專利名稱：低成本的太陽能電池及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏電池，更具體地涉及用于供這樣的電池使用的低成本基本 材料的制造方法以及用于制造低成本電池的方法以及所獲得的電池器件結(jié)構(gòu)體。
背景技術(shù)：
常規(guī)的由化石燃料產(chǎn)生能源扮演著自上次冰川期以來對(duì)地球安寧的最大威脅。在 所有的替代能源中，除節(jié)能之外，與其它途徑如乙醇、水電和風(fēng)能相比，可以論證太陽能光 伏電池是最干凈的、普遍存在的并且可能是最可靠的選擇。原理是將光轉(zhuǎn)換為小的直流電 壓的簡(jiǎn)單固態(tài)p-n結(jié)?？梢詫㈦姵貙盈B以對(duì)車用電池充電或通過DC/AC轉(zhuǎn)換輸入電網(wǎng)。在 可用于該目的各種半導(dǎo)體材料中，硅占據(jù)光伏太陽能電池產(chǎn)量的99%。與其它基于化合物 半導(dǎo)體的太陽能電池相比，盡管其具有較高的轉(zhuǎn)換效率，特別是在小面積電池中，但硅在地 殼中豐富得多，并在全世界各種氣候下在經(jīng)風(fēng)吹雨打的屋頂上提供高達(dá)30年的得到證明 的可靠性。此外，利用硅的大規(guī)模商業(yè)制造技術(shù)已經(jīng)使用了數(shù)十年并且發(fā)展良好和便于理 解。因此，硅很可能仍然是占優(yōu)勢(shì)的用于太陽能電池的基本材料。然而，盡管經(jīng)三十年的發(fā)展，硅基太陽能電池還沒有發(fā)揮出其用于大規(guī)模發(fā)電的 潛能。對(duì)其認(rèn)可的主要障礙是與制造太陽能電池有關(guān)的成本，尤其是用于制造太陽能電池 的原料、基本材料(基板)的成本。與半導(dǎo)體微芯片的情況下僅約10%相比，材料占太陽能 電池制造總成本的超過一半。諷刺地是，因?yàn)榫薮蟮男枨蠛透呱a(chǎn)成本，用于太陽能電池的 硅材料的價(jià)格實(shí)際上和油價(jià)同步增加。例如，在過去幾年中，用于生產(chǎn)太陽能硅晶片的多晶 硅材料每kg的成本顯著增加，對(duì)于薄膜太陽電池，用于沉積該膜的硅烷氣體的成本以及在 沉積后清洗反應(yīng)器的NF3氣體的成本同樣地增加。相反，半導(dǎo)體芯片價(jià)格(即，每單元存儲(chǔ) 或邏輯功能)在過去的三十年按照摩爾定律指數(shù)地降低。學(xué)習(xí)曲線的這種不同可能涉及技 術(shù)上以及材料相對(duì)于成本的比重(相比于日益提高的每單位面積器件密度的工藝和設(shè)計(jì)) 的主要差別。根據(jù)本領(lǐng)域的目前狀態(tài)，基于多晶硅的太陽能電池生產(chǎn)按三個(gè)主要階段進(jìn)行。第 一，為較適中的25MW容量工廠生產(chǎn)用于基板的大量硅晶片一典型地每月百萬個(gè)晶片。第 二，通過形成P-n結(jié)并金屬化將這些晶片加工成太陽能電池。第三，然后將這些晶片“封裝” 成供用戶設(shè)施中的安裝使用的模塊。通過熱分解含Si-H-Cl如二氯硅烷和三氯硅烷的危險(xiǎn)氣體生產(chǎn)超高純的多晶硅， 通常指九個(gè)九，即99. 9999999%純度，制造用于太陽能電池的基本硅晶片。這些氣體是極易 燃且有毒的。然而，由于在硅的氣化中危害環(huán)境和健康，世界上僅有很少的工廠在運(yùn)轉(zhuǎn)，從 而導(dǎo)致半導(dǎo)體和太陽能電池行業(yè)的瓶頸。新計(jì)劃的硅氣化工廠面臨來自當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)基于環(huán)境和安全關(guān)切的阻力。這些工廠還需要大量的資本投入和較長的建設(shè)周期。因此，在裸硅晶 片的需求與供給之間始終存在不平衡。通常按適合半導(dǎo)體和太陽能電池應(yīng)用的顆粒狀來提供純硅(稱為多晶硅，在硅烷 基化合物的氣化和分解之后)。然后使顆粒熔融并利用晶種提拉單晶棒或多晶帶?；蛘?， 將多晶硅鑄成柱狀。將提拉的柱體鋸切、成型并拋光成5 6英寸的圓形晶片，其后可以將 其切割成正方形晶片。然后在堿性化學(xué)品例如KOH中進(jìn)行濕化學(xué)蝕刻以織構(gòu)。利用POCl3 熔爐擴(kuò)散形成p-n結(jié)。然后利用PECVD SiON進(jìn)行抗反射膜鈍化。將絲網(wǎng)印刷的銀糊涂覆 到η-型面以及將鋁糊涂覆到ρ-型面。然后燒結(jié)該糊以形成電接觸。最后，測(cè)試電池并根 據(jù)它們的特性如它們的I-V曲線來分類。上述工藝在本行業(yè)中是眾所周知的并且已經(jīng)實(shí)施多年。然而，雖然在半導(dǎo)體中大 部分成本(即，價(jià)值)在于將拋光的硅晶片轉(zhuǎn)換為功能性集成電路的過程，但在太陽能電池 制造中，將拋光后的晶片轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄蕴柲茈姵氐倪^程比生產(chǎn)拋光晶片自身的過程成本 低。也就是說，在商業(yè)意義上，將硅晶片轉(zhuǎn)變成太陽能電池的過程在整個(gè)太陽電池板制造鏈 中不是高附加價(jià)值的步驟。因此，與電池制造技術(shù)相反一在制造初始晶片的成本方面的任 何改進(jìn)或降低將能夠使最終的太陽電池板的價(jià)格大幅度降低。為了克服用于太陽能電池的硅原料的問題，已經(jīng)沿著兩個(gè)主要的途徑積極地致力 于降低太陽能電池每瓦消耗的硅量。這些是1.將晶片厚度從標(biāo)準(zhǔn)的500 μ m降低到 300 μ m。該途徑受到晶片強(qiáng)度的限制， 在高速通過加工設(shè)備期間晶片趨向破裂。2.采用各種太陽能電池材料例如硅、CdTe, CuInGaSe的薄膜，典型地在玻璃上以 及在其它較便宜的基板上。為了使光照射在太陽能電池上，電極之一由導(dǎo)電的透明氧化物 (CTO)例如InSnOx或者ZnO2構(gòu)成。在各種薄膜太陽電池材料中，硅同樣是最經(jīng)濟(jì)合算的材料。在該太陽能結(jié)構(gòu)體中， 將晶片厚度從300 500 μ m降低至約1 10 μ m。在該1 10 μ m中，大部分沉積的膜的 厚度典型地由未摻雜的Si-H聚合物本征非晶層組成，縮寫成ia-Si:H層。夾在摻雜的η-型 a-Si :Η和ρ-型a-Si :Η膜之間的該i aSi :H層提供吸收入射陽光所需的容積，從而在其中 產(chǎn)生電子空穴對(duì)。然后這些載流子擴(kuò)散到太陽能電池的η-和ρ-電極來產(chǎn)生用于發(fā)電的光 伏電壓和電流。然而，因?yàn)樘柟庾V的紅外線波長具有通過硅的長透射深度，所以損失大量 太陽輻射，從而降低了光伏轉(zhuǎn)換的效率。也就是說，損失了轉(zhuǎn)換的量子效率，特別對(duì)于在紅 外線范圍內(nèi)的較長波長。薄膜結(jié)構(gòu)的另一個(gè)固有局限性在于少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度被膜的 厚度限制到遠(yuǎn)小于ΙΟμπι。這是預(yù)測(cè)成品的太陽能電池效率的品質(zhì)因素。對(duì)于純的晶體硅 基太陽能電池，擴(kuò)散長度典型地為約80 μ m。薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)存在其它根本性的局限性，與基于硅晶片的太陽能電池超過總 的太陽電池板市場(chǎng)的80%相比，迄今這些局限性將薄膜太陽電池產(chǎn)量限制在約5%。這些 局限性中部分如下1.由于與多晶硅的價(jià)格相同的原因，即用于沉積a_Si:H膜的硅烷氣體的產(chǎn)量不 足，該極易燃的氣體的成本快速上升。除硅烷之外，用于生產(chǎn)太陽能薄膜的等離子增強(qiáng)CVD 反應(yīng)器需要大量專門的NF3氣體來執(zhí)行PECVD反應(yīng)器的原位等離子凈化以確保生產(chǎn)設(shè)備的 正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長。
2.薄膜硅太陽能電池的光伏轉(zhuǎn)換效率低，有時(shí)小于基于硅晶片的太陽能電池的一半。3.建立薄膜太陽電池工廠所需的通常在約$50M的固定設(shè)備是用于能量輸出相當(dāng) 的基于硅晶片的太陽能電池工廠的將近10倍?；举M(fèi)用主要由用于沉積a-Si:H和SiN鈍 化膜的基于真空的等離子CVD反應(yīng)器以及用于沉積CTO膜的基于真空的PVD反應(yīng)器所推 動(dòng)。如同能夠由上述所理解的那樣，太陽能電池行業(yè)已經(jīng)被分為兩個(gè)陣營設(shè)法利用 高純硅晶片來獲得高電池效率的基于硅晶片的太陽能電池陣營，以及為了降低成本避開使 用硅晶片的薄膜陣營。因此，基于硅晶片的陣營受到純硅晶片可獲得性的限制，而薄膜陣營 受到主要由于玻璃基板中光的吸收不足所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換效率的限制，以及受到生產(chǎn)較厚的本 征氫化硅吸收層所需的SiH4氣體的成本的限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了提供本發(fā)明的一些方面的基本理解及特征，包括如下發(fā)明概述。該概述不是 本發(fā)明的廣泛綜述，因而不是意圖特別區(qū)分本發(fā)明的關(guān)鍵或重要的要素或者描繪本發(fā)明的 范圍。其唯一的目的是以簡(jiǎn)化的形式給出本發(fā)明的一些原理，作為下面給出的更詳細(xì)描述 的前奏。本發(fā)明的各種實(shí)施方式提供無需進(jìn)行硅的氣化來制造硅基板的方法。因此，避免 了在制造九個(gè)九等級(jí)的硅中涉及的成本和健康以及環(huán)境危害。該基板可以用于制造效率與 薄膜太陽電池相當(dāng)甚至超過的太陽能電池。本發(fā)明的特征解決了太陽能電池行業(yè)面臨的一個(gè)以上如下重要問題a)用于晶片和薄膜的“具有太陽能能力的(solar capable) ”硅材料的可獲得性 和成本b)用于太陽能電池工廠的投資費(fèi)用c)未來太陽能電池的每瓦所需的成本。d)用于大體積的生產(chǎn)工藝的規(guī)模性e)環(huán)境適應(yīng)性和25年的可靠性本發(fā)明的特征使得能夠獲得對(duì)上述問題的有生產(chǎn)價(jià)值的解決方案，尤其通過制造 投資在體硅晶片的轉(zhuǎn)換效率和薄膜電池結(jié)構(gòu)的益處的太陽能電池結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的方 面，通過利用由成本極低的冶金級(jí)硅制成的硅晶片作為基板并在該基板上制造薄膜太陽電 池，制造太陽能電池。根據(jù)本發(fā)明的特征，通過沉積比常規(guī)的薄膜太陽電池薄得多的(例 如，10%)薄膜來制造電池。除降低基板和膜材料的成本外，建議的結(jié)構(gòu)允許超過常規(guī)薄膜 太陽電池的提高的轉(zhuǎn)換效率。也就是說，通過利用冶金級(jí)硅晶片，基板的制造變得危害較少 并且更環(huán)保，同時(shí)還降低基板的成本。此外，利用冶金級(jí)硅晶片作為基板，與在玻璃上形成 的薄膜結(jié)構(gòu)相比提高了轉(zhuǎn)換效率。


根據(jù)參照下列附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面和特征將會(huì)變得清楚。應(yīng)當(dāng)理 解的是，詳細(xì)描述和附圖提供由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的各種實(shí)施方式的各種非限制性的實(shí)施例。結(jié)合到該說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖舉例說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，并和描 述一起起到解釋和說明本發(fā)明的原則的作用。附圖意圖以圖示的方式說明示例性的實(shí)施方 式的特征。附圖不是意圖描繪實(shí)際實(shí)施方式的每個(gè)特征或所描繪的元件的相對(duì)尺寸，并且 未按比例描繪。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的工藝的流程圖。圖2說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的工藝。圖3說明根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的工藝。圖4說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的工藝。圖5說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。圖6說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。圖7說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。圖8說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，其類似于圖7的實(shí)施方式，除了將摻雜劑顛 倒。圖9A說明用于制造通常本文中稱為SmartSi 的準(zhǔn)備好的太陽能電池基板(a solar-cell ready substrate)的工的歹圖9B說明可用于將SmartSi晶片轉(zhuǎn)換為SmartSi PV太陽能電池的工藝的實(shí)施例。圖10說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的完整的太陽能電池。圖IlA和IlB說明多結(jié)SmartSi太陽能電池的實(shí)施方式。圖12A和12B說明具有擴(kuò)散結(jié)的多結(jié)SmartSi太陽能電池的實(shí)施方式。圖13A和13B說明兩面夾在i_Si/摻雜的Si :H薄膜之間的冶金硅基板的對(duì)稱配 置的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方式提供用于低成本制造太陽能電池的方法，同時(shí)減少常規(guī)的太陽 能電池制造中所涉及的健康和環(huán)境危害。如在美國能源部的太陽能網(wǎng)站上指出的那樣 “要用作太陽能電池中的半導(dǎo)體材料，硅必須被提純到99. 9999%的純度。”(可在http:// wwwl. eere. energy. Rov/solar/silicon. html上獲得)。這通常被稱為6N或者太陽能級(jí)硅、 SoG Si。與傳統(tǒng)智慧相反，本發(fā)明提供利用純度3N 5N的冶金級(jí)硅MG Si生產(chǎn)基板和太 陽能電池的方法。各種實(shí)施方式公開了結(jié)合硅基太陽能電池和薄膜基太陽能電池的益處以 提供轉(zhuǎn)換效率約14%的電池。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的工藝的流程圖。在圖1中，該工藝開始于 步驟100，通過用石墨還原石英來生產(chǎn)冶金硅顆粒原料。所得的純度水平可以是99. 9%或 99. 999%的純度，即約三個(gè)九到約五個(gè)九的純度。值得注意的是，石英容易低成本地獲得。 此外，該工藝省略了氣化步驟，從而避免了氣化和硅烷生產(chǎn)的危險(xiǎn)過程。在下一步200中，將粉末熔融到5英寸、6英寸、8英寸等正方形或圓形的模具中， 并使液體緩慢凝固成具有大硅晶粒的圓柱體。任選地，將凝固的圓柱體重熔，然后分部分 凝固，以便將雜質(zhì)移到圓柱體的一側(cè)。在該過程中沿水平方向控制冷卻速率和溫度梯度， 以便使雜質(zhì)移動(dòng)到圓柱體的表面并沿垂直方向使雜質(zhì)集中在硅晶界。在步驟200中，任選地用少量硼摻雜該熔融硅以生產(chǎn)含1E17 IElScnT3硼的p-Si?；蛘呖梢岳贸Ｒ?guī)的 Czochralsky工藝從熔體提拉ρ-型單晶。在步驟300中，將凝固圓柱體的表面加工到拋光 狀態(tài)。在步驟400中，用例如金剛石或鋼絲鋸將該圓柱體切割成約20密耳，即0. 020英寸 厚的Si晶片，然后在一面上拋光表面，同時(shí)將另一面化學(xué)蝕刻成光潔表面。可以收集廢料 在熔融中重新使用。一旦完成太陽能電池的制造(完成下述全部過程)，如果希望，可以進(jìn) 一步使晶片變薄，使得P-層為約0. 007英寸。圖2說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的工藝。該工藝開始于由“臟的”硅，即例如通 過圖1的實(shí)施方式的工藝獲得的3 5個(gè)九的冶金硅制成的晶片DSi 200。采用常規(guī)的爐 在約900°C下將晶片200暴露于POCl3,以便在晶片210的頂部上提供濃度為1. 0el6原子/ cm3的η-層。然后用等離子室在該η-型層210上提供SiN層220。然后利用在高于900°C 的溫度下的POCl3處理將雜質(zhì)從DSi層200提取到熔融玻璃層230中。這提高了 ρ-型層 200的純度，尤其是此前形成的結(jié)的周圍。然而采用例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)后的蝕刻處理 剝離層230。這除去了含有提取自層200的雜質(zhì)的層230。最后在η-摻雜層220上設(shè)置銀 接觸240，并在層200上提供鋁電極250。然后在700°C左右使整個(gè)結(jié)構(gòu)體退火，使銀電極對(duì) η-型層210以及使鋁電極250對(duì)ρ-型層200完成低電阻的歐姆接觸。圖3說明根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的工藝。該工藝開始于步驟100，從含冶金硅 的坩堝中升華2 μ m厚的非晶硅層。這將在約10E-6托的Ar背景真空度下在低于硅熔點(diǎn)的 1000 1200°C下進(jìn)行。該步驟確定較純的有源結(jié)層，因?yàn)樵?200°c下任何碳和金屬雜質(zhì) 不升華。此外，在氬氣背景環(huán)境中少量的殘余氧通過在坩堝表面上形成少量一氧化硅幫助 促進(jìn)升華。在步驟200，在O2加N2或Ar的環(huán)境下將晶片暴露于含P氣體如POCl3或PBiv 該步驟通過摻雜η-型面并使B得以從“臟的”基板向外擴(kuò)散到干凈的升華后的硅層中來而 形成ρ-η結(jié)。然而在步驟300中該晶片的背面進(jìn)行蝕刻或CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)以除去任何摻 雜磷的玻璃。其次，在步驟400中，等離子用于在該晶片的正面(η-型)沉積SiN抗反射 膜。在步驟500中形成接觸，例如，可用激光來為接觸鉆孔。在步驟600，制造導(dǎo)電電極，例 如，可以采用絲網(wǎng)或其它方法在正面和背面沉積金屬糊以限定電極。然后在600°C 700°C 下燒結(jié)晶片以形成接觸。在通過絲網(wǎng)將銀沉積在SiN抗反射膜上而沒有穿過該層的任何激 光鉆孔的接觸孔的情況下，利用較高的溫度來使銀得以穿過整個(gè)SiN層。圖4說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的工藝。該工藝從臟的P-型硅晶片400開始。 然后利用蒸發(fā)過程在晶片400上產(chǎn)生蒸發(fā)的SiOx層410。在SiOx層410上提供η-型層 420 (這可以通過沉積摻雜磷的Si層或通過其它可接受的方法部分?jǐn)U散到該層410中來進(jìn) 行)。然后用層430密封層410，利用吸雜(gettering)將雜質(zhì)向晶片400的底部440牽引 以提供純度提高的層400。然后可以在沉積導(dǎo)線之前除去該底部440。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施方式，首先蝕刻臟的硅晶片以在其頂面上提供織構(gòu)。然后在POCl3 爐中處理該晶片以形成該晶片的ρ-η結(jié)。用等離子沉積的SiN層覆蓋該晶片的頂面。然 后將該晶片再次暴露于POCl3以將全部金屬雜質(zhì)收到(getter)背面，并使該結(jié)硬化避免漏 出。然后通過例如背面蝕刻除去晶片背面上的玻璃。然后利用例如激光打孔或接觸蝕刻形 成接觸孔。然后利用常規(guī)的技術(shù)形成金屬接觸。不然的話，直接在等離子沉積的氮化物層 上形成絲網(wǎng)的銀糊，然后在 700°C下退火，使銀擴(kuò)散到靠近晶片頂部的摻雜磷的層，而不
9使用任何接觸孔。值得注意的是，一旦形成冶金Si p-n結(jié)，由于在結(jié)界面中的金屬雜質(zhì)，極易漏出。 POCl3的一個(gè)效果是形成η-層，將雜質(zhì)牽引到形成結(jié)的表面附近。因此，為了從正面的結(jié)中 將金屬雜質(zhì)移到晶片的背面，在該實(shí)施方式中執(zhí)行第二 POCl3步驟，同時(shí)用SiN保護(hù)有源的 正面?？梢允菇饘偌性诰趁嫔系牡蜏厝廴诘牟Ａе?，然后通過化學(xué)蝕刻或CMP除去。代替硅基板，人們可以使用由涂覆有升華Si的不銹鋼或玻璃制成的基板，并通過 從離心澆鑄的Β、Ρ玻璃中擴(kuò)散在該基板中形成p-n結(jié)。這不同于用于薄膜晶體管平板應(yīng)用 而沉積的非晶PECVD硅，因?yàn)樯A的膜不具有任何被捕獲的氫。因此，在隨后的高溫?cái)U(kuò)散步 驟時(shí)，它們不分解。PECVD膜隨時(shí)間失效，可能因?yàn)榕cH解吸有關(guān)的組成變化。圖5說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。用于圖5的實(shí)施方式的原料是通過澆鑄，隨 后緩慢冷卻制造的純度為約四個(gè)9到五個(gè)9即99. 99%到99. 999%的低成本多晶冶金硅晶 片。冶金硅簡(jiǎn)便地由石英(SiO2)與石墨(C)基于熔爐的化學(xué)反應(yīng)來制造，二者存在于世界 各地的礦山中。這兩種材料基本上是砂和煤的較純形式。石墨能夠用其它包含純C的石油 副產(chǎn)物或有機(jī)植物物質(zhì)來代替。使冶金硅粉熔融，根據(jù)需要向熔體中添加測(cè)試量的B以產(chǎn) 生約5E17原子*cm_3的ρ-型摻雜劑濃度。使熔體緩慢冷卻以生產(chǎn)含硅的多晶晶粒的圓柱 形鑄錠，含約IOppm的雜質(zhì)例如Cr、Fe、Ni、Mn和C。調(diào)節(jié)冷卻過程以便使雜質(zhì)分布在所謂 沉淀物的原子簇中。它們趨向電活性小于均勻分布原子，后者典型地占據(jù)硅晶體晶格上取 代的電活性位點(diǎn)。取代的雜質(zhì)起到用于電子空穴復(fù)合的陷阱或中心的作用，該復(fù)合被認(rèn)為 通過降低光吸收層中載流子的擴(kuò)散長度而降低了太陽能電池的光伏轉(zhuǎn)換效率。通過眾所周 知的測(cè)試與光的波長成函數(shù)關(guān)系的光轉(zhuǎn)換為電荷載流子的量子效率的物理法能夠估算擴(kuò) 散長度。將鑄造的材料，即鑄錠加工成較小的圓柱體、鋸成晶片、蝕刻以除去表面損傷，然后 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)操作在一面或兩面上拋光。這將會(huì)得到的冶金級(jí)晶片用作生產(chǎn)太陽能電池 的基板。不象常規(guī)的多晶硅太陽能電池所用的硅基板，該實(shí)施方式不需要使用通常由氣相 SiHxCly化合物還原制造的七個(gè)9或更高純度的多晶硅?；?00經(jīng)過預(yù)沉積清洗，典型地涉及用100 IHF除去任何天然的氧化物，用 ΝΗ40Η/Η202除去有機(jī)污染物，然后用HCl除去任何金屬雜質(zhì)。然后在沒有摻雜氣存在的情況 下利用在SiH4和H2中產(chǎn)生的等離子在標(biāo)準(zhǔn)的PECVD設(shè)備中涂覆極薄(10 1000人)的本 征、未摻雜的非晶Si :H層505，典型地低于100人。接下來，通過沉積η-摻雜的a_Si:H層510 形成結(jié)的有源部件，這可以方便地在相同裝置中進(jìn)行，但利用含SiH4和H2以及PH3的等離 子。這隨后是透明的導(dǎo)電氧化物520例如ZnO2或InSnO以及如果需要由SiOxNy構(gòu)成的抗 反射膜515的連續(xù)層。這些形成頂電極，通過該電極能夠?qū)⑷展鈧鬏數(shù)焦栉諏颖倔w。為 了額外的電荷收集效率，可以在該透明的導(dǎo)電氧化物層520上形成典型地由銀糊構(gòu)成的一 系列電極。對(duì)于電池結(jié)構(gòu)背面的低電阻接觸，通過PVD工藝沉積或絲網(wǎng)印刷含Al的糊在晶 片的底面涂覆Al層525，然后燒結(jié)以形成低電阻接觸。于是得到的太陽能電池包含至少下列新特征。通過在由成本比利用太陽能或半導(dǎo) 體級(jí)多晶硅制造的常規(guī)硅晶片少約十倍的P-型多晶冶金級(jí)硅晶片制成的吸收晶片上沉積 非晶Si :H薄膜的η-層來形成p-n結(jié)。由鑄造含B摻雜劑的冶金硅粉制造的250 500 μ m 厚的冶金P-型多晶硅光吸收層代替采用貴得多的太陽能級(jí)多晶硅。在P-型冶金基板和 n-Si:H膜之間插入任選的本征(無摻雜的)Si :H膜中間層以使由于多晶性質(zhì)和材料中的雜質(zhì)典型地具有斷裂(懸掛)鍵的冶金硅的表面鈍化，從而改進(jìn)光伏轉(zhuǎn)換效率。為了節(jié)約成本 可以省略ARC層515，代之以通過在KOH中蝕刻冶金級(jí)硅的表面使其粗糙以在大體上(100) 取向的晶粒中暴露(111)面。該粗糙化使光反射最小化，以致ARC層可以是不必要的。圖6說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。圖6的實(shí)施方式類似于圖5，除了將摻雜顛 倒。也就是說，將吸收層600制造為η-型冶金硅。沉積的非晶層610具有反極性，即用于 結(jié)的P-型。圖7說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。圖7的實(shí)施方式類似于圖5。然而，在圖7的 實(shí)施方式中，在制造背面接觸的鋁層725之前制造任選的由a-i Si:H膜730隨后a-n Si:H 膜735構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，以便利用異質(zhì)結(jié)提高高于吸收基板的轉(zhuǎn)換效率，該異質(zhì)結(jié)具有含沉積 的極薄本征Si-H層的本征鈍化層結(jié)構(gòu)，繼之以反極性的電學(xué)上有源的Si-H薄層。在這方 面，對(duì)于圖5 8所述的實(shí)施方式，用帶括號(hào)的字母表示對(duì)于各說明的層建議的制造順序。 圖8說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，其類似于圖7的實(shí)施方式，除了將摻雜劑顛倒。也就是 說，基板被指定為η-型冶金級(jí)硅，結(jié)層810是ρ-型，以及層835是η_型。如同能夠被理解的那樣，圖5 8的實(shí)施方式通過在冶金級(jí)硅基板上構(gòu)建薄膜結(jié) 來提供太陽能電池。由于冶金硅的性能，與具有極薄吸收層的常規(guī)薄膜電池相比，這具有光 吸收較好的優(yōu)點(diǎn)。因此，提高了轉(zhuǎn)換效率。另一方面，使用冶金硅片提供低于常規(guī)的太陽能 或半導(dǎo)體級(jí)硅晶片的成本。此外，如本文所述通過使用冶金級(jí)硅晶片，降低了健康和環(huán)境危 害。涉及圖5 8的實(shí)施方式的意圖是區(qū)分與PV工藝聯(lián)系的三個(gè)功能，該工藝首先在 硅中吸收光以產(chǎn)生電子空穴對(duì)，然后通過利用ρ-η結(jié)的帶隙產(chǎn)生少數(shù)載流子(電子)流，把 光轉(zhuǎn)換為電流。通常，在具有擴(kuò)散的Ρ-η結(jié)結(jié)構(gòu)的多晶或單晶硅中，兩個(gè)過程同時(shí)發(fā)生。當(dāng) 從常規(guī)的多晶硅到Czochralsky單晶硅到區(qū)域熔融的單晶硅時(shí)，少數(shù)載流子擴(kuò)散長度可以 從50μπι到ΙΟΟμ 到300μπι變化。相應(yīng)的PV轉(zhuǎn)換效率為約18 %、22 %和25 %。在另一 端，沉積非晶單結(jié)的薄膜太陽電池依靠典型地約Iym厚的中間aSi:H層為吸收層。擴(kuò)散長 度被薄膜層的厚度限制到約1 μ m。相應(yīng)的PV轉(zhuǎn)換效率降低到約6%。在本發(fā)明的該實(shí)施 方式中，少數(shù)載流子擴(kuò)散長度不受薄膜的限制，而是由冶金硅基板的特性來決定。實(shí)施例1通過在約1. 5mX 1. 5m的石墨坩堝中感應(yīng)熔融兩個(gè)九的硅顆粒，然后經(jīng)24小時(shí)緩 慢冷卻成圓柱形來生產(chǎn)三個(gè)九的冶金級(jí)硅。除去富碳的表面殼層，并將圓柱體粉碎為晶粒 或顆粒。得到的材料含B和P，但通常是具有在0. 1 Iohm · cm范圍內(nèi)的電阻率的ρ-型。 然后將得到的材料鑄成約0. 5mX Im的冶金級(jí)硅鑄錠，伴隨著控制冷卻和摻雜劑調(diào)節(jié)。從鑄 錠中加工出6英寸的芯，平整圓柱體表面，然后從圓柱體上鋸斷500 μ m厚的晶片，制造冶金 級(jí)硅晶片。機(jī)械拋光一個(gè)面，輕微蝕刻兩個(gè)面以露出在晶片背面上的多邊形大晶粒結(jié)構(gòu)。這 產(chǎn)生四個(gè)九和五個(gè)九純度的約500片冶金級(jí)硅晶片。利用4點(diǎn)探針測(cè)量將晶片分為兩組， 主要的組具有0. 3 0. 5ohm · cm的電阻率，其余的在 Iohm · cm。4N和5N材料的SIMS 組成分布類似，具有IE14原子cm—3的過渡金屬雜質(zhì)濃度。金屬雜質(zhì)典型地是與冶金硅有關(guān) 的那些，即Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Cu。另外，存在IE15原子cm—3的碳濃度。用晶片的樣品制造太陽能電池。在含適當(dāng)?shù)膿诫s氣PH3和B2H6的SiH4、H2中利用 rf等離子，用PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)設(shè)備沉積i型a-Si :H薄膜、ρ型a_Si :Η和η型a-Si:H膜。采用PVD(等離子氣相沉積)濺射設(shè)備沉積約1000人的InxSnyOz，用作用 于頂電極和底電極的透明導(dǎo)電氧化物。采用蝕刻設(shè)備蝕刻約10 μ m深的硅臺(tái)地(silicon mesas)以產(chǎn)生與晶片其余部分隔離的二極管。利用該工藝，從0. 1 Ω -cm ρ-型(100)冶金 級(jí)硅晶片開始，產(chǎn)生具有含擴(kuò)散的P+背接觸的本征鈍化層結(jié)構(gòu)的單異質(zhì)結(jié)，并測(cè)量該結(jié)的 二極管I-V和穿過該光譜范圍的量子效率。利用1/QE對(duì)照λ波長的曲線，斜率按μπι提 供擴(kuò)散長度L。長度L和Illsat是眾所周知的PV轉(zhuǎn)換效率的預(yù)測(cè)因子。該結(jié)構(gòu)提供400mA的 Illsat和80 μ m的長度L，對(duì)應(yīng)于約20%的PV轉(zhuǎn)換效率。在0. 4 Ω · cmp-型冶金級(jí)硅晶片上 形成的結(jié)構(gòu)也工作得很好，具有7 μ m的少數(shù)載流子(電子)擴(kuò)散長度Le，對(duì)應(yīng)于12 13% 的PV轉(zhuǎn)換效率，假定結(jié)構(gòu)具有良好控制的串聯(lián)電阻。在1.0Ω - cm ρ-型冶金級(jí)硅晶片上 形成的結(jié)構(gòu)也工作得很好，具有8 μ m的少數(shù)載流子(電子)擴(kuò)散長度Le，對(duì)應(yīng)于14%的PV 轉(zhuǎn)換效率，假定結(jié)構(gòu)具有良好控制的串聯(lián)電阻。實(shí)施例2通過在正面即“器件”側(cè)沉積納米級(jí)Si :H膜堆棧并在背面“接觸”側(cè)沉積相反摻 雜的a_Si:H膜，在低成本的冶金級(jí)基板上形成含本征鈍化層器件結(jié)構(gòu)的單異質(zhì)結(jié)。冶金級(jí) 基板不必如對(duì)結(jié)晶Si基板所做的那樣將基板特別地從500 μ m變薄到250 μ m,免除了損耗。 較厚的晶片在自動(dòng)生產(chǎn)線中提供更穩(wěn)固的操作。該材料還避免了基于多晶硅的氣化、凝固、 熔融和提拉工藝的成本、周期和復(fù)雜性，因?yàn)橥ㄟ^恰好在被納米級(jí)本征a_Si:H膜鈍化的冶 金級(jí)基板面之外的薄Si :H膜來產(chǎn)生該有源器件。冶金級(jí)基板可以按標(biāo)準(zhǔn)的尺寸例如6英寸、8英寸、12英寸來形成，可以在標(biāo)準(zhǔn)的 半導(dǎo)體PECVD加工設(shè)備中進(jìn)行加工。相反，在大面積(通常，4X6ft或6X7ft)的玻璃上 產(chǎn)生常規(guī)的基于薄膜的太陽能電池，這需要專門的內(nèi)部容積大的腔室，導(dǎo)致難以抽到低壓 并導(dǎo)致用于形成薄膜層的活性氣體浪費(fèi)。因此，這些PECVD反應(yīng)器購買昂貴并且由于消耗 品(即，廢棄的活性氣體)成本高運(yùn)轉(zhuǎn)昂貴。這些專門的腔室的高內(nèi)部容積還造成折舊困 難及成本。反之，在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的晶片上形成薄膜能夠在內(nèi)部容積小的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)器中進(jìn)行，以 致運(yùn)轉(zhuǎn)和折舊的問題最小。由于在冶金硅基板中較長的少數(shù)載流子擴(kuò)散長度的數(shù)量級(jí)，在 冶金硅基板上得到的薄膜器件結(jié)構(gòu)具有大于常規(guī)的薄膜太陽電池約兩倍的PV效率。實(shí)施例3圖9A說明通常本文中稱為SmartSi 的用于制造準(zhǔn)備好的太陽能電池基板的工藝 的一個(gè)實(shí)施例。在步驟900中，在含石墨電極的電解槽中將冶金級(jí)石英熔融并還原，然后讓 其冷卻并凝固以提供約兩個(gè)九的冶金硅鑄錠。將鑄錠破碎成顆粒，在化學(xué)品中處理以浸出 表面雜質(zhì)，然后鑄成鑄錠。然后剝離鑄錠的外殼并破碎成三個(gè)到四個(gè)九的冶金硅塊。得到 的塊按照它們的電阻率分類。在步驟915中對(duì)分類的MG硅塊進(jìn)行鑄造。使熔體凝固成鑄錠，在步驟920中加工， 切成晶片，并將晶片拋光。在步驟925中，用PECVD室來形成本征非晶硅薄層i-a-Si:H以鈍 化MG-Si基板的表面。在步驟930中，用PECVD室在鈍化層上形成η-型層n-a-Si:H。此時(shí)， 已經(jīng)產(chǎn)生了 “SmartSi”晶片935，使得能夠在世界上無論何處用很少的投資、較少量的簡(jiǎn)單 機(jī)械和極少的技術(shù)知識(shí)實(shí)際上形成PV太陽能電池工業(yè)。也就是說，如同能夠被理解的那 樣，為了將SmartSi晶片轉(zhuǎn)換為太陽能電池所需要的一切是制造正面和背面的接觸，也許 還有抗反射層和保護(hù)層。這采用現(xiàn)有的絲網(wǎng)印刷或印刷技術(shù)能夠容易地進(jìn)行。此外，如標(biāo)注所示，可以執(zhí)行PECVD的另一個(gè)步驟930'以在基板的背面形成ρ-型后面(later)935'， 以便改進(jìn)對(duì)隨后的導(dǎo)電層的接觸。圖9B說明可用于將SmartSi晶片轉(zhuǎn)換為SmartSi PV太陽能電池的工藝的一個(gè)實(shí) 施例。如上所述，所需要的是在SmartSi基板的背面和正面中形成接觸。至于正面，一種常 規(guī)方法是形成導(dǎo)電的金屬網(wǎng)格。通常的方法是設(shè)計(jì)具有散布到電池表面每個(gè)部分的許多薄 的導(dǎo)電觸頭的網(wǎng)格。網(wǎng)格的觸頭必須足夠?qū)捯粤己脤?dǎo)電(具有低電阻)，但要足夠窄以免阻 斷大量入射光。這種網(wǎng)格保持低的電阻損耗，同時(shí)僅遮蔽電池表面的約3%到5%。頂面網(wǎng) 格可以由例如鋁、銀或鉬金屬構(gòu)成，通過在電池上經(jīng)掩模沉積金屬蒸氣、通過網(wǎng)印刷法在電 池上涂抹它們，或者用提供最高的性能但成本最高的光刻法?？商娲饘倬W(wǎng)格接觸的是透明的導(dǎo)電氧化物(TCO)層，例如氧化錫(SnO2)或通常 被稱為ITO的氧化銦錫。TCO的優(yōu)點(diǎn)在于它們對(duì)入射光幾乎是不可見的，并且它們形成從半 導(dǎo)體材料到外部電路的良好橋接。圖9B中所示的實(shí)施方式利用TCO作為對(duì)電池正面的接 觸。在步驟940中，利用CVD工藝形成TCO層。在步驟945中采用絲網(wǎng)、印刷等在正面上利 用例如微量描繪的金屬糊將正面接觸金屬化。在步驟950中，采用絲網(wǎng)、印刷等利用在背面 上描繪的例如金屬糊(例如，銀糊)或者通過在基板的背面上濺射鋁或其它金屬使背面接 觸金屬化以形成集電極。當(dāng)用糊將正面接觸金屬化時(shí)，如步驟955所示，為了形成良好的歐 姆接觸燒結(jié)該晶片是合乎需要的。在步驟960中，將晶片切成所希望的形狀，例如，如果用 圓形晶片進(jìn)行加工，在該步驟可以將它們切成正方形。然后根據(jù)轉(zhuǎn)換效率將晶片分類，以便 產(chǎn)生 SmartSi PV 電池 970。在上述所有實(shí)施方式中，在形成任何層之前，可以通過例如在堿性溶液如氫氧化 鉀溶液使MG Si基板蝕刻而使得其一個(gè)或兩個(gè)面被織構(gòu)化。然后可以沖洗該基板，并通過例 如加熱該基板使其干燥。此外，可以用氫氣的等離子體放電來減少基板表面上的碳量?？?以在PECVD室中采用與氫氣(H2)混合的硅烷氣(SiH4)來形成本征非晶硅薄膜層?？梢栽?PECVD室中采用硅烷、氫氣和磷化氫氣體(PH3)來形成η-型非晶硅薄層?？梢栽赑ECVD室 中采用硅烷、氫氣和硼乙烷氣體(B2H6)來形成ρ-型非晶硅薄層。圖10說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的完整的太陽能電池。在冶金級(jí)硅基板 1000上形成太陽能電池，該基板在本實(shí)施例中是摻雜的P-型。然后在頂面形成本征非晶 硅層1005，隨后形成η-型非晶硅層1010。在η-型層上形成TCO層1020，并且在TCO上形 成接觸例如銀接觸1025以形成良好的歐姆接觸?？梢杂美玟X形成背接觸。此時(shí)電池完 成并可供使用；然而，為了使它免受元素影響，進(jìn)行下列進(jìn)一步的加工。正面受到任選的樹 脂膜層1015的保護(hù)，例如乙烯-乙酸乙烯共聚物，隨后是玻璃1045。背面也可以用樹脂膜 1035、隨后玻璃或其它保護(hù)層1040來保護(hù)。如圖9Α和9Β所示，可以用上面討論的實(shí)施方式來制造SmartSi晶片，可以將晶 片進(jìn)一步加工以制造SmartSi太陽能電池。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，為了提高光伏轉(zhuǎn)換 效率，可以進(jìn)一步加工SmartSi太陽能電池來制造具有多個(gè)帶隙的多結(jié)SmartSi太陽能電 池。在圖IlA中說明多結(jié)SmartSi太陽能電池的一個(gè)實(shí)施方式。在圖IlA中，冶金級(jí)硅基 板1100是摻雜的ρ-型。該ρ-型基板的頂面被本征非晶硅薄層1105鈍化，該非晶硅具有分 散其中并占據(jù)硅懸掛鍵的氫原子。這有時(shí)被稱為氫化硅。如上述SmartSi太陽能電池實(shí)施 方式中所示，在本征層1105上形成η-型非晶氫化硅的薄層1110，從而形成第一 p-i-n結(jié)。本征和η-型層1105和1110比典型的常規(guī)薄膜太陽電池的薄膜層相對(duì)薄得多，在本實(shí)施方 式中，第一薄膜結(jié)構(gòu)不必起光吸收體的作用，而是在冶金硅基板中吸收光。為了提高SmartSi太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，現(xiàn)在在SmartSi太陽能電池的上面形 成常規(guī)的薄膜太陽電池p-i-n結(jié)構(gòu)。首先，在SmartSi太陽能電池上形成薄膜ρ-型非晶氫 化硅層1120。然后在ρ-型層1120上形成薄膜本征非晶氫化硅層1125，并在該本征層1125 上形成薄膜η-型非晶氫化硅層1130。本征層1125起另一光吸收體的作用并產(chǎn)生電子空穴 對(duì)，從而將光轉(zhuǎn)換為電能。為了收集電能，在η-型層1130上形成頂透明電極ITO 1135，然 后在ITO 1135上形成金屬接觸1140。這里金屬接觸1140由銀制成，例如采用銀糊，然后燒 結(jié)該結(jié)構(gòu)以形成良好的歐姆接觸。另外，在基板1100的底部形成金屬電極1145。這里接觸 1145用鋁制成。圖IlB說明類似的多結(jié)結(jié)構(gòu)，除了將層的極性顛倒。圖12Α和12Β說明具有擴(kuò)散結(jié)的多結(jié)SmartSi太陽能電池的實(shí)施方式。圖12Α和 12Β的實(shí)施方式基本上相同，除了將層的極性顛倒。因此，僅對(duì)它們中的一種即圖12Α的實(shí) 施方式進(jìn)行描述。在圖12Α中，根據(jù)如上所述的實(shí)施方式制造冶金硅基板1200，并且其是 摻雜的η-型。然后，使基板的頂層擴(kuò)散以形成P-型擴(kuò)散層1260。這在冶金硅基板中形成 ρ-η結(jié)并提供太陽能電池的轉(zhuǎn)換區(qū)域，類似于標(biāo)準(zhǔn)的硅基太陽能電池。然后在擴(kuò)散的P-型 層上形成本征非晶氫化硅的薄鈍化層1205。在該本征層1205上形成η-型非晶氫化硅層 1215，以致層1215、1205和1260形成具有不同于基板1200內(nèi)p-η結(jié)的帶隙的p-i-n結(jié)，因 此以不同的頻率吸收光。然后通過形成P-型非晶氫化硅層1220、本征非晶氫化硅層1225 和η-型非晶氫化硅層1230在層1215上形成常規(guī)的薄膜p-i_n結(jié)。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)本征層 1225起光吸收體的作用時(shí)，它具有遠(yuǎn)高于本征層1205的厚度。此外，該薄膜p-i-n結(jié)構(gòu)具 有與其下的結(jié)構(gòu)不同的帶隙，因此以不同的頻率吸收光。因此，通過仔細(xì)地選擇層的厚度， 人們能夠“調(diào)整”該結(jié)構(gòu)以在寬的頻率范圍吸收光。圖13A和13B說明兩面夾在本征Si/摻雜的Si :H薄膜之間的冶金硅基板的對(duì)稱配 置的實(shí)施方式。圖13A和13B是彼此的對(duì)映體，除了將層的極性顛倒。因此僅解釋圖13A。 在圖13A中，ρ-型冶金硅基板700具有作為鈍化層而不是吸收體的上本征層705和下本征 層730。然后在本征層705上形成η-型非晶氫化硅的薄層710，并在本征層730上形成另 一個(gè)η-型層735。然后如相對(duì)于其它實(shí)施方式所述形成接觸720和725。應(yīng)理解本文所述的工藝和技術(shù)不是固有地與任何裝置相關(guān)，并且可以通過任何適 合的組件的組合來實(shí)施。此外，根據(jù)本文所述的教導(dǎo)可以采用各種類型的通用設(shè)備。還可 以證明構(gòu)建執(zhí)行本文所述的方法步驟的專用裝置是有利的。已經(jīng)相對(duì)于具體的實(shí)施例描述 了本發(fā)明，從所有的方面意圖是說明性的而非限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解硬件、軟件 和固件的許多不同組合將適于實(shí)施本發(fā)明。已經(jīng)相對(duì)于特別的實(shí)施例描述了本發(fā)明，從所有的方面意圖是說明性的而非限制 性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解硬件、軟件和固件的許多不同組合將適于實(shí)施本發(fā)明。此外， 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，考慮了本文公開的本發(fā)明的說明和實(shí)施，本發(fā)明的其它實(shí)施將是顯 而易見的。意圖將說明書和實(shí)施例僅當(dāng)作是示例性的，通過下列權(quán)利要求表明本發(fā)明的真 實(shí)范圍和實(shí)質(zhì)。
權(quán)利要求
一種用于制造太陽能電池的基板的制造方法，包括生產(chǎn)冶金級(jí)硅固體物；使該固體物熔融到模具中；使熔體凝固為鑄錠；以及將鑄錠切片成冶金硅晶片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，生產(chǎn)冶金級(jí)硅固體物包括生產(chǎn)冶金硅顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，生產(chǎn)冶金級(jí)硅固體物包括生產(chǎn)具有約99.9% 99. 999%硅純度的冶金級(jí)硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，生產(chǎn)冶金級(jí)硅固體物包括用碳源還原石英以產(chǎn) 生具有約99. 9% 99. 999%硅純度的冶金級(jí)硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，用碳源還原石英包括用石墨還原石英。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使所述鑄錠經(jīng)歷至少一次熔融和緩慢凝固 的周期，由此提純所述鑄錠的所希望的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括摻雜硅以生產(chǎn)ρ-型硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在所述晶片上制造η-型層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括在所述晶片和所述η-型層之間制造本征層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括制造在所述η-型層上的頂接觸以及在所 述晶片的底面上的底接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括制造在所述Π-型層上的頂接觸以及在所 述晶片的底面上的底接觸。
12.—種太陽能電池，包括包含摻雜的冶金級(jí)硅的基板；在所述基板的頂面上形成并與該基板的頂面接觸的薄膜結(jié)構(gòu)，從而與該基板形成 p-i-n 結(jié)；在所述薄膜結(jié)構(gòu)上形成的頂導(dǎo)電接觸；在所述基板的底面上形成的底導(dǎo)電接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池，其中，將所述基板摻雜為ρ-型或η-型中的一 種；并且所述薄膜結(jié)構(gòu)包括在所述基板上形成并與所述基板接觸的本征層，以及在所述本 征層上形成并與所述本征層接觸的、與所述基板極性相反的摻雜薄層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽能電池，其中，所述本征層和所述摻雜薄層的至少一 個(gè)包括非晶硅層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池，其中，所述本征層和所述摻雜薄層的至少一 個(gè)包括分散在硅層中的氫原子。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的太陽能電池，其中，所述底導(dǎo)電接觸包括在所述基板的底 面上形成的、與所述基板極性相同的摻雜導(dǎo)電層和在該摻雜導(dǎo)電層上形成的金屬層。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的太陽能電池，其中，所述頂導(dǎo)電接觸包括在摻雜的薄層上 形成的透明導(dǎo)體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括在所述透明導(dǎo)體上形成的保護(hù)層和抗反射層的至少一個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括在所述基板的底面和所述摻雜的 導(dǎo)電層之間形成的非晶本征層。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池，其中，所述基板包括純度為三個(gè)到五個(gè)九的 冶金級(jí)硅。
21.一種太陽能電池，包括包含摻雜的冶金級(jí)硅的基板；在所述基板的頂面上形成并與該基板的頂面接觸的第一薄膜結(jié)構(gòu)；在第一薄膜結(jié)構(gòu)上形成的第二薄膜結(jié)構(gòu)；在第二薄膜結(jié)構(gòu)上形成的頂導(dǎo)電接觸；在所述基板的底面上形成的底導(dǎo)電接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的太陽能電池，其中，將所述基板摻雜為ρ-型或η-型中的一 種；并且第一薄膜結(jié)構(gòu)包括在所述基板上形成并與所述基板接觸的第一本征層，以及在該 本征層上形成并與該本征層接觸的、與所述基板極性相反的第一摻雜層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的太陽能電池，其中，第一本征層和第一摻雜層的至少一個(gè) 包括非晶硅層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的太陽能電池，其中，第一本征層和第一摻雜層的至少一個(gè) 包括分散在硅層中的氫原子。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的太陽能電池，其中，所述底導(dǎo)電接觸包括在所述基板的底 面上形成的、與所述基板極性相同的摻雜導(dǎo)電層和在該摻雜導(dǎo)電層上形成的金屬層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的太陽能電池，其中，所述頂導(dǎo)電接觸包括在第一摻雜層上 形成的透明導(dǎo)體。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括在所述透明導(dǎo)體上形成的保護(hù)層 和抗反射層的至少一個(gè)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括在所述基板的底面和所述摻雜的 導(dǎo)電層之間形成的非晶本征層。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的太陽能電池，其中，所述基板包括純度為三個(gè)到五個(gè)九的 冶金級(jí)硅。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括在所述薄膜結(jié)構(gòu)和所述頂導(dǎo)電接 觸之間形成的第二薄膜結(jié)構(gòu)。
31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的太陽能電池，其中，第一薄膜結(jié)構(gòu)包括在所述基板上形成 并與所述基板接觸的第一本征層和在該本征層上形成并與該本征層接觸的第一 η-型層， 并且第二薄膜結(jié)構(gòu)包括在第一 η-型層上形成并與該第一 η-型層接觸的P-型層、在該P(yáng)-型 層上形成并具有高于第一本征層的厚度的第二本征層、以及第二 η-型層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括在所述基板中形成的擴(kuò)散層，該 擴(kuò)散層是η-型或P-型中的一種。
33.一種太陽能電池，包括包含摻雜為第一型的冶金級(jí)硅的基板；在所述基板內(nèi)形成并具有與第一型相反的極性的擴(kuò)散層；在所述基板的頂面上形成并與該基板的頂面接觸的第一薄膜結(jié)構(gòu)；在第一薄膜結(jié)構(gòu)上形成的頂導(dǎo)電接觸；在基板的底面上形成的底導(dǎo)電接觸。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括在第一薄膜結(jié)構(gòu)和所述頂導(dǎo)電接 觸之間形成的第二薄膜結(jié)構(gòu)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的太陽能電池，其中，第一薄膜結(jié)構(gòu)包括在所述基板上形成 并與所述基板接觸的第一本征層，以及在該本征層上形成并與該本征層接觸的、與第一型 的極性相同的第一摻雜層。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的太陽能電池，其中，第二薄膜結(jié)構(gòu)包括在第一摻雜層上形 成的、與第一型極性相反的第二摻雜層；在第二摻雜層上形成并與第二摻雜層接觸的第二 本征層；以及在第二本征層上形成并與第二本征層接觸的、與第一型極性相同的第三摻雜 薄層。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的太陽能電池，其中，所述基板包括純度為三個(gè)到五個(gè)九的 冶金級(jí)硅。
38.一種制造太陽能電池的方法，包括形成包括被摻雜為第一型電導(dǎo)的冶金級(jí)硅的基板；在所述基板的頂面上形成擴(kuò)散層，使該擴(kuò)散層具有與第一型相反的電導(dǎo)；以及在所述擴(kuò)散層上形成與該擴(kuò)散層接觸的第一薄膜結(jié)構(gòu)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括在第一薄膜結(jié)構(gòu)上形成第二薄膜結(jié)構(gòu)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，形成第一薄膜結(jié)構(gòu)包括在所述擴(kuò)散層上形成與該擴(kuò)散層接觸的第一本征層；以及在所述本征層上形成與該本征層接觸的、與第一型電導(dǎo)相同的第一摻雜層。
全文摘要
公開了無需進(jìn)行冶金級(jí)硅的氣化來制造太陽能電池的方法。因此，避免了在太陽能級(jí)或硅級(jí)硅(silicon grade silicon)的制造中涉及的成本和健康以及環(huán)境危害。太陽能電池結(jié)構(gòu)體包括冶金級(jí)摻雜的硅基板和在該基板上形成的薄膜結(jié)構(gòu)，其與該基板形成p-i-n結(jié)。該基板可以是摻雜的p-型，以及薄膜結(jié)構(gòu)可以是在該基板上形成的本征非晶層和在該本征層上形成的n-型非晶層。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101960618SQ200880115434
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者辛哈·阿肖克 申請(qǐng)人:森普雷姆有限公司