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TWI685117B - 具結晶矽且光接收表面鈍化之太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

具結晶矽且光接收表面鈍化之太陽能電池及其製造方法 Download PDF

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TWI685117B
TWI685117B TW104120962A TW104120962A TWI685117B TW I685117 B TWI685117 B TW I685117B TW 104120962 A TW104120962 A TW 104120962A TW 104120962 A TW104120962 A TW 104120962A TW I685117 B TWI685117 B TW I685117B
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Abstract

描述一種鈍化具結晶矽之太陽能電池之光接收表面之方法、以及所生成之太陽能電池。舉例來說，太陽能電池包括具有光接收表面的矽基板。本質矽層設置在矽基板的光接收表面上。N型矽層被設置在本質矽層上。本質矽層和N型矽層之一或兩者是微晶矽層或多晶矽層。在另一個例子中，太陽能電池包括具有光接收表面的矽基板。鈍化介電層設置在矽基板的光接收表面上。N型微晶矽層或N型多晶矽層設置在鈍化介電層上。

Description

具結晶矽且光接收表面鈍化之太陽能電池及其製造方法
本公開的實施例是在可再生能源領域，尤其是一種鈍化具結晶矽之太陽能電池的光接收表面的方法、以及所生成之太陽能電池。
光伏電池，俗稱太陽能電池，是直接轉換太陽輻射為電能之習知裝置。通常，太陽能電池是使用半導體加工技術製造於半導體晶圓或基板上以形成基板表面附近的P-N接面。衝射在基板表面並進入基板表面之太陽輻射在基板本體中產生電子和電洞對。電子以及電洞對遷移至基板中之P摻雜區域和N摻雜區域，從而產生摻雜區域之間的電壓差。摻雜區域連接至太陽能電池上之導電區域上，以引導來自電池的電流至與其連接之外部電路。
效率是太陽能電池的一個重要特性，因為其直接關係到太陽能電池產生功率的能力。同樣地，生產太陽能電池的效率與這樣的太陽能電池之成本效益係直接相關。因此，用於增加太陽能電池的效率之技術，或用於提高在太陽能電池的製造上的效率之技術，通常是所期望的。本公開的一些實施例藉 由提供一種用於製造太陽能電池結構之新穎方法來允許太陽能電池製造效率增加。本公開的一些實施例藉由提供一種新穎的太陽能電池結構來允許太陽能電池效率增加。
本發明之一態樣揭露一種太陽能電池，其包含：具有光接收表面之矽基板；設置在矽基板之光接收表面上之本質矽層；以及設置在本質矽層上之N型矽層。在一實施例中，本質矽層及N型矽層之一或兩個係為微晶矽層或多晶矽層。
本發明之一態樣揭露一種太陽能電池，其包含：具有光接收表面之矽基板；設置在矽基板之光接收表面上之鈍化介電層；以及設置在鈍化介電層上之N型微晶矽層或N型多晶矽層。
本發明之一態樣揭露一種製造太陽能電池之方法，其包含：形成鈍化介電層於矽基板之光接收表面上；形成N型微晶矽層或N型多晶矽層於鈍化介電層上；以及形成抗反射塗佈(ARC)層於N型微晶矽層或N型多晶矽層上。
本發明之一態樣揭露一種由上述製造太陽能電池之方法所製造之太陽能電池。
100‧‧‧矽基板
102‧‧‧光接收表面
104‧‧‧背面
106‧‧‧紋理化拓樸結構
108‧‧‧鈍化介電層
110‧‧‧本質矽層
112‧‧‧N型矽層
114‧‧‧抗反射塗佈層
120‧‧‧第二多晶矽射極區域
122‧‧‧第一多晶矽射極區域
124‧‧‧介電層
128、130、158、160‧‧‧導電接觸結構
150‧‧‧第二射極區域
152‧‧‧第一射極區域
126、156‧‧‧絕緣層
200‧‧‧流程圖
202、204、206‧‧‧操作
500、600、700‧‧‧能帶圖
502、602、702‧‧‧費米能階
604‧‧‧途徑
第1A圖至第1E圖示出了根據本公開的一個實施例在太陽能電池的製造中於各階段的剖面圖，其中： 第1A圖示出太陽能電池的起始基板；第1B圖示出第1A圖接續形成鈍化介電層於基板之光接收表面上後的結構；第1C圖示出第1B圖接續形成本質矽層於鈍化介電層上的結構；第1D圖示出了第1C圖接續形成N型矽層於本質矽層上的結構；以及第1E圖示出了第1D圖接續形成抗反射塗佈(ARC)層於N型矽層上的結構。
第2圖示出根據本公開的實施例對應於第1A圖至第1E圖在製造太陽能電池之方法中操作的流程圖。
第3圖示出根據本揭露之實施例之具有形成在基板之背面上之射極區域以及具有在基板之光接收表面上之第一例示性堆疊層之背接觸太陽能電池的剖視圖。
第4圖示出根據本揭露之實施例之具有形成在基板之背面上之射極區域以及具有在基板之光接收表面上之第一例示性堆疊層之背接觸太陽能電池的剖視圖。
第5圖是根據本公開之實施例之與第3圖及第4圖搭配所述之設置在太陽能電池的光接收表面上的第一例示性堆疊層之能帶圖。
第6A圖示出根據本揭露之實施例之具有形成在基板之背面上之射極區域以及具有在基板之光接收表面上之第二例示性堆疊層之背接觸太陽能電池的剖視圖。
第6B圖是根據本公開之實施例之與第6A圖搭配所述之設置在太陽能電池的光接收表面上的第二例示性堆疊層之能帶圖。
第7A圖示出根據本揭露之實施例之具有形成在基板之背面上之射極區域以及具有在基板之光接收表面上之第三例示性堆疊層之背接觸太陽能電池的剖視圖。
第7B圖是根據本公開之實施例之與第7A圖搭配所述之設置在太陽能電池的光接收表面上的第三例示性堆疊層之能帶圖。
下面詳細描述係僅為本質說明性，且非旨在限制標的或應用的實施例、以及這樣的實施例之用途。如本文所用，詞語「例示性」意指「用作示例、實例或說明」。本文中描述為例示性的任何實施方式不必然被解釋為優於或勝過其他實施方式。此外，沒有意圖受在前面的技術領域、先前技術、發明內容或以下實施方式中呈現之任何明示或暗示的理論所侷限。
本說明書包括提到「一個實施例(one embodiment)」或「一個實施例(an embodiment)」。短語「一個實施例(one embodiment)」或「一個實施例(an embodiment)」之出現不一定指的是同一實施例。特定特徵、結構、或特性可以任何與本發明相符之適當方式結合。
術語。以下段落提供於本公開內容(包括所附申請專利範圍)中所見之術語之定義及/或語境：「包括」這個詞是開放式的。如在所附的申請專利範圍中所使用，本術語不排除額外的結構或步驟。
「配置以」之各單位或組件可被描述或主張為「配置以」執行一個任務或多個任務。在這樣的語境下，「配置以」係用於藉由指示單位/組件包括在操作期間執行一個任務或多個任務之結構來表示結構。這樣，即使指定的單位/組件目前並未在運作(例如，未開啟/未激活)，單元/部件仍可以被稱為配置以執行任務。提及單元/電路/組件係「配置以」執行一個或多個任務係明確地希望對於單元/組件不援引35 U.S.C §112，第六段。
「第一」、「第二」等當在本文中使用時，這些術語被用作其前綴之名詞的標示，且並不暗示任何類型的排序(例如，空間、時間、邏輯等)。例如，提及為「第一」太陽能電池並不一定意味著此太陽能電池是一個序列中的第一個太陽能電池；而是術語「第一」用於從另一個太陽能電池(例如「第二」太陽能電池)區分此太陽能電池。
「耦合」-下面的描述是指被「耦接」在一起的元件或節點或特徵。如本文所使用的，除非明確地另外聲明，否則「耦合」意指一個元件/節點/特徵係直接或間接地接合(或直接地或間接地連通)到另一個元件/節點/特徵，並且不一定是機械連接。
「禁止」-如本文所用，抑制是用來描述減少或最小化效果。當一個組件或特性被描述為抑制作動、移動或情況，其可能完全地阻止結果或產物或完全的未來狀態。另外，「抑制」也可以指可能另外發生之產物、性能和/或效力的減少或減輕。因此，當一個組件、元件、或特徵被稱為抑制結果或狀態時，其不需要完全地防止或消除結果或狀態。
此外，某些術語，也可以使用在以下描述中以僅用於參考目的，且因此並不意圖是限制性的。例如，術語如「上」、「下」、「上面」和「下 面」是指參照圖式之方向。術語如「前」、「後」、「背部」、「側部」、「外側」和「內側」藉由參照描述討論下之組件之內容以及相關圖式，來明確描述在一致而任意之參考框架中的組件的部分之定向及/或位置。這些用語可以包括上面特別提到的詞語、其衍生物、以及類似含義的詞語。
鈍化具結晶矽之太陽能電池之光接收表面之方法及所生成的太陽能電池係如本文所述。在下面的描述中，許多具體細節被闡述，如具體處理流程的操作，以提供對於本公開內容之實施例的透徹理解。對於所屬技術領域中具有通常知識者而言顯而易見的是，本發明的實施例可以在沒有這些特定細節的情況下被實踐。在其他實例中，習知的製造技術，諸如光刻和圖樣化技術，並未詳細說明，以不會不必要地模糊本公開內容的實施例。此外，要理解的是，圖式中所示的各種實施例是說明性表示且不一定按比例繪製。
本文公開了太陽能電池。在一個實施例中，太陽能電池包括具有光接收表面的矽基板。本質矽層係設置在矽基板的光接收表面的上方。N型矽層被設置在本質矽層上。本質矽層及N型矽層之一或兩個是微(micro)或多晶矽層。
在另一個實施例中，太陽能電池包括具有光接收表面的矽基板。鈍化介電層係設置在矽基板的光接收表面上。N型微晶矽層或N型多晶矽層係設置在鈍化介電層上。
本文還公開一種製造太陽能電池的方法，在一個實施例中，製造太陽能電池的方法包括形成鈍化介電層於矽基板的光接收表面上。該方法還包括形成N型微晶矽層或N型多晶矽層於鈍化介電層上方。該方法還包括形成抗反射塗佈(ARC)層在N型微晶矽層或N型多晶矽層上。
本文描述的一或多個實施例涉及用於實現改善的正面場(FSF)性能的太陽能電池的方法。在一個實施例中，改善FSF性能係使用結晶矽(Si)介層達到，以提供改進的效率和可靠性。
提供背景，光誘導劣化(LID)及/或紫外光(UV)劣化持續帶來太陽能電池性能的長期穩定性之問題。由於其增加的正面鈍化的敏度，高效率的太陽能電池尤其經受這種劣化模式。致力於進行改善這種太陽能電池的穩定性，而不以降低或鈍化太陽光譜吸收(例如，JSC損失)的形式折衷性能。性能穩定對於性能確保以及產品品質差異可為關鍵。更具體地，正面鈍化可以是高效率太陽能電池的性能的關鍵。通常，使用擴散過程接續高溫氧化，且最後使用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)覆蓋抗反射塗佈(ARC)層來進行正面鈍化。氮化矽(SiN或SiN：H)由於其光學特性以及其優良鈍化性質被通常用作ARC層。氮化矽層可以被用來提供H+到結晶矽/熱氧化物(c-Si/TOX)介面。不幸的是，該介面可能由於長期暴露於UV光經由破壞既存之Si-H鍵結之熱電子注入通過介面而劣化。熱電子可能截留在接續層且被重新活化而來回躍越穿過介面，這習知為介面磨損的過程。
為求解決一或多個上述問題，根據本文描述的一個或多個實施例，太陽能電池的效率及可靠性係藉由在鈍化氧化物層和ARC層之間插入一個結晶矽(Si)介層而改善，如SiN或SiN：H層。在一個實施例中，通過在熱氧化物與SiN或SiN：H ARC層之間插設結晶或部分結晶的Si介層，c-Si/TOX介面之鈍化性及穩定性得到改善。此外，增加Jsc可以通過於太陽能電池中使用更透明的介層來實現。這樣的介層可以藉由多種適當的方法進行沉積。在一個實施例中，執行微或多晶N型矽(μc-Si：n)層或多晶矽Si：n層的直接沉積。在另一個實施例 中，後處理被執行以第一沉積非晶矽N型矽(αSi：n)層，然後使用退火製程以結晶沉積層。後處理可具有或不具有ARC層存在下進行。
不受理論的束縛，在一個實施例中，由直接沉積或相轉換到更加結晶相來實現之改善穩定性係提高了N型矽介層之應力狀態(stress state)，其平衡了底層熱氧化物的壓縮性質(compressive nature)。其結果是更強較佳的Si-O鍵合狀態。此外，轉換為結晶狀態可能在底層熱氧化物的表面降低OH鍵的總數，降低了用於截住熱電子之陷阱態的量，並使得降低介面磨損。
更一般地，根據一或多個實施例，本質矽晶或非晶矽：N型微或多晶矽(表示為i：n)結構被製造具有或不具有用於提高鈍化之薄氧化物。在另一個實施例中，可以單獨使用N型微或多晶矽層，只要該薄氧化物具有足夠高的品質，以保持良好的鈍化。在實施本質微或多-結晶或非晶矽的情況中，該材料提供了以防缺陷氧化物的額外鈍化保護。在一些實施例中，除了本質層以外包含磷摻雜微米或多晶矽層係提高了對紫外線劣化的穩定性。磷摻雜層，可以實現以使能帶彎曲，此有助於藉由排斥少數載體減少重組量而屏蔽介面。
第1A圖至第1E圖根據本公開的實施例示出了在太陽能電池的製造中各階段之剖面圖。第2圖列出根據本公開的實施例製造太陽能電池之方法中對應於第1A圖-第1E圖之操作的流程圖。
第1A圖示出太陽能電池的起始基板。參照第1A圖，基板100具有光接收表面102及背面104。在一個實施例中，基板100是單晶矽基板，諸如塊狀單晶N型摻雜矽基板。然而，應當理解的是，基板100可以是設置在整體太陽能電池基板上例如多晶矽層之層。在一個實施例中，光接收表面102具有紋理化拓樸結構(texturized topography)106。在一個這樣的實施例中，氫氧基濕式蝕刻劑被 用來紋理化基板100之正面，要理解的是紋理化表面可以是其中具有規則或不規則形狀表面以用於散射太陽能電池的光接收表面之入射光、降低太陽能電池的光接收表面之反射光量者。
第1B圖示出第1A圖接續形成鈍化介電層於基板的光接收表面上的結構。參見第1B圖和對應的流程圖200的操作202，鈍化介電層108係形成於基板100的光接收表面102上。在一個實施例中，光接收表面102具有紋理化拓樸結構106，且鈍化介電層108與紋理化拓樸結構106共形，如在第1B圖中描繪。
在一個實施例中，鈍化介電層108是一層二氧化矽(SiO2)。在一個這樣的實施例中，二氧化矽層(SiO2)具有在約10-200埃範圍內的厚度。在一個實施例中，鈍化介電層108是親水性的。在一個實施例中，鈍化介電層108係藉由例如，但不限於矽基板的光接收表面的一部分之化學氧化、二氧化矽(SiO2)之電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、矽基板之光接收表面的一部分之熱氧化、SiO2或AlOx之原子層沉積(ALD)、或在O2或O3環境下暴露矽基板之光接收表面至紫外光(UV)輻射的技術來形成。
第1C圖示出第1B圖接續形成本質矽層於鈍化介電層上的結構。參照第1C圖，本質矽層110形成在鈍化介電層108上。在一個實施例中，如在第1C圖中描繪，本質矽層110與紋理化拓樸結構106為共形。
在一個實施例中，本質矽層110是本質微或多晶矽層。在一個這樣的實施例中，本質微或多晶矽層具有約在1-5奈米範圍內的厚度。在一個實施例中，本質微或多晶矽層具有大約為0.1-0.9(即，10-90%)的範圍內之結晶比例，其餘則為非結晶的。在一個實施例中，本質微或多晶矽層包括具有微米或奈米 尺寸的小晶粒。小晶粒可被嵌入在一般非晶矽基質且基本上沒有長範圍排列(long range order)。
在實施例中，本質微或多晶矽層是藉由沉積本質非晶矽層，隨後，將本質非晶矽層相轉換為本質微或多晶矽層所形成。在一個這樣的實施例中，本質非晶矽層是藉由沉積製程來形成，諸如，但不限於，電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、或濺鍍(物理氣相沉積，PVD)。在一個實施例中，相位轉換是使用諸如，但不限於，在加熱爐中加熱、快速熱處理(RTP)、雷射退火、或形成氣體退火(FGA)技術來實現。在另一個實施例中，本質微或多晶矽層係藉由沉積本質微或多晶矽層來形成。在一個這樣的實施例中，本質微或多晶矽層是用PECVD沉積。
在另一個實施例中，本質矽層110是本質非晶矽層。在一個這樣的實施例中，本質非晶矽層具有在約1-5奈米範圍內的厚度。在一個實施例中，形成於鈍化介電層108上的本質非晶矽層在溫度小於大約攝氏400度時進行。在一個實施例中，本質非晶矽層是使用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)形成，以Si-H表示，其包含透過層之Si-H共價鍵。
第1D圖示出第1C圖接續形成N型矽層於本質矽層上的結構。參照第1D圖和相應流程圖200的操作204，N型矽層112形成於本質矽層110上。在一個實施例中，如在第1D圖中描繪，N型矽層112與紋理化拓樸結構106共形。
在一個實施例中，N型矽層112是N型微或多晶矽層。在一個這樣的實施例中，本質徵或多晶矽層具有約在1-20奈米範圍內的厚度。在一個實施例中，N型微或多晶矽層具有結晶比例大約為0.1-0.9(即，10-90%)的範圍內，餘量為非結晶的。在實施例中，N型摻雜劑(例如，磷)在N型微或多晶矽層中的濃度 大約是在1E17-1E20原子/cm3之範圍中。在一個實施例中，N型微或多晶矽層包括具有微米或奈米尺寸的小晶粒。小晶粒可被嵌入在一般非晶矽基質且基本上沒有長範圍排列。在一個實施例中，N型摻雜劑被包含在非結晶部分、在結晶部分或兩者之中。
在一個實施例中，N型微或多晶矽層係藉由沉積N型非晶矽層，隨後，將N型非晶矽層相轉換為N型微或多晶矽層而形成。在一個這樣的實施例中，N型非晶矽層係通過沉積製程形成，例如但不限於，電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、或濺鍍(物理氣相沉積，PVD)。在一個實施例中，相轉換是使用技術諸如但不限於，在加熱爐中加熱、快速熱處理(RTP)、雷射退火、或形成氣體退火(FGA)之技術來達成。在另一個實施例中，N型微或多晶矽層是通過沉積N型微或多晶矽層來形成。在一個這樣的實施例中，N型微或多晶矽層是用PECVD沉積。
在另一個實施例中，N型矽層112是N型非晶矽層。在一個實施例中，形成在本質矽層110上的N型非晶矽層在溫度約小於攝氏400度時被執行。在一個實施例中，N型非晶矽層是使用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)來形成，以磷摻雜的a-Si：H表示，其中包括了透過層之Si-H的共價鍵。
在任何情況下，在一個實施例中，微-或多晶矽或無晶矽N型矽層112包括雜質，例如磷的摻雜劑。在一個這樣的實施例中，磷摻雜劑要不是在膜沉積過程期間被加入就是在後植入操作中被加入。
再次參照第1D圖，第一實施例中，本質矽層110是非晶本質矽層，且N型矽層112是微-或多晶N型矽層。在第二個實施例中，本層矽層110是微 -或多晶本質矽層，且N型矽層112是非晶N型矽層。在第三個實施例中，本質矽層110是微-或多晶本質矽層，且N型矽層112是微-或多晶N型矽層。
第1E圖示出了第1D圖接續形成在N型矽層上的抗反射塗佈(ARC)層的結構。參照第1E圖和相應流程圖200的操作206，抗反射塗佈(ARC)層114形成在N型矽層112上。在一個實施例中，如在第1E圖中所示，ARC層114係與紋理化拓樸結構106共形。
在一個實施例中，ARC層114是不導電的ARC層。在一個這樣的實施例中，非導電ARC層包括氮化矽。在特定的此類實施例中，氮化矽在溫度小於大約攝氏400度下形成。在另一實施例中，ARC層114是導電ARC層。在一個這樣的實施例中，導電ARC層包括一層銦錫氧化物(ITO)。
第3圖示出依據本揭露之實施例具有形成於基板之背面上的射極區域以及具有在基板之光接收表面上之第一例示性堆疊之背接觸太陽能電池之剖面圖。
參照第3圖，太陽能電池包括：具有光接收表面102的矽基板。鈍化介電層108被設置在矽基板100的光接收表面上。本質矽層110係設置於鈍化介電層108上。N型矽層112被設置在本質矽層110上。抗反射塗佈(ARC)層114被設置在N型矽層112上。因此，在第3圖的太陽能電池的光接收表面上之堆疊層係與搭配第1A圖至第1E圖所述者相同。
再次參照第3圖，在第一實施例中，本質矽層110是非晶本質矽層，且N型矽層112是微-或多晶N型矽層。在第二實施例中，本質矽層110是微-或多晶本質矽層，且N型矽層112是非晶N型矽層。在第三實施例中，本質矽層110是微-或多晶本質矽層，且N型矽層112是微-或多晶N型矽層。
再次參照第3圖，在基板100的背面上，交替的P型(120)和N型(122)射極區域形成。在一個這樣的實施例中，溝槽121被設置在交替的P型(120)和N型(122)射極區域之間。更具體地說，在實施例中，第一多晶矽射極區域122形成在薄介電層124的第一部分上，且摻雜有N型雜質。第二多晶矽射極區域120形成在薄介電層124的第二部分上，並且摻雜有P型雜質。在實施例中，穿隧介電層124是具厚度大約為2奈米或更小的氧化矽層。
再次參照第3圖，導電接觸結構128/130係藉由首先沉積並圖樣化絕緣層126以具有開口，然後形成一或多個導電層於開口中來製得。在一實施例中，導電接觸結構128/130包括金屬，且藉由沉積、光刻及蝕刻方法來形成，或者，藉由印刷或電鍍程序來形成，或者，藉由箔粘附程序(foil adhesion process)來形成。
第4圖示出根據本揭露之實施例具有在基板之背面形成之射極區域以及具有在基板之光接收表面之上的第一例示性堆疊層之背接觸太陽能電池光之剖面圖。
參考第4圖，太陽能電池包括具有光接收表面102的矽基板100。鈍化介電層108被設置在矽基板100的光接收表面上。本質矽層110係設置在鈍化介電層108上。N型矽層112被設置在本質矽層110上。抗反射塗佈(ARC)層114被設置在N型矽層112上。因此，在第4圖的太陽能電池的光接收表面上之堆疊層係與相關於第1A圖至第1E圖所述相同。
再次參考第4圖，第一實施例中，本質矽層110是非晶本質矽層，且N型矽層112是微-或多晶N型矽層。在第二實施例中，本質矽層110是微-或多 晶本質矽層，且N型矽層112是非晶N型矽層。在第三實施例中，本質矽層110是微-或多晶本質矽層，且N型矽層112是微-或多晶N型矽層。
再次參照第4圖，在基板100的背面內，交替的P型(150)和N型(152)射極區域形成。更具體地說，在一實施例中，第一射極區域152形成於基板100的第一部分內，且摻雜有N型雜質。第二射極區域150係形成於基板100的第二部分內，且摻雜有P型雜質。再次參照第4圖，導電接觸結構158/160係藉由首先沉積並圖樣化絕緣層156以具有開口，然後形成一或多個導電層於開口中來製得。在一個實施例中，導電接觸結構158/160包括金屬且藉由沉積、光刻、以及蝕刻方法來形成，或者，藉由印刷或電鍍程序來形成，或者，藉由箔粘附程序來形成。
第5圖是根據本揭露之實施例搭配第3圖及第4圖所述之太陽能電池之光接收表面上所設置之第一例示性堆疊層之能帶圖500。參照能帶圖500，對於材料堆疊提供帶結構，該材料堆疊包括N型摻雜矽(n)、本質矽(i)、薄氧化物層(Tox)、及結晶矽基板(c-Si)。費米(Fermi)能階被顯示在502且揭示了具有這種材料堆疊的基板的光接收表面的良好鈍化。
第6A圖示出根據本揭露之實施例具有形成在基板的背面上之射極區域以及具有在基板的光接收表面上的第二例示性堆疊層之背接觸太陽能電池之剖面圖。
參考第6A圖，太陽能電池包括具有光接收表面102之矽基板100。本質矽層110被設置在矽基板100的光接收表面102上(在這種情況下，生長可外延(epitaxial))。N型矽層112被設置在本質矽層110上。抗反射塗佈(ARC)層114被設置在N型矽層112上。因此，在第6A圖的太陽能電池的光接收表面上的 堆疊層中不包括搭配第3圖所述之鈍化介電層108。然而，搭配第3圖所述之其它特徵則相似。此外，應當理解的是，射極區域可在基板內形成，如搭配第4圖所述的。
再次參照第6A圖，在第一實施例中，本質矽層110是非晶本質矽層，且N型矽層112是微-或多晶N型矽層。在第二實施例中，本質矽層110是微-或多晶本質矽層，且N型矽層112是非晶N型矽層。在第三實施例中，本質矽層110是微-或多晶本質矽層，且N型矽層112是微-或多晶N型矽層。
第6B圖是根據本揭露之實施例搭配第6A圖所述之太陽能電池之光接收表面上所設置之第二例示性堆疊層之能帶圖600。參照該能帶圖600，對於材料堆疊提供帶結構，該材料堆疊包括N型摻雜矽(n)、本質矽(i)、以及結晶矽基板(c-Si)。費米能階被顯示在602且揭示了具有這種材料堆疊的基板的光接收表面的良好鈍化，即使未設氧化物層以阻斷途徑604。
第7A圖示出根據本揭露之實施例具有形成在基板的背面上之射極區域以及具有在基板的光接收表面上的第三例示性堆疊層之背接觸太陽能電池之剖面圖。
參考第7A圖，太陽能電池包括具有光接收表面102的矽基板100。鈍化介電層108被設置在矽基板100的光接收表面102。微-或多晶N型矽層112被設置在鈍化介電層108上。抗反射塗佈(ARC)層114被設置在微-或多晶N型矽層112上。因此，在第7A圖的太陽能電池的光接收表面上之堆疊層不包括搭配第3圖所述之微-或多晶矽或非晶本質矽層110。然而，搭配第3圖所述之其它特徵則相似。此外，應當理解的是，射極區域可以在基板內形成，如搭配第4圖所述。
第7B圖是根據本揭露之實施例搭配第7A圖所述之太陽能電池之光接收表面上所設置之第三例示性堆疊層之能帶圖700。參照該能帶圖700，對於材料堆疊提供帶結構，該材料堆疊包括微-或多晶矽N型摻雜矽(n)、薄氧化物層(Tox)、以及結晶矽基板(c-Si)。費米能階被顯示在702且揭示了具有這種材料堆疊的基板的光接收表面之良好的鈍化。
整體而言，雖然上面描述了具體材料，但一些材料可以容易地被其他材料所替代，只要實施例仍落於本揭露之實施例之精神及範疇內。例如，在一實施例中，不同的材料基板，諸如III-V族材料或多晶矽基板，可以使用來代替矽基板。此外，將理解的是，基板可以是n+或p+型材料。此外，應當理解的是，其中，N+和P+型摻雜係針對具體為太陽能電池的背面上之射極區域所述，設想中之其它實施例分別包括相反導電類型，例如，P+和N+型摻雜。這也可應用到前接觸電池和雙面電池結構。
因此，揭露鈍化具結晶矽之太陽能電池之光接收表面之方法、以及所生成的太陽能電池。
儘管具體實施例已如上所述，這些實施例並非意在限制本公開的範圍，即便相對於特定特徵僅闡述了一個實施例。在本公開提供的特徵的實施例旨在是說明性的而非限制性的，除非另有說明。上面的描述意在涵蓋具有本揭露效益之這些替換、修改和等同物，此對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的。
本公開內容的範疇包括在本文所揭露之任何特徵以及特徵之組合(明述性地或暗示性地)，或其任何概括，無論其是否減輕本文所解決之任何或全部問題。因此，新的申請專利範圍可能會在此申請(或主張優先權之申請)的審 訂期間制定為任何這樣的特徵之組合。特別是，參照所附的申請專利範圍，來自附屬項申請專利範圍的特徵可以與來自獨立項申請專利範圍中的特徵組合，且來自各別獨立項申請專利範圍之特徵可以任何合適方式組合，而不是僅僅為列舉在所附之申請專利範圍中的特定組合。
200‧‧‧流程圖
202、204、206‧‧‧操作

Claims (23)

  1. 一種太陽能電池，其包含：一矽基板，具有一光接收表面；一鈍化介電層設置在該矽基板之該光接收表面上；一本質矽層，設置在在該鈍化介電層上；以及一N型矽層，設置在該本質矽層上，其中該N型矽層係為一微晶矽層或一多晶矽層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該N型矽層係為具有結晶比例在0.1-0.9的範圍內之一N型微晶矽層或一N型多晶矽層，剩餘部分為非晶矽。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中在該N型矽層的N型摻雜劑的濃度在1E17~1E20原子/立方公分之範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該本質矽層係為非晶矽。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該鈍化介電層是二氧化矽(SiO2)層，具有厚度為10-200埃之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其進一步包含：一抗反射塗佈(ARC)層設置在該N型矽層上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該光接收表面具有一紋理化拓樸結構，且其中該鈍化介電層、該本質矽層和該N型矽層皆與該光接收表面的該紋理化拓樸結構為共形。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該矽基板進一 步包含相對該光接收表面之一背面，該太陽能電池進一步包含：交替之複數個N型半導體區域及複數個P型半導體區域，在該矽基板之該背面或在該矽基板之該背面上；以及一導電接觸結構，電性連接至交替之該複數個N型半導體區域及該複數個P型半導體區域。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該本質矽層係包含一微晶矽層或一多晶矽層。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中該抗反射塗佈(ARC)層包含氮化矽。
  11. 一種製造太陽能電池之方法，該方法包含：形成一鈍化介電層於一矽基板之一光接收表面上；形成一本質矽層於該鈍化介電層上；以及形成一N型微晶矽層或一N型多晶矽層於該本質矽層上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該N型微晶矽層或該N型多晶矽層係包含沉積一N型非晶矽層，且接續相轉換該N型非晶矽層為該N型微晶矽層或該N型多晶矽層。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該N型微晶矽層或該N型多晶矽層包含沉積該N型微晶矽層或該N型多晶矽層。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該N型微晶矽層或該N型多晶矽層之步驟中，其結晶比例係在0.1-0.9的範圍內，剩餘部分為非晶矽。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中形成該N型微晶矽層或該N型多晶矽層之步驟中，其N型摻雜劑的濃度在1E17~1E20原子/立方公分之範圍內。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中在形成該本質矽層於該鈍化介電層上之步驟中，該本質矽層係為非晶矽。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該本質矽層係包含一微晶矽層或一多晶矽層。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中形成該鈍化介電層包含使用選自由該矽基板的該光接收表面的一部分之化學氧化、二氧化矽(SiO2)之電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、SiO2或AlOx之原子層沉積(ALD)、該矽基板之該光接收表面的一部分之熱氧化、及在O2或O3環境下暴露該矽基板之該光接收表面至紫外光(UV)輻射所組成之群組之技術。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該鈍化介電層是二氧化矽(SiO2)層，具有厚度為10-200埃之範圍內。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含：形成一抗反射塗佈(ARC)層在該N型微晶矽層或該N型多晶矽層上。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該抗反射塗佈(ARC)層包含氮化矽。
  22. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該光接收表面具有一紋理化拓樸結構，且其中該鈍化介電層、該本質矽層和該N型矽層皆與該光接收表面的該紋理化拓樸結構為共形。
  23. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該矽基板包含相對該光接收表面之一背面，該方法進一步包含：在該矽基板之該背面或在該矽基板之該背面上形成交替之複數個N型半導體區域及複數個P型半導體區域；以及形成一導電接觸結構，電性連接至交替之該複數個N型半導體區域及該複數個P型半導體區域。
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