专利名称：太阳能电池及其制造方法
太阳能电池及其制造方法技术领域
本公开涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术：
太阳能电池是将太阳能转化为电能的光电转换装置。太阳能电池作为潜在的可持 续且无污染的下一代能源已引起广泛关注。太阳能电池包括ρ型和η型半导体，并且通过以下方式产生电能当通过在半导体 内部的光敏层中吸收的光能产生电子-空穴对(EHP)时，将电子传输给η型半导体且将空 穴传输给P型半导体，然后，在每个正极和负极中收集电子和空穴。对于从太阳能产生电能，太阳能电池最好具有尽可能高的能量转换效率。为了提 高太阳能电池的效率，最好提高电子-空穴对的产生效率，并且最好利用最小的损失来有 效地收回得到的电荷。电荷可能因产生的电子和空穴的复合而损失。
发明内容
本公开的一方面提供了一种因电荷损失减少而具有提高的效率的太阳能电池以 及制造该电池的方法。根据本公开的一方面，一种太阳能电池包括半导体基底，包括ρ型层和η型层； 介电层，设置在半导体基底上并且包括由下面的化学式1表示的硅酸盐化学式1χ M2O3 · y SiO2其中，M为第13族元素且χ和y为实数，0 < h < y且x+y = 1 ；第一电极，电连 接到半导体基底的P型层；第二电极，电连接到半导体基底的η型层。介电层可以具有大约1纳米(nm)至大约IOOnm的厚度。太阳能电池还可以包括保护层，保护层设置在介电层的表面上，其中，保护层具有 比介电层的折射率低的折射率。保护层可以包含氮化硅、氧化硅、氧化铝或包含至少一种前 述物质的组合物。保护层可以具有大约IOOnm至大约700nm的厚度。半导体基底还可以包括第一侧和相对的第二侧，介电层可以设置在半导体基底的 第一侧上，并且太阳能电池还可以包括设置在半导体基底的第二侧上的防反射涂层。根据本公开的另一方面，一种制造太阳能电池的方法包括以下步骤设置包括ρ 型层和η型层的半导体基底；在半导体基底的一侧上设置包括由下面的化学式1表示的硅 酸盐的介电层化学式1χ M2O3 · y SiO2其中，M为第13族元素且χ和y为实数，0 < h < y且x+y = 1 ；设置第一电极与 半导体基底的P型层电连接；设置第二电极与半导体基底的η型层电连接，从而形成太阳能电池。设置介电层的步骤可以包括设置硅(Si)源、M源和含氧气体。硅源可以包括包含硅的化合物，该包含硅的化合物具有与硅成共价键的部分，与 硅成共价键的部分为氢、取代的或未取代的Cl至C30的烷基、取代的或未取代的C3至C30 的环烷基、取代的或未取代的C6至C30的芳基、取代的或未取代的Cl至C30的烷氧基、 取代的或未取代的酰胺基或包含至少一种前述物质的组合物。硅源可以包括四乙氧基硅 (TEOS)。M源可以包括包含第13族元素的化合物，该包含第13族元素的化合物具有与第 13族元素成共价键的部分，与第13族元素成共价键的部分为氢、取代的或未取代的Cl至 C30的烷基、取代的或未取代的C3至C30的环烷基、取代的或未取代的C6至C30的芳基、取 代的或未取代的Cl至C30的烷氧基、取代的或未取代的酰胺基或包含至少一种前述物质的 组合物。M源可以包括三甲基铝(TMA)和三甲基硼(TMB)。含氧气体可以包括氧气(O2)、臭氧(O3)或包含至少一种前述物质的组合物。设置介电层的步骤可以包括原子层沉积(ALD)或等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)。本公开的其它方面将在下面的详细描述中进行进一步的描述。
通过参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例，本公开的上述和其他方面、 优点和特征将变得更清楚，在附图中图1为太阳能电池的示例性实施例的剖视图；图2A至图2F为示出制造太阳能电池的方法的示例性实施例的剖视图。
具体实施例方式在下文中将参照附图更详细地描述示例性实施例，在附图中示出各种实施例。然 而，这些实施例只是示例性的，本公开不应局限于此。另外，提供这些实施例使本公开将是 彻底的和完全的，并且将使本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意组合和全部组 合。将理解的是，虽然在这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、组件、区域、 层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该受这些术语限制。这些术语 只是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开。因 此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称 为第二元件、组件、区域、层或部分。这里使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里所 使用的，除非上下文另外明确地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还应理解的是， 当在本说明书中使用术语“包含”或“包括”时，说明存在所述特征、区域、整体、步骤、操作、 元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、 组件和/或它们的组。此外，在这里可使用相对术语，如“下”或“底部”、“上”或“顶部”或者“前”或“后”，用来描述如在图中所示的一个元件与其它元件的关系。将理解的是，相对术语意在包含除 了在附图中描述的方位之外的装置的不同方位。例如，如果附图之一中的装置被翻转，则描 述为在其它元件“后”侧上的元件随后将被定位为在该其它元件“前”侧上。因而，根据附 图中的特定方位，示例性术语“后”可包括“后”和“前”两种方位。类似地，如果附图之一中 的装置被翻转，则描述为“在”其它元件“下面”或“之下”的元件随后将被定位为“在”其它 元件“之上”。因而，示例性术语“在…下面”或“在…下方”可包括“在…上方”和“在…下 面”两种方位。除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本 发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。这里参照作为理想实施例的示意图的剖视图来描述示例性实施例。这样，预计会 出现例如由制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，这里描述的实施例不应 该被解释为局限于在此示出的区域的具体形状，而将包括例如由制造导致的形状偏差。例 如，示出或描述为平坦的区域通常可具有粗糙和/或非线性特征。此外，示出的锐角可被倒 圆。因此，在图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状并不意图示出区域的精确形 状，且不意图限制权利要求的范围。如这里所使用的，除非另外提供，否则术语“取代的”是指利用至少一个(例如，1、 2、3、4、5、6或更多)取代基取代的化合物或自由基，所述至少一个取代基可以独立地为Cl 至C30的烷基、C2至C30的链烯基、C2至C30的炔基、C6至C30的芳基、C7至C30的芳基 烷基、Cl至C30的烷氧基、Cl至C30的杂烷基(heteroalkyl group)、C3至C30的杂芳基 烷基(heteroarylalkyl group)、C3至C30的环烷基、C3至C30的环烯基、C5至C30的环 块基(cycloalkynyl group)、C2 至 C30 的杂环；^基(heterocycloalkylgroup)、C2 至 C30 的杂环烯基(heterocycloalkenyl group)、C2 至 C30 的杂环炔基(heterocycloalkynyl group)、卤素(例如，F、Cl、Br、I或它们的组合)、羟基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、胼 基、亚胼基、羰基、氨基甲酰基、硫羟基、酯基、羧基或其盐、磺酸根或其盐、磷酸根或其盐、或 者包括至少一种代替化合物中的氢的前述基团的组合物。在附图中，为了清晰起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。在说明书中，相同的 标号始终代表相同的元件。将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称作“在”另一 个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上或也可以在其间存在中间元件。相反，当元件 被称作“直接在”另一个元件“上”时，则不存在中间元件。还将理解的是，当诸如层、膜、区 域或基底的元件被称作“在”另一个元件“下”时，它可以直接在另一个元件下或者也可存 在中间元件。图1为太阳能电池的示例性实施例的剖视图。如这里所使用的，前侧指太阳能电池可以朝向太阳能源的一侧，后侧可以指与所 述前侧相对的一侧。另外，为了更好地理解且易于描述，上和下的位置关系可以相对于半导 体基底110的中心来描述，但不局限于此。根据一方面的太阳能电池100包括半导体基底110，半导体基底110包括下半导体 层IlOa和上半导体层110b。半导体基底110可以包含晶体硅、化合物半导体或包含至少一种前述的物质的组 合物。晶体硅可以为例如硅晶片。下半导体层IlOa和上半导体层IlOb中的一个可以为掺杂有P型杂质的半导体层，另一个可以为掺杂有η型杂质的半导体层。ρ型杂质可以为诸如 硼⑶的第13族元素，η型杂质可以为诸如磷⑵的第15族元素，其中，“族”是指根据国 际纯粹和应用化学联盟组的分类系统的元素周期表的族。半导体基底110的表面可以为平滑的或粗糙的(textured)。具有粗糙表面的半导 体基底110可以例如具有突起和凹陷，所述突起和凹陷可以具有球形的或线形的形状。在 实施例中，突起可以具有像棱锥的形状，或可以为具有蜂巢形状的孔。具有粗糙表面的半导 体基底110可以具有扩大的表面区域，该扩大的表面区域可以提高光吸收率并可以降低反 射率，从而提高太阳能电池的效率。可以选择性地将防反射涂层(anti-reflection coating) 112设置在半导体基底 110的前侧上，因此，虽然示出了防反射涂层112，但可以将其省略。防反射涂层112可以包 含充分地减少或有效地消除光反射的绝缘材料。例如，防反射涂层可以包含氧化物，诸如 氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2或TiO4)、氧化镁(MgO)、氧化铈(CeO2)或包含 至少一种前述氧化物的组合物；氮化物，诸如氮化铝(AlN)、氮化硅(SiNx)或包含至少一种 前述氮化物的组合物；氮氧化物，诸如氮氧化铝(AlON)、氮氧化硅(SiON)、氮氧化钛(TiON) 或包含至少一种前述氮氧化物的组合物。防反射涂层可以包含单层或可以包含多层。可以将防反射涂层112设置在半导体基底110的前侧上以充分地减少或有效地消 除入射光的反射率，防反射涂层还可以加强对入射光的特定波长区域的选择。另外，防反射 涂层可以通过改善与存在于半导体基底110的表面上的硅的接触特性来提高太阳能电池 100的效率。多个前电极120设置在防反射涂层112上。前电极120布置为沿半导体基底110 的方向与基底基本平行，并且前电极120穿透防反射涂层112与上半导体层IlOb接触。可 以通过烧结(firing)使前电极120形成为穿透防反射涂层。前电极120可以包含诸如银 (Ag)的导电材料，并且可以具有使表面电阻(sheet resistance)和屏蔽损耗(shadowing loss)最小化的栅格图案。前母线电极(bus bar electrode)(未示出)选择性地设置在前电极120上。前 母线电极连接多个太阳能电池中的相邻的太阳能电池。介电层130设置在半导体基底110的后侧上。介电层130包括由下面的化学式1表示的硅酸盐。化学式1χ M2O3 · y SiO2在上面的化学式1中，M为第13族元素，且χ和y为实数，其中，0 < h < y且x+y =1。在实施例中，M包括硼、铝、镓、铟、铊或包含至少一种前述元素的组合物。在另一个实 施例中，M可以为硼(B)或铝(Al)。当M为铝时，由化学式1表示的硅酸盐可以具有由下面的化学式2表示的结构。化学式权利要求
1.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括 半导体基底，包括P型层和η型层；介电层，设置在所述半导体基底上并且包括由下面的化学式1表示的硅酸盐 化学式1 χ M2O3 · y SiO2其中，M为第13族元素且χ和y为实数，0<h<y且x+y = 1 ； 第一电极，与所述半导体基底的所述P型层电连接； 第二电极，与所述半导体基底的所述η型层电连接。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，M包括硼、铝、镓、铟、铊或包含至少一种前述 元素的组合物。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中，M包括硼或铝。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述介电层具有1纳米至100纳米的厚度。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，所述太阳能电池还包括保护层，所述保护层设置 在所述介电层的表面上，所述保护层具有比所述介电层的折射率低的折射率。
6.如权利要求5所示的太阳能电池，其中，所述保护层包含氮化硅、氧化硅、氧化铝或 包含至少一种前述物质的组合物。
7.如权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述保护层具有100纳米至700纳米的厚度。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述半导体基底还包括第一侧和相对的第 二侧，所述介电层设置在所述半导体基底的第一侧上，并且所述太阳能电池还包括设置在 所述半导体基底的第二侧上的防反射涂层。
9.如权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述η型层与所述半导体基底的第一侧邻 近，所述P型层与所述半导体基底的第二侧邻近。
10.如权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述ρ型层与所述半导体基底的第一侧邻 近，所述η型层与所述半导体基底的第二侧邻近。
11.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤 设置包括P型层和η型层的半导体基底；在所述半导体基底的一侧上设置包括由下面的化学式1表示的硅酸盐的介电层 化学式1 χ M2O3 · y SiO2其中，M为第13族元素且χ和y为实数，0<h<y且x+y = 1 ； 设置第一电极与所述半导体基底的所述P型层电连接；设置第二电极与所述半导体基底的所述η型层电连接，从而形成所述太阳能电池。
12.如权利要求11所述的方法，其中，M包括硼、铝、镓、铟、铊或包含至少一种前述元素 的组合物。
13.如权利要求12所述的方法，其中，M包括硼或铝。
14.如权利要求11所述的方法，其中，设置所述介电层的步骤包括设置硅源、M源和含氧气体。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述硅源包括包含硅的化合物，所述包含硅的化合物具有与硅成共价键的部分，所述与硅成共价键的部分为氢、取代的或未取代的Cl至 C30的烷基、取代的或未取代的C3至C30的环烷基、取代的或未取代的C6至C30的芳基、取 代的或未取代的Cl至C30的烷氧基、取代的或未取代的酰胺基或包含至少一种前述物质的 组合物。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述硅源包括四乙氧基硅。
17.如权利要求14所述的方法，其中，所述M源包括包含第13族元素的化合物，所述包 含第13族元素的化合物具有与所述第13族元素成共价键的部分，所述与第13族元素成共 价键的部分为氢、取代的或未取代的Cl至C30的烷基、取代的或未取代的C3至C30的环烷 基、取代的或未取代的C6至C30的芳基、取代的或未取代的Cl至C30的烷氧基、取代的或 未取代的酰胺基或包含至少一种前述物质的组合物。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述第13族元素为硼或铝。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述M源包括三甲基铝、三甲基硼或包含至少一 种前述物质的组合物。
20.如权利要求14所述的方法，其中，所述含氧气体包括氧气、臭氧或包含至少一种前 述物质的组合物。
21.如权利要求11所述的方法，其中，设置所述介电层的步骤包括原子层沉积或等离 子体增强化学气相沉积。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能电池及其制造方法，该太阳能电池包括半导体基底，包括p型层和n型层；介电层，设置在半导体基底上并且包括由下面的化学式1表示的硅酸盐；第一电极，与半导体基底的p型层电连接；第二电极，与半导体基底的n型层电连接。化学式1x M2O3·y SiO2其中，M为第13族元素且x和y为实数，0＜2x＜y且x+y＝1。
文档编号H01L31/20GK102054886SQ20101018098
公开日2011年5月11日 申请日期2010年5月17日 优先权日2009年10月30日
发明者李昌洙, 李正贤, 马东俊 申请人:三星电子株式会社