性能改善的太阳能电池的制作方法

专利名称：性能改善的太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示改善的光致衰退特性的硅太阳能电池。本发明还涉及包括硅基衬底和抗反射以及钝化层的硅太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，并且涉及其制备方法。

发明内容
根据本发明的一方面，提供了ー种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅(siliconcarbonitride)层，所述层具有从I到IOat. %的碳浓度、小于3at. %的氧浓度和大于14. 5at. %的氢浓度。根据本发明的另一方面，提供了ー种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述层具有大于Iat. %的碳浓度，小于3at. %的氧浓度、大于IOat. %的氢浓度以及大于37at. %的硅浓度。根据本发明的另一方面，提供了ー种包括太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相対的第二 层；所述第一层包括碳氮化硅，具有小于IOat. %的碳浓度；并且所述第二层包括氮化硅；或碳氮化硅，该碳氮化硅具有低于在所述第一层中的所述碳浓度的碳浓度和/或高于在所述第一层中的硅浓度的硅浓度。根据本发明的另一方面，提供了ー种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相対的第二层；所述第一层包括碳氮化硅，具有小于IOat. %的碳浓度以及小于14. 5at. %的氢浓度；以及所述第二层是含氢娃基膜。根据本发明的另一方面，提供了ー种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对第二层；所述第一层包括碳氮化硅，具有小于IOat. %的碳浓度；以及所述第二层包括碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅或氧碳氮化硅，在所述第二层中的所述碳浓度大于在所述第一层中的所述碳浓度。根据本发明的另一方面，提供了ー种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅衬底以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述碳氮化硅层具有渐变碳浓度，碳浓度随着与发射极的距离的増加而增加，所述第一层在邻近所述衬底的第一 30nm内具有小于IOat. %的平均碳浓度。根据本发明的另一方面，提供了包ー种太阳能电池，包括包含硼、氧和碳的硅基衬底以及ー个或多个含碳抗反射和钝化层，所述衬底具有两个主表面以及所述ー个或多个抗反射和钝化层与所述两个主表面中的ー个或两个邻近，以及在所述衬底中在邻近所述抗反射和钝化层的所述主表面处的碳浓度大于在所述衬底内的与两个主表面等距的深度处的碳浓度。根据本发明的另一方面，提供了一种用于減少具有衬底的太阳能电池的光致衰退的方法，所述方法包括在所述衬底上提供包含碳的抗反射涂层(ARC)并且允许碳从所述ARC向所述衬底扩散。根据本发明的另一方面，提供了一种用于形成太阳能电池的抗反射涂层的方法，所述方法包括将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物沉积到太阳能电池衬底上。根据本发明的另一方面，提供了ー种用于制备包括碳掺杂硅衬底的硅太阳能电池的方法，所述方法包括在所述硅衬底上沉积包括硅和碳的抗反射涂层和钝化层，以便碳从所述层向所述衬底中扩散。根据本发明的另一方面，提供了ー种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射所述太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到IOOOnm之间的任意给定波长处显示不大于约5%的初始内量子效率(IQE)的減少。根据本发明的另一方面，提供了ー种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到IOOOnm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率(IQE)的減少。根据本发明的另一方面，提供了ー种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率(IQE)的減少。根据本发明的另一方面，提供了ー种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率(IQE)基本没有減少。结合通过实例示出本发明的实施例的附图的下述描述，将明白本发明的上述和其它特征和优点。


參考后面的附图讨论
具体实施例方式·图Ia到Ig示出了在变化照射时长后测量的SiCxNy和SiNx太阳能电池的Voc、Jsc、填充因子、Rs、理想因子以及效率。图2a示出了在变化照射时长后测量的在0. 9 Ω . cm的硅衬底上的SiCxNy和SiNx太阳能电池的效率。图2b示出了在照射前和照射后在0. 9 Ω . cm的硅衬底上的SiCxNy和SiNx太阳能电池的光谱响应。图3a示出了在变化照射时长后测量的在2 Ω . cm的硅衬底上的SiCxNy和SiNx太阳能电池的效率。图3b示出了在照射前和照射后在2 Ω . cm的硅衬底上的SiCxNy和SiNx太阳能电池的光谱响应。图4a和4b示出了 SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率(IQE)。图5不出了具有I Ohm. cm的体电阻的衬底、720hm/sq发射极和26. 8ppm的氧的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率(IQE)。图6示出了具有30hm. cm的体电阻的衬底、530hm/sq发射极和24. 2ppm的氧的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率(IQE)。图7示出了具有50hm. cm的体电阻的衬底、730hm/sq发射极和17. 3ppm的氧的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率(IQE)。图8示出了具有0. 960hm. cm的体电阻的衬底和650hm/sq发射极的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率(IQE)。图9示出了具有30hm. cm的体电阻的衬底和600hm/sq发射极的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率(IQE)。图10示出了用3MS前体在衬底上沉积的SiCN膜的FTIR光谱。图11示出了具有20hm. cm的体电阻的衬底的SiCxNy和SiNx太阳能电池在照射前后的内量子效率(IQE)。图12示出了在发射极形成后，在第一照射或最終的太阳能电池之后，在电池的第一次加热之后，在电池的第二照射之后和电池的第二次加热之后，SiCN涂敷和SiN涂敷的Cz晶片的体寿命的变化。
图13a和13b示出了在硅衬底上的SiCxNy和SiNx层的SMS测量。图14示出了在SiCxNy和SiNx层以及在其上沉积它们的硅衬底中的碳含量的评估。图15示出了在照射电池之后关于观察的SiNx太阳能电池的损耗的在不同衬底上制备的SiCxNy太阳能电池的相对效率损耗。图16示出了用不同的エ艺获得的SiCxNy和SiNx膜的密度和折射率。图17示出了不同硅衬底上的SiN和SiCN太阳能电池在照射后效率的绝对变化。图18示出了不同硅衬底上的SiN和SiCN太阳能电池在照射后Voc (中间值)的绝对损耗。图19示出了不同硅衬底上的SiN和SiCN太阳能电池在照射后Voc (全部值)的·绝对损耗。图20示出了用不同的沉积设备制备的SiCxNy和SiNx太阳能电池的Jsc和Voc。图21a_21d示出了用不同的沉积设备制备的SiCxNy和SiNx的表面。图22a_22f示出了具有从三甲基硅烷制备的SiCxNy ARC的太阳能电池以及具有SiNx ARC的太阳能电池在改变照射时长之后Voc、Jsc、FF、效率、R串联(Rseries)和R分流(Rshunt)的变化。图23示出了从有机硅前体制备的SiCN膜中的碳浓度和氢浓度之间的关系。图24示出了 SiN和SiCN膜的折射率与在其制备中使用的气态前体中发现的硅烷对甲烷的比率之间的关系。图25示出了具有SiN和SiCN抗反射涂层的太阳能电池的有效寿命与在其制备中使用的气态前体中发现的硅烷对甲烷的比率之间的关系。图26示出了由有机硅烷制备的SiN太阳能电池、SiCN太阳能电池和由硅烷和甲烷制备的SiCN太阳能电池(SiCN*)在照射后的Voc的损耗。图27示出了由有机硅烷制备的SiN太阳能电池、SiCN太阳能电池和由硅烷和甲烷制备的SiCN太阳能电池(SiCN*)在照射后效率的损耗。图28a_d分别示出了具有由四甲基硅烷或硅烷制备的单层抗反射涂层的太阳能电池以及由四甲基硅烷和PDMS制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc和FF。图29a_d分别示出了具有由四甲基硅烷、由PDMS或由硅烷制备的单层抗反射涂层的太阳能电池以及由四甲基硅烷和PDMS制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc 和 FF0图29e提供了在烧制エ艺之前和之后具有由硅烷或四甲基硅烷制备的抗反射涂层的太阳能电池的Joe测量的比较。图30a-d分别不出了具有由四甲基娃烧、由PDMS、由娃烧或者由娃烧和四甲基娃烷的混合物制备的单层抗反射涂层的太阳能电池以及由四甲基硅烷和PDMS制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc和FF。图31a_f分别示出了具有由硅烷制备的单层抗反射涂层的太阳能电池以及由四甲基硅烷和PDMS制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc、FF、R串联和R分流。
图32示出了通过由硅烷制备的单层抗反射涂层制备的太阳能电池以及由四甲基硅烷(层I)和硅烷(层2)，四甲基硅烷/甲烷(层I)和硅烷(层2)或硅烷(层I)和四甲基硅烷(层2)制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的效率、Voc、Jsc、FF、R串联和R分流。图33a_c分别示出了在不同硅衬底上制备的包括由硅烷制备的单层抗反射涂层或由四甲基硅烷(层I)和硅烷(层2)、四甲基硅烷/甲烷(层I)和硅烷(层2)或硅烷(层I)和四甲基硅烷(层2)制备的双层抗反射涂层的太阳能电池的Voc、Jsc和效率。图34a_d示出了在SC30硅衬底上制备的具有有硅烷制备的单层抗反射涂层或由四甲基硅烷(层I)和硅烷(层2)、四甲基硅烷/甲烷(层I)和硅烷(层2)，或硅烷(层I)和四甲基硅烷(层2)制备的双层抗反射涂层的太阳能电池在照射期间的Voc、Jsc、效率和填充因子測量。图35示出了在SC30硅衬底上制备的具有由硅烷制备的单层抗反射涂层或由四甲基硅烷(层I)和硅烷(层2)、四甲基硅烷/甲烷(层I)和硅烷(层2)或硅烷(层I)和四甲基硅烷(层2)制备的双层抗反射涂层的太阳能电池在照射期间的Voc、Jsc和效率测量。·图36示出了由四甲基硅烷(4MS)、硅烷(SiN)或四甲基硅烷和硅烷的混合物(混合)制备的抗反射层的碳浓度和折射率之间的关系。图37示出了由四甲基硅烷(4MS)，硅烷(SiN)或四甲基硅烷和硅烷的混合物(混合)制备的抗反射层的碳浓度、氢浓度与折射率之间的关系。图38示出了由四甲基硅烷(4MS)，硅烷(SiN)或四甲基硅烷和硅烷的混合物(混合)制备的抗反射层的碳浓度和氢浓度之间的关系。图39示出了 SiCxNy和SiNx太阳能电池的暗I-V特性。图40a_40d示出了在具有SiCxNy和抗反射涂层的太阳能电池上形成的Ag接触的SEM图的横截面。图41示出了用于在太阳能电池上形成欧姆接触的烧制分布。
具体实施例方式下面列出了本发明的不同实施例I、ー种具有硅衬底的太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到IOOOnm之间的任意给定波长处显示不大于约5%的初始内量子效率(IQE)的减少。2. ー种具有硅衬底的太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到IOOOnm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率(IQE)的减少。3、ー种具有硅衬底的太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率(IQE)的減少。4. ー种具有硅衬底的太阳能电池，所述衬底包括硼、氧和碳，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率(IQE)基本没有減少。5.根据实施例I到4的任意一个的太阳能电池，其中硼浓度和氧浓度导致在没有碳的情况下，在以约1000W/m2照射太阳能电池后在所述衬底中将形成硼氧络合物^complexes)。6.根据实施例5的太阳能电池，其中硼的浓度约为I X IO15原子/cm3或更高。7.根据实施例5的太阳能电池，其中硼的浓度约为I X IO16原子/cm3或更高。8.根据实施例5的太阳能电池，其中硼的浓度约为I X IO17原子/cm3或更高。
9.根据实施例5的太阳能电池，其中硼的浓度约为2. 5X1017原子/cm3或更高。10.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池,其中可移动碳(mobile carbon)的量足够基本上減少在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物。11.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物基本上减少50%或更多。12.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物基本上减少60%或更多。13.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后，在衬底中形成的硼氧络合物基本上减少75%或更多。14.根据实施例5到9的任意一个的太阳能电池，其中可移动碳的量足够基本上避免在照射太阳能电池后在衬底中形成硼氧络合物。15.根据实施例I到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中可移动碳的浓度基本上等于或大于在衬底中的硼浓度的一半。16.根据实施例I到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中可移动碳的浓度基本上等于或大于在衬底中的硼浓度。17.根据实施例I到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中的碳的浓度为5 X IO15原子/cm3或更高。18.根据实施例I到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中的碳的浓度为5 X IO16原子/cm3或更高。19.根据实施例I到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中的碳的浓度为I X IO17原子/Cm3或更高。20.根据实施例I到9的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中的碳的浓度为I X IO18原子/Cm3或更高。21.根据实施例I到9的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有两个主表面，并且其中所述碳的浓度随着在衬底中的深度的增加而变化。22.根据实施例I到9的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有两个主表面，并且其中所述碳的浓度从所述主表面中的至少ー个随着衬底中的深度增加而减小。23.根据实施例21或22的太阳能电池，其中对于至少第一 50nm，随着衬底中远离主表面中的至少ー个的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。24.根据实施例21的太阳能电池，其中在所述两个主表面的ー个或两个处，衬底中的碳浓度为IX IO18原子/cm3或更高。
25.根据实施例21或22的太阳能电池，其中在所述两个主表面的一个或两个处，衬底中的碳浓度为IX IO19原子/cm3或更高。26.根据实施例21或22的太阳能电池，其中在所述两个主表面的ー个或两处，衬底中的碳浓度为IX 102°原子/cm3或更高。27.根据实施例21到26的任意一个的太阳能电池，其中在距离所述两个主表面的至少ー个的300nm的深度处,衬底中的碳浓度大于5 X IO16原子/cm3。28.根据实施例21到26的任意一个的太阳能电池，其中在距离所述两个主表面的至少ー个200nm的深度处,衬底中的碳浓度大于5 X IO16原子/cm3。29.根据实施例21到26的任意一个的太阳能电池，其中在距离所述两个主表面的 至少ー个60nm的深度处,碳浓度大于5 X IO16原子/cm3。30.根据实施例I到29的任意一个的太阳能电池，其中还包括抗反射和钝化层，所述层包括碳氮化硅。31.根据实施例30的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从O. 5到15%的碳。32.根据实施例30的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从5到10%的碳。33.根据实施例30的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从6到8%的碳。34.根据实施例30的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层至少包括第一碳氮化
硅层和第二碳氮化硅层，所述第一碳氮化硅层与所述衬底邻近并具有小于10at%的碳的碳浓度，以及所述第二碳氮化硅层在所述第一碳氮化硅层顶部并且具有大于所述第一碳氮化硅层的碳浓度的碳浓度。35.根据实施例34的太阳能电池，其中所述第一层具有小于约IOOnm的厚度，例如小于约30nm的厚度和/或所述第二层具有从约IOnm到约IOOnm的厚度,例如约50nm的厚度。36.根据实施例34或35的太阳能电池，其中通过三甲基硅烷或四甲基硅烷的PECVD沉积所述第一碳氮化硅层。37.根据实施例I到36的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底没有损伤。38.根据实施例I到36的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底没有离子注入损伤。39.根据实施例I到38的任意一个的太阳能电池,其中通过Czochralski法制备所述衬底。40.根据实施例I到38的任意一个的太阳能电池,其中所述衬底是多晶娃娃衬底。41.根据实施例I到38的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底是升级冶金级硅衬底。42.根据实施例I到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有从2到6Ω · cm的体电阻率。43.根据实施例I到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于2 Ω -cm的体电阻率。44.根据实施例I到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于约I. 5 Ω · cm的体电阻率。
45.根据实施例I到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于约1Ω * cm的体电阻率。46.根据实施例I到41的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有从约
O.I Ω · cm到约I Ω · cm之间的体电阻率。47.根据实施例30到46的任意一个的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有大于2. 4g/cm3的密度。48.根据实施例47的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有大于2. 8g/cm3的
山I又O49.根据实施例47的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有从2. 4到3. Og/cm3的密度。·50、ー种太阳能电池，所述电池包括硅基衬底，包括硼、氧和碳，以及ー个或多个含碳抗反射和钝化层，所述衬底具有两个主表面并且所述ー个或多个抗反射和钝化层与所述两个主表面的ー个或两个邻近，并且在所述衬底中在邻近所述抗反射和钝化层的主表面处的碳浓度大于在衬底内的与主表面等距的深度处的碳浓度。51.根据实施例50的太阳能电池，其中在所述抗反射和钝化层中与所述抗反射和钝化层和所述衬底之间的边界相距预定距离处的所述碳的浓度等于或超过所述衬底中的与所述边界相距相同距离处的所述碳的浓度并且其中随着距离所述边界的深度的増加在衬底中的所述碳浓度逐渐减小。52.根据实施例50或51的太阳能电池，其中对于至少第一 50nm，随着在所述衬底中离开邻近所述抗反射和钝化层的所述主表面的深度的増加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。53.根据实施例50到52的任意一个的太阳能电池，其中硼浓度和氧浓度导致在没有碳的情况下，在以约1000W/m2照射太阳能电池后在所述衬底中将形成硼氧络合物。54.根据实施例53的太阳能电池，其中硼的浓度约为I X IO15原子/cm3或更高。55.根据实施例53的太阳能电池，其中硼的浓度约为I X IO16原子/cm3或更高。56.根据实施例53的太阳能电池，其中硼的浓度约为I X IO17原子/cm3或更高。57.根据实施例53的太阳能电池，其中硼的浓度约为2. 5 X IO17原子/cm3或更高。58.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中可移动碳的量足够基本上减少在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物。59.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少50%或更多，。60.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少60%或更多。61.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，可移动碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少75%或更多。
62.根据实施例53到57的任意一个的太阳能电池，其中可移动碳的量足够基本上避免在照射太阳能电池后在衬底中形成硼氧络合物。63.根据实施例50到62的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中可移动碳的浓度在50nm深度处基本上等于或大于在衬底中的硼的浓度。64.根据实施例50到63的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中在30nm的深度处的碳的浓度为5X IO17原子/cm3或更大。65.根据实施例50到63的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中在30nm的深度处的碳的浓度为I X IO18原子/cm3或更大。 66.根据实施例50到65的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中邻近所述抗反射和钝化层的所述碳浓度为I X IO18原子/cm3或更大。67.根据实施例50到65的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中邻近所述抗反射和钝化层的所述碳浓度为I X IO19原子/cm3或更大。68.根据实施例50到65的任意一个的太阳能电池，其中在衬底中邻近所述抗反射和钝化层的所述碳浓度为I X IO20原子/cm3或更大。69.根据实施例50到68的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底没有损伤。70.根据实施例50到68的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底没有离子注入损伤。71.根据实施例50到70的任意一个的太阳能电池,其中通过Czochralski法制备所述衬底。72.根据实施例50到70的任意一个的太阳能电池,其中所述衬底是多晶娃娃衬/ 。73.根据实施例50到70的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底是升级冶金级硅衬底。74.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有从2到6Ω · cm的体电阻率。75.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于2Ω * cm的体电阻率。76.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于约
I.5 Ω · cm的体电阻率。77.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有小于约1Ω * cm的体电阻率。78.根据实施例50到73的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底具有从约O. I Ω · cm到约I Ω · cm之间的体电阻率。79.根据实施例50到78的任意一个的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从O. 5到15%的碳。80.根据实施例50到78的任意一个的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从5到10%的碳。81.根据实施例50到78的任意一个的太阳能电池，其中所述碳氮化硅包括从6到8%的碳。
82.根据实施例50到78的任意一个的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层至少
包括第一碳氮化娃层和第二碳氮化娃层，所述第一碳氮化硅层邻近所述衬底并具有小于10at%的碳的碳浓度，以及所述第二碳氮化硅层在所述第一碳氮化硅层顶部并具有大于所述第一碳氮化硅层的碳浓度的碳浓度。83.根据实施例82的太阳能电池，其中所述第一层具有小于约IOOnm的厚度，例如小于约30nm的厚度和/或所述第二层具有从约IOnm到约IOOnm的厚度,例如约50nm的厚度。84.根据实施例82或83的太阳能电池，其中通过三甲基硅烷或四甲基硅烷的 PECVD沉积所述第一碳氮化硅层。85.根据实施例50到84的任意一个的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有大于2. 4g/cm3的密度。86.根据实施例85的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有大于2. 8g/cm3的
山/又ο87.根据实施例85的太阳能电池，其中所述抗反射和钝化层具有从2. 4到3. Og/cm3的密度。88.根据实施例50到87的任意一个的太阳能电池，其包括来自具有在约450°C和约850°C之间的，例如在约525°C和约725°C之间的有效烧制温度的浆糊(paste)的一个或多个金属接触。89. 一种用于制备包括碳掺杂的娃衬底的娃太阳能电池的方法,所述方法包括在所述硅衬底上沉积包括硅和碳的抗反射和钝化层，以便碳从所述层向所述衬底中扩散。90.根据实施例89的方法，其中所述抗反射和钝化层还包括氧、氮或氧和氮两者。91.根据实施例89或90的方法，其中所述硅衬底包括硼和氧。92.根据实施例91的方法，其中硼浓度和氧浓度导致在没有碳的情况下，在以约1000W/m2照射太阳能电池后在所述衬底中将形成硼氧络合物。93.根据实施例91的方法，其中硼的浓度约为IX IO15原子/cm3或更高。94.根据实施例91的方法，其中硼的浓度约为IX IO16原子/cm3或更高。95.根据实施例91的方法，其中硼的浓度约为IX IO17原子/cm3或更高。96.根据实施例91的方法，其中硼的浓度约为2. 5X1017原子/cm3或更高。97.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中扩散进入衬底的碳的量足够减少在以约1000W/m2照射所述衬底后在衬底中的硼氧络合物的形成。98.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中扩散进入衬底的移动碳的量足够减少在以约1000W/m2照射所述衬底后在衬底中的硼氧络合物的形成。99.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，扩散的碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少50%或更多。100.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，扩散的碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少60%或更多。
101.根据实施例91到96的任意一个的方法，其中基于在没有碳时将形成的络合物的量，扩散的碳的量足够将在照射太阳能电池后的衬底中形成的硼氧络合物基本上减少75%或更多。102.根据实施例89到101的任意一个的方法,其中通过Czochralski法制备所述衬底。103.根据实施例89到101的任意一个的方法，其中所述衬底是多晶硅硅衬底。104.根据实施例89到101的任意一个的方法，其中所述衬底是升级冶金级硅衬
。105.根据实施例89到104的任意一个的方法，其中碳在所述掺杂衬底中的分布是不对称的，在邻近在所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的所述界面的所述衬底的表面附 近的碳浓度较高。106.根据实施例105的方法,其中对于至少第一 50nm,随着在衬底中远离所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。107.根据实施例89到106的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中的碳浓度在远离所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的50nm深度处基本上等于或大于在衬底中的硼的浓度。108.根据实施例89到106的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中的碳浓度在远离所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的30nm深度处为5X IO17原子/cm3或更大。109.根据实施例89到106的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中的碳浓度在远离所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的30nm深度处为I X IO18原子/cm3或更大。110.根据实施例89到20的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中邻近所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的碳浓度为I X IO18原子/Cm3或更大。111.根据实施例89到110的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中邻近所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的碳浓度为I X IO19原子/Cm3或更大。112.根据实施例89到110的任意一个的方法，其中在掺杂衬底中邻近所述衬底和所述抗反射和钝化层之间的界面的扩散碳的浓度为I X IO20原子/Cm3或更大。113.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述衬底具有从2到6 Ω -cm的体电阻率。114.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述衬底具有小于2 Ω *cm的体电阻率。115.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述衬底具有小于约I Ω ·αιι的体电阻率。116.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述衬底具有从约O. I Ω *cm到约1Ω · cm之间的体电阻率。117.根据实施例89到112的任意一个的方法，其中所述抗反射和钝化层包括碳氮化硅。118.根据实施例117的方法，其中所述抗反射和钝化层包括从O. 5到15%的碳。119.根据实施例117的方法，其中所述抗反射和钝化层包括从5到10%的碳。120.根据实施例117的方法，其中所述抗反射和钝化层包括从6到8%的碳。
121.根据实施例117到120的任意一个的方法，其中所述抗反射和钝化层至少包
括第一碳氮化娃层和第二碳氮化娃层，所述第一碳氮化硅层邻近所述衬底并且具有小于10at%的碳的碳浓度，以及所述第二碳氮化硅层在所述第一碳氮化硅层顶部并且具有大于所述第一碳氮化硅层的碳浓度的碳浓度。122.根据实施例121的方法，其中所述第一层具有小于约IOOnm的厚度，例如小于约30nm的厚度和/或所述第二层具有从约IOnm到约IOOnm的厚度，例如约50nm的厚度。123.根据实施例121或122的方法，其中通过三甲基硅烷或四甲基硅烷的PECVD 沉积所述第一碳氮化硅层。124.根据实施例121或123的方法，其中所述抗反射和钝化层具有大于2. 4g/cm3的密度。125.根据实施例121或124的方法，其中所述抗反射和钝化层具有大于2. 8g/cm3的密度。126.根据实施例121或124的方法，其中所述抗反射和钝化层具有从2. 4到3. Og/cm3的密度。127.根据实施例117或120的任意一个的方法，其中通过例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD )的化学气相沉积(CVD )沉积所述层。128.根据实施例117或120的任意一个的方法,其中通过热丝(hot-wire)化学气相沉积技术沉积所述层。129.根据实施例117或120的任意一个的方法，其中通过包括a)—种或多种气态单硅有机硅烷和b)含氮气体的气态混合物的PECVD沉积所述层。130.根据实施例129的方法,其中一种或多种气态单娃有机娃烧是甲基娃烧。131.根据实施例129的方法，其中一种或多种气态单硅有机硅烷是二甲基硅烷。132.根据实施例129的方法,其中一种或多种气态单娃有机娃烧是三甲基娃烧。133.根据实施例129的方法,其中一种或多种气态单娃有机娃烧是四甲基娃烧。134.根据实施例129的方法,其中一种或多种气态单娃有机娃烧包括甲基娃烧、二甲基硅烷、三甲基硅烷和四甲基硅烷中的两个或更多的混合物。135.根据实施例129的方法，其中气态混合物包括从I到5wt%的甲基硅烷，从40到70wt%的二甲基硅烷，从I到5wt%的三甲基硅烷，从30到70wt%的氢以及从5到15wt%的甲烷。136.根据实施例135的方法，其中所述气态混合物还包括四甲基硅烷。137.根据实施例134、135或136的方法，其中所述气态混合物还包括气态有机二娃物种(di-silicon species)。138.根据实施例129到137的的任意一个的方法，其中通过固体有机硅烷源的热解获得所述一种或多种气态单娃有机娃烧。139.根据实施例138的方法，其中所述固体有机硅烷源是聚二甲基硅烷、聚羧甲基娃烧、三苯基娃烧或九甲基三娃氮烧(nonamethyltris i Iazane )。140.根据实施例129到139的的任意一个的方法，其中所述含氮气气体是NH3或N2。
141.根据实施例129到140的的任意一个的方法，其中所述气态混合物通过以流量比(a:b)为10:1到1:50 (例如从1:5至Ij 1:15或从1:6.6到1:15)组合(a)—种或多种气态单硅有机硅烷和(b)含氮气体而形成。142.根据实施例129到141的的任意一个的方法，还包括在沉积前组合气态混合物与反应气体的步骤。143.根据实施例142的方法，其中所述反应气体是02、O3> CO、CO2或其组合。144.根据实施例129到141的的任意一个的方法，其中所述等离子体增强化学气相沉积是射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)、低频等离子体增强化学气相沉积(LF-PECVD)、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)、感应耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-PECVD)、等离子束源等离子体增强化学气相沉积(PBS-PECVD)、低、中或高频平行板化学气相沉积、热膨胀化学气相沉积、微波激发等离子体增强化学气相沉积或其组合。·
145.根据实施例89到144的的任意一个的方法，其中通过加热所述衬底以及所述抗反射和钝化层到从约450°C到约1000°C (例如从约450°C到约850°C )的温度实现所述扩散。146.根据实施例145的方法，其中所述加热保持至少I分钟，例如从约I到3分钟。147.根据实施例89到144的的任意一个的方法，其中所述太阳能电池还包括一个或多个金属接触，并且其中一个或多个金属接触的形成和从所述抗反射和钝化层向所述衬底的碳扩散在单个步骤中发生。148.根据实施例147的方法，在从约450°C到约850°C，例如从约575°C到约725°C的温度下形成金属接触。149.根据实施例147或148的方法，其中使用包括铝或银与可选的铅的浆糊形成所述接触。150. 一种用于减少具有衬底的太阳能电池的光致衰退的方法，所述方法包括在所述衬底上提供包含碳并且允许碳从所述ARC向所述衬底扩散的抗反射涂层(ARC)。151.根据实施例150的方法，其中所述衬底包括硅、硼和氧。152. 一种太阳能电池，所述电池包括硅衬底，包括硼、氧和碳，以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述层具有从I到IOat. %的碳浓度，小于3at. %的氧浓度和大于14. 5at. %的氢浓度。153.根据实施例152的太阳能电池，其中所述碳氮化硅层具有小于7at.%，小于5at. %或4at. %的碳浓度；和/或大于15at. %，大于15. 5at. %或大于16at. %的氢浓度；和/或大于30at. %，大于35at. %或大于37at. %的硅浓度。154. 一种太阳能电池，所述电池包括硅衬底，包括硼、氧和碳，以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述层具有大于lat. %的碳浓度，小于3at. %的氧浓度和大于IOat. %的氢浓度以及大于37at. %的硅浓度。155.根据实施例154的太阳能电池,其中所述碳氮化娃层具有小于50at. %,小于40at. %，小于 30at. %，小于 20at. %，小于 IOat. %，小于 7at. %，小于 5at. %，小于 4at. % 的碳浓度；和/或大于12at. %,大于14at. %,大于14. 5at. %,大于15at. %,大于15. 5at. %,大于16at. %的氢浓度。156. 一种太阳能电池，所述电池包括硅衬底，包括硼、氧和碳，以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；
所述第一层包括碳氮化硅，具有小于IOat. %的碳浓度；以及所述第二层包括氮化硅；或碳氮化硅，所述碳氮化硅具有低于在所述第一层中的所述碳浓度的碳浓度和/或高于在所述第一层中的硅浓度的硅浓度。157.根据实施例156的太阳能电池，其中所述第一层具有小于7at. %，小于5at. %或小于4at. %的碳浓度；和/或大于IOat. %,大于 12at. %,大于 14at. %,大于 14. 5at. %,大于 15at. %,大于 15. 5at. % 或大于16at. %的氢浓度，和/或大于30at. %，大于35at. %或大于37at. %的硅浓度，以及所述第二层包括氮化硅或碳氮化硅，该碳氮化硅具有小于7at. %，小于5at. %或小于4at. %的碳浓度；和/或大于IOat. %,大于12at. %,大于14at. %,大于14. 5at. %,大于15at. %,大于15. 5at. %或大于16at. %的氧浓度；和/或大于30at. %,大于35at. %或大于37at. %的硅浓度。158. 一种太阳能电池，所述电池包括硅衬底，包括硼、氧和碳，以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；所述第一层包括碳氮化娃，具有小于IOat. %的碳浓度和小于14. 5at. %的氢浓度；以及所述第二层是含氢硅基膜。159.根据实施例158的太阳能电池，其中所述第一层具有小于7at. %,小于5at. %或小于4at. %的碳浓度；从IOat. %到14at. %的氢浓度；和/或大于30at. %，大于35at. %或大于37at. %的硅浓度。160.根据实施例158或159的太阳能电池，其中所述第二层包括，氮化硅、碳化硅、
碳氮化硅、氧碳化硅、氧碳氮化硅或氧氮化硅。161.根据实施例158到160的任意一个的太阳能电池，其中在所述第二层中的所述氢浓度大于在所述第一层中的所述氢浓度。162. 一种太阳能电池，所述电池包括硅衬底，包括硼、氧和碳，以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层；所述第一层包括碳氮化硅，具有小于IOat. %的碳浓度；以及
所述第二层包括碳化硅，或碳氮化硅，氧碳化硅或氧碳氮化硅，在所述第二层中的碳浓度大于在所述第一层中的碳浓度。163.根据实施例162的太阳能电池，其中所述第一层具有小于7at. %，小于5at. %或小于4at. %的碳浓度；和/或大于IOat. %,大于 12at. %,大于 14at. %,大于 14. 5at. %,大于 15at. %,大于 15. 5at. % 或大于16at. %的氢浓度；和/或大于30at. %，大于35at. %或大于37at. %的硅浓度，以及所述第二层具有小于50at. %，小于40at. %，小于30at. %，小于20at. %，小于IOat. %，小于7at. %，小于5at. %，小于4at. %的碳浓度；和/或大于IOat. %，大于12at. %，大于14at. %,大于14. 5at. %,大于15at. %,大于15. 5at. %或大于16at. %的氧浓度；和/或大于30at. %，大于35at. %或大于37at. %的硅浓度。164.根据实施例152到155的任意一个的太阳能电池，其中所述抗反射涂层具有 从10到lOOnm，从10到80nm，从20到80nm或从30到80的厚度。165.根据实施例156到163的任意一个的太阳能电池，其中所述第一层具有从10到50nm，从20到40nm或约30nm的厚度；并且所述第二层具有从10到lOOnm，从20到90nm，从30到70nm，从40到60nm或约50nm的厚度。166. 一种太阳能电池，所述电池包括硅衬底，包括硼、氧和碳，以及前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述碳氮化硅层具有渐变碳浓度，碳浓度随着与发射极的距离的增加而增加，所述第一层在邻近衬底的第一 30nm内具有小于IOat. %的平均碳浓度。167.根据实施例152到166的任意一个的太阳能电池，其中所述衬底包括在其表面处的邻近所述抗反射涂层的界面匹配层，。168.根据实施例167的太阳能电池，其中所述界面匹配层具有约5nm或更小的厚
度并且由氧化铝、氧化硅、氮化硅或其组合构成。169. 一种用于形成太阳能电池的抗反射涂层的方法，所述方法包括将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物的沉积到太阳能电池衬底上。170.根据实施例169的方法,其中基于体积流量的娃烧与有机娃烧的比率为大于4:1，大于9:1或约19 1.171.根据实施例169或170的方法，其中所述气态前体还包括氮源，例如氨或N2。172.根据实施例169到171的任意一个的方法，其中所述有机硅烷包括甲基硅烷、
二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或其组合。173.根据实施例169到171的任意一个的方法，其中所述气态前体混合物包括硅烧、四甲基娃烧和氣。174.根据实施例169到173的任意一个的方法，其中通过化学气相沉积或通过基于等离子体的化学气相沉积进行所述沉积。175.根据实施例174的方法，其中所述基于等离子体的化学气相沉积是等离子体增强化学气相沉积(PECVD )、射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD )、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)、感应耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-PECVD)、等离子束源等离子体增强化学气相沉积(PBS-PECVD)或其组合。
下面将进一步描述本发明的这些和其它实施例。光致衰退太阳能电池的光致衰退(LID)指的是载流子寿命在照射太阳能电池后的衰退，此衰退导致电池性能的损耗。在包括包含硼和氧原子的硅衬底的太阳能电池中经常观察到LID0虽然没有从理论上界定，但是相信寿命衰退不是源于由光子直接产生的缺陷，而是因为在照射下间隙硼氧化物络合物的形成(参见，例如Schmidt等人的Physical Review B69,024107 (2004))。因此LID被认为与材料中的硼和氧的浓度相关。如本申请所述，改善的光致衰退特性表现为照射后电池性能损耗的减小。硅衬底的电阻率与在其上制备的太阳能电池性能有联系。Brody等人(BulkResistivity Optimization for Low-Bulk-Iifetime Silicon Solar Cell, Prog.Photovolt:Res. AppI. 2001; 9:273-285)通过模拟不出，Czochralski 法(Cz)娃的理想渗杂 是0.2Ω .cm。对于通过Cz法制备的单晶硅衬底，增加硼的浓度通常用来获得更低的电阻率。然而，因为在晶体生长过程期间硅坩锅的部分溶解，衬底中的大的氧浓度(例如，从约5X IO17到约5X IO18)实际上是不可避免的。作为结果，获得低电阻率所要的硼原子的浓度为当氧原子同样存在于衬底中时，在照射制造的太阳能电池时发生显著的光致衰退。基于上述理解，推荐几种用于降低Cz-Si太阳能电池的寿命衰退的方法，最有希望的是(i)用如Ga的其它掺杂元素替代B，(ii)降低Cz材料中的氧浓度以及(iii)降低B掺杂的浓度。然而，一般地Ga掺杂Si太阳能电池显示比B掺杂Si太阳能电池更加欠稳定的效率，而降低的氧浓度(可以通过使用磁性生长的MCz-Si获得)要求更高的能量消耗。因此，太阳能电池产品经常使用更高电阻的Cz晶片(2-6Ω * cm)(即，降低的硼浓度)以减轻制备的太阳能电池的LID。这里公开的硅太阳能电池显示增强的LID特性，该增强不涉及从硅衬底减少或消除硼和/或氧。相信在硅衬底中存在碳可以降低硼氧络合物的形成，从而降低照射时太阳能电池的退化。虽然没有从理论上界定，但是相信这样的过程通过碳和氧的络合导致了碳/氧络合物和硼氧络合物的形成之间的直接竞争。通过光暴露驱动氧二聚物在硅晶格中扩散并且被碳或硼两者俘获产生Cs-O2JP B-O2^S合物。前者不是复合中心，而后者是。因此在存在碳时，Cs-O2i的形成降低了 B-O2i亚稳态络合物的形成，因为氧含量是固定的。因为Cs-O2i的形成与限制寿命的B-O2i络合物的形成直接竞争，SiCxNy涂敷的Si太阳能电池与SiNx涂敷的电池比较降低了 LID。另外，相信在硅衬底中的碳的性质可以影响碳与氧络合的能力，因此降低B-O络合物的形成。当从制造工艺开始在衬底中存在碳时，这些碳倾向于是替位的，即替位硅原子的四价化合的碳。此类型的碳不足以在衬底中移动以基本上减少B-O络合物的形成。然而，在之后是接触烧制(即峰值温度在约750-850°C)的PECVD SiCxNy膜的沉积(B卩，在400-500°C时)期间，期望在SiCxNy膜中的碳原子扩散到Si太阳能电池的界面(发射极区域)并且进入体(基极区域)。碳向硅扩散可以使用间隙机制(参见，Scholz等人的，APPLIED PHYSICS LETTERSVOLUME 74, NUMBER3, 18 JANUARY 1999)，但是扩散依赖于空位浓度。注意，在参考文献中，除非有竞争过程，间隙碳原子的扩散可以很快，并且在存在硼的时候观察到了实验结果和间隙扩散模型之间的明显差异，该差异要求建模空位的存在(Frank-Turnbul I机制)。虽然没有从理论上界定，但是相信为了获得改善的LID，不需要高浓度的碳，因为其仅必须主要与结区域中的剩余间隙氧竞争，此处主要产生少子的大多数，即碳可以在衬底中扩散的更深，但是在表面附近其影响可能更高。根据这里提供的结果，发现在衬底上的含碳的抗反射和钝化涂层(这里指简写为“ARC”)的存在减少了最终的太阳能电池的LID。确认没有外部的碳从由硅烷和氨生长的常规SiNx膜扩散进入硅衬底很重要。因此本申请，一方面涉及在衬底中包括碳的太阳能电池，该碳是可移动的，即在硅衬底的晶格中未受到较强的束缚。在一个实施例中，通过将碳扩散到衬底中来提供该可移动碳，例如通过在硅衬底上沉积含碳膜的方式。可以通过适当选择含碳膜增强这样的碳扩散，以便膜含有足够浓度的碳原子，在用于沉积膜的加热条件下和随后制造太阳能电池的烧制步骤下能够扩散。改善的光致衰退的特性·关于各种电池性能参数定义增强的光致衰退的特性。在一个实施例中，关于内量子效率(IQE)、外量子效率(IQE), Voc比率、Jsc, Jo、JoE和填充因子中的一个或多个来定义改善的光致衰退的特性。由于在本质上比较改善的光致衰退的特性，即他们指从照射前到照射后，变量的变化的减小，对“初始”参数例如“初始IQE”的引用指在构建太阳能电池时测量的所关注的参数的值。下面描述硅太阳能电池的性能参数的选择。籲转换效率太阳能电池的能量转换效率是指当太阳能电池与电路连接后，转换的(从吸收的光到电能)并收集的功率的百分比。标准测试条件(STC)指定温度为25°c并且具有气体质量I. 5 (AM1.5)光谱的辐射为1000W/m2。此对应于在晴天时入射的太阳光的光谱，其中入射在面向太阳的37°倾斜表面上,太阳在地平线之上的41. 81°的角度处。此条件近似代表在大陆美国的春夏之交附近中午时的太阳，电池的表面指向太阳。因此，在这些条件下，期望在IOOcm2 (O. Olm2)的表面区域上的效率为12%的太阳能电池产生约I. 2瓦特的功率。太阳能电池的损耗可以分解为反射损耗、热力学效率、复合损耗和电阻损耗。总的效率是每一个分立损耗的乘积。因为直接测量这些参数很困难，代之以其它参数，例如量子效率、Voc比率、Jsc, Jo、L和填充因子。反射损耗是在“外量子效率”下的量子效率的一部分。复合损耗构成量子效率、Voc比率和填充因子(FF)的一部分。电阻损耗主要归到填充因子下，但是还构成量子效率和Voc比率一小部分。在本申请的一个实施例中，太阳能电池具有14%或更大，15%或更大，16%或更大或者17%或更大的效率。量子效率当光子被太阳能电池吸收时，其转化为电子空穴对。然后，此电子空穴对迁移到太阳能电池的表面并且对电池产生的电流做出贡献；这样的载流子被收集。可选地，载流子释放能量并且再次变为与太阳能电池中的原子结合而没有到达表面；这称为复合，并且复合的载流子不对电流的产生做出贡献。量子效率指当电池在短路条件下操作时，转化为电流的光子的百分比(B卩，被收集的载流子)。量子效率可以通过下述方程量化
量子效率=Jsc· Voc · FF/Pin外量子效率是入射光子转化为电流的部分，而内量子效率是吸收的光子转化为电流的部分。数学上，内量子效率与外量子效率通过太阳能电池的反射关联；假定完美的抗反射涂层，他们两者相同。在一个实施例中，本发明的太阳能电池的增强的LID表现为，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后在400到IOOOnm之间的任意给定波长处的初始内量子效率(IQE)的减少不大于约5%。在另一个实施例中，增强的LID表现为，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后的在400到IOOOnm之间的任意给定波长处的初始内量子效率(IQE)的减少不大于约2%。在另一个实施例中，增强的LID表现为在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后的在400到900nm之间的任意给定波长处的初始内量子效率(IQE)的减少不大于约2%。在另一个实施例中，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，增强的LID表现为基 本上没有观察到在400到900nm之间的任意给定波长处的初始内量子效率(IQE)的减少。Voc 比率Voc依赖于Jsc和Jm，其中Jsc是短路电流密度，Joe是发射极饱和电流密度。特定地，Voc= (KT/q) · In (Jsc/J0E+l)o Ie依赖于俄歇复合损耗、缺陷相关复合损耗和发射极的掺杂水平。因为复合，电池的开路电压(Voc)低于电池的带隙电压(Vg)。因为光子的能量必须处于或高于带隙以产生载流子对，低于带隙电压的电池电压表示损耗。此损耗表示为Voc与Vg的比率。最大功率点太阳能电池可以在宽电压(V)和电流(I)范围内操作。通过将被辐射的电池的阻性负载从零(短路)连续增加到很高的值(开路)，可以确定最大功率点，最大VXI的点；gp，在此辐射水平处电池可以输出最大电功率的负载(在短路和开路极端情况下输出功率都为零)。填充因子和R分流在太阳能电池的整体特性的另一限定术语是填充因子(FF)。填充因子是实际获得的功率(最大功率点)与理论获得的功率(基于开率电压(Voc)和短路电流(Isc))的比值。因此填充因子定义为(VmpImp)/ (Voc/Isc)其中Imp和Vmp表示在最大功率点处的电流密度和电压。同样指示电池性能，因为当分流电阻降低时，对于给定水平的结电压，经分流电阻转移的电流增加，导致端子电流I的显著下降和Voc轻微下降。很低的Rsh的值将使Voc明显下降。与在高串联电阻的情况下相似，未良好分流的太阳能电池将呈现类似于电阻器的操作特性。当组合太阳能电池形成模块时，在模块中的分立电池的低电池分流电阻(shunt resistance)引起场中的整个模块的衰退。一般地,具有更高分流电阻电池的模块性能好于常规模块特别是在低照射和有云条件下。高填充因子值和高值一起表示太阳能电池上形成的接触的质量高。虽然接触的质量还部分地依赖于其它因素，例如P-η结发射极的特性和用于形成接触的工艺，填充因子的主要贡献者是抗反射涂层的特性，必须通过其制造接触。作为估计，填充因子O. 5%的改善导致电池效率增加 O. 1%，并且效率的这种增加可以等同于太阳能电池产率收益的实质增加。
理想因子在方程中Ι=Γ Q(eqv/nkT-l)，η表示“理想因子”。此参数随着电流水平的改变与Γ。一样。特定地，η从低电流下的2下降到高电流下的I。在附加的区域，当在器件中的一些区域中少子的浓度达到多数载流子的浓度时，η可以在高电流下再次达到2。钝化在长期暴露于太阳光下时太阳能电池的表面钝化性能不衰退，有益于太阳能电池的效率的长期稳定。因此，ARC应该能够钝化源于早先的处理步骤(例如，锯损伤；蚀刻损伤，悬空键等等....)的在太阳能电池表面中和近表面区域中的缺陷。差的钝化表面减小短路电流(Isc)、开路电压(Voc)和内量子效率，这随即降低太阳能电池的效率。ARC膜可 以减少电荷载流子在硅表面(表面钝化)的复合，这对于高效率和薄太阳能电池(例如，具有〈200 μ m的厚度的电池)尤为重要。体钝化对于多晶太阳能电池同样重要，并且相信在ARC膜中高的氢含量可导致在多晶硅(me)体材料中的各种内建电子缺陷(杂质，晶界等等)的体钝化。在一个实施例中，这里描述的SiCxNy膜基本上包括束缚和间隙氢原子，并且他们显示好的钝化特性。 暗I-V (电流-电压)特性太阳能电池的暗I-V特性(S卩，当电池没有被照射时测量的电流和电压)与光I-V特性同样重要。对于系统应用，一般地串联组装太阳能电池，然后组成模块。如果串联的电池串的个别太阳能电池有阴影，而电池串的剩余部分被照射，光电流必须仍能流过被遮盖的光电池。关于这点，注意，从被照射太阳能电池输出的光电流对于当没有被照射时的太阳能电池二极管是在“反向”方向。当电流被迫穿过被遮蔽的太阳能电池时，可以达到反向击穿点，经常导致随后其性能的下降。太阳能电池暗I-V反向特性与具有高反向(泄漏)电流的二极管相似，在制造期间不好控制。然而，当电池被太阳能电池模块驱动进入反向时，这些特征可能很重要，如上所述，其产生足够的功率以将其过加热。在一些情况下这被称为太阳能电池模块的“热点”。为了抑制热点损伤，太阳能电池的暗I-V特征很重要。一个这样的特征是反向饱和(或泄漏)电流。另外，低反向泄漏电流可以改善低光模块性能。在本申请的一个实施例中，提供了一种太阳能电池在-12V的负偏压下具有小于I. 5A暗反向饱和电流。太阳能电池成分太阳能电池，如这里叙述的，指通过光伏效应将太阳能转化为电能的宽面积电子器件，该器件包括由硅制成的大面积P-η结。该电池还包括在太阳能电池的η型和P型侧制造的欧姆金属半导体接触以及用作钝化和抗反射涂层的一个或多个层。硅太阳能电池的实例包括非晶硅电池、单晶硅电池、多晶硅电池，非晶多晶硅串列电池、硅-硅/锗串列电池、线带电池、EFG电池、PESC (钝化发射极太阳能电池)、PERC (钝化发射极背面电池)电池和PERL (钝化发射极背面局域扩散电池)电池。在一个实施例中，本发明还涉及包括硅基衬底和抗反射和钝化层的硅太阳能电池，该衬底包括硼、氧和非均匀分布的碳，并且涉及其制备方法。在一个实施例中，添加到衬底的至少部分碳是可移动的以便其可以与氧原子络合(与硼原子竞争)以在照射后减少在衬底中形成的硼氧络合物。硅衬底在一个实施例中，硅衬底基本上可以是单晶硅或多晶硅。可以通过例如Czochralski法工艺制备单晶硅衬底。硅衬底还可以是升级的冶金级硅衬底。该衬底可以具有例如从O. I到6 Ω · cm的体电阻率，从2到6 Ω · cm的体电阻率，从3到6 Ω · cm的体电阻率,从2到3 Ω · cm的体电阻率,小于2 Ω · cm的体电阻率,小于约I. 5 Ω · cm的体电阻率，约I Ω · cm的体电阻率，在约O. I Ω · cm到约I Ω · cm之间的体电阻率。在另一个实施例中，硼浓度和氧浓度导致在没有碳的情况下，在以约1000W/m2照射太阳能电池后在所述衬底中将形成硼氧络合物。仍在另一个实施例中，硼浓度可以约为I X IO15原子/cm3或更高、约I X IO17原子/cm3或更高、约2. 5X IO17原子/cm3。氧浓度可以·是例如约I X IO16原子/cm3到约I X IO18原子/cm3或约8 X IO17原子/cm3到约I X IO18原子
/ 3
/cm ο 在一个实施例中，在衬底中的碳的量和特性足够基本上减少在照射太阳能电池后在衬底中形成硼氧络合物。例如，基于在没有碳时形成的络合物的量，碳的量和特性足够将在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物减少50%或更多，60%或更多或者75%或更多。在另一个实施例中，在衬底中的碳的量和特性足够基本上避免在照射太阳能电池后在衬底中形成的硼氧络合物。在另一个实施例中，在衬底中的可移动碳的浓度等于或大于在衬底中的硼的浓度的一半，或者基本上等于或大于在衬底中的硼的浓度。在另一实施例中，在衬底中的碳的浓度是5 X IO15原子/cm3或更高、5 X IO16原子/cm3或更高、I X IO17原子/cm3或更高或者I X IO18原子/cm3或更高。碳在衬底中的分布可以基本上均匀或者该分布可以不均匀。在一个实施例中，碳的浓度随着在衬底中的深度的增加而变化。在另一个实施例中，衬底具有两个主表面，并且随着在衬底中距离至少一个主表面的深度的增加碳的浓度降低。仍在另一个实施例中，对于至少第一 50nm，随着衬底中远离至少一个所述主表面的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。逐渐降低意味着在规定距离上碳浓度以连续方式逐渐降低。在另一个实施例中，在两个主表面的一个或两个处在衬底中的碳浓度为I X IO18原子/cm3或更高、I X IO19原子/cm3或更高、I X IO20原子/cm3或更高。在又一个实施例中，在衬底中的距离两个主表面中的至少一个的60、200或300nm的深度处碳浓度大于5 X IO16原子/cm3。在一个实施例中，太阳能电池包括硅基衬底，该衬底包括硼、氧和碳以及一个或多个含碳抗反射和钝化层，所述衬底具有两个主表面并且所述一个或多个抗反射和钝化层邻近两个主表面的一个或两个，并且在邻近所述抗反射和钝化层的主表面处的所述衬底中的碳浓度大于在衬底中与两个主表面等距离的深度处的碳浓度。在另一个实施例中，在所述抗反射和钝化层中与所述抗反射和钝化层和所述衬底之间的边界相距预定距离处的所述碳的浓度等于或超过衬底中与所述边界相距相同距离处的所述碳的浓度，并且其中随着距离所述边界的深度的增加在衬底中的所述碳浓度逐渐减小。仍在另一个实施例中，对于至少第一 50nm，随着在所述衬底中离开邻近所述抗反射和钝化层的所述主表面的深度的增加，在衬底中的所述碳的浓度逐渐减小。仍在另一个实施例中，在衬底中的扩散的碳浓度，在50nm深度处基本等于或大于在衬底中的硼浓度。在另一个实施例中，在30nm深度处在衬底中的扩散的碳浓度为5 X IO17原子/cm3或更高或者IX IO18原子/cm3或更高。在另一个实施例中，在衬底中的扩散的碳浓度代表氧浓度的相当一部分。由于B-O络合物浓度对氧浓度的二次依赖(Fraunhofer),碳替位少量的氧对太阳能电池的光致衰退有实质性影响。抗反射和钝化涂层一般地认为，在抗反射涂层中存在的碳对太阳能电池的性能有害。更特定地说，包含碳被认为会导致缺陷密度的增加并且降低质量密度，分别导致差的表面和体钝化。包含碳还被认为会导致在Si表面上折射率从理想值2. I下降而导致差的ARC性能[Y. Hatanaka等人的 Proc. 6th Int. conf. Silicon Carbide &Related Materials, Kyoto, 1995 (Ι0Ρ, Bristol, 1996) Conf. Ser. Vo. 142. P. 1055]。对于SiCN抗反射涂层，已经被报道[Kang等人的Journal of the electrochemical society, 156 (6) pp495_449, (2009)]在与 SiN 抗反射涂层比较时，在控制表面钝化和太阳能电池性能中起重要作用的表面电荷密度Qfb变低。此参考还注意到表面电荷密度依赖于SiCN中的碳浓度，更低的碳浓度产生Qfb的降低。同 样是这个参考还显示与SiNARC相比当使用SiCN ARC时界面陷阱密度(Dit)增加，虽然在SiCN ARC中更低的碳浓度提供更低的Dit。在本说明中，说明了 Si、C、N、H和O的各种浓度。除非另外说明，Si、C、N和O的浓度是通过俄歇电子谱(这里简称为“俄歇”)测量的原子％，意味着该浓度基于在样品中的Si、C、N和O原子的总含量。另一方面，氢值指通过弹性反冲检测(ERD)测量的氢浓度，意味着这些浓度值基于在样品中的Si、C、N、H和O原子总含量。在本发明的一个实施例中，钝化和抗反射涂层包括非晶碳氮化硅。非晶碳氮化硅这里指SiCxNy或SiCN，所有的术语均可互换使用。类似地，这里的术语氮化硅，SiNx和SiN可互换使用。应该明白变量X和y不旨在限制Si、C和N的比率，而是旨在这些比率的变化被理解并包括在本申请的范围内。碳氮化硅和氮化硅还包括束缚或间隙氢原子，在术语SiCxNy或SiNx中理解束缚或间隙氢原子的出现。即使没有特别指出，非晶碳氮化硅还包括氧。在此情况下，氧浓度被认为是低的，例如小于3原子％。在一个实施例中，在SiCN ARC中的碳的量是0. 5原子％或更高，例如从0. 5到15原子％，从I到10原子％，从5到10原子％，从I到7原子％，从I到5原子％，从I到4原子％，或从6到8原子％。如上所注意的，在涂层中的碳的性质同样影响从涂层扩散进入衬底的碳的量。在一个实施例中，涂层中的能够扩散的碳的浓度有足够高，实质上减少了在照射产生的太阳能电池后的B-O络合物的形成。在一个实施例中，Si在SiCxNy ARC中的原子％范围从约25%到约70%，例如从约30%到约60%,从约37%到约50%,从约37%到约40%,从约30%到约37%,从约30%到约35%,或者从约31%到约34%。 在另一个实施例中，H在SiCxNy ARC中的原子％范围从约10%到约40%，例如从约10%到约35%,从约10%到约14. 5%,从约14. 5%到约35%,从约15%到约35%,从约20%到约30%,或者从约22%到约28%。在另一个实施例中，N在SiCxNy ARC中的原子％范围可高至约70%，例如从约10%到约60%，从约20%到约40%，或者从约25%到约35%。在另一个实施例中，该膜还包括其他原子成分作为掺杂剂。例如，掺杂的膜可以包括 F、Al、B、Ge、Ga、P、As、O、In、Sb、S、Se、Te、In、Sb 或其组合。可以基于制备的ARC的所期望的光学或物理特性来选择膜的厚度。在一个实施例中，选择厚度以便在约600-650nm波长的光处获得最小的反射。例如，对于一些应用，虽然厚度的轻微改变不会对透射率造成巨大影响，当76nm的厚度时的2. 05的折射率被认为最优。在一个实施例中，SiCxNy ARC具有从约10到160nm的厚度，例如从约50到约120nm，从约10到约IOOnm,从约10到约80nm,从约20到约80nm,从约30到约80nm,从约50到约IOOnm或者从约70到约80nm。在一个实施例中，邻近硅衬底的抗反射涂层仅包括SiCxNy层。在另一个实施例中，抗反射涂层包括多层，至少一层是SiCxNy层，如这里所描述的。在另一个实施例中，抗反射涂层包括SiCxNy层，如这里所描述的，该层通过其厚度显示渐变透射率。在一个实施例中，邻近硅衬底的抗反射涂层包括SiCN并且具有从I到IOat. %的 碳浓度，小于3at. %的氧浓度和大于14. 5at. %的氣浓度。例如，该层可以具有小于7at. %，小于5at. %或者小于4at. %的碳浓度；和/或大于15at. %,大于15. 5at. %,或者大于16at. %的氢浓度；和/或大于30at. %，大于35at. %，或者大于37at. %的硅浓度。在另一个实施例中，邻近硅衬底的抗反射涂层包括SiCN并且具有大于Iat. %的碳浓度，小于3at. %的氧浓度和大于IOat. %的氢浓度以及大于37at. %硅浓度。例如，SiCN具有小于50at. %，小于40at. %，小于30at. %，小于20at. %，小于IOat. %，小于7at. %，小于5at. %或者小于4at. %的碳浓度和/或大于12at. %,大于14at. %,大于14. 5at. %,大于15at. %,大于15. 5at. %或者大于16at. %的氧浓度。在本发明的一些实施例中，ARC可以包括多个层，邻近硅衬底的第一层包括碳。因此第一层提供向硅衬底扩散的碳以增强LID特性，而第二层用于克服具有邻近衬底且碳浓度足以获得LID益处的含碳层的太阳能电池所固有的缺点。在一个实施例中，第一层具有从10到50nm，从20到40nm或者约30nm的厚度；并且第二层具有从10到lOOnm，从20到90nm，从30到70nm，从40到60nm或者约50nm的厚度。在一个实施例中，抗反射涂层可以至少包括邻近衬底的第一层和位于第一层上与衬底相对的第二层。第一层包括具有小于IOat. %的碳浓度的碳氮化硅；并且第二层包括氮化娃或者碳氮化娃，该碳氮化娃具有低于在第一层中的碳浓度的碳浓度和/或高于第一层中的娃浓度的娃浓度。例如，第一层可以具有小于7at. %,小于5at. %或者小于4at. %的碳浓度；和/或大于IOat. %,大于12at. %,大于14at. %,大于14. 5at. %,大于15at. %,大于15. 5at. %或者大于16at. %的氢浓度；和/或大于30at. %,大于35at. %,或者大于37at. %的硅浓度；并且第二层可以包括氮化硅或者碳氮化硅，该碳氮化硅具有小于7at. %，小于5at. %或者小于4at. %的碳浓度；和/或大于IOat. %,大于12at. %,大于14at. %,大于14. 5at. %,大于15at. %,大于15. 5at. %或者大于16at. %的氧浓度；和/或大于30at. %,大于35at. %,或者大于37at. %的娃浓度。包括氮化娃的第二层的使用可以证明光学优点，因为SiN具有高于SiCN的折射率，如在下面的实例中所示。SiN的使用还提供电子优点，因为如Kang (supra)注意到的，SiN提供比SiCN更高的表面电荷密度。因此，如果第一层薄，例如约10-15nm，那么在第二层中的SiN提供增强的有效QFB。包括具有更高硅浓度的SiCN的第二层的使用是有利的，原因类似于使用SiN，即为了提供更高的折射率并且可能增强Qfb。最后，使用包括具有更低的碳浓度的SiCN的第二层是有利的，因为具有较低的碳浓度的SiCN可以提供更大的透明度。在另一个实施例中，抗反射涂层可以至少包括邻近衬底的第一层和位于第一层上与衬底相对的第二层。第一层包括碳氮化娃，具有小于IOat. %的碳浓度和小于14. 5at. %的氢浓度并且第二层是含氢娃基涂层。例如，第一层可以具有小于7at. %,小于5at. %或者小于4at. %的碳浓度；从IOat. %到14at. %的氢浓度；和/或大于30at. %，大于35at. %，或者大于37at. %的硅浓度；并且第二层可以包括氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅，氧碳氮化硅或氧氮化硅。如在下面的实例中所示，对于具有更高氢浓度的抗反射涂层的太阳能电池可以观察到有利的I-V特性，这可能源于更多的氢扩散到衬底中导致的钝化改善。存在含氢的第二层是有利的，其提供更大的可以扩散到衬底中用于钝化目的的氢库存。在第二层中的氢浓度可以小于、等于或大于在第一层中的氢浓度。仍在另一个实施例中，抗反射涂层可以至少包括邻近衬底的第一层和位于第一层上与衬底相对的第二层。第一层包括具有小于IOat. %的碳浓度的碳氮化娃；并且第二层可以包括碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅或氧碳氮化硅，第二层中的碳浓度大于第一层中的碳 浓度。例如，第一层可以具有小于7at. %，小于5at. %或者小于4at. %的碳浓度；和/或大于IOat. %，大于12at. %，大于14at. %，大于14. 5at. %，大于15at. %，大于15. 5at. %或者大于16at. %的氢浓度；和/或大于30at. %，大于35at. %，或者大于37at. %的硅浓度；并且第二层可以具有小于50at. %，小于40at. %，小于30at. %，小于20at. %，小于IOat. %，小于7at. %，小于5at. %或者小于4at. %的碳浓度和/或大于IOat. %,大于12at. %,大于14at. %,大于14. 5at. %，大于15at. %，大于15. 5at. %或者大于16at. %的氢浓度；和/或大于30at. %，大于35at. %，或者大于37at. %的硅浓度。在第二层中存在具有增加的碳浓度的SiCN被证明是有利的，因为如下面的实例中所示，在SiCN中更大的碳浓度提供更大的折射率。该实例还示出了碳浓度的增加通常还伴随着提供更好的衬底钝化的氢浓度的增加。最后，如Kang(supra)指出的，SiCN ARC的表面电荷密度随着碳浓度的增加而增加，意味着在第一层较薄(例如，从约10-15nm)的那些实施例中，在第二层中存在更高的碳浓度可以提供更有效的Qfb。在另一个实施例中，抗反射和钝化涂层可以包括至少两个碳氮化硅层，第一碳氮化硅层邻近衬底并且具有小于约IOat. %的碳浓度(例如从约3到约8at. %的碳)，第二碳氮化娃层位于第一氮化碳层上并且具有的碳浓度大于第一碳氮化娃层的碳浓度，例如从约10到约 25at. %。在一个实施例中，包括碳抗反射和钝化涂层直接沉积到硅衬底上。在另一个实施例中，在含碳抗反射和钝化涂层与硅衬底之间存在不包括碳或者包括不足以扩散进入硅衬底的量的碳的一个或多个中间层(即，膜)，只要这些中间层的性质和厚度仍能够在加热后让碳从含碳抗反射和钝化涂层充分扩散到硅衬底中，以便减少照射后在衬底中形成的B-O络合物。衬底还可以包括在其表面上邻近抗反射涂层的中间匹配层。这里不认为中间匹配层形成与衬底分离的膜，而是衬底的一部分。在一个实施例中，中间匹配层具有约5nm或更小的厚度。在另一个实施例中，中间匹配层可以包括自然地或化学诱导的氧，并且可以是例如氧化铝、氧化硅或其组合。在一个实施例中，SiCxNy ARC在630nm的波长处具有I. 8到2. 3的折射率，例如2. 05的折射率，以及在300nm处的小于0. 01的消光系数，例如小于0. 001。在一个实施例中，抗反射和钝化层具有大于2. 4g/cm3的密度，例如大于2. 8g/cm3的密度或者从2. 4到3. Og/cm3的密度。对于如在本申请中描述的太阳能电池，抗反射和钝化涂层的密度可以通过基于X-射线的技术测量。通过适当选择为制造SiCxNy膜选出的气体的混合物、PECVD平台(间接/间接/低频/RF频率/微波)和工艺参数(衬底温度/功率/气体流量/压力)可以获得这样的高密度(即，大于2. 4g/cm3)。在一个实施例中，在沉积期间衬底温度升高到450°C或更高。当膜自身包含氢(例如广10%氢)时，高密度膜对太阳能涂层是有用的，并且该氢的一部分没有被接合到膜中的N或Si(或C)。在一个实施例中，在接触形成期间，氢原子扩散进入太阳能电池的体(在一些实施例中在 80(TC处，氢迅速扩散)并且钝化太阳能电池的体中的任何缺陷/悬挂键。此工艺改善了硅中少子的寿命并因此改善了太阳能电池的效率。为了促进氢向硅的扩散并且减少氢进入电池之上的区域的耗散，SiCN层本身可被 制成对氢扩散相对不可渗透，即SiCN层可以作为氢源和利于向娃扩散氢的冒盖(cap)。涂层的较高密度促进了这样的“冒盖”用作抗反射和钝化涂层。抗反射涂层还包括与衬底相对的分离帽盖层以进一步减少氢进入电池上部区域的损耗。因为上述原因，这样的层应该是致密的，并且例如可以包括碳化硅(SiC)。金属接触在一个实施例中，向太阳能电池的n-型和P-型侧制造欧姆金属半导体接触。例如，可以通过丝网印刷金属浆糊并且通过烧制沉积的浆糊形成接触。烧制的温度和持续时间依赖于使用的浆糊的特性和太阳能电池的特性，例如抗反射和钝化涂层的特性和厚度。在一些实施例中，如填充因子的特定太阳能电池参数依赖于使用的浆糊的性质。在一个实施例中，丝网印刷的Ag浆糊金属化被用于前侧接触的形成。丝网印刷Ag浆糊可以包括，例如Ag粉、玻璃熔料(glass frit)、粘接剂、溶剂以及其它添加剂。虽然没有从理论上界定，但是相信在接触烧制期间，玻璃熔料融化向下蚀刻穿过ARC层并且与Si表面反应，这使得Ag晶粒在薄玻璃/Si界面处成核，与Si发射极形成欧姆接触。适合的浆糊的实例包括Five star Technologies 出售的(例如以商品名Electrospere 出售的 Ag 和 Al 衆糊，例如 Electrospere S-系列衆糊，包括 S-540 (Ag)、s-546 (Ag)、s-570 (Ag)和 s-680 (Al)浆糊，以及;Ferro(y I 售的(例如，Al 浆糊，例如产品CN53-101)。在一些实施例中，浆糊还可以包括铅，其可以提供更高质量的接触形成。SiCxNy ARC 的制备在一个实施例中，可以通过包括S、C、N和H原子的气态物种的沉积制备SiCxNy抗反射和钝化涂层。虽然可以在单气态物种中组合所有要求的S、C、N和H原子，整体包括所要求的原子物种的两种或更多气体可被组合并反应以形成涂层。在一个实施例中，在分离的气体中包含所要求的C和Si原子，而在另一个实施例中，在单气态核素中包含C和Si原子。例如，可以从SiH4、氮的气态源(例如，NH3、N2*NC13)和气态烃(例如，甲烷、乙炔、丙烷、丁烷等等....)或其它含碳化合物(例如甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或其组合)的混合物制备SiCxNy ARC。还可以使用31114和气态甲胺(例如CH3NH2、(CH3) 2NH、(CH3) 3N等…)的混合物。
可选地,气态有机娃化合物(例如,一种或多种有机娃烧和/或有机聚碳娃烧，例如甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、六甲基二硅氮烷、三(二甲基氨基)硅烷、三(二甲基氨基)甲基硅烷、四(二甲基氨基)硅烷，Si (N (CH3) 2)4和/或聚甲基硅氮烷、二甲基氨基三甲基硅烷)与气态氮源(例如，NH3或N2)混合并沉积以产生SiCxNy ARC。可以以气体形式商业获得气态有机硅烷化合物(如果需要，进行混合)它们可以以液体形式和挥发获得，或者它们可以从固体前体制备(可选地，原位制备)。在一个实施例中，要沉积的气态混合物通过以10:1到1:50，例如从1:5到1:15或从1:6. 6到1:15的流量比(a:b)组合(a) —种或多种气态有机硅烷化合物以及(b)的含氮气体而形成。来自固体前体的气态有机硅烷化合物在一个实施例中，可以从固体有机硅烷源的热分解/重排(即，热解)或挥发获得气态有机硅烷和/或有机聚碳硅烷。固体有机硅烷源可以是任意包括Si、C和H原子并且在室温和常压下是固体的化合物。在一个实施例中，固体有机硅烷源是包括在加热室中的加热期间热力学稳定的 Si-C键的硅基聚合物。在一个实施例中，硅基聚合物具有包括至少一个硅原子和两个或更多碳原子的单体单元(monomeric unit)。单体单元还可以包括附加的元素,例如N、0、F或其组合。在另一个实施例中，聚合物源是聚硅烷或聚碳硅烷。聚硅烷化合物可以是当热解时，即通过在基本没有分子氧的气氛中加热来化学分解固体聚硅烷时，产生气态有机硅烷化合物的任意固体聚硅烷化合物。在一个实施例中，固体聚硅烷化合物包括直线或分支聚硅烷链(可选地环状形式)，其中每个硅都被一个或多个氢原子替位，C1-C6烷基基团、苯基基团或-NH3基团。在另一个实施例中，直线或分支聚硅烷链具有至少一个包括至少一个硅原子和一个或多个碳原子的单体单元。在另一个实施例中，直线或分支聚硅烷链具有至少一个包括至少一个硅原子和两个或更多碳原子的单体单
J Li o固体有机硅烷缘的实例包括硅基聚合物，例如聚二甲基硅烷(PDMS)和聚碳甲基硅烷(PCMS)以及其它非聚合物物种，例如三苯基硅烷或九甲基三硅氮烷。PCMS可以商业获得(Sigma-Aldrich)并且其可以具有，例如从约800道尔顿到约2，000道尔顿的平均分子重量。PDMS 也可以商业获得(Gelest,Morrisvilie,P. A.和 Strem Chemical,等Newburyport,M.A.)并且其可以具有，例如从约1，100道尔顿到约1，700道尔顿的平均分子重量。使用PDMS作为源化合物是有利的，因为(a)在储存和转移过程中其处理很安全(b)其对空气和湿气稳定，当在工业环境中大量使用化合物时期望的特性，(c)在PDMS被暴露到CVD工艺条件导致的出流(effluent stream)中没有腐蚀性成分产生，以及(d) PDMS通过其氢取代基提供其自身的氢供给。在另一个实施例中，固体有机硅烷源可以具有至少一个标签成分，其类型、比例和浓度可以用于在获得的膜中创建化学“指纹”，该指纹可以容易地通过标准实验室分析工具测量，例如二次离子质谱(SMS)、俄歇电子能谱(AES)、x_射线光电子能谱(XPS)。在一个实施例中，固体有机硅烷源可以包含同位素标签，即包括在固体有机硅烷源中的至少一种相对量自然界不丰富的原子物种的同位素，例如C13或C14。这里称为同位素的合成率。固体前体的热解/挥发在一个实施例中，气态有机娃烧物种由固体有机娃烧源在加热室内热解形成。固体源可以作为粉末、颗粒、棒或其它固体形式以批次或连续方式添加到加热室。可选地，固体有机硅烷源可以在加热室中与第二固体聚合物混合。在批次添加中，固体有机硅烷源化合物可以例如以从Img到IOkg的量添加，虽然还可以使用更大的量。在一个实施例中，在添加固体有机硅烷源后，加热室可选地在真空下被净化(purged)，用如氩或氦的惰性气体替代反应室中的气体。在加热前净化反应室或者在净化期间或之前前升高反应室中的温度。净化期间反应室中的温度应该保持在气体物种的演化(evolution)开始的温度以下，以便最小化产品损耗。热解步骤可以包含在固体中的一个或多个不同类型的反应。不同类型的反应可以包括，例如依赖于固体有机硅烷源的性质，固体有机硅烷分解/重排为新的气态和/或液体有机硅烷物种，并且可以通过为热解步骤选择的温度来促进这些反应。控制上述参数还可以获得固体有机硅烷源的部分或完全挥发而不是热解(即，替代有机硅烷源的分解/重排)。这里使用的术语“热解”旨在获得这样的部分或完全挥发。对于固体有机硅烷源是聚 硅烷的实施例，可以通过在2007年11月27日提交的美国临时专利申请S/N 60/990, 447中描述的工艺获得气态物种，这里引用其整个内容作为参考。在加热室中，可以通过电加热、UV辐射、IR辐射、微波辐射、X-射线辐射、电子束、激光束、感应加热等等进行固体有机硅烷源的加热。加热室的温度被加热到如下范围，例如，从约50到约700°C，从约100到约700°C，从约150到约700°C，从约200到约700°C，从约250到约700°C，从约300到约700°C，从约350到约700 0C，从约400到约700 V，从约450到约700 V，从约500到约700 V，从约550到约700°C，从约600到约700°C，从约650到约700°C，从约50到约650°C，从约50到约600°C，从约50到约550°C，从约50到约500°C，从约50到约450°C，从约50到约400°C，从约50到约350°C，从约50到约300°C，从约50到约250°C，从约50到约200°C，从约50到约150°C，从约50到约100°C，从约100到约650°C，从约150到约600°C，从约200到约550 0C，从约250到约500 0C，从约300到约450 °C，从约350到约400 °C，从约475到约500 °C，约 50°C，约 100°C，约 150°C，约 200°C，约 250°C，约 300°C，约 350°C，约 400°C，约 450°C，约500°C，约550°C，约600°C，约650°C，约700°C。更高的温度可以增加从固体有机硅烷源产生的气态化合物的速率。在一个实施例中，加热室被以高达150°C每小时的速率加热直到到达期望的温度，在此温度处保持反应室的温度。在另一个实施例中，温度升高到发生热解的第一值，然后温度在一个或多个场合变化，例如，为了改变气态化合物的混合物的产生速率或者改变反应室中的压力。 在一个实施例中，控制加热室中的温度和压力并且可以通过减小压力，通过加热有机硅烷源，或通过其组合来驱动气态物种的产生。为加热室选择特定的温度和压力值也被用作控制获得的气态物种的性质。在固体有机硅烷源是聚硅烷的实施例中，一种可能的热解反应导致在固体聚硅烷中Si-Si交联的形成，该反应通常在约375°C下发生。另一个可能的反应称作Kumada重排，典型地在约225°C到约350°C之间的温度下发生，其中Si-Si主链变为Si-C-Si主链。虽然此类型的反应通常用于生产非挥发性产品，Kumada重排可以生产挥发性聚碳硅烷低聚物、硅烷和/或甲基硅烷。虽然通过Kumada重排方法生产的气态物种的量与非挥发性固体或液体聚碳硅烷的产生竞争，这样的物种的生产(当不利于整体产率时)证明了气体放出过程的有用方面，留在加热室中的任意材料、液体或固体在一些实施例中转化为无害并且安全的陶瓷材料，导致一旦过程停止可以安全地处理材料。来自液体前体的气态有机硅烷化合物在一个实施例中，可以通过如四甲基硅烷的液体有机硅烷前体的挥发获得气态有机硅烷。可以通过一个或多个蒸发器挥发或者可以通过2010年6月17日提交的美国专利申请No. 61/368，857描述的装置提供液体前体，在此引入其整个内容作为参考。气态有机娃烧物种—般地，由固体有机娃烧制备的气态有机娃物种包括有机娃烧的挥发部分的混合物。在固体有机硅烷源是聚硅烷的实施例中，气态物种是气态有机硅化合物的混合物。
在一个实施例中，气态有机硅化合物的混合物基本包括一种或多种气态硅烷(即，包括单个硅原子的气态化合物)。其还被称作气态单硅有机硅烷，其实例包括甲基硅烷、二甲基娃烧、二甲基娃烧和四甲基娃烧。在一个实施例中，可选地，气态混合物还包括少量(例如，小于10%)的气态多硅物种，例如气态聚硅烷，或气态聚碳硅烷。气态聚硅烷意味着包括两个或更多硅原子的化合物，其中硅原子共价键连接(例如，Si-Si)，并且气态聚碳硅烷意味着包括两个或更多硅原子的化合物，其中至少两个硅原子通过非硅原子连接(例如，Si-CH2-SiX气态聚碳硅烷的实例可以具有如下化学式Si (CH3)n (H) m-[ (CH2)-Si (CH3)p (H)Jx-Si (CH3)n. (H)m,其中n、m、n’和m’分别表示从0到3的整数,满足条件n+m=3和n’+m’=3 ;p和q分别表示从0到2的整数，对每个硅原子满足条件p+q=2 ;x是从0到3的整数。气态聚碳硅烷的另外的实例包括[Si (CH3) (H)2]-CH2-[Si (CH3)2 (H)]、[Si (CH3) 2 ⑶]-CH2-[Si (CH3) 2 (H)]、[Si (CH3) 3] -CH2- [Si (CH3) 2 (H) ]、[Si (CH3) 2 (H) ] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 3]、[Si (CH3)(H) 2] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) (H) 2]、[Si (CH3) (H) 2] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 2 (H) ]、[Si (CH3) 2 (H) ] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 2 (H) ]、[Si (CH3) 2 (H) ] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2-[Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 2 (H) ]、[Si (CH3) (H) 2] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 2 (H) ]、[Si (CH3)⑶ 2] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3)⑶ 2]以及[Si ⑶ 3]-CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 2] -CH2- [Si (CH3) 2 (H) 2]。 如上指出，气态有机硅物种还可以直接以气态形式获得，和/或可以通过如四甲基硅烷的液体前体的挥发来制备。这些气态有机硅物种可以单独使用(即，没有与其它有机硅物种混合)或者它们可以与其它气态有机硅物种组合。另外，含硅气态物种(单独或者组合)可以通过其本身沉积，或者它们可以与其它气态成分混合。这样的另外的气态成分的实例包括氢和烃，例如甲烷、乙烷等等。在一个实施例中，气态物种是混合物，作为含硅物种，包括从20到45wt. %的甲基硅烷，从35到65wt. %的二甲基硅烷，从5到15wt. %的三甲基硅烷，和可选地高达IOwt. %的气态碳娃烧物种。在另一个实施例中，气态物种仅包括四甲基娃烧作为含娃物种，优选也存在如甲烧、乙烧、丙烧等的烧经和/或氧气。在另一个实施例中，气态混合物包括从I到5wt. %的甲基硅烷，从40到70wt. %的二甲基硅烷，从I到15wt. %的三甲基硅烷，从30到70wt. %的氢和从5到15wt. %的甲烷。仍在另一个实施例中，气态混合物包括约3vol. %的甲基娃烧、约36vol. %的_■甲基娃烧、约2vol. %的二甲基娃烧、约12vol. %的甲烧、和氣。在另一个实施例中，沉积的气态如体可以是包括娃烧和有机娃烧的混合物。有机硅烷可以包括例如甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或其组合。气态前体还可以包括气态氮源，例如氨或N2。在一个特定实施例中，气态前体包括硅烷、四甲基硅烷和氨。在一个实施例中，基于体积流量(在标准温度和压力下一定时间内的体积的比率)，在气态前体中的硅烷对有机硅烷的比率大于约4:1，大于约9:1或约19:1。在另一个实施例中，含硅气体(即，硅烷和有机硅烷)与气态氮源(例如氨)的比率可以从1:1到1:50，例如从1:4到1:20或从1:4到1:9。反应气体的添加用于形成SiCxNy的气态物种可以在沉积室中通过气体混合单元与反应气体混合，或者当热解用于获得气态物种时在加热室中混合。在一个实施例中，反应气体可以是商业获得的气体，并且该气体直接向系统提供。在另一个实施例中，通过加热包括如0、F或其组合的任意数目的元素的固体或液体源来获得反应气体。·在一个实例中，反应气体可以是如CO、02、O3> CO2或其组合的氧基气体。在一个实施例中，为了获得掺杂SiCxNy膜，反应气体还可以包括F、Al、B、Ge、Ga、P、As、In、Sb、S、Se、Te、In、Sb。沉积室当期望形成膜时，将衬底放入被抽致足够低的压力的沉积室，并且连续或脉冲式引入气态物种和可选的载气。只要为选择进行沉积的能量源可以在选择的压力下使用，则可以选择任意压力。例如，当等离子体被用作能量源时，可以形成等离子体的任意压力都适合。在本发明的实施例中，压力可以从约50到约4000mTorr,从约100到约500mTorr,从约150到约500mTorr，从约200到约500mTorr，从约200到约500mTorr，从约250到约 500mTorr,从约 300 到约 500mTorr,从约 350 到约 500mTorr,从约 400 到约 500mTor;r,从约450到约500mTor;r,从约50到约450mTor;r,从约50到约400mTor;r,从约50到约350mTorr,从约 50 到约 300mTorr，从约 50 到约 250mTorr，从约 50 到约 200mTorr，从约 50到约150mTorr,从约50到约IOOmTorr,从约100到约450mTorr,从约150到约400mTorr,从约 200 到约 350mTorr,从约 250 到约 300mTorr,从约 50mTorr 到约 5Torr,从约 50mTorr 到约 4Torr,从约 50mTorr 到约 3Torr,从约 50mTorr 到约 2Torr,从约 50mTorr 到约 ITorr,约50mTorr,约 IOOmTorr,约 150mTorr,约 200mTorr,约 250mTorr,约 300mTorr,约 350mTor;r，约 400mTor;r,约 450mTor;r,约 500mTor;r,约 ITorr,约 2Torr,约 3Torr,约 4Torr,约 5Torr。衬底的温度被保持在如下范围，例如，从约25到约500 V，从约50到约500 V，从约100到约500°C，从约150到约500°C，从约200到约500°C，从约250到约500°C，从约300到约500 0C，从约350到约500 0C，从约400到约500 °C，从约450到约500 °C，从约25到约4500C，从约25到约400°C，从约25到约350°C，从约25到约300°C，从约25到约250°C，从约25到约200°C，从约25到约150°C，从约25到约100°C，从约25到约50°C，从约50到约4500C，从约100到约400°C，从约150到约350°C，从约200到约300°C，约25°C，约50°C，约IOO0C，约 150°C，约 200°C，约 250°C，约 300°C，约 350°C，约 400°C，约 450°C，约 500°C。执行化学气相沉积(CVD)的任意系统可以用于本发明的方法，并且本领域的技术人员将认识到其它适合的设备。在True Blue, Photon international, 2006年3月，页90-99中包含可以发现典型的设备、气体流量要求和用于商业涂层太阳能电池的各种沉积工具的其它沉积设定，在此引入其整个内容作为参考。可以通过常压CVD实现沉积，或在沉积室内的能量源为例如电加热、热丝工艺、UV辐射、IR辐射、微波辐射、X-射线辐射、电子束、激光束、等离子体或RF。在优选实施例中，能量源是等离子体，并且合适的等离子体沉积技术的实例包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)、低频等离子体增强化学气相沉积(LF-PECVD )、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD )、感应耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-PECVD)、等离子束源等离子体增强化学气相沉积(PBS-PECVD)、低、中或高频平行板化学气相沉积、热膨胀化学气相沉积、微波激发等离子体增强化学气相沉积或其组合。另外，也可以使用适合用于制造集成电路或基于半导体的器件的其它类型的合适的沉积技术。对在沉积期间使用的能量是等离子体的实施例,例如对PE-CVD ,可以通过适当选择如下条件控制获得的膜的特性(I)等离子体的产生，(2)衬底的温度，(3)反应器的功率和频率以及(4)引入沉积室的气态物种的类型和量。 加热和沉积室的配置在从固体源的热解或液体源的挥发获得气态有机硅物种的那些实施例中，该工艺可以用各种系统配置执行，例如加热室和沉积室；加热室、气体混合单元和沉积室；加热室、气体混合单元和多个沉积室；或者多个加热室、气体混合单元和至少一个沉积室。在优选实施例中，沉积室在反应器中并且加热室在反应器外。对高产量配置，可以集成多个加热室单元。在多单元配置中，每个加热室可以具有相对小的尺寸以便使机械结构简单可靠。向所有的加热室提供公共气体传送、排出和控制系统以便成本类似于具有相同产量的大的常规反应器。理论上，对可以集成进一个系统的反应器的数目没有限制。该工艺还可以利用常规质量流量或压力控制器以更精确地传送适合工艺要求的流量。气态物种可以以连续流量或脉冲流量传送到沉积室。在一些实施例中，该工艺利用不需要专门加热管道的常规管道，但在许多液体源CVD工艺中，加热管道线路是必须的以消除源气体凝结或源的过早分解。硅衬底的碳掺杂在一个实施例中，通过在硅衬底上沉积包括硅和碳的抗反射和钝化层以便碳从该层向衬底扩散，来制备包括碳掺杂的娃衬底的娃太阳能电池。可以通过例如在衬底上沉积该层后加热衬底以及抗反射和钝化层，执行碳从该层向衬底的扩散。执行加热的温度和保持加热的时间支配碳的扩散。因此，合适的温度和持续时间能够决定碳扩散的期望水平。在一个实施例中，通过将温度加热到从约450°C到约1000°C，例如从约450°C到约850°C或从约700°C到约1000°C获得扩散。在一个实施例中，虽然保持特定温度的时间可以为小于I分钟，当加热保持至少I分钟，例如从I到3分钟。在一些实施例中，通过施加不同的温度持续不同的时间获得扩散，即通过根据时间/温度分布的加热来发生扩散。通过抗反射层将碳扩散进入衬底可以避免期望用于向衬底中引入碳的其它方法的缺点，例如通过离子注入步骤将碳引入会发生衬底损伤，虽然这样的离子注入过程也包括在本发明的实施例中。在另一个实施例中，太阳能电池包括一个或多个金属接触，并且在单个步骤中发生一个或多个金属接触的形成和碳从抗反射和钝化层向衬底的扩散。现在发现，将碳从SiCN膜扩散所需的时间-温度分布在太阳能电池制造金属接触的工艺要求中(参见，例如图41)。在例如从约450°C到约850°C，例如约450°C到约800°C，或从约575°C到约800°C的温度下发生组合的接触的形成和碳扩散。实魁提供下面的实例以说明本发明。然而，应该明白在选择的每个实例中给出的细节是为了说明目的，而不应理解为限制本发明的范围。一般地，除非指出，在相似的条件下进行实验。除非另外说明，使用Pacific Western制造的“Coyote” PECVD系统沉积抗反射涂 层。在425°C到475°C的衬底温度、2Torr的压力、100到300W之间的功率和50kHz的RF功率频率下进行PECVD沉积。气态有机硅化合物进入PECVD装置的流量保持在300sCCm (硅烷等价质量流量条件)并且氨的流量保持在1500-4500SCCm之间。通过光谱椭圆仪(Woollam Co.)表征介质膜的光学性能。通过XPS (x_射线光电子能谱)、俄歇电子能谱(俄歇)或者弹性反冲分析(ERD)分析介质膜的成分。通过在氢氧化钾(KOH)溶液中蚀刻移除在切割后的晶片上的锯损伤，接着在KOH和异丙醇(IPA)的混合物中进行各向异性蚀刻用于织构化(texturing)。织构化后的硅晶片在2:1:1 H2OiH2O2 =H2SO4和2:1:1 H2OIH2O2:HCl溶液中清洁，接着在石英管中磷扩散以形成发射极。为了比较目的，还制备了常规SiNx AR涂层。除非另外说明，SiNx层的厚度为约75nm，并且具有 2. 05的折射率。SiNx涂层同样在低频(50kHz) PECVD反应器(Coyote)中沉积。在SiH4INH3比率为300:3000sccm下进行SiNx的沉积。除非另外说明，使用氨和从固体聚二甲基硅烷(PDMS)源产生的气体制备来自PDMS的碳氮化硅膜。在密封压力容器中加热固体源。从PDMS释放的气体通过标准硅烷质量流量控制器(MFC)提供给PECVD反应器，并且控制呈现与硅烷相同的修正因子的流量。使用Sinton的准稳态光电导(QSSPC)工具测量在晶片中的载流子寿命和扩散发射极的发射极饱和电流密度(U。使用SemiTest SCA-2500表面电荷分析仪测量介质中的电荷密度，该仪器允许非接触和非损伤测量感兴趣的介质中的平带等价电荷密度(Qfb，在平带条件下的总电荷密度)。通过丝网印刷合适的浆糊接着在IR金属熔炉中烧制形成前和后接触。通过弹性反冲检测(ERD)测量在SiCxNy膜中的氢浓度。使用商业制造的I-V系统，在l，000W/m2下照射太阳能电池测量太阳能电池的效率。电池保持25°C。用从美国能源部的国家可再生能源实验室(National RenewableEnergy Laboratory)获得的太阳能电池校准设备。实例I在具有600hm/sq n+P0CL发射极的织构5” 2 Q cm硼掺杂的p_型CZ(Czochralski)单晶Si太阳能电池(I. I X IO1Vcm3的氧浓度)上沉积SiCxNy前侧钝化和抗反射涂层(ARC)。用SiH4-基SiNx涂层制备单独的电池用于比较目的。用商业获得的银浆糊(Five star S546B)制备用于电池的前侧接触。
在表I中列出了沉积条件和膜性能，并且在表2和图la-g中示出了电池参数。用从PDMS (300sccm)的热分解获得的前体气体和NH3 (3750sccm)在475°C下沉积SiCN (3)八1 (，并且用硅烷(3008(3011)和順3 (3000sccm)在 425°C下沉积 SiNx。以约 80nm的厚度沉积这些ARC。在空气中，SiCxNy和SiNx涂敷的电池暴露于间隔6英寸的300W的卤素灯下，以用约100mW/cm2的光强度进行照射。暴露电池66小时。在66小时照射后，对于SiNx涂敷的电池，Voc (开路电压)的衰退约为3. 4mV，而对于沉积SiCN的太阳能电池，Voc仅衰退I. 3到I. 7mV。在66小时照射后，对于SiNx涂敷的电池，Jsc (短路电流)的衰退约为0. 35mA/cm2,而对于沉积SiCN的太阳能电池，Jsc仅衰退0. 07到0. 18mA/cm2。
在66小时照射期间，对于SiNx涂敷的电池，观察到了 FF (填充因子)的逐渐衰退，而对于沉积SiCN的太阳能电池，FF基本没有衰退。对于SiNx和SiCxNy涂敷的电池，在照射后两者的理想因子(n_因子)都显示增力口。然而,对SiCxNy涂敷的电池n-因子的相对变化小于SiNx涂敷的电池。SiNx涂敷的电池的更高的n因子值表明照射后光致衰退引起的更高的结复合。在66小时照射后，对于SiNx涂敷的电池，太阳能电池效率的衰退为约0. 34%，而对于沉积SiCN的太阳能电池，效率的衰退仅为约0. 04到0. 13%对于具有更高密度和更低碳成分的SiCxNy涂层，还观察到了更好的LID性能。
权利要求
1.一种太阳能电池，包括 硅衬底，包括硼、氧和碳，以及 前侧抗反射涂层， 所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述层具有从I到IOat. %的碳浓度、小于3at. %的氧浓度和大于14. 5at. %的氢浓度。
2.一种太阳能电池，包括 硅衬底，包括硼、氧和碳，以及 前侧抗反射涂层， 所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层，所述层具有大于Iat. %的碳浓度、小于3at. %的氧浓度、大于IOat. %的氢浓度以及大于37at. %的硅浓度。
3.一种太阳能电池，包括 硅衬底，包括硼、氧和碳，以及 前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层； 所述第一层包括碳氮化硅，具有小于IOat. %的碳浓度；以及 所述第二层包括氮化硅；或碳氮化硅，该碳氮化硅具有低于在所述第一层中的所述碳浓度的碳浓度和/或高于在所述第一层中的硅浓度的硅浓度。
4.一种太阳能电池，包括 硅衬底，包括硼、氧和碳，以及 前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层； 所述第一层包括碳氮化娃，具有小于IOat. %的碳浓度以及小于14. 5at. %的氢浓度，以及 所述第二层是含氢硅基膜。
5.一种太阳能电池,包括 硅衬底，包括硼、氧和碳，以及 前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的第一层和位于所述第一层上与所述衬底相对的第二层； 所述第一层包括碳氮化硅，具有小于IOat. %的碳浓度；以及 所述第二层包括碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅或氧碳氮化硅，在所述第二层中的所述碳浓度大于在所述第一层中的所述碳浓度。
6.一种太阳能电池,包括 硅衬底，包括硼、氧和碳，以及 前侧抗反射涂层，所述前侧抗反射涂层至少包括邻近所述衬底的碳氮化硅层， 所述碳氮化硅层具有渐变碳浓度，碳浓度随着与发射极的距离的增加而增加，所述第一层在邻近所述衬底的第一 30nm内具有小于IOat. %的平均碳浓度。
7.一种太阳能电池，包括 硅基衬底，包括硼、氧和碳，以及 一个或多个含碳抗反射和钝化层，所述衬底具有两个主表面以及所述一个或多个抗反射和钝化层与所述两个主表面中的一个或两个邻近，以及在所述衬底中在邻近所述抗反射和钝化层的所述主表面处的碳浓度大于在所述衬底内的与两个主表面等距的深度处的碳浓度。
8.一种用于减少具有衬底的太阳能电池的光致衰退的方法，所述方法包括在所述衬底上提供包含碳的抗反射涂层(ARC)并且允许碳从所述ARC向所述衬底扩散。
9.一种用于形成太阳能电池的抗反射涂层的方法，所述方法包括将包括硅烷和有机硅烷的气态前体混合物沉积到太阳能电池衬底上。
10.一种用于制备包括碳掺杂的娃衬底的娃太阳能电池的方法，所述方法包括在所述硅衬底上沉积包括硅和碳的抗反射和钝化层，以便碳从所述层向所述衬底中扩散。
11.一种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射所述太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到IOOOnm之间的任意给定波长处显示不大于约5%的初始内量子效率(IQE)的减少。
12.—种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到IOOOnm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率(IQE)的减少。
13.一种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后，所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示不大于约2%的初始内量子效率(IQE)的减少。
14.一种具有包括硼、氧和碳的硅衬底的太阳能电池，在约1000W/m2下照射太阳能电池72小时后,所述太阳能电池在400到900nm之间的任意给定波长处显示初始内量子效率(IQE)基本没有减少。
全文摘要
本申请公开了光致衰退特性明显改善的硅太阳能电池。本申请还公开了具有包括硼、氧和碳的硅基衬底以及包括邻近衬底的至少一个含碳层的抗反射涂层(ARC)的太阳能电池。还公开了用于制备太阳能电池的方法。
文档编号H01L31/18GK102834933SQ201080051987
公开日2012年12月19日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月18日
发明者M·戴维斯, J·洪, G·雅库博夫斯卡-奥孔涅夫斯基, S·纳瓦拉, X·杨, A·罗哈吉, M·H·康, A·U·埃邦, B·C·朗萨维尔 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司