异质结太阳能电池及其制造方法

文档序号:10514051阅读:367来源:国知局
异质结太阳能电池及其制造方法
【专利摘要】一种异质结太阳能电池包含半导体基板、第一n型缓冲层、第二n型缓冲层、第一非晶硅半导体层、第二非晶硅半导体层、第一透明导电层以及第二透明导电层。其中,其制造方法首先是提供一半导体基板;接着在半导体基板的第一表面与第二表面上分别形成第一n型缓冲层与第二n型缓冲层;然后在第一n型缓冲层与第二n型缓冲层上分别形成第一非晶硅半导体层与第二非晶硅半导体层;接下来在第一非晶硅半导体层与第二非晶硅半导体层上分别形成第一透明导电层与第二透明导电层;最后在第一透明导电层与第二透明导电层上分别设置第一导线与第二导线,缓冲层具有降低界面缺陷浓度、降低阻值与增强场效应的钝化效果。
【专利说明】
异质结太阳能电池及其制造方法
技术领域
[0001]本发明关于一种异质结太阳能电池及其制造方法,尤指一种利用η型非晶硅半导体层做为缓冲层的异质结太阳能电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]请参阅图1,图1为现有技术的异质结太阳能电池的结构示意图。如图所示,一异质结太阳能电池ΡΑ100包含一半导体基板PAl、一第一本征非晶娃半导体层ΡΑ2、一第二本征非晶硅半导体层ΡΑ3、一第一非晶硅半导体层ΡΑ4、一第二非晶硅半导体层ΡΑ5、一第一透明导电层ΡΑ6、一第二透明导电层ΡΑ7、一第一导电线ΡΑ8、一第二导电线ΡΑ9。
[0003]半导体基板PAl掺杂有一第一型半导体,例如为η型半导体,且半导体基板PAl为一结晶硅半导体基板。第一本征非晶硅半导体层ΡΑ2与第二本征非晶硅半导体层ΡΑ3分别形成在半导体基板PAl的两侧。
[0004]第一非晶硅半导体层ΡΑ4形成在第一本征非晶硅半导体层ΡΑ2上,且第一非晶硅半导体层ΡΑ4掺杂有第一型半导体;而第二非晶娃半导体层ΡΑ5形成在第二本征非晶娃半导体层ΡΑ3上,且第二非晶硅半导体层ΡΑ5掺杂有一第二型半导体,而第二型半导体例如为P型半导体。其中,通过在结晶硅半导体基板的两侧分别形成本征非晶硅半导体层与掺杂有第一型半导体或第二型半导体的非晶硅半导体层,可形成双层的异质结层,有效的增加太阳能电池的光电转换效率。
[0005]然而,在实务运用上,由于第一本征非晶硅半导体层ΡΑ2与第二本征非晶硅半导体层ΡΑ3本身仍有缺陷,因此会影响到电子与空穴的移动。为了解决本征非晶半导体层的缺陷问题,现有的技术更研发出利用氢离子改质的方式,在沉积形成本征层时通入高浓度的氢气去使本征非晶硅的悬浮键与氢离子结合,进而减少缺陷的存在。
[0006]此外,也有将本征层替换为掺杂微量的η型半导体或P型半导体,以降低异质结太阳能电池整体的阻值。其中,虽然微掺杂的方式可以降低阻值的效果,但却会使界面缺陷浓度增加。

【发明内容】

[0007]有鉴于在现有技术中,通常是在结晶硅的半导体基板的两侧分别形成本征层与非晶半导体层来形成异质结的结构,进而产生内建电场,提升电池开路电压。然而,由于本征层本身的导电性差,电阻较高,场效应钝化的效果也不好,故异质结太阳能电池的效能会受到限制。而为了改善这些问题,现有技术使用氢离子改质的方式去降低本征层的界面缺陷浓度而降低阻值,或者利用微掺杂的方式去降低阻值并增强场效应的效果,但却会使界面缺陷浓度增加。
[0008]缘此,本发明的主要目的是提供一种异质结太阳能电池以其制造方法,以利用η型缓冲层取代本征层的方式来降低界面缺陷浓度、降低阻值与增强场效应的钝化效果。
[0009]承上所述,本发明为解决现有技术的问题所采用的必要技术手段提供一种异质结太阳能电池,包含一半导体基板、一第一η型缓冲层、一第二η型缓冲层、一第一非晶硅半导体层、一第二非晶硅半导体层、一第一透明导电层以及一第二透明导电层。半导体基板具有相对设置的一第一表面与一第二表面,且半导体基板掺杂有一第一型半导体。
[0010]第一 η型缓冲层设置在第一表面上,并且包含一第一 η型非晶硅半导体层以及一第二 η型非晶硅半导体层。第一 η型非晶硅半导体层设置在第一表面上,且第一 η型非晶硅半导体层的η型半导体掺杂浓度介于I X 114至I X 10 16原子/厘米3。第二 η型非晶硅半导体层设置在第一 η型非晶硅半导体层上。
[0011]第二 η型缓冲层设置在第二表面上,并且包含一第三η型非晶硅半导体层以及一第四η型非晶硅半导体层。第三η型非晶硅半导体层设置在第二表面上,且第三η型非晶硅半导体层的η型半导体掺杂浓度介于I X 114至I X 10 16原子/厘米3。第四η型非晶硅半导体层设置在第三η型非晶硅半导体层上。
[0012]第一非晶硅半导体层设置在第一 η型缓冲层上,并掺杂有一第二型半导体。第二非晶硅半导体层设置在第二 η型缓冲层上,并掺杂有第一型半导体。第一透明导电层设置在第一非晶硅半导体层上。第二透明导电层设置在第二非晶硅半导体层上。对本领域的技术人员来说,在第一透明导电层与第二透明导电层上设置导线用以将电导出属于公知常识,本领域的技术人员可以自由地选择合适的导线,在此不多做叙述。
[0013]如前所述,由于本发明是利用第一 η型缓冲层与第二 η型缓冲层来取代现有技术的本征半导体层,而第一 η型缓冲层与第二 η型缓冲层会因为掺杂有η型半导体而使整体的电阻降低,并能有效的提升场效应的效果,此外更因为第一 η型非晶硅半导体层与第三η型非晶硅半导体层通过氢离子改质处理,因此更能使第一 η型缓冲层与第二 η型缓冲层的界面缺陷浓度减少,进而降低界面复合电流,提升电池的开路电压。
[0014]由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为,第一 η型缓冲层厚度为Inm至15nm。较佳者,第一 η型非晶硅半导体层厚度为0.9nm至10nm,第二 η型非晶硅半导体层厚度至少为0.1nm0
[0015]由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为,第二 η型缓冲层厚度为Inm至15nm。较佳者,第三η型非晶硅半导体层厚度为0.9nm至10nm,第四η型非晶硅半导体层厚度至少为0.1nm0
[0016]由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为,第一型半导体与第二型半导体其中的一者为η型半导体,另一者为P型半导体。
[0017]本发明为解决现有技术的问题,更提供一种异质结太阳能电池的制造方法,包含以下步骤:(a)提供一掺杂有一第一型半导体的半导体基板;(b)在半导体基板的一第一表面上形成一第一 η型缓冲层;(C)在半导体基板的一第二表面上形成一第二 η型缓冲层;
(d)在第一 η型缓冲层上形成一掺杂有一第二型半导体的第一非晶硅半导体层;(e)在第二η型缓冲层上形成一掺杂有第一型半导体的第二非晶硅半导体层;(f)在第一非晶硅半导体层上形成一第一透明导电层;(g)在第二非晶硅半导体层上形成一第二透明导电层。
[0018]由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为,步骤(b)还包含步骤(bl)与步骤(b2)。步骤(bl)在半导体基板的第一表面上形成第一 η型缓冲层的一第一 η型非晶硅半导体层。步骤(b2)在第一 η型非晶硅半导体层上形成第一 η型缓冲层的一第二 η型非晶硅半导体层。较佳者,在步骤(bl)之后还包含一步骤(bll),以掺杂气体处理第一 η型非晶硅半导体层。其中,掺杂气体包含磷化氢气体、砷化氢气体、氮气与氢气其中的至少一种。
[0019]由上述的必要技术手段所衍生的一附属技术手段为,步骤(C)还包含步骤(Cl)与步骤(c2)。步骤(Cl)在半导体基板的第二表面上形成第二 η型缓冲层的一第三η型非晶硅半导体层。步骤(c2)在第二 η型非晶硅半导体层上形成第二 η型缓冲层的一第四η型非晶硅半导体层。较佳者,在步骤(Cl)之后还包含一步骤(cll),以掺杂气体处理第三η型非晶硅半导体层。其中,掺杂气体包含磷化氢气体、砷化氢气体、氮气与氢气其中的至少一种。
[0020]本发明所采用的具体实施例,将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。
【附图说明】
[0021]图1为现有技术的异质结太阳能电池的结构示意图;
[0022]图2显示本发明较佳实施例所提供的异质结太阳能电池的结构示意图;以及
[0023]图3Α与图3Β为本发明较佳实施例所提供的异质结太阳能电池的制造方法步骤流程图。
[0024]【符号说明】
[0025]ΡΑ100异质结太阳能电池
[0026]PAl 半导体基板
[0027]ΡΑ2 第一本征非晶硅半导体层
[0028]ΡΑ3 第二本征非晶硅半导体层
[0029]ΡΑ4 第一非晶硅半导体层
[0030]ΡΑ5 第二非晶硅半导体层
[0031]ΡΑ6 第一透明导电层
[0032]ΡΑ7 第二透明导电层
[0033]ΡΑ8 第一导电线
[0034]ΡΑ9 第二导电线
[0035]100 异质结太阳能电池
[0036]I半导体基板
[0037]11 第一表面
[0038]12 第二表面
[0039]2 第一 η型缓冲层
[0040]2a第一 η型非晶娃半导体层
[0041]2b第二 η型非晶硅半导体层
[0042]3 第二 η型缓冲层
[0043]3a第三η型非晶娃半导体层
[0044]3b第四η型非晶娃半导体层
[0045]4 第一非晶娃半导体层
[0046]5 第二非晶硅半导体层
[0047]6 第一透明导电层
[0048]7 第二透明导电层
[0049]8 第一导线
[0050]9 第二导线
【具体实施方式】
[0051]请参阅图2,图2显示本发明较佳实施例所提供的异质结太阳能电池的结构示意图。如图所示,一种异质结太阳能电池100包含一半导体基板1、一第一 η型缓冲层2、一第二η型缓冲层3、一第一非晶硅半导体层4、一第二非晶硅半导体层5、一第一透明导电层6、一第二透明导电层7、复数个第一导线8以及复数个第二导线9。
[0052]半导体基板I具有相对设置的一第一表面11与一第二表面12,且半导体基板I掺杂有第一型半导体。其中第一型半导体为η型半导体或P型半导体,而在本实施例中,第一型半导体为η型半导体。
[0053]第一 η型缓冲层2被设置在第一表面11上,且第一 η型缓冲层2包含一第一 η型非晶硅半导体层2a以及一第二 η型非晶硅半导体层2b。其中,第一 η型缓冲层2的厚度介于Inm至15nm之间。
[0054]第一 η型非晶硅半导体层2a设置在第一表面11上,且第一 η型非晶硅半导体层2a的厚度介于0.9nm至1nm之间。第二 η型非晶娃半导体层2b设置在第一 η型非晶娃半导体层2a上,第二 η型非晶娃半导体层2b厚度至少为0.lnm。其中,第一 η型非晶娃半导体层2a为一氢离子改质层,意即在第一 η型非晶硅半导体层2a形成时,是经由一氢离子改质(Hydrogen Plasma Treatment, HPT)制程去进行改质而形成氢离子改质层,使第一 n型非晶硅半导体层2a具有介于I X 114至I X 10 16原子/厘米3的氢离子掺杂浓度。但在其他实施例中,也可以使用含磷化氢(Phosphine)、砷化氢或氮气(Nitrogen)等气体进行处理而形成改质层。在其他实施例中,第一 η型非晶硅半导体层2a的厚度介于Inm至10nm,且第二 η型非晶硅半导体层2b厚度至少为0.1nm,因此第一 η型缓冲层2的厚度介于1.1nm至15nm之间。
[0055]第二 η型缓冲层3被设置在第二表面12上,并且包含一第三η型非晶硅半导体层3a以及一第四η型非晶硅半导体层3b。其中,第二 η型缓冲层3的厚度介于Inm至15nm之间。
[0056]第三η型非晶硅半导体层3a设置在第二表面12上。第四η型非晶硅半导体层3b设置在第三η型非晶硅半导体层3a上。其中,第三η型非晶硅半导体层3a为厚度介于
0.9nm至1nm的氢离子改质层,且具有介于I X 114至I X 10 16原子/厘米3的氢离子掺杂浓度,意即在第三η型非晶硅半导体层3a形成时,是经由氢离子改质制程去进行改质而形成氢离子改质层。在其他实施例中,第三η型非晶硅半导体层3a的厚度介于Inm至10nm,且第四η型非晶硅半导体层3b厚度至少为0.lnm,因此第二 η型缓冲层3的厚度介于1.1nm至15nm之间。
[0057]第一非晶硅半导体层4设置在第一 η型缓冲层2的第一 η型非晶硅半导体层2a上,并掺杂有一第二型半导体。其中,第二型半导体为η型半导体或P型半导体,而在本实施例中,第二型半导体为P型半导体。
[0058]第二非晶硅半导体层5设置在第二 η型缓冲层3的第三η型非晶硅半导体层3a上,并掺杂有第一型半导体。
[0059]第一透明导电层6设置在第一非晶硅半导体层4上。第二透明导电层7设置在第二非晶硅半导体层5上。其中,第一透明导电层6上更设置有复数个第一导线8 (图中仅显示一个),而第二透明导电层7上更设置有复数个第二导线9 (图中仅显示一个)。
[0060]请参阅图2、图3A与图3B,图3A与图3B为本发明较佳实施例所提供的异质结太阳能电池的制造方法步骤流程图。如图所示,异质结太阳能电池100的制造方法,包含以下步骤:首先步骤(SlOl)是提供掺杂有第一型半导体的半导体基板I。
[0061]步骤(S102)是在半导体基板I的第一表面11上形成第一 η型缓冲层2的第一 η型非晶硅半导体层2a;步骤(S103)是利用含氢的掺杂气体处理第一 η型非晶硅半导体层2a以对第一 η型非晶硅半导体层2a进行氢离子改质。其中,第一 η型非晶硅半导体层2a例如是利用化学气相沉积法沉积而成,并在沉积时进行η型半导体的掺杂。此外,氢离子改质是在沉积的过程中通过高浓度的氢气去进行改质,形成厚度介于0.9nm至1nm的氢离子改质层,且具有介于I X 114S I X 10 16原子/厘米3的掺杂浓度,使氢离子能有效钝化第一η型非晶硅半导体层2a的悬浮键,进而降低界面缺陷浓度,减少表面复合。
[0062]步骤(S104)是在第一 η型非晶硅半导体层2a上形成第一 η型缓冲层I的第二 η型非晶硅半导体层2b。其中,第二 η型非晶硅半导体层2b同样是透过化学气相沉积法进行沉积,并在沉积过程中进行η型半导体的掺杂。
[0063]步骤(S105)是在半导体基板I的第二表面12上形成第二 η型缓冲层3的第三η型非晶硅半导体层3a。步骤(S106)是对第三η型非晶硅半导体层3a进行氢离子改质制程。其中,第三η型非晶硅半导体层3a例如是利用化学气相沉积法沉积而成,并在沉积时进行η型半导体的掺杂。此外,氢离子改质是在沉积的过程中通过高浓度的氢气去进行改质,使氢离子能结合第三η型非晶硅半导体层3a的悬浮键,进而降低界面缺陷浓度。
[0064]步骤(S107)是在第三η型非晶硅半导体层3a上形成第二 η型缓冲层3的第四η型非晶硅半导体层3b。其中,第四η型非晶硅半导体层3b同样是透过化学气相沉积法进行沉积,并在沉积过程中进行η型半导体的掺杂。
[0065]步骤(S108)是在第一 η型缓冲层2上形成掺杂有第二型半导体的第一非晶硅半导体层4 ;步骤(S109)是在第二 η型缓冲层3上形成掺杂有第一型半导体的第二非晶硅半导体层5。其中,步骤(S108)与步骤(S109)的顺序亦可对调。
[0066]步骤(SllO)是在第一非晶硅半导体层4上形成第一透明导电层6 ;步骤(Slll)是在第二非晶硅半导体层5上形成第二透明导电层7。其中,步骤(SllO)与步骤(Slll)的顺序亦可对调。
[0067]步骤(S112)是在第一透明导电层6上设置第一导线8 ?’步骤(S113)是在第二透明导电层7上设置第二导线9。其中,步骤(S112)与步骤(S113)的顺序亦可对调。
[0068]综上所述,相较于现有技术是利用氢离子改质的方式去减少本征层的界面缺陷浓度,或者利用微量掺杂的方式去减少阻值并增加场效应的钝化效果;由于本发明是利用第一 η型缓冲层与第二 η型缓冲层来取代现有技术的本征半导体层,因此第一 η型缓冲层与第二η型缓冲层的微量掺杂可以降低阻值并达到增强场效应的钝化的功效,然而,本发明更将第一 η型缓冲层与第二 η型缓冲层分层形成,并在形成第一 η型非晶硅半导体层与第三η型非晶硅半导体层时利用氢离子改质的方式去降低界面缺陷浓度,因此相较于现有技术而言,本发明不仅能透过微量掺杂的第一η型缓冲层与第二η型缓冲层来使整体的电阻降低并提升场效应的钝化能力,此外更因为第一 η型非晶硅半导体层与第三η型非晶硅半导体层受到氢离子的改质,因此更能使第一 η型缓冲层与第二 η型缓冲层的界面缺陷浓度减少,进而降低异质结太阳能电池整体的阻值。
[0069]通过以上较佳具体实施例的详述,希望能更加清楚描述本发明的特征与精神,而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地,其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排在本发明权利要求请求保护的范畴内。
【主权项】
1.一种异质结太阳能电池,包含: 一半导体基板,具有相对设置的一第一表面与一第二表面,且所述半导体基板掺杂有一第一型半导体; 一第一 η型缓冲层,设置于所述第一表面上,并且包含: 一第一 η型非晶硅半导体层,设置在所述第一表面上,且所述第一 η型非晶硅半导体层的η型半导体掺杂浓度介于I X 114S I X 10 16原子/厘米3;以及 一第二 η型非晶硅半导体层,设置在所述第一 η型非晶硅半导体层上;一第二 η型缓冲层,设置在所述第二表面上,并且包含: 一第三η型非晶硅半导体层,设置在所述第二表面上,且所述第三η型非晶硅半导体层的η型半导体掺杂浓度介于I X 114S I X 10 16原子/厘米3;以及 一第四η型非晶硅半导体层,设置在所述第三η型非晶硅半导体层上; 一第一非晶硅半导体层,设置在所述第一 η型缓冲层上,并掺杂有一第二型半导体; 一第二非晶硅半导体层,设置在所述第二 η型缓冲层上,并掺杂有所述第一型半导体; 一第一透明导电层,设置在所述第一非晶硅半导体层上;以及 一第二透明导电层,设置在所述第二非晶硅半导体层上。2.如权利要求1所述的异质结太阳能电池,其中,所述第一η型缓冲层厚度为Inm至15nm03.如权利要求2所述的异质结太阳能电池,其中,所述第一η型非晶硅半导体层厚度为0.9nm至10nm,所述第二 η型非晶娃半导体层厚度至少为0.lnm。4.如权利要求1所述的异质结太阳能电池,其中,所述第二η型缓冲层厚度为Inm至15nm。5.如权利要求4所述的异质结太阳能电池,其中,所述第三η型非晶硅半导体层厚度为0.9nm至10nm,所述第四η型非晶娃半导体层厚度至少为0.lnm。6.如权利要求1所述的异质结太阳能电池,其中,所述第一型半导体与所述第二型半导体其中的一者为η型半导体,另一者为P型半导体。7.一种异质结太阳能电池的制造方法,包含以下步骤: (a)提供一掺杂有第一型半导体的半导体基板; (b)在所述半导体基板的一第一表面上形成一第一η型缓冲层; (c)在所述半导体基板的一第二表面上形成一第二η型缓冲层; (d)在所述第一η型缓冲层上形成一掺杂有第二型半导体的第一非晶硅半导体层; (e)在所述第二η型缓冲层上形成一掺杂有所述第一型半导体的第二非晶硅半导体层; (f)在所述第一非晶硅半导体层上形成一第一透明导电层;以及 (g)在所述第二非晶硅半导体层上形成一第二透明导电层。8.如权利要求7所述的异质结太阳能电池的制造方法,其中,步骤(b)包含以下步骤: (bl)在所述半导体基板的所述第一表面上形成所述第一 η型缓冲层的一第一η型非晶娃半导体层;以及 (b2)在所述第一 η型非晶硅半导体层上形成所述第一 η型缓冲层的一第二 η型非晶硅半导体层。9.如权利要求8所述的异质结太阳能电池的制造方法,其中,在所述步骤(bl)之后还包含一步骤(bll),以掺杂气体处理所述第一 η型非晶硅半导体层。10.如权利要求9所述的异质结太阳能电池的制造方法,其中,所述掺杂气体包含磷化氢气体、砷化氢气体、氮气与氢气其中的至少一种。11.如权利要求7所述的异质结太阳能电池的制造方法,其中,步骤(C)包含以下步骤: (Cl)在所述半导体基板的所述第二表面上形成所述第二 η型缓冲层的一第三η型非晶娃半导体层;以及 (c2)在所述第二 η型非晶硅半导体层上形成所述第二 η型缓冲层的一第四η型非晶硅半导体层。12.如权利要求11所述的异质结太阳能电池的制造方法,其中,在所述步骤(Cl)之后还包含一步骤(cll),以掺杂气体处理所述第三η型非晶硅半导体层。13.如权利要求12所述的异质结太阳能电池的制造方法,其中,所述掺杂气体包含磷化氢气体、砷化氢气体、氮气与氢气其中的至少一种。
【文档编号】H01L31/0352GK105870224SQ201510035564
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月23日
【发明人】陈芃
【申请人】新日光能源科技股份有限公司
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