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：
本发明涉及太阳能电池和制造该太阳能电池的方法，更具体地，涉及通过去除由 用于隔离硅衬底的激光边缘隔离处理所形成的受损层并在其表面上覆盖保护层，能够将缺 陷和电子-空穴复合减小到最少的硅太阳能电池和制造该硅太阳能电池的方法。
背景技术：
由于环境污染和资源枯竭等问题，迫切地需要发展无污染的清洁能源。因此，太 阳能电池连同核能和风能受到了广泛的关注。基于硅(Si)单晶和多晶衬底的太阳能电池 目前已经被研制出并且已经商业化，为了通过减少对原料的使用来制造出更廉价的太阳能 电池，已经在积极地进行对非晶硅薄膜太阳能电池和薄膜型化合物半导体太阳能电池的研允。太阳能电池是利用光电效应将光能转换为电能的器件。根据构成材料将这样的太 阳能电池分类为硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机聚合物太阳 能电池等。这种太阳能电池被独立地用作电子钟、收音机、无人灯塔、人造卫星和火箭等的 主电源和与商用交流电源连接的辅助电源。最近，由于对替代能源的需求增加，对太阳能电 池的关注日益增长。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种硅太阳能电池，该硅太阳能电池通过对经受用于 隔离衬底的正面和背面的激光边缘隔离处理的表面进行保护，能够将表面保护部分的电 子_空穴复合和缺陷减少到最少。本发明的另一目的是提供一种制造硅太阳能电池的方法，该方法通过在形成p-n 结后进行激光边缘隔离处理并用保护层覆盖经边缘隔离处理的表面，能够将表面保护部分 的电子_空穴复合和缺陷减少到最少。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池，该太阳能电 池包括第一导电类型的半导体衬底；第二导电类型的半导体层，其形成在所述衬底上并 具有与所述第一导电类型相反的导电类型；至少一个凹槽，其穿透所述第二导电类型的半 导体层，并达到所述第一导电类型的半导体衬底的预定深度；形成在所述凹槽上的保护层； 第一电极，其与所述第二导电类型的半导体层电接触；以及第二电极，其形成在所述第一导 电类型的半导体衬底上。在本发明中，所述凹槽可以形成在所述太阳能电池的边缘。并且，在本发明中，所 述凹槽可以为隔离所述第一导电类型的半导体衬底的正面和背面的边缘隔离区。在本发明中，所述衬底的背面除了设置有所述第二电极还可以设置有背电场层。在本发明中，所述第一导电类型的半导体衬底的表面可以具有不平坦结构。在本发明中，所述第二导电类型的半导体层可以形成在所述半导体衬底的正面， 并且所述第二电极形成在所述半导体衬底的背面。并且，在本发明中，所述第二导电类型的半导体层和所述第二电极可以形成在所述半导体层的背面。 在本发明中，在所述第二导电类型的半导体层上可以形成有抗反射层。该抗反射 层可以由从硅氮化物(SiNx)、二氧化硅(SiO2)和本征非晶硅所构成的组中选择的一种或多 种材料制成。抗反射层的厚度可以为IOnm至900nm。并且，抗反射层可以由两层或更多层 形成。在本发明中，抗反射层可以由与所述保护层相同的材料制成。并且，抗反射层可以 与所述保护层相连接。根据本发明的另一方面，提供了一种制造太阳能电池的方法，该方法包括如下步 骤形成第一导电类型的半导体层；在第一导电类型的半导体衬底上形成第二导电类型的 半导体层，所述第二导电类型的半导体层具有与所述第一导电类型相反的导电类型；进行 边缘隔离，以隔离所述第一导电类型的半导体衬底的正面和背面；去除通过所述边缘隔离 而形成的受损层；掩埋通过去除所述受损层而形成的凹槽，并形成施加在所述第二导电类 型的半导体层上的抗反射层；以及形成与所述第二导电类型的半导体层和所述抗反射层的 至少一部分接触的第一电极以及与所述衬底的背面的至少一部分接触的第二电极。优选地，本发明的方法还包括在形成所述第一和第二电极之前、期间或之后在所 述衬底的背面上形成背电场层的步骤。在本发明中，通过在所述第一导电类型的半导体衬底上掺杂第二导电类型的半导 体杂质来执行形成所述第二导电类型的半导体层的步骤，其中所述第二导电类型的半导体 杂质具有与所述第一导电类型相反的导电类型。优选地，本发明的方法还包括在形成所述第一和第二电极之前将所述第一导电 类型的半导体衬底的表面纹理化的步骤。优选地，本发明的方法还包括在形成所述抗反射层之前，去除在形成所述第二导 电类型的半导体层的过程中生成的绝缘层的步骤。在本发明中，所述边缘隔离可以包括激光边缘隔离法、等离子体刻蚀法和刻蚀剂 刻蚀法中的任意一种。在本发明中，所述抗反射层可以由从硅氮化物(SiNx)、二氧化硅(SiO2)和本征非 晶硅所构成的组中选择的一种或多种材料制成。并且，所述抗反射层的厚度可以为IOnm至 900nm。此外，所述抗反射层可以由两层或更多层形成。在本发明中，形成所述第一电极的步骤可以包括如下步骤在所述抗反射层上形 成电极，对其进行热处理，使其接触到所述第二导电类型的半导体层上。根据本发明，通过对经受了用于隔离衬底的正面和背面的边缘隔离处理的表面进 行保护，将表面保护部分的电子-空穴复合和缺陷减少到最少，使得可以提高太阳能电池 的效率。此外，根据本发明，通过与现有技术的硅太阳能电池制造方法稍有差别的工艺来 对经受了边缘隔离处理的表面进行保护，使得能够在工艺的复杂度没有明显提高和制造成 本没有提高的情况下，提高太阳能电池的效率。
通过下面结合附图对优选实施方式进行的描述，可以更加清楚地理解本发明的上
5述和其它目的、特征和优点，附图中图1为示意性地示出了根据本发明一个实施方式的硅太阳能电池的基本结构的 剖视图；以及图2至图8为用于解释根据本发明一个实施方式的硅太阳能电池制造工艺的过程 图。
具体实施例方式下文中，用于本发明的部件的术语并不限于以上提及的术语，本领域技术人员可 以容易地使用可替换的术语。在根据本发明的一个实施方式的太阳能电池中，第一导电类型的半导体衬底并不 受特别的限制，但优选地可以为P型硅衬底或η型硅衬底。此外，第二导电类型的半导体层可以被称为第二导电类型的发射层。同时，由于第 二导电类型的半导体层具有与第一导电类型的半导体衬底相反的导电类型，因此在P型硅 衬底的情况下，第二导电类型的半导体层为η型半导体层或η型发射层，而在η型硅衬底的 情况下，第二导电类型的半导体层为P型半导体层或P型发射层。凹槽可以由沟限定，并可以表示穿透第二导电类型的半导体层并达到第一导电类 型的半导体衬底的上部的预定深度的沟。当从太阳能电池的上方观察时，该凹槽可以形成 为挖至预定深度的线。在本发明中，可以通过用于将第一导电类型的半导体衬底的正面和背面进行隔离 的边缘隔离处理来形成凹槽。边缘隔离处理是本领域所公知的，并不受特别的限制。优选地，边缘隔离处理可以 是激光隔离法、等离子体刻蚀法和刻蚀剂刻蚀法中的任意一种。在本发明中，凹槽可以被形成为线型沟，并可以位于适于将第一导电类型的半导 体衬底的正面和背面进行隔离的任何位置。优选地，凹槽可以形成在太阳能电池的边缘。在本发明中，衬底的背面还可以设置有与第二电极电连接的背电场层。在这种情 况下，背电场层层叠在第一导电类型的半导体衬底的背面上，第二电极形成在预定位置并 可以被形成为与第一导电类型的半导体衬底的一部分接触。此外，根据本发明的一个实施方式，第一导电类型的半导体衬底、第二导电类型的 半导体层和抗反射层的表面可以为不平坦结构。可以通过纹理化(texturing)方法来形成第一导电类型的半导体衬底的不平坦 表面，并接着在其上层叠薄膜层，从而形成不平坦结构。在本发明中，抗反射层可以由从硅氮化物(SiNx)、二氧化硅(SiO2)和本征非晶硅 所构成的组中选择的一种或多种材料制成，但并不特别地限定于此。此外，抗反射层的厚度 可以为几十至几百纳米，优选地，为IOnm至900nm。在本发明中，由于并不特别地限制形成抗反射层、第一电极和第二电极的位置，因 此根据本发明的太阳能电池可以应用于IBC型或MWT (金属缠绕，Metal-Wrap-Through)型。根据本发明的一个实施方式的太阳能电池的制造方法还可以包括在形成第一和 第二电极之前、期间或之后在衬底的背面形成背电场层的步骤。换言之，可以先形成能够形成在第一导电类型的半导体衬底的背面上的背场层，
6接着形成第一电极和第二电极，也可以在形成这些电极的期间一同形成能够形成在第一导 电类型的半导体衬底的背面上的背场层。此外，可以在形成第二电极的位置之外的其余衬 底背面上形成背电场层，而不是形成所有电极后接着在上面覆盖第二电极的类型。在本发明中，形成第二导电类型的半导体层的步骤可以通过在第一导电类型的半 导体衬底上掺杂导电类型与第一导电类型相反的第二导电类型半导体杂质来形成。因此， 如果第一导电类型的半导体衬底是ρ型半导体衬底，则杂质是选自由作为η型半导体杂质 的V族元素所构成的组的一种或多种材料，而如果衬底是η型半导体衬底，可以将选自由作 为P型半导体杂质的III族元素所构成的组的材料作为杂质。本发明还可包括在形成第二导电类型的半导体层的步骤之前，将第一导电类型的 半导体衬底的表面纹理化的步骤。此外，本发明还可包括去除在形成第二导电类型的半导体层期间生成的绝缘层的 步骤。该绝缘层并不限于任何特定的材料。同时，作为在形成第二导电类型的半导体层时 生成的副产物，典型地可能形成玻璃副产物层，如磷硅玻璃(PSG)或硼硅玻璃(BSG)。在本 发明中，可以在进行边缘隔离之后的任何步骤中进行去除副产物的处理，优选地可以在去 除受损层的步骤和形成抗反射层的步骤之间进行去除副产物的处理。在本发明中，可以利用激光边缘隔离法、等离子体刻蚀法和刻蚀剂刻蚀法中的任 意一种来形成边缘隔离执行步骤中的边缘隔离。在根据本发明的制造方法中，抗反射层可以由从硅氮化物(SiNx)、二氧化硅 (SiO2)和本征非晶硅所构成的组中选择的一种或多种材料制成。此外，以凹槽的底面为基 准，抗反射层的厚度可以为几十至几百纳米，优选地，为IOnm至900nm。下面，将结合附图描述本发明的优选实施方式。太阳能电池的结构图1为示意性地示出了根据本发明一个实施方式的硅太阳能电池的基本结构的 剖视图。如图1所示，本发明的硅太阳能电池300包括顺序形成的第一导电类型的半导 体衬底(具体地，为至少第一导电类型的硅衬底310)、第二导电类型的半导体层或发射层 320、抗反射层350，其中抗反射层350根据激光边缘隔离处理所形成的结构从第一导电类 型的硅衬底310的边缘穿透第二导电类型的发射层320，并与第一导电类型的硅衬底310接 触。第一导电类型和第二导电类型可以分别为ρ型和η型，或者第一导电类型和第二 导电类型可以分别为η型和ρ型。此处，为了便于解释，将作为示例来描述第一导电类型和 第二导电类型分别为P型和η型的情况。在制造硅太阳能电池时，在用于形成ρ-η结的几种方法中，通过在ρ型硅衬底310 上掺杂η型材料而形成η型发射层320的方法被广泛使用。当使用该方法时，在掺杂过程 中甚至会在硅衬底310的边缘部分掺入掺杂材料。因此，硅衬底310的正面和背面彼此电 接触，这可能造成太阳能电池的效率降低。因此，应当毫无例外地进行边缘隔离处理，以隔离硅衬底310的正面和背面或者 硅衬底310的上表面和下表面。激光边缘隔离处理是这样的边缘隔离处理中的一种。本发明在形成η型发射层320后进行激光边缘隔离，并在去除由激光生成的受损层330后形成抗反射层350，使得起钝化层作用和双重抗反射层作用的抗反射层350覆盖经 过激光边缘隔离处理的表面。换言之，本发明具有这样的结构抗反射层350从硅衬底310的边缘部分穿透η型 发射层320，并与ρ型硅衬底310接触。由于从η型发射层320到ρ型硅衬底310的预定深 度形成的凹槽在施加抗反射层350之前就形成在硅衬底310的边缘部分，因此，仅通过施加 抗反射层350就可以进行穿透，并且如上所述，其中由激光边缘处理的结果而生成凹槽。采用利用抗反射层350覆盖经激光边缘隔离后的表面的结构，将该表面附近的缺 陷和电子_空缺复合减少到最少，由此可以提高太阳能电池的效率和可靠性。抗反射层350可以由诸如硅氮化物(SiNx)、二氧化硅(SiO2)和本征非晶硅之类的 材料制成。这可以起到将太阳能电池300的反射率最小化的作用并起到钝化层的作用。同 时，考虑到用作钝化层和用作双重抗反射层，可以将抗反射层350形成为合适的厚度，优选 地，为几十至几百纳米(nm)。考虑到上述功能，抗反射层350可以由两层或更多层形成。下面将详细描述具有上述结构和可以根据任何原理形成的结构的太阳能电池300 的制造过程。制造太阳能电池的方法图2至图8为顺序地示出了根据本发明一个实施方式的硅太阳能电池300的制造 工艺的图。下面，将参照图2至图8描述硅太阳能电池300的制造工艺。首先，如图2所示，在ρ型硅衬底310的上表面或下表面中的至少一个表面上形成 纹理化结构。该纹理化结构对入射到太阳能电池300内部的太阳光进行漫反射，使得该纹 理化结构起到降低对太阳光的反射率以及收集光的作用。作为形成纹理化结构的方法，可 以使用将P型晶体硅衬底310浸入到刻蚀剂中的处理等，并可以将纹理化结构形成为各种 形状，如锥形、规则的方蜂窝形、三角蜂窝形。接着，如图3所示，为了形成p-n结，在ρ形硅衬底310上形成η型发射层320。该 η形发射层320可以通过诸如扩散法、喷涂法或印刷处理法之类的方法来形成，但假设本发 明使用扩散法。作为一个示例，可以通过将η型材料(如五价的磷(P))注入到P型硅衬底310中 而形成η型发射层320。作为扩散η型材料的方法，可以使用热扩散法等。作为一个示例，可以使用将P型 硅衬底310放入高温炉中，向炉的内部注入η型材料(例如POCl3)进行掺杂的方法。另 一方面，可以通过使用离子注入法直接将η型材料注入ρ型硅衬底310来形成η型发射层 320。此时，当然能够通过相对地增加所注入的η型材料的浓度，而将η型发射层320形成 为η+型。为了形成η型发射层320，由于在掺杂η型材料的过程中会将掺杂材料掺入到硅衬 底310的边缘部分，因此，硅衬底310的正面和背面彼此电连接，这可能会导致太阳能电池 的效率降低。因此，为了隔离硅衬底310的正面和背面或者硅衬底310的上表面和下表面， 应当毫无例外地进行边缘隔离处理。图4示出了在利用作为隔离处理的一种的激光边缘隔 离对硅衬底310的正面和背面进行了隔离以后的外观。当进行激光边缘隔离处理时，一部分被高温激光融化并随后硬化，S卩，会形成受损 层330。由于这可能会造成太阳能的效率降低，因此应该被去除。为此，通过使用碱溶液(如氢氧化钾(KOH)溶液或氢氧化钠(NaOH)溶液)来控制受损层330。图5示出了在使用这些 碱溶液去除了受损层330之后的外观。同时，在为了形成η型发射层320而扩散η型材料的过程中，可能会在硅衬底310 的表面形成玻璃的副产物层或绝缘层325，例如磷硅玻璃(PSG)或硼硅玻璃(BSG)。在执行了激光边缘隔离处理并去除了由该处理而生成的受损层330后，去除PSG 或BSG等的绝缘层325。可以利用已有技术(如使用氢氟酸(HF)溶液的湿法刻蚀的方法) 来执行该去除。图6示出了去除了绝缘层之后的外观。在去除绝缘层325后，如图7所示，在η型发射层320上形成抗反射层350。可以 使用化学气相沉积的方法沉积抗反射层350，并可以使用诸如硅氮化物(SiNx)、二氧化硅 (SiO2)或本征非晶硅之类的材料。该抗反射层350可以起到将太阳能电池300的反射率最 小化的作用以及起到钝化层的作用。结果，太阳能电池300的缺陷被减少到最少并减少了 电子-空穴对的复合，使得可以提高太阳能电池300的效率。考虑到用作钝化层和用作双 重抗反射层，可以将抗反射层350形成在几十至几百纳米的厚度。考虑到上述功能，抗反射 层350可以由两层或更多层形成。在本发明中，由于去除了在激光边缘隔离处理之后生成的受损层330，并随后形成 了用作钝化层和双重抗反射层的抗反射层350，抗反射层350被施加在经过了边缘隔离处 理的表面上，使得经过了边缘隔离处理的表面可以受到抗反射层350保护。因此，边缘隔离的表面没有暴露于空气，并且其表面没有形成不必要的氧化物等， 因此可以防止电子-空穴复合等，使得可以提高太阳能电池的效率。随后的处理与现有技术中的制造太阳能电池的方法相同。简单地说，在形成抗反 射层350之后，如图8所示，形成第一电极370和第二电极380，并通过执行热处理而形成后 场形成层385。 第一电极370可以通过使用诸如银Ag的材料来形成。可以使用丝网印刷法等作 为形成方法，并且第一电极370穿透抗反射层350并通过实施随后的热处理过程来与η型 发射层320电接触。另一方面，第二电极380可以通过使用诸如铝(Al)的材料来形成，并也可以使用 丝网印刷法等来形成。在印刷了第一电极370和第二电极380之后，如果在高温下对它们 进行热处理，则第二电极380作为硅衬底310的下表面的杂质而将硅衬底310的下表面变 为P+型或P++型。该P+型层或P++型层作为场形成层385。该场形成层385将使由太阳光 而生成的电子的后复合减少到最少，使得可以提高太阳能电池的效率。虽然作为本发明的一个实施方式描述了扩散硅太阳能电池，但本发明还可以适用 于薄膜型和/或混合型(即，这样类型的太阳能电池通过在半导体衬底上形成非晶硅层而 具有p/i/n结的结构)等。尽管参照当前的优选实施方式描述了本发明，但应当理解，在不偏离如所附的权 利要求所阐述的本发明的范围或精神的条件下，可以做出各种修改和等同替换。因此，本发明意在涵盖落入所附的权利要求及其等同物的范围内的对本发明的修 改和变形。
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权利要求
一种太阳能电池，其包括第一导电类型的半导体衬底；第二导电类型的半导体层，其形成在所述衬底上并具有与所述第一导电类型相反的导电类型；至少一个凹槽，其穿透所述第二导电类型的半导体层，并达到所述第一导电类型的半导体衬底的预定深度；形成在所述凹槽上的保护层；第一电极，其与所述第二导电类型的半导体层电接触；以及第二电极，其形成在所述第一导电类型的半导体衬底上。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述凹槽形成在所述太阳能电池的边缘。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述凹槽为隔离所述第一导电类型的半导 体衬底的正面和背面的边缘隔离区。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述衬底的背面除了设置有所述第二电极 还设置有背电场层。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第一导电类型的半导体衬底的表面具 有不平坦结构。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第二导电类型的半导体层形成在所述 半导体衬底的正面，并且所述第二电极形成在所述半导体衬底的背面。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第二导电类型的半导体层和所述第二 电极形成在所述半导体衬底的背面。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中在所述第二导电类型的半导体层上形成有 抗反射层。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述抗反射层由从硅氮化物SiNx、二氧化 硅SiO2和本征非晶硅构成的组中选择的一种或多种材料制成。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述抗反射层的厚度为IOnm至900nm。
11.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述抗反射层由两层或更多层形成。
12.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述抗反射层由与所述保护层相同的材 料制成。
13.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述抗反射层与所述保护层相连接。
14.一种制造太阳能电池的方法，该方法包括如下步骤形成第一导电类型的半导体层；在第一导电类型的半导体衬底上形成第二导电类型的半导体层，所述第二导电类型的 半导体层具有与所述第一导电类型相反的导电类型；进行边缘隔离，以隔离所述第一导电类型的半导体衬底的正面和背面；去除由所述边缘隔离而形成的受损层；掩埋通过去除所述受损层而形成的凹槽，并形成施加在所述第二导电类型的半导体层 上的抗反射层；以及形成与所述第二导电类型的半导体层和所述抗反射层的至少一部分接触的第一电极 以及与所述衬底的背面的至少一部分接触的第二电极。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括在形成所述第一和第二电极 之前、期间或之后，在所述衬底的背面上形成背电场层的步骤。
16.根据权利要求14所述的方法，其中通过在所述第一导电类型的半导体衬底上掺杂 第二导电类型的半导体杂质来执行形成所述第二导电类型的半导体层的步骤，其中所述第 二导电类型的半导体杂质具有与所述第一导电类型相反的导电类型。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括在形成所述第一和第二电极 之前将所述第一导电类型的半导体衬底的表面纹理化的步骤。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括在形成所述抗反射层之前，去 除在形成所述第二导电类型的半导体层的过程中生成的绝缘层的步骤。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述边缘隔离包括激光边缘隔离法、等离子体 刻蚀法和刻蚀剂刻蚀法中的任意一种。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述抗反射层由从硅氮化物SiNx、二氧化硅SiO2 和本征非晶硅构成的组中选择的一种或多种材料制成。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述抗反射层的厚度为IOnm至900nm。
22.根据权利要求14所述的方法，其中所述抗反射层由两层或更多层形成。
23.根据权利要求14所述的方法，其中形成所述第一电极的步骤包括如下步骤在所 述抗反射层上形成电极，对其进行热处理，使其接触到所述第二导电类型的半导体层上。
全文摘要
本发明涉及太阳能电池和制造该太阳能电池的方法。更具体地，本发明提供一种通过去除由用于隔离硅衬底的激光边缘隔离处理所形成的受损层并在其表面上覆盖保护层，能够将缺陷和电子-空穴复合减小到最少的硅太阳能电池和制造该硅太阳能电池的方法。
文档编号H01L31/04GK101933156SQ200980103725
公开日2010年12月29日 申请日期2009年2月23日 优先权日2008年2月25日
发明者尹周焕, 金范城, 金钟焕, 高志勋 申请人:Lg电子株式会社