台湾专利TW201316530A 具有浮動前表面射極區的指叉狀背面接點光伏電池

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本發明提供一種具有第一導電類型之半導體基板的光伏電池，其後表面上具有基極表面區域及射極表面區域的第一圖案，該基極表面區域及該射極表面區域被分別耦合至第一及第二輸出端子。前表面上之第一另外表面區域及第二另外表面區域的第二圖案相對於第一及第二輸出端子是電氣浮動的。該第一另外表面區域及該第二另外表面區域分別具有第一導電類型及第二導電類型。當從沿與該第一表面垂直之方向的一投影看時，該第一另外表面區域及該第二另外表面區域分別至少部分與射極區及基極區重疊。
公开号:TW201316530A
申请号:TW101131846
申请日:2012-08-31
公开日:2013-04-16
发明作者:Ilkay Cesar
申请人:Stichting Energie；
IPC主号:H01L31-00

专利说明:
具有浮動前表面射極區的指叉狀背面接點光伏電池發明領域
本發明有關於一光伏電池及一種製造此電池的方法。發明背景
一種指叉狀背面接點光伏電池在該光伏電池之同一表面(慣稱作後表面)上具有基極區及射極區。如同本身是已知的，一光伏電池的運作是以一半導體基板中的自由電荷載子的光誘導激發為基礎。基極區及射極區是分別從半導體基板收集多數及少數電荷載子的導電類型相反的區域。
可以區分兩種不同的基本光伏電池設計：基極區及射極區設置在半導體基板的相對表面上的設計，及基極區及射極區設置在基板的同一表面(後表面)上的指叉狀設計。在指叉狀設計中，基極區及射極區的接點通常也設置在後表面上。接點可分別藉由後表面的對邊上的寬匯流排條連接以及基極區及射極區上分別連接至各別多個匯流排條的平行導電帶集合來實現。在相對表面設計中，基極區及射極區的接點可以分別與基極區及射極區在同一表面上，或它們兩者可在同一表面上，使用基板通孔將基極區或射極區耦合至另一表面上的接觸墊。
當使用基極區及射極區在同一表面上的一指叉狀設計時，相對表面(稱作前表面)可被具有一與半導體基板不同的摻雜水平的一區域覆蓋。在具有指叉狀後表面設計的許多已知的光伏電池中，前表面覆蓋有一電氣浮動的表面場區，其與半導體基板的導電類型相同且具有提高的摻雜水平，如同後表面上的基極區。此一表面場區減少前表面的復合，因為它降低了前表面的少數電荷載子密度。
由F.Granek所發表的論文「high-efficiency back-contact back-junction silicon solar cells」(2009)的第160頁上的圖9-1(b)揭露一種前表面覆蓋有與半導體基板極性類型相反的一摻雜區域的光伏電池。這是提出的一種鈍化方案，該方案減少了復合，因為它降低來自基板的多數電荷載子在前表面的密度。Granek(第145頁)提到，前表面上的一浮動射極層具有一激發效應，其中橫向距離射極較遠的少數光生載子被注入浮動射極，它們在此成為多數載子。浮動射極中的這些載子的橫向流動提高。接下來，該等載子被再注入基極，且垂直地擴散到p-n接面。因此，浮動射極的激發效應降低背面接點背面接面中的電遮掩損失。然而，文件並未揭露一效率增益，且甚至在低光強度下有損失。由F.Granek所發表的論文的圖9.6(第167頁)顯示，外部量子效率(EQE)隨著光強度的降低而降低。這歸因於電荷載子從前射極層進入下方基板的漏電流，該等電荷載子在此是與多數電荷載子復合的少數電荷載子。此類型的損失主要在覆蓋在基極區上的區域中發生。
指叉狀設計的優勢在於它們藉由前表面上的連接結構來避免半導體基板的光學遮掩問題。然而，指叉狀設計受到一種稱為電遮掩效應的損害。在半導體基板中產生的與基極區相鄰的少數電荷載子在可被收集之前必須向一射極區橫向移動。隨著與射極區的距離增加，此種電荷載子將越來越可能復合，而非到達射極區，這導致淨有用輸出功率損失。此問題藉由將基極區的寬度減至最小值來解決。然而，減小特徵寬度會使製造過程更加複雜。發明概要
諸目的中的一項目的在於提供一種具有指叉狀基極區及射極區的光伏電池，其中較寬的基極區可被使用，且由於電遮掩，損失降低。
具有浮動前表面射極區的指叉狀背面接點光伏電池被提供。如申請專利範圍第1項所述的一種光伏電池被提供。在本文中，由導電類型相反的區域組合而成的圖案被設置在半導體基板的前後表面上(依本文所用，「半導體基板上的區域」兼指該等區域是在其表面附近的半導體基板部分的實施例以及該等區域是應用在表面上的一層或多層的部分的實施例)。該等區域的導電類型可藉由摻雜及/或藉由誘生一反轉層的一外場產生結構來產生，就如同一反轉層可在一場效應電晶體中的一閘極下面產生。外場產生結構可包含，例如一帶電層。
後表面上的導電類型相反的區域被用作基極區及射極區或反之亦然，該等區域被電氣連接至光伏電池之輸出端子。前表面上的導電類型相反的該等區域是電氣浮動區域，即除了經由基板的材料之外未電氣連接至輸出端子的區域。當以沿與後表面垂直之方向的投影來看時，前表面上具有射極區之導電類型的區域至少部分與後表面上的基極區重疊。以此方式，前表面上具有射極之導電類型的這些區域提供從基極區上的區域朝向射極區的一橫向電流路徑。來自基極區之上的半導體基板本體、沿此路徑橫向移動的少數電荷載子是具有射極導電類型的前表面區域中的多數電荷載子，這降低了復合損失。在一實施例中，具有基極導電類型的前表面區域相對半導體基板可能具有提高的摻雜水平。
在一實施例中，在具有射極導電類型的前表面的至少一表面區域上的一電氣浮動導線，橫向延伸至表面區域的一邊緣。以此方式，另一橫向電流路徑被提供，它進一步降低了復合損失。
在前表面具有紋理高度變化一實施例中，一氧化鋁層被設置在紋理結構上。這降低了復合損失，具有射極導電類型的表面區域由於紋理而可能會。圖式簡單說明
參照下圖，由示範性實施例的說明，這些目的以及其他目的及有利層面將是顯而易見的。
圖1繪示一光伏電池的一示意截面。
圖1a繪示一光伏電池的一示意截面。
圖2繪示後表面的局部的一示意俯視圖。
圖3繪示前表面的局部的一示意俯視圖。
圖4繪示一製造過程的一流程圖。
圖5、6繪示一紋理前表面的一側視圖。
圖7繪示前表面的一實施例的一俯視圖。示範性實施例之詳細說明
圖1繪示一光伏電池的一示意截面，該光伏電池包含一半導體基板10，該半導體基板10具有第一表面及第二表面11a、11b，基極區12及射極區14在第一表面11a上，第一導線及第二導線16a、16b分別在基極區12及射極區14上，且導電類型相反的其他區域18a、b在第二表面11b上。
半導體基板10可由矽製成，例如，矽被摻雜成具有第一導電類型(n型或p型)且具有在0.01-1000微米範圍內，且更佳地是1-200微米的一厚度D，這形成第一表面11a與第二表面11b之間的距離。半導體基板10之第一表面11a及第二表面11b將被分別稱作後表面及前表面，因為後者在操作期將面向太陽，或其他光能源，而前者將背對太陽或其他光能源。第一表面11a及第二表面11b可以是彼此平行的平坦表面。
圖2，一光伏電池的後表面局部的一示意俯視圖，繪示基極區12及射極區14以及第一導線16a及第二導線16b。圖1之示意截面被繪示為沿基極區12及射極區14的一寬度方向W延伸。基極區12及射極區14可能具有細長形，寬度方向W上的寬度大幅小於與寬度方向W成橫向的一長度方向上的長度(形式上，在一邊上之點的一寬度方向是從該點通過該區域到一對邊上與該點最近之點的方向)。基極區12在寬度方向上的寬度值可以在0.1-4000微米的範圍內，例如，較佳地是0.5到4毫米，它們的長度值至少為50毫米，依電池大小而定。射極區14在寬度方向上的寬度值可以在0.1-4000微米的範圍內，例如，較佳地是0.5到4毫米，例如與基極區12相同，它們的長度值至少為50毫米，依電池大小而定。
基極區12具有第一導電類型，即與半導體基板10的導電類型相同。基極區12可以是相較於半導體基板10提高第一導電類型摻雜水平的一表面場層區域。射極區14具有與第一導電類型相反的第二導電類型，例如，若半導體基板具有n型導電性，則射極區為p型，使得一半導體接面存在於半導體基板10與射極區14之間之介面。基極區12可能具有在例如0.1奈米-100微米範圍內，或小於例如基板10之厚度的10%的一厚度。射極區14可能具有在例如0.1奈米-100微米範圍內，或小於例如基板10之厚度的10%的一厚度。基極區12及射極區14可能是半導體基板10鄰近其表面的局部，在局部上加入摻雜，或它們可由表面半導體基板10上之摻雜層，或半導體基板10之局部與半導體基板10上的一層或多層之組合形成。
第一導線16a及第二導線16b分別與基極區12及射極區14電接觸。第一導線16a及第二導線16b例如可以是導體材料的燒結顆粒的印刷導線。第一導線16a及第二導線16b具有一細長(線性)形，最長方向橫向於基極區12及射極區14的寬度方向。圖1繪示在一橫向於第一導線16a及第二導線16b之長度的一虛擬平面中的第一導線16a及第二導線16b的一截面。
圖3繪示一光伏電池之局前表面的局部示意俯視圖，繪示第一另外區域18a及第二另外區域18b。第一另外區域18a及第二另外區域18b被提供為圖案方式，使得兩者皆未覆蓋整個前表面。第一另外區域18a具有第一導電類型，即與半導體基板10相同的導電類型，例如，若半導體基板10為n型，則第一另外區域18a也為n型。第二另外區域18b具有第二導電類型，即與後表面上的射極區14相同的導電類型，例如，若半導體基板10為n型，則第二另外區域18b為p型。
在所示實施例中，第一另外區域18a及第二另外區域18b分別與後表面上的射極區14及基極區12具有相同的佈局。第一另外區域18a位於面對射極區14之處，即它們的輪廓線的投影在與前後表面垂直的方向上重合。第二另外區域18b面對基極區12，即它們的輪廓線的投影在與前後表面垂直的方向上重合。另外的區域18a、18b可以是半導體基板10鄰近其表面、帶有局部加入摻雜的部分，或它們可由表面半導體基板10上的摻雜層，或半導體基板10之局部與半導體基板10上的一層或多層之組合形成。在所示實施例中，若忽視經由半導體基板10的理論耦合，則沒有導線電耦合至另外的區域18a、18b。
儘管圖未示，但是光伏電池可包含其他層，諸如介電層等。第一導線及第二導線16a、16b例如可透過此一介電層被耦合至基極區12及射極區14。
圖2及3繪示沒有匯流排條的一範例。一匯流排條是後表面上的相對較寬的導線，後表面上的複數寬度較小的導線與之連接。由於在前表面上使用另外的區域而能夠使用較寬的基極區，一較寬的匯流排條可以不需要。然而，應了解的是，匯流排條仍可被使用。在此情況下，當一匯流排條被設置在後表面的一基極區上時，一對應寬度的第二另外區域可在覆蓋於匯流排條上的前表面上被使用。
儘管該等圖式繪示細長矩形條形基極區及射極區的一範例，但是應了解的是，其他形狀的區域可被使用。在一範例中，在射極區內呈島狀物形式的基極區可被使用，具有第二導電類型之第二另外表面區域對應島狀物在前表面上。這可以降低第二另外表面區域之總使用面積，從而可增加效率。因為第二另外表面區域可以使用較寬的基極區而沒有大的效率損失，基極區島狀物可易於藉額外的導體連接。
在操作上，一種可移動的電荷載子(電子或電洞)在半導體基板10中占多數(在一n型基板中，電子是多數電荷載子，且在一p型基板中，電洞為主要電荷載子)。在射極區14及第二另外區域18b中，另一種電荷載子占多數。一方面，在半導體基板10與射極區14之間的半導體接面，另一方面，在半導體基板10與第二另外區域18b之間的半導體接面，空間電荷分佈產生接面上的電場。這些電場限制擴散的多數電荷載流子通過接面。該等電場具有使通過接面的淨電流在沒有輸出電流通過光伏電池之端子為零的效應。當輸出電流取自光伏電池時，半導體基板10與射極區14之間的接面上的電場增加，使得一淨電流增加。進入半導體基板10的光激發可移動的電子-電洞對。多數電荷載子流動至基極區12，且少數電荷載子流動至射極區14，它們在此被電場吸引。在半導體基板10中鄰近基極區12(即沿一垂直於後表面的方向在後表面上的投影位於基極區12之投影內的位置)被激發的少數電荷載子在可到達一射極區14之前必須(在一平行於後表面的方向上)被橫向傳輸。
在此一橫向傳輸中，第二另外區域18b作用以降低復合損失。到達第二另外區域18b的來自半導體基板10之少數電荷載子(例如，就一n型半導體基板而言，為電洞)將藉由電場被拉入這些第二另外區域18b。此產生半導體基板10中之一少數電荷載子密度梯度。此密度梯度復又導致已經在半導體基板10中鄰近基極區12被激發的少數電荷載子的一淨擴散流。原則上，這將導致電荷在第二另外區域18b中累積，直到所產生電場的效應(第二另外區域18b之電勢的改變)平衡淨流為止。一類似的效應發生在射極區14，只是此時，建立的電場較小，因為第二導線16b以光伏電池輸出功率的方式將電荷從射極區14移除。
第二另外區域18b在前表面上覆蓋在背面區域上的基極區12上的位置處延伸。第二另外區域18b的邊緣覆蓋在射極區14的邊緣上。較佳地是，第二另外區域18b由覆蓋在基極區12上的位置稍延伸超出邊緣到達覆蓋在射極區14之上的位置。(較佳地是，一重疊面積在射極面積的0到40%之間，且更佳地是，在0-20%之間)。第二導電類型之第二另外區域18b可能具有使鈍化減少的效應。藉由避免使用延伸在整個射極區14上，且較佳地是不超過50%之第二另外區域18b部分，基於基極區域上的復合降低的一增益能夠被實現，同時避免射極區域14上方表面減少鈍化。在一實施例中，第二另外區域18b甚至未延伸至覆蓋在邊緣射極區14上的位置，而是在覆蓋在基極區12上之區域內終止，稍未達到射極區14之邊緣，因此第二另外區域18b的位置接近射極區14但不在它們之上。
在第二另外區域18b與射極區14彼此接近，即接近它們的邊緣的情況下(不論它們是否與射極區14重疊)，這些區域之多數電荷載子(半導體基板10之少數電荷載子)從第二另外區域18b跨越到射極區14。基本上，在該等區域彼此接近的情況下，第二另外區域18b、半導體基板10及射極區14作用為一雙極電晶體結構，第二另外區域18b形成此電晶體之集極，射極區14形成此電晶體之射極，且基板10之相鄰部分形成基極。在第二另外區域18b的邊緣，來自第二另外區域18b的電荷載子如同一集極射極電流流至射極區14。此時，因為接面鄰近第二另外區域18b且射極區14鄰近半導體基板10，接面上的電場不同於距邊緣較遠處的場。邊緣處的電場不能平衡第二另外區域18b的多數電荷載子流動至半導體基板10的淨擴散流(就一p型第二另外區域18b及n型基板10而言，為電洞)。在半導體基板中，這些電荷載子有一向附近的射極區14的淨擴散流，它們在射極區14被接面上的電場吸入。
第二另外區域18b靠近邊緣的多數電荷載子淨流動導致一淨橫向電流通過第二另外區域18b。因此，對於少數電荷載子形成一電流路徑從半導體基板10到第二另外區域18b，接著橫向通過第二另外區域18b到第二另外區域18b之邊緣，並由此經由基板10到射極區14。在第二另外區域18b中，這些電荷載子形成多數電荷載子，因此它們在橫向流動由於復合幾乎沒有或沒有損失。相較於橫向少數電荷載流子通過半導體基板10，因為復合及光伏電池的淨輸出功率增加，此電流路徑中損失較少。
具體而言，當第二另外區域18b被使用時，基極區12之寬度可以增加而由於電遮掩的損失不如未使用第二另外區域18b時為大。因此可以使用較寬的基極區12。這使得使用不太複雜的方法步驟來實現基極區12成為可能。基極區可以比基極區與外部連接之間電流的基極接點之寬度寬。這使在基極區上的導線16a上提供接點用於將來自光伏電池的電流供應給外部輸出或提供給其他光伏電池成為可能，而無需進一步措施來防止基極接點到射極區14短路。
儘管已經以舉例方式描述從沿垂直於後表面之方向的投影看，第二另外區域18b與基極區12之輪廓線重合的一光伏電池，但是應了解的是，此重合並不是絕對必要的。例如，可使用(從該投影看時)延伸到基極區12之輪廓線外的第二另外區域18b。例如，可使用一射極區域寬度之1-40%但較佳地是1-20%範圍內的重疊的延伸。延伸可增加光伏電池的淨輸出功率，因為它提供一較寬區域，第二另外區域18b之多數電荷載子可穿越該區域到射極區14，且因此有較低的電流密度與內建電場。然而，如上文所指出的，第二另外區域18b與射極區之間的重疊也導致充電第二另外區域18b的增加需求。因此，較佳地是，重疊受限，例如，局限於小於射極區14的10%。在另一範例中，基極區12可延伸到第二另外區域18b之輪廓線外(從該投影看時)，例如，最多0.2毫米。這具有的效果是使得第二另外區域18b中的多數電荷載子將必需穿越第二另外區域18b通過半導體基板10的一較長的距離到射極區14，在此它們形成暴露於一較大復合風險的少數電荷載子。然而，只要第二另外區域18b減少總路徑長度，如同相較於未提供第二另外區域18b的情況的少數電荷載子，復合損失可以降低。
第一另外區域18a主要用於藉由減少前表面的少數電荷載子密度來降低前表面的復合。如果前表面的復合位準在沒有此一前表面場下是可接受的，或如果前表面以另一種方式被鈍化，則可忽略第一另外區域18a的提高摻雜，因此第一另外區域18a將會具有與半導體基板10相同的摻雜密度。然而，當無需鈍化時，提高摻雜的第一另外區域18a可被加入，因為它們可提供與第二另外區域18b之效應有關的一效應。第一另外區域18a中的提高摻雜具有使一部分的橫向多數電荷載流子集中在第一另外區域18a中的效應，因為擴散到射極區14中或半導體基板10中，此降低了復合。
儘管在先前實施例中，第二另外區域18b藉由第二導電類型的一摻雜層來實現，但是應指出的是，一圖案化外場產生結構可被替代使用來產生一反轉層。
藉由一外場結構來產生一反轉層從而形成場效應電晶體是眾所周知的，其中一半導體主體之表面上的一閘極用以產生一電場，該電場驅離來自一表面層的多數電荷載子並吸引少數電荷載子，因此基板本體的少數電荷載子在表面層中成為多數電荷載子。一預充電浮動閘(例如，嵌入一由EPROMS中之浮動閘電晶體已知的介電層)可在光伏電池中使用在半導體基板之表面上。光學透明的材料可用於浮動閘。可選擇地，一永久極化層可被使用，例如，一鐵電層。較佳地是，若想要的是負電荷(在一n型基板上，目的是產生正電荷載子形成主要電荷載子的一反轉層)，則外場產生結構使用自然收集一淨電荷的材料，諸如氧化鋁或氧化鉿製作，若想要的是一正電荷，則使用氮化矽或氧化矽來製作。
圖1a繪示一圖案化外場產生結構在第二另外區域18b所在位置的前表面上的一實施例。圖案化外場產生結構包含圖案化表面區域300及一帶電層302。半導體基板10中之圖案化表面區域300具有第一導電類型，相較於半導體基板本體提高的摻雜密度。圖案化表面區域300位於第一表面區域所處位置的半導體基板10上。帶電層302在第一及第二表面區域所處位置覆蓋前表面。若想要的是一負電荷(在一n型基板上，目的是產生正電荷載子形成多數電荷載子的一反轉層)，帶電層302可由一種自然收集一淨電荷的材料，諸如氧化鋁或氧化鉿製作，若想要的是一正電荷，則可由氮化矽或氧化矽來製作。
圖案化外場產生結構用以在基板10之表面產生一反轉層。在圖案化表面區域300外部的位置，由帶電層302所產生的場藉由驅離多數載子並吸引少數載子產生一反轉，建立一少數載子通道。在圖案化表面區域300內的位置，提高摻雜防止反轉。將要認識到的是，帶電層302之摻雜密度與電荷密度之組合可被選擇以確保此效應。應了解的是，圖1a僅繪示一圖案化外場產生結構的一範例。在其他範例中，可使用的一圖案化帶電層例如在選擇性地在基極區12之上的前表面上具有帶電區域以排斥多數電荷載子。在此情況下，一具有提高摻雜之圖案化或非圖案化層可被使用。
儘管圖案化外場產生結構被繪示為第二導電類型之摻雜表面區域的替換物，但是應了解的是，這兩者可被合併。這可用以提高第二導電類型之電荷載子的密度，或克服局部缺陷。
應了解的是，一類似但電荷符號相反的圖案化帶電層可用以在前表面上產生基極區以代替藉由摻雜產生基極區。而且，在後表面上，一圖案化帶電層或多個圖案化帶電層可被使用來代替摻雜層或在摻雜層以外被使用。
光伏電池可使用一種衍生自製造一具有指叉狀後表面之太陽能電池的製造方法的方法來製造，加入的步驟為在前表面上產生第一另外區域18a及第二另外區域18b的一圖案。
圖4繪示一種製造光伏電池的方法的一流程圖。該方法包含產生圖案化摻雜層的步驟。實現的方法是已知的，且因此將不做詳細描述。圖案化摻雜層例如可藉由首先摻雜一表面層，例如藉由植入及/或藉由擴散來自表面的一源的摻雜物材料，且繼後在不需要的地方選擇性地移除摻雜層而被產生，例如，藉由在表面上沈積一圖案化遮罩層，使不需要摻雜層之處的表面是暴露的，且隨後蝕刻暴露的表面。作為另一範例，一圖案化遮罩層可被提供，使得暴露區域可被首先提供，且圖案化摻雜可被施加，施加被不暴露表面之處的遮罩層阻擋。在其他實施例中，一摻雜層可以以一種圖案化方式，或在該層隨後以一種圖案化方式被移除的一過程中被沈積在基板表面上。應強調的是，僅一種可能的方法被舉例描述。
在圖式之示範性方法中，經第一導電類型之均勻摻雜的一基板(晶圓)被提供，例如n型。該基板可經受各種不同的預備加工步驟。
在第一步驟41中，與第一導電類型相反的第二導電類型(例如，p型)摻雜材料在基板之前表面被加入一表面層，例如藉由植入及活化，或藉由塗敷一暫時源層並致使摻雜物從源層擴散出去。
在第二到第四步驟42-44中，一摻雜層團案在後表面上產生。在第二步驟42中，第二導電類型的摻雜材料在基板之後表面被加入一表面層，面對前表面。在第三步驟43中，第一圖案化遮罩層被設置在後表面上，暴露基極區12所在位置的後表面。這可藉由，例如網板印刷或藉由光刻技術來完成。在第四步驟44中，經第二導電性摻雜的一層從暴露的基極區被蝕刻，且隨後第一導電類型(例如，n型)的摻雜材料被加入到暴露區域中。此後，第一遮罩層被移除。
在第五到第四步驟42-44中，一摻雜層圖案在後表面上產生。在第五步驟45中，第二圖案化遮罩層被設置在前表面上，暴露第一另外區域18a所在位置的前表面。在第六步驟46中，第一導電類型(例如，n型)的摻雜材料被加入暴露區域中，此一加入之密度將使在這些區域中的表面層的淨導電類型在一比表面層下之基板10為高的淨第一導電類型摻雜密度下變成第一導電類型(例如，n型，若基板10為n型)隨後，第二遮罩層被移除。
在第七步驟47中，第一導線16a及第二導線16b被應用於背面上的基極區及射極區。這可包含首先在後表面上產生一介電層，在此介電層的第一導線16a及第二導線16b的預期位置印刷導體材料糊，及烘烤電池以燒結糊料並產生透過介電層的一連接。
隨後，由第七步驟47所代表的其他加工步驟被執行以完成電池。如上所述，許多替代物是可能的。例如，摻雜層可沈積在原始基板上，而非將摻雜物加入表面層原始基板。作為另一範例，摻雜材料可以以一種圖案化方式等來移除，而非將摻雜物以一種圖案化方式加入一圖案之暴露區域。
在一實施例中，可採取措施來避免或最小化前及/或後表面的固有導電性之區域之寬度，或最小化它們的效應。這可藉由在前表面的第一另外區域18a與第二另外區域18b之間提供障壁，例如具有原始摻雜密度的半導體基板之局部的形式的障壁來完成。這可藉由蝕刻掉一種導電類型層並在一種導電類型層已被蝕刻掉的位置施加另一種導電類型層，或藉由在加入提高第一導電類型摻雜的區域與加入第二導電類型摻雜的區域之間留下間隔區域之沈積來實現。
在使用圖案化之外場產生結構在前表面上的實施例中，方法可包含一步驟，在基板表面上於覆蓋位置(後表面上的現用或未來的射極區)產生與半導體基板10之導電類型相同的提高摻雜區域的一圖案。隨後，一帶電層沈積在前表面上。用以產生提高摻雜區域之一圖案的方法本身是習知的。
在一實施例中，一表面紋理可在前表面產生，例如藉由優先沿預定晶面蝕刻的各向異性蝕刻技術。因此，可獲得一角錐形結構。
圖5繪示具有一表面紋理的一光伏電池的一實施例中前表面的一示意側視圖。該表面紋理可具有一例如1-20微米的範圍內之平均峰谷高度差，也就是說，從紋理谷底到後表面之間的距離及從相鄰峰到後表面之間的距離的平均差在此範圍內。第二另外區域18b可具有在0.1-10微米的範圍內的一厚度，該厚度可能小於平均峰谷高度差。
在此電池中，第二另外區域18b依據紋理表面之斜率而傾斜。在谷底，這可能會導致未充分摻雜的局部區域產生第二導電類型的一導電性，或第二導電類型之摻雜密度可能至少在谷底局部性較低。也就是說，電洞產生在由第二另外區域18b實現的浮動射極層。在此情況下，第二另外區域18b之多數電荷載子之橫向電流可能會受阻礙。這可能降低效率增益。
圖6繪示一實施例，其中半導體基板具有n型導電性，且其中此一效應已藉由在紋理化步驟及產生第二另外區域18b之後在前表面上沈積氧化鋁之第一層60而減少。氧化鋁層在第二另外區域18b上提供固定的負電荷。這具有的效應是從表面驅離移動電子，且吸引移動電洞，使得電洞在表面、甚至是在第二另外區域18b之p摻雜層可被穿孔的位置，諸如在紋理凹谷中，為多數電荷載子。此外，氧化鋁層提高橫向導電性。
此外，氮氧化矽之第二層產生在前表面上、第一另外區域18a之上(此第二層可選擇性地在這些區域之上，或在整個前表面之上產生)。
圖7繪示光伏電池的一實施例之前表面的一俯視圖，其中導線70(僅標記一個)已被附加耦合至第二另外區域18b，其在寬度方向上延伸，或至少不與之垂直。導線70為第二另外區域18b之多數電荷載子提供與第二另外區域18b平行的另外一個電流路徑。隨著與第二另外區域18b之邊緣間的距離增加，此降低穿過半導體基板10與第二另外區域18b間之接面的電場形成。因此，沿第二另外區域18b的一較高的橫向電流是可能的。在導線70從第二另外區域18b之邊緣垂直延伸時，此效應被最佳化，但是改進隨著偏離垂直延伸僅逐漸降低。例如，若導線70與第二另外區域18b之邊緣之角度在45到135之間，則實現該效應的至少70%。導線70之寬度及這些線之間之距離可被選擇成使得僅一小部分前表面將被導線70覆蓋。因此，可以使用非光學透明的導線而無大的入射光損失。或者，一圖案化透明導體層(TCO)可使用在第二另外區域上。在此情況下，無需使用個別導線。
任何一個導線70將已經減少由於橫向電流之電阻的損耗，但是當第二另外區域18b上的連續導線70之間距離成為小於從第二另外區域18b之中心軸到其邊緣的距離時，額外的導線70的進一步貢獻降低。任一寬度之導線70將已降低由於橫向電流之電阻的損耗，但是當一旦寬度足以提供導線70一小於連續導線70之間的第二另外區域18b之電阻時，增加寬度的進一步貢獻減小。
如上所述，一光伏電池被提供，其具有一半導體基板，基極區及射極區在其後表面上，且具有導電類型與射極區相同的一電氣浮動區域的圖案，但位於前表面上。浮動區域可被稱作浮動射極區。從電流僅可通過半導體基板本體材料(無介層孔)流入及流出這些區域的意義上來說，它們是電氣浮動的。背面上的射極區及前面上的浮動射極區具有與半導體基板本體相反的一導電類型。電氣浮動射極區為電荷載子之橫向電流提供一電流通道，而不是該等電荷載子在電氣浮動射極區之邊緣形成半導體基板本體中的少數電荷載子，此一電流跨越至背面上的射極區。這可以使用較寬基極區，使由於電遮掩的效率損失較少且在為浮動射極區充電期間損失有限。
浮動射極區可藉由以相較於本體具有相反導電類型之摻雜來實現，摻雜位置在半導體基板的一表面層或此基板上的一表面層中。選擇地，或除此之外，浮動射極區可藉由前表面上的一圖案化外場產生層來實現。在一實施例中，未被浮動射極區覆蓋的前表面的一部分可以是一前表面場區，具有與半導體基板本體相同類型的提高導電性。
10‧‧‧半導體基板/基板/n型基板
11a‧‧‧第一表面
11b‧‧‧第二表面
12‧‧‧基極區
14‧‧‧射極區
16a‧‧‧第一導線
16b‧‧‧第二導線
18a‧‧‧第一另外區域/另外的區域
18b‧‧‧第二另外區域/另外的區域/p型第二另外區域
41-47‧‧‧步驟
60‧‧‧第一層
300‧‧‧圖案化表面區域
302‧‧‧帶電層
圖1繪示一光伏電池的一示意截面。
圖1a繪示一光伏電池的一示意截面。
圖2繪示後表面的局部的一示意俯視圖。
圖3繪示前表面的局部的一示意俯視圖。
圖4繪示一製造過程的一流程圖。
圖5、6繪示一紋理前表面的一側視圖。
圖7繪示前表面的一實施例的一俯視圖。
10‧‧‧半導體基板/基板/n型基板
11a‧‧‧第一表面
11b‧‧‧第二表面
12‧‧‧基極區
14‧‧‧射極區
16a‧‧‧第一導線
16b‧‧‧第二導線
18a‧‧‧第一另外區域/另外的區域
18b‧‧‧第二另外區域/另外的區域/p型第二另外區域

权利要求:
Claims (16)
[1] 一種光伏電池，其包含：第一及第二輸出端子；一具有第一導電類型的半導體基板，具有彼此相對的第一及第二表面；該第一表面上之基極表面區域及射極表面區域之第一圖案，該基極表面區域及射極表面區域被分別耦合至第一及第二輸出端子，該基極表面區域及該射極表面區域分別具有第一導電類型及與該第一導電類型相反的第二導電類型；該第二表面上之第一另外表面區域及第二另外表面區域之第二圖案，相對於該第一輸出端子及該第二輸出端子電氣浮動，該第一另外表面區域及該第二另外表面區域分別具有第一導電類型及第二導電類型，當從沿與該第一表面垂直之方向的一投影看時，該第一另外表面區域及該第二另外表面區域分別至少部分與射極區及基極區重疊。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池，包含一具有第二導電類型淨摻雜的圖案化半導體層在該半導體基板之第二表面上或之中，該圖案化半導體層形成該等第二另外表面區域。
[3] 如前面的申請專利範圍中任一項所述之光伏電池，包含該第二表面上的一圖案化外場產生結構，其覆蓋在第二另外表面區域之位置上，具有致使導電類型在該第二表面反轉的一場極性。
[4] 如申請專利範圍第3項所述之光伏電池，其中該圖案化外場產生結構包含一帶電層。
[5] 如申請專利範圍第4項所述之光伏電池，其中該半導體基板具有n型導電性且該帶電層是一氧化鋁或氧化鉿層，或該半導體基板具有p型導電性且該帶電層是一氮化矽或氧化矽層。
[6] 如前面的申請專利範圍中任一項所述之光伏電池，其中當從沿與該第一表面垂直之方向的一投影看時，該等第二另外表面區域與基極區完全重疊。
[7] 如申請專利範圍第6項所述之光伏電池，其中當從沿與該第一表面垂直之方向的一投影看時，該等第二另外表面區域延伸超出該等基極區邊緣達到與該等射極區重疊的位置。
[8] 如申請專利範圍第6或7項所述之光伏電池，其中該等第二另外表面區域與該等射極區如有重疊，具有小於射極區之面積的10%的一重疊區域。
[9] 如前面的申請專利範圍中任一項所述之光伏電池，其中該等基極區在它們的最窄方向上各具有至少為0.5毫米的一寬度。
[10] 如前面的申請專利範圍中任一項所述之光伏電池，包含該等第二另外表面區域中至少一者上的一電氣浮動導線，該電氣浮動導線橫向延伸至該第二另外表面區域的一邊緣。
[11] 如前面的申請專利範圍中任一項所述之光伏電池，其中該第二表面具有紋理高度變化，且外場產生層在該等第二另外表面區域中之第二表面的該紋理結構上。
[12] 如前面的申請專利範圍中任一項所述之光伏電池，其中該等第一另外表面區域具有相對於半導體基板提高的第一導電類型之淨摻雜。
[13] 一種製造一光伏電池的方法，該方法包含以下步驟：提供具有彼此相對的第一及第二表面的一半導體基板，該半導體基板具有第一導電類型；在該第一表面上產生基極表面區域及射極表面區域的第一圖案，該基極表面區域及該射極表面區域分別具有第一導電類型及與該第一導電類型相反的第二導電類型；在該第二表面上產生第一另外表面區域及第二另外表面區域的第二圖案，該第一另外表面區域及該第二另外表面區域分別具有第一導電類型及第二導電類型，當從沿與該第一表面垂直之方向的一投影看時，該第一另外表面區域及第二另外表面區域分別至少部分與該等射極區及該等基極區重疊；分別在該等基極區及射極區上應用第一導線及導線；產生分別與第一導線及第二導線電氣連接的第一及第二接點區域，使第一及第二另外表面區域至少在完成的光伏電池中相對於該第一及第二接點區域是電氣浮動的。
[14] 如申請專利範圍第13項所述之方法，包含在該等第二另外表面區域至少一者上應用一電氣浮動的導線，該電氣浮動導線橫向延伸至該第二另外表面區域的一邊緣。
[15] 如申請專利範圍第13或14項所述之方法，包含紋理化該第二表面，在紋理化第二表面上產生該等第二另外表面區域，在至少該等第二另外表面區域上應用具有第一導電性的固定電荷的一外場產生區域。
[16] 一種製造一光伏電池的方法，該方法包含以下步驟：提供具有彼此相對的第一及第二表面的一半導體基板，該半導體基板具有第一導電類型；在該第一表面上產生基極表面區域及射極表面區域的第一圖案，該基極表面區域及該射極表面區域分別具有第一導電類型及與該第一導電類型相反的第二導電類型；在該第二表面上產生具有第一導電類型之固定電荷的外場產生區域的第二圖案，當從沿與該第一表面垂直之方向的一投影看時，該等外場產生區域至少部分與該等基極區重疊，使該第二表面上的第一另外表面區域未被該等外場產生區域覆蓋，該等第一另外表面區域具有第一導電類型；分別在該等基極區及射極區上應用第一導線及導線；產生分別與第一導線及第二導線電氣連接的第一及第二接點區域。

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法律状态:
2018-11-11| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

申请号 | 申请日 | 专利标题

NL2007344A|NL2007344C2|2011-09-02|2011-09-02|Interdigitated back contact photovoltaic cell with floating front surface emitter regions.|

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