[发明专利]太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种含反型层或累积层的太阳能电池。

背景技术

为了分离半导体中由光照产生的自由载流子，传统半导体太阳能电池包括不同材料构成、及/或用不同掺杂材料掺杂的半导体区域。继而在两个半导体区域(通常被设计成基极和发射极)之间形成异质结及/或pn结，在这里自由载流子被分离从而形成可利用的电压。

除了掺杂之外或作为掺杂的替代，基极和发射极也可被制成使掺杂半导体一表面区域中的载流子被感应，从而在该区域中产生反型层或累积层。因此，与场效应晶体管中的形式相同，由于能带弯曲的缘故，掺杂半导体中或有额外的多数载流子被吸引到表面区域从而形成累积层，或有少数载流子被吸进同时多数载流子被挤出表面区域，从而实现载流子反转，以此形成反型层。由于反型层或累积层形成的同时半导体表面实现了钝化(由于挤出一种载流子的缘故)，故而减少了表面瑕疵处的载流子复合。

氮化硅(SiN_x)，常用于所谓的MIS(金属绝缘体半导体)太阳能电池，是一种已知可以用于制造反型层或累积层的材料。在此配置下，由SiN_x制成的感应层被涂覆于半导体层。由于SiN_x层的表面电荷密度为正，在半导体层的一表面区域中，根据半导体层的掺杂状态可产生反型层或累积层。该反型层或累积层可以同时用于表面钝化，作发射极层，此时半导体层充当基极层。

用传统材料例如SiN_x制成的感应层难免存在一个缺点，即其只能实现很小的载流子反转或载流子积聚。这便导致反型层或累积层只有轻微的面导电性。此外，其不能形成充分的钝化层，因此对半导体表面的处理，尤其是对非晶表面的处理，需要满足严格的要求。

发明内容

因此，本发明的目标是获得如下一种太阳能电池：其含反型层或累积层，且具有增强的面导电性。此外，该太阳能电池的表面钝化也得到提高。

根据本发明，上述目标可通过具有权利要求1所述特征的太阳能电池得以实现。从属权利要求中陈述了本发明的有益实施例。

本发明基于以下共识：不小于10¹²cm^-2的高表面电荷密度、尤其是优选的不小于10¹³cm^-2的表面电荷密度，不仅可以感应产生面导电性更高的反型层和累积层，而且还可以使表面钝化得到提高。是否被感应产生反型层或累积层不仅取决于半导体层的任意掺杂的类型和强度，还取决于因感应层被感应的电荷的符号和强度。感应层的表面电荷密度可正可负。

优选反型层主要由含上述表面电荷密度的材料制成。此外，将感应层直接置于半导体层上将具有一定优势但并非强制性要求。此外，可在感应层和半导体层之间配置其他中间层，这些中间层被用于改善接合、及/或影响太阳能电池的机械及/或电特性。

反型层主要由某种材料制成，这意味着鉴于生产工艺中的缺陷，反型层在原料等材料中可能包含微量其他材料。

一种生产此种太阳能电池的可行方法包括如下步骤：提供半导体层例如半导体晶片或薄层，其已预先汽相沉积至基板上。继而将感应层涂覆于此半导体层上。但也可想像相反的次序，即将感应层涂覆于基板上，该感应层可含收集层或接触层。而后将半导体层涂覆至此感应层。

在此配置下，可完全或部分掺杂半导体层，例如在将要感应产生反型层或累积层的区域中。由于感应层表面电荷密度的缘故，半导体层中发生能带弯曲，该能带弯曲导致半导体中发生自由载流子的分离。

为了收集以这种方式分离的载流子，作为制造方法的一部分，必须进行太阳能电池的接触处理。在此配置下，通过选择相应的材料，感应层可充当隧道层，或隧道区域可形成在感应层中。感应产生的反型层或累积层可以充当背面电场(BSF)。此外，感应产生的累积层提供了一项优势，即提高了半导体层中起吸收作用的多数载流子的面导电性。随着半导体晶片越来越薄，这项附加的面导电性在最小化欧姆损失方面显得十分重要。

根据一有益实施例，缓冲层主要由表面电荷密度为负的材料制成。表面电荷密度为负的材料的一个例子是负表面电荷密度介于约10¹²至约10¹³cm^-2之间的氟化铝(AlF₃)。负的表面电荷密度提供了一项优势，即该材料尤其适合于感应产生p型半导体层中的累积层，而后者在例如硅基光伏电池领域是目前为止被最普遍使用的掺杂剂。