CN107845689A - 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：控制钝化膜，其在半导体基板的一个表面上并且由介电材料形成；以及半导体层，其在控制钝化膜上，其中，所述半导体层包括具有第一导电类型的第一导电区域以及具有与第一导电类型相反的第二导电类型的第二导电区域。所述半导体基板包括扩散区域，该扩散区域包括与控制钝化膜相邻的第一扩散区域和第二扩散区域中的至少一个，其中，所述第一扩散区域被局部地形成以与第一导电区域对应并且具有低于第一导电区域的掺杂浓度的掺杂浓度，其中，所述第二扩散区域被局部地形成以与第二导电区域对应并且具有低于第二导电区域的掺杂浓度的掺杂浓度。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及太阳能电池及其制造方法，更具体地讲，涉及一种包括由半导体材料形成的导电区域的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近来，随着诸如石油和煤炭的现有能源耗尽，对替代能源的兴趣不断增加。具体地讲，太阳能电池作为能够将太阳能转换为电能的下一代电池引人注目。
这种太阳能电池可通过根据期望的设计形成各种层和各种电极来制造。与此相关，太阳能电池的效率可根据各种层和电极的设计来确定。为了这种太阳能电池的商业可用性，有必要克服与太阳能电池的低效率关联的问题。因此，需要设计并制造各种层和各种电极以使太阳能电池的效率最大化。
提出了包括由与半导体基板分离的层形成的导电区域的太阳能电池。在该太阳能电池中，可能难以将载流子传送至导电区域。具体地讲，如果另一层被设置在导电区域和半导体基板之间，则由于不连续的能带图，该问题可能严重。
发明内容
因此，鉴于上述问题而作出本发明，本发明在于提供一种具有增强的效率的太阳能电池以及以高生产率制造该太阳能电池的方法。
根据本发明的实施方式的太阳能电池包括：半导体基板；在半导体基板的一个表面上的控制钝化膜，其中，该控制钝化膜由介电材料形成；以及在控制钝化膜上的半导体层，其中，该半导体层包括具有第一导电类型的第一导电区域以及具有与第一导电类型相反的第二导电类型的第二导电区域。半导体基板包括扩散区域，该扩散区域包括与控制钝化膜相邻的第一扩散区域和第二扩散区域中的至少一个，其中，第一扩散区域被局部地形成以与第一导电区域对应并且具有低于第一导电区域的掺杂浓度的掺杂浓度，其中，第二扩散区域被局部地形成以与第二导电区域对应并且具有低于第二导电区域的掺杂浓度的掺杂浓度。
根据本发明的另一实施方式的太阳能电池包括：半导体基板；在半导体基板上的控制钝化膜；以及在控制钝化膜上的半导体层。半导体层包括具有多晶结构的多晶部分，所述多晶结构具有纳米尺寸的晶粒。半导体基板在与控制钝化膜相邻的部分处包括掺杂浓度低于半导体层的掺杂浓度的扩散区域。
根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的方法包括以下步骤：在半导体基板的一个表面上形成控制钝化膜；以及在控制钝化膜上形成具有第一导电类型掺杂剂的第一导电区域。形成第一导电区域的步骤包括以下步骤：形成本征半导体层；在本征半导体层上形成具有第一导电掺杂剂的第一掺杂剂层；以及使用具有离焦状态的激光利用包括在第一掺杂剂层中的第一导电掺杂剂对本征半导体层进行掺杂。在对本征半导体层进行掺杂的步骤中，在半导体基板与控制钝化膜相邻的部分处形成掺杂浓度低于第一导电区域的掺杂浓度的第一扩散区域以与第一导电区域对应。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的太阳能电池的横截面图。
图2是图1所示的太阳能电池的局部后视平面图。
图3在(a)中示出根据本发明的实施方式的太阳能电池中的能带图，在(b)中示出不包括扩散区域的传统太阳能电池中的能带图。
图4是图1所示的太阳能电池中所包括的导电区域、控制钝化膜和扩散区域中的掺杂分布的曲线图。
图5A至图5F是根据本发明的实施方式的太阳能电池的制造方法的横截面图。
图6是根据本发明的另一实施方式的太阳能电池的横截面图。
图7是图6所示的太阳能电池的平面图。
图8是根据本发明的另一实施方式的太阳能电池的横截面图。
图9是图8所示的太阳能电池中所包括的第一导电区域、第一掺杂部分和第一扩散区域中的掺杂分布的曲线图。
图10A至图10H是根据本发明的另一实施方式的太阳能电池的制造方法的横截面图。
图11示意性地示出通过包括在太阳能电池的制造方法中的图10D所示的掺杂工艺在第一掺杂剂层处形成的激光束的形状，其中，(a)示出使用聚焦激光的激光束的形状，(b)示出使用离焦激光的激光束的形状。
图12示意性地示出包括在太阳能电池的制造方法中的图10D所示的掺杂工艺的示例。
图13示意性地示出包括在太阳能电池的制造方法中的图10D所示的掺杂工艺的另一示例。
具体实施方式
将参照附图详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可按照许多另选形式来具体实现，不应被解释为限于本文所阐述的实施方式。
在附图中，为了描述的清晰和简单起见，省略了与本发明无关的部分的例示。贯穿说明书，相同的标号指代相同或非常相似的元件。在附图中，为了描述的清晰起见，元件的厚度、宽度等被夸大或缩小，不应被解释为限于附图中所示的那些。
将理解，术语“包括”和/或“包含”当用在说明书中时指明存在所述的事物，但是不排除一个或更多个其它事物的存在或添加。另外，将理解，当诸如层、膜、区域或板的元件被称作“在”另一元件“上”时，它可直接被设置在另一元件上，或者可被设置为使得二者间还存在中间元件。因此，当诸如层、膜、区域或板的元件被称作“直接在”另一元件“上”时，这意味着两个元件之间不存在中间元件。
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的横截面图，图2是图1所示的太阳能电池的局部后视平面图。
参照图1和图2，根据实施方式的太阳能电池100包括半导体基板10、在半导体基板10的一个表面(以下，称作“后表面”)上的掺杂剂控制钝化膜(以下，称作“控制钝化膜”)20、在控制钝化膜20上的半导体层30或导电区域32和34、以及电连接至半导体层30或导电区域32和34的电极42和44。在这种情况下，导电区域32和34可包括第一导电类型的第一导电区域32和第二导电类型的第二导电区域34，电极42和44可包括连接至第一导电区域32的第一电极42和连接至第二导电区域34的第二电极44。另外，太阳能电池100还可包括例如在半导体基板10的前表面上的前钝化膜24和抗反射膜26、在包括导电区域32和34的半导体层30上的后钝化膜40等。这将更详细地描述。
半导体基板10可包括基极区域110，基极区域110包括掺杂浓度相对低的第一或第二导电掺杂剂，因此为第一或第二导电类型。作为示例，基极区域110可为第二导电类型。基极区域110可由包括第一或第二导电掺杂剂的晶体半导体形成。在一个示例中，基极区域110可由包括第一或第二导电掺杂剂的单晶或多晶半导体(例如，单晶或多晶硅)形成。因此，可基于具有高结晶性因此很少缺陷的基极区域110或半导体基板10实现优异的电气性质。
在实施方式中，前表面场区域130可在半导体基板10的前表面上。前表面场区域130可由用于构成半导体基板10的一部分的掺杂区域形成。掺杂区域的前表面场区域130可具有与基极区域110的导电类型(即，第一或第二导电类型，作为示例，第二导电类型)相同的导电类型，并且可具有高于基极区域110的掺杂浓度。
另外，用于使反射最小化的抗反射结构可形成在半导体基板10的前表面处。作为示例，可包括具有锥形形状的突起和/或凹陷的纹理结构作为抗反射结构。形成在半导体基板10上的纹理结构可具有给定形状(例如，锥形形状)，其外表面沿着半导体基板10的特定晶面(例如，(111)平面)形成。在通过经由纹理化在例如半导体基板10的前表面上形成突起和/或凹陷来增加表面粗糙度的情况下，可减小通过半导体基板10的前表面引入的光的反射率，从而使光的损失最小化。
另外，半导体基板10的后表面可经由例如镜面抛光由表面粗糙度低于前表面的相对平滑的平坦表面形成。这是因为在如实施方式中一样第一导电区域32和第二导电区域34二者形成在半导体基板10的后表面上的情况下，太阳能电池100的性质可根据半导体基板10的后表面的性质显著变化。因此，半导体基板10的后表面未设置有通过纹理化而形成的突起和/或凹陷以实现改进的钝化，这因此可改进太阳能电池100的性质。然而，在一些情况下，半导体基板10的后表面可设置有通过纹理化形成的突起和凹陷。各种其它修改是可能的。
控制钝化膜20可形成在半导体基板10的后表面上。在一个示例中，控制钝化膜20可完整地形成在半导体基板10的后表面上并与半导体基板10的后表面接触。那么，控制钝化膜20可容易地形成而无需构图工艺，并且与控制钝化膜20有关的结构可被简化，因此可通过控制钝化膜20稳定地传送载流子。
设置在导电区域32和34与半导体基板10之间的控制钝化膜20可用作掺杂剂控制物或扩散屏障，其防止导电区域32和34的掺杂剂过多地扩散至半导体基板10。控制钝化膜20可包括能够控制掺杂剂扩散和载流子的传送的各种材料中的任何材料。在一个示例中，控制钝化膜20可包括氧化物、氮化物、半导体和导电聚合物。
在实施方式中，通过将半导体层30或者第一导电区域32和第二导电区域34中的至少一个的生长速度限制为特定水平以下，半导体层30或者第一导电区域32和第二导电区域34中的至少一个可具有期望的晶体性质。期望的晶体性质将稍后更详细地描述。在这种情况下，可通过控制钝化膜20来调节在形成半导体层30期间的反应性，因此，这种调节可帮助半导体层30或者第一导电区域32和第二导电区域34中的至少一个具有期望的晶体性质。即，如果半导体层30被形成为在没有控制钝化膜20的情况下与半导体基板10接触，则形成半导体层30的材料与半导体基板10具有高反应性并且半导体层30的生长速度增加，因此，可能难以将生长速度限制为特定水平以下。因此，在实施方式中，控制钝化膜20可防止半导体层30与半导体基板10接触，并且可减小反应性以使得半导体层30可具有低结晶性。
作为示例，控制钝化膜20可以是包括介电材料的介电膜或绝缘膜，其具有特定水平以上的介电常数并因此允许载流子被传送。当控制钝化膜20具有特定水平以上的介电常数时，由于在施加场期间生成的极化现象，载流子可容易地穿过控制钝化膜20传送或渗透。控制钝化膜20可包括氧化物膜、包括硅的介电膜或绝缘膜、氮氧化物膜、羰基化物膜等。作为示例，控制钝化膜20可包括金属氧化物膜、硅氧化物膜、硅氮氧化物膜、金属氮氧化物膜、硅羰基化物膜等。在这种情况下，包括在金属氧化物膜或金属氮氧化物膜中的金属可以是铝、钛、铪等。在这种情况下，控制钝化膜20可包括铝氧化物膜、钛氧化物膜、铪氧化物膜、铝氮氧化物膜、钛氮氧化物膜、铪氮氧化物膜等。
具体地讲，控制钝化膜20可由硅氧化物所形成的硅氧化物膜形成。这是因为硅氧化物膜具有优异的钝化性质，因此确保易于传送载流子。另外，硅氧化物膜可容易地通过各种方法中的任何方法形成在半导体基板10的表面上。在这种情况下，在实施方式中，由硅氧化物膜形成的控制钝化膜20在特定工艺条件下形成以使得可平滑地执行通过控制钝化膜20的掺杂剂传送。特定工艺条件将稍后更详细地描述。在特定工艺条件下形成的硅氧化物膜可具有化学式SiOx，其中，x可为1.1或更大(例如，1.1至2.0)。构成控制钝化膜20的硅氧化物膜具有1.5或更大(作为示例，1.5至1.7)的折射率。在这种情况下，由硅氧化物膜形成的控制钝化膜20的折射率大于由硅氧化物膜形成的另一绝缘膜(例如，抗反射膜26或者前钝化膜24和后钝化膜40)的折射率。作为示例，由硅氧化物膜形成的另一绝缘膜可具有1.4或更大并且小于1.5的折射率。然而，本发明的实施方式不限于此。用作控制钝化膜20的硅氧化物膜可具有各种化学式中的任何化学式和各种折射率中的任何折射率。
在这种情况下，控制钝化膜20可具有非晶结构。更具体地讲，控制钝化膜20可以是仅由非晶结构组成的非晶膜或者包括局部结晶部分的非晶膜。
因此，具有非晶结构的控制钝化膜20可有助于形成在半导体基板10内部形成的扩散区域320和340。更具体地讲，当控制钝化膜20具有非晶结构时，包括在导电区域32和34中的第一或第二导电掺杂剂可容易地穿过控制钝化膜20渗透。因此，包括在导电区域32和34中的第一或第二导电掺杂剂穿过控制钝化膜20渗透并扩散到半导体基板10的内部，因此，可容易地在半导体基板10内部形成扩散区域320和340。另外，控制钝化膜20可包括具有导电区域32和34中所包括的第一或第二导电掺杂剂的第一掺杂部分202和/或第二掺杂部分204。第一掺杂部分202和第二掺杂部分204的掺杂浓度可高于基本上没有掺杂剂的另一绝缘膜(即，抗反射膜26以及前钝化膜24和后钝化膜40)的掺杂浓度。扩散区域320和340以及掺杂部分202和204将稍后更详细地描述。
在这种情况下，如上所述，当控制钝化膜20在受限的工艺条件下形成时，可容易地形成第一掺杂部分202和/或第二掺杂部分204以及扩散区域320和340。受限的工艺条件将稍后更详细地描述。
另外，当控制钝化膜20具有非晶结构时，形成在控制钝化膜20上的半导体层30的结晶性可减小，因此，半导体层30可具有期望的晶体性质。然而，本发明的实施方式不限于此。当半导体层30形成在不具有非晶结构的控制钝化膜20上时，可实现将稍后描述的半导体层30的期望的晶体性质。因此，即使在半导体层30形成在不具有非晶结构的控制钝化膜20上的情况下，当在受限的工艺条件下形成半导体层30时半导体层30可具有期望的晶体性质。因此，控制钝化膜20可不具有非晶结构，这被包括在本发明的实施方式中。
为了通过控制钝化膜20的载流子传送和掺杂剂扩散的控制，具有非晶结构的控制钝化膜20可较薄。因此，控制钝化膜20可比其它绝缘膜或层(抗反射膜26和/或前钝化膜24和后钝化膜40，更具体地讲，包括氧化物膜或层的其它绝缘膜或层)薄。在一个示例中，控制钝化膜20的厚度可为5nm或更小(更具体地讲，2nm或更小，例如，在0.5nm至2nm的范围内)。当控制钝化膜20的厚度超过5nm时，载流子传送可能困难，因此，太阳能电池100无法操作。当控制钝化膜20的厚度低于0.5nm时，可能难以形成具有期望的质量的控制钝化膜20。为了方便通过控制钝化膜20的载流子传送和掺杂剂扩散，控制钝化膜20的厚度可为2nm或更小(更具体地讲，在0.5nm至2nm的范围内)。此时，为了方便增加通过控制钝化膜20的载流子传送和掺杂剂扩散，控制钝化膜20的厚度可在0.5nm至1.5nm的范围内。然而，本发明的实施方式不限于此，控制钝化膜20的厚度可具有各种值中的任何值。
包括导电区域32和34的半导体层30可被设置在控制钝化膜20上。在实施方式中，第一导电区域32和第二导电区域34由设置在半导体基板10上(更具体地讲，控制钝化膜20上)以与半导体基板10分离并利用第一或第二导电掺杂剂掺杂的半导体层30形成。作为示例，半导体层30(或者第一导电区域32和第二导电区域34)可与控制钝化膜20接触，那么，载流子可容易地通过控制钝化膜20传送并且结构可简化。
在实施方式中，半导体层30与半导体基板10间隔开并通过与半导体基板10的工艺分开的工艺来形成，因此，半导体层30具有结晶性不同于半导体基板10的晶体结构。作为示例，半导体层30可包括具有晶粒尺寸相对小的多晶结构的多晶部分302。这是因为半导体层30在特定膜形成条件下形成以使得半导体层30可具有期望的晶体性质。在这种情况下，如上所述，当控制钝化膜20具有非晶结构时，这有助于半导体层30的结晶性的控制。半导体层30的制造方法将稍后更详细地描述。
更具体地讲，半导体层30可包括具有多晶结构的多晶部分302，其具有纳米尺寸的晶粒(即，1nm或更大并且小于1um)。晶粒尺寸可基于平均尺寸。在这种情况下，晶粒尺寸可利用透射电子显微镜(TEM)来测量或评估。作为示例，半导体层30可由具有300nm或更小(作为示例，1nm至300nm)的晶粒尺寸的多晶部分302形成。或者，半导体层30的晶粒尺寸与半导体层30的厚度相同或小于半导体层30的厚度。因此，当半导体层30的晶粒尺寸为300nm或更小或者小于半导体层30的厚度时，多晶部分302的效果可极大地增强。作为参考，半导体层30的厚度可为100nm至500nm(作为示例，150nm至500nm)。在此厚度范围内，半导体层30可起到其作用，并且形成半导体层30的工艺时间可最小化。然而，本发明的实施方式不限于此。
另外，在由具有晶粒尺寸相对小的多晶结构的多晶部分302形成的半导体层30中，即使半导体层30的温度改变，半导体层30的结晶性的变化也可最小化。此外，在形成太阳能电池100期间，在形成电极42和44之前或之后执行高温下的热处理工艺以用于氢钝化。如果半导体层30的结晶性大(即，晶粒尺寸较大)，则在高温下的热处理工艺期间可能大量地导致深陷阱点(作为示例，(111)表面)。氢穿过陷阱点渗透。然而，如果氢到达深陷阱点，则氢被困住并留在深陷阱点处。因此，氢无法充分地渗透，因此，氢钝化可能不足。考虑到此，在实施方式中，通过减小半导体层30的晶粒尺寸来减少深陷阱点的形成，因此，氢可充分地渗透，氢钝化的效果可最大化。
因此，即使在形成半导体层30之后执行高温下的热处理工艺，半导体层30也具有增强的钝化性质。因此，不管是否存在高温下的热处理工艺，太阳能电池100可具有高隐含开路电压(Voc)。
另一方面，如果半导体层30具有微米尺寸的晶粒(即，1um或更大)，则可容易地形成深陷阱点并且可能阻碍氢渗透。
在实施方式中，半导体层30包括多晶部分302，并且还可包括具有非晶结构的非晶部分304。当半导体层30包括晶粒尺寸相对小的多晶部分302和非晶部分304二者时，由于小晶粒尺寸或低结晶性而导致的效果可更加增强。作为示例，半导体层30的多晶部分302和非晶部分304可通过透射电子显微镜、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼光谱仪等来辨别。
更具体地讲，半导体层30无需包括非晶部分304，或者可包括比非晶部分304多的多晶部分302。太阳能电池100的最终结构中的非晶部分304的量或比率可较小，因为非晶部分304的量或比率可通过在掺杂工艺期间施加于半导体层30的附加热处理(例如，在激光掺杂期间的激光照射)而减小。作为示例，在半导体层30中，多晶部分302的量可为60至100vol％，非晶部分304可为0至40vol％。然而，本发明的实施方式不限于此。另外，在实施方式中，半导体层30可由非晶结构和/或微晶结构形成，其它修改是可能的。
在实施方式中，半导体层30包括具有第一导电类型掺杂剂以具有第一导电类型的第一导电区域32以及具有第二导电类型掺杂剂以具有第二导电类型的第二导电区域34。在这种情况下，第一导电区域32与第二导电区域34当中导电类型与基极区域110相同的区域(作为示例，第二导电区域34)的掺杂浓度高于基极区域110的掺杂浓度。第一导电区域32和第二导电区域34可被一起设置在连续地形成在控制钝化膜20上的半导体层30中，因此可处于同一平面中。另外，势垒区域36可被设置在第一导电区域32和第二导电区域34之间与第一导电区域32和第二导电区域34相同的平面中。
第一导电区域32和第二导电区域34当中导电类型与基极区域110相反的一个区域构成发射极区域的一部分。发射极区域与基极区域110一起形成pn结(或pn隧道结)，因此经由光电转换生成载流子。第一导电区域32和第二导电区域34当中导电类型与基极区域110相同的另一区域构成后表面场区域的一部分。后表面场区域形成后表面场以防止由于半导体基板10的后表面上的复合而导致的载流子损失。
包括在半导体层30中的第一或第二导电类型掺杂剂可在形成半导体层30的工艺中被包括在半导体层30中，或者可在形成半导体层30之后通过诸如例如热扩散和离子注入的各种掺杂方法被包括在半导体层30中。在这种情况下，允许半导体层30具有n型或p型的各种材料可用作第一或第二导电类型掺杂剂。当第一或第二导电类型掺杂剂为p型时，掺杂剂可选自诸如例如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)的III族元素。当第一或第二导电类型掺杂剂为n型时，掺杂剂选自诸如例如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)和锑(Sb)的V族元素。作为示例，第一和第二导电类型掺杂剂中的一个可为硼(B)，第一和第二导电类型掺杂剂中的另一个可为磷(P)。
另外，势垒区域36被设置在第一导电区域32和第二导电区域34之间以使得第一导电区域32和第二导电区域34通过势垒区域36彼此间隔开。当第一导电区域32和第二导电区域34彼此接触时，可能发生分流，这导致太阳能电池100的性能劣化。因此，在实施方式中，势垒区域36可被设置在第一导电区域32和第二导电区域34之间以防止不必要的分流。
势垒区域36可由例如未掺杂的绝缘材料(例如，氧化物或氮化物)形成。另选地，势垒区域36可包括本征半导体。在这种情况下，第一导电区域32、第二导电区域34和势垒区域36由相同的半导体(例如，包括多晶部分302的半导体层30)形成以连续地形成并在其侧表面处彼此接触，并且势垒区域36可由基本上不含掺杂剂的i型(本征)半导体形成。作为示例，当形成本征半导体层，然后利用第一导电类型掺杂剂对本征半导体层的一部分进行掺杂以形成第一导电区域32并利用第二导电类型掺杂剂对剩余的本征半导体层的一部分进行掺杂以形成第二导电区域34时，所得到的没有形成第一导电区域32和第二导电区域34的剩余部分可构成势垒区域36。这样，第一导电区域32、第二导电区域34和势垒区域36的形成可简化。
然而，本发明的实施方式不限于此。因此，势垒区域36可通过各种方法中的任何方法来形成，因此具有各种厚度中的任何厚度以及各种形状中的任何形状。势垒区域36可形成为空白空间(例如，沟槽)。各种其它修改是可能的。另外，在图2中，作为示例，势垒区域36被形成为将第一导电类型区域32和第二导电类型区域34彼此部分地分离。然而，势垒区域36可被形成为将第一导电类型区域32和第二导电类型区域34在其之间的界面处彼此部分地分离。另外，可未必形成势垒区域36，第一导电类型区域32和第二导电类型区域34的界面可彼此完全接触。
在以上描述中，作为示例，第一导电区域32和第二导电区域34或者构成其的半导体层30包括多晶部分302并且还可包括非晶部分304。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，第一导电区域32和第二导电区域34或者构成其的半导体层30可具有不同于半导体基板10的晶体结构以容易地形成在半导体基板10上。例如，第一导电类型区域32和第二导电类型区域34可通过利用第一或第二导电类型掺杂剂对可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。更具体地讲，当第一导电区域32和第二导电区域34可具有多晶半导体时，载流子迁移率可较高。
在这种情况下，在实施方式中，扩散区域320和340可形成在半导体基板10处。扩散区域320和340可构成半导体基板10的一部分。因此，扩散区域320和340可具有与基极区域110相同的晶体结构，并且可具有不同于基极区域110的导电类型或掺杂浓度。
扩散区域320和340可包括第一扩散区域320和第二扩散区域340中的一个，或者可包括第一扩散区域320和第二扩散区域340二者。这里，第一扩散区域可在半导体基板10与控制钝化膜20相邻的部分处局部地形成以对应于第一导电区域32。第一扩散区域320中的第一导电类型掺杂剂的掺杂浓度可低于第一导电区域32中的第一导电类型掺杂剂的掺杂浓度。第二扩散区域340可在半导体基板10与控制钝化膜20相邻的部分处局部地形成以对应于第二导电区域34。第二扩散区域340中的第二导电类型掺杂剂的掺杂浓度可低于第二导电区域34中的第二导电类型掺杂剂的掺杂浓度。在这种情况下，第一扩散区域320和第二扩散区域340当中导电类型与基极区域110相同的区域(作为示例，第二扩散区域340)的掺杂浓度高于基极区域110的掺杂浓度。以下，为了方便，作为示例，基极区域110具有第二导电类型。在如上文中一样具有后接触结构的太阳能电池100中，第一导电区域32和第二导电区域34二者被设置在后表面上，因此，如果扩散区域320和340完整地形成在半导体基板10的后表面上，则扩散区域320和340可能阻止必要的载流子传送。例如，如果第一扩散区域320完整地形成，则第一扩散区域320在与第二导电区域34相邻的部分处阻碍朝着第二导电区域34的载流子传送。或者，如果第二扩散区域340完整地形成，则第二扩散区域340在与第一导电区域32相邻的部分处阻碍朝着第一导电区域32的载流子传送。更具体地讲，第一扩散区域320和第二扩散区域340彼此间隔开，并且基极区域110被设置在第一扩散区域320和第二扩散区域340之间以使它们分离。然后，由于第一扩散区域320和第二扩散区域340而导致的掺杂区域可减小，因此，半导体基板10的性质的变化可最小化。
另外，第一扩散区域320和第二扩散区域340具有与第一导电区域32和第二导电区域34对应的形状，因此，第一扩散区域32和第二扩散区域34可交替地布置。
在实施方式中，扩散区域320和340在第一导电区域32或第二导电区域34、控制钝化膜20和半导体基板10相邻的部分处变换或改变能带以使得多数载流子可被传送至第一导电区域32或第二导电区域34。由此，开路电压和填充因子可增强，更具体地讲，填充因子可极大地增强。这将参照图3更详细地描述。
图3在(a)中示出根据实施方式的太阳能电池100中的能带图，并且示出不包括扩散区域320和340的传统太阳能电池中的能带图。在图3中，作为示例，示出了基极区域110为n型，并且第一扩散区域320和第一导电区域32为p型。作为参考，第一扩散区域320的掺杂浓度低于第一导电区域32的掺杂浓度。
参照图3的(a)，第一扩散区域320改变能带以使得导带和价带中的每一个从第一导电区域32经由控制钝化膜20至基极区域10逐渐地并且连续地减小。根据能带图，由于基极区域10与第一导电区域32之间的能带隙(△Ec)，导带处的电子(e-)无法被传送至第一导电区域32，如图3的实线箭头所示。另一方面，由于基极区域10和第一导电区域32之间的能带隙(△Ev)，价带处的空穴(h+)可被容易地传送至第一导电区域32，如图3的虚线箭头所示。另一方面，如果不包括第一扩散区域320，则如图3的(b)所示，导带和价带在控制钝化膜20周围不连续，因此，不连续的能带可阻止必要的载流子传送。即，控制钝化膜22周围不连续的导带和价带可成为阻止应该被传送至导电区域32和34的载流子被传送至导电区域32和34的能垒。因此，在实施方式中，扩散区域320和340改变能带以使得必要的载流子可被容易地传送至第一导电区域32和第二导电区域34，因此，太阳能电池100的开路电压和填充因子可增强。
另外，控制钝化膜20可包括第一掺杂部分202和/或第二掺杂部分204。第一掺杂部分202被局部地设置在第一导电区域32和第一扩散区域320之间并且具有第一导电类型掺杂剂。第二掺杂部分204被局部地设置在第二导电区域34和第二扩散区域340之间并且具有第二导电类型掺杂剂。即，控制钝化膜20包括第一掺杂部分202和第二掺杂部分204，其各自局部地形成以分别对应于第一导电区域32和第二导电区域34。在实施方式中，作为示例，在控制钝化膜20中，第一掺杂部分202和第二掺杂部分204彼此间隔开并且交替地布置。不具有掺杂剂并且形成为对应于势垒区域36的未掺杂部分206被设置在第一掺杂部分202和第二掺杂部分204之间。然而，本发明的实施方式不限于此。在这种情况下，高掺杂部分202a和204a可局部地或部分地形成在第一和第二掺杂部分处。与其它部分相比掺杂剂更多地集中在高掺杂部分202a和204a处，因此，具有比第一掺杂部分202或第二掺杂部分204的其它部分的掺杂浓度高的掺杂浓度。高掺杂部分202a和204a可以是掺杂剂聚集并留在控制钝化膜20的一部分处的部分。高掺杂部分202a和204a可具有各种随机形状中的任何形状并且可不均匀地布置。
因此，控制钝化膜20的第一掺杂部分202和第二掺杂部分204的第一或第二导电类型掺杂剂的掺杂浓度高于其它未掺杂绝缘膜(抗反射膜26以及前钝化膜24和后钝化膜40，更具体地讲，包括氧化物膜的其它绝缘膜)中的掺杂浓度。
扩散区域320和340通过包括在导电区域32和34中的第一或第二导电类型掺杂剂穿过控制钝化膜20渗透来形成。当控制钝化膜20具有非晶结构时，掺杂剂可容易地渗透控制钝化膜20，因此可形成扩散区域320和340。由此，太阳能电池具有特定掺杂分布，这将参照图4以及图1和图2详细地描述。
图4是图1所示的太阳能电池中所包括的导电区域、控制钝化膜和扩散区域中的掺杂分布的曲线图。作为参考，图4所示的掺杂分布示出通过二次离子质谱法测量的结果。
如图4所示，当存在第一导电区域32、控制钝化膜20和第一扩散区域320和/或第二导电区域34时，在其厚度方向上观察控制钝化膜20和第二扩散区域340，第一导电区域32或第二导电区域34中存在相对均匀的掺杂浓度，并且掺杂浓度从控制钝化膜20和第一扩散区域320或第二扩散区域340至半导体基板10的内部连续地并且逐渐地减小。即，第一导电区域32具有相对均匀并且相对高的表面掺杂浓度Cs，并且掺杂浓度从控制钝化膜20和第一扩散区域320至半导体基板10的内部连续地并且逐渐地减小。另外，第二导电区域34具有相对均匀并且相对高的表面掺杂浓度Cs，并且掺杂浓度从控制钝化膜20和第二扩散区域340至半导体基板10的内部连续地并且逐渐地减小。为了方便，作为示例，在图4中，第一导电区域32的表面掺杂浓度Cs和第二导电区域34的表面掺杂浓度Cs相同。实际上，第一导电区域32的表面掺杂浓度Cs可不同于第二导电区域34的表面掺杂浓度Cs。通过该掺杂分布，可看出第一扩散区域320和第二扩散区域340通过包括在导电区域32或34中的第一和/或第二导电类型掺杂剂穿过控制钝化膜20渗透并扩散到半导体基板10中而形成。
当在厚度方向上看时，第一扩散区域320的掺杂浓度的变化(即，第一扩散区域320与控制钝化膜20相邻的部分的掺杂浓度与第一扩散区域320的相对部分的掺杂浓度之间的差异)可大于第一导电区域32的掺杂浓度的变化(即，第一导电区域32与控制钝化膜20相邻的部分的掺杂浓度与第一导电区域32的相对部分的掺杂浓度之间的差异)。类似地，第二扩散区域340的掺杂浓度的变化(即，第二扩散区域340与控制钝化膜20相邻的部分的掺杂浓度与第二扩散区域340的相对部分的掺杂浓度之间的差异)可大于第二导电区域34的掺杂浓度的变化(即，第二导电区域34与控制钝化膜20相邻的部分的掺杂浓度与第二导电区域34的相对部分的掺杂浓度之间的差异)。因此，第一扩散区域320中的掺杂浓度梯度(或斜率)的绝对值大于第一导电区域32中的掺杂浓度梯度的绝对值。第二扩散区域340中的掺杂浓度梯度(或斜率)的绝对值大于第一导电区域34中的掺杂浓度梯度的绝对值。由于第一或第二导电类型掺杂剂供应自第一导电区域32或第二导电区域34，所以掺杂剂在第一导电区域32和第二导电区域34中的每一个中均匀地分散。另一方面，第一扩散区域320和第二扩散区域340通过包括在导电区域32或34中的第一和/或第二导电类型掺杂剂穿过控制钝化膜20渗透并扩散到半导体基板10中来形成。
作为示例，第一导电区域32和第二导电区域34的掺杂浓度可为1X1019/cm3或更大。在此范围内，可充分地实现第一导电区域32和第二导电区域34的效果，并且与第一电极42和第二电极44的接触电阻可最小化。另外，作为示例，第一扩散区域320的掺杂浓度可为1X1019/cm3或更小并且可小于第一导电区域32的掺杂浓度，第二扩散区域340的掺杂浓度可为1X1019/cm3或更小并且可小于第二导电区域34的掺杂浓度。然而，本发明的实施方式不限于此。在这种情况下，第一导电区域32和第二导电区域34中的每一个可在整个部分中具有相对均匀的掺杂浓度。
扩散区域320或340的厚度T2或T3可与导电区域32或34的厚度T1(或者半导体层30的厚度T1)相同或大于厚度T1。更具体地讲，第一扩散区域320的厚度T2可与第一导电区域32或半导体层30的厚度T1相同或大于厚度T1，第二扩散区域340的厚度T3可与第二导电区域34或半导体层30的厚度T1相同或大于厚度T1。据此，用于形成半导体层30的工艺时间可减少，并且可充分地实现第一扩散区域320和第二扩散区域340的效果。然而，本发明的实施方式不限于此。扩散区域320或340的厚度T2或T3可小于导电区域32或34的厚度T1(或者半导体层30的厚度T1)。
作为示例，第一扩散区域320或第二扩散区域340的厚度T2或T3可被限定为从半导体基板10的表面至具有基准掺杂浓度Co的位置的距离。基准掺杂浓度Co被当作基本上未掺杂的部分的掺杂浓度。例如，当如上文中一样通过二次离子质谱法测量第一导电区域32和第二导电区域34以及第一扩散区域320和第二扩散区域340的掺杂浓度时，基准掺杂浓度Co可为1X1015/cm3或1X1017/cm3(具体地讲，1X1015/cm3)。这是因为当通过二次离子质谱法测量掺杂浓度时，即使在未掺杂部分中，也可能由于噪声而测量到掺杂浓度。即，如果掺杂浓度小于1X1015/cm3或1X1017/cm3，则该部分实际上未掺杂，因此该部分不被认为限定第一扩散区域320或第二扩散区域340的厚度。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，第一扩散区域320和第二扩散区域340的掺杂浓度可通过各种方法中的任何方法来测量，并且第一扩散区域320或第二扩散区域340的厚度可根据该方法来测量或评估。
作为示例，当在厚度方向上看时，第二扩散区域340中的掺杂浓度梯度的绝对值小于第一扩散区域320中的掺杂浓度梯度的绝对值。另外，具有与基极区域110相同的第二导电类型的第二扩散区域340的厚度T3可大于具有与基极区域110相反的第一导电类型的第一扩散区域320的厚度T2。如果具有与基极区域110相同的第二导电类型的第二扩散区域340可相对厚，则这可能不影响基极区域110或半导体基板10的性质。另一方面，如果具有与基极区域110相反的第一导电类型的第一扩散区域320可相对厚，则这可能使钝化性质劣化。作为示例，为了简化工艺，第二导电区域34和前表面场区域130可通过热扩散来同时形成。那么，由于第二导电类型掺杂剂是无限的，所以可容易地形成相对厚的第二扩散区域340。另外，第一导电区域32可通过激光掺杂来形成以用于部分掺杂。那么，由于第一导电类型掺杂剂是有限的，所以可容易地形成相对薄的第一扩散区域320。然而，本发明的实施方式不限于此。第二扩散区域340的厚度T3可小于第一扩散区域320的厚度T2。
或者，第一扩散区域320的厚度T2可为500nm或更小(作为示例，50nm至500nm)，第二扩散区域340的厚度T3可为800nm或更小(50nm至800nm)。在该厚度范围内，可有效地实现第一扩散区域320和第二扩散区域340的效果。然而，本发明的实施方式不限于此。
在附图以及上述实施方式中，作为示例，包括第一扩散区域320和第二扩散区域340二者。与此不同，可包括第一扩散区域320和第二扩散区域340中的至少一个。作为示例，在第一扩散区域320和第二扩散区域340之间，可包括与第一导电区域32和第二导电区域34当中导电类型与半导体基板10相反的区域(作为示例，第一导电区域32)对应的第一扩散区域320，但是可不包括与第一导电区域32和第二导电区域34当中导电类型与半导体基板10相反的区域(作为示例，第二导电区域34)对应的第二扩散区域340。对于使用导电类型与半导体基板10中所包括的掺杂剂相同的掺杂剂的载流子作为多数载流子的导电类型区域，半导体基板10的载流子被累积，因此，通过由于累积的载流子而导致的场，载流子容易地通过控制钝化膜20传送。另一方面，对于使用导电类型与半导体基板10中所包括的掺杂剂相反的掺杂剂的载流子作为多数载流子的导电类型区域，载流子可能难以渗透控制钝化膜20。在另一实施方式中，可仅包括第二扩散区域340，但是可不包括第一扩散区域320。另外，在其它实施方式中，可不包括第一扩散区域320和第二扩散区域340二者。
后钝化膜40可形成在半导体基板10的后表面处的第一导电区域32和第二导电区域34以及势垒区域36上。作为示例，后钝化膜40可与第一导电区域32和第二导电区域34以及势垒区域36接触以实现简化的配置。
后钝化膜40包括用于导电区域32和34与电极42和44的电连接的接触孔46。接触孔46包括：第一接触孔461，其用于第一导电区域32和第一电极42的连接；以及第二接触孔462，其用于第二导电区域34和第二电极44的连接。因此，后钝化膜40用于防止第一导电区域32和第二导电区域34被连接至不正确的电极(即，在第一导电区域32的情况下第二电极44，在第二导电区域34的情况下第一电极42)。另外，后钝化膜40可具有第一导电区域32和第二导电区域34和/或势垒区域36的钝化效果。
另外，前钝化膜24和/或抗反射膜26可被设置在半导体基板10的前表面上(更准确地讲，形成在半导体基板10的前表面上的前表面场区域130上)。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，具有不同的层叠结构的绝缘膜形成在前表面场区域130上。
前钝化膜24和抗反射膜26可被设置在半导体基板10的前表面的整个部分上。另外，后钝化膜40可被设置在除了接触孔46之外的半导体层30的后表面的整个部分上。
前钝化膜24或后钝化膜40与半导体基板10或半导体层30接触，从而使得半导体基板10或半导体层30的主体或表面中的缺陷钝化。因此，可通过去除少数载流子的复合位点来增加太阳能电池100的开路电压。抗反射膜26减小被引入半导体基板10的前表面中的光的反射率。由此，到达pn结的光的量可增加。这可增加太阳能电池100的短路电流Isc。
前钝化膜24、抗反射膜26和后钝化膜40可由各种材料形成。作为示例，前钝化膜24、抗反射膜26或后钝化膜40可为单个膜，或者具有选自硅氮化物膜、包含氢的硅氮化物膜、硅氧化物膜、硅氮氧化物膜、铝氧化物膜、硅碳化物膜、MgF2、ZnS、TiO2和CeO2中的两个或更多个膜的组合的形式的多层膜。
作为示例，在实施方式中，前钝化膜24和/或抗反射膜26以及后钝化膜40可不包括掺杂剂，以便实现优异的绝缘和钝化性质。然而，本发明的实施方式不限于此。
前钝化膜24、抗反射膜26和后钝化膜40中的每一个可比控制钝化膜20厚。那么，其绝缘性质和钝化性质可增强。各种修改是可能的。
第一电极42填充后钝化膜40的第一接触孔461的至少一部分，因此电连接至第一导电区域32(作为示例，与第一导电区域32接触)。类似地，第二电极44填充后钝化膜40的第二接触孔462的至少一部分，因此电连接至第二导电区域34(作为示例，与第二导电区域34接触)。
以下，将参照图1和图2详细描述第一导电区域32、第二导电区域34、势垒区域36以及第一电极42和第二电极44的平面形状的一个示例。
参照图1和图2，在实施方式中，第一导电区域32和第二导电区域34具有细长形状以分别形成条带，并且在与其纵向方向交叉的方向上交替地布置。势垒区域36可被设置在第一导电区域32和第二导电区域34之间，以使得第一导电区域32和第二导电区域34通过势垒区域36彼此间隔开。尽管图1和图2中未示出，彼此间隔开的多个第一导电区域32可在一个边缘处彼此连接，彼此间隔开的多个第二导电区域34可在相对边缘处彼此连接。然而，本发明的实施方式不限于此。
在这种情况下，当基极区域110为第二导电类型时，第一导电区域32的面积可大于第二导电区域34的面积。作为示例，第二导电区域34和基极区域110为n型，第一导电区域32可广泛地形成。在这种情况下，第一导电区域32与基极区域110一起形成经由光电转换生成载流子的结(例如，在二者间夹有控制钝化膜20的pn结)。因此，通过增加第一导电区域32的面积，光电转换面积可增加。另外，在这种情况下，具有大面积的发射极区域可有效地收集相对缓慢地移动的空穴，从而有助于进一步改进光电转换效率。然而，本发明的实施方式不限于此。
作为示例，可通过提供具有不同宽度的第一导电区域32和第二导电区域34来调节第一导电区域32和第二导电区域34的面积。即，第一导电区域32的宽度W1可大于第二导电区域34的宽度W2。
另外，第一电极42可具有条带形状以与第一导电区域32对应，第二电极44可具有条带形状以与第二导电区域34对应。各种其它更改是可能的。接触孔46具有将第一电极42和第二电极44的一部分分别连接至第一导电区域32和第二导电区域34的形状。例如，接触孔46可包括与第一电极42和第二电极44中的每一个对应的多个接触孔46。选择性地，接触孔46可按照第一电极42和第二电极44中的每一个的整个长度形成。据此，第一电极42和第二电极44与第一导电区域32和第二导电区域34之间的接触面积可被最大化，因此，载流子收集效率可增强。其它修改是可能的。另外，尽管图1和图2中未示出，多个第一电极42可在一端彼此连接，多个第二电极可在相对边缘彼此连接。然而，本发明的实施方式不限于此。
当光被引入实施方式中的太阳能电池100时，在pn结处经由光电转换生成电子和空穴，并且所生成的电子和空穴通过穿过控制钝化膜20来向第一导电区域32和第二导电区域34移动，随后向第一电极42和第二电极44移动。这样，生成电能。
根据实施方式，太阳能电池100具有电极42和44形成在半导体基板10的后表面上并且在半导体基板10的前表面上没有形成电极的后接触结构，因此，在半导体基板10的前表面上遮蔽损失可最小化。由此，太阳能电池100的效率可改进。然而，本发明的实施方式不限于此。将参照图6和图7更详细地描述具有不同结构的太阳能电池100。
另外，由于第一导电区域32和第二导电区域34隔着控制钝化膜20形成在半导体基板10上方，所以第一导电区域32和第二导电区域34被配置成与半导体基板10分离的层。因此，与通过利用掺杂剂对半导体基板10进行掺杂而形成的掺杂区域用作导电区域的情况相比，由于复合而引起的光损失可被最小化。在这种情况下，太阳能电池100的开路电压和填充因子可改进，因此，太阳能电池100的效率可由于扩散区域320和340而增强。
在这种情况下，由于控制钝化膜20具有非晶结构，所以扩散区域320和340可在半导体基板10内部容易地形成以对应于导电区域32和34。因此，太阳能电池100的开路电压和填充因子可改进，因此，太阳能电池100的效率可由于扩散区域320和340而增强。
另外，半导体层30或导电区域32和34包括具有小晶粒尺寸的多晶部分302，即使在高温下的热处理工艺之后也可防止或减小半导体层30的结晶性的变化，因此钝化性质可较高。因此，开路电压可增强，因此，太阳能电池的效率可极大地增强。
上述控制钝化膜20和半导体层30可通过形成特定方法或特定工艺条件来具有上述性质。以下，将参照图5A至图5F详细描述形成控制钝化膜20和半导体层30以具有期望的性质的制造太阳能电池100的方法。
图5A至图5F是根据本发明的实施方式的太阳能电池的制造方法的横截面图。
首先，如图5A所示，在由基极区域110形成的半导体基板10的后表面上形成控制钝化膜20。控制钝化膜20可完整地形成在半导体基板10的后表面上并与半导体基板10的后表面接触。
在实施方式中，控制钝化膜20可具有非晶结构以使得可如上所述容易地形成扩散区域320和340(参照图5D)。可通过在大气压和600℃至800℃的工艺温度下执行的热氧化工艺容易地形成具有非晶结构的控制钝化膜20。更具体地讲，在形成控制钝化膜20时，温度通过加热从500℃或以下的温度增加至600℃至800℃的工艺温度，并且执行热氧化工艺，然后，温度在大气压下降低至500℃或550℃的温度。更具体地讲，在实施方式中，通过热氧化工艺，在形成控制钝化膜20之后并在形成半导体层30之前使控制钝化膜20致密的附加热处理可被省略。那么，可通过简单的工艺形成具有非晶结构的控制钝化膜20。
热氧化工艺期间的气氛可包括作为原料气体的氧气，并且还可包括卤素气体。卤素气体增加控制钝化膜20的纯度和性质。作为卤素气体，可使用氯气，因为氯气可容易地获得并且可相对化学稳定。作为另一示例，用于形成控制钝化膜20的热氧化工艺期间的气氛可包括惰性气体或氮气。作为示例，气氛可仅包括惰性气体或氮气。作为另一示例，在热氧化工艺中，可利用紫外线(UV)从包括臭氧的气体分解并获得氧，并且可利用从臭氧分解的氧来形成控制钝化膜20。
然而，本发明的实施方式不限于此。即，当不包括扩散区域320和340时，控制钝化膜20的形成工艺可不限于上述工艺。在这种情况下，控制钝化膜20可通过例如热生长方法、沉积方法(例如，化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD))、化学氧化等来形成。另外，控制钝化膜20可通过各种其它方法中的任何方法来形成。
随后，如图5B至图5D所示，在控制钝化膜20上形成第一导电区域32和第二导电区域34，并在半导体基板10的前表面上形成前表面场区域130。这将在下面更详细地描述。在一些实施方式中，在形成第一导电区域32和第二导电区域34期间或之后，可形成第一扩散区域320和第二扩散区域340。另外，可在半导体基板10的前表面处形成抗反射结构(例如，纹理结构)。这将在下面更详细地描述。
如图5B所示，在控制钝化膜20上形成半导体层30。在这种情况下，半导体层30可以是本征半导体。
如上文中一样，在实施方式中，半导体层30包括具有多晶结构的多晶部分302(参照图1)，其具有纳米尺寸的晶粒(作为示例，具有300nm或更小的晶粒尺寸)，或者具有小于半导体层30的厚度的晶粒尺寸，并且还可包括具有非晶结构的非晶部分304(参照图1)。半导体层30可通过在比形成控制钝化膜20的工艺的压力低的压力、700℃或更小的工艺温度以及具有包括用于半导体的材料的气体的气氛下执行的沉积来形成。
当半导体层30的沉积压力可低于用于形成控制钝化膜20的压力或大气压时，可减小或防止半导体层30的晶粒尺寸或结晶性由于半导体层30的快速生长而增加。更具体地讲，半导体层30的沉积压力可为10mtorr至10torr。此沉积压力范围被限制以使得半导体层30平滑地形成，并且还减小或防止半导体层30的晶粒尺寸的增加。然而，本发明的实施方式不限于此。
另外，当半导体层30的沉积温度为700℃或更小时，可减小或防止在高温下半导体层30的晶粒尺寸或结晶性由于半导体层30的快速生长而增加。作为示例，半导体层30可在580℃至700℃的工艺温度下沉积。当工艺温度低于580℃时，半导体层30可仅由非晶结构形成，因此，无法实现由于多晶结构导致的高电气性质。
更具体地讲，在形成半导体层30时，温度从500℃或600℃的温度增加至700℃或更小的工艺温度，并且执行沉积，然后，温度降低至500℃或600℃的温度。由此，可导致由于快速温度变化而给半导体基板10和控制钝化膜20带来的坏影响。然而，本发明的实施方式不限于此。
在实施方式中，通过限制用于形成或沉积半导体层30的工艺期间的压力和工艺温度，可阻止半导体层30的快速生长，因此可容易地形成具有小晶粒尺寸的半导体层30。预期在上述工艺条件下在半导体材料被分散而没有聚集的状态下半导体材料生长。与此不同，如果在高压(作为示例，大气压或以上)和超过700℃的工艺温度下形成半导体层，则半导体层的生长速度大，因此可能难以形成具有带纳米尺寸的晶粒的多晶结构的多晶部分302。如果半导体层30的晶粒尺寸大，则在稍后将执行的高温下的热处理工艺期间，半导体层30的结晶性可改变，钝化性质可劣化。
包括在半导体层30的沉积工艺的气氛中的包括用于半导体的材料的气体可包括硅和氢的化合物(作为示例，硅烷(SiH4))。另外，除了包括用于半导体的材料的气体以外，气氛还可包括氮气。氮气可控制半导体层30的沉积工艺期间的分压。然而，如果氮气的量增加，则半导体层30的晶粒尺寸可增加。因此，可按照20vol％或更小的量包括氮气。为了有效地控制半导体层30的晶粒尺寸，可按照10vol％或更小(更具体地讲，5vol％或更小)的量包括氮气。或者，为了有效地防止半导体层30的晶粒尺寸增加，气氛无需包括氮气。另外，气氛无需包括由不是包括用于半导体的材料的气体的化合物中所包括的氢的氢形成的氢气(作为示例，H2)，或者可按照45vol％或更小的量包括氢气。如果氢气的量超过45vol％，则可能难以将半导体层30中所包括的多晶部分302的晶粒尺寸维持为上述小尺寸。
如上文中一样，在实施方式中，通过限制半导体层30的沉积工艺期间的温度、压力和气氛，可形成包括具有期望的晶粒尺寸的多晶部分302的半导体层30。
在实施方式中，可在半导体层30的沉积工艺和掺杂工艺之间不省略用于改变半导体层30的晶体性质的附加热处理。因此，可通过简单的工艺形成具有期望的晶体性质的半导体层30。然而，本发明的实施方式不限于此。在形成半导体层30之后，可执行用于使非晶部分304再结晶的附加热处理以使得钝化性质可高。作为示例，在形成半导体层30之后，可通过激光来使非晶部分304再结晶。
在上文中，作为示例讨论了具有特定晶体结构的半导体层30。然而，半导体层30可具有不同于上面所述的晶体结构。作为示例，半导体层30可由微晶、非晶或多晶半导体形成。在这种情况下，半导体层30可通过例如热生长方法、沉积方法(例如，低压化学气相沉积方法(LPCVD))等来形成。可应用各种其它方法。
尽管在图中半导体层30仅形成在半导体基板10的后表面上，本发明的实施方式不限于此。半导体层30可根据形成半导体层30的方法另外形成在半导体基板10的前表面和/或侧表面上。形成在例如半导体基板10的前表面上的半导体层30可稍后在单独的操作中被去除。
随后，如图5C所示，可利用第一导电类型掺杂剂对半导体层30的一部分进行掺杂以形成第一导电区域32，并且半导体基板10的前表面可经受纹理化以形成抗反射结构，然后，如图5D所示，可利用第二导电类型掺杂剂对半导体基板10的前表面和半导体层30的另一部分进行掺杂以形成前场区域130和第二导电区域34。在这种情况下，没有用掺杂剂掺杂的未掺杂区域可被设置在第一导电区域32和第二导电区域34之间，该区域可以是势垒区域36。
在这种情况下，在实施方式中，在形成第一导电区域32和第二导电区域34期间或之后，可形成第一扩散区域320和第二扩散区域340。在图中，作为示例，形成第一导电区域32和第一扩散区域320，然后形成第二导电区域34和第二扩散区域340。
即，如图5C所示，可首先形成第一导电区域32和第一扩散区域320。作为示例，第一导电区域32和第一扩散区域320可通过在半导体层30上在将形成第一导电区域32的部分处形成具有第一导电类型掺杂剂的第一掺杂剂层，然后对其进行热处理(作为示例，使用激光照射)来形成。然后，当形成第一导电区域32时，第一导电类型掺杂剂渗透第一导电区域32(或半导体层30)和控制钝化膜20，然后到达半导体基板10，从而形成第一扩散区域320。作为另一示例，在半导体层30处形成第一导电区域32，然后，通过对第一导电区域32进行热处理来使包括在第一导电区域32中的第一导电类型掺杂剂扩散。然后，包括在第一导电区域32中的第一导电类型掺杂剂渗透控制钝化膜20，然后到达半导体基板10，从而形成第一扩散区域320。在这种情况下，对于第一导电区域32的热处理，可应用各种方法，作为示例，可使用激光。
然而，本发明的实施方式不限于此。第一导电区域32和第一扩散区域320可使用诸如离子注入或热扩散(是使用包括掺杂剂的气体的热处理或者在形成掺杂层之后执行的热处理)的各种方法来形成。
对半导体基板10的前表面的纹理化可以是湿法或干法纹理化。湿法纹理化可通过将半导体基板10浸渍在纹理化溶液中来执行。湿法纹理化具有工艺时间短的优点。干法纹理化是使用例如金刚石钻头或激光来切割半导体基板10的表面的工艺，并且可能导致工艺时间延长以及对半导体基板10的损坏，但是它可导致形成均匀的突起。另外，半导体基板10可经由例如反应离子蚀刻(RIE)来纹理化。如上所述，在本发明中，半导体基板10可经由各种方法来纹理化。
随后，如图5D所示，形成第二导电区域34、第二扩散区域340和前表面场区域130。
作为示例，第二导电区域34和第二扩散区域340可通过在半导体层30上在将形成第二导电区域34的部分处形成具有第二导电类型掺杂剂的第二掺杂剂层，然后对其进行热处理(作为示例，使用激光照射)来形成。然后，当形成第二导电区域34时，第二导电类型掺杂剂渗透第二导电区域34(或半导体层30)和控制钝化膜20，然后到达半导体基板10，从而形成第二扩散区域340。作为另一示例，在半导体层30处形成第二导电区域34，然后，通过对第二导电区域34进行热处理来使包括在第二导电区域34中的第二导电类型掺杂剂扩散。然后，包括在第二导电区域34中的第二导电类型掺杂剂渗透控制钝化膜20，然后到达半导体基板10，从而形成第二扩散区域340。在这种情况下，对于第二导电区域34的热处理，可应用各种方法，作为示例，可使用激光。
然而，本发明的实施方式不限于此。第二导电区域34和第二扩散区域340可使用诸如离子注入或热扩散(是使用包括掺杂剂的气体的热处理或者在形成掺杂层之后执行的热处理)的各种方法来形成。
另外，可使用诸如离子注入或热扩散(是使用包括掺杂剂的气体的热处理或者在形成掺杂层之后执行的热处理)的各种方法来形成前表面场区域130。
更具体地讲，第二导电区域34、第二扩散区域340和前表面场区域130可通过同一工艺(即，使用包括第二导电类型掺杂剂的气体的热扩散)同时形成。据此，可极大地简化工艺。
在实施方式中，作为示例，在形成第一导电区域32和第一扩散区域320之后形成第二导电区域34和第二扩散区域340。然而，本发明的实施方式不限于此。可在形成第一导电区域32和第二导电区域34之后通过热处理同时地或分别地形成第一扩散区域320和第二扩散区域340。另外，在实施方式中，作为示例，包括第一扩散区域320和第二扩散区域340二者。作为另一示例，可仅包括第一扩散区域320和第二扩散区域340中的一个，或者不包括第一扩散区域320和第二扩散区域340二者。
另外，作为示例，前表面场区域130通过同一掺杂工艺与第二导电区域34和/或第二扩散区域340同时形成。然而，前表面场区域130可通过单独的工艺形成。
即，形成第一导电区域32、第二导电区域34、前表面场区域130、第一扩散区域320和第二扩散区域340以及纹理结构的顺序可按照各种方式更改。
随后，如图5E所示，在半导体基板10的前表面和后表面上形成其它绝缘膜。即，在半导体基板10的前表面上形成前钝化膜24和抗反射膜26，并且在半导体基板10的后表面上(具体地讲，半导体基板30的后表面上)形成后钝化膜40。
更具体地讲，在半导体基板10的整个前表面上形成前钝化膜24和抗反射膜26，并且在半导体基板10的整个后表面上形成后钝化膜40。前钝化膜24、抗反射膜26或后钝化膜40可经由诸如例如真空沉积、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷或喷涂的各种方法来形成。未限定形成前钝化膜24、抗反射膜26和后钝化膜40的顺序。
随后，如图5F所示，形成分别连接至第一导电区域32和第二导电区域34的第一电极42和第二电极44。
作为示例，经由构图在后钝化膜40处形成接触孔46，随后利用第一电极42和第二电极44填充接触孔46。此时，接触孔46可经由诸如使用激光的激光烧蚀或者使用蚀刻溶液或蚀刻膏的蚀刻的各种方法来形成。另外，第一电极42和第二电极44可经由诸如例如溅射、镀覆或沉积的各种其它方法来形成。具体地讲，在实施方式中，第一电极42和第二电极44可通过溅射来形成。
然而，本发明的实施方式不限于此。作为另一示例，具有上述形状的第一电极42和第二电极44可通过经由例如丝网印刷将用于形成第一电极42和第二电极44的膏施加到后钝化膜40，随后执行例如烧穿或激光烧制接触来形成。在这种情况下，由于在形成第一电极42和第二电极44时形成接触孔46，所以不需要形成接触孔46的单独工艺。
在实施方式中，可通过限制工艺条件来容易地形成具有期望的性质的控制钝化膜20和半导体层30。通过控制钝化膜20，可容易地在半导体基板10的内部形成扩散区域320和340以对应于导电区域32和34。另外，半导体层30具有低结晶性或小晶粒尺寸，因此，即使在高温下的热处理工艺之后，也可防止或减小半导体层30的结晶性的变化。因此，具有增强的效率的太阳能电池100的制造方法可简化。
在上述实施方式中，作为示例，第一导电区域32和第二导电区域34以及第一电极42和第二电极44在半导体基板10的后表面上。然而，本发明的实施方式不限于此。控制钝化膜20、第一导电区域32和第二导电区域34以及扩散区域320和340可被应用于具有不同结构的太阳能电池100。
以下，将描述根据本发明的其它实施方式的太阳能电池及其制造方法。下面将省略与上述实施方式相同或极其相似的部分有关的详细描述，并且以下描述将集中于不同的部分。另外，上述实施方式或其更改与以下实施方式或其更改的组合落入本发明的范围内。
图6是根据本发明的另一实施方式的太阳能电池的横截面图，图7是图6所示的太阳能电池的平面图。
参照图6和图7，在实施方式中，第一导电区域32被设置在半导体基板10的一个表面上的第一控制钝化膜20a上，第二导电区域34被设置在半导体基板10的另一表面上的第二控制钝化膜20a上。在这种情况下，第一控制钝化膜20a和第一导电区域32可被设置在半导体基板10的一个表面的整个部分上，第二控制钝化膜20b和第二导电区域34可被设置在半导体基板10的另一表面的整个部分上。在此实施方式中，与参照图1至图5F描述的实施方式不同，不包括前表面场区域130。
作为示例，第一控制钝化膜20a可与半导体基板10接触，第一导电区域32可与第一控制钝化膜20a接触。作为示例，第二控制钝化膜20b可与半导体基板10接触，第二导电区域34可与第二控制钝化膜20b接触。
在这种情况下，第一控制钝化膜20a和第二控制钝化膜20b可与上述实施方式的控制钝化膜20相同或非常相似。另外，第一控制钝化膜20a和第二控制钝化膜20b可通过与形成上述实施方式的控制钝化膜20的方法相同的方法来形成。作为示例，在形成控制钝化膜20的工艺期间，设置在半导体基板10的前表面上的第一控制钝化膜20a以及设置在半导体基板10的后表面上的第二控制钝化膜20b可通过相同的工艺或者通过一个工艺同时形成。在这种情况下，第一控制钝化膜20a的整个部分可由包括第一导电类型掺杂剂的第一掺杂部分202形成，第二控制钝化膜20b的整个部分可由包括第二导电类型掺杂剂的第二掺杂部分204形成。第一钝化膜20a和第二钝化膜20b还可包括高掺杂部分202a和204a(参照图1)。
另外，第一导电区域32和第二导电区域34除其形状和/或位置之外可与上述实施方式的第一导电区域32和第二导电区域34相同或非常相似。因此，分别构成第一导电区域32和第二导电区域34的第一半导体层30a和第二半导体层30b可具有与半导体层30(参照图1)相同的晶体性质。另外，第一半导体层30a和第二半导体层30b可通过与形成半导体层30的方法相同的方法来形成。作为示例，在形成半导体层30的工艺期间，设置在半导体基板10的前表面上的第一控制钝化膜20a上的第一半导体层30a以及设置在半导体基板10的后表面上的第二控制钝化膜20b上的第二半导体层30b可通过相同的工艺或者通过一个工艺同时形成。
另外，在实施方式中，第一扩散区域320可在第一导电区域32下面完整地形成在半导体基板10与第一控制钝化膜20a相邻的部分处，第二扩散区域340可在第二导电区域34下面完整地形成在半导体基板10与第二控制钝化膜20b相邻的部分处。另外，第一控制钝化膜20a的整个部分可由第一掺杂部分202形成，第二控制钝化膜20a的整个部分可由第二掺杂部分204形成。关于第一扩散区域320和第二扩散区域340以及第一掺杂部分202和第二掺杂部分204，除了平面形状之外，可应用参照图1至图4、图5A和图5F的上述实施方式中的描述(更具体地讲，关于掺杂分布的描述)或者参照图8、图9、图10A至10H以及图11至图13的上述实施方式中的描述。
在实施方式中，作为示例，第一控制钝化膜20a和第二控制钝化膜20b以及第一导电区域32和第二导电区域34具有上述实施方式中所述的性质，并且包括第一扩散区域320和第二扩散区域340二者。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，第一控制钝化膜20a和第二控制钝化膜20b中的至少一个和/或第一导电区域32和第二导电区域34中的至少一个可具有上述实施方式中所述的性质。另外，可仅包括第一控制钝化膜20a和第二控制钝化膜20b中的一个，并且第一导电区域32和第二导电区域34中的一个可与半导体基板10接触或者可构成半导体基板10的一部分。另外，可仅包括第一扩散区域320和第二扩散区域340中的一个，或者可不包括第一扩散区域320和第二扩散区域340二者。
前钝化膜24和抗反射膜26可在半导体基板10的前表面上被设置在除了第一接触孔461之外的基本上第一导电区域32的整个部分上。作为示例，前钝化膜24可与第一导电区域32接触，抗反射膜26可与前钝化膜24接触。后钝化膜40可在半导体基板10的后表面上被设置在除了第二接触孔462之外的基本上第二导电区域34的整个部分上。作为示例，后钝化膜40可与第二导电区域34接触。
第一电极42被设置在第一导电区域32上并电连接至第一导电区域32(作为示例，与第一导电区域32接触)。类似地，第二电极44被设置在第二导电区域34上并电连接至第二导电区域34(作为示例，与第二导电区域34接触)。第一电极42可通过形成在前钝化膜24和抗反射膜26处的第一接触孔461(即，通过穿透前钝化膜24和抗反射膜26)来电连接至第一导电区域32。第二电极44可通过形成在后钝化膜40处的第二接触孔462(即，通过穿透后钝化膜40)来电连接至第二导电区域34。
在图6中作为示例，抗反射结构形成在半导体基板10的前表面和后表面处。然而，本发明的实施方式不限于此。抗反射结构可仅形成在前表面和后表面中的一个处，或者抗反射结构可不形成在前表面和后表面二者上。
将参照图7详细描述第一电极42和第二电极44的平面形状。
参照图7，第一电极42和第二电极44可包括按照恒定间距彼此间隔开的多个指状电极42a和44a。尽管图7示出指状电极42a和44a彼此平行并且也平行于半导体基板10的边缘，但是本发明的实施方式不限于此。另外，第一电极42和第二电极44可包括汇流条电极42b和44b，其形成在与指状电极42a和44a交叉的方向上以将指状电极42a和44a彼此连接。可仅提供一个汇流条电极42b或44b，或者多个汇流条电极42b或44b可按照比指状电极42a和44a的间距更大的间距布置，如图7中示例性地示出的。在这种情况下，尽管汇流条电极42b和44b的宽度可大于指状电极42a和44a的宽度，但是本发明的实施方式不限于此。因此，汇流条电极42b和44b的宽度可等于或小于指状电极42a和44a的宽度。
当观察横截面时，第一电极42的指状电极42a和汇流条电极42b二者可被形成为穿透前钝化膜24和抗反射膜26。即，第一接触孔461可被形成为与第一电极42的指状电极42a和汇流条电极42b二者对应。另外，第二电极44的指状电极44a和汇流条电极44b二者可被形成为穿透后钝化膜40。即，第二接触孔462可被形成为与第二电极44的指状电极44a和汇流条电极44b二者对应。然而，本发明的实施方式不限于此。在另一示例中，第一电极42的指状电极42a可被形成为穿透前钝化膜24和抗反射膜26，并且汇流条电极42b可形成在前钝化膜24和抗反射膜26上。另外，第二电极44的指状电极44a可被形成为穿透后钝化膜40，并且汇流条电极44b可形成在后钝化膜40上。
尽管图7示出第一电极42和第二电极44具有相同的形状。然而，本发明的实施方式不限于此，第一电极42的指状电极42a和汇流条电极42b的宽度和间距可不同于第二电极44的指状电极44a和汇流条电极44b的宽度和间距。另外，第一电极42和第二电极44可具有不同的形状，各种其它更改是可能的。
在实施方式中，太阳能电池100的第一电极42和第二电极44具有给定图案以使得太阳能电池100具有允许光被引入半导体基板10的前表面和后表面中的双面结构。由此，太阳能电池100中所使用的光的量可增加，这可有助于太阳能电池100的效率的改进。然而，本发明的实施方式不限于此。第二电极44可形成在半导体基板10的整个后表面上，各种其它更改是可能的。
图8是根据本发明的另一实施方式的太阳能电池的横截面图。图9是图8所示的太阳能电池中所包括的第一导电区域32、第一掺杂部分202和第一扩散区域320中的掺杂分布的曲线图。作为参考，图9所示的掺杂分布示出通过二次离子质谱法测量的结果。
在实施方式中，第一导电区域32以及与其有关的第一掺杂部分202和第一扩散区域320可具有特定掺杂分布。更具体地讲，第一导电区域32和第二导电区域34当中充当发射极区域并且具有与基极区域110相反的导电类型的区域(例如，第一导电区域32)以及与其有关的第一掺杂部分202和第一扩散区域320可被形成为具有特定掺杂分布。第一导电区域32和第二导电区域34当中充当后表面场区域的区域(例如，第二导电区域34)具有与基极区域110相同的导电类型，因此，与其有关的扩散区域320或340的厚度和总掺杂浓度不会极大地影响太阳能电池100的性质。然而，本发明的实施方式不限于此。第一导电区域32和第二导电区域34中的至少一个以及掺杂部分202或204以及与其有关的扩散区域320或340可具有之后提及的掺杂分布。在这种情况下，在说明书中，术语“第一”和“第二”仅用于将它们彼此区分，因此，本发明的实施方式不限于此。
如图9所示，在实施方式中，当在太阳能电池100的厚度方向上看时，在掺杂分布中，第一导电类型掺杂剂的掺杂浓度从第一导电区域32经由控制钝化膜20或第一掺杂部分202至第一扩散区域320连续地减小。
在这种情况下，控制钝化膜20或者第一导电区域32与其相邻的部分具有第一掺杂分布PF1，并且第一扩散区域320与控制钝化膜20相邻的部分具有不同于第一掺杂分布PF1的第二掺杂分布PF2。更具体地讲，第二掺杂分布PF2中的第二掺杂浓度梯度的绝对值可小于第一掺杂分布PF1中的第一掺杂浓度梯度的绝对值。在这种情况下，掺杂浓度梯度可以是浓度梯度的总差的平均或者整个部分中的所有浓度梯度的平均。即，在控制钝化膜20或者第一导电区域32与其相邻的部分中掺杂浓度减小的程度可小于在第一扩散区域320与控制钝化膜20相邻的部分中掺杂浓度减小的程度。例如，第二掺杂分布PF2可具有一种弯折或拐点。由此，与控制钝化膜20相邻的第一扩散区域320可具有大于比较例或传统结构的总掺杂浓度，并且可比比较例或传统结构薄。这是因为在实施方式中第一导电区域32和第一扩散区域320的制造工艺得到改进。
另一方面，在制造工艺未改进的比较例中，可看出控制钝化膜或者第一导电区域与其相邻的部分中的掺杂浓度梯度与第一扩散区域与控制钝化膜相邻的部分中的掺杂浓度梯度相同或相似。这是因为第一导电类型掺杂剂扩散以使得掺杂分布具有近似线性形状。因此，控制钝化膜或者第一导电区域与其相邻的部分中的掺杂分布与第一扩散区域与控制钝化膜相邻的部分中的掺杂分布相同或相似，因此，第一扩散区域的厚度T12’相对大。这将稍后在太阳能电池100的制造方法中更详细地描述。
在实施方式中，第一扩散区域320的厚度T12可为100nm至300nm(作为示例，200nm至300nm)，第一扩散区域320的总掺杂浓度可为1017/cm3至1019/cm3。另外，第一导电区域32的厚度T11可为400nm或更小(作为示例，100nm至400nm)，第一导电区域32的总掺杂浓度可为1020/cm3或以上。在这种情况下，第一扩散区域320的厚度T12可与第一导电区域32的厚度T11相同或小于厚度T11。另外，第一导电区域32的总掺杂浓度可为第一扩散区域320的总掺杂浓度的10倍或以上。然而，本发明的实施方式不限于此。第一扩散区域320和第一导电区域32的厚度和总掺杂浓度可变化。例如，第一扩散区域320的厚度T12可大于第一导电区域32的厚度T11。
作为示例，第一扩散区域320的厚度T12可被限定为从半导体基板10的表面到具有基准掺杂浓度Co的位置的距离。基准掺杂浓度Co被当作当基本上未掺杂时的掺杂浓度。例如，当如上文中一样通过二次离子质谱法测量掺杂浓度时，基准掺杂浓度Co可为1X1017/cm3。可通过测量半导体层30来容易地看出第一导电区域32的厚度T11。另外，总掺杂浓度可由特定区域中的掺杂剂的总量除以特定区域的总体积的值来限定。
如上文中一样，与传统结构(或比较例)相比通过减小第一扩散区域320的厚度T12，开路电压可增强。在这种情况下，由于第一扩散区域320具有相对总掺杂浓度(即，1019/cm3或更小)，所以俄歇复合(Auger recombination)可最小化，并且可通过筛选与半导体基板10的表面相邻的缺陷位点来减少复合。因此，开路电压可进一步增强。另外，由于第一扩散区域320具有大于特定值(即，1017/cm3或以上)的总掺杂浓度，所以在半导体基板10处通过光电转换生成的载流子可被容易地供应给第一导电区域32。
另外，第一导电区域32与控制钝化膜20间隔开或远离的部分(第一导电区域32面向第一电极42的部分)具有不同于第一掺杂分布PF1和第二掺杂分布PF2的第三掺杂分布PF3。在这种情况下，第一掺杂分布PF1和第二掺杂分布PF2中的第一浓度梯度和第二浓度梯度的各个绝对值可大于第三掺杂分布PF3中的第三浓度梯度的绝对值。这是因为具有相同或相似的掺杂浓度的部分存在于第一导电区域32与控制钝化膜20间隔开或远离的部分。由于第一导电区域32与控制钝化膜20间隔开或远离的部分是施加第一导电类型掺杂剂的一侧，所以第一导电区域32与控制钝化膜20间隔开或远离的部分具有掺杂浓度相对高并且均匀的第三掺杂分布PF3，并且掺杂浓度通过穿透控制钝化膜20和第一扩散区域320而减小。
在实施方式中，第二导电区域34、第二掺杂部分204和第二扩散区域340可具有形式与第一导电区域32、第一掺杂部分202和第一扩散区域320的掺杂分布不同的掺杂分布。例如，第二导电区域34具有相对均匀和相对高的表面掺杂浓度Cs，并且在掺杂分布中掺杂浓度朝着控制钝化膜20和第二扩散区域340以线性形状或以小梯度变化连续地并且逐渐地减小。作为示例，第二导电区域34、第二掺杂部分204和第二扩散区域340可具有与图9的比较例相似的掺杂分布。这是因为第二导电区域34在不同于第一导电区域32的掺杂工艺中通过不同于第一导电区域32的掺杂方法来掺杂。然而，第二扩散区域340的掺杂浓度梯度的绝对值可小于第一掺杂浓度梯度的绝对值。然而，本发明的实施方式不限于此。
作为另一示例，第二导电区域34、第二掺杂部分204和第二扩散区域340可具有形式与第一导电区域32、第一掺杂部分202和第一扩散区域320的掺杂分布相同或相似的掺杂分布。然而，第二扩散区域340的特定掺杂浓度或厚度T13可与第一导电区域32、第一掺杂部分202和第二扩散区域320的掺杂分布相同或不同。
作为示例，当在厚度方向上看时，第二扩散区域340中的掺杂浓度梯度的绝对值可小于第一扩散区域320中的第一掺杂浓度梯度的绝对值。另外，具有与基极区域110相同的第二导电类型的第二扩散区域340的厚度T13可大于具有第一导电类型的第一扩散区域320的厚度T12。这里，第二扩散区域340的厚度可为800nm或更小(50nm至800nm)。然而，本发明的实施方式不限于此。
将参照图10A至图10H以及图11至图13详细描述具有上述掺杂分布的太阳能电池的制造方法。与参照图5A至图5F描述的上述实施方式相同或极其相似的部分有关的详细描述将被应用于与图10A至图10H有关的描述，因此下面将被省略。
图10A至图10H是根据本发明的另一实施方式的太阳能电池100的制造方法的横截面图。
首先，如图10A所示，在由基极区域110形成的半导体基板10的后表面上形成控制钝化膜20。
随后，如图10B至图10F所示，在控制钝化膜20上形成第一导电区域32和第二导电区域34，并且在半导体基板10的前表面上形成前表面场区域130。另外，可在半导体基板10的前表面处形成抗反射结构(例如，纹理结构)。这将在下面更详细地描述。
如图10B所示，在控制钝化膜20上形成半导体层30。
随后，如图10C至图10E所示，可利用第一导电类型掺杂剂对半导体层30的一部分进行掺杂以形成第一导电区域32，并且半导体基板10的前表面可经受纹理化以形成抗反射结构，然后，如图10F所示，可利用第二导电类型掺杂剂对半导体基板10的前表面和半导体层30的另一部分进行掺杂以形成前场区域130和第二导电区域34。在这种情况下，没有用掺杂剂掺杂的未掺杂区域可被设置在第一导电区域32和第二导电区域34之间，该区域可以是势垒区域36。
在这种情况下，在实施方式中，作为示例，第一导电区域32、第一掺杂部分202和第一扩散区域320同时形成，然后，第二导电区域34、第二掺杂部分204和第二扩散区域340同时形成。
首先，如图10C所示，在本征半导体层30上将形成第一导电区域32的部分处形成包括第一导电类型掺杂剂的第一掺杂剂层322。第一掺杂剂层322可由包括第一导电类型掺杂剂的各种材料形成，例如包括第一导电类型掺杂剂的绝缘层或半导体层。第一掺杂剂层322可包括选自包括第一导电类型掺杂剂的硅氮化物、硅氧化物或非晶硅膜的至少一个层或多个层。例如，第一掺杂剂层322可通过热生长方法、沉积方法等来形成。可应用各种其它方法。
随后，如图10D所示，利用激光324使包括在第一掺杂剂层322中的第一导电类型掺杂剂扩散到半导体层30中，因此，形成第一导电区域32。在这种情况下，第一导电类型掺杂剂扩散到控制钝化膜20的一部分和半导体基板10的一部分中，因此，第一掺杂部分202和第一扩散区域320一起形成。
在这种情况下，激光324可按照离焦状态照射。根据激光束的形状，可容易地区分激光324具有离焦状态还是聚焦状态。这将参照图11来详细描述。
图11示意性地示出通过包括在太阳能电池100的制造方法中的图10D所示的掺杂工艺在第一掺杂剂层322处形成的激光束的形状，其中，(a)示出使用聚焦激光的激光束的形状，(b)示出使用离焦激光的激光束的形状。
如图11的(a)所示，利用具有聚焦状态的激光324(例如，聚焦到第一掺杂剂层322上的激光324)，形成在第一掺杂剂层322处的激光束的界线清楚、明晰且细。另一方面，如图11的(b)所示，利用具有离焦状态的激光324(例如，没有聚焦在第一掺杂剂层322上的激光324)，形成在第一掺杂剂层322处的激光束的界线不清楚、不明晰并且展开。因此，根据激光束的形状，可区分激光324具有离焦状态还是聚焦状态。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，可通过各种方法中的任何方法来区分激光324具有离焦状态还是聚焦状态。
当在掺杂工艺中使用具有离焦状态的激光324时，包括在第一掺杂剂层322中的第一导电类型掺杂剂渗透穿过控制钝化膜20，然后，累积在与控制钝化膜20相邻的部分处。由此，第一扩散区域320的总掺杂浓度可增加，并且第一扩散区域320的厚度T12(参照图8)可最小化。即，可通过未聚焦到第一掺杂剂层322上的激光324来控制或调节第一导电区域32、第一掺杂部分202和第一扩散区域320的掺杂分布。因此，如图8和图9中的实施方式中所述，掺杂分布具有第一至第三掺杂分布PF1、PF2和PF3，并且第一扩散区域320的厚度T12可为100nm至300nm。
另一方面，如果与实施方式中不同使用具有聚焦状态的激光，则包括在第一掺杂剂层中的第一导电类型掺杂剂以相似的掺杂浓度梯度深深地扩散到半导体基板的内部。因此，如图9的比较例中所示，在第一掺杂部分和第一扩散区域中掺杂分布可具有线性形状，因此，第一掺杂部分和第一扩散区域中的掺杂浓度梯度可彼此相同或相似。因此，第一扩散区域的总掺杂浓度相对低，并且第一扩散区域的厚度相对大。
如上所述，在实施方式中，通过在掺杂工艺期间使用第一掺杂剂层322和激光324照射未聚焦或离焦在第一掺杂剂层322上的激光324，可调节第一导电类型掺杂剂的掺杂分布并且第一扩散区域320的厚度可最小化。因此，第一扩散区域320的效果可最大化，并且可最小化或防止由于第一扩散区域320而可能生成的复合。
各种方法被应用于使激光324在第一掺杂剂层322上离焦的方法。将参照图12和图13一起描述在实施方式中在掺杂工艺期间使激光324离焦的方法。图12示意性地示出包括在太阳能电池100的制造方法中的图10D所示的掺杂工艺的示例，图13示意性地示出包括在太阳能电池100的制造方法中的图10D所示的掺杂工艺的另一示例。在图12和图13中，为了描述的清晰和简单起见，在太阳能电池100中仅示出第一掺杂剂层322和半导体层30，并且透镜324a、324b、324c的形状被任意地示出，因此，本发明不限于透镜324a、324b、324c的形状。
作为示例，如图12所示，激光324被聚焦在第一掺杂剂层322上(即，激光324被照射以使得激光束的界线清楚，如图11的(a)所示)，然后，通过改变激光324的位置(更具体地讲，通过增大或减小第一掺杂剂层322与激光324之间的距离)来使激光324在第一掺杂剂层322上离焦。在这种情况下，第一掺杂剂层322与激光324之间的距离的改变可为30mm或更小。即，第一掺杂剂层322与激光324之间的距离相对于激光324的聚焦状态在30mm内改变。如果距离改变超过30mm，则可能难以充分地通过激光324将能量传送至第一掺杂剂层322，因此无法平滑地执行掺杂工艺。在这种情况下，用于使激光324离焦的第一掺杂剂层322与激光324之间的距离的改变可大于第一掺杂剂层322的厚度。作为示例，用于使激光324离焦的第一掺杂剂层322与激光324之间的距离的改变可为0.5mm或更大(作为示例，0.5mm至2mm)。限制此范围是为了充分地实现具有离焦状态的激光324的效果。然而，本发明的实施方式不限于此。在图12中作为示例使用透镜324a。然而，本发明的实施方式不限于此。
作为另一示例，如图13所示，利用具有第一放大率的第一透镜324b来使激光324b在第一掺杂剂层322上聚焦(即，激光324被照射以使得激光束的界线清楚，如图11的(a)所示)，然后，通过用具有不同于第一放大率的第二放大率的第二透镜324c替换具有第一放大率的第一透镜324b来使激光324在第一掺杂剂层322上离焦。第二透镜324c的第二放大率可大于或小于第一透镜324b的第一放大率。如图13所示，通过改变透镜324b和324c，激光324可变化以具有离焦状态。具有离焦状态的激光324的激光束可大于或小于具有聚焦状态的激光324的激光束。第一透镜324b和第二透镜324c的第一或第二放大率可为X1至X10。然而，本发明的实施方式不限于此。
再次参照图10D，在实施方式中，各种类型的激光可用作用于掺杂工艺的激光324。例如，激光324可具有1064nm或更小的波长。然而，本发明的实施方式不限于此。
作为示例，激光324可以是在特定时间内具有功率，在另一特定时间内不具有功率的脉冲波激光。然后，通过在短时间内对第一掺杂剂层322施加足够的能量，第一导电类型掺杂剂可稳定地扩散。作为示例，激光324可具有从飞秒(fs)至纳秒(ns)的脉冲宽度。在激光324的脉冲宽度内，可充分地供应掺杂工艺所需的能量。如果激光324的脉冲宽度小于飞秒则工艺时间增加，而如果激光324的脉冲宽度超过纳秒则第一导电区域32可能不具有期望的掺杂浓度和性质。另一方面，与实施方式中不同，具有连续和均匀的功率的连续波激光无法向第一掺杂剂层322充分地供应能量。然而，本发明的实施方式不限于此。因此，激光324可具有不同于上文的脉冲宽度，并且可以是连续波激光。
激光324的激光束可具有10um至2mm的尺寸。限制此范围以适合于应用于掺杂工艺。在这种情况下，如果激光束的尺寸小于10um则工艺时间增加，而如果激光束的尺寸超过2mm则第一导电区域32可能不具有期望的掺杂浓度和性质。然而，本发明的实施方式不限于激光束的尺寸、激光束的照射方法等。
随后，如图10E所示，可去除第一掺杂剂层322。第一掺杂剂层322可通过各种方法来去除。作为示例，第一掺杂剂层322可使用能够去除第一掺杂剂层322的材料(作为示例，溶液)通过湿法工艺来去除。
在这种情况下，可在半导体基板10的前表面处一起形成抗反射结构。抗反射结构可通过纹理化来形成。
随后，如图10F所示，可形成第二导电区域34、第二扩散区域340和前表面场区域130。作为示例，第二导电区域34、第二掺杂部分204、第二扩散区域340和前表面场区域130可通过同一工艺(即，使用包括第二导电类型掺杂剂的气体的热扩散)来同时形成。当用于形成第二导电区域34的掺杂工艺不同于用于形成第一导电区域32的掺杂工艺时，工艺可简化。
然而，本发明的实施方式不限于此。第二导电区域34、前表面场区域130等可使用诸如离子注入或者热扩散(是使用包括掺杂剂的气体的热处理或者在形成掺杂层之后执行的热处理)的各种方法来形成。
在实施方式中，作为示例，在形成第一导电区域32和第一扩散区域320之后形成第二导电区域34和第二扩散区域340。然而，本发明的实施方式不限于此。作为另一示例，形成具有第一导电类型掺杂剂的第一掺杂剂层322和具有第二导电类型掺杂剂的第二掺杂剂层，然后，通过激光324同时执行用于形成第一导电区域32和第二导电区域34的掺杂工艺。然后，尽管第二导电区域34、第二掺杂部分204和第二扩散区域340具有如图9所示具有第一至第三掺杂分布PF1、PF2和PF3的上述掺杂分布，尽管其厚度、掺杂浓度、浓度梯度等可不同于图9所示。在实施方式中，作为示例，包括第一扩散区域320和第二扩散区域340二者，但是可不包括第二扩散区域340。
随后，如图10G所示，在半导体基板10的前表面和后表面上形成其它绝缘膜。
随后，如图10H所示，形成分别连接至第一导电区域32和第二导电区域34的第一电极42和第二电极44。
根据实施方式，可通过简单的工艺形成具有期望的掺杂分布、期望的厚度等的扩散区域320和340。因此，具有高效率的太阳能电池100的制造方法可简化，从而实现高生产率。
上述特征、配置、效果等被包括在本发明的至少一个实施方式中，不应仅限于一个实施方式。另外，各个实施方式中所示的特征、配置、效果等可在彼此组合或者被本领域技术人员修改时关于其它实施方式来实现。因此，与这些组合和修改有关的内容应该被解释为包括在所附权利要求书中所公开的本发明的范围和精神内。
相关申请的交叉引用
本申请要求在韩国知识产权局于2016年9月19日提交的韩国专利申请No.10-2016-0119425和No.10-2016-0119419、2017年1月13日提交的No.10-2017-0006183以及2017年1月25日提交的No.10-2017-0011969的优先权，其全部的公开内容以引用方式并入本文。

Claims (20)

1.一种太阳能电池，该太阳能电池包括：
半导体基板；
在所述半导体基板的一个表面上的控制钝化膜，该控制钝化膜由介电材料形成；以及
在所述控制钝化膜上的半导体层，该半导体层包括具有第一导电类型的第一导电区域以及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，
其中，所述半导体基板还包括扩散区域，该扩散区域包括与所述控制钝化膜相邻的第一扩散区域和第二扩散区域中的至少一个，
其中，所述第一扩散区域被局部地形成以与所述第一导电区域对应，并且具有低于所述第一导电区域的掺杂浓度的掺杂浓度，并且
其中，所述第二扩散区域被局部地形成以与所述第二导电区域对应，并且具有低于所述第二导电区域的掺杂浓度的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述控制钝化膜是由非晶结构组成的非晶膜或者包括所述非晶结构和部分结晶部分的非晶膜。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，该太阳能电池还包括：
在所述半导体基板或所述半导体层上的绝缘膜，
其中，所述控制钝化膜比所述绝缘膜薄，并且
其中，所述控制钝化膜包括掺杂浓度高于所述绝缘膜的掺杂浓度的部分。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述控制钝化膜包括局部地形成在所述第一导电区域和所述第一扩散区域之间的第一掺杂部分以及局部地形成在所述第二导电区域和所述第二扩散区域之间的第二掺杂部分中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第一掺杂部分或所述第二掺杂部分包括低掺杂部分以及掺杂浓度高于所述低掺杂部分的掺杂浓度的高掺杂部分。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，当在厚度方向上观看所述第一导电区域或所述第二导电区域、所述控制钝化膜以及所述扩散区域时，掺杂浓度朝着所述半导体基板的内部连续地减小，并且
其中，所述扩散区域中的掺杂浓度梯度的绝对值大于所述第一导电区域或所述第二导电区域中的掺杂浓度梯度的绝对值。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述扩散区域比所述第一导电区域和所述第二导电区域中的每一个厚。
8.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述扩散区域包括所述第一扩散区域和所述第二扩散区域，并且
其中，所述控制钝化膜包括所述第一掺杂部分和所述第二掺杂部分。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述第一扩散区域和所述第二扩散区域彼此间隔开，并且基极区域被设置在所述第一扩散区域和所述第二扩散区域之间，
其中，势垒区域被设置在所述第一导电区域和所述第二导电区域之间，并且
其中，所述控制钝化膜包括所述半导体基板与所述势垒区域之间的未掺杂部分。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述半导体基板包括具有所述第二导电类型的基极区域，并且
其中，所述第二扩散区域比所述第一扩散区域厚。
11.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述半导体基板包括具有所述第二导电类型的基极区域，并且
其中，当在厚度方向上观看所述第一扩散区域和所述第二扩散区域时，所述第二扩散区域中的掺杂浓度梯度的绝对值小于所述第一扩散区域中的掺杂浓度梯度的绝对值。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述半导体层具有多晶结构，该多晶结构具有纳米尺寸的晶粒。
13.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，在掺杂分布中，第一导电类型掺杂剂或第二导电类型掺杂剂的掺杂浓度从所述第一导电区域或所述第二导电区域经由所述控制钝化膜朝着所述第一扩散区域或所述第二扩散区域连续地减小，
其中，所述掺杂分布包括第一掺杂分布以及不同于所述第一掺杂分布的第二掺杂分布，所述第一掺杂分布位于所述控制钝化膜或者所述第一导电区域或所述第二导电区域的与所述控制钝化膜相邻的部分中，所述第二掺杂分布位于所述第一扩散区域或所述第二扩散区域的与所述控制钝化膜相邻的部分中，并且
其中，所述第二掺杂分布中的第二掺杂浓度梯度的绝对值小于所述第一掺杂分布中的第一掺杂浓度梯度的绝对值。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其中，所述第一扩散区域或所述第二扩散区域具有100nm至300nm的厚度，或者
其中，所述第一扩散区域或所述第二扩散区域的厚度与所述第一导电区域或所述第二导电区域的厚度相同或者小于所述第一导电区域或所述第二导电区域的厚度。
15.一种太阳能电池，该太阳能电池包括：
半导体基板；
在所述半导体基板上的控制钝化膜；以及
在所述控制钝化膜上的半导体层，
其中，所述半导体层包括具有多晶结构的多晶部分，所述多晶结构具有纳米尺寸的晶粒，并且
其中，所述半导体基板在与所述控制钝化膜相邻的部分处包括掺杂浓度低于所述半导体层的掺杂浓度的扩散区域。
16.根据权利要求15所述的太阳能电池，其中，所述半导体层的具有所述多晶结构的所述多晶部分具有300nm或更小的晶粒尺寸，或者
其中，所述多晶部分的晶粒尺寸与所述半导体层的厚度相同或小于所述半导体层的厚度。
17.根据权利要求15所述的太阳能电池，其中，所述半导体层由所述多晶部分组成，或者包括所述多晶部分以及具有非晶结构的非晶部分，并且
其中，在所述半导体层中，所述多晶部分按照比所述非晶部分大的量被包括。
18.一种制造太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：
在半导体基板的一个表面上形成控制钝化膜；以及
在所述控制钝化膜上形成具有第一导电类型掺杂剂的第一导电区域，
其中，形成所述第一导电区域的步骤包括以下步骤：
形成本征半导体层；
在所述本征半导体层上形成具有所述第一导电类型掺杂剂的第一掺杂剂层；以及
通过使用具有离焦状态的激光来利用包括在所述第一掺杂剂层中的所述第一导电类型掺杂剂对所述本征半导体层进行掺杂，
其中，在对所述本征半导体层进行掺杂的步骤中，在所述半导体基板的与所述控制钝化膜相邻的部分处形成掺杂浓度低于所述第一导电区域的掺杂浓度的第一扩散区域以与所述第一导电区域对应。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，在利用所述第一导电类型掺杂剂对所述本征半导体层进行掺杂的步骤中，通过在将所述激光聚焦之后改变所述激光与所述第一掺杂剂层之间的距离来使所述激光离焦，或者通过在将所述激光聚焦之后改变透镜放大率来使所述激光离焦。
20.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括以下步骤：
形成具有第二导电类型掺杂剂的第二导电区域，所述第二导电类型掺杂剂具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型，
其中，通过使用与利用所述第一导电类型掺杂剂对所述本征半导体层进行掺杂不同的掺杂工艺来形成所述第二导电区域。
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Application publication date: 20180327

Assignee: Hanhua thinksin Co.,Ltd.

Assignor: LG ELECTRONICS Inc.

Contract record no.: X2022990000645

Denomination of invention: Solar battery

Granted publication date: 20201106

License type: Common License

Record date: 20220914

TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20221025

Address after: No. 3, Yingbin Avenue, Shangrao Economic and Technological Development Zone, Jiangxi Province

Patentee after: Shangrao Jingke Green Energy Technology Development Co.,Ltd.

Address before: Seoul, South Kerean

Patentee before: LG ELECTRONICS Inc.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
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Address after: No. 3, Yingbin Avenue, Shangrao Economic and Technological Development Zone, Jiangxi Province 334100

Patentee after: Shangrao Xinyuan Yuedong Technology Development Co.,Ltd.

Address before: No. 3, Yingbin Avenue, Shangrao Economic and Technological Development Zone, Jiangxi Province 334100

Patentee before: Shangrao Jingke Green Energy Technology Development Co.,Ltd.