CN109314150B - 包括光吸收硅层的太阳电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括光吸收硅层的太阳电池及其制造方法。本发明提出了一种包括太阳电池的新的太阳能光伏组件，所述太阳电池包括具有第一表面(1a)以及与所述第一表面相对的第二表面(1b)的硅层。所述太阳电池还包括钝化层叠层(2)，该钝化层叠层(2)包括布置于所述第一表面上和/或所述第二表面上的异质层(4)。具有背表面(3)和前表面(5)的所述异质层(4)包括折射率低于3.0的非导电基底(4b)。所述异质层还包括所述基底(4b)中的至少一种导电材料的夹杂物(4a)，并且所述夹杂物(4a)中的至少一些从所述异质层(4)的所述背表面(3)延伸到所述前表面(5)，以用于电连接所述异质层的所述表面(3、5)。

Description

包括光吸收硅层的太阳电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳电池领域。更具体地，本发明涉及一种太阳能光伏组件，该太阳能光伏组件包括由异质层组成的硅基光伏元件。
背景技术
当今的太阳电池生产由两种主要的硅太阳电池结构支配。这些是铝-背场(Al-BSF)太阳电池和钝化发射极背场接触太阳电池(PERC)，总共占2014年世界产量的>80％：SEMI(2015,31.08.2015)。国际光伏技术路线图(ITRPV)：http://www.itrpv.net/Reports/ Downloads/2014/。
如图1a和图1b所示，PERC电池与Al-BSF电池非常相似，但由于背侧的介电层，所以PERC电池的性能有所改善，该介电层钝化硅片表面，如果该介电层足够厚，则其可以充当内部镜像。
通过特定元素或工艺的硅片表面或硅片的钝化在此意味着这种元素或工艺的应用可以提高硅片的少数电荷载流子的寿命。
硅片是指至少1微米厚的硅材料的薄片或薄层。通过从较大块的硅材料中切割、从较厚的薄板中剥离处理、直接通过某些硅熔体的结晶或通过其它技术可以获得这种薄片。
基板上的膜层的光学功能(诸如其作为减反射层或作为内部镜像的使用)是由基板(折射率nS)、膜层和外部介质(折射率n0)之间的折射率差异造成的。折射率是指下文中的折射率的真实部分。下文中引用的折射率值，如未另行说明，则指633nm的波长。此处，外部介质可以是空气、封装或一些其它透明材料，并且在一个角度下针对入射的反射或透射指的是两个极化方向以上的平均值。当光线从面向基板s的介质m处直接入射时(图1c中的情况a)，高的折射率差异导致高反射(图1c中的Rr)。例如，在折射率为1.5的玻璃基板上，从空气中射入的光的反射率为4％。在空气/硅基板界面且所述基板的折射率大约为3.5的情况中，反射率约为30％。具有在介质的折射率和基板的折射率之间的折射率的膜层或层叠层(图1c中的If)的插入减少了反射R2(图1c的情况b中的R2)。
针对选定的设计波长，理想情况下，该层的折射率等于该外部介质折射率和基板折射率乘积的平方根，而层的厚度t理想地等于该层内有效波长的四分之一(该层内的有效波长是空气中的波长除以该层的折射率)。例如，针对从空气入射到硅上，设计波长为600nm，理想情况下，该层的折射率应为1.87，理想的层厚度应为80nm左右。如果在入射介质和基板之间有两层的叠层，那么理想折射率由
Figure GDA0003521064160000021
给出，并且每一层的理想厚度等于这一层中的有效波长的四分之一，n1是面向入射介质的层的折射率，而n2是面向基板的层的折射率。
在背侧，可以有外部介质、单层、膜层与透明导电层的组合、金属或膜层与金属的组合，或者通常包括前面提到的几个要素的叠层。当光线从基板直接入射到比基板折射率低的介质上时，存在一个完全内部反射的临界角，相对于基板处的法向量来限定所述临界角。具有比所述临界角大的角度的入射光完全反射回基板(图1c中的情况c)，而具有比所述临界角小的角度的入射光部分反射回基板(图1c中的情况d)。部分反射光量以与前面描述相同的方式取决于介质和基板的折射率。基板s和介质之间的膜层或层叠层(图1c中的Ir)的插入可以被用于以与上文相同的方式来减少反射量(图1c中的情况e)。当基板的背侧被金属层(图1c中的金属)覆盖时，反射系数取决于基板的折射率和金属的消光系数。所述反射系数限定为反射表面的反射光与入射光的分数。这样的反射系数通常很高，并且不太取决于入射角(图1c中的情况f)。例如，针对1200nm的波长，大约98％反射在硅基板和银层之间的界面上，而大约88％反射在硅和铝之间的界面上。在这两种情况下，由于金属中自由电子等离子体的激发，反射假定在大约65°的入射角下的宽峰最小。折射率低于基底折射率的膜层(图1c中的Ir)在金属层和基底之间的插入可以增加反射系数(图1c中的情况g)。同时，反射最小值假设为较低的值，其光谱宽度变窄且其光谱位置偏移到较低的角度。当膜层不是完全绝缘的，而是具有不为零的消光系数的膜层时，最小值会减小。针对膜层厚度等于或大于等离子体激发衰变长度的情况，出现最小反射的角度接近基底与膜层之间界面的临界角度的值。针对膜层厚度超过该层中有效波长的四分之一的情况，低角度(即接近法线)的反射会因法布里-珀罗共振而减小。
在标准工艺中，开路电压(Voc)被限制在640mV。与标准工艺相比，PERC电池具有通常在660mV与680mV之间的提高的Voc，并且由于嵌入的介电层，该PERC电池还具有改善的光学性能。“改善的光学性能”是指背侧处的内部光线反射较高，从而导致较高的短路电流(Jsc)。内部反射是由硅吸收层与相邻层之间的折射率差异引起的，在商业PERC电池的情况中，该相邻层通常是包括折射率均低于硅的AlOx层、SiNx层和SiOx层的层叠层。另一方面，PERC电池需要两个附加的处理步骤。
PERC太阳电池的制造从经过纹理和清洁的硼掺杂晶片(p型)开始，并且通常依赖于至少一个高温步骤。第一个是n型前接触层在温度大约为850℃的POCI3气氛中的扩散。与吸杂有关的这一步骤极大地改善了许多硅片(例如多晶硅、多晶、准单晶硅和其它类型的硅片)中的少数电荷载流子的寿命。
在材料是多晶硅硅片、多晶硅片、准单晶硅硅片以及其它类型的硅片的情况下，“多晶硅材料”是指下文中的由多于一个晶粒所组成的任何材料。
接触层被限定为从太阳电池中收集电荷载流子并将其提供给外部电路的元件。电子接触层也被称为n型接触层，而空穴接触层也被称为p型接触层。
太阳电池具有至少两个极性相反的接触层，至少一个电子接触层和至少一个空穴接触层。
图1(a)例示了前部具有纹理和氮化硅(SiNx)抗反射涂层的标准p型c-Si太阳电池的概念。背部包括铝背面电场Al-BSF。铝背面电场背侧受到强表面复合的影响。该复合由图1中的箭头表示。
在将氮化硅(SiNx)抗反射涂层应用到前部之后，对背侧进行清洗，并涂上用于表面钝化的背介质层(例如，AlOx/SiNx叠层，图1b中的RD)。在对背介质钝化层进行纹路处理后，分别通过银浆料和铝浆料的丝网印刷来实现前部和背部金属化。随后，采用也被称为“混燃”的第二个高温步骤，在此期间发生了几个关键过程：S.W.Glunz，R.Preu和D.Biro，“Crystalline silicon solar cells:state-of-the-art and future developments，”Comprehensive renewable energy，vol.1，A.Sayigh，Ed.，ed Oxford:Elsevier，2012，pp.353-87。首先，前部金属化的玻璃熔体通过SiNx抗反射涂层来建立前接触层。其次，一些氢从SiNx层释放并部分扩散到硅片中，在硅片中对断裂的硅键和其它缺陷进行钝化处理，这也是多晶晶片中不可缺少的过程，并且对单晶材料也有好处。下文中的“氢”是指可以是中性或带电的原子或分子形式的氢、氘或氚。烧结步骤通常涉及迅速上升到最高温度，通常在大约850℃处持续几秒钟。
图2a至图2b例示了具有直接的金属-Si(a)和经过钝化的(b)接触层的太阳电池的能带结构和示意图。直接的Si-金属接触(存在于几乎所有的工业金属化方案中)是极容易复合的，从而导致无法接受的>60mV的电压损失(Voc损失)：A.Cuevas，“Physical model ofback line-contact front-junotion solar cells”，Journal of Applied Physics，vol.113，p.164502,2013(下文引用为A.Cuevas)。
可以通过钝化缓冲层(阴影线部分)来抑制复合，最终实现高达750mV的高电压。
如上所述，Al-BSF还有PERC太阳电池的主要效率限制来自于金属接触层处的电荷载流子复合。在这种直接的金属-Si接触层的情况下，表面复合速率极高(>105cm/s)，导致准费米能级(图2a和图2b中的EF，p和EF，n)中的少数电荷载流子的降低，并由此导致可以是>60mV的电压损失(参考A.Cueveas)。为了避免这样的电压(进而是效率)损失，吸收层(Si片)和金属之间的界面必须进行电钝化(图2b)。薄的缓冲层(图2b中的阴影部分)通过取代硅片的金属接触层来抑制少数电荷载流子的复合。同时，缓冲层具有足够的导电性，以提取出由顶部掺杂层选择性接触的多数电荷载流子。
在a-Si:H/c-Si异质结(SHJ)太阳电池中发现了经钝化的接触层的主要示例，该示例是由三洋/松下公司在过去的20年间首创的(“本征薄膜异质结”，HITTM)，并不断进行优化，直至2013年达到24.7％的效率，如在K.Masuko、M.Shigematsu、T.Hashiguchi、D.Fujishima、M.Kai、M.Kai等人的“Achievement of More Than 25％ConversionEfficiency With Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cell，”IEEE Journalof Photovoltaics，vol.4，pp.1433-1435，November 2014(下文引用为K.Masuko)中所描述的。
尽管SHJ太阳电池已经取得了令人印象深刻的结果，但它们有两个主要的缺点：由于a-Si:H的温度敏感性，SHJ太阳电池不能在300℃以上的温度下进行热处理，这使得它们与工业金属化方案不相容：S.De Wolf和M.Kondo：“Boron-doped a-Si:H/c-Si interfacepassivation：Degradation mechanism”，Applied Physics Letters，vol.91，pp.112109/1-3，2007以及S.De Wolf、A.Descoeudres、Z.C.Holman和C.Ballif，“High-efficiencysilicon heterojunction solar cells：a review”，Green,vol.2，DOI10.1515/green-2011-0039，2012。
此外，每生产一瓦特所需要的银量相比于例如PERC电池是较高的。第二个缺点是由a-Si：H薄膜和透明导电氧化物(TCO)中的寄生光吸收引起的，这造成约为3mA/cm2的电流损失。这些吸收效应不能再通过进一步降低薄膜厚度来减少，因为为了良好的结性能，需要特定的a-Si：H层的最小厚度。
最近，已经基于热退火掺杂的硅层实现了与高温处理兼容(例如与扩散或烧结兼容)的钝化接触层(下文称为高温钝化接触层)，如在下列出版物中所描述的：
-O.Schultz-Wittmann和D.DeCeuster，“high-efficiency solar cellstructures and methods of manufacture”，2009(下文引用为O.Schultz)。
-O.Schultz-Wittmann和D.DeCeuster，“shielded electrical contact anddoping through a passivating dielectric layer in a high-efficiencycrystalline solar cell”，2011，下文引用为O.Schultz。
-F.Feldmann和M.Hermle，“photoactive semiconductor component and methodfor producing a photoactive semiconductor component”，2015，下文引用为F.Feldmann和M.Hermle。
到目前为止，高温钝化接触层已经被采用为背接触层，如F.Feldmann、M.Bivour、C.Reichel、M.Hermle和S.W.Glunz，“Passivated rear contacts for high-efficiencyn-type Si solar cells providing high interface passivation quality andexcellent transport characteristics”，Solar Energy Materials and Solar Cells，vol.120，Part A，pp.270-274，2014/01//2014(下文引用为F.Feldmann和B.Bivour)中所描述的。
每个太阳电池需要至少一个通常是n型掺杂的、用于电子的接触层，以及通常是p型掺杂的、用于空穴的接触层。如果太阳电池具有高温钝化接触层，这种接触层可以用n型掺杂或p型掺杂来制备，并且可以存在于太阳电池的任一侧。如果太阳电池具有用于电子和空穴的高温钝化接触层，则通常一个高温钝化接触层将具有n型掺杂，而另一个高温钝化接触层将具有p型掺杂，并且任何一个都可以应用在太阳电池的任一侧。在实施方式中，两个接触层都在同一侧，优选地在背侧并且优选地以互相交叉的背接触层(IBC)设计布置。
针对p型晶片掺杂和n型晶片掺杂，所有的变型都是可能的。
“交错”的理解如下：通常用于背部接触的太阳电池，例如F.Granek和C.Reichel所描述的“Back-contact back-junction silicon solar cells under UV illumination”，Solar Energy Materials and Solar Cells，vol.94，pp.1734-40，2010(下文引用为Granek等人)。
表I总结了针对两侧具有接触层的太阳电池的变型。
掺杂类型 掺杂类型 掺杂类型 掺杂类型
晶片 p型 p型 n型 n型
前侧层叠层 p型 n型 p型 n型
背侧层叠层 n型 p型 n型 p型
表I针对两侧接触的太阳电池的晶片掺杂类型以及前侧和背侧掺杂层叠层的组合
此处应理解，前侧指的是入射光侧，背侧与前侧相对。如果太阳电池的两侧都有光入射，则前侧被限定为最大光线所入射的一侧。例如如图2a(前侧纹理，纹理不缩放)和图2b(前侧和后侧纹理，纹理不缩放)所示，硅太阳电池通常以表面纹理为特征。图2的前侧F被限定为入射光侧。硅太阳电池表面纹理的其它示例可以在S.W.Glunz、R.Preu和D.Biro的“Crystalline silicon solar cells:state-of-the-art and future developments”，Comprehensive renewable energy,vol.1，A.Sayigh，Ed.，ed Oxford:Elsevier,2012，pp.353-87中找到；其中参见图3、图4、图14、图23、图25、图26。为了简单起见，此处和下文省略了表面纹理。然而，所有的附图、说明书和权利要求也意味着包括具有任何表面纹理的表面。
高温稳定钝化接触层通常基于被经掺杂的硅基钝化层覆盖的薄的氧化硅缓冲层。除了在沉积期间掺杂Si钝化层外，也可以从外部源掺杂(注入、扩散)。在沉积后的状态中，Si钝化层可以是非晶态，或可以是部分结晶。“沉积后”状态是指在沉积之后、执行任何其它处理(尤其是任何进一步的热处理)之前的相应结构或膜层的状态。在优选地包括SiOx缓冲层的层叠层的生长或沉积后，进行热退火步骤，在此期间，硅钝化层部分结晶并且掺杂物从经掺杂的Si层通过薄的氧化硅层扩散到硅片。这在晶片表面旁边的晶片中产生高度掺杂的区域。这种高度掺杂的区域的好处是双重的：它减少了晶片表面处的电荷载流子复合，并且提供了横向电荷载流子传输路径，将横向传输的要求放宽到层叠层。在经掺杂的Si层的顶部，通常沉积被金属电极覆盖的透明导电氧化物(TCO)，并且该透明导电氧化物充当内部的背反射层。晶片可以是相反的或相同的掺杂类型(见表I)。相应地，接触层作用为p/n-或高-低结。使用薄的氧化硅层和经掺杂的硅层的接触层被用作Si太阳电池的背接触层，该太阳电池具有25.1％的高效率。
然而，这种高温兼容的钝化接触层具有几个缺点(1-6)：
1.硅片的有效钝化需要低密度的界面缺陷态。在晶片表面制备的薄的氧化硅层在沉积后状态下不会提供足够低的界面缺陷密度，即不会钝化硅片。
2.在生长钝化接触层所需的长期热处理期间，从经掺杂的Si层渗出氢，并且在此期间来自于外部源的氢被供应到层叠层中的随后的再氢化步骤是实现低界面缺陷密度所必需的，从而产生了良好的钝化，F.Feldmann、M.Bivour、C.Reichel、H.Steinkemper、M.Hermle和S.W.Glunz，Solar Energy Materials and Solar Cells，vol.131，pp.46-50，2014。
3.在大多数情况下，即使在退火之后，Si层也不是完全结晶的，而是部分非晶的。下列文献对此进行了说明：
F.Feldmann,M.Simon,M.Bivour,C.Reichel,M.Hermle,和S.W.Glunz,“Efficientcarrier-selective p-and n-contacts for Si solar cells”,Solar Energy Materialsand Solar Cells,vol.131,pp.100-104。
由于非晶硅的吸收系数相比于晶硅是比较高的，非晶材料通过寄生吸收增加了遮蔽损失(即降低的短路电流密度)。针对这个原因，这种接触到目前为止只在太阳电池的背侧使用。
4.氧化物缓冲层(隧穿层)必须选择为非常薄，以便允许有效的电传输。由于这样的薄层在热处理期间会破裂，所以热处理会恶化所述氧化物缓冲层的性能。由于这限制了退火温度和退火时间，所以在保持良好的表面钝化性能的同时，难以使沉积的硅层完全结晶。由于隧穿氧化物缓冲层非常薄，在热处理后其不会对硅片提供良好的表面钝化，而是需要被重新氢化。
5.由于非晶或部分结晶的Si的折射率与Si片的折射率非常相似，因此它不充当内部反射层。这限制了接触层在背侧使用时的性能，或者需要诸如透明导电氧化物(TCO)的附加层以及诸如平面化的附加工艺步骤，这进一步增加了成本和工艺复杂性。
6.掺杂物通过隧穿氧化物的扩散会恶化隧穿氧化物层的电学特性，特别是会导致硅片钝化能力的降低。此外，掺杂物向硅片的扩散会在硅片内部产生高度掺杂的区域，这通常会增加电荷载流子的复合，从而降低太阳电池的效率。在高度掺杂的区域，会通过俄歇效应发生降低开路电压的电荷载流子复合以及减少短路电流的自由载流子吸收。
如O.Schultz和F.Feldmann所描述的，已经提出了使用碳(C)对Si层进行合金化，以改善光学性能。然而，碳可以与氧化硅缓冲层发生反应，并且以二氧化碳的形式从该层渗出，恶化氧化硅缓冲层的性能。
还提出了使用氮(N)或氧(O)(即成分为SiNxOy、SiCxOy的层)进行合金化(参考O.Schultz)，但这种方法由于SiOx的绝缘性质而局限于非常低的O浓度。在这种情况下，光学功能将由掺杂层本身提供。例如，如上所述，当具有低于硅的折射率以及适当选择的厚度的掺杂层应用在硅吸收层与金属化之间时，与没有掺杂层的情况相比，它将提高反射率。然而，高掺杂浓度仍然将会引起自由载流子的吸收，从而降低短路电流密度。
发明内容
本发明解决了光伏电池现有技术的上述限制，特别是实现了满足所有功能要求的光伏电池的钝化接触层，这些功能要求如下：
-表面钝化；
-与一种电荷载流子类型的电接触(电荷载流子选择性)；
-导电性；
-透射性；
-低折射率，
并且适于应用于太阳电池的前侧和背侧。
本发明的目标通过包括具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面的硅层的太阳电池实现。太阳电池还包括布置在所述第一表面上和/或所述第二表面上的异质层，该异质层具有彼此相对的前表面和背表面。所述背表面朝向所述第一表面侧。
异质层包括低电导的基底。该基底的折射率低于3并且该基底具有导电材料的导电夹杂物。所述夹杂物中的至少一部分是按如下方式进行电互连的：夹杂物形成从所述后表面到所述前表面的电荷载流子传输路径，以使得所述后表面电连接到所述前表面。
在实施方式中，所述折射率低于2.6。
在实施方式中，所述基底和/或所述夹杂物是经过掺杂的。
在实施方式中，在整个异质层上限定的异质层的平均折射率低于所述夹杂物的平均折射率。
在实施方式中，异质层在与所述异质层的平面相交的方向上具有较高的电导率。
在实施方式中，所述异质层包括掺杂杂质，掺杂杂质的浓度比所述硅光吸收层中的掺杂杂质的表面浓度低一个数量级以上。
在实施方式中，在太阳电池的制造中，所述基底在至少一次热处理期间充当掺杂源，优选地，充当用于将掺杂剂引入硅吸收层晶片的掺杂源。
在实施方式中，与仅包括所述夹杂物的层相比，所述基底减少或消除所述异质层中的应力。
在实施方式中，在太阳电池的制造期间，氢从异质层中渗出的有效温度范围至少宽于50℃，优选地，至少宽于100℃，然后是与仅由所述夹杂物构成的层相比发生氢渗出的有效温度范围。
在实施方式中，导电层完全覆盖所述前表面和/或所述背表面中的至少一个。
在实施方式中，太阳电池包括异质层与硅光吸收层之间的缓冲层。
在实施方式中，所述硅光吸收层包括与钝化接触层叠层的掺杂类型相同的至少一个高度掺杂层，所述至少一个高度掺杂层的特征在于，其掺杂浓度峰值大于1E18cm-3，优选地，大于1E19cm-3。
在实施方式中，太阳电池包括布置于所述第一表面上的第一异质层以及布置于所述第二表面上的第二异质层。
在实施方式中，第一表面和第二表面中的至少一个上布置有多层结构，所述多层结构包括至少一个异质层和下列层中的至少一个：导电层、缓冲层、覆盖层、分离层或它们的组合。
在实施方式中，所述第一侧或所述第二侧设有相反极性的电接触层，并且所述电接触层中的至少一个是包括所述异质层的多层结构。
在实施方式中，太阳电池的与入射光侧相对的一侧设有相反极性的电接触层，并且其中，所述电接触层中的至少一个包括多层结构，所述多层结构包括导电层、缓冲层或覆盖层中的至少一个以及所述异质层。
在实施方式中，所述电接触层以交错图案的形式布置。
在实施方式中，所述硅光吸收层包括与钝化接触层叠层的掺杂类型相同的至少一个高度掺杂层，所述至少一个高度掺杂层的特征在于，高度掺杂区域还包括掺杂类型与异质层的掺杂类型相反的杂质，所述相反掺杂类型的所述杂质的峰值浓度比所述相同掺杂类型的所述杂质的峰值浓度低至少2倍。
本发明还通过制造前面所述的太阳电池的方法实现，该方法包括以下步骤：
a)提供掺杂浓度小于1E17cm-3的掺杂硅片；
b)在所述硅片的至少一侧上应用表面纹理；
c)在化学溶液中清洗所述硅片；
d)生长包含至少一个异质层的层叠层，所述异质层包括非导电部分和导电部分，优选地，通过PECVD或LPCVD或溅射技术来生长；
e)在1秒至600分钟期间，提供温度范围为300℃至1100℃的第一退火步骤。
在实施方式中，在步骤d)或步骤e)期间，或者在步骤e)之后，通过异质层(4)将氢或氟传输到硅片吸收层，或传输到被沉积在硅片吸收层上的任何一层中的至少一层。
在实施方式中，通过覆盖层和/或通过异质层将氢或氟分布到被沉积在所述硅吸收层上的至少一层，和/或分布到所述第一表面或所述第二表面，和/或分布到硅吸收层晶片的内部。
在实施方式中，在步骤c)与步骤d)之间执行包括步骤c1至c2的附加步骤：
c1)移除由在步骤c)中执行的清洗所产生的表面氧化层；
c2)在所述第一表面或所述第二表面上布置薄缓冲层，所述薄缓冲层优选地包括下列材料中的一种：硅基氧化物(诸如还可以包含另外的元素的SiOx、SiOxNy、SiOxCy)、硅基氮化物(诸如SiNx、SiOxNy、SiNxCy)、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlNx、TiNx、ZrOx、Y2Ox、AlSiOx、HfSiOx、AlHfSiOx，
非晶Si化合物，诸如a-Si、a-SiCx、a-SiNx、a-SiOx，其中至少一种化合物可以包含氢、氟、磷、硼以及其它元素。
在实施方式中，另外的步骤c3)取代步骤c2)或跟随在步骤c2)之后，所述步骤c3)包括：将所述第一表面和/或所述第二表面暴露于HNO3和/或紫外光和/或O3，和/或含氧等离子体和/或O2和/或H2O中。
在实施方式中，步骤d)包括在所形成的层叠层上布置覆盖层。
在实施方式中，在步骤e)之后执行另外的步骤e1至步骤e2：
e1)在所述形成的层叠层上布置至少一个覆盖层；
e2)在1秒至600分钟期间，执行温度范围为300℃至1100℃的第二退火步骤，其中，氢或氟从覆盖层或异质层分布到被沉积在所述硅吸收层上的任何一层，或分布到所述第一表面(1a)或所述第二表面或分布到硅吸收层晶片的内部。
在实施方式中，在步骤e)或e1)或e2)之前，在所述表面1b上布置含氢层，以及在步骤e1或e2中的至少一个步骤期间，所述含氢层释放氢，并且所述氢通过所述硅吸收层1传输到所述表面1a。
在实施方式中，在步骤e)或e1)或e2)之前，在所述表面1b上布置含氟层，以及在步骤e1或e2中的至少一个步骤期间，所述含氟层释放氟，并且所述氟通过所述硅吸收层1传输到所述表面1a。
在实施方式中，在层叠层中至少形成分离层和/或至少形成导电层。
在所述方法的实施方式中，所述方法包括在穿过异质层将氢和/或氟传输到硅片吸收层或在硅片吸收层上形成的任何层之后，至少部分移除所述覆盖层的步骤。
在实施方式中，在步骤c)之后执行包括在所述表面1a上限定优先生长所述夹杂物的位置的附加步骤。
在实施方式中，在步骤c)之后，通过用含氧等离子体处理所述第一表面来执行包括在所述表面上限定优先生长所述夹杂物的位置的附加步骤。
在实施方式中，在太阳电池的制造期间，氢从异质层中渗出的有效温度范围至少宽于50℃，优选地，至少宽于100℃，然后是与仅由所述夹杂物构成的层相比发生氢渗出的有效温度范围。
附图说明
-图1a至图1b例示了不同的太阳电池结构；
-图1c例示了太阳电池层界面上的光的折射和反射；
-图2a例示了具有直接金属-Si接触层(a)的太阳电池的能带结构和示意图；图2b例示了具有钝化接触层的太阳电池，例如硅异质结接触层；
-图3a至图3d例示了本发明的不同实施方式；
-图4a至图4d例示了本发明的不同实施方式；
-图5a至图5b例示了本发明的包括实现为异质多层结构的异质层的不同实施方式；
-图6a至图6e例示了几种具有异质层和分离层的可能的层叠层；
-图7至图20例示了本发明的不同实施方式；
-图21a例示了异质层在交错背接触太阳电池中的应用；
-图21b例示了异质层在交错背接触太阳电池中的另一应用；
-图22例示了用于在晶片的两侧包括异质层和导电层的钝化接触层叠层性能的实验优化和分析的对称测试样品；
-图23例示了接触层结构的高分辨率透射电子(HRTEM)显微图；
-图24例示了处于沉积后状态下的结构的大角环形暗场(HAADF)中的透射电子显微图；
-图25例示了处于已退火状态下的结构的大角环形暗场(HAADF)中的透射电子显微图；
-图26例示了沉积后状态(a)、850℃退火后(b)和900℃退火后(c)的大角环形暗场(HAADF)中的透射电子显微图和电子色散x射线(EDX)模式；
-图27例示了针对使用p型晶片(a)和n型晶片(b)制备的样品在几种退火持续温度下的隐含开路电压和发射极饱和电流密度；
-图28a例示了在不同温度下退火的层叠层的拉曼光谱；
-图28b例示了图28a的拉曼光谱的峰位；
-图29a至图29b例示了用Al垫片金属化的p型晶片上的层叠层的方块电阻(a)和比接触电阻率(b)；
-图30例示了晶片表面正下方Si片中高度掺杂区域的二次离子质谱(SIMS)图谱；
-图31例示了针对PECVD沉积期间的不同PH3流量以及PECVD沉积之后完成的退火步骤的不同持续温度的发射极饱和电流密度；
-图32例示了针对PECVD沉积期间的不同PH3流量以及PECVD沉积之后完成的退火步骤的不同持续温度的比接触电阻率；
-图33a至图33b分别例示了针对n型晶片(a)和p型晶片(b)的晶片表面正下方Si片中高度掺杂区域的电化学电容电压(ECV)曲线；
-图34a例示了如由EDNA 2模拟的、作为表面复合速率(SRV)的函数的发射极饱和电流密度；
-图34b例示了SRV(从图34a中确定)与相对PH3通量的相关性；
-图34c例示了与文献结果相比、针对介质层的作为晶片表面处的磷浓度的函数的SRV(从图34a中确定)；
-图35在(a)中示出了c-Si和相分离的Si/SiOx区域的电子能量损失谱(EELS)光谱，该EELS光谱可以用于产生在(b2和c2)以及(b1和c1)中示出的针对沉积后状态(b)以及850℃退火之后(c)的扫描TEM(STEM)大角环形暗场(HAADF)的图像。在(d)中示意了对应的结构；
-图36例示了在使用不同晶片极性、晶片掺杂浓度、使用或不使用缓冲层制备的样品上测得的磷ECV掺杂分布；
-图37分别例示了n型晶片(a)和p型晶片(b)上的针对不同异质层厚度的层叠层的反射；
-图38分别例示了p型晶片(a)和n型晶片(b)上的针对不同异质层厚度的隐含开路电压(iVOC)(左轴)和方块电阻(RSH)(右轴)；
-图39a例示了包括异质多层结构的可能实施方式；
-图39b例示了在具有不同异质多层结构的样品上测得的ECV分布；
-图40例示了与标准材料相比的异质层的实施方式的折射率n和消光系数k；
-图41例示了作为概念的证明而以本发明的钝化接触层叠层作为前侧接触层的共扩散电池的内量子效率IQE；
-图42例示了使用充当供氢层的覆盖层时，少数载流子寿命的提高；
-图43例示了针对硼掺杂层叠层采用较高的退火持续温度时，少数载流子寿命的提高；
-图44例示了针对几个退火持续温度，本征中间层对掺杂分布的影响；
-图45示出了针对不同的退火持续时间(a)和相应的ECV分布(b)的有效少数载流子寿命；
-图46例示了在具有和不具有缓冲层、不同极性的晶片上，由ECV测得的硼分布；
-图47分别描绘了在p型晶片(a)和n型晶片(b)上制备的氧化硅缓冲层的厚度映射；
-图48a示出了针对包括异质多层结构的样品的有效少数电荷载流子寿命；
-图48b示出了针对PECVD沉积期间的不同CO2流量的有效少数电荷载流子寿命；
-图49示出了缓冲层的不同制备方法对其厚度(a)、钝化质量(b)以及通过其的扩散(c)的影响。
具体实施方式
本发明的太阳电池包括具有第一表面1a以及与所述第一表面1a相对的第二表面1b的硅层1(也被限定为硅吸收层1)。
为了解决现有技术的光伏电池的问题，本发明的光伏电池包括也被限定为光吸收硅层1的光吸收基板和至少一个钝化接触层叠层2，该钝化接触层叠层2也被限定为包括至少一个异质钝化层的钝化层叠层2或层叠层2，该异质钝化层也被限定为异质层4，还被限定为异质多层结构4。异质层4总是存在于所述表面1a侧。所述钝化层叠层2可以包括钝化层10，该钝化层10也被限定为可以是氧化硅钝化层的缓冲层10，该氧化硅钝化层可以是至少经过掺杂的硅基钝化层。所述钝化层叠层可以包括至少一个或两个导电层6、8。导电层6、8可以是与导电物相4a或异质层4相同的材料，但通常导电层6、8还可以是不同的材料。异质层4布置在所述第一表面1a和/或所述第二表面1b上，并且具有前表面5以及与所述前表面5相对的背表面3。所述背表面3被布置在所述第一表面1a的一侧。正如进一步描述的，所述背表面3与所述第一表面1a之间的层可以进行调整。
异质层4包括不导电的基底4b。该基底4b的折射率低于3，优选地低于2.6。异质层还包括所述基底4b中的至少一种导电材料的夹杂物4a，并且所述夹杂物4a中的至少一些从异质层的所述前表面5延伸到所述背表面3，以使得所述前表面5与所述背表面3电连接。
在进一步描述的制造过程期间，异质层4允许氢或氟在太阳电池的制造过程期间从所述前表面5转移到所述背表面3。
正如在制造方法中又进一步描述的，氢的作用也可以由氟来实现，可能地还有诸如氧、氮的其它元素。
太阳电池至少有一层含有氢，可以是覆盖层或供氢层。
“异质层”在本文档中指的是由不同材料的至少两种分离物相(例如，多相混合的Si和SiNx，或多相混合的Si和SiOx)组成的层。措辞“物相”应当理解为异质层的一部分。钝化层叠层2的物相4a、4b相混合(意味着导电物相4a嵌入在非导电物相4b中)的部分被限定为异质层4并且在图3中被例示出。异质层4包括可以是不导电的并且被限定为低导电基底4b以及下文中还被限定为基底4b的低导电物相4b，并且异质层4包括被限定为导电物相4a或物相4a的第二导电物相4a，其还被限定为夹杂物。否则，所述导电物相4a作为夹杂物存在于低导电基底4b中。
应当理解，异质层4可以包括多个不同类型的非导体部分和/或多个不同类型的导体部分。例如，异质层可以包括氧化硅基底部分、非晶硅导电部分和晶硅导电部分。又如，异质层可以含有氮化硅基底部分和氧化硅基底部分以及非晶硅导电部分或晶硅导电部分。导电部分也可以随着异质层的厚度而变化，该异质层也可以表示为梯度异质层。例如，针对硅导电部分，导电部分可以主要是异质层一侧上的非晶硅，以及异质层另一侧上的晶硅。因此异质层也可以被描述为具有梯度结晶的层。通常，导电物相4a将在矢状方向上支配异质层4的导电性。措辞“矢状方向”被限定为太阳电池中电荷载流子流的方向，即从硅片1到电荷收集电极，该矢状方向优选地从异质层4的一侧到其相对侧。此处矢状是指限定相对于异质层4的平面的角度的任何方向。
导电物相4a是渗透的，即在异质层中形成电互连的网，优先地在使电荷载流子能够在矢状方向上通过异质层4的矢状方向上。更准确地，异质层4包括首选导电性的至少一条路径，该路径从异质层的一侧延伸到另一侧，从而使两侧之间产生电连接。
异质层4的异质结构通常是在层的生长和/或随后的退火步骤期间形成的。退火步骤可以是热退火，或者也可以是快速热退火、闪光灯退火、激光退火、电子束退火等。如果异质层4已经在沉积后的状态中具有意味着包括所述物相4a和物相4b的混合物相结构，则退火可以导致进一步的物相分离，或者还可以导致物相再分离。
如图3a中针对几种不同的可能的尺寸比所示的，基底4a和导电物相4b可以具有穿过异质层4的不规则柱或不规则丝的形式。例如，导电物相4a可以是硅(Si)或微晶Si(μc-Si)和基底物相4b氧化硅(SiOx)。如图3b至图3d和图4b至图4d所示，可以在异质层上沉积第一全面积导电层6和/或可以在异质层下方布置第二导电层8。
取决于异质层4的实现，有可能通过该层实现接触层的所有必要功能，即硅片1的钝化、电荷载流子选择性、从硅片到金属化的电传输、透射性和低折射率。异质层的折射率是有效的折射率，通常基于该层异质部分的数学模型进行评估。适当选择的基底4b材料也可以提供作为附加好处的硅吸收层晶片表面的钝化。实验证明，针对作为基底材料的SiOx，热处理后再氢化可能不是必需的。这也适用于具有以及不具有布置在异质层4和硅吸收层1之间的缓冲层10的情况。
然而，在许多情况下，氢化改善了接触性能。已经证明，在热处理之后没有氢化的情况下，晶片界面没有很好的钝化，即使在制造期间没有进一步氢化，在层叠层中加入氟也会增强钝化。氟已经可以在层叠层的生长中添加，例如使用氟化合物作为前驱体气体或靶材，或例如随后通过离子注入。
已经在本发明的太阳电池层生长过程中添加氟是有利的，因为它进一步减少了如在另外的方法部分中描述的工艺步骤的总数。在热处理期间，氟则可以重新分布，并且可以扩散到晶片和与晶片1接触的层之间的界面，从而提高晶片表面1a、1b的钝化。
除了氢之外，还有其它元素或化合物可以钝化太阳电池的层(例如硅片或太阳电池的任何层之间的任何界面)。优选为氢、氟、氮或氧(下文称为钝化种类(species))。这些钝化种类的掺入是本发明的一部分。例如，所述钝化种类可以掺入到层叠层2中，以使得它们在热处理期间进行分布，以增强硅吸收层晶片的钝化。提供钝化种类的工艺因此在此处被限定为“氢化”、“氟化”、“氮化”、“氧化”等。
将优选为氢或氟的钝化种类添加到太阳电池的层叠层2或硅片1中还具有额外的影响：优选为氢或氟的钝化种类可以与掺杂物杂质结合，从而使掺杂物失活。此外，优选为氢或氟的钝化种类可以与固定电荷结合并影响固定电荷密度。利用氢化或氟化来调整掺杂、固定电荷或能带弯曲是本发明的一部分。例如，缓冲层10或异质层或导电层可能包含固定电荷。固定电荷引起硅片1中的电子能带弯曲。例如，与晶片极性相同的固定电荷(例如n型晶片上的负电荷)会耗尽晶片中的近表面区域，这对钝化是不利的。
通过氢化或氟化中和固定电荷从而可以导致更有利的能带弯曲以及硅片的更好的钝化。
本发明的一部分是沉积在吸收光的硅基板上的层叠层的至少一层含有浓度至少为1016cm-3的氢或氟，并且充当供氢层或供氟层，以氢化吸收光的硅基板1和/或吸收光的硅基板1与缓冲层10之间的界面，和/或吸收光的硅基板1和/或基板1的相邻层的任何层(例如异质层4)之间的界面。氢或氟也可以分布在吸收光的硅基板1的层叠层的其它层中的几层。如在制造方法中进一步描述的，一种可能是异质层4本身含有氢或氟，并在太阳电池制造过程期间释放出氢或氟，以氢化或氟化所述元素。应当理解，无论是在同一工艺步骤期间还是在不同的工艺步骤期间进行，氢化和氟化还可以有益地结合起来。例如，硅片界面1a、1b可以在至少一种热处理的某些工艺中受益于层叠层2的某些层而被氟化。之后，可以在硅片上制备含氢层并且在进一步的热处理中释放氢，并对硅片和/或层叠层2进行氢化。
必须注意，在实施方式中，当缓冲层10不包括在内时，晶片与层叠层之间的界面也被氢化或氟化。
另选地，附加层12可以充当氢供体或氟供体，如图4a至图4d所例示的，该附加层可以被布置在异质层上远离吸收层1的一侧，并被称为覆盖层12。
另选地，利用氢在硅中的高扩散率将氢从吸收光的硅层的另一侧分布到所述层叠层2是有利的。更具体地，可以在吸收光的硅层的、与布置有层叠层2的一侧相对的一侧上布置含氢层。在太阳电池的制造期间，所述含氢层可以释放氢，并且氢可以通过吸收光的硅层传输到层叠层2，在该层叠层2中，氢可以在吸收光的硅基板1和缓冲层10之间的界面处、或吸收光的硅基板1与任何相邻层(例如异质层)之间的界面处对电子缺陷态进行氢化。
1)低折射率可以借助于它的非导电性部分(例如SiOx)来获得，同时借助于导电物相(例如Si)的渗透网来保持该层的矢状导电性。
2)该层可以掺杂，在这种情况下，它可以在退火步骤期间充当晶片1的掺杂源。导电物相和基底物相都可以存储掺杂物，并且还可以充当掺杂物源。该效应依赖于下列的物理现象：针对A和B中的材料，掺杂物的偏析系数k可以是≠1的，其中A为层叠层中的晶片或一个其它层、或异质层或导电层的导电物相，而B为异质层的基底物相。
k＝Ceq，A/Ceq，B
Ceq，A是材料A中的掺杂物的平衡浓度，而Ceq，B是材料B中的掺杂物的平衡浓度。
针对k>1，在热处理期间，可以将掺杂物从B驱逐到A，从而导致掺杂分布中的梯级。例如，该效应可以被用于
I)在热处理期间，将掺杂物从异质层的物相中的一个驱逐到另一个，例如这可以促进后者中的导电性。优先将掺杂物从基底物相4b驱逐到导电物相4a，以促进导电物相4a中的导电性；
II)在热处理期间，将掺杂物从异质层4的物相中的一个驱逐到晶片1，以在晶片中产生会受到异质层性质影响的掺杂物分布；
Ⅲ)在热处理期间，将掺杂物从异质层的物相中的一个驱逐到导电层，可能有助于提高后者中的掺杂浓度。
3)因此，掺杂分布可以取决于异质层的性质(成分、掺杂、厚度)。因此，在不改变热处理条件的情况下，该层可以被调整成在晶片或其它相邻层中获得特定的掺杂分布。这使得钝化接触层叠层非常通用且便于集成处理。
4)在沉积期间，掺杂物可以优先地包括在基底中，从而使基底充当掺杂物的储集层，并且在退火处理期间充当掺杂物源。此外，针对偏析系数k>1和基底部分是上述方程中的物质B且材料A是层叠层中的晶片或另一层的情况，掺杂物将在至少一次热处理期间从B分离到A，因此，即使最初两种材料都被同样的掺杂，但基底物相4b仍充当掺杂源。这两种效应(优先包括掺杂物和分离掺杂物)共同例示了基底部分作为掺杂源的潜在用途。一个应用是在热处理期间，通过来自于作为掺杂源的层叠层的掺杂物杂质的扩散在最初只有少量掺杂(<1E17cm-3；本文档中的符号E表示以10为基础的指数，即1Ex指1.10x)的吸收光的硅层中产生掺杂分布，以在吸收光的硅层中获得高于层叠层中的掺杂浓度(优选地，甚至比层叠层中的掺杂浓度高5倍)的掺杂物表面浓度。
5)例如掺杂源效应的有益应用是对极性相反的晶片中的掺杂分布进行过补偿，当异质层被应用于交错背接触(IBC)太阳电池中时，这尤其有益。过补偿被理解为对已经掺杂的区域进行掺杂，该已经掺杂的区域可能是具有导致该区域的极性发生变化的相反极性的已经高度掺杂的区域。例如，n型掺杂的区域可以用p型掺杂物高度掺杂，以致于产生的极性是p型。例如，在太阳电池制造工艺中，可以在硅片的一侧限定一些极性(例如p型)的全面积掺杂分布。接着，具有其它极性(例如n型)掺杂物的、包括异质层的层叠层可以优选地以交错的图案生长在同一表面的某些区域。在随后的退火步骤期间，层叠层充当掺杂源，将晶片高度掺杂为n型，以致于先前存在的p型掺杂被过补偿。例如，在全面积的p型掺杂表面上以平行线的图案生长n型层叠层，跟着在此期间掺杂物从n型掺杂层叠层扩散到p型掺杂区域的退火步骤会在硅片中导致p型和n型交替区域。
6)异质层也可以不经掺杂。在这种情况下，直接或间接沉积在异质层上的一些层可能含有在热处理期间通过异质层向晶片扩散的掺杂物。因此，晶片中的掺杂分布可以取决于异质层的性质(成分、掺杂、厚度)。这种效应可以用来调整硅片中的掺杂分布，同时保持热处理常数条件不变。这使得钝化接触层叠层非常通用且便于集成处理。
7)异质层可以有利地制备，以使得针对给定的热处理，掺杂物从所述层叠层2中的某些层向所述吸收光的硅层1的扩散减少或甚至完全抑制。这防止了现有技术实施方式中存在的高度掺杂区域的负面影响，诸如自由载流子吸收或俄歇复合。
8)可以选择基底物相的材料，使其针对氢(氟)的结合能比氢(氟)在导电物相中的结合能更高，这意味着氢相关键的破裂温度更高，即由于增加了基底物相，热稳定性得到提高。此外，在异质层的生长期间，氢或氟最终可能优先在基底物相内形成，从而使基底物相比导电物相包括更多的氢或氟。因此，在热处理期间，基底物相可以充当氢或氟的储集层或源。总而言之，相对于没有基底物相的层，基底物相有可能增加氢或氟的含量以及氢或氟结合的热稳定性。
9)异质层包括较大的晶界密度，并且杂质扩散沿晶界进行的速度往往快于通过体材料。因此，与仅由导电物相组成的层相比时，氢或氟从覆盖层到晶片界面的扩散可以借助于该层的异质性而得到加强。非导电部分4b在退火期间可以支撑缓冲层(例如氧化硅缓冲层)，特别是在基底物相由与缓冲层相同的材料组成的情况下。异质结构可以防止缓冲层10因例如热退火而引起的失效，诸如G.R.Wolstenholme、N.Jorgensen、P.Ashburn和G.R.Booker，Journal of Applied Physics，vol.61，pp.225-233，1987/01/01/1987中描述的失效。这扩大了退火温度范围，在这个范围内可以得到良好的表面钝化。
10)异质层4最终会使缓冲层10的需求变得多余。因此，本发明还明确包括类似于任何可能实施方式的结构，但不包括缓冲层10。
11)借助于该异质结构，化合物从该层的热诱导渗出分布在更广的温度范围内，这具有若干有益的效果。更详细地，针对非晶硅的材料和渗出的化合物氢，渗出通常发生在100℃与400℃之间，渗出率最大的是在350℃。本文将渗出的有效温度范围理解为一半最大值时的完整宽度，即渗出率高于最大渗出率除以2的温度范围。基底物相可以储存渗出的化合物、具有较强的结合能、还可以阻碍化合物通过该层的扩散，从而阻碍渗出。来自于两个物相的某些化合物的热诱导演变(evolution)还可以调节，以使得两个物相的释放温度范围不同，从而降低了在特定温度下的热诱导演变。所有的影响将导致渗出的更广泛的有效温度范围。例如，氢主要在150℃与400℃之间的温度下从非晶硅中释放出来。氮化硅层在600℃至800℃的温度下释放氢。在由SiNx基底物相和非晶硅导电物相组成的异质层中，在热处理期间从非晶硅中演变而来的氢可以储存在SiNx物相中。随着SiNx物相在较高温度下释放氢，异质层的氢释放的总温度范围比来自于非晶硅的氢释放的温度范围宽。
12)通常，钝化接触层叠层2可以包含应力。在层叠层中，一层中的应力可以由另一层中的应力来补偿，这是一个已知的效果。异质层提供了一种新的可能性来调整和最终最小化应力：可以选择基底物相和导电物相，以使得它们的应力在同一层中相互补偿，或者将一个物相中包含的应力借助于其它的物相释放。应力释放尤其可以发生在至少一次热处理期间，例如在物相重组时。物相的重组意味着化学变化(诸如某些化合物的渗出或扩散)、或者改变的化学成键、或者结构变化(诸如团簇、物相分离、结晶、晶粒生长、奥斯特瓦尔德成熟等)。更具体地，物相分离意味着混合的演变，可能是朝向例如更接近其化学计量成分的几个物相的非化学计量物相，例如，针对SiOx作为基底物相的情况，则是指SiOx到Si的分离以及SiO2、SiOx→x/2SiO2+1/2(2-x)Si。
13)因为硅基掺杂层中所含的氢在热处理期间迅速演变而形成氢泡，并将该层叠层的一层或更多层进行分层，所以基于隧穿氧化物缓冲层和掺杂硅基层的钝化接触层容易起泡。如上所述，在沉积期间以及热处理期间，基底物相的增加可以释放应力。此外，又如上所述，它还可以加宽氢演变的温度范围。因此，在热处理期间将这两种效应结合在一起，在降低层叠层形成气泡或分层的风险方面特别有效。
如图3所示，例如异质层4可以由含有经掺杂的微晶硅(μc-Si)渗透物相的氧化硅(以下称为SiOx)组成。在此类实施方式的情况中，异质材料表示为SiOx/μc-Si。该μc-Si物相4a可以以生长方向进行定向，从而形成由SiOx物相4b包围的导电丝或者导电柱。如进一步描述的，异质层4可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和随后的退火步骤(例如在300℃至1100℃时长达1秒至600分钟的热退火步骤)来生长。该丝结构可以在退火步骤之前已经存在，或者在退火期间产生。例如为氧化硅的基底物相(4b)可以具有很低的折射率。这是本发明的本质，因为它不需要层构建步骤而结合了PERC背侧的光学优点和极好的温度稳定性，包括有效电流传输到电池的金属化结构时的表面钝化。本发明的一个方面是异质层4充当光学层(例如，作为光背反射层)，因此，从背侧上的晶片射入的光在与另一层(例如，在异质层顶部直接或间接制备的导电层，所述导电层为入射光的光吸收层)相互作用之前在异质层处被反射。由于在这种情况下，光在到达吸收层之前便在异质层处进行反射，所以异质层的插入减少了所述导电层中的光吸收。如上所述，光在到达导电层6之前被作为光学层的异质层反射，因此异质层4可以减少寄生光学吸收，例如自由载流子吸收以及造成的短路电流损失。
由于基于异质层的钝化接触层的潜在透明性，所以它也可以用于太阳电池中的朝向光源的一侧，即接受较高辐照的一侧。针对前侧应用，调整异质层(基底部分和导电部分)的成分和结构是尤为有利的，以便获得能够使异质层减少如现有技术部分描述的前侧反射的折射率值。
在优选的实施方式中，异质层的结构和成分在该层上是梯级的，以使得折射率也是梯级的，获得较高值的折射率朝向面向硅吸收层晶片的一侧，而较低的值朝向另一侧。
在另一变型中，异质层由SiNx或SiCx基底4b中的渗透晶体Si物相4a组成。进一步的变型是SiOx或SiNx基底中的渗透晶体SiCx物相或非晶SiCx物相、或者非晶SiCx基底中的晶体SiCx、或者所述材料的组合。
异质层中的导电物相的夹杂物的尺寸通常为0.5nm至100nm，优选地，2nm至30nm。优选地，该夹杂物在矢状方向上的延伸比在异质层4的平面中的延伸大。
如果夹杂物的间隔足够小，则导电物相的两个空间间隔开的夹杂物仍然可以电连接。即使在基底物相4b是电介质的情况下，例如通过缺陷辅助传输、跳跃、或者隧穿，这种电连接也是可能的。相邻导电物相仍然可以电连接的最大可能间隔取决于基底物相的材料。例如，如果基底物相是由SiOx组成的，则间隔小于5nm、优选地小于3nm、优选地小于2nm的两个夹杂物仍然可以电连接。
如图5所例示的，异质层可以实现为异质多层结构。更具体地，异质多层结构可以包括至少两个不同的或相似的异质层(4c、4d)，如图5a所例示的，该异质层(4c、4d)可能由导电物相4e的层间隔开。换言之，异质层可以包含不必彼此直接接触的异质层的几个子层中的基底物相部分。作为示例，图5a示出了异质多层结构，其包括仅由导电物相组成的子层以及包含导电物相和基底物相的两个子层4d和4c。如图5a中作为子层4e所例示的，具有基底物相的较低部分的子层可以不包括基底物相，或者如图5b中作为子层4f所例示的，包含一些基底物相。这种多层结构的制造会作进一步的描述。
异质层可以生长在共形缓冲层10的顶部。例如，缓冲层可以是如F.Feldmann、M.Bivour、C.Reichel、M.Hermle和S.W.Glunz，“Passivated rear contacts for high-efficiency n-type Si solar cells providing high interface passivation qualityand excellent transport characteristics”，Solar Energy Materials ans SolarCells，vol.120，Part A，pp.270-274，2014/01//2014中所描述的SiOx层。
在变型中，缓冲层可以是SiOx层，并且它也可以包含N(SiOxNy层)。
异质层的异质性是由非常特殊的生长条件引起的。选择布置在吸收层1的表面1a、1b与异质层之间的层是有益的，以使该层促进异质层的异质生长，或对该层进行预处理。例如，针对作为导电物相的硅，以晶体形式生长导电物相是有益的，因为晶体生长暗含在已经存在的硅晶体中选择性地掺入硅原子，而抑制其它地方(即生长表面的其余部分)的硅组织的生长。因此，基底物相可以在生长表面的其余部分生长，并且在预先存在的生长位置选择性地掺入硅。因此，生长异质层的关键是为异质层的至少两个物相中的一个创造选择性的优先生长的位置。这可以通过适当地选择生长基板或生长表面或者预处理生长表面来实现。
硅的晶体生长在氢封端的硅表面上进行地尤其好。为了限定优先生长的位置，在第一步骤中，氢封端的硅晶片表面可以部分地被抑制晶体硅生长的材料覆盖，例如，部分被非晶层覆盖，针对示例，这会留有一些未被覆盖的斑点，以使得这些斑点限定优先生长的位置。
通常，晶体生长始于成核位置。例如，硅导电物相的晶体生长可以通过在氧化硅表面上生长来促进。为了在缓冲层10上布置包括硅导电基底的异质层，因此，选择氧化硅缓冲层10作为生长表面是有利的。
如果异质层必须生长在不显示出优先生长位置的层上(例如在非晶硅层上)，则可以处理该层，以创造优先生长的位置。例如，用含氧等离子体处理非晶硅层为硅的晶体生长创造了优先生长的位置。
本发明还包括异质钝化层直接在Si表面上(即不具有缓冲层10)的制备。在这种情况下，缓冲层10最终可以在随后的退火步骤中形成，例如在异质层与吸收光的硅层的反应中。然而，如果太阳电池中没有缓冲层10，则进一步描述的导电层6、8或分离层14、15或异质层4与晶片1直接接触。
如图3b和图4b中示例性示出的，由于用于钝化接触层叠层的制备的热处理，掺杂物原子在热处理期间会从钝化接触层叠层中扩散进入晶片，从而在与钝化接触层叠层具有相同极性的晶片中形成高度掺杂的区域。“高度掺杂”在下文指的是掺杂杂质的浓度高于1E17cm-3，优选地高于1E18cm-3、优选地高于1E19cm-3。下文讨论的所有结构都可以选择性地在晶片表面正下方的晶片内部包括这种掺杂区域。
在这样的实施方式中，所述高度掺杂的区域增强了从晶片到层叠层的电荷载流子的传输。当层叠层的电子能带结构与晶片的能带结构不完全相同时，这一点尤其重要。这是由于掺杂影响能带匹配的效应。薄的介电层两侧上的高度掺杂将介电层附近各层中的供给函数的最大值对齐，从而增强了电荷载流子通过介电层的传输。如在SentaurusTM deviceuser guide，Synopsis，Version 1-2013，Mountain View(CA)，USA中所描述的，“供给函数”指的是在具有介电层的界面处的电荷载流子分布。
由于异质层4的能带结构可以取决于夹杂物或基底物相的结构尺寸和成分，所以针对大多数情况，它具有不同于硅片1的能带结构以及不同于硅片带隙的带隙。针对这个原因，供给函数的对齐效果对异质层的情况尤为有利。
在实施方式中，钝化接触层叠层2没有高度掺杂的区域。更详细地，在本发明的一个实施方式中，为了避免硅片内部高度掺杂的区域100的有害影响，甚至通过使用峰值温度足够低以及持续时间很短的热处理来将扩散最小化。另选地，改变热处理以优化掺杂分布，还可以通过适当限定制备后的层叠层中的掺杂分布来减少或者完全忽略掺杂物从层叠层到硅片的扩散。例如，在硅片与包含扩散种类的层叠层中的层之间的未经掺杂的、阻碍扩散的层可以抑制掺杂物向硅片的扩散。对缓冲层或分离层(例如氮化物)的特殊处理(例如氮的单分子沉积在相应的层上)可以抑制掺杂物的扩散。
有趣的是，代替或除高度掺杂的区域之外，电子能带匹配也可以由固定电荷引起。本发明的一方面是利用固定电荷引起能带弯曲，以使得增强钝化或提高电荷载流子的传输，特别是使用固定电荷来影响电荷载流子供给函数的对齐。固定电荷可以存储在层叠层的任意层中，特别是在缓冲层或者异质层或者覆盖层或者层界面中。本发明的特殊方面是异质层中的电荷存储，例如在基底物相4b中或者在导电物相4a与基底物相4b之间的界面处，或者在某个其它层中或者在任何层的界面处。
图3a示出了基于异质层的、可能经过掺杂的、钝化层由导电物相4a(例如纳米晶体Si)和低折射率材料的物相(例如SiO2)4b组成的钝化接触层叠层2。异质层还可以含有能够钝化硅片界面的氢或氟。
图3b至图3d例示了包括在异质层4的顶部b)、下方c)、以及顶部和下方d)的附加的全面积导电层的各种变型。措辞“下方”意味着位于异质层4与吸收层1之间。
图4a例示了层叠层包括覆盖层12的钝化接触层叠层结构2。覆盖层12具有几个可能的功能：它可以充当用于原位氢化的氢源，即在退火步骤期间将氢分布给其它层。此外，它可能充当氢扩散的阻挡层，从而减少氢从其它层的渗出。图4b至图4d例示了包括全面积导电层的各种变型。
异质层4上可以布置覆盖层12。覆盖层12的作用是确保硅片1、晶片1与缓冲层10之间的界面或者晶片与相邻层(例如异质层4或分离层或导电层)之间的界面的原位氢化或氟化，或者将氢或氟分布到层叠层的其它某些层。
为此，覆盖层实现下列功能中的至少一个：
-其减少氢或氟从下方的层中渗出；
-其充当氢源或氟源；
所述覆盖层12可以是导电的且经掺杂的，并且还可能是混合物相材料。
覆盖层12还可以充当刻蚀停止层和扩散阻挡层，促进钝化接触层的器件集成。
在实施方式中，一些异质层(例如由SiOx和Si物相组成的异质层)在氢氟酸(HF)中不具有化学稳定性。HF用于标准硅太阳电池制造的许多工艺步骤中。在HF中具有比SiOx更好的稳定性的覆盖层(例如Si层或SiCx层或SiNx层)由此能够在太阳电池加工期间保护异质层。
太阳电池制造中另一个频繁使用的步骤是从外部扩散源中扩散杂质掺杂物(例如磷、砷、硼、铝)，以限定硅片中高度掺杂的区域。杂质扩散通常在高温下进行，一般在700℃与1000℃之间。通常，硅片暴露在扩散源(例如POCI3、BBr3、BCI3)中，该扩散源作用于基板的所有表面。然后在扩散处理之后，在不需要扩散的地方通常通过刻蚀扩散源和硅片的那些部分对扩散源和硅片中的扩散区域进行移除。更好的解决方案是在基板上应用减少杂质对基板的渗透的膜层，因此也称为扩散阻挡层。在这种情况下，随后可能需要移除该扩散阻挡层，但由于扩散阻挡层保护覆盖的基板区域不受内扩散的影响，所以基板本身不需要刻蚀。
覆盖层充当扩散阻挡层时，在扩散处理期间，其保护包括异质层的层叠层。因此，在电池制造过程中，可以首先制备异质层叠层和覆盖层，然后进行扩散处理，例如以在硅吸收层的某个区域中限定掺杂分布。因为扩散处理的热分布也作为钝化接触层叠层的热处理，所以这是有益的。
在实施方式中，所述覆盖层12可以由用硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)，砷(As)、锑(Sb)掺杂并且可以被氢化(例如N型掺杂的SiCx:H)的硅(Si)、碳化硅(SiCx)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiOxNy)、碳氧化硅(SiOxCy)、碳氮化硅(SiCxNy)、碳氮氧化硅(SiOxCyNz)制成。覆盖层12可以是经掺杂的和导电的。它也可以由诸如氧化锡的透明导电氧化物材料制成，并且也掺杂氟(F)或锑(Sb)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟铈(ICO)、氧化铟钨(IWO)，氧化铟锌(IZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化铟锌锡(ITZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锡镓(ITGO)、氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiOx)、氮化钛(TiNx)、氮化铝(AiNx)、氧化铝(AlOx)、氧化锌铝(AlZnOx)，其都可以含有氢、Al、B、Ga、或者O。覆盖层12也可以是所述材料的双层，例如，SiCx:H/SiNx:H、SiNx:H/ZTO、ZTO/ITO等。
在某些实施方式中，缓冲层10布置在太阳电池中，优选地直接或间接地布置在硅片与异质层之间。缓冲层通常是薄的介电层或钝化层。例如，薄的氧化硅层，例如通过化学氧化制备，例如在HNO3、O3或者HCL中制备。缓冲层可以进行优化调整，并且与没有缓冲层的情况相比，例如通过调整其厚度、密度、化学键合结构和成分，掺杂物原子从层叠层到晶片的扩散有所减少。从现有技术可以看出，针对硅的热氧化，通过调整氧化温度、时间、气氛和其它工艺参数可以精确地控制生长的氧化硅层的厚度。例如，据报道，在HNO3中，该过程具有自限性，即在一定的暴露时间(例如60分钟)之后，厚度不会进一步增加。
然而，发明人进行的实验表明，通过暴露于HNO3生长的氧化硅层的厚度取决于晶片中的掺杂浓度。因此，选择适当的表面掺杂浓度可以控制氧化物的厚度，从而也可以控制杂质从层叠层到晶片的扩散。
例如，通过等离子体、热处理、电处理或者化学处理改变缓冲层可以进一步影响掺杂物通过所述缓冲层的从层叠层到晶片的扩散。例如，薄的氧化硅层可以通过暴露在含有等离子体的氮气中或者通过在氮气气氛中退火来氮化，这减少了许多元素通过氧化硅层的扩散。此外，氧化硅层可以通过热退火来致密化，也可以减少从层叠层到晶片的扩散。所述缓冲层的密度和成分也可能受到暴露于化学剂(例如暴露于在HNO3到O3中生长的化学氧化物)的影响。
给定的缓冲层10也可以通过等离子体处理进行结构调整，这可以产生密度较小的缓冲层，例如，氧化硅缓冲层的氢等离子体处理可以使缓冲层密度较小并且化学抗性较低，这还可以促进掺杂物从层叠层到晶片的扩散。
本发明的一方面是：设计所述缓冲层和热处理，以使得从层叠层向晶片扩散的掺杂物不会到达晶片，即不会改变晶片中的掺杂浓度。
本发明的另一方面是：所述缓冲层10可以含有在热处理之前就已经存在的杂质原子。在制造过程中的热处理期间，这些杂质原子则可以从缓冲层扩散到晶片或层叠层的其它相邻层，在该层处它们可以充当掺杂物杂质。这对于调整晶片和层叠层中的能带以增强通过缓冲层的电荷载流子传输尤其有用。
所述缓冲层10可以是非晶态的或晶状的。穿过缓冲层的传输可以通过直接传输来进行，或者如果缓冲层是介电层，则通过跳跃或者隧穿或者所有机制的组合来进行。
在实施方式中，异质层及其相邻层在至少一次热处理期间相互反应，这在某些情况下可能对钝化接触层的功能有害。如果直接或间接与异质层相邻的层是由与异质层所包含的材料不同的材料构成的(例如：含有SiOx和Si物相的异质层和由SiCx或SiNx组成的导电层)，这便尤其可能。反应是指由前者的存在而引起的化学反应，或一般指一层对另一层的任何影响。
为避免这种反应，如图6中针对某些结构所示例性示出的，可以在异质层4和相邻层之间设置分离层14、15。
所述分离层14、15可以是经掺杂的或者不经掺杂的。
分离层的另一个作用可以是避免掺杂物在至少一次热处理期间从沉积在它上面的层扩散至硅片。在这种情况下，分离层优选地在沉积后状态下未掺杂。
通用功能的描述
针对层叠层中包含的几个层可以利用一些有益的效应。下列效应的描述独立地适用于相应层。下列i点至v点中的措辞“层”指缓冲层、分离层、异质层、导电层、覆盖层中的至少一个。
i)所述层可以是分级层，即其物理性质沿生长方向变化的层。例如，这可以是结晶度或晶体尺寸、成分、掺杂，光学特性、或者某些部分或整个层的电学特性。在热处理中的一次热处理期间，梯度性质也可以被创造或进一步增强，这是本发明的本质。更详细地，如果所述层是沉积后状态中的非晶态，则所述层在热处理期间可以从所述层的一侧开始部分结晶，使得所述层的另一侧仍主要为非晶态。结晶开始的一侧可以是面向晶片的所述层的一侧。可以利用这种效应来降低层与晶片之间的结电阻(改善填充因子)。另一种情况是：由于晶片与所述层之间的能带偏移，只在另一侧结晶、而面向晶片的一侧则保持更无定形的层可以被用于获得更有利的能带弯曲，而且同时，所述层另一侧上的结晶以及强导电性可以降低该处的接触电阻。
ii)所述层可以含有氟或氟化合物。在热处理期间，氟或氟化合物可以扩散到硅片的界面，在该界面处可以累积以及钝化电子缺陷态。这是特别有利的，因为即使没有外部氢源的供应，这仍钝化了吸收光的基板1与缓冲层10之间的界面或吸收光的基板1与其相邻层(例如，异质层，或者可能是缓冲层，或者可能是层叠层中的层的某些层)之间的界面。例如，如果含硅的所述层是通过PECVD生长的，则SiF4可以被用作作为氟源和硅源的前驱体气体。再如，针对硼掺杂薄膜的生长，BF3可以被用作前驱体气体，以引入硼和氟。SiOx缓冲层的使用是尤其有利的，因为氟石(F)在Si-SiOx界面处累积，从而降低了界面缺陷密度。
iii)所述层还可以是粘合促进层，也被限定为“粘层”。
下列效应的描述独立地适用于相应层，即所述层指分离层、导电层、第二导电层、覆盖层中的至少一个。
iv)所述层可以是非晶态或晶态。尽管在现有技术中导电层在其沉积后状态中为非晶态，并且热处理被用于促进结晶，还可以在没有任何附加热处理的情况下制备完全结晶的导电层。“完全结晶”是指该层在至少一次热处理期间不进一步结晶，即在至少一次热处理之后不显示出比以前更大的晶粒尺寸。
v)在另一个有利的变型中，所述层的沉积后状态为非晶态，并且在至少一次热处理期间不发生结晶。或者只有该层的一部分结晶，例如只有该层的上部或下部结晶，使得相应的其它部分是非晶态的，或者只有该层的中间部分结晶，使得上部和下部是非晶态的。
表II总结了钝化接触层叠层的某些层的性质以及异质层4的、具有典型参数范围和优选参数范围(括号内)的组成部分。
名称 厚度(nm) 团簇尺寸(nm) 折射率
缓冲层10 0-20 没有应用 1.45-3.5(1.45-2)
异质层4 2-2000(5-40) 没有应用 1.45-3.5(1.7-2.5)
导电物相4a 没有应用 1-1000(1-20) Na
基底物相4b 没有应用 1-1000(1-20) 1.45-3(1.45-2.6)
全面积导电物相6 2-10000(50-200) 2-3.5
全面积导电物相8 2-10000(50-200) 2-3.5
覆盖层12 2-10000(10-200) 1.45-3.5(1.8-2.5)
分离层(14、15) 1-100(1-20)
表II：钝化接触层叠层的某些层的性质以及异质层4的、具有典型参数范围和优选参数范围(括号内)的组成部分的总结
表III针对这些层的材料总结了可能的选择。
Figure GDA0003521064160000281
Figure GDA0003521064160000291
表III：可能的材料选择的总结
可能的电池结构的实施方式
本发明是包括至少一个异质钝化层的钝化接触层，并且可以包括能够全部应用于太阳电池的前侧和背侧的至少一个供氢层或供氟层，并且可以用作电子选择接触层和空穴选择接触层(n型接触层和p型接触层)。
图7例示了包括被应用于背侧的异质层4的太阳电池的实施方式，此处的背侧被限定为远离入射光的一侧，该背侧包括结构化的背部金属电极300。图7所示的太阳电池可以用p型晶片或用n型晶片来实现。
在图7中所例示的并且包括p型晶片的实施方式的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4，此处实现为在整个太阳电池区域上的混合物相层，它可以含有氢并且被至少部分p型[n型]掺杂(括号的内容将会进一步解释)，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-介电层202(用于钝化和抗反射)(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的n型[p型]掺杂区域102。
对括号中的内容的解释：为清楚起见，应理解，在图7至图21的所有描述实施方式中，所述掺杂类型具有如前段所示的、括号内所述的相反选择。例如，前段引用的情况意味着异质层可以是p型的，优选地用B、Al、Ga、In进行掺杂，在这种情况下，掺杂区域102是n型的。在可选情况下，异质层是n型的(括号内的)，优选地用N、P、As、Sb(括号内的)进行掺杂，并且掺杂区域102是用B、Al、Ga、In(括号内的)进行掺杂的p型。
在图7中所例示的并且包括n型晶片的实施方式的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4，此处实现为在整个太阳电池区域上的混合物相层，它可以含有氢并且被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-介电层202(用于钝化和抗反射)(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的p型[n型]掺杂区域102。
图8例示了包括异质层4和全面积导电层6的太阳电池的实施方式。在图8中，异质层4布置于电池的背侧。背部金属电极300也可以可选地覆盖整个背侧。图8更精确地描绘了具有适用于背侧的异质层4和全面积导电层6以及结构化的背部金属电极的太阳电池。图8中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图8的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层6，该两层中的至少一层可以含有氢并且被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图8中所描绘的，全面积导电层可以作为导电层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为导电层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的n型[p型]掺杂区域102。
在图8的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层6，该两层中的至少一层可以含有氢并且被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图8中所描绘的，全面积导电层可以作为导电层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为导电层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的p型[n型]掺杂区域102。
图9描绘了具有适用于背侧的异质层4和覆盖层12的太阳电池的实施方式。背侧包括结构化的背部金属电极。图9中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图9中所例示的并且包括p型晶片的实施方式的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4，它可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层4优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相；
-优选地由下列材料中的一种组成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧。
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的n型[p型]掺杂区域102。
在图9中所例示的并且包括n型晶片的实施方式的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4，它可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层4优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相；
-优选地由下列材料中的一种组成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的p型[n型]掺杂区域102。
图10描绘了具有异质层4、缓冲层10、全面积导电层和覆盖层12的太阳电池的实施方式。在图10中，异质层4被布置于电池的背侧。图10中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图10的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图10中所描绘的，全面积导电层可以作为导电层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为导电层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的n型[p型]掺杂区域102。
在图10的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图10中所描绘的，全面积导电层可以作为导电层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为导电层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的p型[n型]掺杂区域102。
图11描绘了在具有异质层的晶片的一侧上存在于硅片中的高度掺杂区域100的变型。在图11中，异质层4被布置于太阳电池的背侧。该高度掺杂区域100也可以存在于任何其它实施方式的变型中，并在此举例说明。图11描绘了具有异质层4、缓冲层10、全面积导电层6、覆盖层(12)和硅片内的高度掺杂区域100的太阳电池的实施方式。
图11中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图11的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图11中所描绘的，导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料中的一种组成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中的优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行p型[n型]掺杂的高度掺杂区域100；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的n型[p型]掺杂区域102。
在图11的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图11中所描绘的，全面积导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c中的层8，位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中的优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行n型[p型]掺杂的高度掺杂区域100；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的p型[n型]掺杂区域102。
图12例示了具有包括应用于背侧的结构化覆盖层12的异质层4的太阳电池的实施方式，该背侧包括结构化背部金属电极。背部金属电极300也可以可选地覆盖整个背侧。在图12中，异质层4被布置于太阳电池的背侧。
图12中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图12的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4，其可以含有氢，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行p型[n型]掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相；
-优选地由下列材料制成的结构化的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的n型[p型]掺杂区域102。
在图12的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4，其可以含有氢，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行n型[p型]掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相；
-优选地由下列材料制成的结构化的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的p型[n型]掺杂区域102。
图13描绘了具有异质层4、全面积导电层以及具有应用于背侧的结构化背部金属电极300的结构化覆盖层12的太阳电池的实施方式。图13中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。在图13中，异质层4被布置于太阳电池的背侧。
在图13的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层4优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图13中所描绘的，全面积导电层可以作为导电层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c中的层8，位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的结构化覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂的n型[p型]掺杂区域102。
在图13的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图13中所描绘的，全面积导电层可以作为导电层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c中的层8，位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的结构化覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-前电极302；
-钝化和抗反射层202(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz组成)；
-Si片中的优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的p型[n型]掺杂区域102。
图14描绘了具有钝化接触层的太阳电池的实施方式，该钝化接触层由背侧上的异质层4和前侧上的异质层40组成。针对图6至图13阐述的层叠层、还包括图3至图6中所描述的变型及其任意组合的所有可能性都应用于每一侧。
图14中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图14的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在背侧上的第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图14中所描绘的，全面积导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c中的层8，位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的第二异质层40，该层可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。位于太阳电池两侧的异质层4、40可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。这对包括至少两个异质层4、40的太阳电池的所有变型都是有效的；
-前电极302。
在图14的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图14中所描绘的，全面积导电层可以作为导电层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c中的导电层8，位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的第二异质层40，该层可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。第二异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。太阳电池两侧上的两个异质层可以是不同的层、由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。
-前电极302。
图15描绘了具有钝化接触层的太阳电池，该钝化接触层由太阳电池的背侧上的异质层4和前侧上的结构化异质层40组成。针对图6至图13阐述的层叠层、还包括图3至图6中所描述的变型及其任意组合的所有可能性都应用于每一侧。
图15中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图15的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-前电极302；
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图15中所描绘的，全面积导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c中的导电层8，位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以例如是SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的结构化的第二异质层40，该层可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。
在变型中，两个异质层4、40可以是由上述材料的组合组成的双层或异质多层，太阳电池两侧上的层可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。
-前电极302。
在图15的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图15中所描绘的，全面积导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN，或者还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层的相反侧上的结构化的第二异质层40，该层可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。太阳电池两侧上的两个异质层4、40可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。
-前电极302。
图16描绘了具有钝化接触层的太阳电池，该钝化接触层由第二异质层40和前侧上的结构化覆盖层13组成。针对图6至图13阐述的层叠层、还包括图3至图6中所描述的变型及其任意组合的所有可能性都应用于每一侧。
图16中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图16的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图16中所描绘的，全面积导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c中的导电层8，位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的第二异质层40，该层可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。第二异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。太阳电池两侧上的两个异质层4、40可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。
-在吸收层1的相对于第一覆盖层12的相反侧上的第二结构化覆盖层13，优选地由下列材料制成：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-前电极302。
在图16的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图16中所描绘的，全面积导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c中的层8，位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的第一覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN，或者还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的第二异质层40，该层可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。太阳电池两侧上的两个异质层可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。
-在吸收层1的相对于第一覆盖层12的相反侧上的结构化的第二覆盖层13，优选地由下列材料制成：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-前电极302。
图17描绘了具有钝化接触层的太阳电池，该钝化接触层由太阳电池背侧上的异质层4和太阳电池前侧上的第二异质层40组成。针对图6至图13阐述的层叠层、还包括图3至图6中所描述的变型及其任意组合的所有可能性都应用于每一侧。
图17中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图17的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图17中所描绘的，第一全面积导电层可以作为层6位于第一混合物相层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为层8位于第一异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的第一覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的第二异质层40，还有另外的第一全面积导电层，该两层可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图17中所描绘的，全面积导电层可以作为层8位于异质层40与缓冲层11之间，或者类似于图3b中的层6，作为层60位于异质层40与金属化结构302之间。异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。
太阳电池两侧上的两个异质层可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。
-在吸收层1的相对于第一覆盖层12的相反侧上的第二覆盖层13，优选地由下列材料制成：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧。在变型中，诸如在图16中所例示的，第二覆盖层13还可以是结构化的；
-前电极302。
在图17中所例示的并且包括n型晶片的实施方式的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图17中所描绘的，第一全面积导电层可以作为层6位于第一异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的第一覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-全面积导电层以及在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的第二异质层40，该两层可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图17中所描绘的，全面积导电层可以作为层80位于第二异质层40与缓冲层11之间，或者类似于图3b中的层6，作为层60位于异质层40与金属化结构302之间。异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。太阳电池两侧上的两个异质层可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。
-在相对于第一覆盖层的另一侧上的第二覆盖层13，优选地由下列材料制成：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-前电极302。
图18描绘了具有钝化接触层的太阳电池，该钝化接触层由太阳电池背侧上的异质层4和太阳电池前侧上的第二异质层40组成。针对图7至图13阐述的层叠层、还包括图3至图6中所描述的变型及其任意组合的所有可能性都应用于每一侧。
图18中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图18的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图18中所描绘的，全面积导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的第一覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的第二异质层40，还有另外的第一全面积导电层，该两层可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图17中所描绘的，全面积导电层可以作为层8位于异质层40与缓冲层11之间，或者类似于图3b中的层6，作为层60位于异质层40与金属化结构302之间。异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。太阳电池两侧上的两个异质层可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层。
-在吸收层1的相对于第一覆盖层12的相反侧上的第二覆盖层13，优选地由下列材料制成：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧。在变型中，诸如在图16中所例示的，第二覆盖层13还可以是结构化的；
-前电极302。
在图18的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图18中所描绘的，全面积导电层可以作为层6位于异质层4与金属化结构300之间，或者类似于图3c，作为层8位于异质层4与缓冲层10之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的第一覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-金属背电极300，其被描述为结构化的金属背电极，但本发明还包括具有全面积背电极的类似太阳电池；
-在吸收层1的相对于第一缓冲层10的相反侧上的第二缓冲层11，优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-在吸收层1的相对于第一异质层4的相反侧上的第二异质层40，还有另外的第一全面积导电层，该两层可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂的Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图18中所描绘的，全面积导电层可以作为层80位于异质层40与缓冲层11之间，或者类似于图3b中的层6，作为层60位于异质层40与金属化结构302之间。异质层40可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧。太阳电池两侧上的两个异质层可以是不同的层、可以由不同的材料组成并且具有不同的厚度和其它的特性，或者是相同的层；
-在相对于第一覆盖层12的另一侧上的结构化的第二覆盖层13，优选地由下列材料制成：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-前电极302。
图19描绘了包括Si片的背侧上的高度掺杂区域101以及全面积金属电极300的太阳电池(类似于所谓的“Al-BSF电池”)。在图3至图6以及图14至图18中阐述的所有可能性及其变型都适用于硅吸收层1前侧上的层叠层。
图19中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图19的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-Si片的p型[n型]掺杂的高度掺杂区域101，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂；
-金属电极300，其被描述为全面积的金属电极，但本发明还包括具有结构化金属电极的类似太阳电池；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图19中所描绘的，全面积导电层可以被布置于异质层4与缓冲层10之间，或者类似于图3b的层6，被布置于异质层4与金属化结构302之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的结构化的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-前电极302。
在图19的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-Si片的p型[n型]掺杂的高度掺杂区域101，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂；
-金属电极300，其被描述为全面积的金属电极，但本发明还包括具有结构化金属电极的类似太阳电池；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图19中所描绘的，全面积导电层可以作为层8位于异质层4与缓冲层10之间，或者类似于图3b的层6，位于异质层40与金属化结构302之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的结构化的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-前电极302。
图20描绘了背侧处具有电介质钝化层200和局部接触层的太阳电池(正如在所谓的“PERC电池”中)。在图3至图6以及图14至图18中阐述的所有可能性及其变型都适用于硅吸收层1的另一侧。
晶片的与具有异质层的一侧相反的一侧还可以具有全面积的金属化结构，而不是结构化的金属化结构300。在另一变型中，背侧上的掺杂区域101可以在接触层局部实现或者完全不存在。
图20中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图20的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-Si片的p型[n型]掺杂的高度掺杂区域101，优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行掺杂；
-金属电极300，其被描述为结构化金属电极，但本发明还包括具有全面积的金属电极的类似太阳电池；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分n型[p型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图20中所描绘的，全面积导电层可以位于异质层40与缓冲层10之间，或者类似于图3b的层6，位于异质层4与金属化结构302之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的结构化的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-前电极302。
在图20的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-Si片的n型[p型]掺杂的高度掺杂区域101，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂；
-金属电极300，其被描述为全面积的金属电极，但本发明还包括具有结构化金属电极的类似太阳电池；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-异质层4和全面积导电层，该两层都可以含有氢、被至少部分p型[n型]掺杂，优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行掺杂，折射率为1.45-3.5，厚度为2-2000nm。该异质层优选地由下列材料中的至少两个物相组成：Si、SiC、SiO2、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、SiOxCyNz的非晶物相或结晶物相或部分结晶物相。如图20中所描绘的，全面积导电层可以作为层8位于异质层4与缓冲层10之间，或者类似于图3b的层6，位于异质层4与金属化结构302之间。异质层4可以包含不经掺杂的或非有意掺杂的区域，尤其是在面向硅片的一侧；
-优选地由下列材料制成的结构化的覆盖层12：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合组成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-前电极302。
另外的优选实施方式包括背接触太阳电池的接触层的至少一个中的钝化接触层叠层。其它的接触层可以是现有技术中已知的接触层，例如Granek等人描述的扩散异质结，或者硅异质结，还或者根据本发明的钝化接触层叠层。如Granek等人描述的，背接触太阳电池优选地用交错式网格实现。
图21描绘了背接触太阳电池的实施方式，其中，电子接触层和空穴接触层都实现为根据本发明的钝化接触层叠层。该钝化接触层叠层可以根据上文阐述的变型(尤其是在图3至图6以及图7至图13及其任意组合中)的任何一个的精神来实现。
在图21a和图21b所描绘的实施方式中，背侧布置有两个极性的接触层，并且晶片从前侧被照亮。前侧覆盖有介电层204(用于钝化和抗反射)(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz制成)。
为了清楚起见，将包括上文所述的异质层(缓冲层和覆盖层除外)的钝化接触层叠层的层概括为组成部分420和450，并且下文称为包含异质层的部分。
在图21a所描绘的实施方式中，金属化结构320、350和覆盖层120、150以及包含异质层的部分420、450是结构化的。
图21a中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图21a所例示的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-介电层204(用于钝化和抗反射)(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz制成)；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一包含异质层的部分420，其优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行至少部分p型[n型]掺杂；
-优选地由下列材料中的一个制成的第一覆盖层120：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合制成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行p型[n型]掺杂的第一高度掺杂区域120；
-第一金属背电极320；
-如图21a所示布置于所述第一缓冲层10之间的第二缓冲层11，其优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第二包含异质层的部分450，其优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行至少部分n型[p型]掺杂；
-优选地由下列材料中的一个制成的第二覆盖层150：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合制成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行n型[p型]掺杂的第二高度掺杂区域150；
-第二金属背电极350。
在图21a所例示的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-介电层204(用于钝化和抗反射)(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz制成)；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一包含异质层的部分420，其优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行至少部分p型[n型]掺杂；
-优选地由下列材料中的一个制成的第一覆盖层120：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合制成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行p型[n型]掺杂的第一高度掺杂区域120；
-第一金属背电极320；
-如图21a所示布置于所述第一缓冲层10之间的第二缓冲层11，其优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第二包含异质层的部分450，其优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行至少部分n型[p型]掺杂；
-优选地由下列材料中的一个制成的第二覆盖层150：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合制成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行n型[p型]掺杂的第二高度掺杂区域150；
-第二金属背电极350。
图21b中所描绘的太阳电池可以用p型晶片或n型晶片来实现。
在图21b所例示的实施方式包括p型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的p型Si片；
-介电层204(用于钝化和抗反射)(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz制成)；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一包含异质层的部分420，其优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行至少部分p型[n型]掺杂；
-优选地由下列材料中的一个制成的第一覆盖层120：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合制成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行p型[n型]掺杂的第一高度掺杂区域120；
-第一金属背电极320；
-如图21b所示布置于所述第一缓冲层10之间的第二缓冲层11，其优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第二包含异质层的部分450，其优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行至少部分n型[p型]掺杂；
-优选地由下列材料中的一个制成的第二覆盖层150：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合制成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行n型[p型]掺杂的第二高度掺杂区域150；
-第二金属背电极350；
-钝化层600，其位于未被包含异质层的部分中的任意部分覆盖的区域中。
在图21b所例示的实施方式包括n型晶片的情况下，太阳电池包括：
-电阻率为0.01-1000欧姆厘米的n型Si片；
-介电层204(用于钝化和抗反射)(优选地由SiOx、TiOx、AlOx、SiNx、SiOxNy、SiCx、SiCxOy、SiCxNy、SiCxNyOz制成)；
-优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成的第一缓冲层10，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第一包含异质层的部分420，其优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行至少部分p型[n型]掺杂；
-优选地由下列材料中的一个制成的第一覆盖层120：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合制成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中优选地用B、Al、Ga、In[N、P、As、Sb]进行p型[n型]掺杂的第一高度掺杂区域120；
-第一金属背电极320；
-如图21b所示布置于所述第一缓冲层10之间的第二缓冲层11，其优选地由SiOx、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlN、TiN、SiNx制成，厚度为0-10nm，折射率为1.45-3.5；
-第二包含异质层的部分450，其优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行至少部分n型[p型]掺杂；
-优选地由下列材料中的一个制成的第二覆盖层150：Si、SiCx、SiNx、SiOx、SiCxNy、SiCxOy、IO、ITO、IZO、ZTO、IGZO、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、TiN。它还可以是由所提及的材料的组合制成的双层，例如SiCx/SiNx、SiNx/ZTO、ZTO/ITO等。所有的材料都可以含有氢或氧；
-硅片中优选地用N、P、As、Sb[B、Al、Ga、In]进行n型[p型]掺杂的第二高度掺杂区域150；
-第二金属背电极350；
-钝化层600，其位于未被包含异质层的部分中的任意部分覆盖的区域中。
本发明还由太阳电池的制造方法实现。
在制造方法的实施方式中，包括所述异质层4的钝化接触层叠层的实现包括下列步骤：
-提供具有掺杂浓度小于1E17cm-3的掺杂硅片；
-在硅片的至少一侧上应用表面纹理；
-在数种化学溶液中清洗硅片。通常，这些化学溶液是下列成分的一种的水中的溶液：H2SO3、HNO3、HF、HCl、H2O2、NH4OH，这些成分在硅吸收层晶片表面形成薄的表面氧化物层；
-移除所述表面氧化物，优选地，通过暴露于HF进行移除，优选地，通过将硅吸收层晶片浸入含有HF的溶液中来进行移除；
-可选地生长可控厚度的薄层，优选地，厚度为0.5nm至5nm，更优选地，1nm至2nm，例如，在提供热处理的同时，通过暴露于HNO3、紫外光、O3、或含氧等离子体、或O2、或H2O来生长SiOx层；
-生长包括至少异质层4以及可选地包括覆盖层的层叠层，例如，通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或者低压化学气相沉积(LPCVD)或者溅射来生长异质层4；该覆盖层可以与叠层2的其它层同时生长或者在第一退火步骤之后进行生长；
-在300℃至1100℃完成长达1秒至600分钟的第一退火步骤。作为选择，还可以在退火步骤期间形成异质性质；
-可选地，在生长异质层与生长覆盖层之间完成预退火步骤；
-可选地，在完成所述第一退火步骤之后生长覆盖层，并在300℃至1100℃完成长达1秒至600分钟的第二退火步骤；
-优选地，在所述第一退火步骤或所述第二退火步骤期间，将氢或氟传输穿过异质层4，或者将氢或氟从异质层分布到硅吸收层晶片1或缓冲层10或硅吸收层与相邻层之间的界面，或者硅吸收层与异质层之间的某些其它层；
-可选地，将异质层叠层暴露于氢气气氛中，优选地在较高的温度下，优选地在200℃至700℃之间的温度下，优选地，暴露于氢等离子体气氛或包含氢的气氛中。
应当理解，异质层的生长优选地是在特定的生长条件下完成的，优选为促进导电物相结晶生长的条件。例如，如果通过PECVD生长具有Si导电部分和SiOx基底部分的异质层，则优选地使用硅烷(SiH4)、氢气、二氧化碳(CO2)以及N2O的气体混合物，优选地使用SiH4、氢气和C02的混合物，优选地使用硅晶体生长的生长方式，优选地使用氢气与硅烷的流量比>50，尤其是如果沉积是在温度<250℃的条件下完成的。
应当理解，在异质层生长之前或之后，可以在层叠层中形成额外的层，优选地，可以分别在异质层的正下方或顶部生长全面积导电层和/或分离层(对比图3和图4)。
将氢或氟传输并且转移穿过异质层4具有不同的选择。例如，在第一退火步骤或第二退火步骤期间，覆盖层可以释放氢或氟，该氢或氟由异质层传输给硅吸收层晶片1或缓冲层10或硅吸收层晶片与相邻层之间的界面，或者传输给硅吸收层晶片与异质层之间的任何一层。异质层也可以在两个退火步骤的至少一个步骤中释放氢或氟，该氢或氟也可以传输到硅吸收层晶片1或缓冲层10或硅吸收层晶片与相邻层之间的界面，或者传输到硅吸收层晶片与异质层之间的其它层。最终，异质层和覆盖层被制成氢或氟穿过整个晶片到达晶片的另一侧，该侧与氢被释放出来的钝化接触层叠层相对。也可以在与钝化接触层叠层相对的晶片侧制备含氢层或含氟层，以使得氢或氟在至少一次热处理期间被释放，并通过硅吸收层晶片到达缓冲层10或硅吸收层晶片与相邻层之间的界面，或到达硅吸收层晶片与异质层之间的其它层。在退火步骤期间，掺杂物以及其它包含在层叠层或缓冲层中的元素(诸如氧、碳、氮)可以从缓冲层或层叠层扩散到晶片，在晶片中产生高度掺杂区域100(见图4b)。此外，不同的层在退火期间可以部分结晶，并且不同的化学物相可以进一步分离或混合。更详细地，在由SiCx组成的层中，退火可以导致该层的重构或C与原子网的结合，即增加Si-C键的数目。退火也可以导致SiCx部分分离到Si和SiC。退火还可以重新配置该层内的氢键，例如退火可以导致Si-H键破裂，但会促进C-H键的形成，即影响氢的优先键合。退火也可以改变缓冲层(例如薄的硅氧化物层)的性质。
退火也可以是局部处理，例如激光退火或微波退火，即将层叠层的局部部分暴露在激光或微波辐射下。本发明的一部分是利用局部退火来形成异质层，或者局部地促进掺杂物从层叠层到晶片的扩散。
在制造方法的实施方式中，缓冲层(例如图3中所例示的薄SiOx层10)可以在热退火步骤中形成。
在制造方法的实施方式中，异质层直接在Si表面制备，即不含缓冲层10。在这种情况下，缓冲层10可以在后续的退火步骤中最后形成。
在该方法的实施方式中，实现了包括多个异质层4的异质多层结构。由子层组成的此种异质层可以有利地制备：例如，当PECVD被用于制备异质层时，可以选择PECVD的条件，以使得导电物相主要生长结晶，例如生长于硅烷、氢气以及可能的掺杂物气体混合物的微晶硅。向等离子体中注入CO2会导致SiOx物相在表面某些区域的生长，而在其它区域，硅的生长仍在继续。可能地，随着时间的推移，SiOx区域的面积增加，而硅区域的面积减少，并且硅区域甚至可能在一段足够长的时间后完全消失。在这种情况下，关闭CO2是有益的，从而SiOx区域的生长在硅区域消失之前停止，以促进硅区域的再次生长。该过程的重复进而产生具有电互连的硅部分的层，该层被建立成异质多层结构，其子层是包括导电部分、或导电部分和基底部分的层，例如，该子层是硅层或含有硅部分和SiOx部分的层。
经济潜力
本文提出的创新层允许通过使用现有的生产工艺和设备(其目标为：达到0.04-0.07$/kWh的LCOE以及40$ct/Wp的生产成本)来开发下一代具有载流子选择结的双侧接触Si太阳电池，其目标为：电池面积>100cm2时效率>25％，并且组件水平>22％。在中期阶段，随着规模的扩大和不断改进，我们进一步预计电力成本和组件制造成本将下降10％左右。
实验结果
对包括本发明的层叠层2的太阳电池(如图22所示)进行了一些实验。在本实验中，该层叠层包括：
-用湿化学氧化法制备的全面积SiOx层(图3中的10)；
-包括具有μc-Si物相(图3中的4a)的SiOx层(图3中的4a)的异质层(图3中的4)；
-以及顶部的μc-Si层(图3中的6)。
后两层由PECVD技术制备，并在一些实验中掺杂了磷或硼。在样品的两侧都制备了层叠层，以允许发射极饱和电流密度的评估。在层叠层的沉积之后，样品在750℃到950℃的温度进行退火，在此期间掺杂物可以扩散进入晶片1，在晶片的两侧形成具有相同掺杂物的高度掺杂区域100。为了简单起见，这里省略了覆盖层12。必须注意，经过热退火(即不经任何氢化)之后，钝化质量已经很好了。然而，附加的氢化步骤可以提高钝化质量。
图23例示了图22中所描述的、掺杂磷的接触层结构在沉积后状态下(图23a)、经850℃退火后的状态下(图23b)以及经900℃退火后的状态下(图23c)的高分辨率透射电子(HRTEM)显微图。在较小的图像中，显微图与选定映像的反傅里叶变换重叠，以例示晶体硅的物相。
图24例示了图22中所描述的在沉积后状态下掺杂磷的结构的大角环形暗场(HAADF)的透射电子显微图。深色区域表示SiOx物相。可以清楚地看到缓冲层10以及Si层中的SiOx夹杂物(黑色箭头)。
图25例示了图22中所描述的在退火后状态下掺杂磷的结构的大角环形暗场(HAADF)的透射电子显微图。深色区域表示SiOx物相。SiOx物相比在沉积后的状态下更加清晰可见并且进一步延伸至Si层中。
图26例示了图22中所描述的掺杂磷的结构在沉积后状态(上行(a))、在850℃退火后(中间行(b))和在900℃退火后(底行(c))的大角环形暗场(HAADF)中的透射电子显微图和电子色散x射线(EDX)模式。与高浓度相对应的明亮对比，EDX图像示出了整个层中Si、P和O的元素分布。在Si层的界面处(右侧示出的EDX分布中的0nm，可以区分出对应于图3中的缓冲层10的富O的全面积。在该层的顶部，存在具有不均匀的O含量和不均匀厚度的层，该层对应于图4中的异质层4。在离晶片表面12nm处，O含量下降到大约0at％，其次是对应于图4中的导电层(6)的全面积Si层。
图27a例示了图22中所描述的、p型晶片上掺杂磷的层叠层针对750℃与950℃之间的几个退火持续温度的隐含开路电压iVOC和发射极饱和电流密度J0。退火持续温度的增加会导致钝化的增加(iVOC的增加和J0的减少)。值得注意的是，对于900℃以上的温度，也可以实现很好的钝化，这与异质层基底中额外的氧有关。
图27b例示了图22中所描述的、n型晶片上掺杂磷的层叠层针对750℃与950℃之间的几个退火持续温度的隐含开路电压iVOC和发射极饱和电流密度J0。退火持续温度的增加会导致钝化的增加(iVOC的增加和J0的减少)。值得注意的是，对于900℃以上的温度，也可以实现很好的钝化，这与异质层基底中额外的氧有关。
图28a例示了图3b中所示的以及还在图23至图26中描述的层叠层的、作为退火峰值温度函数的拉曼光谱。非晶态的贡献(针对较低的拉曼偏移(低于520cm-1)，作为肩峰可见)在沉积后的状态下已经是非常小的，并且在退火温度>750℃时完全消失。这表明了所有Si物相的高度结晶性质。
图28b例示了图28a的拉曼光谱的峰值位置。峰值位置的偏移是层叠层中的应力的一种度量。在沉积后状态下，层叠层是处于拉应力中的，然后变化为退火状态下的压应力(除了在750℃退火时，在该退火温度下，在指向侧向不均匀性的同一样品的两个不同位置处显示出了两个不同的应力水平)。通过提高退火温度，压应力逐渐减小。我们将这种应力释放与异质层中导电物相(这里是Si(n))和基体物相(这里是SiOx)的重新排列进行关联。这说明这一层能够很好地处理应力，并且可以作为具有不同应力水平的两个层之间的隔层，以利用其异质性结构和重新排列的机会来补偿应力。
图29a例示了图3b中所示的层叠层的方块电阻，其中异质层4(这里是SiOx(n))的厚度是变化的并且由顶部的导电层(这里是Si(n))的厚度来补偿(保持整个PECVD沉积时间恒定)。该层叠层在p型晶片上用共面Al垫片进行金属化，并通过传输线路测量方法进行测量。方块电阻随着异质μc-SiOx层厚度的减小表明磷的较强的内扩散。
图29b例示了图3b中所示的层叠层的比接触电阻率，其中异质层hl(这里是SiOx(n))的厚度是变化的并且由顶部的导电层(这里是Si(n))的厚度来补偿(保持整个PECVD沉积时间恒定)。该层叠层在p型晶片上用共面Al垫片进行金属化，并通过传输线路测量方法进行测量。
获得了0.1Ωcm2的比接触电阻率。
图30例示了晶片表面正下方的Si片中的高度掺杂区域(100)的二次离子质谱(SIMS)分布(0μm在图30中对应于晶片表面)。分布显示，热退火时磷扩散到晶片中。较高的退火持续温度导致更高的磷浓度和更深的分布。
图31示出了发射极饱和电流密度(J0)在PECVD沉积期间对PH3气体流量的依赖性。J0是从n型硅片的少数载流子寿命的测量中提取出来的，如图22所示，该n型硅片两侧都涂有层叠层。沉积期间的PH3流量越高，层叠层中的磷浓度越高。所有的样品在900℃温度下退火，持续时间在15分钟与90分钟之间。在900℃退火后的发射极饱和电流密度对沉积的层叠层中的磷浓度有很强的依赖性。尽管在氢化之前，最佳的J0(较低的J0)存在于磷含量较高时，但在通过合成气体退火(FGA)氢化之后，最佳的J0向较低的磷含量偏移。退火持续时间也会影响内扩散，从而影响钝化质量和特性。较长的退火持续时间会导致P从沉积层向晶片更强的内扩散(见图33a)，从而降低界面处的少数电荷载流子密度，即降低界面复合速率。我们解释了在图31中看到的、针对具有由硅片中高度掺杂区域(100)的高掺杂浓度引起的俄歇复合的高掺杂的更差的钝化(较高的J0值)。
图32示出了在PECVD沉积期间针对不同的PH3气体流量的、作为900℃退火时的退火持续时间的比接触电阻率ρc。使用与图(31)相同的样品，并用铝作为涂敷金属来测量比接触电阻率ρc。ρc取决于层叠层中的掺杂浓度，而层叠层中的掺杂浓度随着PECVD沉积期间的前驱体气体PH3流量的增加而增加。结果表明，沉积层中高的磷浓度有利于获得较低的ρc，这意味着更有效地提取电荷载流子。退火持续时间较长时的ρc的增加可以用两种效应来解释：该层内磷浓度的降低导致金属与沉积层之间的接触电阻率升高；或者是从SiOx到Si和SiO2的更完全的物相分离，伴随着更大但更少的Si颗粒，导致在基底物相中导电物相的网中断，即通过基底物相的导电途径的中断。
图33a示出了通过电化学电容电压测量法(ECV)测得的、作为n型晶片深度的函数的磷浓度。硅片的表面在0nm的位置。使用的样品与图(31)中的相同。在退火温度为900℃、退火持续时间为15分钟至90分钟之间的退火(在这段时间内，来自于沉积的异质层(这里是SiOx(n))和导电层(这里是Si(n))的掺杂物发生内扩散)之后，在层叠层被HF去除后，用ECV对样品进行测量。掺杂分布取决于退火条件(持续时间、持续温度、快速加热和冷却，在RTP退火或闪光灯退火的情况下还包括光子通量和波长)和沉积层中的磷浓度。此时，沉积的异质层(SiOx)和导电层(Si)中的磷浓度影响较大，而退火持续时间的影响较小。沉积期间，相对较高的磷流量(此处显示为15分钟的退火持续时间)导致晶片中较高的表面浓度以及较深的分布。较长的退火持续时间(此处显示为0.55的相对PH3流量)也会比较短的退火持续时间导致更高的表面浓度和更深的分布，但不像PECVD沉积期间磷流量的影响那么明显。值得注意的是n型晶片(图33a)和p型晶片(图33b)之间的差异。即使所有的样品都经过共同处理(化学清洗、化学氧化物的生长、PECVD沉积、退火)，磷向p型晶片扩散得更深并且浓度更高。这很可能是由于不同的晶片掺杂导致化学氧化物的生长不同(见针对p型晶片的图47a和针对n型晶片的图47b)。
图33b示出了通过电化学电容电压测量法(ECV)测得的、作为p型晶片的深度的函数的磷浓度。硅片的表面在0nm的位置。使用的样品结构与图(31)中的样品相同，但使用的是p型晶片。在退火温度为900℃、退火持续时间为15分钟之后(在此期间，磷从沉积的层叠层(异质层(这里是SiOx(n)和导电层(这里是Si(n)))扩散到晶片)，该层叠层通过在HF中刻蚀进行移除，然后通过ECV对样品进行测量。掺杂分布取决于退火条件(持续时间、持续温度、快速加热和冷却，在RTP退火或闪光灯退火的情况下还包括光子通量和波长)和沉积层中的磷浓度。从图中可以看出，沉积期间相对较高的磷流量导致晶片中较高的表面浓度以及晶片中较深的磷分布。更详细地，PH3流量增加三倍导致表面浓度增加二十倍。
图34a示出了缓冲层与Si晶片之间的界面处的、作为发射极饱和电流密度(J0)的函数的表面复合速率(SRV)，该J0来源于使用图33a中示出的所测得的磷掺杂分布对样品中的复合特性进行的EDNA2-模拟[PVLighthouse.com.au，2016]。针对较高的磷浓度，最小的可能J0(具有低的SRV)高于针对较低的磷浓度(箭头所示)。此外，图片示出了在较高的PH3流量的情况下，J0对SRV的敏感度较低，这使得在一定的SRV下，达到比具有较小的PH3流量的情况更低的J0。该图中所示的J0和SRV的依赖性允许确定针对测得的J0值的SRV，这样做是为了获得图34b中所示的SRV值。
图34b示出了从图34a所示的模拟中提取的SRV值。较低的PH3通量显示出较低的SRV值，并且在沉积期间，针对较低的PH3通量，为降低SRV的FGA的影响更为显著。
图34c示出了从图31至图34所讨论的样品中提取的SRV值，该SRV值是根据针对图34a所阐述的基于EDNA的模拟确定的。此处绘制了对应于硅片表面处的磷浓度的SRV值(符号)以及文献中报道的针对电介质钝化层的SRV值：
[1]：A.Kimmerle，Md.M.Rahman，S.Werner，S.Mack，A.Wolf，A.Richter和H.Haug“Precise parameterization of the recombination velocity at passivatedphosphorus doped surfaces”，Jorunal of Applied Physics，vol 119，2016；
[2]：R.R.King，R.A.Sinton和R.M.Swanson“Studies of Diffused PhosphorusEmitters：Saturation Current，Surface Recombination Velocity and QuantumEfficiency”，IEEE Transactions on Electron Devices，vol 37，1990；
[3]：P.P.Altermatt，J.O.Schumacher，A.Cuevas，M.J.Kerr，S.W.Glunz，R.R.King,G.Heiser和A.Schenk“Numerical modeling of highly doped Si:P emittersbased on Fermi-Dirac statistics and self-consistent material parameters”，Journal of Applied Physics，vol 92，2002。
电介质钝化层是电绝缘的，因此不允许与硅片中的电荷载流子建立电接触。使用本文的钝化接触层叠层(如图22中所描述的，由异质SiOx层和Si层组成)得到的SRV值遵循同样的对磷表面浓度的依赖性。此外，本文的层叠层也充当与硅片的电接触层。这证明了异质层的概念：异质层提供a)与由基底物相组成的介电层同样良好的钝化，b)低于导电部分的折射率的更降低的折射率(见图40)，以及c)与硅片中的电荷载流子的电接触(见图32)。
图35在(a)中示出了c-Si以及物相分离的Si/SiOx区域的电子能量损失光谱(EELS)，该EELS光谱用于产生(b2和c2)所示的图像。该样品具有如图22和图35(d)所示意的层叠层，该层叠层具有通过PECVD沉积的Si片(1)、SiO2缓冲层(10)、SiOx(n)异质层(4)和Si(n)导电层(6)。该样品在沉积后状态下(b1至b2)以及在850℃退火15分钟后(c1至c2)进行分析。(b，1)是扫描TEM(STEM)大角环形暗场(HAADF)，并且对应的(b，2)是本底减除之后的等离子体激元((a)中示出的沉积后样品的光谱的彩色区域)的EELS光谱的图像；(c1至c2是)850℃退火后的样品的STEM HAADF以及等离子体激元EELS光谱图像。在沉积后的样品中以及退火状态下，硅氧化物基底(深色)中具有硅物相(箭头、光亮)的异质性质是显而易见的。导电夹杂物(这里是Si)在矢形方向上定向，并且宽度在1nm至4nm的范围内。夹杂物嵌入基底(这里是SiOx)中，并且两个相邻夹杂物之间的距离也在1nm至4nm的范围内。
图36示出了由ECV测得的、Si片中作为深度的函数的磷掺杂浓度。图22中所描述的设计(有缓冲层10和无缓冲层10)用于平面基板，其中沉积的异质层(这里是SiOx(n)以及沉积的导电层(这里是Si(n))都掺杂有磷。示出了针对在900℃退火15分钟以及通过HF移除缓冲层、异质层和导电层之后的样品的ECV掺杂分布。该图中提出的所有样品均为共处理(化学清洗、化学氧化物的生长、PECVD沉积、退火)。样品之间的唯一区别是晶片极性、晶片掺杂浓度以及PECVD沉积之前的化学SiOx缓冲层的移除。当缓冲层(图22中的层10)在PECVD沉积(层4和层6)之前被HF移除时，磷的内扩散对于晶片的n极性和p极性是相似的，并不依赖于晶片的掺杂浓度。但是当化学氧化物缓冲层存在时，掺杂类型与掺杂浓度之间的差异对磷的内扩散有很大的影响，这涉及缓冲层的不同生长，诸如不同的密度、结构或厚度。在p型晶片上，内扩散比在指向更薄的缓冲层的n型晶片上更强(更深并且浓度更高)。通过改变晶片的底部/表面掺杂的浓度，内扩散也在发生变化(再次涉及不同的缓冲层生长)，其中针对p型晶片的较高掺杂降低了内扩散。针对n型晶片，这是相反的，较高的掺杂浓度显示出更深的扩散。
图37a示出了作为波长的函数的反射率。图22中所描述的设计是以n型晶片为基板的，并且针对该设计，异质层hl(这里是SiOx(n))的厚度是变化的并由顶部的导电层(这里是Si(n))的厚度来补偿(保持整个PECVD沉积时间恒定)。在反射率再次下降之前，通过将异质层厚度增加到特定的最大值(相对于异质层厚度的2/3)，可以看到600nm以下的急剧上升。在波长较长(>1000nm)时，较厚的异质层的反射率略有下降。通过调整异质层的厚度和特性，可以优化内部反射率，以供使用，例如作为背反射层使用。
图37b示出了作为波长的函数的反射率。图22中所描述的设计是以p型晶片为基板的，并且针对该设计，异质层hl(这里是SiOx(n))的厚度是变化的并由顶部的导电层(这里是Si(n))的厚度来补偿(保持整个PECVD沉积时间恒定)。在反射率再次下降之前，通过将异质层厚度增加到特定的最大值(相对于异质层厚度的2/3)，可以看到600nm以下的急剧上升。在波长较长(>1000nm)时，较厚的异质层的反射率略有下降。通过调整异质层的厚度和特性，可以优化内部反射率，以供使用，例如作为背反射层使用。
图38a在左轴上示出了隐含开路电压(iVOC)，并在右轴上示出了作为相对异质层厚度的函数的方块电阻RSH。图22中所描述的设计是以p型晶片为基板的，并且针对该设计，异质层(这里是SiOx(n))的厚度是变化的并由顶部的导电层(这里是Si(n))的厚度来补偿(保持整个PECVD沉积时间恒定)。方块电阻是针对磷在900℃退火15分钟期间的内扩散的测量。iVOC向两个极端增长，所以或者具有薄的异质层(或没有异质层)，或者异质层越来越厚。随着较厚的异质层指向磷的更深扩散，方块电阻逐渐减小。这表明在至少一次热处理期间，异质层起到掺杂源的作用。
图38b在左轴上示出了隐含开路电压(iVOC)，并在右轴上示出了作为相对异质层厚度的函数的方块电阻RSH。图22中所描述的设计是以n型晶片为基板的，并且针对该设计，异质层(这里是SiOx(n))的厚度是变化的并由顶部的导电层(这里是Si(n))的厚度来补偿(保持整个PECVD沉积时间恒定)。方块电阻是针对磷在900℃退火15分钟期间的内扩散的测量。iVOC向较厚的异质层增长。随着较厚的异质层指向磷的更深扩散，方块电阻逐渐减小。请注意，由于晶片是磷掺杂的，所以此处报道的方块电阻涉及整个晶片厚度并且受二维传输效应的影响。这也是为什么对异质层厚度的依赖性不如图38a显著的原因。
图39a示出了如图5中描述的、被用于图39b中的样品的异质多层结构的示意图。异质层4被制备为由导电物相的层(不含基底物相)以及包含导电物相和基底物相的层组成的异质多层结构。在该示例中，示出了沉积的异质层比(dhlr)为2/3的异质层，这意味着异质层包括3倍于包含导电物相和基底物相的层以及2倍于仅包含导电物相的层。该沉积的异质层比的定义被用于描述层结构。
图39b示出了在900℃退火15分钟后磷在晶片中(0是晶片表面)的ECV分布。其中异质层和导电层掺杂有磷的不同沉积层叠层通过下列结构进行描述：图22中描述的结构[1]；图39a中描述的、沉积的异质层比(dhlr)为1/3的结构[2]；图39a中描述的、dhlr为1/2的结构[3]；图39a中描述的、dhlr为2的结构[4]；图39a中描述的、dhlr为2/3的结构[5]；图39a中描述的、dhlr为2/3的结构[5]，类似于[5]，但异质层在PECVD沉积期间保持本征性。针对层[1]的测量分布显示出最高浓度和最深分布，这与异质层中只含有导电物相的层的缺乏有关。p型晶片上的分布比n型晶片上的分布要深，这证实了图36所示的结果。针对不同沉积层[2至5]的分布深度和浓度表明，dhlr不是决定磷掺杂分布的唯一因素。甚至可以用高的dhlr[4]或低的dhlr[5]实现浅的分布。具有较高浓度的深分布也可以用低的dhlr[3]和高的dhlr[2]实现，这使得有可能独立于dhlr进而独立于导电物相与基底物相之间的比例来对掺杂分布进行调整，从而有可能针对于光学特性对该层进行调整。比较[5]和[6]，[5]的掺杂分布更深，而保持异质层本征性的[6]，磷的内扩散急剧减小。
图40示出了针对图3a中描述的、在900℃退火15分钟后的、具有磷掺杂异质层(hl)4(这里是SiOx(n))的结构，从椭圆光度法测得的折射率n(黑色，左轴)和消光系数k(灰色、右轴)。作为对比，将晶体硅(c-Si)、微晶硅(μc-Si)、非晶硅(a-Si)和硅氧化物(SiO2)的折射率和消光系数添加到该图中。在这种情况下，当250nm<λ<350nm时，异质层的折射率n在2.0至2.1之间，并且针对更长的波长将减小到1.96。这接近于SiO2(1.45<n<1.55)，并且远低于硅(取决于其结晶状态，n的最大值在5到7之间)。在较长波长下，硅的n不低于3。当250nm<λ<300nm时，异质层(hl)的消光系数k在0.25与0.025之间，并且随着波长的变大而降低。另外，k接近于SiO2的k(其k为0)。当250nm<λ<350nm时，硅在不同的结晶状态下的k是高于2.5的。
图41示出了具有与图17描述的结构类似的接触结构的共扩散电池的内量子效率[IQE]。与图17的不同之处是该太阳电池具有类似于图3b中的组成部分6的导电层60，但不具有导电层80。该太阳电池是在平面的n型掺杂晶片上实现的，该太阳电池从背侧包括：
-铝作为全面积背电极300；
-ITO作为覆盖层12；
-Si(p)作为导电层6；
-SiOx(p)作为太阳电池背侧上的异质层4；
-SiO2作为缓冲层10；
-n型晶片作为具有在背部掺杂硼的第一掺杂层100以及在前部掺杂磷的第二高度掺杂层的1；
-SiO2作为缓冲层11；
-SiOx(n)作为异质层40；
-由Si(n)组成的导电层60；
-ITO作为另一覆盖层13；
-Ag指状物作为前电极302。
该概念电池的证明为：VOC为680mV，JSC为34.1mA/cm2，FF为78.6％，转换效率为18.3％。尤其在λ＝450nm处的蓝光响应很强(IQE为0.79)。
图42示出了对称样品在3个处理步骤之后的、由光导衰变(PCD)测得的有效寿命的演变。所有的样品在处理步骤1之前都经历了相同的处理，包括在900℃下进行15分钟的退火。在这一阶段，结构与图4b相似。在处理步骤1中，样品A1和A2经过了FGA，样品A3和A4未经FGA。这导致了样品A1和A2寿命的增加。在处理步骤2中，覆盖层通过PECVD沉积在样品A2和A4的两个表面，样品A1和A3保持在处理步骤1之后的条件。这增加了样品A4的寿命，而不是A1至A3的寿命。在处理步骤3中，所有的样品A1至A4在氮气气氛中，在450℃退火30分钟。这使样品A2的寿命从322微秒增加到457微秒，样品A4的寿命从347微秒增加到625微秒。样品A1的寿命从处理步骤1之后的306微秒略减至处理步骤3之后的265微秒。样品A1的寿命在所有处理步骤之后保持低于3微秒。样品A2和A4在处理步骤3之后寿命的增加通过氢从覆盖层中释放扩散进入缓冲层与晶片之间的界面来解释。
图43示出了有效少数载流子寿命及其对退火持续温度以及异质层中的硼浓度的依赖性。针对本研究，使用了具有如图22所示的结构的对称样品，该结构在p型晶片的两侧具有缓冲层(这里是SiO2)、异质层(这里是SiOx(p))和导电层(这里是Si(p))。通过保持一部分接近缓冲层的本征部分来改变异质层。针对样品A1，整个异质层都掺杂硼。样品A2的异质层在前1/4的沉积时间是本征的，而样品A3的异质层在前3/4的沉积时间是本征的。所有样品的整体沉积时间和退火时间相同。在800℃到900℃处进行第一次退火后，在合成气体气氛中进行第二次退火，以氢化样品。异质层中硼(B)浓度越低，在FGA前后接触层的钝化质量越高。另外，退火持续温度从800℃上升到900℃会导致硼向硅片的更强的内扩散，并导致寿命的延长，这意味着掺杂硼的异质层的钝化质量的提高。
图44表示针对三种不同的退火持续温度，由电化学电容电压分布(ECV)测得的、作为深度的函数的B浓度，其中0μm是缓冲层和硅片之间的界面。标记有“SiOx(i)/Si(p)”的样品是指如图22中概述的结构，该结构包括p型晶片上的缓冲层(这里是SiO2)、异质层和导电层(这里是Si(p))。在层厚度的前3/4，异质层的制备不需要掺杂，而在层厚度的最后1/4掺杂硼。标记有“Si(p)”的样品是类似制备的，但这里省略了异质层(SiOx(i))。两种结构的整体沉积时间相同。在三种不同的退火持续温度下，退火时间都为15分钟。针对每种退火持续温度，两个层结构之间的扩散分布都是非常相似的。这表明掺杂源层(Si(p)和晶片之间的本征SiOx(i)中间层并没有明显阻碍硼的内扩散。还请注意，层叠层中的硼分布振荡系数为12，但针对较长的退火时间会更平滑。这可以通过下列原因进行解释：由于退火温度的升高而减少了层内掺杂物的分离。
图45a示出了在900℃时针对15分钟至120分钟之间的退火持续时间的有效少数载流子寿命。具有如图39a描述的结构的对称样品被用于平面基板上，其中沉积的异质层是作为p型晶片和n型晶片上的具有dhlr为1的本征异质多层结构(这里是SiOx(i))和掺杂硼的沉积的导电层(这里是Si(p))制备的。在通过FGA进行氢化之前和之后，增加退火持续时间会导致两种晶片的钝化增加(视为寿命的增加)。
图45b示出了在900℃退火15分钟至120分钟持续时间后的硼掺杂分布。具有如图39a描述的结构的样品被用于平面基板上，其中沉积异质层是作为p型晶片和n型晶片上的具有dhlr为1的本征异质多层结构(这里是SiOx(i))和掺杂硼的沉积导电层(这里是Si(p))制备的。在两种类型的晶片上，较长的退火持续时间导致更深的分布。如图33a和图33b中的磷扩散，相比于n型晶片，硼扩散进入p型晶片的深度更深并且浓度更高。
图46示出了硅片中由ECV测得的、作为深度的函数的硼掺杂浓度。图39a中描述的设计(有缓冲层10和无缓冲层10)被用于平面基板上，其中沉积异质层是作为具有dhlr为2的本征异质多层结构(这里是SiOx(i))和掺杂硼的沉积导电层(这里是Si(p))制备的。所示的ECV掺杂分布是样品在900℃退火15分钟后测得的。该图中提出的所有样品均为共处理(化学氧化物的生长、PECVD沉积、退火)。样品之间的唯一区别是晶片极性、浓度以及PECVD沉积之前的化学SiOx缓冲层的移除。当缓冲层(图39b中的层10)在PECVD沉积(层4和层6)之前被HF移除时，针对晶片的不同掺杂类型和浓度类型，硼的内扩散是相似的。但是当化学氧化物缓冲层存在时，掺杂类型与掺杂浓度之间的差异对硼的内扩散有很大的影响，这涉及缓冲层的不同生长，主要导致不同的厚度。在p型晶片上，内扩散比在指向更薄的缓冲层的n型晶片上更强(更深并且浓度更高)。通过改变晶片的底部/表面掺杂的浓度，内扩散也在发生变化。针对p型晶片，本文发现，掺杂越高，硼的内扩散越弱。针对n型晶片，这是相反的，较高的掺杂浓度显示出更深的扩散。这些结果表明，选择合适的硅片表面浓度可以调整硅氧化物缓冲层的厚度，从而调整内扩散种类(此处为硼)的分布。
图47a描绘了在2.8欧姆p型晶片上制备的硅氧化物缓冲层的厚度
Figure GDA0003521064160000721
映射。该层的厚度通过变角光谱椭圆测量法测量，并以埃为单位进行了报告。硅氧化物层是在80℃时在69％HNO3的溶液中生长10分钟得到的。针对图44a和图44b所示的两个晶片，HNO3暴露与测量之间的延迟相同。针对p型晶片，厚度平均为
Figure GDA0003521064160000722
图47b描绘了在2.8欧姆n型晶片上制备的硅氧化物缓冲层的厚度映射。该层的厚度通过变角光谱椭圆测量法测量，并以埃为单位进行了报告。硅氧化物层是在80℃时在69％HNO3的溶液中生长10分钟得到的。针对图44a和图44b所示的两个晶片，HNO3暴露与测量之间的延迟相同。针对n型晶片，厚度平均为
Figure GDA0003521064160000723
这证实了图33a、图33b、图36、图39b中报告的掺杂物内扩散差异，图46和图45b确实是由缓冲层的厚度差异引起的，该差异通过所使用的晶片的(表面)掺杂浓度而改变。
图48a示出了如图22描述的对称样品在900℃退火15分钟后，由光导衰变(PCD)测量法测得的有效少数电荷载流子寿命，该样品在晶片两侧具有如图39a描述的沉积结构。该结构在沉积后状态下包括p型硅片1，SiOx缓冲层10，SiOx(i)作为具有不同的dhlr的异质多层结构并且硼掺杂的SiOx(p)作为6。dhlr从0.2增加到1导致寿命从1845微秒增加到3021微秒。由于在这种情况下较高的dhlr意味着异质层中较高的氧含量，所以该结果指出了异质层中附加的氧化物部分对钝化行为的有益影响。
图48b示出了对称样品在900℃退火15分钟后由光导衰变(PCD)测量法测得的有效少数电荷载流子寿命，该样品在晶片两侧具有如图39a描述的沉积结构。该结构在沉积后状态下包括作为1的p型硅片，作为10的SiO2，作为具有dhlr等于2的异质多层结构的SiOx(i)和作为6的硼掺杂的Si(p)。在本实验中，在异质层的PECVD沉积期间，前驱体气体CO2的相对流量从1/8变化到1。在900℃退火之后不经任何进一步的处理，在相对CO2流量为1/2时，CO2的增加导致寿命从88微秒增加到763微秒，针对相对CO2流量位于1/2与1之间的情况，CO2的增加导致寿命的减少。通过在500℃时在合成气体中退火来进行附加的氢化之后，寿命从相对CO2流量为1/8时的117微秒增加到相对CO2流量为3/4时的5158微秒。由于沉积期间的较高的相对CO2流量导致异质层中较高的氧含量，所以该结果指出了附加的氧化物化合物对900℃退火之后得到的钝化行为的有益影响。
图49a示出了表面通过在5％的HF溶液中浸泡60秒进行限制后，用椭圆测量法测得的作为在由紫外线灯产生的O3气氛中的硅氧化时间的函数的厚度。通过将氧化时间从2分钟增加到40分钟，厚度从12.3埃增加到了16.3埃。作为比较，在80℃下通过69％HNO3的溶液生长10分钟制得的氧化物显示为具有与在O3气氛中处理20分钟相同的厚度。通过暴露于O3或HNO3制备的硅氧化物层可以是用作缓冲层的可能层。
图49b示出了对称样品在900℃退火15分钟后通过光导衰变(PCD)测得的有效的少数电荷载流子寿命。在晶片的两侧制造了39a中描述的结构，其中所有的样品都包含相同的异质层(这里是SiOx(i))和相同的硼掺杂导电层(这里是Si(p))。样品之间的区别是缓冲层。缓冲层A1是在80℃下通过将硅片沉浸在69％HNO3的溶液中生长10分钟得到的，缓冲层A2是通过应用于A1的相同步骤，再加上紫外线和O3处理10分钟生长得到的，缓冲层A3是通过应用于A1的相同步骤，再加上紫外线和O3处理20分钟生长得到的，缓冲层A4是通过紫外线和O3处理10分钟生长得到的，缓冲层A5是通过紫外线和O3处理20分钟生长得到的。氢化前的寿命从具有缓冲层A1的样品到具有缓冲层A5的样品都是增加的，即寿命的增加与硅氧化物层的厚度有关。通过FGA氢化后，其寿命从具有缓冲层A1到缓冲层A3的样品都是增加的，缓冲层A3显示出了所有5种缓冲层的最高寿命。具有缓冲层A5的样品氢化后的寿命比具有缓冲层A4的样品长。这显示出了图49a和图49b所描述的缓冲层厚度、密度和特性对钝化的影响。
图49c示出了针对5种不同缓冲层，通过ECV测得的硅片中作为深度的函数的硼掺杂浓度(0nm是导电层(这里是Si(p))的表面)。制造了39a中描述的结构，其中所有的样品都包含相同的异质层(这里是SiOx(i))以及相同的掺杂硼的导电层(这里是Si(p))。样品之间的区别是缓冲层。缓冲层A1是在80℃下通过69％HNO3的溶液生长10分钟，缓冲层A2是在80℃下通过69％HNO3的溶液生长10分钟，再加上紫外线和O3处理10分钟，缓冲层A3是在80℃下通过69％HNO3的溶液生长10分钟，再加上紫外线和O3处理20分钟，缓冲层A4是通过紫外线和O3处理10分钟生长的，缓冲层A5是通过紫外线和O3处理20分钟生长的。具有缓冲层A1的样品的掺杂分布显示最深的分布，针对具有缓冲层A2和A3的样品，其分布明显较浅，通过增加在O3气氛中的氧化时间，该分布指向更厚和更致密的缓冲层。同样的情况也可以比较缓冲层A4和缓冲层A5，其中具有缓冲层A4的样品显示了更深的掺杂分布。将具有缓冲层A1的样品与具有缓冲层A4的样品(两者厚度相同(见图49a))进行比较，具有缓冲层A1的样品观察到更深的分布。这证明了与在HNO3中制备的缓冲层(缓冲层A)相比，通过紫外线和O3处理制备的缓冲层的扩散阻挡功能更强，这可能要用更高的密度来解释。

Claims (14)

1.一种包括光吸收硅层(1)的太阳电池，所述光吸收硅层(1)具有第一表面(1a)以及与所述第一表面(1a)相反的第二表面(1b)，其中，所述太阳电池还包括布置在所述第一表面(1a)上和/或所述第二表面(1b)上的异质层(4)，所述异质层(4)具有彼此相反的前表面(5)和背表面(3)，所述背表面(3)朝向所述第一表面(1a)侧，所述异质层(4)包括低电导基底(4b)，所述低电导基底(4b)的折射率低于3，所述异质层(4)还包括所述低电导基底(4b)中的导电夹杂物(4a)，所述导电夹杂物(4a)是硅丝，并且所述导电夹杂物(4a)中的至少一部分是按如下方式进行电互连的：所述导电夹杂物(4a)形成从所述背表面(3)到所述前表面(5)的电荷载流子传输路径，以使得所述背表面(3)电连接到所述前表面(5)。
2.根据权利要求1所述的太阳电池，其中，所述太阳电池包括布置于所述第一表面(1a)上的第一异质层以及布置于所述第二表面(1b)上的第二异质层(40)。
3.根据权利要求1所述的太阳电池，其中，所述光吸收硅层(1)包括与钝化接触层叠层(2)的掺杂类型相同的至少一个高度掺杂层(100)，所述钝化接触层叠层(2)包括所述异质层(4)，所述异质层(4)是掺杂的，所述至少一个高度掺杂层(100)的特征在于，高度掺杂区域还包括掺杂类型与所述异质层(4)的掺杂类型相反的杂质，所述掺杂类型相反的杂质的峰值浓度比所述掺杂类型相同的杂质的峰值浓度低至少2倍。
4.一种根据权利要求1所述的太阳电池的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
a)提供掺杂浓度小于1E17cm-3的掺杂硅片；
b)在所述掺杂硅片的至少一侧上应用表面纹理；
c)在化学溶液中清洗所述掺杂硅片；
d)生长包含至少一个异质层(4)的层叠层(2)，所述异质层(4)包括所述低电导基底(4b)和所述导电夹杂物(4a)；
e)在1秒至600分钟期间，提供温度范围为300℃至1100℃的第一退火步骤。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其中，在步骤d)或步骤e)期间，或者在步骤e)之后，通过所述异质层(4)将氢或氟传输到所述光吸收硅层(1)，或传输到被沉积在所述光吸收硅层(1)上的任何层中的至少一层。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，通过覆盖层(12)和/或通过所述异质层(4)将氢或氟分布到被沉积在所述光吸收硅层(1)上的层中的至少一层，和/或分布到所述第一表面(1a)或所述第二表面(1b)，和/或分布到所述光吸收硅层(1)的内部。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的制造方法，其中，在步骤c)与步骤d)之间执行包括步骤c1至c2的附加步骤：
c1)移除由在步骤c)中执行的所述清洗所产生的表面氧化层；
c2)在所述第一表面(1a)或所述第二表面(1b)上布置薄缓冲层(10)，所述薄缓冲层包括下列材料中的一种：硅基氧化物、硅基氮化物、AlOx、HfOx、AlHfOx、AlNx、TiNx、ZrOx、Y2Ox、AlSiOx、HfSiOx、AlHfSiOx，
非晶Si化合物，其中至少一种化合物可以包含氢、氟、磷、硼。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，其它步骤c3)取代步骤c2)或跟在步骤c2)之后，所述步骤c3)包括：将所述第一表面(1a)和/或所述第二表面(1b)暴露于HNO3和/或紫外光和/或O3，和/或含氧等离子体和/或O2和/或H2O中。
9.根据权利要求4至6中任一项所述的制造方法，其中，步骤d)包括在所形成的层叠层(2)上布置覆盖层(12)。
10.根据权利要求4至6中任一项所述的制造方法，其中，在步骤e)之后执行其它步骤e1)至步骤e2)：
e1)在所生长的层叠层(2)上布置至少一个覆盖层(12)；
e2)在1秒至600分钟期间，执行温度范围为300℃至1100℃的第二退火步骤，其中，氢或氟从覆盖层(12)或所述异质层(4)分布到被沉积在所述光吸收硅层(1)上的层中的任何一层，或分布到所述第一表面(1a)或所述第二表面(1b)或分布到所述光吸收硅层(1)的内部。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中：
-在步骤e)或e1)或e2)之前，在所述第二表面(1b)上布置含氢层，以及
-在步骤e)或e1)或e2)中的至少一个步骤期间，所述含氢层释放氢，并且所述氢通过所述光吸收硅层(1)传输到所述第一表面(1a)。
12.根据权利要求10所述的制造方法，其中：
-在步骤e)或e1)或e2)之前，在所述第二表面(1b)上布置含氟层，以及
-在步骤e)或e1)或e2)中的至少一个步骤期间，所述含氟层释放氟，并且所述氟通过所述光吸收硅层(1)传输到所述第一表面(1a)。
13.根据权利要求10所述的制造方法，该制造方法包括以下步骤：在穿过所述异质层(4)将氢和/或氟传输到所述光吸收硅层(1)或在所述光吸收硅层(1)上形成的任何层之后，至少部分移除所述覆盖层(12)。
14.根据权利要求4所述的制造方法，其中，在步骤c)之后执行附加步骤，该附加步骤包括在所述第一表面(1a)上限定优先生长所述导电夹杂物(4a)的位置。
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