在整个第一掺杂层324、未掺杂层326和半导体基板10的后表面中形成掩模层328之后，对掩模层328进行构图以使其具有所期望的图案。在一个示例中，可以经由激光消融来去除掩模层328的所期望部分。当使用激光对掩模层328进行构图时，与其上将形成第二导电区34的部分对应的开口可以被形成为具有所期望的宽度和间隔。然而，本发明不限于此，并且掩模层328可以被形成为使得已经形成图案。
在本实施方式中，掩模层328可以包括：屏障部B，该屏障部B设置在第一掺杂层324和未掺杂层326周围，以覆盖形成在第一掺杂层324和未掺杂层326中的开口的一部分。在一个示例中，屏障部B可以形成在第一掺杂层324中形成的开口的边缘上，以沿着第一掺杂层324的边缘延伸。因此，掩模层328中的开口的面积可以小于第一掺杂层324和未掺杂层326中的开口的面积。屏障部B用于形成屏障区(参见图3E中的参考标号36)。然而，本发明不限于此。因此，掩模层328中的开口可以具有与第一掺杂层324和未掺杂层326中的开口相同的形状和相同的面积，并且可以不设置屏障部B。
随后，如图3E中例示的，通过使掺杂物扩散到半导体层(参见图3D中的参考标号3D)来形成包括第一导电区32和第二导电区34的半导体层30。在一个示例中，可以在包含第二导电掺杂物的气体环境下执行热处理。可以使用包含第二导电掺杂物的各种气体来创建气体环境。此时，如图1的放大的圆中例示的，半导体层30包括第一部分(参见图1中的参考标号301)和第二部分(参见图1中的参考标号302)。在图3E、图3F和图3G中，为了使例示简明，没有例示第一部分301和第二部分302。
更具体地，位于第一掺杂层324中的第一导电掺杂物扩散到半导体层300，因此形成第一导电区32。另外，第二导电掺杂物经由热扩散从半导体基板10的后表面侧穿过掩模层328中的开口扩散到半导体层300，因此形成第二导电区34。
因此，在本实施方式中，通过使用第一掺杂层324对第一导电掺杂物进行掺杂来形成第一导电区32，并且使用包含第二导电掺杂物的气体经由第二导电掺杂物的热扩散来形成第二导电区34。因此，可以经由简化后的处理来形成第一导电区32和第二导电区34。
另外，因为第一导电掺杂物和第二导电掺杂物没有扩散到半导体层300的与屏障部B对应的部分，所以由本征晶体半导体形成的屏障区36位于对应部分中。因此，可以经由简化后的处理来形成包括屏障区36的半导体层30。
虽然本实施方式例示了经由第二导电掺杂物的热扩散来形成第二导电区的情况，但是本发明不限于此。
在另一个示例中，在形成掩模层328之后，掩模层328中的至少开口可以被包含第二导电掺杂物的第二掺杂层(未示出)填充。在一个示例中，可以在整个半导体层300和掩模层328形成第二掺杂层。另外，可以经由等离子体化学气相沉积由磷硅酸盐玻璃来形成第二掺杂层。在这种情况下，热处理致使第二掺杂层中所包含的第二导电掺杂物扩散到半导体层300，以形成第二导电区34。
此时，半导体基板10的前表面可以经受纹理化，以形成前表面场区130。在一个示例中，在半导体基板10的前表面经受纹理化之后，可以执行用于使第二导电掺杂物热扩散的热处理，使得前表面场区130和第二导电区34一起形成。另选地，在形成第一导电区32和第二导电区34之后，半导体基板10的前表面经受纹理化，然后被掺杂有第二导电掺杂物，以形成前表面场区130。在这种情况下，可以经由与第二导电区34的掺杂处理不同的处理来形成前表面场区130，以精确地控制前表面场区130的掺杂分布。此时，当例如保护膜层20和半导体层300也形成在半导体基板10的前表面上时，可以在纹理化期间去除这些层。
可以经由各种方法来执行半导体基板10的前表面上的纹理化。例如，可以通过只将半导体基板10的前表面部分浸在碱性溶液(例如，KOH溶液)中来执行纹理化。该处理可以有利地减少处理时间。另选地，仅半导体基板10的前表面可以经受经由例如作为单面蚀刻方法的反应离子蚀刻(RIE)进行的纹理化。通过反应离子蚀刻，可以仅容易地蚀刻单个表面并且可以形成具有均匀凸出部的纹理化表面。然而，本发明不限于此。
随后，如图3F中例示的，去除第一掺杂层324、未掺杂层326和掩模层328，在半导体基板10的前表面上面形成前表面钝化膜24和抗反射膜26，并且在半导体基板10的另一个表面上面(更准确地，在包括导电区32和34的半导体层30上面)形成后表面钝化膜40。
可以经由诸如例如真空沉积、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷或喷涂这样的各种方法来形成前表面钝化膜24、抗反射膜26和/或后表面钝化膜40。另外，在去除第一掺杂层324、未掺杂层326和掩模层328之后，可以形成前表面钝化膜24、抗反射膜26和/或后表面钝化膜40。另选地，可以在去除第一掺杂层324、未掺杂层326和掩模层328之前形成前表面钝化膜24和抗反射膜26，然后，在去除第一掺杂层324、未掺杂层326和掩模层328之后，可以形成后表面钝化膜40。因此，当去除第一掺杂层324、未掺杂层326和掩模层328时，前表面钝化膜24和抗反射膜26可以用作掩模，因此防止半导体基板10的前表面受损或者其特性劣化。
随后，如图3G中例示的，形成与第一导电区32和第二导电区34分别连接的第一电极42和第二电极44。
在一个示例中，在后表面钝化膜40中形成开口402和404之后，可以在后表面钝化膜40上面形成电极层，使得开口402和424被填充有电极层，因此形成第一电极42和第二电极44。可以经由诸如例如电镀或沉积这样的各种方法中的任一种来形成电极层。此时，可以完全形成电极层，然后对其进行构图，或者可以形成构图后的电极层。可以经由各种已知方法中的任一种对电极层进行构图。
另选地，在经由例如丝网印刷在后表面钝化膜40上分别涂覆用于形成第一电极的膏体和用于形成第二电极的膏体之后，可以使用火烧穿现象(fire-through phenomenon)或激光烧穿接触以形成具有上述形状的第一电极42和第二电极44。在这种情况下，因为在烧制处理期间形成开口402和404，所以没有添加用于形成开口402和404的处理。
根据本实施方式，可以经由简化后的处理来制造具有优异效果的太阳能电池100并且可以提高太阳能电池100的效率和生产率二者。更具体地，可以通过仅仅区分处理条件来形成均包括第一部分321或341和第二部分322或342的第一导电区32和第二导电区34。因为可以经由在同一设备中连续执行的原位处理来形成第一部分321或341和第二部分322或342，所以可以有效地简化处理。
下文中，将参照图4A、图4B和图4C详细地描述根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池的制造方法。将省略对与以上参照图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F和图3G的描述的部分相同或极其相似的部分的详细描述，并且只详细描述不同的部分。
图4A、图4B和图4C是例示了根据本发明的实施方式的制造方法的一部分的截面图。
如图4A和图4B中例示的，在半导体基板10的后表面上面形成保护膜层20，并且在保护膜层20上面形成包括具有第一晶粒尺寸的第一半导体部分310的半导体层300。对图3B中例示的形成第一半导体部分310的处理的描述可以被直接应用于形成第一半导体部分310的处理。然而，第一半导体部分310具有比半导体层(参见图3C中的参考标号300或图3E中的参考标号30)小的厚度，以与图3B的处理中的第一部分301对应，而第一半导体部分310具有与图4A的处理中的半导体层300基本上相同的厚度。另外，在形成包括第一半导体部分310的半导体层300之后，可以在形成以下将描述的第二半导体部分320之前，在包括第一半导体部分310的半导体层上形成掺杂物层。在形成下面将描述的第二半导体部分320的处理中，可以用激光来照射掺杂物层，使得掺杂物层中包含的掺杂物扩散到包括第一半导体部分310的半导体层。
随后，如图4C中所示，通过使用激光330进行的热处理，在第一半导体部分310的与保护膜层20在厚度方向上分隔开的部分中形成第二半导体部分320。使用激光330进行热处理使得晶粒能够在高温下生长，因此第二半导体部分320可以被形成为具有比第一半导体部分310的第一晶粒尺寸大的第二晶粒尺寸。
通过在考虑到例如第一半导体部分310的厚度和特性的情况下调整例如激光330的输出、能量密度、频率和脉冲，可以在第一半导体部分310的一部分保持靠近保护膜层20的状态下形成第二半导体部分320。激光300可以是短波激光。因为第一半导体部分310容易吸收短波激光，所以第一半导体部分310的仅一部分可以容易地结晶。因此，可以形成第二半导体部分320，使得第一半导体部分310得以保留。在一个示例中，激光330可以是紫外(UV)激光或绿色激光。
此时，如图4C中例示的，可以在形成第二半导体部分320之前在包括第一半导体部分310的半导体层上形成单独的激光吸收膜320a的状态下发射激光330。因此，激光吸收膜320a吸收激光330中的一些，导致半导体层的包括第一半导体部分310的部分被激光330照射。具体地，整个第一半导体部分310的晶粒尺寸在厚度方向上增大，这可以防止第一半导体部分310消失。具体地，当在考虑到例如第一半导体部分310的厚度和特性的情况下调整激光吸收膜320a的厚度时，第一半导体部分310的仅一部分的晶粒尺寸可以容易地在厚度方向上增大。激光吸收膜320a可以由各种材料中的任一种形成，只要当所述材料被激光330照射时，所述材料能够吸收激光330并且对第一半导体部分310没有负面影响即可。在一个示例中，激光吸收膜320a可以包括绝缘层或非晶半导体层(例如，非晶硅层)。在这种情况下，激光吸收膜320a可以容易地形成并且可以基本上包含与第一半导体部分310相同的材料，以防止例如由于使用不同的材料而导致污染和特性变化。可以在经由激光330的照射而形成第二半导体部分320之后，经由各种方法来形成激光吸收膜320a。
根据本实施方式，因为激光330中的一些被激光吸收膜320a吸收，所以第一半导体部分310的靠近保护膜层20的部分可以稳定地保留，使得第一部分321、341和361被形成。另外，可以经由调整激光吸收膜320a的厚度来容易地调整第一部分321、341和361的厚度。
然而，激光吸收膜320a可以不是必需的，并且可以在没有激光吸收膜320a的情况下用激光330来直接照射第一半导体部分310。在这种情况下，可以省去形成激光吸收膜320a的处理，导致处理简化。
随后，可以经由实现图3D、图3E、图3F和图3G中例示的处理来制造太阳能电池100。
用这种制造方法，可以使用激光330来简单地形成第二半导体部分320。具体地，因为可以调整将被激光330照射的平面中的一部分，所以可以通过用激光330只照射半导体层300在该平面中的部分来形成具有图6中例示的结构的太阳能电池。随后，将参照图6对此进行详细描述。
下文中，将参照图5A、图5B、图5C和图5D来详细地描述根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池制造方法。将省略对与参照图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F和图3G描述的部分和/或参照图4A、图4B和图4C描述的部分相同或极其相似的部分的详细描述，并且将只详细地描述不同的部分。
图5A、图5B、图5C和图5D是例示了根据本发明的另一个实施方式的制造方法的一部分的截面图。
如图5A中例示的，在半导体基板10的后表面上面形成保护膜层20。
随后，在保护膜层20上面形成包括具有第一晶粒尺寸的第一半导体部分310的半导体层300。对图3B中例示的形成第一半导体部分310的处理的描述可以被直接应用于形成该第一半导体部分310的处理。然而，第一半导体部分310具有比半导体层(参见图3C中的参考标号300或图3E中的参考标号30)小的厚度，以与图3B的处理中的第一部分301对应，而第一半导体部分310具有与图5B的处理中的半导体层300基本上相同的厚度。
随后，如图5C中所示，在第一半导体部分310上面形成第一掺杂层324、掩模层328和第二掺杂层329。此时，未掺杂层326可以位于第一掺杂层324和掩模层328之间。参照图3D进行的描述可以被直接应用于第一掺杂层324、掩模层328和未掺杂层326，因此以下将省略对其的描述。
第二掺杂层329可以包含第二导电掺杂物，并且可以在整个半导体层300、第一掺杂层324、未掺杂层326和掩模层328上面形成。包含第二导电掺杂物的第二掺杂层329用于经由掺杂处理(即，图5D中例示的处理)中的扩散向半导体层300供应第二导电掺杂物。
第二掺杂层329可以由包含第二导电掺杂物的各种材料中的任一种形成。在一个示例中，第二掺杂层329可以包含磷硅酸盐玻璃(PSG)。然而，本发明不限于此，第二掺杂层329可以包含各种其它材料中的任一种。在一个示例中，当第二掺杂层329是p型时，第二掺杂层329可以由硼硅酸盐玻璃(PSG)形成。第二掺杂层329可以由诸如例如沉积这样的各种方法中的任一种形成。
在上述描述和附图中，第一掺杂层324具有与第一导电区32对应的图案，未掺杂层326和掩模层328设置在第一掺杂层324上面，并且第二掺杂层329形成在整个第一掺杂层324、未掺杂层326和掩模层328上面。然而，本发明不限于此。在一个示例中，第二掺杂层329可以具有与第二导电区34对应的图案，未掺杂层326和掩模层328可以设置在第二掺杂层329上面，并且第一掺杂层324可以形成在整个第二掺杂层329、未掺杂层326和掩模层328上面。另选地，第一掺杂层324和第二掺杂层329可以分别具有与第一导电区32和第二导电区34对应的图案。
随后，如图5D中例示的，使用激光330来执行热处理。因此，经由第一掺杂层324中的第一导电掺杂物和第二掺杂层329中的第二导电掺杂物扩散到半导体层300的掺杂处理来形成第一导电区32和第二导电区34。半导体层300的剩余区域形成屏障区36。另外，因为在靠近保护膜层20的第一半导体部分310保留的状态下执行掺杂处理，所以形成第一部分321、341和361，并且因为对当通过激光330的加热在半导体层300的靠近保护膜层20的部分中生长晶粒时形成的第二半导体部分执行掺杂处理，所以形成第二部分322、342和362。
根据本实施方式，因为激光330的一些被例如第一掺杂层324或第二掺杂层329吸收，所以第一半导体部分310的靠近保护膜层20的部分可以稳定地保留以形成第一部分321、341和361。另外，可以经由调整第一掺杂层324或第二掺杂层329的厚度来容易地调整第一部分321、341和361的厚度。另外，当使用掺杂处理中需要的第一掺杂层324或第二掺杂层329作为激光吸收层时，可以省去对形成和去除激光吸收膜的附加处理。
图5D例示了当从平面上观察时形成第二掺杂层329并且用激光330照射整个半导体层300的情况。然而，本发明不限于此，可以省去第二掺杂层329，和/或可以经由不同的掺杂处理来形成第二导电区34。在这种情况下，可以用激光330照射半导体层300的仅在该平面上的部分，以形成具有图6中例示的结构的太阳能电池。随后，将参照图6对此进行详细描述。
另外，半导体基板10的前表面可以经受纹理化，以形成前表面场区130。可以根据参照图3E进行的描述对此进行理解，因此以下将不进行描述。
随后，可以经由实现图3F和图3G中例示的处理来制造太阳能电池100。
在本实施方式中，可以经由单个处理同时执行用于使用激光330进行掺杂的热处理和用于形成具有第二晶粒尺寸的第二部分322、342和362的热处理。因此，可以按照简化后的方式执行掺杂处理以及形成第二部分322和342的处理，导致处理简化。
下文中，将参照图6至图8详细地描述根据本发明的其它实施方式的太阳能电池。将省略对与以上描述的部分相同或相似的部分的详细描述，并且将只详细地描述不同的部分。另外，可以在本发明的范围内，将上述实施方式及其改变和以下实施方式及其改变彼此组合。
图6是例示了根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池的截面图。
参照图6，在本实施方式中，第一导电区32包括具有第一晶粒尺寸的第一部分321和具有比第一晶粒尺寸大的第二晶粒尺寸的第二部分322，并且第二导电区324包括具有第一晶粒尺寸的第一部分341。也就是说，第二导电区34的第一部分341可以比第一导电区32的第一部分321厚，并且第一部分341的厚度可以与第一导电区32的厚度相同或相似(例如，在与第一导电区32的厚度相差10％的范围内)。另外，整个第二导电区34可以具有第一晶粒尺寸，并且第二导电区34的第一晶粒尺寸可以与第一导电区32的第一部分321的第一晶粒尺寸基本上相同或相似(例如，具有10％内的差)，并且可以小于第一导电区32的第二部分322的第二晶粒尺寸。
另外，屏障区36可以包括具有第一晶粒尺寸的第一部分361。因此，屏障区36的第一部分361可以比第一导电区32的第一部分321厚，并且第一部分361的厚度可以与第一导电区32的厚度相同或相似(例如，具有10％内的差)。另外，整个屏障区36可以具有第一晶粒尺寸，并且屏障区36的第一晶粒尺寸可以与第一导电区32的第一部分321的第一晶粒尺寸基本上相同或相似(例如，具有10％内的差)，并且可以小于第一导电区32的第二部分322的第二晶粒尺寸。
可以通过在图4C或图5D的处理中用激光330只照射与第一导电区32对应的部分来容易地制造太阳能电池100。然而，本发明不限于此，可以经由各种其它方法来制造太阳能电池100。
此时，包括第一部分321和第二部分322的第一导电区32可以具有p型。当第一导电区32具有p型时，掺杂物可以包含例如硼(B)。这是因为硼具有非常小的元素尺寸并因此与例如n型磷(P)相比，更容易扩散到保护膜层20和半导体基板10，因此导致特性劣化。考虑到这一点，第一导电区32被形成为具有第一部分321和第二部分322。
然而，本发明不限于此。第一导电区32可以具有n型。另外，在一些实施方式中，屏障区36可以只包括第一部分361，或者可以包括第一部分361和第二部分362。
图7是例示了根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池的截面图。
参照图7，在本实施方式中，可以在整个半导体基板10的后表面上面形成保护膜层20和第一导电区32，并且可以在整个半导体基板10的前表面上面形成第二导电区34。另外，第一电极42在半导体基板10的后表面侧电连接到第一导电区32，并且第二电极44在半导体基板10的前表面侧电连接到第二导电区34。
此时，第一导电区32可以被形成为与半导体基板10分离的半导体层，并且可以包括第一部分321和第二部分322。与第一部分321和第二部分322相关的上述描述可以被直接应用于此。另外，第二导电区34可以被形成为构成半导体基板10的一部分的掺杂区。也就是说，可以通过用掺杂物对半导体基板10的一部分进行掺杂来形成第二导电区34。第二导电区34可以具有与底部区110不同的导电类型，或者可以具有与底部区110相同的导电类型，但是可以具有比底部区110高的掺杂浓度。
在一个示例中，在本实施方式中，第二导电区34可以具有与底部区110相同的导电类型，但是可以具有比底部区110高的掺杂浓度。因此，具有与底部区110不同的导电类型并且用作发射区的第一导电区34可以与半导体基板10分离地形成，保护膜层20插入在第一导电区34与半导体基板10之间，这可以改进钝化特性。另外，因为配置为单独的半导体层的第一导电区32被设置在后表面上并且配置为掺杂区的第二导电区34被设置在前表面上，所以能够防止例如引入前表面中的光被单独的半导体层吸收。这可以使遮蔽损失最小化。
如上所述，第一导电区32和第二导电区34中只有一个可以包括第一部分321和第二部分322。虽然图7和对其的详细描述例示了保护膜层20以及包括第一部分321和第二部分322的第一导电区32设置在半导体基板10的后表面上并且第二导电区34设置在半导体基板10的前表面上的情况，但是本发明不限于此。例如，保护膜层20以及包括第一部分321和第二部分322的第一导电区32可以设置在半导体基板10的前表面上，并且第二导电区34可以设置在半导体基板10的后表面上。
图8是例示了根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池的截面图。
参照图8，在本实施方式中，保护膜层20可以包括在整个半导体基板10的后表面设置的第一保护膜层20a和在整个半导体基板10的后表面设置的第二保护膜层20b，并且导电区32和34可以包括在整个第一保护膜层20a设置的第一导电区32和在整个第二保护膜层20b设置的第二导电区34。另外，第一电极42在半导体基板10的后表面侧电连接到第一导电区32，并且第二电极44在半导体基板10的前表面侧电连接到第二导电区34。
此时，第一导电区32和第二导电区34可以由与半导体基板10分开的半导体层30a和30b形成。图8例示了第一导电区32和第二导电区34分别包括第一部分321和341以及第二部分322和342的情况。然而，本发明不限于此，并且第一导电区32和第二导电区34中的至少一个可以包括第一部分321或341和第二部分322或342。参照图1进行的描述可以被直接应用于第一部分321和341以及第二部分322和342。
图8例示了第一电极42包括在整个第一导电区32形成的第一透明电极层421和在第一透明电极层421上面的具有预定图案的第一金属电极层422的一个示例。另外，在图8的示例中，第二电极44包括在整个第二导电区34形成的第二透明电极层441和在第二透明电极层441上面的具有预定图案的第二金属电极层442。当设置了第一透明电极层421和第二透明电极层441时，可以减小水平方向上的电阻并且可以提高载流子迁移率。该电极结构还可以应用于图7中例示的实施方式。
然而，本发明不限于此，并且如图1或图7中例示的第一电极42和第二电极44中的至少一个可以被配置为仅仅与第一导电区32和第二导电区34接触并且具有预定图案的金属电极。
在下文中，将参照本发明的制造例来更详细地描述本发明。以下的制造例仅仅是以示例的方式给出的，并且本发明不限于此。
制造例1
在n型单晶半导体基板的一个表面上形成由氧化硅膜形成的保护膜层。经由低压化学气相沉积在保护膜层上面形成包含多晶硅并且具有第一晶粒尺寸的第一半导体部分。通过用激光来照射本征半导体层以在保留半导体层的靠近保护膜层的部分中的第一半导体部分的同时在本征半导体层的与保护膜层分隔开的部分中生长晶粒来形成第二半导体层。此时，第一晶粒尺寸是50nm，第二晶粒尺寸是250nm，第一晶粒尺寸和第二晶粒尺寸之差是200nm，并且第二晶粒尺寸与第一晶粒尺寸之比是5:1。另外，用p型掺杂物对第一半导体部分和第二半导体部分的一个区域进行掺杂而用n型掺杂物对其另一个区域进行掺杂，使得形成包括均包括第一部分和第二部分的第一导电区和第二导电区的半导体层，因此制造出第一太阳能电池。第二部分的厚度相对于整个导电区的厚度是50％。另外，第二太阳能电池、第三太阳能电池和第四太阳能电池是使用与制造例1的第一太阳能电池的第一导电区和第二导电区的掺杂浓度不同的第一导电区和第二导电区的掺杂浓度来制造的，但是在其它方面是按照与制造例1的第一太阳能电池相同的制造方法来制造的。
比较例1
经由与制造例1的太阳能电池相同的方法来制造第一比较太阳能电池，不同之处在于，没有执行形成第二半导体部分的激光照射处理，因此包括第一导电区和第二导电区的半导体层仅包括都具有第一晶粒尺寸的第一部分。另外，第二比较太阳能电池和第三比较太阳能电池是使用与第一比较太阳能电池的第一导电区和第二导电区的掺杂浓度不同的第一导电区和第二导电区的掺杂浓度来制造的，但是在其它方面是按照与第一比较太阳能电池相同的制造方法来制造的。
在图9中例示了制造例1的第一太阳能电池的截面照片，并且在图10中例示了比较例1的第一比较太阳能电池的截面照片。另外，测量根据制造例1的第一太阳能电池、第二太阳能电池、第三太阳能电池和第四太阳能电池的第一导电区的薄膜电阻以及第一太阳能电池、第二太阳能电池、第三太阳能电池和第四太阳能电池的隐开路电压Vimp并在图11中进行了例示，并且测量根据比较例1的第一比较太阳能电池、第二比较太阳能电池和第三比较太阳能电池的第一导电区的薄膜电阻以及第一比较太阳能电池、第二比较太阳能电池和第三比较太阳能电池的隐开路电压Vimp并在图12中进行了例示。
参照图9，可以看到，在根据制造例1的太阳能电池中，半导体层包括具有不同晶粒尺寸的第一部分和第二部分。另一方面，参照图10，可以看到，在根据比较例1的太阳能电池中，半导体层仅包括具有一致或几乎一致晶粒尺寸的第一部分。
参照图11，可以看到，根据制造例1的太阳能电池具有相似的隐开路电压值，即便其薄膜电阻值彼此相同。另一方面，可以看到，在根据比较例1的太阳能电池中，隐开路电压与薄膜电阻的减小成比例地减小。在比较例1中，预期的是，当通过增大掺杂浓度来减小薄膜电阻时，掺杂物可以移至保护膜层，导致保护膜层的界面处的钝化劣化。另一方面，在制造例1中，预期的是，当具有相对大的第二晶粒尺寸的第二部分位于第一部分上面以减小掺杂物的扩散速率时，表面浓度可以减小并且位于靠近保护膜层的第一部分的掺杂浓度可以减小。利用上述的制造例1，第二部分可以防止当掺杂物移至保护膜层的界面时导致的钝化劣化，并且具有高掺杂浓度的第二部分和第二电极之间的电阻可以减小。因此，即使在低薄膜电阻下，也可以获取高的开路电压，这可以有效地提高太阳能电池的效率。
比较例2
经由与制造例1的第一太阳能电池相同的方法来制造太阳能电池，不同之处在于，第一晶粒尺寸是50nm，第二晶粒尺寸是58nm，第一晶粒尺寸和第二晶粒尺寸之差是8m，并且第二晶粒尺寸与第一晶粒尺寸之比是1.16:1。
制造例2
经由与制造例1的第一太阳能电池相同的方法来制造太阳能电池，不同之处在于，第二部分的厚度相对于整个导电区的厚度是10％。
比较例3
经由与制造例1的第一太阳能电池相同的方法来制造太阳能电池，不同之处在于，第二部分的厚度相对于整个导电区的厚度是83％。
制造例4
经由与制造例1的第一太阳能电池相同的方法来制造太阳能电池，不同之处在于，第二部分的厚度相对于整个导电区的厚度是88％。
在图13中例示了根据制造例1的第一太阳能电池、根据制造例1的第一比较太阳能电池以及根据比较例2和制造例2至4的太阳能电池的第一导电区中的载流子迁移率的相对值。
参照图13，可以看到，根据制造例1的第一太阳能电池中的载流子迁移率高于根据比较例1的第一比较太阳能电池中的载流子迁移率。另一方面，可以看到，当根据比较例2的太阳能电池具有与根据比较例1的太阳能电池相似的载流子迁移率并因此具有低于预定水平(例如，10nm)的晶粒尺寸或低于预定水平(例如，1.5:1)的第二部分与第一部分的晶粒尺寸之比时，即使设置了第一部分和第二部分，也几乎没有明显的效果。另外，可以看到，根据制造例2的太阳能电池具有比根据比较例1的第一比较太阳能电池高的载流子迁移率，但是它们之间的差异不大。另外，可以看到，根据制造例3和制造例4的太阳能电池具有显著优于根据比较例1的第一比较太阳能电池和根据制造例1的太阳能电池的载流子迁移率。因此，可以看到，当第一晶粒尺寸和第二晶粒尺寸之差是预定水平或更大(例如，10nm或更大)时或者当第二晶粒尺寸与第一晶粒尺寸之比是预定水平(例如，1.5:1或更大)时，其效果会清晰地显现，并且因为第二部分变得比第一部分厚，所以载流子迁移率会显著地增加。然而，当第二部分的厚度过度地增加(例如，第二部分的厚度超过整个导电区的厚度的90％)时，可能难以对整个导电区进行充分掺杂，并且导电区的特性会劣化。
上述特征、配置、效果等被包括在本发明的实施方式中的至少一个中，不应该只限于一个实施方式。另外，在各实施方式中例示的特征、配置、效果等可以在本领域的技术人员对它们进行相互组合或修改时针对其它实施方式来实现。因此，与这些组合和变型相关的内容应该被理解为被包括在本发明的如所附的权利要求中公开的范围和精神内。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年1月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0003753的优先权权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用方式被并入本文中。

Claims (9)

1.一种太阳能电池，该太阳能电池包括：
晶体半导体基板；
绝缘层，该绝缘层形成在所述半导体基板的表面上面；
多晶硅层，该多晶硅层具有第一导电类型区，该多晶硅层被设置在所述绝缘层上面；以及
第一电极，该第一电极电连接到所述第一导电类型区，
其中，所述第一导电类型区包括第一部分和第二部分，该第一部分位于所述绝缘层和所述第一电极之间并且具有第一晶粒尺寸，该第二部分位于所述第一部分和所述第一电极之间并且具有大于所述第一晶粒尺寸的第二晶粒尺寸，
其中，所述第一晶粒尺寸的范围是10nm至1μm，并且所述第二晶粒尺寸的范围是20nm至600μm，
其中，所述第一晶粒尺寸和所述第二晶粒尺寸之差的范围是10nm至600μm，
其中，所述第一晶粒尺寸与所述第二晶粒尺寸之比的范围是1:1.5至1:100，并且
其中，所述第一部分的掺杂浓度低于所述第二部分的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，该太阳能电池还包括：
第二导电区，该第二导电区被设置在所述绝缘层上面，所述第二导电区具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型；以及
第二电极，该第二电极电连接到所述第二导电区。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，仅所述第一导电类型区包括所述第一部分和所述第二部分，并且所述第二导电区仅包括所述第一部分，而不包括所述第二部分。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第二导电区包含所述第二导电类型的晶体半导体，并且包括第一部分以及按照靠近所述第二电极的方式设置在所述第一部分上面的第二部分，并且
其中，所述第二部分具有大于所述第一部分的晶粒尺寸。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第二导电区在与所述第一导电类型区相同的平面中被设置在所述绝缘层上面，并且包含晶体半导体。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，在所述第一导电类型区和所述第二导电区之间设置有屏障区，并且所述屏障区是由绝缘材料或本征半导体材料形成的。
7.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第二导电区被设置在单独的绝缘层上面，所述单独的绝缘层被设置在所述半导体基板的剩余表面上。
8.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第二导电区被配置为在所述半导体基板的剩余表面上通过对所述半导体基板的一部分进行掺杂而形成的掺杂区。
9.一种制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：
在晶体半导体基板上面形成绝缘层；
在所述绝缘层上面形成具有第一导电类型区的多晶硅层；以及
形成与所述第一导电类型区电连接的电极，
其中，在形成所述第一导电类型区的步骤中，所述第一导电类型区被形成为包括第一部分和第二部分，该第一部分位于所述绝缘层和所述电极之间并且具有第一晶粒尺寸，该第二部分位于所述第一部分和所述电极之间并且具有大于所述第一晶粒尺寸的第二晶粒尺寸，
其中，所述第一晶粒尺寸的范围是10nm至1μm，并且所述第二晶粒尺寸的范围是20nm至600μm，
其中，所述第一晶粒尺寸和所述第二晶粒尺寸之差的范围是10nm至600μm，
其中，所述第一晶粒尺寸与所述第二晶粒尺寸之比的范围是1:1.5至1:100，并且
其中，所述第一部分的掺杂浓度低于所述第二部分的掺杂浓度。
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