[发明专利]在掺杂区上方清洁和形成带负电荷的钝化层的方法

说明书

技术领域

本发明实施例大体上涉及太阳能电池的制造，更具体地，涉及钝化结晶硅太阳能电池的表面的装置结构和方法。

背景技术

太阳能电池是将太阳光直接转换成电功率的光致电组件。最常见的太阳能电池材料为硅(Si)，所述硅以单晶、多晶或多-结晶基板的形式呈现。由于利用硅基太阳能电池产生电力的成本高于通过传统方式产生电力的成本，因此仍一直努力降低制造太阳能电池的成本且不负面影响太阳能电池的整体效率。

图1示意性地示出由结晶硅基板110制成的标准硅太阳能电池100的横截面图。基板110包括基极区101、发射极区102、p-n结区103、介电钝化层104、正面电触点107以及背面电触点108。p-n结区103配置于太阳能电池的基极区101与发射极区102之间，且所述p-n结区103为当太阳能电池100由入射光子照射时产生电子-空穴对的区域。介电钝化层104可作为太阳能电池100的抗反射涂布(ARC)层以及发射极区102的表面105的钝化层。

可通过利用ARC层提升太阳能电池100的效率。当光从一个介质传递到另一个介质时，例如从空气到玻璃，或从玻璃到硅，一些光会由两个介质之间的界面反射，即使入射光正交于界面。反射的光的比例为两个介质间的折射率差异的函数，其中较大的折射率差异导致较高比例的光由所述界面反射。公知配置于两个介质之间并且折射率的数值介于所述两个介质的折射率之间的ARC层可用来减少被反射的光的比例。因此，在太阳能电池100的光接收表面上的ARC层的存在(例如表面105上的介电钝化层104)减少了由太阳能电池100反射因而无法用来产生电力的入射光的比例。

当光落在太阳能电池上时，来自入射光子的能量在p-n结区103的两侧上产生电子-空穴对。在包括n-型发射极区与p-型基极区的太阳能电池中，电子横跨p-n结区扩散至较低能级，而空穴以相反的方向扩散，因此在射极中产生负电荷，而在基极中聚集相应的正电荷。在具有p-型发射极区102与n-型基极区101的替代结构(图1)中，电子横跨p-n结区扩散以在发射极中形成正电荷，而空穴以相反的方向扩散以形成在基极中聚集的负电荷。无论哪种情况，当在发射极与基极之间形成电路时，电流将流动并且由太阳能电池100产生电力。太阳能电池100将入射能量转换成电力的效率受到多个因素的影响，所述因素包括太阳能电池100中的电子与空穴的复合率以及由太阳能电池100反射的入射光的比例。

在太阳能电池100中以相反的方向移动的电子与空穴彼此结合时发生复合。每一次在太阳能电池100中电子-空穴对复合时，载流子被消除，由此降低了太阳能电池100的效率。复合可发生于基板110的块体硅中或发生在基板110的任一表面105、106上。在块体中，复合是块体硅中缺陷的数目的函数。在基板110的表面105、106上，复合是表面105、106上存在的悬浮键的数量的函数，所述悬浮键即未封端的(unterminated)化学键。在表面105、106上发现悬浮键是由于基板110的硅晶格在这些表面处终结。这些未端接的化学键作为在硅的能带间隙中的缺陷陷阱，因此为电子-空穴对的复合位置。

如上所述，介电钝化层104的一个功能是最小化在发射极区102或基极区101的表面处的载流子复合，在所述发射极区102和所述基极区101的上方形成有介电钝化层104。已经发现在介电钝化层104中形成负电荷有助于抵制载流子移动通过太阳能电池，而因此减少载流子复合并提高太阳能电池组件的效率，所述介电钝化层104配置于形成在太阳能电池组件中的p-型掺杂区上方。虽然利用传统的等离子体处理技术来形成具有净正电荷的钝化层相对容易，但却难以在硅基板的表面上形成稳定带负电荷的钝化层。

太阳能电池表面的完全钝化通过减少表面复合而极大地提高太阳能电池的效率。为了钝化太阳能电池100的表面，例如表面105，通常在表面105上形成介电钝化层104，由此减少表面105上存在的悬浮键数目达3或4个数量级。针对太阳能电池应用而言，介电钝化层104通常是氮化硅(Si_XN_Y或缩写SiN)层，并且大部分的悬浮键由硅(Si)、氮(N)或氢(H)原子端接。但由于氮化硅(SiN)是非晶材料，因此在发射极区102的硅晶格与介电钝化层104的非晶结构之间不可能发生完美匹配。因此，在形成介电钝化层104后残留于表面105上的悬浮键数目仍足以显著降低太阳能电池100的效率，需要额外钝化表面105，例如氢钝化。在多-结晶硅太阳能电池的情况中，氢也有助于钝化晶粒边界上的缺陷中心。