太阳能电池测量设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及一种太阳能电池测量设备，更确切地，涉及一种具有改进构造的太阳能电池测量设备。
【背景技术】
[0002]近来，由于如石油和煤的现存能源的耗竭，人们对于寻找可替代能源来替代现有能源的兴趣日益增加。特别地，太阳能电池成为流行的下一代电池，其将太阳光转换为电能。这些太阳能电池基于设计通过形成各种层和电极来制造。太阳能电池效率依赖于这些层和电极的设计。
[0003]通过使用各种测量设备来判断太阳能电池是否具有所期望的特性和效率。其中使用测量太阳能电池的电流I/电压V特性的测量设备来判断太阳能电池的特性等的方法被广泛应用。这些测量设备在不使用电压的情况下通过测量由于引入太阳光所产生的电流来检查光电转换，并且通过在电压变化期间测量电流来检查太阳能电池的二极管特征。
[0004]通常，用于电流测量的测量设备包括杆，该杆在包括于太阳能电池内的电极的长度方向上延伸一长度。包括在测量设备中的杆配备有多个测量针(measuring pin)，这些测量针在太阳能电池电极的纵向方向上以恒定距离彼此间隔开。由于太阳能电池的电极包括多个电极部(electrode port1n)，所以，当安装至杆的针被布置在太阳能电池的电极部的纵向方向上时，这些针就与电极部接触。在这种状态下，对一些针进行电流检测，同时对其它针施加或不被施加指定电压。
[0005]然而，上述测量设备在精确地将每一个针与相应的一个电极部对准时具有难度。特别地，在测量其中电极部具有较小的宽度、间距等的太阳能电池的电流和电压的情形中，将测量设备的针和电极部精确地对准会变得更加困难。此外，测量设备的针之间的距离减小受到限制，在某些情况中，这使得测量其中电极部具有较小的宽度、间距等的太阳能电池的电流和电压变得困难。
[0006]同时，常规测量设备基于其中电极分别位于电路板的相对侧的情形而被设计出来，在将该设备应用于其中电极只位于电路板的一侧的情形时具有难度。
【发明内容】
[0007]因此，针对上述问题提出了本发明的实施例，本发明的实施例的一个目的是在不破坏太阳能电池的情况下，提供一种能够精确测量太阳能电池特性的太阳能电池测量设备。
[0008]本发明的实施例的另一个目的是提供一种太阳能电池测量设备，该太阳能电池测量设备能够测量其中由小宽度和间距的电极组成的电极部的太阳能电池的特性。
[0009]本发明的实施例的进一步目的是提供一种太阳能电池测量设备，该太阳能电池测量设备能够测量当应用于其中电极只布置在太阳能电池的一个表面上的构造时的太阳能电池的特性。
[0010]根据本发明的实施例的一个方面，上述和其它目的可以通过提供一种测量太阳能电池的电流的太阳能测量装置来实现，其具有光电转换器，和彼此电绝缘的第一和第二电极，第一和第二电极两者位于光电转换器的一个表面处，太阳能电池测量设备包括测量单元，该测量单元包括对应于第一电极的第一测量构件和对应于第二电极的第二测量构件，第一和第二测量构件被配置为与太阳能电池在光电转换器的表面处紧密接触，以测量太阳能电池的电流。
【附图说明】
[0011]基于下面的详细描述，并结合附图，本发明的实施例的上述和其它目地、特征与其它优势更加易于理解，其中:
[0012]图1示出了一个示例性太阳能电池的剖视图，根据本发明的一个实施例的太阳能电池测量设备可应用于该太阳能电池；
[0013]图2是图1所示的太阳能电池的后表面平面图；
[0014]图3示出了另一个示例性太阳能电池的部分后表面平面图，根据本发明的一个实施例的太阳能电池测量设备可应用于该太阳能电池；
[0015]图4示意性示出了根据本发明的实施例的太阳能电池和测量设备的立体图；
[0016]图5的(a)和(b)分别示意性示出了图4中示出的太阳能电池和测量设备的平面图；
[0017]图6是沿图5的(a)中的线V1-VI截取的剖视图；
[0018]图7示出了根据本发明另一实施例的太阳能电池测量设备的立体图；
[0019]图8示出了根据本发明另一实施例的太阳能电池测量设备的立体图；
[0020]图9是沿图8的线IX-1X截取的剖视图；
[0021]图10示出了根据本发明另一实施例的太阳能电池测量设备的立体图；
[0022]图11示出了根据本发明另一实施例的太阳能电池测量设备的立体图；
[0023]图12示意性示出了根据本发明另一实施例的太阳能电池和测量设备的立体图；
[0024]图13是附图12中的部分A的平面图；
[0025]图14是沿图12的线B-B截取的剖视图；
[0026]图15是布置在图12中所示的测量设备上的太阳能电池的电流-电压特性测量的剖视图；
[0027]图16示出了包括在根据本发明另一实施例的测量设备中的测量单元和真空诱导器的平面图；和
[0028]图17示出了根据本发明进一步实施例的测量设备的立体图。
【具体实施方式】
[0029]现在详细参考本发明的示例性实施例，其例子在附图中示出。然而，应该能够理解，本发明不限于这些实施例，可以以各种方式被修改。
[0030]在图中，为了清楚和简要地说明本发明的实施例，对与描述无关的元件的有关阐述被省略，在整个说明书中，相同或相似的元件使用相同的参考标记被标注。另外，在附图中，为能够更清楚地说明，元件的尺寸，比如厚度、宽度等等，被放大或减小，因而，本发明的实施例的厚度、宽度等等不限于附图中的例示。
[0031]在整个说明书中，当元件被称为“包括”另一个元件时，只要没有特别冲突的描述，就不能理解为该元件把其它元件排除在外，而是该元件可以包括至少一个其它元件。此外，应该能够理解，当元件比如层、薄膜、区域或基板被称为在其它元件“上”时，它可以直接在其它元件上面或者也可以存在居间元件。换句话说，当元件比如层、薄膜、区域或基板被称之为“直接在”其它元件“上”时，这意味着它们之间不存在居间元件。
[0032]在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的一个实施例的太阳能电池测量设备(下称“测量设备”)。首先介绍一个太阳能电池的例子，其特性由根据本发明的一个实施例的测量装置进行测量，然后详细介绍根据本发明实施例的测量设备。
[0033]图1示出了一个示例性的太阳能电池的剖视图，根据本发明的一个实施例的太阳能电池测量设备将应用于其上，图2是图1中所示的太阳能电池的后表面平面图。
[0034]参考图1和2，根据本发明的实施例的太阳能电池由参考标记100标示，其包括半导体衬底10，该半导体衬底具有基底区域110，位于半导体衬底10 —个表面(比如，半导体衬底10的后表面)处的导电区域32和34，以及与导电区域32和34连接的电极42和44。另外，太阳能电池100可以进一步包括穿隧层20，钝化膜24，抗反射薄膜26，绝缘层40等等。这在下面将被更加详细地描述。
[0035]半导体衬底10包括基底区域110，该基底区域包含具有相对低的掺杂浓度的第二导电掺杂剂。在本发明的实施例中，基底区域110可以包括含有第二导电掺杂剂的结晶(单晶或多晶)硅。比如，基底区域110可以被配置成含有第二导电掺杂剂的单晶硅衬底(比如，单晶硅晶片)。第二导电掺杂剂包括η型掺杂剂或P型掺杂剂。第五族(group-v)元素，比如磷(P)，砷(As)，铋(Bi)，锑(Sb)等等，可以作为η型掺杂剂被使用，而第三族元素，比如硼(B)，铝(A)，镓(Ga)，铟(In)等等，可以作为P型掺杂剂被使用。举例来说，假设基底区域110是η型的，能够在宽广的表面区域上形成P型第一导电区域32以增加光电转换表面区域，这是因为P型第一导电区域32和η型基底区域110产生结(junct1n)(比如，其间具有穿隧层20的P-N结)以通过光电转换来产生载流子(carrier)。此外，在这种情况下，具有宽广表面区域的第一导电区域32可以有效地将具有相对低迀移率的空穴集合在一起，因而能够增强光电转换的效率。然而，本发明的实施例并不限于此。
[0036]此外，半导体衬底10进一步包括位于其前表面的前表面电场区域120。前表面电场区域120可以具有与基底区域110相同的表面积，其掺杂浓度要高于基底区域的掺杂浓度。
[0037]本发明的实施例阐述了前表面电场区域120被构造成掺杂区域，该掺杂区域通过使用相对高的掺杂浓度的第二导电掺杂剂来掺杂半导体衬底10而形成。这样，前表面电场区域120包含第二导电结晶(单晶或多晶)半导体以形成半导体衬底10。举例来讲，前表面电场区域120可以是第二导电单晶半导体衬底(比如，单晶硅晶片)的一部分。然而，本发明的实施例不限于此。因此，半导体衬底10和另一个分离的半导体层(比如，非结晶的半导体层，微晶半导体层，或多晶半导体层)可以使用第二导电掺杂剂来掺杂，以形成前表面电场区域120。可替换地，前表面电场区域120可被配置成与形成在通过固定电荷掺杂的半导体衬底10 (比如，举例来讲，钝化膜24和/或抗反射膜26)的附近的层具有相似的功能。此外，前表面电场区域120可以具有与基底区域110的导电类型相反的导电类型。可以通过各种其它方法获得前表面电场区域120的各种不同配置。
[0038]在本发明的实施例中，半导体衬底10的前表面可以进行纹理化以便获得具有锥形等形状的凸起和凹陷。通过纹理化而获得的具有凸起和凹陷的半导体衬底10的前表面能够减少入射光向半导体衬底10的前表面的反射。因此，到达基底区域110和第一导电区域32的交界面处的P-η结的光量就会增加，这使得光损失最小化。
[0039]半导体衬底10的后表面可以是相对平滑的表面，与前表面相比，其具有相对低的表面粗糙度，通过镜面精加工磨光等技术形成相对平滑的后表面。这是因为，在第一和第二导电区域32和34如本发明的实施例中所述形成在半导体衬底10的后表面处的情况下，太阳能电池100的特性会根据半导体衬底10的后表面的特性而显著地变化。因此，半导体衬底10的后表面不通过纹理化而设置凸起和凹陷，从而获得改进的钝化，因此，提高了太阳能电池100的特性。然而，本发明的实施例不限于此，在某些情况下，半导体衬底10的后表面可以通过纹理化而具有凸起和凹陷。其它的各种改变也是可行的。
[0040]穿隧层20形成于半导体衬底10的后表面上。穿隧层20为半导体衬底10的后表面提供截面交互特征并且使得因光电转换产生的载流子通过隧穿效应而平稳转移。穿隧层20包括用于载流子穿隧的各种不同材料，比如，举例来说，氧化物，氮化物，半导体和导电聚合体。比如，穿隧层20包括二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，本征非晶硅和本征多晶硅。在这种情况下，贯穿半导体衬底10的后表面形成穿隧层20。通过这种方式，可以完全钝化并容易地形成半导体衬底10的后表面，而无需单独的图案。
[0041]为了获得足够的穿隧效应，穿隧层20的厚度T要小于绝缘层40的厚度。比如，穿隧层20的厚度T可以是1nm或更小，特别地，在0.5nm-10nm的范围内(更特别地，在0.5nm-5nm的范围内，比如，举例来说，在lnm_4nm之间)。当穿隧层20的厚度T超过1nm时，穿隧就不能平稳地产生，使得太阳能电池100不能工作。当穿隧层20的厚度T低于0.5nm时，就很难达到期望质量的穿隧层20。为了获得改进的穿隧效应，穿隧层20的厚度T可以在0.5nm-5nm的范围内(更特别地，在lnm_4nm之间)。然而，本发明的实施例不限于此，穿隧层20的厚度T可以是任何其它不同的值。
[0042]导电区域32和34位于穿隧层20之上。更确切地，导电区域32和34包括第一导电区域32，该第一导电区域包括第一导电掺杂剂以呈现第一导电类型，和第二导电区域34，该第二导电区域包括第二导电掺杂剂以呈现第二导电类型。此外，势皇区域(barrierarea) 36位于第一导电区域32和第二导电区域34之间。
[0043]第一导电区域32配置发射区域，其产生p-n结(或者p_n穿隧结)以联合基底区域110通过光电转换产生载流子，穿隧层20位于这两者之间。
[0044]在这种情况下，第一导电区域32可以包括半导体(比如，硅)，其包括与基底区域110相对的第一导电掺杂剂。在本发明当前的实施例中，第一导电区域32被构造成半导体层，其形成于半导体衬底10之上并与半导体衬底10分离(更特别地，形成于穿隧层20上方)，并且使用第一导电掺杂剂来掺杂。同样地，第一导电区域32被构造成具有与半导体衬底10不同结晶结构的半导体层，以便可以容易地形成在半导体衬底10上方。比如，第一导电区域32可以通过对非结晶半导体，微晶半导体或多晶半导体(比如，非晶娃，微晶硅或多晶硅)进行掺杂而形成，其可以容易地通过任何不同方法，比如，举例而言，利用第一导电掺杂剂进行沉积而形成。形成半导体层之后，通过多种掺杂方法中的任意一种，可以将第一导电掺杂剂包括在半导体层内。
[0045]在这种情况下，第一导电掺杂剂仅仅是一种掺杂剂，其呈现与基底区域110相反的导电类型。也就是说，当第一导电掺杂剂是P型掺杂剂时，可以使用第三族元素，比如硼⑶，销㈧，镓(Ga)，铟(In)等。当第一导电掺杂剂是η型掺杂剂时，可以使用第五族元素，比如磷(P)，砷(As)，铋(Bi)，锑(Sb)等等。
[0046]第二导电区域34配置成后表面电场区域，其产生后表面电场以防止载流子由于在半导体衬底10的表面处(更具体地，在半导体衬底10的后表面)的再结合而损失。
[0047]在这种情况下，第二导电区域34可以包括半导体(比如，硅)，其包含与基底区域110的掺杂剂相同的第二导电掺杂剂。在本发明的实施例中，第二导电区域34被配置成半导体层，其形成于半导体衬底10之上并且与半导体衬底10相分离(更具体地，形成于穿隧层20上方)，并且使用第二导电掺杂剂进行掺杂。这样，第二导电区域34被配置为具有与半导体衬底10不同的结晶结构的半