TW201312778A - 太陽能電池以及用於製造太陽能電池之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種太陽能電池，其具有一個晶體矽內晶片、至少一個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層、以及在該至少一個矽內晶片表面與該至少一個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層之間的至少一個由矽或矽摻合物組成的鈍化層。此外，本發明還係關於一種用於生產這類太陽能電池的方法。本發明的目的是，提供一種上述類型的太陽能電池，其優勢之處在於增大的開路電壓。另一個目的是提出一種用於生產此類太陽能電池的方法。這個目的一方面是透過上面所展現的類型的太陽能電池來實現的，其優勢之處在於，該鈍化層具有矽-單氫分子基團(Si-H)和二氫化矽分子基團(Si-H2)，其中在該鈍化層的一個比較體積中，二氫化矽分子基團的數量(nSi-H2)對二氫化矽分子基團和一氫化矽分子基團((nSi-H2)+(nSi-H))總數的一個比值(Q)大於0.4，□。本發明的目的還是透過一種用於製造上面所述類型的太陽能電池的方法來實現的，其優勢之處在於，該鈍化層是在一種電漿放電方法的多個步驟中沉積的，使得所生產的鈍化層具有矽-單氫分子基團(Si-H)和二氫化矽分子基團(Si-H2)並且在一個比較體積中，二氫化矽分子基團的數量(nSi-H2)對二氫化矽分子基團和一氫化矽分子基團((nSi-H2)+(nSi-H))總數的一個比值大於0.4，□。
Description
本發明係關於一種太陽能電池，其具有一個晶體矽晶片、至少一個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(Siliziumlegierungsschicht)、以及在該至少一個矽晶片表面與該至少一個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層之間的至少一個由矽或矽摻合物組成的鈍化層。此外，本發明還係關於一種用於生產這類太陽能電池的方法。
太陽能電池是半導體構造元件，入射到其中的光產生電子-電洞對。透過光照射產生的電荷載體，也就是自由電子和電洞，透過在太陽能電池中形成的電場被導向外部的接觸電極，並且在這些外部電極上提供給電力消耗物。為了在太陽能電池中形成電場，需要至少一個p-摻雜或一個n-摻雜的半導體層。然而，在高度發展的太陽能電池中，還部分地使用其他的層，例如第二個p-或n-導電層，用於在串列的太陽能電池中形成第二個p-n過渡區，或者高度摻雜的背側層，該背側層向背側電極施加電場。
為了在太陽能電池中的電場內實現有效的光能轉化，重要的是，在太陽能電池中產生的電荷載體在該太陽能電池內以盡可能低的機率進行重結合。重結合應理解為是電子和電洞的重新組合，其中喪失了在太陽能電池外部使用的、分離出的電荷載體。電荷載體的重結合較佳是在所謂
的重結合中心處進行的，這些中心例如可以是在半導體晶體中缺陷位置上或者所沉積的層的晶粒邊界處的不飽和鍵。但是這些重結合中心不僅透過減少電荷載體而降低光電流，而且它們還作為太陽能電池半導體的帶隙中的缺陷位置其作用並且由此使太陽能電池的多種重要特徵劣化，例如提供暗電流並且減少開路電壓(Voc)。於是例如由檔EP 1460693 B1和US 7,030,413 B2已知所謂的矽-異質接面-太陽能電池，其中在一個晶體矽基片或矽晶片(c-Si)與一個非晶的、與該矽晶片相反摻雜的層之間的一個p-n異質過渡區中非常薄的、固有的、非晶的含氫矽中間層(a-Si：H層)能夠實現對重要的太陽能電池參數的改進。這個a-Si：H層典型地借助於電漿輔助的化學氣相沉積(PECVD)或類似方法來沉積。
為了實現高開路電壓以及由此實現太陽能電池的高效率，必須盡可能良好地透過該薄的固有的a-Si：H層來鈍化晶體矽基片(c-Si)的晶片表面。a-Si：H層鈍化c-Si表面主要是透過氫化開放的矽鍵位置(懸空鍵)，這導致表面缺陷密度的降低。
為了實現更好的鈍化，例如透過Hyun Jin Yang、Kwang-sun Ji、Junghoon Choi和Heon Min Lee在他們的文章「以晶體體積分化的形式在a-Si：H/c-Si介面的表面鈍化上之退火效應(Annealing effect on surface passivation of a-Si：H/c-Si interface in terms of crystalline volume fraction)」，於當今應用物理(Current Applied Physics)10
(2010)第375-378頁中提出，在n-摻雜的晶體矽基片(c-Si)上沉積固有的a-Si：H層隨後退火，由此進行a-Si：H層中的可移動氫的活化以及朝向該晶體基片與該非晶的層之間的介面上重排，在此氫在晶體矽的開放的鍵(懸空鍵)上被捕獲並且由此實現了晶體矽的更好的鈍化。
然而太陽能電池的開發還沒有結束，而是需要對太陽能電池的更多改進和效率上的提高。
因此，本發明的目的是，提供一種上述類型的太陽能電池，其優勢之處在於增大的開路電壓。另一個目的是提出一種用於生產此類太陽能電池的方法。
這個目的一方面是透過上面所展現的類型的太陽能電池來實現的，其優勢之處在於，該鈍化層具有一氫化矽分子基團(Si-H)和二氫化矽分子基團(Si-H2)，其中在該鈍化層的一個比較體積(Vergleichsvolumen)中，二氫化矽分子基團的數量(nSi-H2)對二氫化矽分子基團和一氫化矽分子基團((nSi-H2)+(nSi-H))總數的一個比值(Q)大於0.4，
已經出人意料地發現，在鈍化層中僅以現有技術所傳承的形式提供一氫化矽分子基團是不夠的。在根據本發明的太陽能電池中，相對於由現有技術已知的、具有一氫化矽分子基團的鈍化層而言，含氫的鈍化層的有利效果透過提供處於二氫化矽分子基團的形式的氫而顯著提高。二氫
化矽分子基團的產生要求高度發展的、專用的生產方法。透過實驗性應用的生產方法製成了多個層，其中氫作為一氫化矽和二氫化矽分子基團兩者存在。太陽能電池的電學特徵(其中測試了具有不同二氫化矽分子基團和一氫化矽分子基團濃度的鈍化層)已經表明，有利的是使該表面形成為具有大於0.4的二氫化矽分子基團對二氫化矽分子基團和一氫化矽分子基團總和的比值。在此沒有提出二氫化矽分子基團的濃度上限，這樣在根據本發明的極端情況下氫在鈍化層中可以僅鍵合在二氫化矽分子基團中，其中在這種特殊情況下二氫化矽與一氫化矽分子基團的比值等於1。較大的二氫化矽分子基團比值是對這些層較高品質的一種標誌。因此，二氫化矽對存在的所有二氫化矽和一氫化矽分子基團的比值也表明了品質因數或Q-因數。在實驗中產生了良好的太陽能電池，測得其Q-因數是0.57、0.6或0.63，因此Q-因數>0.57是特別較佳的。
為了測量矽-氫分子基團的濃度，已經證明在實驗室條件下有用的是紅外光譜法，例如作為遲滯的總反射測量。舉例而言，一氫化矽分子基團具有在1980 cm-1與2020 cm-1之間的吸收線，而二氫化矽分子基團具有在2080 cm-1與2120 cm-1之間的吸收線。根據本發明用於表示鈍化層特徵的Q-因數可以是由紅外吸收光譜測定的。然而，為了表示鈍化層特徵，還可以使用其他的直接或間接測量方法。其他的測量方法例如有高解析度的二次離子質譜法(SIMS)、歐傑電子能譜法(AES)、橢圓光譜法、擴散反射
紅外傅氏光譜法(DRIFTS)、拉曼光譜法、彈性回跳量測法(ERDS)、核反應分析(NRA)、電子光譜化學分析法(ESCA)或者掃描顯微方法。
在根據本發明的太陽能電池的一個改進方案中，n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層和/或該鈍化層具有處於Si-C鍵中的碳原子。尤其是在該太陽能電池的設置有入射太陽輻射的一側，已經證明有利的是安裝多個具有比矽更大帶隙的層。成功檢測的層例如為包含處於碳化矽鍵中的碳的碳化矽層或矽層。與已有的碳化矽鍵相關聯的、較小的光學吸收度導致更多的光進入太陽能電池中晶體矽核並且由此得以更有效地使用。這種特性不僅對於參與pn-或pin-過渡區形成的p-或n-摻雜的矽或矽摻合物層有利，而且對鈍化層也有利。在此碳原子在這些層中的濃度也可以具有梯度。
在根據本發明的太陽能電池的另一個實施方式中，n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層和/或該鈍化層具有處於Si-O鍵中的氧原子。矽-一氧鍵的產生同樣導致與矽層相比更大的帶隙並且導致這些層更大的光學透明性。氧摻雜在此不僅用於所討論的n-或p-摻雜的矽或矽摻合物，而且還用於該鈍化層。還有可能在層中不僅設置有矽碳鍵，而且還有矽氧鍵。在此能夠對碳和氧原子設置不同的梯度，例如為了能夠最佳地滿足導電性要求、光學透明性要求和結晶度要求。
在根據本發明的太陽能電池的不同設計中，該至少一
個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層和/或該鈍化層是一種非晶的、原生結晶質的(protokristalline)、奈米晶的或微米晶的層。所使用的層的結晶度對太陽能電池的電特徵以及太陽能電池的退化具有不同的影響。在此，一個特定的結晶度並沒有一定的好壞，而是與不同的優點和缺點相關。選擇一個特定的結晶度在此典型地是在這些不同的優點和缺點之間確定一個折衷。非晶層的優點是，例如，較高的光學透明性和較小的缺陷位置密度，與之相關聯的是較大的起始電效率。與此相反，其缺點是這些層的較強的退化，這在長年使用該太陽能電池時能夠導致太陽能電池的功率的大幅度降低。層的有些特性，例如光學透明性，對於太陽能電池正面的、光入射到其中的層而言是最重要的，然而對於太陽能電池背面而言沒有意義或意義很小。因此，有可能的是，對於太陽能電池的正面層而言最佳的結晶度是與太陽能電池背面上一個層的最佳結晶度不同的。
在根據本發明的太陽能電池的一個有利實施方式中，該至少一個鈍化層是一個固有的層。固有在此表示，該層不是在生產太陽能電池時有目的地p-或n-摻雜。該鈍化層在此可以是一個僅幾個原子層的薄層並具有幾個埃米或若干奈米的厚度，它設置在一個n-傳導區域和一個p-傳導區域之間的過渡區域中。雖然加入了該未摻雜的鈍化層，但該pn-過渡區可以具有比沒有插入鈍化層的pn-過渡區更好的特性。具有所謂的pin-過渡區的太陽能電池也是已知的，其中在一個n-傳導層與一個p傳導層之間設置有一個厚
的固有層，在該固有層中吸收實質部分的太陽輻射並且用於產生電子-電洞對。在一個這樣的太陽能電池類別中，富含二氫化矽的鈍化層自身可以形成整體的固有層，或者它還可以在這些p-或n-摻雜的矽或矽摻合物層與該固有層之間形成一個或兩個鈍化層。
在根據本發明的太陽能電池的另一個變化中，該至少一個鈍化層是一個至少部分摻雜的層。該鈍化層不一定要作為無摻雜的層進行沉積。還有可能以p-或n-摻雜方式沉積該鈍化層或者在沉積之後例如透過以受體或供體擴散而進行摻雜。由此產生了一個p-或n-摻雜的鈍化層，該鈍化層富含二氫化矽鍵。在不同的太陽能電池中，該鈍化層僅在部分表面上進行摻雜，例如在有些太陽能電池中在與電極的接觸區域中產生大幅度的摻雜，作為所謂的選擇性發射極。在此有可能，在生產這些局部摻雜區域的過程中還進行該鈍化層的局部摻雜。
根據本發明的另一方面，本發明的目的是透過一種用於製造上面所述類型的太陽能電池的方法來實現的，其優勢之處在於，該鈍化層是在一種電漿放電方法的多個步驟中沉積的，使得所生產的鈍化層具有矽-單氫分子基團(Si-H)和二氫化矽分子基團(Si-H2)並且在一個比較體積中，二氫化矽分子基團的數量(nSi-H2)對二氫化矽分子基團和一氫化矽分子基團((nSi-H2)+(nSi-H))總數的一個比值(Q)大於0.4，
也就是，為了生產該鈍化層，使用了一種高度發展的
電漿沉積方法，它具有多個步驟。透過這種方法有可能在該鈍化層中生產二氫化矽分子基團。在此，置入該鈍化層中的氫的大部分是在二氫化矽分子基團中提供的，在其中可以測量到，二氫化矽分子基團的數量與矽二氫分子基團和一氫化矽分子基團的總數的比值是大於0.4。一氫化矽分子基團數量的測量是根據所使用的測量方法在一個確定的試樣面積上進行的，將該面積乘以層厚度就得出了試樣體積。這個試樣體積即是該比較體積，在其中獲得了這些測量值並且產生了彼此間的比值。
在該方法的一個改進方案中，在沉積時n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層和/或鈍化層至少有時採用一種碳前驅物，其中透過使用這種碳前驅物，所產生的n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層和/或所產生的鈍化層具有處於SiC鍵中的碳原子。雖然在該方法的基本變化中該n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層和/或該鈍化層以氫化的矽的形式沉積，但在該方法的這個改進方案中，還在該層中置入了碳，這樣形成了碳化矽(SiC)或具有碳化矽鍵的層。這些碳首先作為碳前驅物在氣相中提供。常用的碳前驅物例如是甲烷。透過在這個或這些層中置入碳鍵，實現了更大的帶隙，這能夠有利地影響所製造的太陽能電池的電特性。特別有利的是，將具有比矽更大帶隙的層用在太陽能電池的、暴露於太陽輻射的正面上。然而具有大帶隙的層還可以用於太陽能電池的背面，這可以是例如出於以下原因：在一個單次沉積過程中用雙面的塗覆來進行簡單且成本低廉的最終製造。
在根據本發明方法的另一個實施例中，在沉積時n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層和/或鈍化層至少有時採用一種氧前驅物，其中透過使用這種氧前驅物，所產生的n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層和/或所產生的鈍化層具有處於Si-O鍵中的氧原子。一氧化矽是一種光學透明且具有傳導能力的材料，它具有較大的帶隙。因此可以有利地使用一氧化矽或者帶有一氧化矽鍵的、氧摻雜的矽來製造太陽能電池。
根據本發明的一個方面，根據本發明的方法是如此實施的：在沉積該鈍化層(4，4’)時，採用矽烷-電漿沉積步驟和H2電漿處理步驟的一種交替的順序。在本發明的方法的這種實施方式中，在獨立的步驟之間短暫中斷電漿放電。透過這種進行方式，其中總是有時間間隔地對將要產生的鈍化層的沉積層進行氫處理，提高了該鈍化層的總氫含量以及在該層中SiH2對SiH的比值(相對於簡單的矽烷-電漿沉積)。這進而導致在所沉積的鈍化層中少數載流子壽命的提高，這是由於在晶體矽基片與非晶的鈍化層之間介面的良好氫化，在後續的退火之前或開始時這種氫化就已經存在。
在本發明的方法的另一個較佳設計中，在沉積該鈍化層時，在該電漿放電過程的所有步驟期間，使用了一種連續燃燒的、作用在該鈍化層上的電漿。也就是說，在根據本發明的方法的這個實施方式中，在層沉積過程中，即使層沉積的參數有時間間隔地變化，電漿放電也是不中斷的。透過電漿輔助的沉積，可以在相對較低的溫度下對用於
層沉積的前驅物進行有效的活化和轉化。由於在電漿輔助的製程中同時有高的品質和成本低廉的沉積作用，所以較佳將其用於生產太陽能電池。在此當以多個步驟沉積層時，該電漿通常是在確定的步驟中點燃並且在其他步驟中關閉。然而，在本發明方法的較佳變化中，該電漿在多個彼此相繼的步驟中連續地燃燒。透過電漿的連續工作，避免了來自電漿的微粒的移動的統計學分散。透過定義良好的、連續燃燒的電漿，能夠有目的地製造富含二氫化矽的鈍化層。
在本發明方法的一個有利變化中，在用於沉積鈍化層的電漿放電製程的一個後續步驟中，該步驟跟隨在該電漿放電製程的一個先前步驟之後，相對於各自對應的先前步驟的沉積參數來改變至少一個可變化的沉積參數，該參數選自：過程壓力，電功率，以及前驅物氣體流量。在沉積方法中的不同步驟的區別在於至少一個改變了的沉積參數。也就是，在一個後續步驟中，這些沉積參數中的至少一個是與先前步驟不同的。對所製造的層具有影響並且由此用於有目的地調節特定層特性的、重要的沉積參數是：過程壓力，用於製造電漿的電功率，以及前驅物氣體流量，該流量與其他前驅物氣體流量一起例如對沉積氣氛的組成有影響。在不同的步驟中可以對所製造的層產生不同的影響。例如，在一個第一步驟中可以進行表面調節，在一個第二步驟中可以在調節過的表面上進行沉積，而在一個第三步驟中對先前沉積的部分層進行後處理。
沉積參數的改變在此可以在不同步驟中分步進行。在本發明方法的另一個變化中，可改變的沉積參數在至少一個步驟中是連續地增大或減小的。在該方法的這個變化中沒有跳躍性地改變一個或多個沉積參數，而是將其連續地改變。這種改變可以造成該改變的參數的逐漸變大或逐漸變小。在此，沉積參數的連續改變可以有目的地使用，例如為了相應地實現一個梯度。然而，連續的變化可以也可以由技術上的特定的邊界條件造成。例如，沉積室中一種物料的濃度不能跳躍性地改變，而是該濃度僅能夠以受限的變化速度來減小或增大。
在本發明的方法的一個特別較佳的實施方式中，在該用於沉積鈍化層的電漿放電製程的一個第一步驟中，將一種矽前驅物氣體流和一種氫氣流導入一個處理室，並且在一個第二步驟中點燃一個電弧，其中該電漿以一種起始功率脈衝點燃，該脈衝是足夠大的以避免該鈍化層在該晶體矽核上的外緣生長。該電漿功率對該電漿輔助的沉積製程的沉積速度有直接影響。在高沉積速度下，在矽晶上的外緣生長可能性更低。當不希望外緣生長時，例如因為要製造一個非晶或奈米晶的層，那麼可以借助於電漿功率實現一個具有所希望結晶度的、確定的起始沉積作用。在技術上，脈衝的形成可以透過一個非常短的脈衝時間和明確的脈衝參數來實現，這樣雖然所使用的功率較高，但可沉積一個非常小的、與目標厚度偏差很小的層厚度。在脈衝過程中所沉積的層厚度可以例如小於一個單層或在幾個單層
的範圍內。功率脈衝的詳細的技術特徵取決於一系列的因素，例如所使用的材料、表面的純度以及所採用的脈衝源。然而，在電漿沉積的領域中工作的技術人員，能夠基於其專業知識來適當地確定該起始功率脈衝。
在本發明方法的一個特別較佳的實施方式中，在用於沉積鈍化層的電漿放電製程的一個步驟中，在矽前驅物氣體流、氫氣體流和電漿的參與下沉積了鈍化層的一個子層，並且在另一個步驟中保持氫氣體流和電漿不變而將矽前驅物氣體流減少或關閉。在這種方法變化中，一個層(例如一個矽層或一個碳化矽層)的沉積是在層中(lagenweise)進行的，並且隨後將剛剛沉積的該層(Schicht)的位置(Lage)進行電漿處理。這兩個步驟不需要明確地彼此分離，而是也可以在首先所述的步驟中用較高的沉積速度進行沉積而在另一個步驟中以較低的沉積速度進行沉積，使得氫處理效果在這個步驟中占主導而在該氫處理過程中進行較少的進一步的沉積。該方法的詳細的執行方式取決於很多因素並且相關的技術人員能夠基於其專業知識來確定細節。
在這種方法實施方式的一個改進方案中，用於沉積鈍化層的該電漿放電製程作為一個在層中的層生產方法來實行，其中所述兩個步驟的序列至少重複一次。透過這種在層中的生產方法，可以例如透過氫電漿後處理來實現每個子層的品質，並且透過多個子層的上下設置能夠在所希望的品質下產生所希望的層厚度。
圖1在示意性的橫截面圖中展示了一個本發明太陽能電池1的實施例。該太陽能電池1的這些獨立的元件的比例為了展示而進行了適當的縮放，其中這些獨立的元件不是按比例繪製的。所展示的太陽能電池1具有一個晶體的矽核2，該矽核在所展示的實施例中是p-摻雜的。在另一個未展示的本發明實施例中，該晶體矽核2也可以是n-摻雜的或固有的，即沒有用受體或供體摻雜的。在圖1所示的本發明太陽能電池1的實施例中，此外還存在兩個摻雜的矽或矽摻合物層3和3’，其中該矽或矽摻合物層3與晶體的矽核2相反，即在所展示的實施例中是n-摻雜的。摻雜的半導體層3’與此相對是p-摻雜的，其中在摻雜的矽或矽摻合物層3’中摻雜程度是大於在p-摻雜的晶體矽核2中的摻雜。在晶體矽核2與摻雜的矽或矽摻合物層3和3’之間分別存在一個鈍化層4，該鈍化層在所展示的實施例中是一個固有的、氫化的、非晶的矽層。
理論上說，當去掉鈍化層4和4’時，本發明的太陽能電池1也可能起作用。在這種情況下有可能在矽核2與摻雜的矽或矽摻合物層3、3’之間存在介面。鈍化層4、4’是氫化的矽層，其中置入了許多氫。氫在此大部分是以形成二氫化矽分子基團的方式鍵合到矽原子上的，其中二氫化矽鍵與二氫化矽和一氫化矽鍵的總和之比值Q是大於0.4。
存在於二氫化矽分子基團中的氫已經證明是實現非常
好地鈍化的太陽能電池的關鍵。鈍化應理解為是自由鍵合位置(即所謂的“懸空鍵”)的飽和，這例如是透過在鍵合位置上鍵合氫而進行的。在介面上富含二氫化矽(這是透過鈍化層4、4’來構成的)的本發明太陽能電池，其優勢之處在於有利的電特徵，例如高的開路電壓(Voc)以及較小的反向暗電流，並且總體上的優勢之處在於較大的光電效率。
在圖1中所示的本發明太陽能電池1的實施例中，在太陽能電池1的正面10上對太陽能電池1的外部連接是透過一個透明的、能夠傳導的氧化物層5並透過金屬質的正面接觸部7來進行的。正面10在此定義為太陽能電池1的、提供有入射太陽輻射9的一側。在其背面上，處於圖1中所示的實施例中的本發明太陽能電池1具有一個透明的、能夠傳導的背面氧化物層6以及一個完全平坦的背面接觸部8用於進行接觸。背面接觸部8是一個金屬層，該金屬層除了電接觸之外還用於對未使用而穿過太陽能電池1的光進行反射。
除了本發明太陽能電池1的實施例的所展示的類型以外，還存在許多其他的、未展示的本發明太陽能電池的實施例。在本發明太陽能電池1的一個未展示的實施例中，例如所有的接觸部都安排在太陽能電池1的背面11上，於是其中要求晶體矽核2和p-或n-摻雜的矽或矽摻合物層3、3’的局部摻雜和接觸。
在本發明太陽能電池1的另一個未展示的實施例中，太陽能電池1構成為所謂的串列太陽能電池，其中在一個
第一太陽能電池的正面上構成了另一個太陽能電池，使其光譜靈敏度與第一太陽能電池不同並且具有一個自身的pn-過渡區或pin-過渡區。
圖2展示了所測量的紅外吸收光譜12的一個實例，該實例是在一個本發明太陽能電池1的實施方式中測量的。在此繪製了該紅外吸收度A對波數W的曲線。所測量的吸收光譜12能夠透過對於一個波數在2080+/-20 cm-1的Si-H2紅外吸收線以及一個波數在2000+/-20 cm-1的Si-H分子基團的紅外吸收線的模型曲線而得以解釋。從這些模型面積的大小比值可以根據下式計算出一個Q-因數：
對本發明的太陽能電池1而言，該因數大於0.4是其特徵。非常特別有利的是，能夠將該因數Q設定為一個高於0.5的值。在高於0.6的Q值時獲得了更好的結果。因數Q越大，鈍化層4、4’的鈍化特性越好，並且能夠實現對根據本發明製造的太陽能電池的效率的相應正面的影響。
圖3示意性展示了一個電漿輔助的層沉積序列，用於在一個單晶矽核2上生產氫化的鈍化層4、4’。圖3中的圖表展示了功率P與處理時間t的關係。在此進行了由矽烷-電漿沉積步驟和H2-電漿處理步驟組成的一種交替的序列。在所展示的實施例中，其中在所採用的步驟的數量、長度和順序以及所採用的功率方面僅例示性地而並非限制性地實施，該沉積製程分為三個較短的矽烷-電漿沉積步驟，這些步驟各自跟隨有H2電漿處理步驟。透過這種方
式，提高了鈍化層中的氫濃度，由此特別能夠用氫將在晶體基片與鈍化層之間的介面良好地飽和，這進而導致該鈍化層4、4’的鈍化特性的顯著改進。即使沒有後續的退火或在較小的後續退火時間下，也能夠透過如在圖3中示意性展示的製程過程來顯著提高少數載流子的壽命。
1‧‧‧太陽能電池
2‧‧‧矽核
3，3’‧‧‧摻雜的矽或矽摻合物層
4，4’‧‧‧鈍化層
5‧‧‧氧化物層
6‧‧‧背面氧化物層
7‧‧‧正面接觸部
8‧‧‧背面接觸部
9‧‧‧入射太陽輻射
10‧‧‧正面
11‧‧‧背面
12‧‧‧紅外吸收光譜
21‧‧‧表面
22‧‧‧表面
下面借助附圖更詳細地說明本發明的較佳實施方式、其構造、功能和優點，其中：圖1示意性地展示了一個本發明太陽能電池的實施例的橫截面；圖2展示了對一個本發明太陽能電池測量的、具有模型曲線(Modellkurven)的紅外吸收譜圖；並且圖3示意性地展示了用於在晶體矽核上生產鈍化層的一種可能的本發明製程序列。
1‧‧‧太陽能電池
2‧‧‧矽核
3，3’‧‧‧摻雜的矽或矽摻合物層
4，4’‧‧‧鈍化層
5‧‧‧氧化物層
6‧‧‧背面氧化物層
7‧‧‧正面接觸部
8‧‧‧背面接觸部
9‧‧‧入射太陽輻射
10‧‧‧正面
11‧‧‧背面
21‧‧‧表面
22‧‧‧表面
Claims (15)
- 太陽能電池(1)，具有：一個晶態的矽核(2)，至少一個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)，以及在該矽核(2)的至少一個表面(21，22)與該至少一個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)之間的至少一個由矽或矽摻合物組成的鈍化層(4，4’)，其特徵在於，該鈍化層(4，4’)具有矽-單氫分子基團(Si-H)和二氫化矽分子基團(Si-H2)，其中在該鈍化層(4，4’)的一個比較體積中，二氫化矽分子基團的數量(nSi-H2)對二氫化矽分子基團(nSi-H2)和一氫化矽分子基團(nSi-H)總 數的一個比值(Q)大於0.4，
- 根據申請專利範圍第1項所述的太陽能電池，其中，該n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)和/或該鈍化層(4，4’)具有處於Si-C鍵中的碳原子。
- 根據申請專利範圍第1項或第2項所述的太陽能電池，其中，該n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)和/或該鈍化層(4，4’)具有處於Si-O鍵中的氧原子。
- 根據以上申請專利範圍中任何一項所述的太陽能電池，其中，該n-或p-摻雜的矽和/或矽摻合物層(3，3’)和/或該鈍化層(4，4’)是一種非晶的、原生結晶質的、奈米晶的、或微米晶的層。
- 根據以上申請專利範圍中任何一項所述的太陽能電池，其中，該鈍化層(4，4’)是一個固有的層或者一個至少 部分摻雜的層。
- 用於生產太陽能電池(1)的方法，該太陽能電池具有：一個晶態的矽核(2)，至少一個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)，以及在該矽核(2)的至少一個表面(21，22)與該至少一個n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)之間的至少一個由矽或矽摻合物組成的鈍化層(4，4’)，其特徵在於，在一種電漿放電製程的多個步驟中沉積該鈍化層(4，4’)，使得該鈍化層(4，4’)具有矽-單氫分子基團(Si-H)和二氫化矽分子基團(Si-H2)以及在該鈍化層(4，4’)的一個比較體積中的二氫化矽分子基團的數量(nSi-H2)對二氫化矽分子基團(nSi-H2)和一氫化矽分子基團(nSi-H)總數 的一個大於0.4比例(Q)，。
- 根據申請專利範圍第6項所述的方法，其中，在沉積時該n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)和/或該鈍化層(4，4’)至少間歇性地採用一種碳前驅物，其中透過使用這種碳前驅物，所產生的n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)和/或所產生的鈍化層(4，4’)具有處於SiC鍵中的碳原子。
- 根據申請專利範圍第6或第7項所述的方法，其中，在沉積時該n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)和/或該鈍化層(4，4’)至少間歇性地採用一種氧前驅物，其中透過使用這種氧前驅物，所產生的n-或p-摻雜的矽或矽摻合物層(3，3’)和/或該鈍化層(4，4’)具有處於SiO鍵中的氧 原子。
- 根據申請專利範圍第6項至第8項中任何一項所述的方法，其中，在沉積該鈍化層(4，4’)時，採用矽烷-電漿沉積步驟和H2電漿處理步驟的一種交替的順序。
- 根據申請專利範圍第6項至第8項中任何一項所述的方法，其中，在沉積該鈍化層(4，4’)時，在該電漿放電製程的所有步驟的過程中，使用一種連續燃燒的、作用在該鈍化層(4，4’)上的電漿。
- 根據申請專利範圍第10項所述的方法，其中，在用於沉積該鈍化層(4，4’)的電漿放電製程的一個後續步驟中，該步驟跟隨在該電漿放電製程的一個先前步驟之後，相對於各自對應的先前步驟的沉積參數來改變至少一個可變化的沉積參數，該參數選自：過程壓力，電功率，以及前驅物氣體流量。
- 根據申請專利範圍第11項所述的方法，其中，該至少一個可變化的沉積參數在該電漿放電製程的至少一個步驟中是連續變大或變小的。
- 根據申請專利範圍第11項所述的方法，其中，在該用於沉積該鈍化層(4，4’)的電漿放電製程的一個第一步驟中，將一種矽前驅物氣體流和一種氫氣體流導入一個處理室，並且在一個第二步驟中點燃一個電弧，其中該電漿以一種起始功率脈衝點燃，該脈衝是足夠大的以避免該鈍化層(4，4’)在該晶體矽核(2)上的外緣生長。
- 根據申請專利範圍第12項或第13項所述的方法 ，其中，在該用於沉積該鈍化層(4，4’)的電漿放電製程的一個步驟中，在矽前驅物氣體流、氫氣體流和電漿的參與下沉積了該鈍化層(4，4’)的一個子層，並且在另一個步驟中保持該氫氣體流和電漿不變而將該矽前驅物氣體流減少或關閉。
- 根據申請專利範圍第14項所述的方法，其中，該用於沉積該鈍化層(4，4’)的電漿放電製程作為一種在層中的層生產方法來實行，其中所述兩個步驟的序列至少重複一次。
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