专利名称：太阳能电池和制造该太阳能电池的方法
技术领域：
本公开涉及一种太阳能电池和一种制造该太阳能电池的方法。
背景技术：
太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的光电转换装置。太阳能电池作为本质上无限的、无污染的下一代能源而引起人们的关注。太阳能电池包括ρ型半导体和η型半导体。当太阳能电池在光敏层中吸收太阳能时，在η型半导体和ρ型半导体中产生电子_空穴对(EHP)，所产生的电子和空穴分别移向 η型半导体和ρ型半导体，并在电极处收集，以提供电能。仍然需要提高太阳能电池效率，使得太阳能电池可以从给定量的太阳能输出尽可能多的电能。为了提高太阳能电池效率，将期望的是减少损失，例如与产生的电荷的接触或集流体相关联的电阻损失，以及将期望的是提高半导体材料中的电子_空穴对的产生。电荷损失的一个原因是由产生的电子和空穴的复合导致的电荷消散。为了防止电子和空穴的复合，可以在太阳能电池的后侧上设置钝化膜。仍然需要一种更有效地防止电子和空穴复合的改进的钝化层。
发明内容
示例性实施例提供了一种太阳能电池，其中，改善了钝化膜的性能，从而提高了太阳能电池的效率。另一实施例提供了一种制造该太阳能电池的方法。根据一个实施例，公开了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括半导体基底；钝化膜，设置在所述半导体基底的一侧上；保护层，设置在所述钝化膜的与所述半导体基底相对的一侧上；电极，设置在所述保护层的与所述钝化膜相对的一侧上，其中，所述电极包括含有玻璃料和导电材料的导电糊的产物，其中，所述保护层包含吉布斯自由能的绝对值比所述玻璃料的每个组分的吉布斯自由能的绝对值小的材料。所述保护层可以包含铜(Cu)、钯(Pd)、铱(Ir)、它们的合金或它们的氧化物或者它们的组合。所述合金可以包括铜-铝(Cu-Al)合金、钯-铝(Pd-Al)合金或铱-铝(Ir-Al) 合金或者它们的组合。基于所述合金的原子百分数为100，所述合金可以含有大约0. 1至大约20原子百分数(at%)的铝。所述玻璃料可以包括PbO、ZnO、SiO2、B2O3> Bi203> BaO, Na2O或它们的组合。所述钝化膜可以包括氧化铝。所述钝化膜和所述保护层可以限定通孔，所述电极可以通过所述钝化膜和所述保护层的所述通孔接触所述半导体基底。所述电极可以仅在所述钝化膜和所述保护层的所述通孔中接触所述钝化膜。
所述保护层的厚度可以为大约5纳米(nm)至大约500nm。根据另一实施例，公开了一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括在半导体基底的一侧上形成钝化膜；在所述钝化膜的与所述半导体基底相对的一侧上形成保护层；在所述保护层和所述钝化膜中形成通孔；形成通过所述保护层和所述钝化膜的所述通孔接触所述半导体基底的电极，其中，所述电极包括含有玻璃料和导电材料的导电糊的产物，所述保护层包含吉布斯自由能的绝对值比所述玻璃料的每个组分的吉布斯自由能的绝对值小的材料。所述保护层可以包含铜(Cu)、钯(Pd)、铱(Ir)、它们的合金或它们的氧化物或者它们的组合。所述合金可以包括铜-铝(Cu-Al)合金、钯-铝(Pd-Al)合金或铱-铝(Ir-Al) 合金或者它们的组合。所述玻璃料可以包括PbO、ZnO、SiO2, B2O3> Bi203> BaO, Na2O或它们的组合。可以通过使用波长为大约300nm至大约600nm的激光的激光切除来执行在所述保护层和所述钝化膜中形成通孔的步骤。形成所述电极的步骤可以包括将所述导电糊丝网印刷；将所述导电糊进行热处理。
通过参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例，本公开的以上和其它方面、 优点及特征将变得更加明显，在附图中图1是太阳能电池的实施例的剖视图；图2至图8是顺序地示出制造太阳能电池的实施例的方法的实施例的剖视图。
具体实施例方式在下文中将参照附图更详细地描述实施例，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，而不应该被理解为局限于在此提出的实施例。而是提供这些实施例使本公开将是彻底的且完整的，并将把本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的标号表示相同的元件。应该理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。应该理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。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”可被命名为第二元件、组件、区域、层或部分。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不意图具有限制性。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一个(种)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/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，但不排除存在或附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。为了便于描述，在这里可使用空间相对术语，如“在…下面”、“在…下方”、“下部的”、“在…上面”、“上部的”、“上”、“下”等来描述如图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应该理解的是，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果在附图中装置被翻转，则描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件随后将被定位为“在”其它元件或特征“上面”。因此，示例性术语“在…下方”可包括“在…上方”和“在…下方”两种方位。所述装置可被另外定位(旋转 90度或者在其它方位)，相应地解释这里使用的空间相对描述符。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)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。将进一步理解，除非这里明确定义，否则术语(例如在通用的字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域和本公开的上下文中它们的意思一致的意思，而不是理想地或者过于正式地解释它们的意思。在此参照作为理想实施例的示例性示图的剖视图来描述实施例。这样，预计会出现例如由制造技术和/或公差引起的示图的形状变化。因此，这里描述的实施例不应该被理解为限制于这里示出的区域的具体形状，而应该包括例如由制造导致的形状变形。例如， 示出或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙和/或非线性的特征。此外，示出的锐角可以被倒圆。因此，在图中示出的区域实际上是示意性的，它们的形状并不意图示出区域的实际形状，也不意图限制本权利要求的范围。首先，将参照图1披露根据实施例的太阳能电池。图1是太阳能电池的实施例的剖视图。在下文中，将半导体基底110的太阳能接收侧称作前侧，并将与半导体基底110的前侧相对的侧称作后侧。此外，在下文中，为了更好地理解和便于描述，空间关系(例如上或下)将相对于作为中心的半导体基底110，但是不限于此。根据该实施例的太阳能电池包括半导体基底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可以包括结晶硅或化合物半导体，如果半导体基底110由结晶硅构成，则作为示例，可以使用硅晶片。下半导体层IlOa和上半导体层IlOb中的一者可以是 P型杂质掺杂的半导体层，另一者可以是η型杂质掺杂的半导体层。例如，ρ型杂质可以是 III族元素，例如硼(Β)，η型杂质可以是V族元素，例如磷(P)0半导体基底110的表面可以被表面纹理化。表面纹理化的半导体基底110可以具有凸起和凹陷。这样的凸起和凹陷的形状不特别受到限制，并且可以是规则的或不规则的。 可以使用不同形状例如锥形、矩形、立方形、球形、卵形或其它形状的组合。例如，半导体基底可以具有多孔结构，其中，多孔结构具有蜂窝形状。表面纹理化的半导体基底110可以增大表面积，以提高光吸收率并减小反射率，由此提高太阳能电池效率。在半导体基底110的前侧上，可以设置抗反射涂层112。抗反射涂层112可以包括基本上透明且绝缘的材料。抗反射涂层112可以包含例如氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)、 氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铈(CeO2)或它们的组合，实质上由SiNx、SiO2, TiO2, A1203、MgO、CeO2 或它们的组合构成，或者由 SiNx、SiO2, TiO2, A1203、MgO, CeO2 或它们的组合构成，并且抗反射涂层112可以为单层或多层的形式。抗反射涂层112的厚度可以为大约200埃(A)至大约1500 Α,具体地为大约 300 A至大约1400 Α,更具体地为大约400 A至大约1300 Α，抗反射涂层112可以设置(例如，形成)在半导体基底110的前侧上，即形成在接收太阳能的一侧上，从而减小光的反射率，并提高特定波长区域的选择性。此外，抗反射涂层112可以利用存在于半导体基底110的表面处的硅来改善接触性能(例如，接触电阻)， 以提高太阳能电池的效率。在抗反射涂层112上，设置(例如，形成)多个前电极120。前电极120可以沿半导体基底110的厚度方向延伸，并穿过抗反射涂层112，以接触上半导体层110b。前电极 120可以包括低电阻金属，例如银(Ag)等，并且前电极120可以具有例如网格图案的构造， 以减小遮蔽损失和片电阻。在半导体基底110的后侧上，设置(例如，形成)钝化膜130。钝化膜130可以充分地或完全地防止在半导体基底110中产生的电荷移到半导体基底110的后侧。具体地说，钝化膜130可以包括介电材料，介电材料在其表面处具有多个负固定电荷。尽管不想受限于理论，但是相信介电材料的负固定电荷会阻碍或防止存在于下半导体层IlOa中的电子向半导体基底110的后侧的移动(例如，传输)，从而可以基本上或完全地防止电子和空穴在半导体基底110的后侧上的复合，由此减少电荷损失，并由此提高太阳能电池效率。钝化膜130可以包括例如氧化铝(例如，AlOx)，其中，χ为大约1至大约2，具体地为大约1.5。在钝化膜130的与半导体基底110相对的一侧上，设置(例如，形成)保护层140。保护层140保护钝化膜130。保护层140可以包括金属、金属合金或它们的氧化物。保护层140的厚度可以为大约5纳米(nm)至大约500nm，具体地为大约IOnm至大约 400nm，更具体地为大约20nm至大约300nm，下面将更详细地对其进行讨论。钝化膜130和保护层140限定通孔135。如图1所示，在实施例中，可以存在多个通孑L。在保护层140的一侧上，设置(例如，形成)后电极150。后电极150可以包括不透明金属，例如铝(Al)。另外，后电极150可以包括导电糊的产物，导电糊的产物可以使用导电糊来形成，导电糊可包括如下面更详细描述的玻璃料和诸如铝(Al)的导电材料。这样的糊中的组分和组分的相对量在本领域中是已知的。后电极150包括通过通孔135接触下半导体层IlOa的第一部分和设置(例如，形成)在半导体基底Iio的后侧的表面上的第二部分。第二部分可以直接在保护层140上。在后电极150中，可以在后电极150的接触下半导体层IlOa的部分中产生背面场 (BSF)。例如，当下半导体层IlOa的硅(Si)和后电极150的铝(Al)彼此接触，并且铝用作 P型杂质时，背面场是在下半导体层IlOa和后电极150之间形成的内部电场。因此，尽管不想受限于理论，但相信BSF可以防止电子传输到半导体基底110的后侧。通过防止电子传输到半导体基底110的后侧，可以防止或减小电荷在半导体基底110的后侧上的复合和消散，由此提高了太阳能电池效率。在后电极150中，后电极150的设置在半导体基底110的后侧的表面上的部分(例如，位于保护层140上的部分)可以将穿过半导体基底110的光反射回至半导体基底，由此防止或减小光泄漏，并由此提高太阳能电池效率。在下文中，将更详细地披露保护层140。如上面进一步解释的，保护层140设置在钝化膜130和后电极150之间，并保护钝化膜130免受后电极150的影响。因此，因为保护层140有效地保护钝化膜130，所以钝化膜130和后电极150期望地不直接接触。例如，如果在后电极150的烧制过程中钝化膜130被包含在用于后电极的导电糊中的玻璃料接触，则钝化膜130和后电极150之间的直接接触会不期望地改变钝化膜130的钝化特性。因此，在可包括后电极150的烧制工艺的热处理工艺期间，后电极150期望地不穿透保护层140。如上所述，后电极150可以通过设置包括玻璃料和导电材料的导电糊来形成，然后，后电极150可以通过对导电糊进行热处理(例如，烧制)来形成。在热处理期间使用的高温下，玻璃料会容易地与接触玻璃料的其它材料起反应或结合。保护层140包含吉布斯自由能的绝对值比玻璃料的每个组分的吉布斯自由能的绝对值小的材料。在一个实施例中，保护层140由吉布斯自由能的绝对值比玻璃料的每个组分的吉布斯自由能的绝对值小的材料构成。在另一实施例中，保护层140包含吉布斯自由能的绝对值比玻璃料的吉布斯自由能的绝对值小的材料，实质上由所述材料构成，或者由所述材料构成。保护层140的材料即使在高温下也基本上不与玻璃料起反应。因此，在一个实施例中，保护层的材料对于玻璃料的组分事实上是惰性的，在另一实施例中，保护层 140对于玻璃料事实上是惰性的。玻璃料可以包括PbO、ZnO、Si02、B203、Bi203、BaO、Na2O或它们的组合。玻璃料可以包括例如 PbO-SiO2-玻璃料、PbO-SiO2-B2O3-玻璃料、PbO-SiO2-B2O3-ZnO-玻璃料、PbO-SiO2-B2O3-BaO-玻璃料、PbO-SiO2-ZnO-BaO-玻璃料、ZnO-SiO2-玻璃料、ZnO-B2O3-SiO2-玻璃料、ZnO-K2O-B2O3-SiO2-BaO-玻璃料、Bi2O3-SiO2-玻璃料、 Bi2O3-B2O3-SiO2-玻璃料、Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO-玻璃料、ZnO-BaO-B2O3-P2O5-Na2O-玻璃料或 Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO-ZnO-玻璃料或它们的组合。 在一个实施例中，保护层140可以包含吉布斯自由能的绝对值比玻璃料(即，PbO、 Zn0、Si02、B203、Bi203、Ba0、Na20或它们的组合)的吉布斯自由能的绝对值小的材料，实质上由所述材料构成，或者由所述材料构成。保护层140可以包含例如铜(Cu)、钯(Pd)、铱(Ir)、 它们的合金或它们的组合。合金可以包括例如铜-铝(Cu-Al)合金、钯-铝(Pd-Al)合金或铱-铝(Ir-Al) 合金或它们的组合。尽管不想受限于理论，但相信铝(Al)可以提高保护层140与相邻层的粘结，并可以同时防止或减少铜(Cu)、钯(Pd)或铱(Ir)、它们的合金或它们的组合的氧化。基于原子百分数为100的合金，合金可以含有大约0. 1 大约20原子百分数 (at% )的铝仏1)，具体地为0.5 15站％的六1，更具体地为1 10站％的六1。如果包含在以上范围内的铝，则铝可以防止铜(Cu)、钯(Pd)或铱(Ir)的氧化，并且铝可以提高与相邻层的粘结，同时充分地保护合金的内含物免于劣化(例如，氧化)。此外，因为在热处理(例如，烧制)工艺、制造工艺等期间，铜(Cu)、钯(Pd)、铱 (Ir)或它们的合金或者它们的组合会在一定程度上被氧化，所以在保护层140中会至少部分地含有它们的氧化物。如上所述，保护层140防止钝化膜130和后电极150之间的直接接触。因此，后电极150仅在通孔135中的部分处直接接触钝化膜130，并且不以其它方式接触钝化膜130。 因此，可以在钝化膜130的与半导体基底110相对的表面上保持钝化膜130的钝化性能，从而防止电荷的损失。在下文中，同时参照图2至图8以及图1来进一步披露根据实施例的太阳能电池的制造方法。图2至图8是顺序地示出太阳能电池的实施例的制造方法的实施例的剖视图。首先，准备半导体基底110，例如硅晶片。例如，半导体基底110可以掺杂有ρ型杂质。随后，将半导体基底110进行表面纹理化。可以通过使用强酸溶液(例如，硝酸或氢氟酸)或强碱溶液(例如，氢氧化钠)的湿方法或者通过干方法(例如，等离子体处理) 来执行表面纹理化。然后参照图2，例如，半导体基底110掺杂有η型杂质。可以通过在高温下散布 POCl3或H3PO4等来掺杂η型杂质。如此形成的半导体基底110包括掺杂有不同杂质的下半导体层IlOa和上半导体层110b。然后参照图3，在半导体基底110的前侧上，设置(例如，形成)也可以是绝缘层的抗反射涂层112。可以通过氮化硅的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等来形成抗反射涂层112。随后，去除留在半导体基底110的后侧上的η型杂质。然后参照图4，在半导体基底110的后侧上，形成包含例如氧化铝的钝化膜130。例如，可以通过化学气相沉积(CVD)来形成钝化膜130。然后参照图5，在钝化膜130的与半导体基底110相对的一侧上，设置(例如，形成)保护层140。如上面进一步披露的，保护层140可以包含具有低反应性的材料，例如铜 (Cu)、钯(Pd)、铱(Ir)或它们的合金或它们的组合，并且保护层140可以通过例如溅射或化学气相沉积(CVD)来形成。合金可以包括铜-铝(Cu-Al)合金、钯-铝(Pd-Al)合金或铱-铝(Ir-Al)合金或它们的组合。然后参照图6，去除保护层140和钝化膜130的一部分，以在保护层140和钝化膜 130中形成通孔135，由此暴露下半导体层IlOa的一部分。可以通过使用波长为大约300纳米(nm)至大约600nm、具体地为大约350nm至550nm、更具体地为大约400nm至大约500nm 的激光的激光切除来去除保护层140和钝化膜130的一部分。可以使用单独的激光在保护层140和钝化膜130中形成通孔135，或者可以一次使用单个激光在保护层140和钝化膜 130中形成通孔135。然后参照图7，在抗反射涂层112的与半导体基底110相对的一侧上，涂覆用于前电极的导电糊120a。用于前电极的导电糊120a可以含有包括银(Ag)等的金属粉末。此外，前电极可以通过丝网印刷来形成，其中，导电糊涂覆在将要形成前电极的位置上，并干燥。然后参照图8，在保护层140的与半导体基底110相对的一侧上，涂覆用于后电极的导电糊150a。可以涂覆用于后电极的导电糊150，从而首先填充通孔135，然后覆盖保护层140的表面。用于后电极的导电糊150a可以包含玻璃料和诸如铝(Al)等的导电材料。此外，后电极可以通过丝网印刷来形成，其中，导电糊施涂覆在将要形成后电极的位置上，并干燥。随后，将其上涂覆了用于前电极的导电糊120a和用于后电极的导电糊150a的半导体基底110放置在高温炉中，并进行烧制。烧制可以在比金属粉末的熔化温度高的温度下执行，例如，在600°c至大约1000°C、具体地为大约650°C至大约950°C、更具体地为大约 700°C至大约900°C下执行。在另一实施例中，在不受限制的情况下，可以单独地烧制用于前电极的导电糊120a和用于后电极的导电糊150a。然后参照图1，由于烧制，用于前电极的导电糊120a穿过抗反射涂层112，从而接触上半导体层110b，用于后电极的导电糊150a通过形成在钝化膜130和保护层140中的通孔135接触下半导体层110a。虽然结合目前被视为实际的示例性实施例的内容描述了本公开，但应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明意在覆盖包括在权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
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；钝化膜，设置在所述半导体基底的一侧上； 保护层，设置在所述钝化膜的与所述半导体基底相对的一侧上； 电极，设置在所述保护层的与所述钝化膜相对的一侧上， 其中，所述电极包括含有玻璃料和导电材料的导电糊的产物，其中，所述保护层包含吉布斯自由能的绝对值比所述玻璃料的每个组分的吉布斯自由能的绝对值小的材料。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述保护层包含铜、钯、铱、它们的合金或它们的氧化物或者它们的组合。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述合金包括铜_铝合金、钯_铝合金或铱-铝合金或者它们的组合。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，基于所述合金的原子百分数为100，所述合金含有0. 1至20原子百分数的铝。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述玻璃料包括PbO、ZnO,SiO2, B203、 Bi203、BaO, Na2O或它们的组合。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述钝化膜包括氧化铝。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述钝化膜和所述保护层包括通孔，所述电极通过所述钝化膜和所述保护层的所述通孔接触所述半导体基底。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中，所述电极仅通过所述钝化膜和所述保护层的所述通孔接触所述钝化膜。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述保护层的厚度为5纳米至500纳米。
10.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括 在半导体基底的一侧上形成钝化膜；在所述钝化膜的与所述半导体基底相对的一侧上形成保护层； 在所述保护层和所述钝化膜中形成通孔；形成通过所述保护层和所述钝化膜的所述通孔接触所述半导体基底的电极， 其中，所述电极包括含有玻璃料和导电材料的导电糊的产物，所述保护层包含吉布斯自由能的绝对值比所述玻璃料的每个组分的吉布斯自由能的绝对值小的材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述保护层包含铜、钯、铱、它们的合金或它们的氧化物或者它们的组合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述合金包括铜-铝合金、钯-铝合金或铱-铝合金或者它们的组合。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述玻璃料包括PbO、ZnO,SiO2, B2O3> Bi203、 BaO, Na2O或它们的组合。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，通过使用波长为300纳米至600纳米的激光的激光切除来执行在所述保护层和所述钝化膜中形成通孔的步骤。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，形成所述电极的步骤包括将所述导电糊丝网印刷， 将所述导电糊进行热处理。
全文摘要
本发明提供了一种太阳能电池和一种制造太阳能电池的方法，所述太阳能电池包括半导体基底；钝化膜，设置在所述半导体基底的一侧上；保护层，设置在所述钝化膜的与所述半导体基底相对的一侧上；电极，设置在所述保护层的与所述钝化膜相对的一侧上，其中，所述电极包括含有玻璃料和导电材料的导电糊的产物，其中，所述保护层包含吉布斯自由能的绝对值比所述玻璃料的每个组分的吉布斯自由能的绝对值小的材料。
文档编号H01L31/18GK102386248SQ20111019657
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月8日 优先权日2010年8月25日
发明者朴用永, 梁祐荣, 金琏熙, 金贤钟, 鲜于文旭 申请人:三星Sdi株式会社, 三星电子株式会社