[发明专利]光伏电池及用于制造所述光伏电池的方法

说明书

公开了包括具有两个相对的主表面的硅衬底的光伏电池，其中所述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所述第一主表面的含PO_x和Al的层和覆盖所述含PO_x和Al的层的覆盖层。还公开了用于制造光伏电池的方法。

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，5×10¹¹cm^-2)，使得该引发的能带弯曲对降低表面复合的贡献相当小。氮化硅可以具有更大的电荷浓度(5×10¹²cm^-2[Hezel 1989])，然而，在钝化氮化硅膜中的电荷浓度(也以低界面态密度为特征)典型地稍微较小，为约5×10¹¹cm^-2至2×10¹²cm^-2[Hezel 1989，Schuurmans 1996，Aberle 1999，Dauwe 2002，Wan2013]。

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2-10×10¹²cm^-2的负电荷浓度。因此，在具有强负电荷的钝化材料与具有强正电荷的那些的可得性之间存在差距。

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。