具有氮氧化硅电介质层的太阳能电池的制作方法
【专利说明】具有氮氧化硅电介质层的太阳能电池
[0001]本文描述的发明得到美国政府支持，在美国能源部授予的编号DE-FC36-07G017043的合同下完成。美国政府可拥有本发明的某些权利。
技术领域
[0002]本发明的实施例属于可再生能源领域，并且具体地讲，是具有氮氧化硅电介质层的太阳能电池。
【背景技术】
[0003]光伏电池(常被称为太阳能电池)是熟知的用于直接转化太阳辐射为电能的器件。一般来讲，使用半导体加工技术在基板的表面附近形成P-η结而将太阳能电池制备在半导体晶片或基板上。照射在基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迀移至基底中的P掺杂区域和η掺杂区域，从而在掺杂区域之间生成电压差。将掺杂区域连接到太阳能电池上的导电区域，以将电流从电池引导至与其耦合的外部电路。
[0004]效率是太阳能电池的重要特性，因其直接与太阳能电池发电的能力有关。同样，制备太阳能电池的效率直接与此类太阳能电池的成本效益有关。因此，提高太阳能电池效率的技术或提高制备太阳能电池效率的技术是普遍所需的。本发明的一些实施例涉及通过提供制备太阳能电池结构的新工艺而提高太阳能电池的制备效率。通过提供新型太阳能电池结构，本发明的一些实施例可供提高太阳能电池效率之用。
【附图说明】
[0005]图1是示出根据本发明的一个实施例的太阳能电池的发射极区的剖视图。
[0006]图2是示出根据本发明的另一个实施例的太阳能电池的另一个发射极区的剖视图。
[0007]图3是示出根据本发明的又一个实施例的太阳能电池的另一个发射极区的剖视图。
[0008]图4Α至图4C示出了根据本发明的一个实施例的制备太阳能电池的方法中的各种处理操作的剖视图。
[0009]图5是根据本发明实施例的曲线图，示出了具有氮氧化硅隧道电介质层的发射极区与具有氧化硅隧道电介质层的发射极区的硼(B)浓度(原子/cm3)随深度(微米)的变化关系。
【具体实施方式】
[0010]本文描述了具有氮氧化硅电介质层的太阳能电池以及形成氮氧化硅电介质层用于太阳能电池制备的方法。在下面的描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的工艺流程操作，以提供对本发明的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是在没有这些具体细节的情况下可实施本发明的实施例。在其他情况中，没有详细地描述熟知的技术，如平版印刷和图案化技术，以避免不必要地使本发明的实施例难以理解。此外，应当理解，图中所示的多种实施例是示例性的并且未必按比例绘制。
[0011]本文公开了太阳能电池，并且具体地讲，公开了太阳能电池的发射极区。在一个实施例中，太阳能电池的发射极区包括基板部分，该基板部分具有与光接收表面相对的背表面。氮氧化硅(S1xNy，0〈x，y)电介质层设置在该基板部分的背表面上。半导体层设置在氮氧化硅电介质层上。在另一个实施例中，太阳能电池包括第一发射极区。第一发射极区包括基板的第一部分，该第一部分具有与光接收表面相对的背表面。氮氧化娃(S1xNy，0〈x, y)电介质层设置在基板的第一部分的背表面上。P型半导体层设置在氮氧化硅电介质层上。太阳能电池还包括第二发射极区。第二发射极区包括基板的第二部分。氮氧化硅电介质层设置在基板的第二部分的背表面上。N型半导体层设置在氮氧化硅电介质层上。在另一个实施例中，太阳能电池的发射极区包括N型块状硅基板部分，该基板部分具有与光接收表面相对的背表面。氮氧化硅(S1xNy，0〈x，y)电介质层设置在N型块状硅基板的该部分的背表面上。氮氧化硅电介质层具有不均匀分布的氮。硼掺杂多晶硅层设置在氮氧化硅电介质层上。金属触点设置在P型多晶硅层上。
[0012]本文还公开了制备太阳能电池的方法，并且具体地讲，公开了形成太阳能电池的发射极区的方法。在一个实施例中，制备太阳能电池的发射极区的方法包括通过消耗太阳能电池块状N型娃基板部分在该N型娃基板的表面上形成氮氧化娃(S1xNy，0〈x, y)电介质层。该方法还包括在氮氧化硅电介质层上形成半导体层。
[0013]本文所述的一个或多个实施例涉及用于用氮氧化硅材料制备隧道电介质的工艺。在一个此类实施例中，在硅基板与多晶硅发射极区之间使用氮氧化硅隧道电介质。可使用此类氮氧化物隧道层取代较常规的热二氧化硅层隧道电介质。在一个实施例中，使用本文所述的氮氧化物电介质层可防止硼渗透穿过隧道电介质(例如，在高温处理期间)，这种渗透原本可导致具有常规(非氮化)隧道电介质层的电池中的基于P型多晶硅的发射极的表面钝化降级。在一个此类实施例中，与无氮氧化物材料层相比，使用氮氧化物将呈现对硼扩散具有改善的阻挡。
[0014]在一个实施例中，以与热氧化类似的方式生长氮氧化硅层，不过还使用允许氮掺入到所得层中的气体。可使用气体组分、温度和压力来改变氮浓度、生长速率、层厚度和均匀度。在一个实施例中，在低压化学气相沉积(LPCVD)炉中在硅基板上形成氮氧化硅层，但也可在等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)室中形成氮氧化硅层。如下文更详细地描述，一个或多个实施例涉及通过使用基于一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、氨气(NH3)和/或氧气(O2)或者其他含有氧和/或氮的气体或气体组合中的一种或多种的热处理形成多晶硅发射极太阳能电池的隧道电介质。具体实施例包括形成具有随深度变化的氮浓度的氮氧化物膜，例如，具有掺入在表面或界面附近或在整个层中分等级的氮的氧化物层。
[0015]作为具有氮氧化硅隧道电介质层的发射极区的实例，图1至图3示出了根据本发明三个不同实施例的用于包括在太阳能电池中的发射极区的剖视图。参见图1至图3，太阳能电池的发射极区100、200或300包括基板102 (例如，N型块状结晶硅基板)的一部分，该部分具有与光接收表面(未示出，但方向由箭头106提供)相对的背表面104。氮氧化硅(S1xNy，0〈x，y)电介质层108、208或308分别设置在基板102的该部分的背表面106上。半导体层110设置在氮氧化硅电介质层108、208或308上，图1至图3中仅描绘其一部分。
[0016]再次参见图1至图3，在一个实施例中，氮氧化硅电介质层108、208和308整体具有不均匀分布的氮。例如，氮氧化硅电介质层可具有一个氮浓度区或极大值区。在第一具体实施例中，参见图1，氮氧化硅电介质层108具有仅一个氮浓度极大值区(如区108A所示)。极大值区108A位于氮氧化硅电介质层108的靠近基板102的该部分的背表面106的表面处。在第二具体实例中，参见图2，氮氧化娃电介质层208也具有仅一个氮浓度极大值区(如区208A所示)。然而，极大值区208A位于氮氧化硅电介质层208的远离基板102的该部分的背表面106的表面处(S卩，靠近层110)。
[0017]在另一个实例中，氮氧化硅电介质层可具有不止一个氮浓度区或极大值区。在一个具体实施例中，参见图3，氮氧化硅电介质层308具有两个氮浓度极大值区(如区308A和308B所示)，其中一个极大值区308A位于氮氧化硅电介质层308的远离基板102的该部分的背表面106的表面处，并且另一个极大值区308B位于氮氧化硅电介质层308的靠近基板102的该部分的背表面106的表面处。在一个特定的此类实施例中，极大值区308A与308B之间的距离大约在5埃至6埃的范围内。
[0018]不论是仅一个氮极大值区还是不止一个极大值区，应当理解，氮氧化物膜的其余部分不必不含氮。在一个示例性实施例中