[发明专利]具有前表面电极的半导体太阳能电池及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池及其形成方法，更具体地，涉及半导体太阳能电 池及其形成方法。

背景技术

太阳能电池是将太阳能(例如阳光)转换成电的装置。太阳能电池具有 许多应用。单个电池可以用于给小型装置供能，而大阵列的电池(例如，光 伏阵列)可以用于产生一种可再生能，该可再生能在不能得到来自电网 (power grid)的电能的情况下尤其有用。太阳能电池阵列现在也被发展用 于基于网格的电力系统(grid-based electrical system)。

太阳能电池通过响应入射到基板的光子的吸收在基板(例如半导体基 板)中产生电子-空穴对来工作。当光子被吸收时，它的能量传给基板的晶 格中的电子。通常，该电子在晶格的价带中并紧紧地束缚在相邻原子之间的 共价键中。由光子传给电子的能量可以足够用来将电子激发到晶格的导带 中，然后在导带中该电子变得在基板内自由移动。之前电子是其一部分的共 价键现在少了一个电子，其被称为“空穴”。缺少的共价键的存在允许来自 相邻原子的束缚电子移入该“空穴”，后面留下另一个空穴，以这种方式空 穴可以在整个晶格移动。然后电子和空穴在基板内的该移动可以用于建立经 过连接到太阳能电池的负载的直流电压。

具体地，产生在p-n结中的内建电场可以足够来引起电子-空穴对中的电 子和空穴分别向n型半导体区和p型半导体区移动。使用p-n结和在半导体 基板的相对表面上的电极对的太阳能电池的一个示例在美国专利 Nos.4726850和4748130中被披露。太阳能电池的另一示例在Gee等人、名 称为“Buried-Contact Solar Cell With Self-Doping Contacts(具有自掺杂接触的 掩埋接触太阳能电池)”的美国专利No.7335555中被披露。

发明内容

根据本发明实施例的太阳能电池包括基板，该基板具有在其上的光收集 表面和在基板内的P-N整流结。P-N整流结包括：第一导电型(例如p型) 的基区以及在基区与光收集表面之间延伸的第二导电型的半导体层。还设置 延伸通过半导体层并进入基区中的沟槽。第一电极和第二电极邻近光收集表 面设置。第一电极电耦接到半导体层，第二电极在邻近沟槽底部的位置处电 耦接到基区。

根据本发明的附加实施例，太阳能电池还可以包括沟槽侧壁上的电绝缘 沟槽侧壁间隔物，其在第二电极和第二导电型的半导体层之间延伸并提供两 者之间的电隔离。此外，第二导电型的半导体层可以是相对于单晶硅具有不 同带隙的非晶硅层。具体地，第二导电型的半导体层可以是形成基板中异质 结的非晶硅层。根据这些实施例的太阳能电池还可以包括第二导电型的边界 层，其在第二导电型的半导体层与基区之间延伸。第二导电型的边界层可以 与第二导电型的半导体层形成非整流异质结并与基区形成P-N整流结。

本发明的实施例还包括在光收集表面上的抗反射层。光收集表面可以构 造为具有带局域化的峰和谷的非均匀表面轮廓。具体地，非整流异质结可以 具有非平面结轮廓，光收集表面可以具有接近于非整流异质结的非平面结轮 廓的非均匀表面轮廓。而且，非整流异质结可以具有第一非平面结轮廓，在 边界层和基区之间的整流结可以具有接近于第一非平面结轮廓的形状的第 二非平面结轮廓。

本发明的附加实施例包括形成太阳能电池的方法。这些方法中的一些包 括在半导体基板(其中具有第一导电型(例如p型)的基区)上形成第二导 电型(例如n型)的半导体层。还形成第一沟槽，其延伸通过第二导电型的 半导体层并进入基区中。形成第一沟槽的步骤可以在第二导电型的半导体层 上形成抗反射层的步骤之后。沟槽侧壁间隔物形成在第一沟槽的侧壁上。还 形成第二沟槽，其延伸通过第一沟槽底部并进一步进入基区中。第一沟槽和 第二沟槽可以是延伸经过基板的条状沟槽。第二沟槽用第一电极填充，第一 电极电耦接到基区。填充第二沟槽的步骤可以在将第一导电型掺杂剂注入到 第二沟槽的底部和侧壁中之后。第二电极还可以形成为与第二导电型的半导 体层接触。第二电极可以形成在第一沟槽的外部和/或内部。