層104;分別覆蓋基板102的前和背表面的可選的超薄QTB層106和108 ;發(fā)射極層110 ;背表面場(BSF)層112 ；前電極114;及背電極116。箭頭指示太陽光。
[0038]應(yīng)當(dāng)指出，為了確保高效率，基板102常常包括以一種導(dǎo)電類型(η型或P型)的輕摻雜的晶體硅(c-Si)基板?；?02的主體的大部分具有小于IX 11Vcm3的摻雜濃度。QTB層106和108可以包括電介質(zhì)或?qū)拵恫牧?。發(fā)射極110還包括具有與基板102相反的導(dǎo)電類型的重?fù)诫s的寬帶隙材料。應(yīng)當(dāng)指出，與c-Si基板102相比，QTB層106和發(fā)射極Il0都具有更寬的帶隙。因此，在能帶圖中，發(fā)射極/QTB層的導(dǎo)帶的底部比基板的導(dǎo)帶的底部高得多。類似地，發(fā)射極/QTB的價帶的頂部比基板的價帶的頂部低得多。較寬帶隙與較低迀移率相結(jié)合使得隧穿成為對于太陽能電池100的占主導(dǎo)地位的導(dǎo)通機制，同時提供優(yōu)良的鈍化。
[0039]如以上所討論的，由于發(fā)射極/QTB層的寬帶隙屬性，所以多數(shù)載流子擴散到體c-Si基板中。由于耗盡，這對于具有與基板相反的摻雜的發(fā)射極來說會更糟。例如，對于具有η_摻雜的c-Si基板和P +摻雜的寬帶隙(諸如a-Si)發(fā)射極的太陽能電池來說，在P+-1T異質(zhì)結(jié)界面處存在相當(dāng)寬的空間電荷區(qū)(耗盡區(qū))。應(yīng)當(dāng)指出，不像同質(zhì)結(jié)，在異質(zhì)結(jié)界面處，即使沒有QTB層，對于多數(shù)載流子也存在隧穿勢皇。這種位于典型異質(zhì)結(jié)(p+-n_或者n+-p_)界面處的隧穿勢皇會貢獻直至Js。的3%的損耗。人為引入的QTB層也使得多數(shù)載流子的隧穿更難并且會貢獻直至Js。的2%的損耗。
[0040]另一方面，異質(zhì)結(jié)通過增加多數(shù)載流子濃度和抑制少數(shù)載流子濃度來鈍化發(fā)射極-基極界面。這種鈍化依賴于帶彎曲，其受限于發(fā)射極/QTB膜的屬性并且沒有什么改進空間。
[0041]在本發(fā)明的實施例中，通過在基板面向發(fā)射極的一側(cè)上引入淺反摻雜區(qū)域，由于該反摻雜提供更多缺陷態(tài)，除去對多數(shù)載流子的阻塞，同時繼續(xù)在界面處抑制少數(shù)載流子，所以可以顯著增加隧穿電流。圖1B給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的對于在基板中有和沒有淺反摻雜的太陽能電池在發(fā)射極-基極界面處的能量圖的圖。在圖1B中，通過輕摻雜的或本征的寬帶隙半導(dǎo)體膜，形成隧穿勢皇。在一個太陽和短路條件下計算能帶圖。如可以看到的，在界面處存在三角形勢皇。在沒有淺摻雜(實線)的情況下，電場幾乎是跨界面連續(xù)的并且沒有足夠的表面電荷。在有淺反摻雜(虛線)的情況下，空穴(在基板是η型摻雜的情況下)將填充界面缺陷態(tài)并且?guī)椭鷱挠蚁蜃蟮乃泶?如箭頭所示的)。應(yīng)當(dāng)指出，因為須滿足邊界條件，所以右側(cè)(基板側(cè))的電場低得多。
[0042]圖1C給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例對于在基板中有和沒有淺反摻雜的太陽能電池在發(fā)射極-基極界面處的能量圖的圖。在圖1C中，隧穿勢皇是通過輕摻雜的或本征的寬帶隙半導(dǎo)體膜和絕緣電介質(zhì)膜形成的。在一個太陽和短路條件下計算能帶圖。類似于圖1Β，隧穿電流(從右向左移動的空穴)從淺反摻雜得到提升。
[0043]圖1D給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例對于在基板中有和沒有淺反摻雜的太陽能電池的隧穿電流和漂移電流比較的圖。在圖1D中，隧穿勢皇是通過輕摻雜的或本征寬的帶隙半導(dǎo)體膜形成的。如可以看到的，電流大部分是基于隧穿，但是也存在少量的漂移-擴散電流。圖1D也證明接近勢皇的淺反摻雜提升空穴隧穿電流，如由虛線示出的。
[0044]圖1E給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例對于在基板中有和沒有淺反摻雜的太陽能電池的隧穿電流和漂移電流比較的圖。在圖1E中，隧穿勢皇是通過輕摻雜的或本征的寬帶隙半導(dǎo)體膜和絕緣電介質(zhì)膜形成的，并且全部電流都是基于隧穿的。就像圖1D，圖1E也證明短路電流被淺反摻雜提升。應(yīng)當(dāng)指出，圖1D-1E只繪出了通過或者漂移擴散或者隧穿的空穴電流。存在對勢皇的基板側(cè)上的總電流起作用的小百分比的電子電流。
[0045]圖1F給出了示出基板中沒有淺反摻雜的太陽能電池的載流子密度的圖。圖1G給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例在基板中有淺反摻雜的太陽能電池的載流子密度的圖。在圖1F和IG中，載流子密度都是在V = 0.6V和一個太陽的條件下計算的，這是接近于最大功率輸出的條件。在這兩個圖中，底部的線是以對數(shù)坐標(biāo)的少數(shù)載流子濃度，中間的線是多數(shù)載流子濃度。如可以看到的，在圖1G中，界面處的少數(shù)載流子濃度比圖1F中的低2至3倍，這說明淺反摻雜顯著降低界面處的復(fù)合。圖1B-1G全都是對η型基板繪出的。
[0046]制誥方法
[0047]可以使用η或P型摻雜的高質(zhì)量太陽能級娃(SG-Si)晶片來構(gòu)建所述太陽能電池。在一個實施例中，選擇η型摻雜的SG-Si晶片。圖2給出了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例制造在基板中具有淺反摻雜層的隧穿結(jié)太陽能電池的過程的圖。
[0048]在操作2Α中，準(zhǔn)備SG-Si基板200 (諸如SG-Si晶片)。SG-Si基板200的厚度可以在20和300 μ m之間的范圍內(nèi)。SG-Si基板200的電阻率通常在lohm-cm和10ohm-cm的范圍內(nèi)，但不限于此。在一個實施例中，SG-Si基板200具有在lohm-cm和2ohm_cm之間的電阻率。準(zhǔn)備操作包括典型的除去大約1ym的硅的鋸切損傷蝕刻以及表面紋理化。表面紋理可以具有各種圖案，包括但不限于:六角棱錐、倒棱錐、圓柱體、圓錐體、環(huán)以及其它不規(guī)則形狀。在一個實施例中，表面紋理化操作導(dǎo)致隨機的棱錐紋理的表面。之后，SG-Si基板200經(jīng)歷廣泛的表面清潔(extensive surface cleaning)。
[0049]在操作2B中，通過利用具有與SG-Si基板200相反的導(dǎo)電類型的摻雜劑摻雜SG-Si基板200的表面，或者通過外延生長具有相反的摻雜類型的c-Si的薄層，在SG-Si基板200的表面上形成淺的反摻雜層202。例如，如果SG-Si基板200是η型摻雜的，則通過利用P型摻雜劑重?fù)诫s(在lxl018/Cm3和1x10 2tVcm3之間)SG-Si基板200的表面形成淺反摻雜層202，反之亦然。各種技術(shù)可以被用來形成淺反摻雜層202，包括但不限于:利用摻雜劑的熱驅(qū)入摻雜硅酸鹽玻璃、利用摻雜劑的熱驅(qū)入摻雜非晶/多晶體S1、離子注入，以及具有相反摻雜類型的c-Si層的外延生長。應(yīng)當(dāng)指出，如果淺反摻雜層202是利用外延生長形成的，則表面紋理化可能需要在生長之后執(zhí)行。為了實現(xiàn)優(yōu)化的Jjf升，淺反摻雜層202的厚度(或者穿透深度)保持盡可能小。在實際中，摻雜濃度總是在表面處最高并且隨著深度增加而減小。在一個實施例中，從基板表面到摻雜濃度衰減至其峰值的Ι/e的位置之間的距離小于lOOnm，并且結(jié)深度(到摻雜濃度衰減至基板的背景水平的距離)小于300nm。在進一步實施例中，這種反摻雜的峰值(或者在基板表面處的摻雜濃度)在IX 11Vcm3和5 X 12Vcm3之間。
[0050]在操作2C中，高質(zhì)量(缺陷態(tài)密度小于IX 10n/cm2)的電介質(zhì)材料的薄層沉積在SG-Si基板200的前和背表面上，以分別形成前鈍化/隧穿層和背鈍化/隧穿層204和206?在一個實施例中，只有SG-Si基板200的前表面(面向發(fā)射極的表面)沉積有電介質(zhì)材料的薄層。各種類型的電介質(zhì)材料可以被用來形成鈍化/隧穿層，包括但不限于:氧化硅(S1x)、氫化的S1x、氮化硅(SiNx)、氫化的SiNx、氧化鋁(AlOx)、氮化鋁(AlNx)、氧氮化硅(S1N)及氫化的S1N。除了電介質(zhì)材料，鈍化/隧穿層204和206還可以包括輕摻雜的或本征的寬間隙半導(dǎo)體材料，或者二者的組合。此外，各種沉積技術(shù)可以被用來沉積鈍化/隧穿層，包括但不限于:熱氧化、原子層沉積、濕或水蒸氣氧化、低壓自由基氧化、等離子體增強的化學(xué)氣相沉積(PECVD)，等等。鈍化/隧穿層204和206的厚度可以在I和50埃之間。在一個實施例中，鈍化/隧穿層204和206具有在I和15埃之間的厚度。應(yīng)當(dāng)指出，鈍化/隧穿層204和206的良好控制的厚度確保了良好的鈍化和隧穿效果。
[0051]在操作2D中，在前鈍化/隧穿層204的表面上沉積具有與SG-Si基板200相反的摻雜類型的氫化的分級摻雜的a-Si的層，以形成發(fā)射極層208。因此，發(fā)射極層208位于太陽能電池的面向入射的太陽光的前側(cè)。應(yīng)當(dāng)指出，如果SG-Si基板200是η型摻雜的，則發(fā)射極層208是P型摻雜的，反之亦然。在一個實施例中，發(fā)射極層208是利用硼作為摻雜劑P型摻雜的。發(fā)射極層208的厚度在I和20nm之間，并且發(fā)射極層208的摻雜濃度在IX 11Vcm3和5 X 10 2°/cm3之間的范圍。在一個實施例中，發(fā)射極層208中與前鈍化/隧穿層204相鄰的區(qū)域具有較高的摻雜濃度，而遠(yuǎn)離前鈍化/隧穿層204的區(qū)域具有較低的摻雜濃度。除了 a-Si，還可以使用其它材料來形成發(fā)射極層208，包括但不限于:一種或多種寬帶隙半導(dǎo)體材料，以及多晶硅。
[0052]在操作2E中，具有與SG-Si基板200相同摻雜類型的氫化的分級摻雜的a-Si的層沉積在后鈍化/隧穿層206的表面上，以形成背表面場(BSF)層210。應(yīng)當(dāng)指出，如果SG-Si基板200是η型摻雜的，則BSF層210也是η型摻雜的，反之亦然。在一個實施例中，利用磷作為摻雜劑η型摻雜BSF層210。在一個實施例中，BSF層210的厚度在I和30nm之間。在一個實施例中，BSF層210的摻雜濃度從I X 11Vcm3變化到5X 10 20/cm3ο除了