[发明专利]半导体光学检测器结构

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请与由和本申请相同的发明单位在同一天提交的、题为“Method of Making a Semiconductor Optical Detector Structure”的申请相关，该申请的全部内容通过引用并入于此。

本申请要求于2009年6月22日提交的、题为“Low Cost，Low Thermal Budget Solar Cells”的临时性专利申请第61/219,131号的优先权。

技术领域

本发明涉及半导体光学检测器结构。更特别地，本发明涉及低温制造的太阳能电池结构。

背景技术

对于增强世界的能源供应而言，太阳能电池是颇有前景的方法。基于硅的太阳能电池是目前主要的光伏技术。硅太阳能电池可以从半导体晶片开始制造，其中该半导体晶片可以由单晶或者多晶区域(多晶体)组成。这些电池包括P-N结，这样叫是因为它们具有正导电性的区域(P区)和负导电性的区域(N区)。它们还具有用以最小化从上表面反射的光量的光学涂层(其称为抗反射涂层(AR))，以及用以最小化由于表面复合将损失的光电流量所需的钝化层。P区和N区上的金属电极用于收集一旦暴露在光线下就会产生的电流和电压。太阳能电池暴露在光线下的一侧上的结通常称为发射结。其它的布置(embellishment)常常用来增强器件的性能，例如包括不同掺杂量的背部(未曝光)表面的P/P结(称为“背表面场”)、曝光表面的坡度(graded)掺杂分布以便产生前表面场，及曝光表面的“纹理化”使得其更粗糙以便连同AR涂层一起反射更少的光。

不管是单晶还是多晶，硅太阳能电池都是通过需要高温(通常是850摄氏度或者更高)的工艺制造的。这些高温用于通过将诸如磷的n型生产掺杂剂扩散到p型晶片衬底或者将诸如硼的p型生产掺杂剂扩散到n型晶片衬底来生成P/N结。可以包括其它的高温步骤，例如通过扩散或者通过铝层合金化的背表面场形成，及用以通过形成抗反射涂层的一个或多个介电层把金属电极合金化到硅区的高温合金化步骤。用于制造硅太阳能电池的许多工序的具体描述可以在1999年10月的IEEE Transactions on Electron Devices第46卷1948页上由Nijs等人所著的“Advanced Manufacturing Concepts for Crystalline Silicon Solar Cells”中找到，该文献通过引用并入于此。

图1示出了由在现有技术中实践的方法所制造的太阳能电池结构100。衬底105上生成有生长区域110，该生长区域110包括界面125、掺杂级(doping level)115和表面140。过渡区130形成在衬底105和生长区域110之间，在过渡区130中，有些来自生长区域110的掺杂物115可能已经迁移到界面125下面。

掺杂级115可以是恒定的或者具有掺杂分布150，掺杂分布150可以是补余误差函数(erfc)、高斯、恒定或者坡度的。衬底105具有衬底掺杂107。衬底掺杂107通常是常量而且在10¹⁴cm^-3至10¹⁷cm^-3的范围之内，并且具有与区域110相反的导电类型。

高温处理有几个不期望的结果。

一个可能的结果是少数载体生存期(即，由太阳光产生的空穴-电子对在复合之前以自由形式存在的时间)的降级，而且因此成为功率输出的损失。这种降级会在采用高于900摄氏度的热处理时发生，而且可能是由于硅晶片中杂质的相互作用。这种效果对于为了高度有效(例如，大于20％)而需要高载体生存期的高效太阳能电池尤其有害。用于产生前结和/或背表面场的扩散步骤采用例如接近或超过900摄氏度的温度。前结是衬底105的暴露在照明下的一侧上的P/N结，而背表面场是诸如前面所述的在衬底105未暴露在光线下的背侧上的P/P结的结。

高温处理的第二个不期望的结果是所需的能量的量。扩散需要长时间高温加热的大熔炉，使得制造电池要花费几乎与电池在其生存期内所能够回报的差不多的能量。如果使用的话，背面的铝合金化和AR涂层的淀积也占用了大量的能量，增加了电池回报用于生产其的能量的量所需的时间量。这种高能量使用也显著地增加了制造电池的成本，而且提供这种高能量使用可能涉及燃烧矿物燃料来产生使熔炉运行的电力，造成污染和气候变化的问题。