TWI750255B - 在前面觸點間包括透明導電層之結晶系太陽能電池及用於製造此種太陽能電池之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種單面或雙面結晶系太陽能電池，在其前面上之整個區域上方，一第一表面鈍化層直接配置於半導體介面上，且在此上面，一第一光學不透明導電材料在第一橫向區中配置為一前面觸點，且一第一光學透明導電材料僅配置於第二橫向區中。該第一光學透明導電材料導電地連接至該前面觸點及該太陽能電池之該半導體材料之一第一區。根據本發明之方法提供僅在已施覆該第一光學不透明導電材料之後施覆該第一光學透明導電材料，使得避免燒製該前面觸點。尤其有利地，直接在將一第一抗反射層沈積於該太陽能電池之該前面上之前藉由PECVD且在相同系統中將該第一光學透明導電材料施覆為一摻雜金屬氧化物而不中斷真空。

Description

在前面觸點間包括透明導電層之結晶系太陽能電池及用於製造此種太陽能電池之方法
本發明係關於一種由一半導體材料製成之在前面上之電觸點間具有一透明導電層之結晶系太陽能電池，且係關於一種用於製造此類型之一太陽能電池之方法。
習知Si太陽能電池由一單晶或多晶半導體材料之兩個相反摻雜區組成。藉由將摻雜劑引入至半導體材料中，或藉由將由相同半導體材料製成之一層施覆至半導體材料之一第一層而產生兩個區之間的一直接pn接面，第二層具有與第一層之摻雜相反之一摻雜。此類型之一太陽能電池亦稱為一同質接面電池，其與由不同半導體材料組成或在n層與p層之間具有另一本質層(pin接面)之一異質接面電池相反。在此內容背景中，半導體之任何其他結構(例如，非晶系而非結晶系)被視為一不同半導體材料。太陽能電池之相反摻雜區電接觸，在許多太陽能電池中，觸點經配置於半導體材料之相互對置的表面上，換言之，太陽能電池之前面及背面上。為改良太陽能電池之效能，通常使用介電層鈍化半導體材料之表面，此等鈍化層在太陽能電池之前面上(即，在指向光源之面上)係透明的且通常亦具有一抗反射效果或補充有一抗反射層。 電觸點至少在太陽能電池之正面上僅局部地形成，以因光學不透明導電材料(通常為一金屬)而僅略微阻礙光入射於半導體材料上。為此，將導電材料沈積於鈍化層上且隨後藉由使導電材料擴散穿過鈍化層直至半導體材料(燒製(firing))而產生電觸點。此導致導電材料與半導體材料之間的直接接觸。在高於560°C至600°C範圍內之溫度下實行燒製。 在一些類型之太陽能電池(例如，PERC電池，鈍化射極背面接觸)中，僅局部接觸太陽能電池之背面，而背面之剩餘橫向部分仍具備一介電鈍化層。在一些太陽能電池中，整個背面具備一鈍化層且藉由使電荷載子隧穿此層而實施電觸點(TOPCon電池，穿隧氧化物鈍化接觸)。此等措施用以減少導電材料(金屬)與半導體材料之間的接觸表面處之電荷載子重組。 為最小化半導體材料之表面處的邊界表面狀態之數目及效應，太陽能電池之射極(即，兩個半導體區之一者)經較少重摻雜，但此降低此區之導電率。在一高度摻雜射極中，薄片電阻在50 Ω至100 Ω (Ω/sq)之範圍內，而一輕摻雜射極具有在100 Ω至200 Ω (Ω/sq)之範圍內之一薄片電阻。用以解決此問題之一個方法係僅更重地摻雜射極之一小橫向部分(射極之該橫向部分定位於電觸點正下方)，使得此部分具有大約60 Ω (Ω/sq)之一薄片電阻。 在US 2010/0012179 A1中描述之另一方法係在半導體材料之整個區域上沈積一導電光學透明材料(例如，一透明導電氧化物(TCO))，其後接著一抗反射層，在該抗反射層上沈積一金屬且隨後燒製該金屬使其穿過該抗反射層。所獲得之結構之特徵在於太陽能電池之前面上的半導體材料在整個區域上方由導電光學透明材料接觸，該導電光學透明材料繼而導電地連接至金屬觸點。 然而，燒製導致層堆疊上之一重熱應力，此可導致半導體材料中之非所要效應以及導電光學透明材料之降級，而最終再次限制半導體材料之電接觸及太陽能電池之效能之改良。此外，燒製步驟涉及高成本及一高時間支出。此外，觀察到金屬黏著至導電光學透明材料之問題，此導致長期穩定性之降級及最終太陽能電池之失效。
因此，本發明之目的係提供一種減少先前技術之缺點且特定言之使太陽能電池之經改良效能及製造成本之一縮減成為可能之太陽能電池及用於製造此類型之一太陽能電池之方法。 此目的係藉由如技術方案1之一結晶系太陽能電池及如技術方案11之一方法而達成。在附屬技術方案中可找到有利發展及實施例。 根據本發明之一種結晶系太陽能電池包括：一半導體材料之一第一區，其具有一第一摻雜；該半導體材料之一第二區，其具有一第二摻雜；至少一個前面觸點，其由一第一光學不透明導電材料製成，該至少一個前面觸點在該太陽能電池之前面之第一橫向區中直接地或間接地導電接觸該半導體材料之該第一區；及至少一個背面觸點，其由一第二光學不透明導電材料製成，該至少一個背面觸點在該太陽能電池之背面之第一橫向區中直接地或間接地導電接觸該半導體材料之該第二區。光或電磁輻射至少經由該太陽能電池之該前面到達該太陽能電池之該半導體材料。該太陽能電池之該前面及該背面係該太陽能電池之相互對置的面或表面。選擇該第一摻雜及該第二摻雜使得該第一區與該第二區之間存在一pn接面。 根據本發明，由一第一光學透明導電材料製成之一層僅在第二橫向區中配置於該太陽能電池之該前面上的該半導體材料之該第一區上方且導電地連接至該至少一個前面觸點。電荷載子可行進通過之一第一表面鈍化層配置於由該第一光學透明導電材料製成之該層與該半導體材料之該第一區之間。因此，由該第一光學透明導電材料製成之該層與該半導體材料之該第一區間接地導電接觸。該太陽能電池之該前面之該等第二橫向區不同於該太陽能電池之該前面之該等第一橫向區。較佳形成為極薄之該表面鈍化層改良該半導體材料之表面之化學鈍化及/或降低該半導體材料之該表面處的邊界表面狀態之數目及/或效應。 在本申請案之意義內，一直接導電接觸理解為兩個導電材料或區之間的直接實體歐姆接觸。相比之下，間接導電接觸理解為其中另一材料或另一區(其亦為導電的，或其係介電質但經組態使得電荷載子可行進通過該介電材料或區)定位於該兩個導電材料或區之間的一接觸。特定言之，該介電材料或該介電區可經形成為如此薄使得電荷載子可隧穿其。 太陽能電池之一前面或背面之橫向區理解為具有太陽能電池之前面或背面之平面中的一界定範圍之太陽能電池之區。在太陽能電池之厚度方向上(換言之，在垂直地連接前面及背面之一方向上)，此等區各自從太陽能電池之前面或背面延伸直至半導體材料之相關聯表面。在前面或背面之一平面圖中，橫向區可具有任何所要形狀，例如，圓形、多邊形、直線等。 一光學透明材料理解為可使太陽能電池之半導體材料所吸收之一波長之光或電磁輻射行進通過且幾乎不吸收或反射該光或電磁輻射之一材料。相比之下，一光學不透明材料理解為吸收或反射太陽能電池之半導體材料所吸收之一波長之光或電磁輻射且幾乎不容許該光或電磁輻射行進通過之一材料。 由一第一光學透明導電材料製成之該層改良該太陽能電池之效能，此係因為其在該太陽能電池之該前面之該等第二橫向區中收集來自該半導體材料之該第一區之電荷載子，且由於其與該半導體材料之該第一區相比在橫向方向上具有更高導電率而比此項技術中可行更佳地將該等電荷載子耗散至該至少一個前面觸點。 較佳地，使用矽(特定言之單晶矽)作為該半導體材料。 較佳地，該第一表面鈍化層亦配置於該至少一個前面觸點與該半導體材料之該第一區之間。 在一較佳實施例中，由一電絕緣材料製成之一層在該太陽能電池之該背面之第二橫向區中配置於該半導體材料之該第二區上方，使得該半導體材料之該第二區在該等第二橫向區中特定言之與將該至少一個背面觸點連接至該太陽能電池外部的一電端子之一電連接線電絕緣。該太陽能電池之該背面之該等第二橫向區不同於該太陽能電池之該背面之該等第一橫向區。 在另一較佳實施例中，由一第二光學透明導電材料製成之一層在該太陽能電池之該背面之第二橫向區中配置於該半導體材料之該第一區上方且導電地連接至該至少一個背面觸點。在此情況中，由該第二光學透明導電材料製成之該層與該半導體材料之該第二區直接地或間接地導電接觸。該太陽能電池之該背面之該等第二橫向區不同於該太陽能電池之該背面之該等第一橫向區。 在剛剛描述之實施例中，該第二光學透明導電材料較佳亦配置於該半導體材料之該第二區與該背面觸點之間、換言之，亦在該太陽能電池之該背面之該等第一橫向區中。 類似於針對該太陽能電池之該前面所描述，電荷載子可行進通過之一第二表面鈍化層較佳配置於由該第二光學透明導電材料製成之該層與該半導體材料之該第二區之間及/或該背面觸點與該半導體材料之該第二區之間。在此內容背景中亦出現上文描述之優點。 其中一光學透明導電材料亦配置於太陽能電池之背面上之實施例對於其中光可從前面及背面兩者輻射至半導體材料中之雙面太陽能電池尤其有利。 較佳地，該第一光學透明導電材料及視情況該第二光學透明導電材料係選自由以下各者組成之群組：銦摻雜氧化錫、氟摻雜氧化錫、鋁摻雜及/或硼摻雜氧化鋅，及銻摻雜氧化錫。該第一光學透明導電材料及視情況該第二光學透明導電材料具有在2·103 S/m至100·103 S/m之範圍內之一導電率或在1·10-4 Ωcm至50·10-4 Ωcm之範圍內之一電阻率(表面電阻＜ 10 Ω/sq)。 較佳地，由該第一光學透明導電材料製成之該層及/或由該第二光學透明導電材料製成之該層具有在10 nm至100 nm之範圍內、尤其較佳在10 nm至50 nm之範圍內之一厚度。若由該第二光學透明導電材料製成之該層亦配置於該至少一個背面觸點與該半導體材料之間，則此層在該太陽能電池之該背面之該等第一橫向區中之厚度亦可減小且例如僅大於或等於該層在該太陽能電池之該背面之該等第二橫向區中之厚度之10%。 由該第一光學透明導電材料製成之該層及由該第二光學透明導電材料製成之該層可由相同或不同材料組成且具有相同或不同厚度。 該等第一及第二光學不透明導電材料較佳係選自由鋁、銀、銅、鎳、釩及其等之組合及合金組成之群組，此等材料可為相同材料或不同材料。該等第一及第二光學不透明導電材料以高導電率、高長期穩定性及連接至(例如，一太陽能模組之)其他總成之適用性。 較佳地，該第一表面鈍化層及/或該第二表面鈍化層具有在1 nm至20 nm之範圍內之一厚度，且由選自由氧化矽、氮化矽、氮氧化矽及氧化鋁組成之群組之一材料組成。該等第一及第二表面鈍化層之材料及/或厚度可彼此相同或不同。 該半導體材料之該第一區較佳經n型導電摻雜且係該太陽能電池之射極，其具有在100 Ω至200 Ω (Ω/sq)之範圍內之一薄片電阻。在此情況中，該半導體材料之該第二區經p型摻雜且形成該太陽能電池之塊體。 在另一實施例中，該半導體材料之該第一區經n型摻雜且形成該太陽能電池之塊體，而該半導體材料之該第二區經p型摻雜且形成該太陽能電池之射極且具有在120 Ω至200 Ω (Ω/sq)之範圍內之一薄片電阻。在此實施例中，如上文描述之該第二光學透明導電材料在該太陽能電池之該背面之該等第二橫向區中或在該太陽能電池之該背面之該等第一及第二橫向區中之配置尤其有利。 根據本發明之用於製造根據本發明之一結晶系太陽能電池之方法包括以下步驟：提供具有一第一區及一第二區之一半導體材料；在該半導體材料之一第一表面處或上產生電荷載子可行進通過之一第一表面鈍化層；在該半導體材料之該第一表面之第一橫向區中將一第一光學不透明導電材料施覆至該第一表面鈍化層，且在該半導體材料之該第一表面之該等第一橫向區中在該第一光學不透明導電材料與該半導體材料之該第一區之間產生至少一個直接或間接導電觸點；在該半導體材料之該第一表面之第二橫向區中將由一第一光學透明導電材料製成之一層施覆至該第一表面鈍化層；及在該半導體材料之一第二表面之第一橫向區中施覆一第二光學不透明導電材料，且在該半導體材料之該第二表面之該等第一橫向區中在該第二光學不透明導電材料與該半導體材料之該第二區之間產生至少一個直接或間接導電觸點。對該半導體材料之該第一區及該第二區進行摻雜使得該第一區與該第二區之間存在一pn接面。該第一表面之特徵在於僅該半導體材料之該第一區與其接界且形成始終指向一光源之面(換言之，待製造之該太陽能電池之前面)。該第二表面之特徵在於僅該半導體材料之該第二區與其接界且形成遠離一光源之面(換言之，待製造之該太陽能電池之背面)。因此，該半導體材料之該第二表面與該半導體材料之該第一表面相對。 在該方法期間(較佳在施覆由該第一光學透明導電材料製成之該層之該步驟期間)，產生此層與該第一光學不透明導電材料之間的一導電接觸及由該第一光學透明導電材料製成之該層與該半導體材料之該第一區之間的一導電接觸。 根據本發明，在施覆該第一光學不透明導電材料之該步驟之後(換言之，在已沈積該至少一個前面觸點之材料之後)實行施覆該第一光學透明導電材料之該步驟。可在沈積且製造該前面觸點及施覆由該第一光學透明導電材料製成之該層之該等步驟之前或之後或之間實行將一第二光學不透明導電材料施覆至該半導體材料之一第二表面之該等第一橫向區且在該第二光學不透明導電材料與該半導體材料之該第二區之間產生該至少一個直接或間接導電觸點(換言之，產生至少一個背面觸點)之該步驟。較佳地，在沈積且產生該前面觸點及施覆由該第一光學透明導電材料製成之該層之該等步驟之前或之間實行施覆一第二光學不透明導電材料之該步驟。 視情況，在已施覆該第一光學不透明導電材料之後實行一熱處理。該熱處理使該第一光學不透明導電材料擴散至定位於下方之該第一表面鈍化層中或穿過該第一表面鈍化層，且因此產生與該半導體材料之該第一區之直接導電接觸或改良與該半導體材料之該第一區之間接導電接觸。然而，此熱處理係在低於燒製之大約200°C至560°C之溫度下實行。該熱處理較佳在已施覆由該第一光學透明導電材料製成之該層之後、且尤其較佳亦在將一抗反射層施覆於由該第一光學透明導電材料製成之該層上方之一步驟之後發生，且該熱處理可包含用正常(白)光(例如，來自一鹵素燈)在大於或等於1000 W/m2 之一強度下照明整個層構造達數秒(≥ 10 s)至數分鐘。尤其較佳地，該熱處理僅在已施覆該太陽能電池之全部功能層之後(換言之，在已施覆該等第一及第二光學不透明導電材料、該第一光學透明導電材料及視情況一第二光學透明導電材料、視情況一電絕緣材料以及一第一抗反射層及視情況一第二抗層之後)發生。 在該方法之一項實施例中，在於該半導體材料之該第二表面之該等第一橫向區中施覆該第二光學不透明導電材料之該步驟之前或之後，在該半導體材料之該第二表面之第二橫向區中將由一電絕緣材料製成之一層施覆於該半導體材料之該第二表面上方。因此，該半導體材料之該第二區在該等第二橫向區中電絕緣，使得產生具有一鈍化背面之一太陽能電池。該半導體材料之該第二表面之該等第二橫向區不同於該半導體材料之該第二表面之該等第一橫向區。若在施覆該第二光學不透明導電材料之該步驟之前施覆該電絕緣材料，則該電絕緣材料可在整個區域上方形成於該半導體材料之該第二表面上。隨後，再次自該半導體材料之該第二表面之該等第一橫向區移除該電絕緣材料。 在該方法之另一實施例中，在於該半導體材料之該第二表面之該等第一橫向區中施覆該第二光學不透明導電材料之該步驟之前或之後，在該半導體材料之該第二表面之第二橫向區中施覆由一第二光學透明導電材料製成之一層。在此情況中，該第二表面之該等第二橫向區不同於該第二表面之該等第一橫向區。最後，在由該第二光學透明導電材料製成之該層與該第二光學不透明導電材料之間且在由該第二光學透明導電材料製成之該層與該半導體材料之該第二區之間產生一導電觸點。在此情況中，當產生該背面觸點時，針對產生該前面觸點描述之實施例可行。換言之，最初，可在該半導體材料之該第二表面之該等第一橫向區中施覆該第二光學不透明導電材料，且隨後可在該半導體材料之該第二表面之該等第二橫向區中施覆由該第二光學透明導電材料製成之該層。然而，其中最初將由該第二光學透明導電材料製成之該層在該整個區域上方施覆於該半導體材料之該第二表面上方，且隨後在該半導體材料之該第二表面之該等第一橫向區中施覆該第二光學不透明導電材料之一實施例亦可行。在此情況中，可如針對製造具有一鈍化背面之一太陽能電池描述般產生該第二光學不透明導電材料與該半導體材料之該第二區之接觸。 較佳地，在施覆該第二光學不透明導電材料之該步驟之前且在施覆由該第二光學透明導電材料製成之該層之該步驟之前，在該半導體材料之該第二表面處或上產生電荷載子可行進通過之一第二表面鈍化層。 在一較佳實施例中，將一第一抗反射層施覆於由該第一光學透明導電材料製成之該層上方，及/或視情況將一第二抗反射層施覆於由該第二光學透明導電材料製成之該層上方。因此，在已施覆該第一光學不透明導電材料之後施覆至少該第一抗反射層。 較佳地，在各情況中，在一個系統中施覆由該第一光學透明導電材料製成之該層及該第一抗反射層及/或視情況由該第二光學透明導電材料製成之該層及該第二抗反射層而不中斷一真空。因此，可防止由該第一光學透明導電材料製成之該層及由該第二光學透明導電材料製成之該層在中斷一真空時吸收水分，且因此可保護所論述之層免受腐蝕且可改良其參數之長期穩定性。 較佳藉由一PECVD程序(電漿增強型化學氣相沈積) (其中一電漿存在於一電漿區中)來沈積由該第一光學透明導電材料製成之該層及/或由該第二光學透明導電材料製成之該層。對該半導體材料之該表面引起較少損害之程序尤其較佳。例如，其中使用微波激發電漿及/或其中電漿區在空間上自該半導體材料之待塗佈相關表面後撤之電漿程序係此種程序。此使得可非常柔和地沈積該光學透明導電材料而不藉由高能離子之入射損害半導體材料之相關表面。此外，藉由一PECVD程序沈積此等層具有相關光學透明導電材料及相關抗反射層在相關光學不透明導電材料上不良顯影(選擇性程序)之優點。因此，形成該經製造太陽能電池之該至少一個前面觸點或該至少一個背面觸點之該光學透明導電材料可以一簡單的方式與外部直接電接觸且無需複雜地移除上覆層。較佳地，半導體材料(10)之待塗佈表面(101a、102a)在沈積程序期間線性地移動經過電漿區。 較佳地，該第一光學透明導電材料及/或該第二光學透明導電材料係氧化鋅，其尤其較佳摻雜有鋁或硼。針對此材料之較佳沈積方法係一微波輔助PECVD程序，其使用二乙基鋅(DEtZ或DEZ)或二甲基鋅(DMZ)之起始物質作為鋅供應物、使用一氧化二氮(N2 O，笑氣)及/或氧氣(O2 )作為氧供應物，而且使用一惰性氣體(氬氣、氖氣或氦氣)及/或氮氣。此外，為沈積鋁摻雜氧化鋅，較佳添加三甲基鋁(TMAl或TMA)作為鋁源，且為沈積硼摻雜氧化鋅，較佳添加二硼烷(B2 H6 )作為硼源。 下文中，藉由實施例及圖式闡明本發明，用相同元件符號標示相同元件、層或區，但未按比例展示大小及厚度比。
圖1係根據本發明之結晶系太陽能電池(1)之一第一實施例之一橫截面。太陽能電池(1)具有例如由矽組成之其中形成一第一區(101)及一第二區(102)之一單晶半導體材料(10)，該第一區(101)及該第二區(102)各自具有一摻雜使得第一區(101)與第二區(102)之間存在一pn接面。在當前情況中，第一區(101)經n型摻雜，其具有在100 Ω至200 Ω (Ω/sq)之範圍內之一薄片電阻且用作太陽能電池(1)之射極，而第二區(102)經p型摻雜。半導體材料(10)具有：一第一表面(101a)，其僅由半導體材料(10)之第一區(101)接界且係太陽能電池(1)之前面(指向光之面)；及一第二表面(102a)，其僅由半導體材料(10)之第二區(102)接界且係太陽能電池(1)之背面(遠離光之面)。第一表面(101a)與第二表面(102a)相對。根據先前技術，第一表面(101a)可具有一紋理(換言之，一表面結構)，此改良光進入半導體材料(10)中。圖1中未展示此紋理。已藉由將n型摻雜摻雜物(例如，磷(P)、砷(As)或銻(Sb))引入半導體材料中(例如，藉由擴散或離子植入)而產生半導體材料之第一區(101)。 將例如由SiO2 或SiON製成之一第一表面鈍化層(11)配置於半導體材料(10)之第一表面(101a)處或上。可將第一表面鈍化層(11)沈積於第一表面(101a)上，或藉由轉化半導體材料(10) (例如，藉由氧化)而產生第一表面鈍化層(11)。在圖1中展示之實施例中，表面鈍化層(11)在第一表面(101a)之整個橫向範圍上方覆蓋半導體材料之第一表面(101a)。橫向範圍係在垂直於所展示之橫截面平面之一平面中之範圍。 將由一第一光學不透明導電材料(例如，Ag)製成之至少一個前面觸點(12) (在所展示之情況中，三個前面觸點(12))在太陽能電池(1)之前面之第一橫向區(103)中配置於前面上。第一表面鈍化層(11)定位於前面觸點(12)與半導體材料(10)之第一表面(101a)之間，使得前面觸點(12)與半導體材料(10)之第一區(101)之間存在間接導電接觸。在太陽能電池(1)之前面之一平面圖中(換言之，在垂直於所展示之橫截面平面之一平面中)，第一橫向區(103)可具有任何所要形狀。特定言之，橫向區(103)可為以一直線延伸之矩形條或向圖式之平面中延伸之捲繞條，或為圓形、橢圓形、三角形或多邊形或自由形狀區域。第一橫向區(103)可配置為規則地或不規則地分佈於太陽能電池(1)之整個前面上方。前面觸點(12)之第一光學不透明導電材料之厚度在介於5 μm與25 μm之間的範圍內。 在太陽能電池(1)之前面之第二橫向區(104)中，將一第一光學透明導電材料(例如，AlZnO (鋁摻雜氧化鋅))之一層(13)配置於第一表面鈍化層(11)及半導體材料(10)之第一表面(101a)上方。因此，在由第一光學透明導電材料製成之層(13)與半導體材料(10)之第一區(101)之間存在一間接導電接觸。第二橫向區(104)與太陽能電池(1)之前面之第一橫向區(103)接界，且與其等一起橫跨太陽能電池(1)之整個前面。因此，在太陽能電池(1)之前面之平面圖中，第二橫向區(104)具有與第一橫向區(103)之形狀互補之一形狀。在平面圖中，太陽能電池(1)之前面之總面積中的第一橫向區(103)之比例在1.5%至3.0%之範圍內。 由第一光學透明導電材料製成之層(13)具有在10 nm至50 nm之範圍內、較佳30 nm之一厚度，且其與前面觸點(12)直接電接觸。 在1 nm至2 nm之一厚度下，第一表面鈍化層(11)如此薄使得電荷載子可在半導體材料(10)之第一區(101)與前面觸點(12)或由第一光學透明導電材料製成之層(13)之間行進通過該第一表面鈍化層(11)。 進一步將由氮化矽(SiN)組成且具有50 nm至100 nm之一厚度之一第一抗反射層(14)配置於太陽能電池(1)之前面之第二橫向區(104)中。此第一抗反射層(14)減少入射於太陽能電池(1)上之光之反射且改良光進入太陽能電池(1)中。 在此實施例及全部其他實施例中，根據本發明之太陽能電池(1)之特性為：由第一光學透明導電材料製成之層(13)及較佳亦第一抗反射層(14)僅在第二橫向區(104)中形成於前面上且不存在於第一橫向區(103)中。因此，與其中在前面觸點與半導體材料之間存在一不良導電材料(諸如一透明導電氧化物)之一區之一構造相比，極大地改良(若干)前面觸點(12)與半導體材料之電接觸及(若干)前面觸點(12)之黏著性。 在太陽能電池(1)之背面上，將由一第二光學不透明導電材料(例如，Al)製成之至少一個背面觸點(16) (在所展示之情況中，三個背面觸點(16))配置於背面之第一橫向區(105)中。背面觸點(16)與半導體材料(10)之第二表面(102a)直接接界，使得背面觸點(16)與半導體材料(10)之第二區(102)之間存在一直接導電接觸。如先前針對前面之第一橫向區(103)描述，背面之第一橫向區(105)在太陽能電池(1)之背面之一平面圖中具有任何所要形狀且視需要配置為分佈於整個背面上方。 在太陽能電池(1)之背面之第二橫向區(106)中，將一5 nm至200 nm厚介電層(15)配置於半導體材料(10)之第二表面(102a)上。介電材料(15)由例如氧化鋁、氧化矽、氮化矽或氮氧化矽，或適於鈍化且電絕緣p型Si表面之其他材料，或由各種此等材料製成之一層序列組成。其使半導體材料(10)之第二表面(102a)與將個別局部背面觸點(16)互連之一背面連接件(17)電絕緣。背面連接件(17)可由與背面觸點(16)相同之材料組成且與其一起施覆。藉由實例，介電層(15)由一20 nm厚氧化鋁層(AlOx)及一140 nm厚氮化矽層組成。背面觸點(16)及背面連接件(17)之第二光學不透明導電材料之總厚度在介於3 μm與30 μm之間的範圍內，較佳為20 μm。 第二橫向區(106)與太陽能電池(1)之背面之第一橫向區(105)接界，且其等在一起橫跨太陽能電池(1)之整個背面。因此，在太陽能電池(1)之背面之平面圖中，第二橫向區(106)具有與第一橫向區(105)之形狀互補之一形狀。在平面圖中，太陽能電池(1)之背面之總面積中的第一橫向區(105)之比例在1%至5%之範圍內。第一橫向區(105)在太陽能電池(1)之背面上之形狀及/或尺寸及/或橫向分佈及/或比例可與第一橫向區(103)在太陽能電池(1)之前面上之形狀及/或尺寸及/或橫向分佈及/或比例相同或不同，且配置為獨立於此等第一橫向區(103)分佈於太陽能電池(1)之背面之橫向範圍上方。 圖2中展示之根據本發明之結晶系太陽能電池(1)之第二實施例與第一實施例之不同之處在於：太陽能電池(1)係一雙面太陽能電池，其之背面經形成而實際上與前面相同。特定言之，代替介電層，背面具有一第二表面鈍化層(18)及第二橫向區(106)中之由一第二光學透明導電材料製成之一層(19)。 將例如由氧化鋁或氧化矽製成之第二表面鈍化層(18)配置於半導體材料(10)之第二表面(102a)處或上。可將第二表面鈍化層(18)沈積於第二表面(102a)上，或藉由轉化半導體材料(10) (例如，藉由氧化)而產生第二表面鈍化層(18)。在圖2中展示之實施例中，第二表面鈍化層(18)在第二表面(102a)之整個橫向範圍上方覆蓋半導體材料之第二表面(102a)。 如先前針對圖1說明，在太陽能電池(1)之背面上，將由一第二光學不透明導電材料(例如，Al)製成之至少一個背面觸點(16) (在所展示之情況中，兩個背面觸點(16))配置於背面之第一橫向區(105)中。第二表面鈍化層(18)配置於背面觸點(16)與半導體材料(10)之第二表面(102a)之間，使得背面觸點(16)與半導體材料(10)之第二區(102)之間存在一間接導電接觸。 將由第二光學透明導電材料(例如，ZnO (氮摻雜氧化鋅)或ITO (銦摻雜氧化錫))製成之層(19)配置於太陽能電池(1)之背面之第二橫向區(106)中。由第二光學透明導電材料製成之層(19)與背面觸點(16)導電接觸，且其亦經由第二表面鈍化層(18)與半導體材料(10)之第二區(102)導電接觸。 第二表面鈍化層(18)繼而具有在1 nm至2 nm之範圍內之一厚度，使得電荷載子可在半導體材料(10)之第二區(102)與由第二光學透明導電材料製成之層(19)之間行進通過該第二表面鈍化層(18)。由第二光學透明導電材料製成之層(19)以在10 nm至50 nm之範圍內之一厚度形成於第二橫向區(106)中。背面觸點(16)之第二光學不透明導電材料之厚度在介於3 μm與30 μm之間的範圍內，較佳為20 μm。 進一步將由氮化矽或氮氧化矽組成且具有50 nm至100 nm之一厚度之一第二抗反射層(20)配置於太陽能電池(1)之背面之第二橫向區(106)中。第二抗反射層(20)之材料及/或厚度可與第一抗反射層(14)之材料及/或厚度相同或不同。第二抗反射層(20)減少入射於太陽能電池(1)之背面上之光之反射且改良光自背面進入太陽能電池(1)中。 圖3係太陽能電池(1)之一第三實施例之一橫截面。在此情況中，半導體材料(10)之第一區(101)經n型摻雜且具有一子區(101b)，該子區(101b)與第一表面(101a)接界且具有摻雜類型與第一區(101)之其餘部分相同之一增加的摻雜。相比之下，第二區(102)經p型摻雜，其具有在120 Ω至200 Ω (Ω/sq)之範圍內之一薄片電阻且用作太陽能電池(n-PERL BJ)之射極。亦在此情況中，第一表面(101a)可具有一紋理(換言之，一表面結構)，此改良光進入半導體材料(10)中，圖3中未展示此紋理。對於大於或等於10 μm之半導體材料(10)之一總厚度，第一區(101)之子區(101b)具有例如300 nm之一厚度且第二區(102)具有600 nm之一厚度。 在太陽能電池(1)之前面上，將至少一個前面觸點(12)配置於太陽能電池(1)之前面之第一橫向區(103)中，且如針對圖1描述般配置由一第一光學透明導電材料製成之一層(13)及一第一抗反射層(14)。 如針對圖2描述，將一第二表面鈍化層(18)、至少一個背面觸點(16)、由一第二光學透明導電材料製成之一層(19)及一第二抗反射層(20)配置於半導體材料(10)之第二表面(102a)處或上。圖3中展示之實施例與圖2中展示之實施例中之太陽能電池(1)之背面之間的唯一差異在於：由一第二光學透明導電材料製成之層(19)不僅存在於太陽能電池(1)之背面之第二橫向區(106)中而且存在於太陽能電池(1)之背面之第一橫向區(105)中。因此，第二表面鈍化層(18)及由第二光學透明導電材料製成之層(19)配置於背面觸點(16)與半導體材料(10)之第二表面(102a)之間。 在圖3中展示之實施例中，由第二光學透明導電材料製成之層(19)在第一橫向區(105)中以比第二橫向區(106)中低之一厚度存在，但其亦可具有相同厚度。 現將藉由圖4A至圖4D描述根據本發明之用於製造根據本發明之一太陽能電池之方法之一實施例。各圖式係在完成一不同方法步驟之後穿過太陽能電池之一橫截面。 圖4A展示其中存在第一區(101)及第二區(102)之一半導體材料(10)。視情況，圖4A至圖4D中未展示所形成之表面紋理。已在半導體材料(10)之第一表面(101a)上之整個區域上方產生一第一表面鈍化層(11)，且已在半導體材料(10)之第二表面(102a)上之整個區域上方產生一第二表面鈍化層(18)。此等層由氧化矽組成且具有1 nm至2 nm之一厚度。其等已藉由快速熱氧化、濕式化學氧化或UV輔助及臭氧輔助乾式氧化(SQi)而產生。 在以下方法步驟中，在第一表面(101a)上產生由一第一光學不透明導電材料製成之前面觸點(12)，且在半導體材料(10)之第二表面(102a)上產生由一第二光學不透明導電材料製成之背面觸點(16)。前面觸點(12)及背面觸點(16)係藉由網版印刷施覆至各自表面(101a、102a)之第一橫向區(103、105)，且係由例如銀膏組成。圖4B中展示此方法步驟之結果。 隨後，將由一第一光學透明導電材料製成之一層(13)施覆至第一表面鈍化層(11)之曝露區(換言之，施覆於由第一光學不透明導電材料製成之前面觸點(12)之間)，且將由一第二光學透明導電材料製成之一層(19)施覆至第二表面鈍化層(18)之曝露區(換言之，施覆於由第二光學不透明導電材料製成之背面觸點(16)之間)，如圖4C中展示。第一光學透明導電材料及第二光學透明導電材料係鋁摻雜或硼摻雜氧化鋅，其等在各情況中具有大約30 nm之一厚度。摻雜對應於接界所論述表面鈍化層(11、18)之半導體區(101、102)之導電類型。 圖4D展示在其中已在由第一光學透明導電材料製成之層(13)上產生一第一抗反射層(14)且已在由第二光學透明導電材料製成之層(19)上產生一第二抗反射層(20)之一方法步驟之後的太陽能電池。第一抗反射層(14)及第二抗反射層(20)由氮化矽組成且各自具有大約60 nm之一厚度。 已按所述順序在相同塗佈系統中產生由第一光學透明導電材料製成之層(13)、由第二光學透明導電材料製成之層(19)以及第一抗反射層(14)及第二抗反射層(20)。然而，不同塗佈系統及層沈積之其他順序可行，只要實施太陽能電池之所要構造。 在一最後步驟中，圖4D之構造經受一熱處理。太陽能電池曝露於200°C至300°C之一溫度達大約1 min (1分鐘)。另外，可使用具有至少1000 W/m2 之一強度之白光來實行照明，使得可改良太陽能電池之參數。然而，太陽能電池之構造在結構上未由熱步驟更改。僅第一光學不透明導電材料及/或第二光學不透明導電材料可擴散至相關聯第一及/或第二表面鈍化層(11及/或18)或穿過相關聯第一及/或第二表面鈍化層(11及/或18)。因此，獲得如圖2中展示之一太陽能電池而不必燒製觸點。 表1展示用於由鋁摻雜或硼摻雜氧化鋅所組成的第一及/或第二光學透明導電材料製成之層的一PECVD沈積之例示性程序參數。此等參數與具有一遠端微波電漿之一PECVD系統有關，其中電漿腔室在空間上自一基板之待塗佈表面後撤(換言之，與待塗佈表面分離)。因此，減少由來自電漿之離子轟擊對待塗佈表面之損害。
Figure 106138807-A0304-0001
 表1；*每電漿源 太陽能電池或用於製造一太陽能電池之方法之一些或全部所述實施例亦可彼此組合，只要其等不相互排斥。
1‧‧‧太陽能電池10‧‧‧半導體材料11‧‧‧第一表面鈍化層12‧‧‧前面觸點13‧‧‧由第一光學透明導電材料製成之層14‧‧‧第一抗反射層15‧‧‧介電層/由電絕緣材料製成之層16‧‧‧背面觸點17‧‧‧背面連接件18‧‧‧第二表面鈍化層19‧‧‧由第二光學透明導電材料製成之層20‧‧‧第二抗反射層101‧‧‧半導體材料之第一區101a‧‧‧半導體材料之第一表面101b‧‧‧第一區之子區102‧‧‧半導體材料之第二區102a‧‧‧半導體材料之第二表面103‧‧‧前面之第一橫向區104‧‧‧前面之第二橫向區105‧‧‧背面之第一橫向區106‧‧‧背面之第二橫向區
在圖式中： 圖1展示根據本發明之包括一鈍化背面之太陽能電池(1)之一第一實施例； 圖2展示根據本發明之包括背面上之由一第二光學透明導電材料製成之一層(19)之太陽能電池(1)之一第二實施例，由第二光學透明導電材料製成之層(19)僅配置於背面上之第二橫向區(106)中； 圖3展示根據本發明之包括背面上之由一第二光學透明導電材料製成之一層(19)之太陽能電池(1)之一第三實施例，由第二光學透明導電材料製成之層(19)亦配置於背面之第一橫向區(105)中；及 圖4A至圖4D藉由在不同方法階段中穿過太陽能電池之橫截面展示根據本發明之方法之一例示性實施例。
1‧‧‧太陽能電池
10‧‧‧半導體材料
11‧‧‧第一表面鈍化層
12‧‧‧前面觸點
13‧‧‧由第一光學透明導電材料製成之層
14‧‧‧第一抗反射層
15‧‧‧介電層/由電絕緣材料製成之層
16‧‧‧背面觸點
17‧‧‧背面連接件
101‧‧‧半導體材料之第一區
101a‧‧‧半導體材料之第一表面
102‧‧‧半導體材料之第二區
102a‧‧‧半導體材料之第二表面
103‧‧‧前面之第一橫向區
104‧‧‧前面之第二橫向區
105‧‧‧背面之第一橫向區
106‧‧‧背面之第二橫向區

Claims (22)

  1. 一種結晶系太陽能電池(1)，其包括：一半導體材料(10)之一第一區(101)，其具有一第一摻雜；該半導體材料(10)之一第二區(102)，其具有一第二摻雜，使得該第一區(101)與該第二區(102)之間存在一pn接面；至少一個前面觸點(12)，其由一第一光學不透明導電材料製成，該至少一個前面觸點(12)在該太陽能電池之前面之第一橫向區(103)中直接地或間接地導電接觸該半導體材料(10)之該第一區(101)；及至少一個局部背面觸點(16)，其由一第二光學不透明導電材料製成，該至少一個局部背面觸點(16)在該太陽能電池之背面之第一橫向區(105)中直接地或間接地導電接觸該半導體材料(10)之該第二區(102)，其特徵在於，由一第一光學透明導電材料製成之一層(13)僅在第二橫向區(104)中配置於該太陽能電池之該前面上的該半導體材料(10)之該第一區(101)上方且導電地連接至該至少一個前面觸點(12)，電荷載子可行進通過之一第一表面鈍化層(11)配置於由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)與該半導體材料(10)之該第一區(101)之間，使得由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)與該半導體材料(10)之該第一區(101)間接導電接觸，且該太陽能電池之該前面之該等第二橫向區(104)不同於該太陽能電池之該前面之該等第一橫向區(103)。
  2. 如請求項1之結晶系太陽能電池，其中該第一表面鈍化層(11)亦配置於該前面觸點(12)與該半導體材料(10)之該第一區(101)之間。
  3. 如請求項1或2之結晶系太陽能電池，其中由一電絕緣材料製成之一層(15)在該太陽能電池之該背面之第二橫向區(106)中配置於該半導體材料(10)之該第二區(102)上方，使得該半導體材料(10)之該第二區(102)在該等第二橫向區(106)中電絕緣，該太陽能電池之該背面之該等第二橫向區(106)不同於該太陽能電池之該背面之該等第一橫向區(105)。
  4. 如請求項1或2之結晶系太陽能電池，其中由一第二光學透明導電材料製成之一層(19)在該太陽能電池之該背面之第二橫向區(106)中配置於該半導體材料(10)之該第二區(102)上方且導電地連接至該至少一個背面觸點(16)，由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)與該半導體材料(10)之該第二區(102)直接地或間接地導電接觸，且該太陽能電池之該背面之該等第二橫向區(106)不同於該太陽能電池之該背面之該等第一橫向區(105)。
  5. 如請求項4之結晶系太陽能電池，其中該第二光學透明導電材料亦配置於該半導體材料(10)之該第二區(102)與該背面觸點(16)之間。
  6. 如請求項4之結晶系太陽能電池，其中電荷載子可行進通過之一第二表面鈍化層(18)配置於由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)與該半導體材料(10)之該第二區(102)之間及/或該背面觸點(16)與該半導體材料(10)之該第二區(102)之間。
  7. 如請求項1或2之結晶系太陽能電池，其中該第一光學透明導電材料及/或該第二光學透明導電材料係選自由以下各者組成之群組：銦摻雜氧化錫、氟摻雜氧化錫、銻摻雜氧化錫、鋁摻雜氧化鋅及硼摻雜氧化鋅。
  8. 如請求項1或2之結晶系太陽能電池，其中由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)及/或由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)具有在10 nm至100 nm之範圍內之一厚度。
  9. 如請求項1或2之結晶系太陽能電池，其中該等第一及第二光學不透明導電材料係選自由鋁、銀、銅、鎳、釩以及其等之組合及合金組成之群組。
  10. 如請求項1或2之結晶系太陽能電池，其中該第一表面鈍化層(11)及/或該第二表面鈍化層(18)具有在1 nm至20 nm之範圍內之一厚度，且由選自由氧化矽、氮化矽、氮氧化矽及氧化鋁組成之群組之一材料組成。
  11. 一種用於製造一結晶系太陽能電池(1)之方法，其包括以下步驟： 提供具有一第一區(101)及一第二區(102)之一半導體材料(10)，該第一區(101)及該第二區(102)經摻雜使得該第一區(101)與該第二區(102)之間存在一pn接面， 在該半導體材料(10)之一第一表面(101a)上產生電荷載子可行進通過之一第一表面鈍化層(11)，僅該半導體材料(10)之該第一區(101)與該第一表面(101a)接界， 在該半導體材料(10)之該第一表面(101a)之第一橫向區(103)中將一第一光學不透明導電材料施覆至該第一表面鈍化層(11)，且在該半導體材料(10)之該第一表面(101a)之該等第一橫向區(103)中在該第一光學不透明導電材料與該半導體材料(10)之該第一區(101)之間產生至少一個直接或間接導電觸點(12)， 在已施覆該第一光學不透明導電材料之後，在該半導體材料(10)之該第一表面之第二橫向區(104)中將一第一光學透明導電材料之一層(13)施覆至該第一表面鈍化層(11)，產生由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)與該第一光學不透明導電材料之間的導電接觸及亦由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)與該半導體材料(10)之該第一區(101)之間的導電接觸，該等第二橫向區(104)不同於該等第一橫向區(103)，及 在該半導體材料(10)之一第二表面(102a)之第一橫向區(105)中施覆一第二光學不透明導電材料，且在該半導體材料(10)之該第二表面(102a)之該等第一橫向區(105)中在該第二光學不透明導電材料與該半導體材料(10)之該第二區(102)之間產生至少一個直接或間接導電觸點(16)，僅該半導體材料(10)之該第二區(102)與該第二表面(102a)接界，且該半導體材料(10)之該第二表面(102a)與該半導體材料(10)之該第一表面(101a)相對。
  12. 如請求項11之方法，其中在於該半導體材料(10)之該第二表面(102a)之該等第一橫向區(105)中施覆該第二光學不透明導電材料之該步驟之前或之後，在該半導體材料(10)之該第二表面之第二橫向區(106)中將由一電絕緣材料製成之一層(15)施覆於該半導體材料(10)之該第二表面(102a)上方，使得該半導體材料(10)之該第二區(102)在該等第二橫向區(106)中電絕緣，該半導體材料(10)之該第二表面(102a)之該等第二橫向區(106)不同於該半導體材料(10)之該第二表面(102a)之該等第一橫向區(105)。
  13. 如請求項11之方法，其中在於該半導體材料(10)之該第二表面(102a)之該等第一橫向區(105)中施覆該第二光學不透明導電材料之該步驟之前或之後，在該半導體材料(10)之該第二表面之第二橫向區(106)中將由一第二光學透明導電材料製成之一層(19)施覆於該半導體材料(10)之該第二表面(102a)上方，在由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)與該第二光學不透明導電材料之間產生一導電觸點，且在由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)與該半導體材料(10)之該第二區(102)之間產生一導電觸點，該第二表面(102a)之該等第二橫向區(106)不同於該第二表面(102a)之該等第一橫向區(105)。
  14. 如請求項13之方法，其中在於該半導體材料(10)之一第二表面(102a)之第一橫向區(105)中施覆該第二光學不透明導電材料之該步驟之前且在施覆由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)之該步驟之前，在該半導體材料(10)之該第二表面(102a)處或上產生電荷載子可行進通過之一第二表面鈍化層(18)。
  15. 如請求項11或12之方法，其中將一第一抗反射層(14)施覆於由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)上方，及/或將一第二抗反射層(20)施覆於由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)上方。
  16. 如請求項15之方法，其中在一個系統中施覆由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)及該第一抗反射層(14)，及/或由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)及該第二抗反射層(20)而不中斷一真空。
  17. 如請求項11或12之方法，其中藉由其中一電漿存在於一電漿區中之一PECVD程序沈積由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)及/或由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)。
  18. 如請求項17之方法，其中在該PECVD程序期間藉由微波將能量引入至該電漿中。
  19. 如請求項17之方法，其中藉由其中該電漿區在空間上自該半導體材料(10)之該待塗佈相關表面(101a、102a)後撤之一PECVD程序來沈積由該第一光學透明導電材料製成之該層(13)及/或由該第二光學透明導電材料製成之該層(19)。
  20. 如請求項17之方法，其中該半導體材料(10)之該待塗佈表面(101a、102a)線性地移動經過該電漿區。
  21. 如請求項18之方法，其中該第一光學透明導電材料及/或該第二光學透明導電材料係氧化鋅，且使用二甲基鋅或二乙基鋅之起始物質作為鋅供應物、使用一氧化二氮及/或氧氣作為氧供應物，且使用一惰性氣體及/或氮氣而實行該PECVD程序。
  22. 如請求項21之方法，其中在該PECVD程序期間，使用三甲基鋁作為鋁源來施覆鋁摻雜氧化鋅，或使用二硼烷作為硼源來施覆硼摻雜氧化鋅。
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