[發明專利]三維晶體硅太陽能電池

在審

• 申請號: 201310386723.5
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103681955A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 何頌賢;范智勇
• 申請（專利權）人: 香港城市大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/068;H01L31/0352
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 劉春生;于寶慶

技術領域

本發明總體上涉及一種具有超淺結的三維晶體硅太陽能電池的制造，所述超淺結通過利用表面織構化和分子單層摻雜工藝形成。

背景技術

由于太陽能豐富且清潔，對廣泛的能源相關應用而言，光伏器件極具吸引力。然而，目前硅和其他太陽能電池的高成本阻礙了它們超越傳統能源用于地面應用。太陽能電池高成本的部分原因是由于它們的低效率。

太陽能電池的轉化率（或光電轉化率）定義為太陽能電池的電輸出與太陽能電池表面區域入射的太陽能之比。提高太陽能電池光電轉化率的一種方式是在表面附近形成超淺結，其中結的深度一般小于100nm。由于大多數的電子-空穴對光照生成僅出現于器件表面以下，因此超淺結使載荷子得以有效地分離。

通常采用離子注入摻雜在硅中形成超淺結。離子注入的摻雜步驟可能導致晶體缺陷。可利用退火步驟恢復結晶度，但退火進一步擴大了摻雜劑分布。由于離子注入僅能沿一個方向引入摻雜劑，因此在三維結構中實現摻雜也是不可行的，會導致在三維結構中的不均一和非均勻摻雜。

存在替代方法，例如氣相摻雜或等離子體摻雜，來獲得硅中的超淺結，而不會有離子注入導致的晶體損傷。雖然這些方法消除了晶體損傷，但對于摻雜劑量的控制而言，氣相摻雜和等離子體摻雜都不是可靠的方式。

上述背景僅意在提供關于在硅中形成超淺結的相關信息的概述，并不意在詳細描述。參閱以下詳述部分中各種非限制性實施方式中的一個或多個實施方式，其他內容可變得更加清楚。

發明內容

以下給出說明書的簡單概述，以供對說明書的一些方面獲得基本的理解。該概述部分不是對說明書的廣泛概括。既不意在確定說明書的主要或關鍵要素，也不意在描述說明書的具體實施方式的任何范圍或權利要求的任何范圍。唯一的目的是以簡化的形式給出說明書的一些構思作為之后更詳細描述的前序。

根據一個或多個實施方式及相應的內容，關于在不產生大量晶體缺陷的情況下在結晶襯底中形成超淺結，對非限制性的各個方面進行了描述。具有硅超淺結的襯底可用于太陽能電池以提高光電轉化率。超淺結可在劑量可控且對襯底沒有晶體損傷的情況下制成。

根據一種實施方式，描述了在晶體硅襯底的表面內形成超淺結的方法。可對晶體襯底的表面進行織構化以形成三維表面。然后，使含摻雜劑分子單層自組裝于晶體硅襯底的三維表面之上。接著，可驅使摻雜劑原子進入晶體襯底以形成超淺結。

在另一實施方式中，描述了一種太陽能電池。該太陽能電池包括晶體硅晶片襯底。晶體硅晶片襯底包括正面和背面。所述正面具有含超淺結的三維表面。可根據摻雜劑分布控制相應的結深。該太陽能電池包括晶片背面之上的金屬膜和晶片正面之上的氧化銦錫膜層。

在另一實施方式中，描述了一種系統。該系統包括具有三維表面的硅襯底和覆蓋該三維表面的分子單層。該分子單層包含一定量的摻雜劑，可驅使所述摻雜劑進入襯底以在襯底中形成大量超淺結。

下面的描述和附圖解釋說明書的某些示例性方面。然而，這些方面是僅代表說明書中各實施方式可應用的各種方式中的幾種。結合附圖，通過以下說明書詳述，說明書的其它方面將更加清楚。

附圖說明

結合附圖，在以下詳述中對多個方面和實施方式進行解釋，其中相同的附圖標記始終表示相同的部分，其中：

圖1是根據非限制性實施方式的利于在具有三維表面的硅襯底上形成超淺結的示例系統的截面示意圖；

圖2是根據非限制性實施方式的晶體硅的示例原子晶胞示意圖；

圖3是根據非限制性實施方式經化學處理后晶體硅襯底的示例三維表面織構的掃描電子顯微圖；

圖4是根據非限制性實施方式的分子單層自組裝的截面示意圖；

圖5是根據非限制性實施方式的利于形成超淺結的氧化物覆體的截面示意圖；

圖6是根據非限制性實施方式的除去氧化物覆體后具有超淺結的襯底的截面示意圖；

圖7是在1000攝氏度進行尖峰退火的情況下超淺磷摻雜分布的曲線圖；

圖8是根據非限制性實施方式的示例太陽能電池結構（或超淺結光電器件）的截面示意圖；

圖9是示出根據非限制性實施方式的示例太陽能電池的光電性能評價的電流密度與電壓的關系曲線圖；

圖10是根據非限制性實施方式具有相應于n型區域深度的DN和相應于p型區域深度的DP的優化太陽能電池的模擬性能曲線圖；

圖11是根據非限制性實施方式用于在三維襯底中形成超淺結的摻雜方法的工藝流程圖；

圖12是根據非限制性實施方式形成具有三維表面的摻雜襯底的方法的工藝流程圖。