双面光伏电池制造工艺的制作方法

1.本发明涉及光伏(pv)电池的领域，尤其涉及双面光伏电池的领域及其制造工艺。


背景技术：

2.能量消耗的增加引起了人们对现有能源(诸如石油和煤炭)预计会迅速枯竭的担忧。因此，替代能源作为现有能源的替代品，近年来一直是人们关注的焦点。在替代能源中，太阳能电池或光伏电池处于人们关注的中心。pv硅电池已经制造了多年。然而，仍然存在与pv电池的制造成本、转换效率和寿命相关的问题。对提高pv电池效率的需求催生了各种解决方案。一种这类解决方案是双面pv电池，其中pv电池的前侧和背侧两者均用于能量转换过程中。双面pv电池比单面pv电池的能量生产率高15％-40％。
3.常见类型的光伏电池基于具有p型或n型导电性的硅衬底。衬底在一个表面上掺杂有n-掺杂剂(例如，磷)，因此形成n
+
层，并且第二表面掺杂有p-掺杂剂(例如，铝或硼)，以便形成p
+
层。因此，经处理的p型衬底形成n+-p-p+结构，并且n型衬底形成p+-n-n+结构。在开始掺杂工艺之前处理半导体衬底(晶片)是常见的程序。两种最常见的预工艺处理是锯切损伤去除，其中去除了衬底的机械诱导缺陷，以及第二种常见程序是衬底的纹理化。纹理化在衬底的表面上创建类微金字塔形状，因此最终增加光吸收。
4.向pv电池添加电触点使得能够实现电流收集，并且以各种形式应用。一般而言，所述电触点仅覆盖表面区域的一小部分以便避免阻碍光的通过。电触点通常以网格图案应用以便最小化表面区域的覆盖。单面光伏电池经常仅在电池的一侧上具有这类网格图案，而双面光伏电池在两侧上都具有这类图案，并因此可从任何方向收集光。
5.已知不同的掺杂剂源沉积方法。通常使用气相工艺，使用pocl3进行磷沉积，并且使用bcl3或bbr3进行硼沉积。使用2种不同的掺杂剂源可能容易导致不适当区的掺杂，诸如在单个区域中两种掺杂剂类型的交叉掺杂。可引入涉及沉积保护层和/或蚀刻以从一些区去除掺杂剂的附加步骤，这使电池制造复杂化。
6.已经使用化学气相沉积(cvd)制备了用于沉积含硼掺杂剂膜的geminustm双面电池系(schmid组)。
7.迄今为止，p型硅基双面电池的工业生产的最佳结果是使用旋涂技术沉积掺杂剂源实现的。
8.发明人先前已声明，期望实现低有效背表面复合(这可通过背p+层在n+-p-p+结构中被促进)，以及高少数载流子体寿命。期望使用硼作为用于p
+
层形成的p-掺杂剂获得p型硅基双面电池，其有效背表面复合为55cm/s-95cm/s，且平均背侧-前侧短路电流比为0.75。
9.硼是众所周知的p-掺杂剂，并且其优点是可充分溶解于硅中，从而允许更高的p+-p势垒(在n+-p-p+结构中)，这在减少背表面复合方面是有效的。然而，硼扩散与体寿命的显著恶化相关联，体寿命的显著恶化降低了光伏电池的效率。该障碍鼓励了铝作为p-掺杂剂的广泛使用，尽管铝在减少背表面复合方面往往不如硼有效。
10.还使用了n型硅(在n+-n-p+结构中)以便减少硼扩散相关联的恶化。尽管n型硅通
掺杂剂从所述含n-掺杂剂层到衬底中的驱入(扩散)。
37.iii.从衬底的所述第一表面去除盖层。
38.iv.在衬底的第二表面上形成钝化和/或抗反射层。
39.v.对衬底的未被钝化和/或抗反射层覆盖的表面和边缘进行纹理化。
40.vi.在所述衬底的第一表面上实现含n-掺杂剂层的沉积，并且实现所述n-掺杂剂到衬底中的扩散以形成第二n-掺杂层。
41.vii.在衬底的第一表面上形成钝化和/或抗反射层。
42.本发明进一步提供了一种光伏电池，其中所述光伏电池根据本发明的工艺制备。
43.根据本发明的一些实施例的方面，提供了一种包括硅衬底的双面光伏电池，所述衬底包括其第一表面上的n
+
层和其第二表面上的p
+
层，n
+
层包含n-掺杂剂，优选磷，并且p
+
层包含硼，其中第二表面中硼的表面浓度小于4.10
20
原子/立方厘米。
44.本发明进一步提供了一种光伏模块，包括一个以上的本文中描述的光伏电池，其中所述一个以上的光伏电池彼此互连。
45.在本发明的又一个进一步实施例中，提供了一种包括本文中描述的光伏模块的发电厂。
46.本发明进一步提供了一种包括本文中描述的光伏电池的电气装置。
附图说明
47.图1
–
工艺(a)至(h)的框图。
48.图2
–
与根据示例1的两次单独运行相关的硼掺杂层分布。
49.图3
–
工艺(i)至(vii)的框图。
50.图4a
–
示出了根据本发明生产的电池的短路电流密度(jsc)曲线测量结果。
51.图4b
–
示出了根据本发明生产的一批电池的开路电压(voc)结果。
52.图4c
–
示出了根据本发明生产的一批电池的填充因子(ff)结果。
53.图4d
–
示出了根据本发明生产的一批电池的效率(η)结果。
具体实施方式
54.本发明的实施例涉及用于制造双面光伏电池、pv电池、pv电池模块以及包括其所述pv电池的发电厂和装置的工艺。目前所描述的工艺的特定条件和顺序提供了一种在前侧和后侧照明时改进效率的双面光伏电池。
55.在研究和开发pv电池及其制造工艺时，发明人发现本文中描述的工艺改进了可通过所述工艺获得的pv电池的性能。本发明的工艺具有优于制造双面太阳能电池的已知方法的多个优点。所述优点的示例为：1)控制硼掺杂的最大浓度；2)使导致表面复合增加的b
–
si化合物的形成最小化；3)根据某些实施例，通过使含硼层的沉积与硼扩散的第一阶段一起同时进行来调整硼掺杂分布。
56.以下对本发明的实施例的描述参考图1。括号中的数字例如(103)与图1中的块数字相关。
57.本发明提供了一种用于制造双面光伏电池的工艺，包括：
58.a.用含硼层涂覆衬底。
59.b.在处于所述衬底的第二表面上的含硼层上方形成盖层。
60.c.将所述含硼层从所述衬底的未覆盖有盖层的表面去除。
61.d.在所述衬底的未被所述盖层覆盖的表面上实现含磷层的沉积，并且实现磷和硼到衬底中的扩散。
62.e.去除所述含磷层。
63.f.在没有盖层的地方对衬底进行纹理化。
64.g.在所述衬底的第一表面上实现含磷层的沉积，并且实现磷到衬底中的扩散以形成第二n-掺杂层。
65.h.在所述衬底的第一表面上形成覆盖n-掺杂层的钝化和/或抗反射涂层。
66.根据本发明的优选实施例，提供了一种用于制造双面pv电池的工艺，包括：
67.a.在气相中使用bcl3或bbr3用含硼层涂覆衬底，并且实现硼部分驱入所述衬底中(103)。
68.b.在处于所述衬底的第二表面上的含硼层上方形成盖层(104)。
69.c.从衬底的未被盖层覆盖的表面去除含硼层(105)。
70.d.在所述衬底的未被所述盖层覆盖的表面上实现含磷层的沉积，并且实现磷和硼到衬底中的扩散，其中所述含磷层的所述沉积通过在气相中使用pocl3实现(106)。
71.e.去除所述含磷层(107)。
72.f.对衬底的未覆盖有盖层的表面进行纹理化，其中所述纹理化还去除硼和磷掺杂的衬底层，随后是以下步骤：
73.从所述衬底第二表面去除所述盖层(107)，以及
74.在所述衬底的第二表面上形成钝化和/或抗反射层(108)。
75.g.在所述衬底的第一表面上实现含磷层的沉积，并且实现磷到衬底中的扩散以形成第二n-掺杂层，其中所述含磷层的所述沉积通过在气相中使用pocl3实现(109)。在衬底的第一表面上形成覆盖n-掺杂层的涂层，其中所述涂层是钝化和/或抗反射层(110)。
76.根据本发明的进一步实施例，在步骤(b)中形成的盖层可充当衬底的第二表面上的抗反射和/或钝化层。在这类实施例中，不需要盖层去除和第二表面钝化步骤。
77.在本发明的另一个实施例中，在步骤(g)或步骤(h)之后进行化学边缘绝缘的步骤。可根据本领域中已知的任何方法进行化学边缘绝缘。术语“硅衬底”、“衬底”和“晶片”可互换使用，并且在本发明的上下文中具有相同的含义。适用于本发明中的衬底可选自具有n或p型导电性的硅晶片的组。
78.根据本发明的一些实施例，工艺中使用的衬底是经历包括检查(101)和锯切损伤去除(102)的预工艺处理的硅晶片。根据本发明的某些实施例，所述衬底也可经历作为预工艺处理的纹理化。然而，根据一些实施例，所述预工艺纹理化不是必需的。
79.术语纹理化是指创建衬底的表面的纹理的操作，该操作可根据本领域中的已知方法进行。典型地，纹理化在衬底的表面上创建类微金字塔的形状。所述纹理化还可从衬底去除掺杂层。
80.术语驱入是指一种扩散工艺，其中p-掺杂剂和/或n-掺杂剂的原子从衬底的表面上的含p和/或n掺杂剂层扩散到衬底中。
81.根据本发明的某些实施例，用于形成含硼层的合适硼沉积技术选自已知的硼沉积
技术。所述技术的非限制性示例为：化学气相沉积和物理气相沉积。以bbr3或bcl3为硼载体的气相沉积方法是优选技术。
82.根据本发明的一些实施例，在硼沉积的步骤期间，可能发生硼到衬底中的一些扩散。
83.根据本发明，硼的沉积发生在衬底的所有表面上。
84.进行形成盖层的步骤(b)，使得盖层在衬底的第二表面上涂覆含硼层。所述盖层如本文中描述实现。
85.本文中的短语“含n-掺杂剂层”和“含硼层”涵盖含有所指示成分(例如磷、n-掺杂剂和硼、p-掺杂剂)且不是衬底的部分的层(例如沉积到衬底的表面上的物质层)。
86.相比之下，短语“n-掺杂层”在本文中是指已掺杂有n-掺杂剂的半导体衬底的一部分(例如，当n-掺杂剂从含n-掺杂剂层扩散到衬底中时)，并且短语“硼掺杂层”在本文中是指已掺杂有硼的半导体衬底的一部分(例如，当硼从含硼层扩散到衬底中时)。
87.在一些实施例中，含硼层的厚度在1nm至80nm(任选地2nm至80nm)的范围内。在一些这类实施例中，沉积层的厚度在1nm至40nm(任选地2nm至40nm)的范围内。在一些这类实施例中，沉积层的厚度在1nm至20nm(任选地2nm至20nm)的范围内。
88.在一些实施例中，含硼层的厚度被选择成使得含硼层含有一定量的硼(每表面积)，该量适合于在实现硼扩散(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)后在p
+
层中提供所期望浓度的硼(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)。
89.对于含硼层的任何给定组成，可容易地选择(含硼层的)厚度，以便提供所期望的硼浓度。
90.根据本发明的一些实施例，在第二表面上的含硼层的盖层涂覆之后，通过本领域中已知的方法去除衬底上不受盖层保护且可处于表面和边缘上的所述含硼层。所述方法的非限制性示例是在hf水溶液中蚀刻。
91.在本发明的一些实施例中，在步骤(c)之后，所获得的衬底在第二表面上涂覆有含硼层，该含硼层涂覆有盖层。衬底的其他表面，即第一表面和边缘没有含硼层。
92.根据本发明的一些实施例，该工艺的步骤(d)包括沉积含磷层，并且将硼从含硼层并将磷从含磷层驱入(扩散)到衬底中。
93.根据本发明的具体实施例，含磷层的沉积可通过本领域中已知的方法实现。优选地，所述含磷层通过将衬底暴露于气相中的pocl3实现。使用700℃至1050℃的温度范围，优选在750℃至1020℃的范围内的温度实现将硼和磷驱入(扩散)到衬底中。
94.在本文中描述的实施例中的任一个的一些实施例中，形成n-掺杂层(步骤(d)和(g))在两个阶段中实现：第一——在衬底的表面上形成含磷层(其可为磷硅酸盐玻璃)，例如在中等温度的含pocl3的气体气氛下，以及第二——通过升高温度将磷扩散到衬底中。
95.根据本发明的某些方面，含磷层的沉积和磷到衬底中的扩散是同时进行的。
96.本工艺的步骤(d)和(g)的含义中，短语同时是指发生在同一工艺阶段中的操作。应理解，在n-掺杂剂(磷)扩散开始之前，至少需要含磷层的初始沉积。
97.在本发明的一些实施例中，在进行步骤(d)之后，衬底包括涂覆有受盖层保护的含硼层的第二表面，以及涂覆有磷硅酸盐玻璃(psg)并包含具有一些硼杂质的n-掺杂层的衬底的第一表面和边缘。
98.根据本发明的一些实施例，该工艺进一步包括一个步骤(步骤(e))，即从未受盖层保护的衬底的所有表面(包括边缘)去除所述psg(在形成的情况下)和n-掺杂层。通过酸性蚀刻和碱性纹理化分别去除所述psg和n-掺杂层(步骤(f))(107)。
99.在一些实施例中，实现了去除第一表面上的所述第一n-掺杂层(例如，n
+
层)，以便同时去除别处存在的任何n-掺杂层(例如，n-掺杂岛)。
100.衬底的蚀刻和纹理化方法是本领域中已知的。在一些实施例中，(例如，n-掺杂层的)蚀刻和纹理化通过碱溶液(例如，包含氢氧化钠的溶液)实现。
101.根据本发明的某些实施例，从衬底的第二表面去除盖层(盖层去除步骤)。可根据本领域中已知的方法来去除盖层。在本发明的一些实施例中，盖层通过hf溶液蚀刻去除。
102.根据本发明的某些实施例，在从所述第二表面去除盖层之后，所述第二表面涂覆钝化和/或抗反射层(第二表面钝化步骤)。钝化和/或抗反射涂层如下文中描述实现。
103.根据本发明的某些实施例，所述盖层可用作钝化和/或抗反射涂层。在这类实施例中，盖层去除和第二表面钝化步骤是任选的。
104.根据本发明的一些实施例，在步骤(f)之后，衬底包括掺杂有硼的第二表面，其中所述第二表面涂覆有钝化和/或抗反射涂层，并且所述衬底的第一表面和边缘被纹理化。
105.根据本发明的一些实施例，在盖去除层和第二表面钝化步骤之后，通过气相工艺实现磷沉积和磷扩散(步骤(g))，在本文中称为第二n-掺杂层。
106.所述第二n-掺杂层可由本领域中已知的任何适用于n-掺杂的技术(例如，本文中描述的任何n-掺杂技术)形成，包括但不限于气相扩散、离子注入和/或使用含n-掺杂剂层(例如，根据本文中描述的相应实施例中的任一个)。
107.优选地，通过在700℃至950℃、优选750℃至900℃的范围内的温度将衬底暴露于气相中的pocl3来实现所述第二n-掺杂层。
108.在本文中描述的实施例中的任一个的一些实施例中，形成n-掺杂层(步骤(d)和(g))在两个阶段中实现：第一，在700℃至900℃的范围内的温度将衬底暴露于气相中的pocl3——以及第二——通过将温度升高至高达950℃将磷扩散到衬底中。
109.根据本发明的一些实施例，在所述第一表面上形成第二n-掺杂层之后，所述第一表面根据本领域中已知或本文中描述的钝化和/或抗反射涂层技术涂覆有钝化和/或抗反射涂层。任选地，在所述第一表面上形成钝化和/或抗反射涂层之前，去除可能已在所述第一表面上形成的磷硅酸盐玻璃(psg)层。psg的所述去除可根据本领域中已知或本文中描述的方法进行。
110.在本发明的一些实施例中，根据本文中描述的相应实施例中的任一个制备的第二n
+
层的特征在于在70欧姆/
□
至150欧姆/
□
的范围内的薄层电阻。
111.如本文和本领域中所用，薄层电阻的上下文中的术语“欧姆”可与术语“欧姆每平方米”和“ohms/
□”
互换，后者是本领域中公认的薄层电阻单位，用于区分薄层电阻单位和块状材料的电阻单位(尽管欧姆单位和每平方米欧姆单位在大小上是相等的)。
112.在本发明的一些实施例中，根据本文中描述的相应实施例中的任一个被去除的第一n
+
层的特征在于小于70欧姆，任选地小于40欧姆，例如在8欧姆至25欧姆的范围内的薄层电阻。
113.在本发明的一些实施例中，进行纹理化以便从衬底去除第一n-掺杂层，并且为衬
底表面提供降低光学反射率的浮雕，并且防止在衬底边缘处分流。
114.根据本发明的一些实施例，该工艺进一步包括在通过纹理化去除第一表面上的n-掺杂层之后，并且在第二表面上形成钝化和/或抗反射涂层之前，去除盖层。
115.在本文中，“钝化和/或抗反射涂层”是指一个或多个电介质涂层，其每个均具有钝化效果和/或抗反射效果。
116.在第二表面上形成钝化涂层可任选地包括在所述表面上留下在硼驱入工艺期间产生的sib层。
117.在本文中，术语“sib”是指硅和硼原子的组合，其中硼原子的浓度超过硼原子在si中在扩散温度(高达约1100℃)下的溶解度，例如，高于约5
·
10
20
原子/立方厘米。术语“sib”并非意指si与b的1:1化学计量比。sib可任选地被识别为其中硼原子的绝对浓度(例如，通过二次离子质谱(sims)确定)显著大于电活性(即，溶解的)硼原子的浓度(例如，通过电化学电容-电压剖析法(ecv)确定)的物质。
118.根据本文中描述的相应实施例中的任一个的钝化涂层的附加示例包括但不限于氧化铝(例如，al2o3)和/或氧化硅的层。钝化和/或抗反射涂层(例如，氧化铝、氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅涂层)可任选地沉积(例如，使用溅射和/或化学气相沉积)和/或通过衬底表面上的反应形成，例如，通过衬底中硅的化学和/或热氧化以形成氧化硅和/或硼扩散到硅中以形成sib(例如，如本文中描述)。钝化和/或抗反射可具有任何合适的厚度(例如，根据本文中描述的相应实施例中的任一个)。
119.第二表面上的钝化和/或抗反射涂层可包括在涂覆衬底表面的氧化硅层顶部上的氮化硅层。根据本发明的进一步选择，所述钝化和/或抗反射涂层包括在硼硅玻璃层顶部上的氮化硅层(bsg)。所述bsg可在高温条件下形成，例如硼扩散发生的温度。
120.本文中可互换使用的术语“氮化硅”和“sin”在本文中是指基本上由硅和氮组成的一系列物质，具有各种化学计量比的si和n(例如si3n4)，尽管一些量的附加原子(例如氢)可能作为杂质存在。
121.短语“氮氧化硅”是指sin
x
oy，其中x和y中的每个均是最多2的正数(例如，在0.1和2之间)，并且x和y符合si、n和o的化合价要求。一些量的附加原子(例如氢)可能作为杂质存在。
122.在一些实施例中，形成钝化和/或抗反射涂层，使得钝化和/或抗反射涂层的边界对应于随后形成的第二n-掺杂层的期望边界(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)。钝化和/或抗反射涂层可通过防止跨边界的n-掺杂(即，在钝化和/或抗反射涂层覆盖的区域中)、促进n-掺杂层和硼掺杂层的分离(即，减少重叠)、提供高分流电阻，来确定第二n-掺杂层的边界。
123.在一些实施例中，实现了形成钝化和/或抗反射涂层，使得钝化和/或抗反射涂层覆盖衬底的边缘(即，第一表面和第二表面之间的表面，该表面任选地垂直于第一表面和第二表面中的每个)。在一些这类实施例中，钝化和/或抗反射涂层防止在衬底的边缘上形成n-掺杂层(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)。
124.在本文中描述的实施例中的任一个的一些实施例中，n-掺杂剂的扩散和硼的扩散同时实现。在一些实施例中，n-掺杂剂和硼的同时扩散通过加热来实现，任选地通过暴露于850℃至1050℃的范围内的温度来实现。
掺杂层。
140.根据本发明的某些实施例，在衬底的第一表面上形成的盖层也涂覆衬底的边缘。
141.根据本发明的某些实施例，通过用盖层涂覆第二表面上的衬底(031)、将衬底暴露于气相中的n-掺杂剂以在未涂覆盖层的衬底表面上沉积含n-掺杂剂层(032)、从所述第二表面去除所述盖层(033)、用盖层涂覆衬底的第一表面(034)，来进行形成涂覆衬底的步骤(i)，其中所述衬底包括衬底的第一表面上的含n-掺杂剂层，其中衬底的第一表面上的所述含n-掺杂剂层涂覆有盖层。根据本发明的本实施例，形成在衬底的第一表面上的盖层也涂覆衬底的边缘。
142.在本文中描述的实施例中的任一个的一些实施例中，该工艺进一步包括在第一表面和第二表面中的每个上形成电触点。电触点可根据本领域公知的方法形成。
143.为了允许光到达双面光伏电池的衬底，两个表面上的触点优选地被配置为允许大部分光穿过衬底，从而允许光伏电池从电池任一侧上的照明产生电。例如，触点可任选地被配置成网格图案。
144.在一些实施例中，在第二表面的硼浓度比第二表面的其余部分更高的区上选择性地形成触点(任选地使用掩模)。在一些实施例中，使用含硼层形成这类区，该含硼层在这类区中具有更大的厚度和/或浓度(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)。
145.根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了通过本文中描述的相应实施例中的任一个的工艺制备的双面光伏电池。
146.盖层：
147.在本文中，术语“盖”和“封盖”是指位于含硼层之上的层(“封盖”)(即，比含硼层离衬底更远)，且不旨在进一步限制。
148.在本发明的一些实施例中，盖层的厚度在2.5nm至80nm的范围内。在一些实施例中，厚度在5nm至40nm的范围内。在一些实施例中，厚度在5nm至20nm的范围内。
149.盖层可根据本领域中已知的任何合适技术形成，以用于根据本文中描述的相应实施例中的任一个形成盖层。合适技术的示例包括但不限于溅射(例如，dc溅射和/或射频溅射)、物理气相沉积和化学气相沉积。
150.在本文和本领域中，“射频溅射”是指溅射，由此，借助于加速等离子体粒子的交流偏压(例如，以射频，诸如13.56mhz交替)，溅射靶可任选地经受带电等离子体粒子，诸如离子化气体(任选地使用强电场和/或磁场将等离子体粒子引导到靶的大致位置)。
151.在本文和本领域中，“dc溅射”是指等离子体中的离子被导向溅射靶(从而轰击靶)的溅射。等离子体中的加速离子任选地被中和(通过电子源)，使得靶被中性带电粒子轰击。
152.例如，可通过控制沉积工艺的持续时间(例如，溅射的持续时间)来控制盖层的厚度。对盖层厚度的控制可任选地用于允许对盖层的性质进行控制，例如，对硼、n-掺杂剂和/或蚀刻溶液的渗透性。
153.在一些实施例中，盖层包含惰性物质。盖层任选地通过沉积惰性物质层、任选地通过溅射(例如，dc和/或射频溅射)形成。
154.适合于形成盖层的惰性物质的示例包括但不限于氮化硅、氮氧化硅和氧化硅。
155.在本发明的一些实施例中，具有某些性质的盖层的选择(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)可任选地通过形成厚度足以产生所指示性质的盖层来实现，例如，至少
5nm的厚度(根据本文中描述的相应实施例中的任一个，任选地高达40nm)。可替代地或附加地，可通过比较不同的盖层组成(例如，氮化硅、氧化硅和/或氮氧化硅)和/或不同的盖层形成方法(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)的结果来任选地实现选择。
156.在一些实施例中，在含硼层上方形成盖层是在实现扩散(例如，通过热处理)之前实现的。在一些实施例中，在含硼层上方形成盖层是在沉积含磷(含n-掺杂剂)层之前实现的。在这类实施例中，盖层保护含硼层(例如，直到实现扩散)。
157.在根据本文中描述的实施例中的任一个的一些实施例中，盖层被选择成使得其防止通过纹理化(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)从第二表面去除硼掺杂层，除了围绕边缘的边界。
158.在一些实施例中，该工艺进一步包括在通过纹理化去除n-掺杂层(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)之后，根据本文中描述的相应实施例中的任一个去除盖层。根据本发明的进一步实施例，所述盖层去除在根据本文中描述的相应实施例中的任一个形成钝化和/或抗反射涂层之前进行。可通过本领域技术人员已知的手段和方法，例如通过化学手段(包括但不限于使用hf溶液)进行盖层的去除。在一些这类实施例中，盖层保护硼掺杂层不受纹理化工艺的影响。
159.在本文中描述的一些实施例中，根据本文中描述的相应实施例中的任一个，盖层被选择成使得其在实现硼扩散时减少逸出到周围大气中的硼的量(即，与在相同条件下，在没有盖层的情况下逸出到周围大气中的硼的量相比)。
160.在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过5％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过3％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过2％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过1％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过0.5％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过0.3％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过0.2％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过0.1％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过0.05％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过0.03％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过0.02％的硼逸出到周围气氛中。在一些实施例中，盖层被选择成使得在实现所述硼的扩散时，含硼层中不超过0.01％的硼逸出到周围气氛中。
161.在一些实施例中，根据本文中描述的相应实施例中的任一个，盖层被选择成使得其在实现硼扩散时减少扩散到衬底的第一表面中的硼的量(即，与在相同条件下，在没有盖层的情况下扩散到第一表面中的硼的量相比)。
162.在一些实施例中，在含硼层上方(在衬底的第二表面上)形成含硼层和盖层中的每个在形成含n-掺杂剂层之前(在衬底的第一表面上)实现。在一些这类实施例中，盖层(在含n-掺杂剂层之前形成)被选择成使得根据本文中描述的相应实施例中的任一个，其在实现
n-掺杂剂和硼的扩散时减少扩散到衬底的第二表面中的n-掺杂剂(例如，磷)的量(即，与在相同条件下，在没有盖层的情况下扩散到第二表面中的n-掺杂剂的量相比)。
163.在一些实施例中，盖层被形成为使得盖层的边界对应于n-掺杂层的期望边界(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)。盖层可任选地通过防止跨边界(即，在由盖层覆盖的区中)的n-掺杂来确定n-掺杂层的边界，例如，促进n-掺杂层和硼掺杂层的分离(即，减少重叠)，这可增强分流电阻。
164.在本文中描述的一些实施例中，实现了形成盖层，使得盖层覆盖衬底的边缘(即，第一表面和第二表面之间的表面，该表面任选地垂直于第一表面和第二表面中的每个)，并且任选地覆盖衬底的所有边缘。在一些这类实施例中，盖层防止在衬底的边缘上形成n-掺杂层(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)。
165.光伏电池：
166.根据本发明的一些实施例，提供了一种包括半导体衬底(例如，硅)的双面光伏电池，该衬底包括其第一表面上的n
+
层和其第二表面上的p
+
层，该n
+
层包含n-掺杂剂(例如，磷)，并且p
+
层包含硼。优选地，光伏电池进一步包括在所述第一表面和所述第二表面上的每个上的电触点，其适合于双面电池(例如，触点不覆盖任一表面的大部分)。在一些实施例中，双面光伏电池通过本文中在相应实施例中的任一个及其任何组合中描述的工艺来制备。
167.在本文中描述的用于双面光伏电池的一些实施例中，p
+
层中的硼浓度小于3
·
10
20
原子/立方厘米、任选地小于10
20
原子/立方厘米、任选地小于3
·
10
19
原子/立方厘米、并且任选地小于10
19
原子/立方厘米。
168.根据一些实施例，光伏电池的比分流电阻至少为5,000欧姆*平方厘米(即，欧姆乘以平方厘米)、任选地至少为5,500欧姆*平方厘米、任选地至少为6,000欧姆*平方厘米、任选地至少为6,500欧姆*平方厘米、并且任选地至少为7,000欧姆*平方厘米。由于比分流电阻可取决于光伏电池的面积和形状，因此上述比分流电阻可针对面积约为240cm2且基本为正方形(即周长约为61cm)的光伏电池确定。
169.在不受任何特定理论约束的情况下，据信用于增强分流电阻的已知技术(例如，激光边缘绝缘)在高效电池中的效率较低(并且甚至有害)。
170.在一些实施例中，p
+
层的特征在于根据本文中描述的相应实施例中的任一个的薄层电阻，例如，在15欧姆至300欧姆、30欧姆至300欧姆、50欧姆至200欧姆和/或70欧姆至150欧姆的范围内。
171.在一些实施例中，对第一表面进行纹理化。
172.在本文中描述的一些实施例中，对第二表面进行纹理化。任选地，对第一表面和第二表面两者均进行纹理化。
173.在本发明的一些实施例中，光伏电池进一步包括在第二表面的至少一部分上，任选地在整个第二表面上的钝化和/或抗反射涂层(根据本文中描述的实施例中的任一个)。在一些实施例中，该钝化和/或抗反射涂层还覆盖衬底边缘的至少一部分，并且任选地覆盖衬底的所有边缘；并且任选地覆盖邻接衬底边缘的第一表面的一部分(例如，第一表面的区域的宽度高达0.5mm，任选地0.1mm-0.5mm，邻接边缘)。
174.在一些实施例中，光伏电池进一步包括在第一表面的至少一部分上，任选地在整
个第一表面上的另一个钝化和/或抗反射涂层(根据本文中描述的实施例中的任一个)。在一些实施例中，相同的钝化和/或抗反射涂层覆盖第一表面和第二表面中的每个的至少一部分，并且任选地覆盖整个第一表面和第二表面。第一表面上的钝化和/或抗反射涂层可与第二表面上的钝化和/或抗反射涂层相同或不同。
175.在一些实施例中，钝化和抗反射涂层的总厚度(根据本文中描述的实施例中的任一个)在1nm至90nm的范围内、任选地在2nm至80nm的范围内、并且任选地在5nm至75nm的范围内。
176.根据本文中描述的相应实施例中的任一个的钝化和/或抗反射涂层的示例包括但不限于包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、tio2、zro2和/或ta2o5的涂层。当钝化和/或抗反射涂层中存在不止一层时，不同的层例如在折射率(例如，上层具有比下层更低的折射率)和/或组分(例如，一层包含氧氮化硅并且另一层包含氮化硅)上可以不同。
177.在一些实施例中，根据本文中描述的相应实施例中的任一个制备的光伏电池的n
+
层的特征在于在70欧姆至150欧姆的范围内的薄层电阻。
178.在一些实施例中，所述第二表面上的所述电触点下方的区中的p
+
层中的硼浓度(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)更高。在一些实施例中，所述电触点下方的区中的硼浓度至少比p
+
层其余部分中的硼浓度高100％(两倍)。在一些实施例中，所述电触点下方的区中的硼浓度至少比p
+
层其余部分中的硼浓度高200％(3倍)。在一些实施例中，所述电触点下方的区中的硼浓度至少比p
+
层其余部分中的硼浓度高400％(5倍)。在一些实施例中，所述电触点下方的区中的硼浓度至少比p
+
层其余部分中的硼浓度高900％(10倍)。
179.在一些实施例中，光伏电池进一步包括第二表面上的sib层，任选地包括根据本文中描述的相应实施例中的任一个制备的sib层。sib层可任选地是根据本文中描述的相应实施例中的任一个的钝化涂层。
180.根据本发明的一些实施例，p
+
层(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)的特征在于至少15欧姆/
□
的薄层电阻。在一些实施例中，p
+
层的薄层电阻在15欧姆/
□
至300欧姆/
□
的范围内。在一些实施例中，p
+
层的薄层电阻在50欧姆/
□
至200欧姆/
□
的范围内。在一些实施例中，p
+
层的薄层电阻在70欧姆/
□
至150欧姆/
□
的范围内。
181.根据一些实施例，光伏电池的p
+
层不覆盖与其衬底边缘邻接的区域，该区域的宽度在0.1mm-0.5mm的范围内。根据本文中描述的相应实施例中的任一个，这种区域可任选地通过掩蔽和/或蚀刻第二表面来制备。
182.在本文中描述的实施例中的任一个中(根据本文中描述的方面中的任一个)，半导体衬底包含硅，并且任选地基本上由掺杂硅组成(例如，p型或n型硅)。
183.在本文中描述的实施例中的任一个中(根据本文中描述的方面中的任一个)，半导体衬底可任选地为n型半导体(例如，n-掺杂硅)，使得光伏电池具有p
+-n-n
+
结构；或者p型半导体(例如，p-掺杂硅)，使得光伏电池具有n
+-p-p
+
结构。
184.在本文中描述的一些实施例中，光伏电池的有效背表面复合(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)小于150cm/s。在一些实施例中，有效背表面复合小于100cm/s。在一些实施例中，有效背表面复合小于60cm/s。在一些实施例中，有效背表面复合小于30cm/s。在一些实施例中，有效背表面复合小于20cm/s。在一些实施例中，有效背表面复合小于10cm/s。在一些实施例中，有效背表面复合小于5cm/s。
185.可根据本领域中已知的任何合适技术，例如，通过测量(例如，背侧的)照明时的光谱内部量子效率，确定有效表面复合(例如，背表面的)。任选地，如eisenberg等人[energy procedia 2016，92：16-23]中描述确定有效表面复合，其内容通过引用并入本文(尤其是与表面复合的测量相关的内容)。
[0186]
在一些实施例中，光伏电池的前侧效率(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)至少为19％。在一些实施例中，前侧效率至少为19.5％。在一些实施例中，前侧效率至少为20％。在一些实施例中，前侧效率至少为20.5％。在一些实施例中，前侧效率至少为21％。在一些实施例中，前侧效率至少为21.5％。在一些实施例中，前侧效率至少为22％。
[0187]
在本文中，短语“前侧效率”是指光伏电池在其中只有该电池的一(前)侧暴露于照明的条件下(例如，其中另一侧放置在黑色不透明表面上)的效率(如本文中描述)。暴露于照明的“前侧”被定义为特征在于较高效率的无论哪一侧。
[0188]
在标准测试条件下，电池的效率(例如，关于电池任何给定侧的照明)可通过确定电池的最大功率输出并除以输入光辐照度来确定。
[0189]
在本文中描述的一些实施例中，光伏电池的开路电压(根据本文中描述的相应实施例中的任一个)至少为620mv。在一些实施例中，开路电压至少为630mv。在一些实施例中，开路电压至少为640mv。在一些实施例中，开路电压至少为650mv。在一些实施例中，开路电压至少为660mv。在一些实施例中，开路电压至少为670mv。在一些实施例中，开路电压至少为680mv。在一些实施例中，开路电压至少为690mv
[0190]
本文中描述的与光伏电池性能相关的物理参数是通过在本领域中用于评估光伏电池的标准测试条件下进行测量来确定的。标准试验条件包括1,000w/m2的太阳辐照度、1.5的am(空气质量)下的太阳参考光谱和电池温度25℃。
[0191]
在一些实施例中，背侧短路电流与前侧短路电流之比至少为0.75。在一些实施例中，背侧短路电流与前侧短路电流之比至少为0.8。在一些实施例中，背侧短路电流与前侧短路电流之比至少为0.85。在一些实施例中，背侧短路电流与前侧短路电流之比至少为0.9。
[0192]
在本文中，短语“前侧短路电流”是指光伏电池在其中只有电池前侧暴露于照明(例如，其中背侧置于黑色不透明表面上)的条件下的短路电流(如本文中描述)，并且短语“背侧短路电流”是指光伏电池在其中只有电池背侧暴露于照明(例如，其中前侧置于黑色不透明表面上)的条件下的短路电流(如本文中描述)。“前侧”定义为特征在于较高效率的无论哪一侧，并且“背侧”定义为特征在于较低效率的无论哪一侧(如本文中描述确定)。
[0193]
例如，短路电流(i
sc
)可通过使用本领域的标准技术测量光伏电池在短路(即，电压＝0)时产生的电流来确定。
[0194]
由于背侧的效率(根据定义)低于前侧，因此背侧短路电流与前侧短路电流之比通常小于1，任选地小于0.95。
[0195]
在不受特定理论约束的情况下，据信背侧短路电流与前侧短路电流的相对较高的比率(例如，如本文中描述)与优越的后侧设计(例如，p
+-p-n
+
结构中的p
+
层)相关联，其特征在于减少并甚至消除过度掺杂和/或低有效背侧复合。进一步据信，本文中描述的其他参数的值，诸如相对较高的前侧效率，也可通过优越的后侧设计来改进。
[0196]
根据本发明的实施例的另一方面，提供了光伏模块，包括本文中描述的多个任何
光伏电池，这些光伏电池彼此互连。
[0197]
如本文中所用，短语“光伏模块”描述了包括串联和/或并联互连的光伏电池阵列的模块。电池串联连接产生更高的电压。电池并联连接产生更高的电流。因此，本领域技术人员可按将提供所期望电压和电流的方式连接电池。
[0198]
该模块可任选地进一步组合附加元件，诸如玻璃片材或透明塑料背板，以保护光伏电池免受环境影响，而不会阻挡光到达光伏电池。
[0199]
所述模块可进一步包括跟踪支架，其使模块定向在光源的方向上(例如，用于跟踪太阳的日常运动)。
[0200]
根据本发明的实施例的另一方面，提供了一种包括本文中描述的光伏模块的发电厂。该发电厂任选地包括多个光伏模块，其被定位成使它们对阳光的暴露最大化。
[0201]
应理解，包括本文中描述的双面光伏电池的光伏模块的最佳位置和定向可能不同于单面光伏电池阵列的最佳位置。
[0202]
根据本发明的实施例的另一方面，提供了一种包括根据本文中描述的相应实施例中的任一个的光伏电池的电气装置。该电气装置可被配置为使得双面光伏电池的两侧都暴露于光(例如，在装置的表面处)。在一些实施例中，光伏电池是用于电气装置的电源。
[0203]
本文中描述的光伏电池和/或光伏模块的示例性应用包括但不限于家庭电源、热水器、掌上计算机、笔记本计算机、便携式充电座、蜂窝电话、寻呼机、pda、数码相机、烟雾检测器、gps装置、玩具、计算机外围装置、卫星、航天器、便携式电器(例如便携式电视、便携式照明装置)和无绳电器(例如无绳真空吸尘器、无绳电钻和无绳电锯)。
[0204]
根据本发明的实施例的另一方面，提供了一种电磁辐射检测器，该检测器包括本文中描述的任何光伏电池，其中电磁辐射选自由以下组成的组：紫外线、可见光和红外辐射。检测器可用于例如检测辐射(例如作为红外检测器)和/或测量辐射量(例如在分光光度法中)。
[0205]
预计在从本技术成熟的专利的有效期内，将开发出许多相关的掺杂技术，并且术语“掺杂”的范围旨在先验地包括所有这类新技术。
[0206]
如本文中所用，术语“约”是指
±
10％。
[0207]
术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(having)”及其词形变化意指“包括但不限于”。
[0208]
术语“由
…
组成”意指“包括并限于”。
[0209]
术语“基本上由
…
组成”意是指该组合物成、方法或结构可包括附加成分、步骤和/或部分，但前提是附加成分、步骤和/或部分不会实质性改变所要求保护的组合物成、方法或结构的基本和新颖特性特征。
[0210]
如本文中所用，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”可包括多种化合物，包括它们的混合物。
[0211]
在整个本技术中，本发明的各种实施例可按范围格式呈现。应当理解，范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁，并且不应当被解释为对本发明的范围的不灵活限制。因此，应当认为范围的描述已经具体地公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，诸如从1至6的范围的描述应被视为具有具体公开的子范围，诸如从1至3、从1至4、从1至5、
从2至4、从2至6、从3至6等，以及该范围内的各个数字，例如，1、2、3、4、5和6。无论范围有多广，这均适用。
[0212]
每当本文中指示数值范围时，其意指包括所指示范围内的任何引用数字(分数或整数)。短语“在第一指示数字和第二指示数字之间的变动范围/范围”和“从第一指示数字到第二指示数字之间的变动范围/范围”在本文中可交换地使用，并且意指包括第一所指示数字和第二所指示数字以及它们之间的所有分数和整数。
[0213]
应理解，为清楚起见，在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可在单个实施例中组合提供。相反地，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可单独地或在任何合适的子组合中提供，或者适合于本发明的任何其他所描述的实施例。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不应被视为这些实施例的基本特征，除非该实施例在没有这些要素的情况下不起作用。
[0214]
本发明的各种实施例和方面，如上文中所述以及如所附权利要求部分中所述，在以下示例中得到实验支持。
[0215]
尽管已经结合本发明的具体实施例描述了本发明，但显然，许多替代方案、修改和变化对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这些替代方案、修改和变化。
[0216]
应理解，上述实施例是作为示例引用的，并且本发明不限于上文中特别示出和描述的内容。相反，本发明的范围既包括上文中描述的各种特征的组合，又包括本领域技术人员在阅读前述描述时会想到并且在现有技术中未公开的变化和修改。
[0217]
示例
[0218]
现在参考以下示例，其与上述描述一起以非限制性方式展示了本发明的一些实施方案。
[0219]
示例1
[0220]
按照图1中描述的制造工艺制备电池结构。
[0221]
起始材料：电阻率在3欧姆.厘米-4欧姆.厘米范围内的p型单晶直拉硅；尺寸为6”x6”且起始厚度为180微米的伪方形晶片。
[0222]
硼沉积在石英管炉中的bbr3气氛中执行。(第103号)
[0223]
硼掺杂在温度1020℃的石英管中的pocl3气氛中执行(第106号)。
[0224]
获得的p
+
层薄层电阻在60欧姆/平方米-100欧姆/平方米范围内。
[0225]
获得的n
+
层薄层电阻约为120欧姆/平方米。
[0226]
图2示出了该工艺两次运行的硼掺杂层分布。
[0227]
使用准稳态光电导衰减(qsspcd)技术测量了隐含开路电压iv
oc
。测量工具是wct-120硅晶片寿命测试仪(辛顿咨询公司)。表1反映了具有n
+
层120ohm/
□
的薄层电阻率和不同的p
+
层薄层电阻率值的太阳能电池结构的测量结果。表中所示的数据表明了根据所描述的技术制造的结构的高复合质量。
[0228]
注入水平为2.10
15
时，体少数载流子寿命的对应寿命在0.4ms至0.7ms范围内。
[0229]
p
+
层薄层电阻，r
sh
，ω/
□
607595隐含开路电压，iv
oc
,mv684-691685-693686-695
[0230]
表1
[0231]
使用这些结构制造的太阳能电池的效率在20.7％至20.9％的范围内，双面因子在90％以上。
[0232]
示例2
–
双面pv电池制备
[0233]
按照图3中描述的制造工艺制备电池结构。
[0234]
起始材料：电阻率在3欧姆.厘米-4欧姆.厘米范围内的p型单晶直拉硅；尺寸为6”x6”且起始厚度为180微米的伪方形晶片。
[0235]
硼掺杂在温度1020℃的石英管中的bbr3气氛中执行。
[0236]
获得的p
+
层薄层电阻在100欧姆/平方米-110欧姆/平方米范围内。
[0237]
获得的n
+
层薄层电阻约为120欧姆/平方米。
[0238]
使用准稳态光电导衰减(qsspcd)技术测量了隐含开路电压iv
oc
。测量工具是wct-120硅晶片寿命测试仪(辛顿咨询公司)。表2反映了具有n
+
层120ohm/
□
的薄层电阻率的太阳能电池结构的测量结果。表中所示的数据表明了根据所描述的技术制造的结构的高复合质量。
[0239]
注入水平为2.10
15
cm-3
时，体少数载流子寿命的对应寿命在450μs至780μs范围内。
[0240]
表2
[0241][0242]
参考图4a至图4d，示出了若干个电池的iv曲线测量结果。