光生伏打电池以及制造这种电池的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及背接触太阳能电池，更一般地说，涉及光生伏打电池，该光生伏打电池具有位于电池背表面的基极区和发射极区以及位于前表面的前浮置发射极层，背表面即是被定向成远离太阳的表面。
【背景技术】
[0002]已知的是，通过使用前浮置发射极(FFE, front floating emitter)来使这种光生伏打电池的前表面钝化。表面的电钝化包括抑制表面或者表面附近的复合损耗。前浮置发射极(FFE)是非接触式的、光生伏打电池的半导体衬底的前表面处的电浮置层，其掺杂类型与发射极相同，即，掺杂类型与衬底的本体相反。例如从H.Haverkamp等人的题为“Screen printed interdigitated back contact solar cells with laser firedcontacts”的文章(论文集，EU-PVSEC 2006德累斯顿(Dresden))可获知具有这种钝化处理的电池。
[0003]前浮置发射极(FFE)通过降低表面处的移动正电荷载流子和移动负电荷载流子的密度的乘积来提供钝化，使得取决于该乘积的复合速率的影响被降低。然而，随着在表面处提供增加的掺杂水平的掺杂分布中掺杂水平的增加，诸如俄歇复合(Augerrecombinat1n)之类的其它复合机制增加。因此，FFE的掺杂水平是一种折中方案。图1a针对典型的现有技术太阳能电池设计，借助于作为掺杂水平(由FFE的暗电导率表示)的函数的太阳能电池效率的曲线图示出了这种情况。由于电导率取决于自由电荷载流子的密度，因此该电导率是掺杂水平的量度。效率(n，eta)是电输出功率与入射太阳光功率的比率。对于非常小的掺杂水平(未示出)，由于对表面处少数电荷载流子密度的抑制减少，因此效率下降。对于较高的掺杂水平，效率下降是诸如间接复合(SRH，Shockley-Read-Hall)和俄歇复合之类的复合过程的结果。该图中示出了根据多个现有技术公开的电导率值(迪克尔(Dicker)等人的 “Analysis of rear contacted solar cell structures forcost-effective processes and materials，，，论文集 IEEE_PVSC_2000，387-390 页；舒马赫(Schumacher) J.0.舒马赫(Schumacher)的 “Numerical simultat1n of silicon solarcells with novel cell structures”，博士论文，2000年，康斯坦茨大学，136 页;陈(Chan)的“Simplified interdigitated back contact solar cells，，，Silicon PV 2012，EnergyProcedia 27 (2012)，543 - 548页)。次优的偏离值(outlying value)是根据迪克尔示例的推理值，其中，出于简化处理的目的，前浮置发射极具有的电导率与背表面所使用的电导率相同。
[0004]不同于前表面，这种背接触光生伏打电池的背表面除了发射极区之外还需要包含基极区(或者更具体地是背表面场区)，在基极区和发射极区上具有触点。基极区具有的净掺杂的导电类型与衬底相同，而发射极区具有相反导电类型的净掺杂。背表面场区相比于衬底具有增强的掺杂。通常，使用交指式带状区来形成交替的基极带区和发射极带区。因为电遮挡效率取决于基极带的宽度，图1b针对典型的太阳能电池示出了作为基极带宽度的函数的效率。通常，使用窄基极带来获得最佳效率。作为示例，在图1b中示出了迪克尔和陈所使用的宽度。
[0005]尽管窄的宽度防止了由于电遮挡而造成的效率损失，但这需要付出代价。基极区的宽度窄增加了加工成本，因为它强加了严苛的制造公差。此外，宽度越窄，在背表面上就需要越多的基极(背表面场)_发射极对，这也会降低效率。而且，基极区的宽度与发射极区的宽度之间的差异可能会需要使用不同的电极设计，这也会使制造过程变复杂。
[0006]US 7，339，110公开了一种具有印刷在背表面上的交指式背表面场区和发射极区的太阳能电池。具有浮置前表面场的电池被广泛地描述，但是也提到了使用前浮置发射极的可能性。在具有浮置前表面场的示例中，使用宽度为0.7毫米的发射极区。US 7，339，110提到浮置前表面场的许多替选方案，包括前表面上的浮置结，用于提供对前表面上的硅-二氧化硅界面的良好钝化。公开了一种100欧姆/平方(10毫西门子平方)的薄层电阻率作为这种浮置结层的示例。
【发明内容】
[0007]除了其它之外，本发明的目的之一是提供一种更高效的光生伏打电池，其中在背表面上使用更宽的基极区。
[0008]提供了根据权利要求1所述的光生伏打电池。在本文中，使用宽度大于0.6毫米并且更优选大于0.75毫米、0.8毫米或者甚至大于I毫米的背表面场区。使用具有下述平均电导率值的前浮置发射极层，该平均电导率值显著高于使表面复合最小化所需的电导率值，并根据背表面场区的宽度而选择。已经发现，在前浮置发射极层中使用这样的平均电导率值可以用于实现宽的背表面场区而不造成效率的巨大损失。在一实施例中，前浮置发射极层可以沿着前表面的横向方向连续延伸。可替选地，前浮置发射极层可以被中断，以例如形成背表面场区之上的区，或者形成背表面场区之上到背表面场区之上的边缘的前浮置发射极图案。
[0009]在一实施例中，前浮置发射极层的平均电导率至少为电导率值C = a*W_b，其中W为所述背表面场区的宽度，单位为毫米，系数a = 5.54毫西门子平方/毫米以及系数b =1.0毫西门子平方。优选地，前浮置发射极层的平均薄层电导率小于25毫西门子平方。
[0010]优选地，半导体衬底的本体(也称作基底)具有η-型的导电类型。优选地，本体的薄层电阻至少为138欧姆每平方，例如对于145微米厚的晶圆是2欧姆厘米。
[0011]在一实施例中，光生伏打电池包括背表面场区上的第一导体和背表面发射极区上的第二导体，第一导体和第二导体具有基本上相等的宽度。这可以用于使提供导体的成本最小化。
[0012]在一实施例中，使用宽度与背表面发射极区域相同的、位于衬底的背表面处的背表面场区。这可以用于简化布局。优选地，背表面发射极区域的宽度是背表面场区的宽度的0.2倍与2倍之间，并且优选地在0.5倍与1.5倍之间。表面发射极区域的宽度小会降低效率。可以选择发射极宽度来优化效率。
[0013]在一实施例中，衬底包括与衬底的前表面邻接的浮置前表面场层，浮置前表面场层位于前表面与前浮置发射极层之间。前表面场层是这样的层，该层具有的导电类型与衬底的本体相同，也就是说，导电类型与前浮置发射极层的导电类型相反。在制造期间，可以例如通过对前浮置发射极层和浮置前表面场层使用连续的掺杂步骤来实现这些层。在该实施例中，浮置前表面场层用于减少表面复合，而前浮置发射极层用于提供对来自衬底的光生少数电荷载流子(在前浮置发射极层中这些是多数电荷载流子)的横向运输。通过将这些功能拆分，可以实现更高的效率。
[0014]优选地，基极上方的前浮置发射极包含开口(如图5a所示)，所述开口包含与前表面场层的导电类型相同的半导体材料(或者金属)，以利于多数电荷载流子的纵向运输。如果在发射极上方存在前浮置发射极，则该前浮置发射极优选地包含类似地开口。
[0015]在另一实施例中，导电连接从前浮置表面场层经过前浮置发射极层到衬底的本体。这通过帮助多数电荷载流子从背表面发射极区上方的衬底本体经由前浮置表面场层运输到背表面场区上面的位置来提高效率。这些导电连接可能非常小，例如直径不超过衬底本体中的少数电荷载流子扩散长度的两倍。
[0016]优选地，导电连接还设置在背表面发射极区上方的前浮置发射极层中。这些开口可以基本上在整个背表面发射极区上面延伸。这促进了从衬底的本体到