[发明专利]光伏器件

说明书

技术领域

本发明涉及光伏器件及其制造方法。

背景技术

光伏器件是将入射光子的能量转换为电动势（_e.m.f）的器件。典型的光伏器件包括太阳能电池，这些电池被配置为将来自太阳的电磁辐射中的能量转换为电能。每个光子的能量由公式E=hν给出，其中能量E等于普朗克常数h和与光子相关联的电磁辐射的频率ν的乘积。

能量大于物质的电子束缚能的光子可以与该物质相互作用并且使该物质中的电子自由。尽管每个光子与每个原子相互作用的概率是概率性的，但是可以建立具有足够厚度的结构以使得光子与该结构以高概率相互作用。当光子将电子从原子碰撞出来时，光子的能量被转化成电子、原子和/或包括该原子的晶格的动能和静电能量。电子不需要有足够的能量从电离的原子逃逸。在具有带结构的材料的情况下，电子可以仅仅进行向不同的带的跃迁以便吸收来自光子的能量。

电离的原子的正电荷可以保持局域化在该电离的原子上、或者可以在包含该原子的晶格中共享。当该正电荷被整个晶格共享而由此变成非局域化的电荷时，该电荷被描述为包含该原子的晶格的价带中的空穴。类似地，电子可以是非局域化的并且被晶格中的所有原子共享。这种情况发生在半导体材料中，并且被称为电子-空穴对的光生成。电子-空穴对的形成以及光生成的效率取决于受辐射材料的能带结构和光子的能量。在受辐射材料是半导体材料的情况下，当光子的能量超过带隙能量（即，导带和价带的能量差）时发生光生成。

带电粒子（即，电子和空穴）在受辐射材料中行进的方向是足够随机的（称为载流子“扩散”）。因此，在没有电场的情况下，电子-空穴对的光生成仅仅导致受辐射材料的发热。然而，电场可以破坏带电粒子行进的空间方向从而利用通过光生成而形成的电子和空穴。

提供电场的一个示例性方法是在受辐射材料周围形成p-n或p-i-n结。由于与n-掺杂材料相比p-掺杂材料中电子的势能更高（对应于空穴的势能更低），因此在p-n结附近产生的电子和空穴将分别向n-掺杂区域和p-掺杂区域漂移。因此，电子-空穴对被系统地收集以在p-掺杂区域提供正电荷并且在n-掺杂区域提供负电荷。p-n或p-i-n结形成这种类型的光伏电池的核心，其提供的电动势可以为连接到p-掺杂区域处的正节点以及n-掺杂区域处的负节点的装置供电。

当前制造的大多数太阳能电池基于硅晶片，其中丝网印刷的金属糊膏（metal paste）作为电接触。丝网印刷由于其加工简单且生产能力高而有吸引力；然而高接触电阻、高的糊膏成本、宽导电线导致的遮挡、高温处理和机械成品率损失是甚至在三十多年的研究和开发之后仍然未被克服的缺点。

对于实验室中的先进的实验性高效率太阳能电池，使用基于真空的金属化工艺，其不可避免地成本高且生产量低。

最近，已经报道了具有镀铜格子（grid）的金属化。然而，所镀的铜可容易地扩散到硅太阳能电池中并且损坏太阳能电池性能。为了防止这种有害效应，已经采用了诸如镍硅化物和镍的扩散阻挡物（barrier）。然而，即使在存在这些扩散阻挡物的情况下，仍可能在特定的升高的温度下或在特定长度的操作时间之后发生铜扩散。

发明内容

从第一方面看，本发明提供了一种形成光伏器件的方法。具体地，提供了一种方法，该方法包括：提供包括p-n结的半导体衬底，所述半导体衬底具有一个在另一个顶上的p型半导体部分和n型半导体部分，其中所述半导体部分中的一者的上部暴露表面代表所述半导体衬底的正侧表面。接下来，在所述半导体衬底的所述正侧表面上形成构图的（patterned）抗反射涂层，以在所述正侧表面上提供格子图形。所述格子图形包括所述半导体衬底的所述正侧表面的暴露部分。然后在所述半导体衬底的所述正侧表面的所述暴露部分上形成至少一个不包含铜或铜合金的金属扩散阻挡层。在形成所述至少一个金属扩散阻挡层之后，在所述至少一个金属扩散阻挡层顶上电沉积具有200ppm或更高的杂质水平的含铜层。

在一个实施例中，所述n型半导体部分覆盖在所述p型半导体部分上。在另一个实施例中，所述p型半导体部分覆盖在所述n型半导体部分上。

在本发明的一些实施例中，所述至少一个金属扩散阻挡层可以包括金属半导体合金层作为多层叠层（multilayered stack）的最底层，该金属半导体合金层可以通过对所述半导体衬底的所述正侧表面上的金属层进行退火而在所述半导体衬底的所述正侧表面的所述暴露部分上形成。