光伏电池及用于制造所述光伏电池的方法技术

公开了包括具有两个相对的主表面的硅衬底的光伏电池，其中所述两个主表面中的第一主表面被钝化层堆叠体覆盖，所述钝化层堆叠体包括覆盖所述第一主表面的含PO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光伏电池及用于制造所述光伏电池的方法


[0001]本专利技术涉及光伏电池并且涉及用于制造光伏电池的方法。

技术介绍

[0002]由例如WO 2016022026A1已知具有钝化层的光伏电池。

技术实现思路

[0003]基于硅的光伏电池(在下文也称为太阳能电池)的性能的限制性因素是电荷载流子在表面处复合，这是由于促进此类复合的表面态的存在。此类表面复合对太阳能电池而言是问题，因为在表面处复合的电荷载流子会丢失并且无法促成集极电流，从而降低能量转换效率。为了降低表面复合，必需钝化表面，使得表面态的复合活性得到抑制。这通常通过在半导体表面上沉积或生长介电质或其它材料的薄膜层或堆叠体来实现，使得在半导体与该层或堆叠体之间的界面处的表面态的密度降低。通常，该层或堆叠体也在半导体表面处引发能带弯曲，使得一种类型的电荷载流子(电子或空穴)的表面浓度降低。这也会降低表面复合，因为复合需要两种载流子类型的存在。
[0004]目前，已知大量材料是对半导体表面钝化有效。这些材料包括氧化硅、氮化硅、非晶硅、氧化铝、氮化铝、氧化铪、氧化镓、氧化钛和氧化钽。有时这些材料组合成堆叠体。
[0005]由于这些材料在块材中或接近半导体界面处含有负电荷状态的事实，因此大部分这些材料在半导体表面处产生向上的能带弯曲(空穴聚积)(参见图1)。这对p-型半导体表面的钝化是有利的，但对n-型半导体表面的钝化是不利的。这是因为在n-型表面上，此类向上的能带弯曲会导致在表面处形成反转层，而促进将少数载流子横向运输至高复合区域(例如边缘)，这可能导致分流。在重掺杂的n-型表面上，向上的能带弯曲可能甚至增加而非降低表面复合，因为引发的能带弯曲不足以产生表面电荷的完全反转，而是仅导致了半导体表面空乏或弱反转。
[0006]在半导体表面处引发向下的能带弯曲(电子聚积)并且因此对n-型表面的钝化有利的已知的钝化材料包括氧化硅和氮化硅，这是由于两者含有正电荷状态的事实。然而，前者仅含有相当低浓度的电荷状态(典型地，<5
×
10
11
cm-2
)，使得该引发的能带弯曲对降低表面复合的贡献相当小。氮化硅可以具有更大的电荷浓度(>5
×
10
12
cm-2
[Hezel 1989])，然而，在钝化氮化硅膜中的电荷浓度(也以低界面态密度为特征)典型地稍微较小，为约5
×
10
11
cm-2
至2
×
10
12
cm-2
[Hezel 1989，Schuurmans 1996，Aberle 1999，Dauwe 2002，Wan 2013]。
[0007]这明显小于对最好的钝化负电荷材料氧化铝所观察到的电荷浓度，氧化铝典型地具有2-10
×
10
12
cm-2
的负电荷浓度。因此，在具有强负电荷的钝化材料与具有强正电荷的那些的可得性之间存在差距。
[0008]薄膜材料在半导体装置制造中的第二个重要功能是作为用于在半导体衬底中形成高掺杂表面区域的掺杂剂来源。这例如已经使用沉积掺杂磷和硼的氧化硅来证明，并且
用于在标准扩散过程期间在硅上生长磷硅酸盐和硼硅酸盐玻璃。可以通过将样品表面加热至高温(或者诸如在燃烧炉中而跨整个表面加热，或者使用例如激光引发加热(图2)而仅局部加热)来引发掺杂剂物质扩散进半导体衬底中。当此类薄膜掺杂剂来源也起到表面钝化层作用时，将出现特别有利的情况。这就是氧化铝的情况，氧化铝既由于其大的负电荷而提供了对p-型表面的有效钝化，还显示出对经由激光掺杂进行的硅的铝掺杂起到掺杂剂来源的作用。该情况是有利的，因为其允许与周围的钝化层自对准的局部扩散接触区域的形成，由此简化加工。
[0009]铝和磷在周期表中位于硅的两侧。在硅中，铝是p-型掺杂剂，而磷是n-型掺杂剂。已知氧化铝(Al2O3)膜当沉积在硅上时具有大的负固定电荷浓度。化学计量的磷酸铝(AlPO4)可视为与氧化硅(SiO2)等电子，其特征为在其与硅的界面处的小的正电荷浓度。
[0010]本专利技术涉及包括具有两个相对的主表面的硅衬底的光伏电池，其中两个主表面中的第一主表面被钝化层堆叠体覆盖，所述钝化层堆叠体包括：
[0011]覆盖第一主表面的含PO
x
和Al的层；以及
[0012]覆盖含PO
x
和Al的层的覆盖层结构。
[0013]含PO
x
和Al的层是包含磷、铝和氧的层，更具体地是包含磷、铝和氧化物的混合物的层。可以定制此类钝化层堆叠体以获得在有效过量载流子寿命τ
eff
(s)、固定电荷密度Q
f
(cm-2
)和界面态密度D
it
(eV-1
cm-2
)之间的最佳平衡。优选地，有效过量载流子寿命τ
eff
相对长并且界面态密度D
it
相对低。期望的固定电荷密度Q
f
取决于其上施加含PO
x
和Al的层的主表面的掺杂类型，即n-硅或p-硅。
[0014]例如，含PO
x
和Al的层可以具有大的正固定电荷，并且可以提供优异的结晶硅表面的钝化。在硅衬底的第一主表面处的硅可以被含PO
x
和Al的层中的磷掺杂。通过该方法可以形成局部重掺杂区域，其促进了与硅衬底的电接触的形成。覆盖层结构充当湿气屏障并且对含PO
x
和Al的层提供化学稳定性，所述含PO
x
和Al的层可能取决于其含量而相对于环境是不稳定的。
[0015]在某些情况下，呈现为混合的AlP
x
O
y
膜的混合的含PO
x
和Al的层可以是稳定的，并且在该情况下不需施加覆盖层。鉴于此，本专利技术还涉及包括具有两个相对的主表面的硅衬底的光伏电池，其中两个主表面中的第一主表面被钝化层堆叠体覆盖，所述钝化层堆叠体包括覆盖第一主表面的含PO
x
和Al的层，其中含PO
x
和Al的层是混合的AlP
x
O
y
膜。由此，可以选择含PO
x
和Al的层中的磷与磷+铝的原子百分比之间的比率(P/(P+Al))，使得含PO
x
和Al的层相对于外部空气是稳定的。因此该比率是磷的原子数量除以磷加铝的原子数量。
[0016]以下实施方案是具有覆盖层的PV-电池和没有覆盖层的PV-电池两者的实施方案。当PV-电池没有覆盖层时，需要含PO
x
和Al的层本身相对于外部空气是稳定的。
[0017]在第一实施方案中，含PO
x
和Al的层是混合的AlP
x
O
y
膜。由此定制含PO
x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.包括具有两个相对的主表面的硅衬底的光伏电池，其中所述两个主表面中的第一主表面被钝化层堆叠体覆盖，所述钝化层堆叠体包括：-覆盖所述第一主表面的含PO
x
和Al的层；以及-覆盖所述含PO
x
和Al的层的覆盖层结构。2.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述含PO
x
和Al的层是混合的AlP
x
O
y
膜，其中定制所述含PO
x
和Al的层中的磷与磷+铝的原子百分比之间的比率(P/(P+Al))以获得在有效过量载流子寿命τ
eff
(s)、固定电荷密度Q
f
(cm-2
)和界面态密度D
it
(eV-1
cm-2
)之间的最佳平衡。3.如权利要求2所述的光伏电池，其中所述层中的磷与磷+铝的原子百分比之间的比率(P/(P+Al))是0.6至1.0。4.如权利要求1至2中任一项所述的光伏电池，其中所述层中的磷与磷+铝的原子百分比之间的比率(P/(P+Al))是至少0.5。5.如权利要求1至4中任一项所述的光伏电池，其中所述含PO
x
和Al的层额外地包含H、Si、C中的至少一种。6.如权利要求1至5中任一项所述的光伏电池，包括：-在所述第一主表面与所述含PO
x
和Al的层之间的SiO2层。7.如权利要求6所述的光伏电池，其中所述SiO2层是具有0.5nm至2nm的厚度的层。8.如权利要求1至7中任一项所述的光伏电池，其中所述覆盖层结构包括氧化铝(Al2O3)层。9.如权利要求1至8中任一项所述的光伏电池，其中所述覆盖层结构包括层的堆叠体，例如，Al2O3层和SiN
x
层的堆叠体。10.如权利要求1至9中任一项所述的光伏电池，其中所述覆盖层结构包括选自SiN
x
、TiO
x
、SiO
x
的层。11.如前述权利要求中任一项所述的光伏电池，其中覆盖所述第一主表面的所述含PO
x
和Al的层具有小于10nm的厚度。12.如前述权利要求中任一项所述的光伏电池，其中所述覆盖层结构是具有2nm至30nm、更优选地2nm至5nm的厚度的氧化铝(Al2O3)层。13.如权利要求1至12中任一项所述的光伏电池，其中所述两个主表面中的第二主表面被氧化铝(Al2O3)层覆盖。14.如权利要求13所述的光伏电池，包括：-在所述第二主表面与覆盖所述第二主表面的所述氧化铝(Al2O3)层之间的SiO2层。15.如权利要求14所述的光伏电池，其中所述SiO2层是具有0.5nm至2nm的厚度的层。16.如权利要求13至15中任一项所述的光伏电池，其中所述Al2O3层是堆叠体的一部分，所述堆叠体从所述第二主表面至顶端依次包括Al2O3层、在所述Al2O3层的顶端上的任选的SiO2层以及在顶端上的SiN
x
覆盖层。17.用于制造光伏电池的方法，所述方法包括：-提供具有两个相对的主表面的硅衬底；-在所述硅衬底的所述两个相对的主表面中的第一主表面上施加含PO
x
和Al的层；-在所述含PO
x
和Al的层的顶端上施加覆盖层结构以覆盖所述含PO
x
和Al的层。18.如权利要求17所述的方法，其中所述含PO
x
和Al的层是混合的AlP
x
O
y
膜，所述混合的
AlP
x
O
y
膜通过以下形成：施加一数量的PO
x
层和一数量的含Al层，其中定制所述含PO
x
和Al的层中的磷与磷+铝的原子百分比之间的比率(P/(P+Al))以获得在有效过量载流子寿命τ
eff
(s)、固定电荷密度Q
f
(cm-2
)和界面态密度D
it
(eV-1
cm-2
)之间的最佳平衡，其中通过施加期望数量的PO
x
层和期望数量的含Al层来形成所述混合AlP
x
O
y
膜而实现所述定制。19.如权利要求18所述的方法，其中所述层中的磷与磷+铝的原子百分比之间的比率(P/(P+Al))...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉默斯，
申请(专利权)人：埃因霍芬理工大学，
类型：发明
国别省市：