[发明专利]包括所有背面接触结构的光电器件以及相关处理

说明书

技术领域

本发明一般涉及高效太阳能电池。尤其，本发明涉及基于包括异质结的半导体器件的太阳能电池。

背景技术

无疑地，如果太阳能量能够以可用的方式获得，则太阳能量提供电势，为人类的使用提供实际上无限制的能量。或许只要在使用太阳能量以获得电的方面作出最大努力，则其能通过任一种现有的电子网络用在家庭、居民区或工业水平上。从太阳辐射产生该电的主要方式包括借助于光电转换器直接产生。这些类型的器件依赖于异质结的存在，并在现有技术中是公知的。(如该上下文中所使用的，异质结是由不同半导体材料层构成的半导体结。这些材料通常具有不同的带隙。作为一个实例，异质结可通过一种导电类型的层或区域与相反导电性的层或区域的接触形成，例如“p-n”结)。除了太阳能电池之外，使用异质结的其它器件包括薄膜晶体管和双极晶体管。

总之，光电器件将辐射如太阳能、白炽光或荧光辐射转换成电能。太阳光对于大部分器件来说是典型辐射源。转换为电能通过公知的光电效应实现。根据该现象，撞击光电器件的辐射由器件的有源区域吸收，产生电子空穴对，其有时被共同称作光生电荷载流子。电子和空穴扩散，并且通过所建立的电场聚集到器件中。

考虑到太阳能电池用作这种可靠形式的干净、可再生能量的潜力，已经作出很大努力以提高其性能。这种性能的一个主要测量是器件的光电转换效率。转换效率通常被测量为由器件产生的电流量，与接触其有源表面的光能成比例。如该文献中所记载的，光电转换效率很小的增加、例如1％或更小都表示光电技术非常显著的进步。

光电器件的性能很大程度上依赖于每个半导体层的组分和微结构。例如，由结构缺陷或杂质原子导致的缺陷位置存在于单晶半导体层的表面上或本体内。而且，多晶半导体材料含有任意取向的晶粒，具有引起大量本体和表面缺陷位置的晶界。

存在这种类型的多种缺陷是光电器件中的有害效应源。例如，很多电荷载流子在异质结附近的缺陷位置处复合，而不是继续其预定的路径至一个或多个集电极。由此，作为电流载流子其丢失了。电荷载流子的复合是光电转换效率降低的一个主要原因。

表面缺陷的负效应可通过钝化技术被最小化至一定程度。例如，本征(即未掺杂)非晶半导体材料层被形成于衬底表面上。存在该本征层降低了衬底表面处电荷载流子的复合，并由此提高了光电器件的性能。

使用这种类型的本征层通常在US.专利5,213,628(Noguchi等人)中描述。Noguchi描述了一种光电器件，其包括所选导电类型的单晶硅或多晶硅半导体层。250埃或更少的实质上的本征层形成于衬底上方。基本上非晶层形成于本征层上，具有与衬底相反的导电性，并实现“半导体夹入结构”。光电器件通过在非晶层上方增加透明电极和贴附到衬底下侧上的背电极完成。

Noguchi专利中描述的光电器件在一些情况下似乎相当程度地最小化了电荷载流子复合的问题。例如，认为存在所选厚度的本征层能增加器件的光电转换效率。而且，由于Noguchi等人的公开，以这种方式钝化半导体衬底表面的观点已经在很多参考文献中作了描述。实例包括U.S.专利5,648,675(Terada等人)和U.S.专利公开号2002/0069911A1(Nakamura等人)：2003/0168660A1(Terakawa等人)；和2005/0062041A1(Terakawa等人)。

虽然上述参考文献在一定程度上解决了复合问题，但是仍存在一些明显缺陷。例如，存在本征层虽然是有利的，但是其导致形成另一界面，即在本征层和其上覆盖的非晶层之间。该新的界面是用于杂质和寄生的污染物的再一位置，从而被捕获和聚集，并且可能会导致电荷载流子的另外复合。作为实例，多层结构制造期间的沉积步骤之间的中断能不给污染物进入提供机会。而且，由于导电性变化和/或带隙变化导致的界面处带的突然弯曲会引起高密度界面态，这是复合的另一个可能原因。

而且，虽然消除电荷载流子复合一定会增加光电转换效率，但是也存在能降低常规太阳能电池的性能的其他因素。作为实例，现有技术中的太阳能电池通常都用电池前面侧上的很多电连接制造，即表面接收入射光。由此，电池的前表面通常都包括前侧金属网格线或电流收集带，与相关器件和硬件如母线和接头一起。

由于很多原因，在太阳能电池前侧上存在这些部件是不利的。例如，网格线和接头降低了均匀性和太阳能电池的整体外形。例如在住宅设计中，太阳能电池的美学特征通常表示标准质量参数。而且，太阳能电池的操作性能会受到存在的这些前侧部件的不利影响，由于其“遮挡”了将被电池吸收的部分入射光。