形成光伏器件的方法以及光伏器件的利记博彩app
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请涉及在2011年11月7日提交的共同待决和共同转让的美国申请 13/290404,通过引用将其全部内容并入本文中。
技术领域
[0003] 本申请涉及光伏器件，并且更具体地，涉及诸如太阳能电池的光伏器件。
【背景技术】
[0004] 光伏器件是将入射光子的能量转换成电动势（e.m.f.)的器件。典型的光伏器件 包括太阳能电池，太阳能电池被配置为将来自太阳的电磁辐射中的能量转换成电能。由于 其高效率和辐射稳定性，包括化合物半导体的多结太阳能电池可用于在空间中的功率生 成。
【发明内容】
[0005] 在一个实施例中，提供一种光伏器件，所述光伏器件包括单结太阳能电池，所述单 结太阳能电池由具有第一导电性类型的IV型半导体材料的吸收层、具有第二导电性类型 的III-V型半导体材料的发射极层提供，其中，所述III-V型半导体材料为非晶体并且具有 不大于50nm的厚度。
[0006] 在另一方面，提供一种形成光伏器件的方法，其中，所述光伏器件为单结太阳能电 池，所述单结太阳能电池由第一导电性的III-V型半导体材料的发射极层以及第二导电性 的IV型半导体材料的吸收层提供。在一个实施例中，所述方法包括提供具有第一导电性的 晶体IV型半导体材料的吸收层，以及在所述吸收层的表面上形成具有第二导电性的非晶 体III-V型半导体材料的发射极层。
【附图说明】
[0007] 通过举例方式给出的下列详细说明并不旨在限制本发明，下列详细说明将参考附 图得以最好的理解，其中，类似的参考标号表示类似的元件和部分，其中：
[0008] 图1为根据本申请的一个实施例的单结太阳能电池的侧面截面图，该单结太阳能 电池由IV型半导体材料的吸收层和非晶体III-V型半导体材料的发射极层提供。
[0009] 图2为根据本申请的一个实施例的初始结构的侧面截面图，该初始结构可以被利 用以形成类似于图1中所描绘的单结太阳能电池，其中，该初始结构包括IV型半导体材料 的衬底，该衬底提供单结太阳能电池的吸收层。
[0010] 图3为根据本申请的一个实施例的描绘了纹理化IV型半导体材料的衬底的侧面 截面图。
[0011] 图4为根据本申请的一个实施例的描绘了在IV型半导体材料衬底的纹理化表面 上形成非晶体III-V型半导体材料的侧面截面图，其中，非晶体III-V型半导体材料的至少 一部分提供单结太阳能电池的发射极层。
[0012] 图5为根据本申请的描绘了本申请的另一实施例的侧面截面图，其中，在非晶体 III-V发射极层的生长之前，在吸收层顶上的钝化层被构图。
[0013] 图6为根据本申请的一个实施例的描绘了形成背接触至吸收层的侧面截面图。
[0014] 图7为根据本申请的一个实施例的描绘了在吸收层中形成局部的背表面场区域 的侧面截面图。
[0015] 图8为根据本申请的一个实施例的描绘了在吸收层和邻近吸收层的背表面的钝 化层之间形成一个或多个材料层的侧面截面图。
[0016] 图9为根据本申请的一个实施例的描绘了单结太阳能电池的侧面截面图，其中， 在吸收层顶上的材料层类似于在吸收层下的材料层。
[0017] 图10为描绘了具有根据本申请的原理形成的发射极层的示例性单结太阳能电池 的侧面截面图。
[0018] 图11为在1太阳（sun)的照射下的图10中所示的单结太阳能电池的实验测量的 特性的绘图。
【具体实施方式】
[0019] 这里公开所要求保护的结构和方法的具体实施例；然而，应理解，所公开的实施例 仅为可以各种形式来体现的所要求保护的结构和方法的例子。另外，关于各种实施例给出 的每个实例旨在说明，而非限制。进一步，附图不必按比例尺，一些特征可被放大以示出特 定部件的细节。由此，这里公开的具体结构和函数细节不被解释为限制性的，而是仅为用于 教导本领域技术人员以各种地采用本申请的方法和结构的代表性基础。
[0020] 在说明书中对" 一个实施例"、"一实施例"、" 一实例实施例"等等的提及，包括特定 的特征、结构或者特性，但是每个实施例不必包括该特定的特征、结构或者特性。再者，这样 的措辞不必涉及相同的实施例。进一步，当描述关于实施例的特定的特征、结构或者特性 时，无法是否明确地描述，应认为影响关于其它实施例的这样的特征、结构或者特性是在本 领域技术人员的知识范围之内。
[0021] 出于下文表面描述的目的，如其在附图中被标定方向那样，术语"上"、"下"、"左"、 "右""垂直"、"7jC平"、"顶"、"底"及其派生词应涉及发明。术语"上覆"、"在……顶上'"定 位在……上"或者"定位在……顶上"意味着诸如第一结构的第一要素存在于诸如第二结 构的第二要素上，其中，在第一要素和第二要素之间可存在诸如界面结构的中间要素。术语 "直接接触"意味着连接诸如第一结构的第一要素和诸如第二结构的第二要素，而在两个要 素的界面处没有任何中间导电、绝缘或者半导体层。
[0022] 在一个实施例中，本申请提供诸如太阳能电池的单结光伏器件及其制造方法。如 本文所使用，"光伏器件"为当暴露到诸如光的辐射时，产生自由电子和/或诸如空穴的空 位（vacancy)并且导致电流的产生的器件，例如为太阳能电池。单结光伏器件典型地包括 与n型导电性的半导体层共享界面的p型导电性的半导体层，其中，界面提供电结。如果n 型和p型区域由不同的组分和/或晶体结构的两种不同的半导体材料组成，结被称为异质 结。单结光伏器件包括为非晶体的III-V型半导体材料的发射极层和由IV型半导体材料 组成的吸收层。III-V型半导体材料为由选自元素周期表的III和V族的元素组成的化合 物半导体。IV型半导体材料为选自元素周期表的IV族的半导体材料。
[0023] 由于当被形成在IV型半导体材料上的宽带隙电特性，对于光伏器件，一些III-V 型半导体材料是感兴趣的，其中，IV型半导体材料具有较小带隙值。例如，硅（Si)为具有 1.leV的带隙的IV型半导体材料，而诸如氮化镓（GaN)的III-V型半导体具有3. 3eV的带 隙。由于两种或者更多不同带隙的存在允许太阳光谱的更有效收集，即，具有较短波长的光 子被有效地收集在顶电池中，而具有较长波长的光子被有效地收集在底电池中，对于光伏 器件而言III-V型半导体材料是感兴趣的。于是，通过恰当的电池设计，可改善太阳能电池 的输出电压和/或电流。然而，诸如串叠（双结）的多结的低效率，至少包括包含III-V型 半导体材料的顶电池和包含IV型半导体材料的底电池的光伏器件已经限制III-V型半导 体材料的优点。已经确定，从包括由III-V型半导体材料组成的顶电池的多结光伏器件测 量的低效率源自在下伏电池的硅上的III-V型半导体材料（例如氮化镓）的差外延生长。 III-V半导体材料的差外延生长导致在由III-V型半导体材料组成的光伏器件的电池中的 高密度的结构缺陷。其结果是，在III-V型半导体材料中的载流子寿命和由此的包括III-V 型半导体材料的电池的效率被降低。
[0024] 在一个实施例中，通过使用单结光伏器件，而非使用多结光伏器件，本申请利用 III-V型半导体材料的宽带隙特性，其中，单结光伏器件的发射极层由为非晶体的III-V型 半导体材料组成并且具有50nm或者更小的厚度，例如10nm或者更小，并且单结光伏器件的 吸收层由IV型半导体材料组成。这是因为，作为薄非晶体III-VIII-V发射极层的结果，通 过非晶体III-V发射极层的载流子收集被隧穿主导而非扩散。如本文所使用，术语"单结" 表示光伏器件仅包括一个P_n结。"p-n结"为在具有p型导电性的第一材料（例如，p型 发射极层）和具有n型导电性的第二材料（n型吸收层）之间的界面。与单结光伏器件相 反，多结光伏器件由多个P_n结组成。
[0025] 与包括由IV型半导体材料组成的发射极层的太阳能电池相比，本文所公开的结 构的III-V型半导体材料发射极层和方法，以至少下述方式的一种，改善公开的单结太阳 能电池的性能。对于III-V型半导体材料的n型发射极层，与IV型半导体材料的吸收层相 t匕，发射极层的III-V型半导体材料的较低电子亲和势增加了在发射极层处的电子和空穴 的准费米能级的分裂（通过提高电子的准费米能级），并由此增加电池的开路电压。类似 地，对于III-V型半导体材料的p型发射极层，与IV型半导体材料的吸收层相比，III-V型 半导体材料的较高的空穴亲和势增加了在发射极层处的电子和空穴的准费米能级的分裂 (通过降低空穴的准费米能级），并由此增加电池的开路电压。材料的空穴亲和势被限定为 该材