[發明專利]點接觸太陽能電池用的改良摻雜圖案

無效

• 申請號: 201380033059.4
• 申請日: 2013-05-01
• 公開（公告）號: CN104396025A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 尼可拉斯·P·T·貝特曼;約翰·W·奎夫
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: H01L31/068
• 分類號: H01L31/068;H01L31/18
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 張洋;臧建明

技術領域

本發明涉及對太陽能電池進行摻雜，且尤其涉及點接觸太陽能電池用的摻雜圖案。

背景技術

離子注入為用于將更改導電性的雜質引入到半導體襯底中的標準技術。在離子源中使所要雜質材料離子化，使離子加速以形成指定能量的離子束，且將所述離子束對準襯底的表面。所述離子束中的高能離子穿透到半導體材料的主體中，且嵌入到半導體材料的晶格中以形成所要導電性的區域。

離子注入可用于制造太陽能電池。太陽能電池是一種具有內建電場的裝置，所述內建電場分離通過將光子吸收在半導體材料中而產生的電荷載流子。此電場通常是通過p-n結(二極管)的形成而產生的，所述p-n結是通過半導體材料的差異摻雜而產生的。以相反極性的雜質來對太陽能電池襯底(例如，表面區域)的一部分進行摻雜會形成p-n結，所述p-n結可用作將光轉換為電的光伏裝置。

圖1示出太陽能電池的第一實施例，且為代表性襯底150的橫截面。如箭頭所示，光子160通過頂表面162而進入太陽能電池150。這些光子160穿過抗反射涂層152，所述抗反射涂層152經設計以使穿透襯底150的光子160的數量最大化且使反射離開襯底150的光子160的數量最小化。

在內部，太陽能電池150形成為具有p-n結170。此p-n結170被示出為實質上平行于襯底150的頂表面162，但存在p-n結170并不平行于頂表面162的其他實施方案。太陽能電池150經制造以使得光子160通過重摻雜的區域(也稱為發射極153)而進入太陽能電池150。在一些實施例中，發射極153可為n型摻雜區域，而在其他實施例中，發射極153可為p型摻雜區域。具有充足能量(高于半導體的帶隙)的光子160能夠將半導體材料的價帶內的電子提升到導帶。價帶中的對應的帶正電的空穴與此自由電子相關聯。為了產生可驅動外部負載的光電流，需要分離這些電子空穴(e-h)對。這通過在p-n結170處的內建電場來進行。因此，在p-n結170的耗盡區域中產生的任何e-h對得以分離，擴散到太陽能電池150的耗盡區域的任何其他少數載流子也是如此。因為大多數入射光子160吸收在太陽能電池150的近表面區域中，所以發射極153中產生的少數載流子需要跨越發射極153的深度而擴散以到達耗盡區域且蔓延到另一側。因此，為了使光產生的電流的收集最大化且使發射極153中的載流子復合的機會最小化，優選具有較淺的發射極153。

一些光子160穿過發射極153且進入基極154。在發射極153為n型區域的情形下，基極154為p型摻雜區域。這些光子160可接著激勵基極154內的電子，所述電子能夠自由移動到發射極153中，而相關聯的空穴保留在基極154中。或者，在發射極153為p型摻雜區域的情況下，基極為n型摻雜區域。在這種情況下，這些光子160可接著激勵基極154內的電子，所述電子保留在基極154中，而相關聯的空穴移動到發射極153中。由于此p-n結170的存在而導致的電荷分離，光子所產生的額外載流子(電子和空穴)可接著用于驅動外部負載以完成電路。

通過在外部經由外部負載而將發射極153連接到基極154，可傳導電流且因此提供電力。為此，觸點151和155(通常為金屬)分別設置在發射極153和基極154的外表面上。因為基極154并不直接接收光子160，所以其觸點155通常沿著整個外表面而設置。相比之下，發射極153的外表面接收光子160，且因此無法完全以觸點151覆蓋。然而，如果電子必須行進較大距離才能到達觸點151，那么太陽能電池150的串聯電阻提高，這會降低功率輸出。為了在這兩個考慮事項(自由電子必須移動到觸點151的距離和暴露的發射極表面163的量)之間作出平衡，多數應用使用呈指狀物的形式的觸點151。