太陽能電池的制作方法

本申請是原案申請號為201110282976.9的發明專利申請(申請日：2011年9月22日，發明名稱：太陽能電池)的分案申請。

本發明涉及太陽能電池。

背景技術：

本申請要求2011年1月19日在韓國專利局提交的韓國專利申請no.10-2011-0005429的優先權和利益，其全部內容以引用的方式并入本文。

作為獲得環保型能量的方法，使用光電轉換效應將光能轉換為電能的太陽能發電技術已經得到廣泛使用。由于太陽能電池的光電轉換效率的提高，使用多個太陽能電池板的太陽能發電系統已經安裝在諸如房屋之類的多個地方。

太陽能電池一般包括基板和與基板一起形成了p-n結的發射極層，由此從通過基板的一個表面而入射在太陽能電池上的光產生電流。此外，防反射層形成在基板的光接收表面上，以降低入射在基板上的光的反射率并增加預定波長帶的光透射率。因此，太陽能電池的光電轉換效率提高。

因為光一般僅通過基板的一個表面入射在太陽能電池上，所以太陽能電池的電流轉換效率較低。因此，近來已經開發了雙側光接收太陽能電池，在雙側光接收太陽能電池中光通過基板的兩個表面入射在太陽能電池上。

技術實現要素：

本發明的實施方式提供一種高效率的太陽能電池。

在一個方面中，一種太陽能電池包括：第一導電類型的基板；位于所述基板的一個表面上的第二導電類型的發射極層，所述第二導電類型與所述第一導電類型相反；第一電極，所述第一電極電連接到所述發射極層；第一保護層，所述第一保護層位于所述發射極層的沒有布置所述第一電極的正表面上；背表面場層，所述背表面場層位于所述基板的另一表面處；第二電極，所述第二電極電連接到所述背表面場層；和第二保護層，所述第二保護層位于所述基板的沒有布置所述第二電極的背表面上，其中，所述第一保護層和所述第二保護層每一個均由具有與所述第一導電類型相同的導電類型的固定電荷的材料形成，其中，所述背表面場層局部地位于所述基板的背表面處。

所述第一保護層和所述第二保護層每一個均包含具有負固定電荷的氧化鋁(alox)或氧化釔(y2o3)。所述第一保護層和所述第二保護層每一個均具有大約1.55至1.7的折射率和大約5nm至30nm的厚度。

所述背表面場層形成在所述基板110的與所述第二電極相同的位置處，并具有大約30ω/sq至80ω/sq的表面電阻率。所述背表面場層的寬度可以等于或小于所述第二電極的寬度，或可以大于所述第二電極的寬度。

所述第一防反射層可以由具有正固定電荷的氮化硅(sinx)形成。

所述太陽能電池還可以包括位于所述第二保護層的背表面上的第二防反射層。所述第二防反射層可以由具有正固定電荷的氮化硅(sinx)形成。

所述第一防反射層和所述第二防反射層每一個均可以具有大約1.9至2.3的折射率和大約50nm至100nm的厚度。

所述基板可以具有與所述發射極層所位于的基板的表面對應的第一有紋理表面和與所述背表面場層所位于的基板的表面對應的第二有紋理表面。

所述第一電極和所述第二電極可以由不同的材料形成。例如，所述第一電極可以由包含銀(ag)和鋁(al)的混合物(ag:al)的導電膏形成，并且所述第二電極可以由包含銀(ag)的導電膏形成。

所述第一電極和所述第二電極可以具有相同的寬度。

所述基板由摻雜磷(p)的n型硅晶片形成，并具有大約1ω·cm²至10ω·cm²的電阻率。

所述發射極層可以包括第一摻雜區域和第二摻雜區域，所述第一摻雜區域輕摻雜有所述第二導電類型的雜質，所述第二摻雜區域比所述第一摻雜區域更重地摻雜有所述第二導電類型的雜質。

所述第二摻雜區域可以形成在所述基板的與所述第一電極相同的位置處。所述第二摻雜區域的寬度可以等于或小于所述第一電極的寬度，或者可以大于所述第一電極的寬度。

所述第一摻雜區域具有大約80ω/sq至200ω/sq的表面電阻率，并且所述第二摻雜區域具有大約30ω/sq至80ω/sq的表面電阻率。

根據上述特性，用于形成所述第一保護層的氧化鋁(alox)或氧化釔(y2o3)具有由低的界面陷阱密度產生的良好的化學鈍化特性和由負固定電荷產生的良好的場效應鈍化特性。此外，該材料在穩定性、透濕性和抗磨損性方面非常出色。因而，所述第一保護層可以降低表面復合速度，由此提高了太陽能電池的效率和可靠性。

因為所述背表面場層局部地位于基板的與第二電極相同的位置處，由氧化鋁(alox)或氧化釔(y2o3)形成的第二保護層對移動到背表面場層的載流子的影響可以最小化。

所述發射極層的第二摻雜區域僅形成在所述基板的與所述第一電極相同的位置處，并且具有比所述第二摻雜區域的雜質濃度低的所述第一摻雜區域形成在其余區域中。因此，根據本發明實施方式的太陽能電池還可以比包括全部區域都是重摻雜區域的發射極層的太陽能電池進一步減少載流子的復合。因此，根據本發明實施方式的太陽能電池可以保證低的串聯電阻。

所述第一電極所位于的所述基板的正表面和所述第二電極所位于的所述基板的背表面二者是有紋理表面，所述第一保護層和所述第一防反射層形成在所述基板的正表面上，并且所述第二保護層和所述第二防反射層形成在所述基板的背表面上。因此，入射在所述基板的正表面上且其后穿過基板的光再次入射在基板的背表面上。結果，光可以用于生成電流。因而，根據本發明實施方式的太陽能電池的效率可以比僅使用入射在上述基板的正表面上的光來生成電流的太陽能電池進一步提高。

附圖說明

所包括的附圖提供對本發明的進一步的理解并被并入本說明書且構成本說明書的一部分，附圖示出了本發明的實施方式，并且與說明書一起用于解釋本發明的原理。在附圖中：

圖1是根據本發明第一實施方式的太陽能電池的示意截面圖；

圖2是根據本發明第二實施方式的太陽能電池的示意截面圖；和

圖3至圖7是示出制造圖2中示出的太陽能電池的方法的截面圖。

具體實施方式

現在將參照附圖來更充分地描述本發明，在附圖中示出了本發明的示例性實施方式。但是，本發明可以實現為許多不同形式，并且不應該解釋為僅限于這里闡述的實施方式。

在附圖中，為了清楚起見，夸大了層、膜、板、區域等的厚度。并在全部說明中將使用相似標號來表示相似元件。將理解的是，當將諸如層、膜、區域或基板之類的元件稱為“位于”另一元件“上”時，它可以直接位于所述另一元件上，或者也可以存在中間元件。相反，如果元件被稱為“直接位于”另一元件“上”，則不存在中間元件。此外，應該理解，當將諸如層、膜、區域或基板之類的元件稱為“完全”位于另一元件上時，它可以位于所述另一元件的整個表面上，且可以不位于所述另一元件的邊緣的一部分上。

參照附圖詳細地描述根據本發明示例實施方式的太陽能電池。

圖1是根據本發明第一實施方式的太陽能電池的示意截面圖。

如圖1所示，根據本發明第一實施方式的太陽能電池包括：基板110；位于基板110的一個表面(例如基板110的正表面)上的發射極層120；位于發射極層120上的第一保護層130；位于第一保護層130上的第一防反射層140；位于在發射極層120上沒有第一保護層130和第一防反射層140的部分的多個第一電極150；位于基板110的背表面上的背表面場(bsf)層160；位于基板110的背表面上的第二保護層170；位于第二保護層170的背表面上的第二防反射層180；和多個第二電極190，所述多個第二電極190位于背表面場層160的沒有第二保護層170和第二防反射層180的背表面上。

基板110可以由第一導電類型(例如n型，盡管不是必須的)硅晶片形成。在基板110中使用的硅可以是諸如單晶硅和多晶硅之類的晶體硅，或者非晶硅。當基板110是n型時，基板110可以包含諸如磷(p)、砷(as)、和銻(sb)之類的ⅴ族元素的雜質。基板110可以具有大約1ω·cm²至10ω·cm²的電阻率。

基板110的表面可以均勻地紋理化，以形成對應于不平坦表面或具有不平坦特性的有紋理表面。更具體地說，基板110具有第一有紋理表面111(參照圖3)和第二有紋理表面113(參照圖3)，第一有紋理表面111對應于發射極層120所位于的正表面，第二有紋理表面113對應于與正表面相對的背表面。

位于基板110的第一有紋理表面111處的發射極層120是與基板110的第一導電類型(例如，n型)相反的第二導電類型(例如，p型)的摻雜區域，并且與基板110一起形成p-n結。

由入射在基板110上的光產生的多個電子-空穴對通過內在的電勢差而分離為電子和空穴，該電勢差由基板110和發射極層120之間的p-n結產生。分離的電子移動到n型半導體，并且分離的空穴移動到p型半導體。當基板110是n型并且發射極層120是p型時，分離的電子和空穴分別移動到基板110和發射極層120。

當發射極層120是p型時，發射極層120可以通過利用諸如硼(b)、鎵(ga)、和銦(in)之類的ⅲ族元素的雜質來摻雜基板110來形成。發射極層120可以具有大約30ω/sq至120ω/sq的表面電阻率。

位于形成在基板110的正表面處的發射極層120上的第一保護層130由具有負固定電荷的例如氧化鋁(alox)或氧化釔(y2o3)的材料形成。第一保護層130的材料具有由低的界面陷阱密度產生的良好的化學鈍化特性和由負固定電荷產生的良好的場效應鈍化特性。此外，材料在穩定性、透濕性和抗磨損性方面非常出色。因而，第一保護層130降低了表面復合速度，由此提高太陽能電池的效率和可靠性。在本發明的實施方式中，第一保護層130由具有與第一導電類型相同的導電類型的固定電荷的材料形成。

位于第一保護層130上的第一防反射層140由具有正固定電荷的例如氮化硅(sinx)的材料形成。第一防反射層140降低了通過基板110的正表面入射在太陽能電池上的光的反射率并增加預定波長帶的選擇性，由此提高了太陽能電池的效率。

在本發明的實施方式中，第一保護層130具有大約1.55至1.7的折射率和大約5nm至30nm的厚度t1并且第一防反射層140具有大約1.9至2.3的折射率和大約50nm至100nm的厚度t2，以使在基板110的正表面處的光反射率最小化。

根據本發明人進行的實驗，當第一保護層130和第一防反射層140位于上述折射率和厚度范圍內時，基板110的正表面處的光反射率呈現了最小值。

可以進一步在第一保護層130和發射極層120之間的界面處形成具有大約1nm至3nm的厚度的氧化硅層。

多個第一電極150位于基板110的正表面的發射極層120上，并電氣地且物理地連接到發射極層120。第一電極150在固定方向上大致彼此平行地延伸。第一電極150收集移動到發射極層120的載流子(例如，空穴)。

第一電極150可以由從包括鎳(ni)、銅(cu)、錫(sn)、鋅(zn)、銦(in)、鈦(ti)、金(au)以及它們的組合的組中選擇的至少一種導電材料形成。在本發明的實施方式中，第一電極150由通過將銀(ag)和鋁(al)的混合物(ag:al)與玻璃粉混合所得到的導電膏形成。

另選地，可以使用電鍍處理來形成第一電極150。在該情況下，第一電極150可以包括金屬種子層和在金屬種子層上電鍍的導電層。可以在金屬種子層和導電層之間進一步形成擴散防止層，由此防止形成導電層的材料通過金屬種子層擴散到摻雜區域。

金屬種子層可以由鎳硅化物或鋁硅化物形成。導電層可以包含從包括銅(cu)、銀(ag)、鋁(al)、錫(sn)、鋅(zn)、銦(in)、鈦(ti)、金(au)以及它們的組合的組中選擇的至少一種材料。

按照與第一電極150相同的結構，多個第二電極190形成在基板110的背表面上。具有上述結構的第二電極190收集移動到基板110的載流子(例如，電子)，并向外部設備輸出載流子。

第二電極190可以由從包括鋁(al)、鎳(ni)、銅(cu)、銀(ag)、錫(sn)、鋅(zn)、銦(in)、鈦(ti)、金(au)以及它們的組合的組中選擇的至少一種導電材料形成。在本發明的實施方式中，第二電極190由通過將ag與玻璃粉混合所得到的導電膏形成。另選地，可以使用按照與第一電極150相同方式的電鍍處理來形成第二電極190。

在本發明的實施方式中，第一電極150的寬度w1大致等于第二電極190的寬度w2(即，w1＝w2)。

電氣地且物理地連接到第二電極190的背表面場層160局部地位于基板110的與第二電極190相同的位置處的背表面上。背表面場層160是利用與基板110相同的導電類型的雜質來比基板110更重地摻雜的區域(例如，n⁺型區域)。在本發明的實施方式中，背表面場層160具有大約30ω/sq至80ω/sq的表面電阻率。背表面場層160的寬度w3可以等于或小于第二電極190的寬度w2，或者可以大于第二電極190的寬度w2。

空穴向基板110的背表面的移動由勢壘防止或降低，該勢壘從基板110和背表面場層160的雜質濃度之間的差而產生。因此，在基板110的表面周圍的電子和空穴的復合和/或消失被防止或降低。

第二保護層170和第二防反射層180位于基板110的沒有第二電極190和背表面場層160的背表面上。

在本發明的實施方式中，第二保護層170由與第一保護層130相同的材料形成，并具有與第一保護層130相同的厚度。此外，第二防反射層180由與第一防反射層140相同的材料形成，并具有與第一防反射層140相同的厚度。但是，可以使用不同的材料或其他材料。

因為位于基板110的背表面上的第二保護層170由具有負固定電荷的例如氧化鋁(alox)或氧化釔(y2o3)的材料形成，移動到基板110的背表面的載流子(例如，電子)受到第二保護層170的影響。但是，在本發明的實施方式中，因為背表面場層160只位于與第二電極190相同的位置處，因此由氧化鋁(alox)或氧化釔(y2o3)形成的第二保護層170對移動到背表面場層160的載流子的影響可以最小化。在本發明的實施方式中，第二保護層170由具有與第一導電類型的相同導電類型的固定電荷的材料形成。

根據本發明實施方式的具有上述結構的太陽能電池可以用作雙側(或兩面)光接收太陽能電池，并且下面描述太陽能電池的操作。

當照射在太陽能電池上的光通過發射極層120和/或基板110的背表面入射在基板110上時，通過光能在基板110中生成多個電子-空穴對。在該情況下，因為基板110的正表面和背表面分別是第一有紋理表面111和第二有紋理表面113，因此可能降低基板110的正表面和背表面每一個處的光反射率。此外，因為在基板110的第一有紋理表面111和第二有紋理表面113每一個處均可以執行光入射操作和光反射操作二者，因此光可以被局限在太陽能電池中。因此，光吸收可以增加，并且可以提高太陽能電池的效率。另外，因為在基板110上入射的光的反射損耗可以由位于基板110的正表面上的第一保護層130和第一防反射層140以及位于基板110的背表面上的第二保護層170和第二防反射層180降低，因此入射在基板110上的光量可以進一步增加。

電子-空穴對由在基板110和發射極層120之間的p-n結分離為電子和空穴，并且分離的空穴移動到p型發射極層120并且分離的電子移動到n型基板110。移動到發射極層120的空穴移動到第一電極150，并且移動到基板110的電子通過背表面場層160移動到第二電極190。因此，當使用諸如互連器之類的電線將一個太陽能電池的第一電極150連接到與所述一個太陽能電池相鄰的另一太陽能電池的第二電極190時，電流流動通過太陽能電池并允許電流的使用。

具有上述結構的太陽能電池可以在太陽能電池位于透光前基板和透光后基板之間并由保護層密封的狀態中使用。

下面參照圖2描述根據本發明第二實施方式的太陽能電池。

由于除了發射極層之外，根據本發明第二實施方式的太陽能電池大致與根據本發明第一實施方式的太陽能電池相同，因此可以簡要地進行進一步的描述或可以全部省略進一步的描述。以下僅描述發射極層的配置。

根據本發明第一實施方式的發射極層120在遍及發射極層120的全部區域中具有均勻的摻雜濃度。因而，根據本發明第一實施方式的發射極層120可以通過簡單的工藝被容易地制造，但發射極層120的載流子的復合可能由于高摻雜濃度而增多。結果，可能限制太陽能電池的效率的提高。

因此，根據本發明第二實施方式的發射極層120配置為防止了或減少了發射極層120的載流子的復合。更具體地說，接觸第一電極150的發射極層120是重摻雜區域，并且不接觸第一電極150的發射極層120是輕摻雜區域。

換言之，根據本發明第二實施方式的發射極層120包括第一摻雜區域121和第二摻雜區域123，第一摻雜區域121對應于輕摻雜p型區域，第二摻雜區域123比第一摻雜區域121更重地摻雜有p型雜質。

第二摻雜區域123可以在基板110的與第一電極150的相同位置處形成。第二摻雜區域123的寬度w4可以等于或小于第一電極150的寬度w1，或者可以大于第一電極150的寬度w1。

第一摻雜區域121具有大約80ω/sq至200ω/sq的表面電阻率，并且第二摻雜區域123具有大約30ω/sq至80ω/sq的表面電阻率。

因此，根據本發明第二實施方式的太陽能電池防止了或減少了載流子的復合，并因而可以進一步提高根據本發明第二實施方式的太陽能電池的效率。

下面參照圖3至圖7描述根據本發明第二實施方式的太陽能電池的制造方法。

由硅晶片形成的基板110一般通過使用刀片或多線鋸來切割硅塊或結晶塊而制造。

更具體地說，制備硅晶片且之后對硅晶片摻雜v族元素(例如磷(p))來制造具有大約1ω·cm²至10ω·cm²的電阻率的基板110。

當切割硅塊或結晶塊時，可能在硅晶片中形成機械損害層。因而，執行用于去除機械損害層的濕式蝕刻處理，以防止由機械損害層導致的太陽能電池的特性的降低。堿性蝕刻劑或酸性蝕刻劑可以在濕式蝕刻處理中使用。

在去除機械損害層后，執行濕式蝕刻處理或干式等離子蝕刻處理以在基板110的正表面中形成第一有紋理表面111和在基板110的背表面中形成第二有紋理表面113。

接著，使用離子植入法將ⅲ族元素的雜質注入到基板110的一個表面(例如，第一有紋理表面111)，以形成發射極層120。

因為在離子植入法中容易控制離子的產生量和移動到基板110的離子速度，因此當使用離子植入法對基板110摻雜雜質時，植入到基板110的離子的量和離子植入深度可以比當使用熱擴散法對基板110摻雜雜質時更容易控制。

當使用離子植入法來形成發射極層120時，離子植入深度可以根據在處理室中產生的離子的量、離子植入能量等變化。

在該情況下，離子植入能量可以是大約100kev至3mev，基于大約100kev至3mev的離子植入能量的離子植入深度可以是自基板110的表面測量的大約0.5μm至10μm。

當使用離子植入法來形成發射極層120時，將雜質輕微地注入到基板110的整個正表面，以形成第一摻雜區域121。

接著，將雜質較重地注入到基板110的正表面的一部分(例如，形成第一電極150的區域)以形成第二摻雜區域123。

在該情況下，第一摻雜區域121具有大約80ω/sq至200ω/sq的表面電阻率，并且第二摻雜區域123具有大約30ω/sq至80ω/sq的表面電阻率。

可以在本發明的另一實施方式中使用熱擴散法來形成包括第一摻雜區域121和第二摻雜區域123的發射極層120。

將ⅴ族元素的雜質注入到基板110的另一表面(例如，第二有紋理表面113)的一部分(例如，將形成第二電極190的區域)，以形成具有大約30ω/sq至80ω/sq的表面電阻率的背表面場層160。此外，可以使用離子植入法以與發射極層120相同的方式來形成背表面場層160。

隨后，通過使用氫氟酸(hf)來蝕刻基板110來去除自然的氧化層。此外，將氧化鋁(alox)或氧化釔(y2o3)沉積在基板110的正表面和背表面上，以形成第一保護層130和第二保護層170。可以使用等離子體增強化學汽相沉積(pecvd)法、濺射法或其他方法來形成第一保護層130和第二保護層170。在該情況下，形成第一保護層130和第二保護層170使得第一保護層130和第二保護層170具有大約1.55至1.7的折射率和大約5nm至30nm的厚度。

當形成第一保護層130和第二保護層170時，可以在第一保護層130和基板110之間的界面以及在第二保護層170和基板110之間的界面處形成具有大約1nm至3nm的厚度的氧化硅層。

在形成第一保護層130和第二保護層170后，將氮化硅(sinx)沉積在第一防反射層140和第二防反射層180上。可以使用pecvd法、濺射法或其他方法來形成第一防反射層140和第二防反射層180。

在該情況下，形成第一防反射層140和第二防反射層180使得第一防反射層140和第二防反射層180具有大約1.9至2.3的折射率和大約50nm至100nm的厚度。在基板110的背表面上形成的第二防反射層180可以比在基板110的正表面上形成的第一防反射層140厚。

隨后，通過將銀(ag)和鋁(al)的混合物(ag:al)與玻璃粉混合所得到的第一導電膏151以第一電極圖案印刷在基板110的正表面上，并且通過將ag和玻璃粉混合所得到的第二導電膏191以第二電極圖案印刷在基板110的背表面上。接著對第一導電膏151和第二導電膏191執行燒制處理。

在燒制處理中，通過在玻璃粉中包含的蝕刻成分來蝕刻保護層130和170的材料以及防反射層140和180的材料。因此，形成電氣地且物理地連接到發射極層120的第二摻雜區域123的第一電極150，并且形成電氣地且物理地連接到背表面場層160的第二電極190。

另選地，可以使用電鍍處理來形成第一電極150和第二電極190。

要形成第一電極150和第二電極190的基板110的表面的一部分必須被露出，以使用電鍍處理來形成第一電極150和第二電極190。因而，可以使用干式蝕刻工藝來去除在第一保護層130和第一防反射層140之間的相同部分以及在第二保護層170和第二防反射層180之間的相同部分，以在基板110的去除的部分上形成第一電極150和第二電極190。

當形成了第一電極150和第二電極190時，可以在基板110的表面的露出部分上形成金屬種子層且其后可以在金屬種子層上形成導電層或擴散層和導電層。

在本發明的實施方式中，固定電荷的含義包括氧化物固定電荷。

雖然已參照多個示例實施方式描述了實施方式，但應該理解，本領域技術人員能夠設想落入本公開的原理的范圍內的許多其它變型和實施方式。更具體地講，在本公開、附圖和所附權利要求的范圍內，可以對主題組合設置的組成部件和/或設置進行各種變化和修改。除了對組成部件和/或設置的各種變化和修改之外，另選用途對于本領域技術人員而言也是很明顯的。