具有含宽带隙半导体材料的发射极区域的太阳能电池制造技术

本发明专利技术描述了具有由宽带隙半导体材料构成的发射极区域的太阳能电池。在一个实例中，一种方法包括在具有受控气氛的处理设备中，在所述太阳能电池的半导体基板的表面上形成薄电介质层。所述半导体基板具有带隙。在不将所述半导体基板从所述处理设备的受控气氛中移除的情况下，在所述薄电介质层上形成半导体层。所述半导体层具有比所述半导体基板的带隙高至少约0.2电子伏特(eV)的带隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施例在可再生能源领域内，并且具体地讲，在具有由宽带隙半导体材料构成的发射极区域的太阳能电池领域内。
技术介绍
光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于直接转化太阳辐射为电能的器件。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成p-n结而将太阳能电池制造在半导体晶片或基板上。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至基底中的p掺杂区域和n掺杂区域，从而在掺杂区域之间生成电压差。将掺杂区域连接至太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至与其联接的外部电路。效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电的能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制造太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本专利技术的一些实施例涉及通过提供制备太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制造效率。通过提供新型太阳能电池结构，本专利技术的一些实施例可供提高太阳能电池效率之用。附图说明图1示出了针对不具有界面隧道氧化物的常规异质结接触的随能量(E)增加变化的能带图。图2示出了根据本专利技术实施例的针对具有界面隧道氧化物的异质结接触的随能量(E)增加变化的能带图。图3为根据本专利技术实施例的表示太阳能电池制备方法中的操作的流程图。图4A示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中提供了一种用于制备太阳能电池的基础结构，并且该基础结构包括硅基板、薄电介质层以及沉积硅层。图4B示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中在图4A的沉积硅层上沉积一层掺杂材料。图4C示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中在图4B的掺杂材料层上沉积第一氧化物层410。图4D示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中对图4C的结构执行材料移除工艺以形成暴露的多晶硅区。图4E示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中对图4D的结构执行蚀刻工艺以促进蚀刻暴露的多晶硅区以及在太阳能电池的背面上形成第一纹理化硅区。图4F示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中在掺杂材料层和图4E的第一纹理化硅区上形成氧化物层。图4G示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中由图4F的结构形成掺杂多晶硅层。图4H示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中在图4G的结构上形成宽带隙掺杂半导体层。图4I示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中在图4H的纹理化硅区上沉积宽带隙掺杂半导体。图4J示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中执行对图4H的宽带隙掺杂半导体的部分移除。图4K示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中在图4J的结构的背面上形成第一金属格栅或格栅线。图4L示出了根据本专利技术另一实施例的制备太阳能电池的操作的剖视图，其中在图4K的结构的背面上形成第二金属格栅或格栅线。具体实施方式本文描述了具有由宽带隙半导体材料构成的发射极区域的太阳能电池。在下面的描述中，为了提供对本专利技术实施例的深入了解，示出了许多具体细节，诸如具体工艺流程操作及材料体系。对本领域的技术人员将显而易见的是在没有这些具体细节的情况下可实施本专利技术的实施例。在其他例子中，没有详细地描述诸如随后的金属接触形成技术的公知的制造技术，以避免不必要地使本专利技术的实施例难以理解。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的实例并且未必按比例绘制。本文公开了制备太阳能电池的方法。在一个实施例中，一种方法包括在具有受控气氛的处理设备中，在太阳能电池的半导体基板的表面上形成薄电介质层。该半导体基板具有带隙。在不将半导体基板从处理设备的受控气氛中移除的情况下，在薄电介质层上形成半导体层。半导体层具有高于半导体基板的带隙至少约0.2电子伏特(eV)的带隙。本文还公开了具有由宽带隙半导体材料构成的发射极区域的太阳能电池。在一个实施例中，太阳能电池包括硅基板。第一发射极区域设置在硅基板的表面上并且由掺杂成第一导电类型的氮化铝(AlN)层构成。AlN层设置在薄氧化铝(Al2O3)层上。第二发射极区域设置在硅基板的表面上并且由掺杂成相反的第二导电类型的半导体材料构成。第二半导体材料设置在薄电介质层上。第一触点和第二触点分别设置在第一发射极区域和第二发射极区域上并分别导电耦合至第一发射极区域和第二发射极区域。通常用扩散和氧化来实现太阳能电池表面的钝化以在太阳能电池的一个或多个表面上形成薄电介质材料。形成此类薄电介质材料可为排斥太阳能电池表面处的少数载流子提供结构性方法。此外，氧化工艺可设计来有效地限制可能存在于太阳能电池的最外层表面处的界面缺陷。所形成的电介质材料可具有若干功能，诸如但不限于用作防潮层、用作氢源以及可能用作防反射涂层。通常在太阳能电池制造期间在两个或更多个工艺操作中实现太阳能电池表面钝化的上述三个方面。然而，使用多个工艺操作可引起一连串新问题，即，处理复杂度及增加的处理成本。另外，通常在一个设备中(例如，在扩散炉中)执行氧化和扩散操作，然后通常在单独的处理设备中执行电介质形成。遗憾的是，在将所形成的氧化物从第一处理设备(例如，炉)中移除时，氧化物可暴露于大气条件和污染物，诸如水分。因此，在本专利技术的实施例中，形成高质量氧化物，并在执行进一步处理操作之前禁止其暴露于空气和水。在电介质沉积之后的扩散通常涉及成本相对高的多个工艺工装。因此，在一个实施例中，通过例如，小于约3纳米(且，可能小于约2纳米)的薄氧化硅层的生长在受控气氛炉设备中执行硅钝化操作。在同一设备内(并且具体地讲，在不暴露于外部实验室或工厂大气或环境条件的情况下)，接下来在薄氧化物层上沉积掺杂宽带隙半导体。在一个此类实施例中，炉为低压化学气相沉积(CVD)炉或快速热退火或快速热处理(RTP)设备。在具体实施例中，氧化物生长和沉积出现在最终用于形成太阳能电池的基板或晶片的两侧上。在一个实施例中，沉积在氧化物层上的膜为宽带隙半导体材料，例如，具有大于约3电子伏特(eV)的带隙，具有大的价带偏移、防潮层特性、硅上的低应力以及欧姆接触的能力中的一者或多者。多晶硅通常与硅基板耦合，但可能并非最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备太阳能电池的方法，所述方法包括：在具有受控气氛的处理设备中，在所述太阳能电池的半导体基板的表面上形成薄电介质层，所述半导体基板具有带隙；以及，在不将所述半导体基板从所述处理设备的受控气氛中移除的情况下，在所述薄电介质层上形成半导体层，所述半导体层具有比所述半导体基板的带隙高至少约0.2电子伏特(eV)的带隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.23 US 13/429,1381.一种制备太阳能电池的方法，所述方法包括：
在具有受控气氛的处理设备中，在所述太阳能电池的半导体基
板的表面上形成薄电介质层，所述半导体基板具有带隙；
以及，在不将所述半导体基板从所述处理设备的受控气氛
中移除的情况下，
在所述薄电介质层上形成半导体层，所述半导体层具有比所述
半导体基板的带隙高至少约0.2电子伏特(eV)的带隙。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
由所述半导体层形成所述太阳能电池的发射极区域。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
用浓度大约在1×1017–1×1021个原子/cm3的范围内的电荷载流
子掺杂物杂质原子来掺杂所述半导体层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述半导体层形成期间原位执
行所述掺杂。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在所述半导体层形成之后执行所
述掺杂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述半导体层包括形成在所
述可见光谱中基本上透明的层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中形成在所述可见光谱中基本上透
明的所述层包括形成如下半导体层，其具有大于约3eV的带隙且包
括选自由以下物质组成的组中的材料：氮化铝(AlN)、氮化镓铝
(AlxGa1-xN，其中0<x<1)、氮化硼(BN)、4H相碳化硅(SiC)和
6H相碳化硅(SiC)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体基板包括单晶N型
硅，并且其中形成所述半导体层包括形成如下半导体层，其具有大
于约1.5eV的带隙且包括选自由以下物质组成的组中的材料：非晶
硅(a-Si)、碳化硅、氮化铝(AlN)、氮化镓铝(AlxGa1-xN，其中0<x
<1)和氮化硼(BN)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述半导体基板的表面上形成
所述薄电介质层包括通过热氧化来消耗所述半导体基板的一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其中消耗所述半导体基板的一部分包
括对单晶N型硅基板的一部分进行热氧化，以形成具有约3纳米或
更小的厚度的二氧化硅(SiO2)层。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述半导体基板的表面上形成
所述薄电介质层包括在所述半导体基板的表面上沉积电介质材料
层。
12.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·M·斯万森，马里乌斯·M·布内亚，大卫·D·史密斯，沈于甄，彼得·J·卡曾斯，蒂姆·丹尼斯，
申请(专利权)人：太阳能公司，
类型：发明
国别省市：美国;US