光伏电池及用于制造所述光伏电池的方法

技术领域

本发明涉及光伏电池并且涉及用于制造光伏电池的方法。

背景技术

由例如WO 2016022026A1已知具有钝化层的光伏电池。

发明内容

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。

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。

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。

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

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

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。

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(Al

本发明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

覆盖含PO

含PO

例如，含PO

在某些情况下，呈现为混合的AlP

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

在第一实施方案中，含PO

如从图9b明晰，该层中的磷与磷+铝(P/(P+Al))的原子百分比对固定电荷密度(Q

在实施方案中，该层中的磷与磷+铝的原子百分比之间的比率(P/(P+Al))是0.6至1.0。在该范围内，有效过量载流子寿命τ

在实施方案中，该层中的磷与磷+铝的原子百分比之间的比率(P/(P+Al))是至少0.5。

在实施方案中，含PO

例如，H可以对降低与硅衬底的界面态密度有益。

Si和额外的Al可以一方面在含PO

在实施方案中，Si衬底与PO

在实施方案中，薄的SiO

在实施方案中，覆盖层结构可以是氧化铝(Al

在实施方案中，覆盖第一主表面的含PO

在实施方案中，顶端的覆盖层结构包括具有2-30nm，更优选2-5nm的厚度的氧化铝(Al

在实施方案中，硅衬底的两个主表面中的第二主表面可以被Al

Al

在实施方案中，在第二主表面上具有Al

在实施方案中，该SiO

在具有覆盖第二主表面的氧化铝(Al

本发明还涉及用于制造光伏电池的方法，方法包括：

提供具有两个相对的主表面的硅衬底；

在硅衬底的主表面中的一个上施加含PO

在含PO

含PO

如以上关于PV-电池所述，在某些情况中，呈现为混合的AlP

提供具有两个相对的主表面的硅衬底；

在硅衬底的主表面中的一个上施加含PO

根据本发明的方法的以下实施方案涉及用于制造具有覆盖层的PV-电池的方法的实施方案以及用于制造没有覆盖层的PV-电池的方法的实施方案两者。当PV-电池不具有覆盖层时，需要含PO

在实施方案中，含PO

施加一数量的PO

可以通过施加期望数量的PO

在实施方案中，层中的磷与磷+铝(P/(P+Al))的原子百分比之间比率为0.6至1.0。

在实施方案中，含PO

在实施方案中，交替地施加PO

在实施方案中，施加至少一个PO

当在形成AlP

在实施方案中，首先交替地施加PO

在实施方案中，可以通过脉冲、空间或批次式原子层沉积(ALD)；或者脉冲、空间或批次式化学气相沉积(CVD)实现将含PO

在该实施方案的进一步详细阐述中，脉冲、空间或批次式化学气相沉积(CVD)可以是脉冲、空间或批次式等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。

在实施方案中，用于将含PO

在实施方案中，可以将第一主表面在每次暴露于磷酸三甲酯与暴露于含O反应物之间暴露于吹扫气体，例如N

在实施方案中，脉冲、空间或批次式原子层沉积(ALD)或者脉冲、空间或批次式化学气相沉积(CVD)可以在低压沉积系统中进行。

低压沉积系统是其中压力是次大气压的系统。

在实施方案中，可以在20-250℃，更优选地80-120℃的温度下实现将含PO

在实施方案中，覆盖层结构的施加可以包括Al

在实施方案中，Al

在实施方案中，含PO

在实施方案中，在20-300℃、更优选地150-250℃并且甚至更优选地180-220℃的温度下实现Al

参考以下附图在详细描述中进一步阐述本发明。

附图说明

图1.在固定电荷Q

图2.由含掺杂剂的膜进行激光掺杂过程的示意性图示。激光脉冲局部加热膜，在膜中产生局部开口并且导致掺杂剂扩散进硅中，在表面处形成局部重掺杂区域。

图3a由目前已知的用于表面钝化的结构Al

图3b由建议的PO

图4a在25℃的温度和500ms TMP注入时间(鼓泡器温度25℃)下，PO

图4b在25℃、500ms、1s和2s的注入时间(鼓泡器温度25℃)下，PO

图4c在25℃下(鼓泡器温度25℃)，稳定状态GPC相对于TMP注入时间。

图4d在25℃、100℃和200℃的沉积温度和25℃和70℃的鼓泡器温度下，PO

图5在100℃下在经抛光的(100)Si衬底上沉积的PO

图6a由在25℃下沉积的PO

图6b由在100℃下沉积的PO

图7a由在25℃下沉积的PO

图7b由在100℃下沉积的PO

图8a在100℃下沉积在硅上的PO

图8b由图8a的数据确定的相应固定电荷密度，作为退火温度的函数。

图9a有效过量载流子寿命τ

图9b固定电荷密度Q

图9c界面态密度D

具体实施方式

在原子层沉积(ALD)反应器中，在25℃至100℃的温度下，通过以循环方式使样品交替地暴露于磷酸三甲酯(TMP)和O

在PO

在具有低水蒸气浓度的低压(～10

为了避免该相当具反应性的PO

PO

为了研究这些层的钝化性质，由磷酸三甲酯(TMP)，使用O

图6显示出由PO

注入相依性寿命数据的仔细检验(图7)显露出在25℃和100℃下沉积的膜之间的一些其它差异。在25℃下钝化的样品在250℃下退火后的寿命通过单二极管模型(single-diode model)良好地描述，饱和电流密度J

使用高频(1MHz)电容-电压测量来测定PO

图9a显示出有效过量载流子寿命τ

图9b显示出固定电荷密度Q

图9c显示出界面态密度D

本发明不限于在详细描述中描述的实施例。

参考文献列表

[Hezel 1989]:Hezel,R.,and K.Jaeger."Low-temperature surfacepassivation of silicon for solar cells."Journal of the ElectrochemicalSociety 136,no.2(1989):518-523.DOI:10.1149/1.2096673

[Schuurmans 1996]:Schuurmans,F.M.,A.Schonecker,J.A.Eikelboom,andW.C.Sinke."Crystal-orientation dependence of surface recombination velocityfor silicon nitride passivated silicon wafers."In Photovoltaic SpecialistsConference,1996.,Conference Record of the Twenty Fifth IEEE,pp.485-488.IEEE,1996.

DOI:10.1109/PVSC.1996.564049

[Alerbe 1999]:Aberle,Armin G.Crystalline silicon solar cells:advancedsurface passivation and analysis.Centre for PhotovoltaicEngineering.University of New South wales,1999.

[Dauwe 2002]:Dauwe,Stefan,Jan Schmidt,Axel Metz,and Rudolf Hezel."Fixed charge density in silicon nitride films on crystalline silicon surfacesunder illumination."In Photovoltaic Specialists Conference,2002.ConferenceRecord of the Twenty-Ninth IEEE,pp.162-165.IEEE,2002.

DOI:10.1109/PVSC.2002.1190481

[Wan 2013]:Wan,Yimao,Keith R.McIntosh,and Andrew F.Thomson."Characterisation and optimisation of PECVD SiNx as an antireflection coatingand passivation layer for silicon solar cells."AIP Advances 3,no.3(2013):032113.DOI:10.1063/1.4795108

[Richter 2012]:A.Richter,S.W.Glunz,F.Werner,J.Schmidt,and A.Cuevas,“Improved quantitative description of Auger recombination in crystallinesilicon,”Phys.Rev.B vol.86,no.165202,2012

[Cuevas 2015]Cuevas,Andres,Thomas Allen,James Bullock,Yimao Wan,andXinyu Zhang."Skin care for healthy silicon solar cells."In PhotovoltaicSpecialist Conference(PVSC),2015 IEEE 42nd,pp.1-6.IEEE,2015。

DOI:10.1109/PVSC.2015.7356379。