[发明专利]具有纳米结构化层的太阳能电池及制造和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请是2011年7月6日提交的PCT申请No. PCT/RU2011/000489的部分继续（Continuation-in-Part），其被通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明涉及用于将光能转换成电能的半导体器件领域，特别涉及包括基于单晶和多晶硅的电池的太阳能光伏（PV）电池领域。本发明还涉及在硅太阳能晶片的表面上形成纳米结构化元件（nanostructured element）以减少来自其表面的光反射的技术。

背景技术

存在对作为用于能量产生的备选方法的太阳能电池的制造和使用的普遍兴趣。图15A示出一种常规选择性发射极太阳能电池。该太阳能电池包括硅晶片150a，硅晶片150a具有p型导电性的基底（base）区151a、p⁺型的扩散区162、n型的低掺杂发射极层153、覆盖发射极层的薄抗反射层154、n⁺型的高掺杂扩散区163（选择性发射极）、从层154延伸至区163的接触部155、具有到p⁺型的区162的开口的氧化硅层156以及作为后（rear）接触部的金属化层157。晶片150a的表面具有金字塔形纹理（pyramidal texture）以提高光捕获。金字塔的底座宽度为从几微米至几十微米。

在该布置中，发射极层153与基底区151a之间的结不是平面的，并且具有的结构化金字塔形结的表面面积是平面结的表面的1.7倍。较大的结表面面积导致1.7倍大的太阳能电池饱和电流，因此降低了电池效率。

在图15B中示出一种常规背接触太阳能电池且具有硅晶片150b，硅晶片150b具有n型导电性的基底区151b、交错的（interdigitated）p⁺型区164和n⁺型区165、具有金字塔形纹理表面的n⁺型的前（front）表面场层166、覆盖场层166的薄抗反射层154、具有到区164和165的开口的氧化硅层156以及连接到区164和165的接触部176。在该布置中，前表面场层166与基底区151b之间的结不是平面的且具有的结构化金字塔形结的表面面积是平面结表面的1.7倍。较大的结表面面积导致1.7倍大的太阳能电池饱和电流，因此降低了电池效率。

图15C示出一种包括硅晶片150c的常规双面太阳能电池的示例，硅晶片150c具有p型导电性的基底区151c、p⁺型的扩散层142（背表面场层）、具有金字塔纹理表面的n⁺型的发射极层153a、覆盖发射极层153a的薄抗反射层154、通过抗反射层154到发射极153a的前接触部155以及通过抗反射层154到背表面场层142的底接触部155。在该布置中，发射极层153a与基底区151c之间的结不是平面的且具有的结构化金字塔形结的表面面积是平面结的表面的1.7倍。较大的结表面面积导致1.7倍大的太阳能电池饱和电流，因此降低了电池效率。

图15D示出包括硅晶片150d的一种常规对称双面太阳能电池的示例，硅晶片150d具有p型导电性的基底区151d、具有金字塔纹理表面的p⁺型的扩散层142a（背表面场层）、覆盖扩散层的薄抗反射层154、具有金字塔纹理表面的n⁺型的发射极层153a、覆盖发射极层的薄抗反射层154、通过抗反射层154到发射极153a的前接触部155以及通过抗反射层154到背表面场层142a的底接触部155。在该布置中，发射极层153a与基底区151d之间的结以及背表面场层142a与基底区151d之间的结均不是平面的，且具有的结构化金字塔形结的表面面积是平面结的表面的1.7倍。较大的结表面面积导致3.4倍大的太阳能电池饱和电流，因此降低了电池效率。

发明内容

一个实施例是包括基底和形成于该基底上的纳米结构化层的太阳能电池。纳米结构化层具有与基底相对的纳米结构化表面。纳米结构化表面具有带有有序波（wave-ordered）结构图案的伸长（elongated）脊状（ridge）元件的准周期性的各向异性阵列，每个脊状元件具有波状截面且取向为基本上在第一方向。

另一实施例是包括硅基底区和设置在该硅基底区上的掺杂层的半导体器件。掺杂层包括用第一导电性类型的第一掺杂剂掺杂的硅。掺杂层具有与基底相对的纳米结构化表面。纳米结构化表面具有带有有序波结构图案的伸长脊状元件的准周期性的各向异性阵列，每个脊状元件具有波状截面且取向为基本上在第一方向。