專利名稱：太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池，且特別是涉及一種背接觸式太陽(yáng)能電池(back side contact solar cell)。
背景技術(shù)：
硅基太陽(yáng)能電池為業(yè)界常見的一種太陽(yáng)能電池。硅基太陽(yáng)能電池的原理是將高純 度的半導(dǎo)體材料(硅)加入摻雜物使其呈現(xiàn)不同的性質(zhì)，以形成P型半導(dǎo)體及η型半導(dǎo)體， 并將ρ-η兩型半導(dǎo)體相接合，如此即可形成ρ-η結(jié)面。當(dāng)太陽(yáng)光照射到一個(gè)ρ-η結(jié)構(gòu)的半導(dǎo) 體時(shí)，光子所提供的能量可能會(huì)把半導(dǎo)體中的電子激發(fā)出來產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。通過電極 的設(shè)置，使空穴往電場(chǎng)的方向移動(dòng)并使電子往相反的方向移動(dòng)，如此即可構(gòu)成太陽(yáng)能電池。一般來說，隨著太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體材料的厚度越薄，太陽(yáng)能電池的前表面的入 射光量以及后表面的光吸收量就會(huì)越少。因此，在薄化太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨勢(shì)之下，如何增 加太陽(yáng)能電池的光吸收量將成為研發(fā)的重點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池，其可以增加太陽(yáng)能電池的光吸收量，以增加太陽(yáng)能 電池的效率。本發(fā)明提出一種太陽(yáng)能電池，其包括半導(dǎo)體基底、摻雜層、前抗反射層、輔助鈍化 層、量子阱層、第一鈍化層、第二鈍化層、背反射層、至少一第一電極以及至少一第二電極。 半導(dǎo)體基底具有前表面以及后表面，其中半導(dǎo)體基底的前表面具有納米柱。摻雜層覆蓋在 納米柱的表面。前抗反射層覆蓋摻雜層。輔助鈍化層位于半導(dǎo)體基底的后表面上。量子阱 層位于輔助鈍化層上，量子阱層具有至少一第一摻雜區(qū)以及至少一第二摻雜區(qū)，其中量子 阱層包括多晶硅化鍺(SVxGex)且0 < χ < 1。第一鈍化層覆蓋量子阱層的第一摻雜區(qū)。第 二鈍化層覆蓋量子阱層的第二摻雜區(qū)。背反射層覆蓋第一鈍化層以及第二鈍化層。第一電 極以及第二電極分別與量子阱層的第一摻雜區(qū)以及第二摻雜區(qū)電性連接。本發(fā)明提出一種太陽(yáng)能電池，其包括半導(dǎo)體基底、摻雜層、前抗反射層、輔助鈍化 層、量子阱層、第一鈍化層、第二鈍化層、背反射層、至少一第一電極以及至少一第二電極。 半導(dǎo)體基底具有前表面以及后表面，其中半導(dǎo)體基底的前表面具有納米柱。摻雜層覆蓋在 納米柱的表面。前抗反射層覆蓋摻雜層。輔助鈍化層位于半導(dǎo)體基底的后表面上。量子阱 層位于輔助鈍化層上，量子阱層具有至少一第一摻雜區(qū)以及至少一第二摻雜區(qū)，其中量子 阱層包括至少一多晶硅化鍺(SihGex)以及至少一第二多晶硅化鍺(SipyGey)交替堆疊，且 0^x< < I0第一鈍化層覆蓋量子阱層的第一摻雜區(qū)。第二鈍化層覆蓋量子阱 層的第二摻雜區(qū)。背反射層覆蓋第一鈍化層以及第二鈍化層。第一電極以及第二電極分別 與量子阱層的第一摻雜區(qū)以及第二摻雜區(qū)電性連接?；谏鲜觯景l(fā)明的太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體基底的前表面具有多個(gè)納米柱，且太陽(yáng) 能電池的量子阱層包括多晶硅化鍺(SihGex)且0 < χ < 1，或是量子阱層是由至少一多晶
3硅化鍺(SihGex)以及至少一第二多晶硅化鍺(Si1Jey)交替堆疊所構(gòu)成，且0彡χ < 1， 0 < y < 1。通過上述納米柱與特殊量子阱層的材料的搭配，可以有效的提升太陽(yáng)能電池的 光吸收量，進(jìn)而提升太陽(yáng)能電池的效率。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳 細(xì)說明如下。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的剖面示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的剖面示意圖。圖3是圖1的標(biāo)號(hào)10的局部放大圖。附圖標(biāo)記說明100:半導(dǎo)體基底100a:前表面100b:后表面102:納米柱104:摻雜層106:前抗反射層108:輔助鈍化層110、220:量子阱層110a、220a 第一摻雜區(qū)110b、220b 第二摻雜區(qū)112，114:鈍化層112a, 114a 摻雜鈍化材料112b，114b 鈍化材料116:背反射層120、122:電極
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的剖面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的太 陽(yáng)能電池包括半導(dǎo)體基底100、摻雜層104、前抗反射層106、輔助鈍化層108、量子阱層110、 第一鈍化層112、第二鈍化層114、背反射層116、至少一第一電極120以及至少一第二電極 122。半導(dǎo)體基底100具有前表面IOOa以及后表面100b。半導(dǎo)體基底100例如是摻 雜有N型摻質(zhì)的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體基底100的材料可為硅、硫化鎘(CdS)、銅銦鎵二硒 (CuInGaSe2, CIGS)、銅銦二硒(CiJr^e2, CIS)、碲化鎘(CdTe)、半導(dǎo)體有機(jī)材料(organic material)或上述材料堆疊的多層結(jié)構(gòu)。上述的硅包括單晶硅(single crystal silicon)、 多晶娃(polycrystal silicon)、非晶娃(amorphous silicon)或是微晶娃(microcrystal silicon)。所述N型摻質(zhì)可以是選自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是 銻(Sb)等。
特別是，上述半導(dǎo)體基底100的前表面IOOa具有多個(gè)納米柱102。該多個(gè)納米柱 102的局部放大圖(標(biāo)號(hào)10的處)如圖3所示。根據(jù)本實(shí)施例，納米柱102的高度H約為 0. 005 20um，優(yōu)選為3 20um。納米柱102的寬度W約為0. 005 5um，優(yōu)選為0. 1 5um。納米柱102之間的間距S為約0. 005 5um，優(yōu)選為0. 1 5um。在半導(dǎo)體基底100 的前表面IOOa上形成納米柱102的方法舉例可以采用電化學(xué)方法、曝光以及蝕刻方法或是 光蝕刻方法。如圖1及圖3所示，摻雜層104是覆蓋在半導(dǎo)體基底100的前表面IOOa上的納米 柱102的表面上并與其接觸。更詳細(xì)來說，摻雜層104是順應(yīng)地覆蓋在納米柱102的表面 上，而不會(huì)將納米柱102之間的空隙完全填滿。摻雜層104例如是摻雜有N型摻質(zhì)的半導(dǎo) 體材料。所述N型摻質(zhì)可以是選自元素周期表中的第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是 銻(Sb)等等。類似地，摻雜層104的材料可為硅、硫化鎘、銅銦鎵二硒、銅銦二硒、碲化鎘、 半導(dǎo)體有機(jī)材料或上述材料堆疊的多層結(jié)構(gòu)。上述的硅包括單晶硅、多晶硅、非晶硅或是微 晶娃。前抗反射層106覆蓋摻雜層104。更詳細(xì)來說，前抗反射層106是順應(yīng)地覆蓋在 納米柱102的表面上的摻雜層104上并與其接觸。因此，前抗反射層106也不會(huì)將納米柱 102之間的空隙完全填滿。根據(jù)本實(shí)施例，前抗反射層106為透明層，以使太陽(yáng)光可以從半 導(dǎo)體基底100的前表面IOOa上方射入太陽(yáng)能電池的內(nèi)部。前抗反射層106的材料包括金 屬氧化物，例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、或其 它合適的氧化物、或者是上述至少二者的堆疊層，或是二氧化硅(Sit)》或氮化硅(SiNx)等 可用于抗反射的材料，或上述該些材料的組合。承上所述，由于覆蓋在納米柱102表面上的前抗反射層106與摻雜層104不會(huì)將 納米柱102之間的空隙完全填滿，因而使半導(dǎo)體基底100的前表面IOOa的結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)?粗糙程度。換言之，半導(dǎo)體基底100的前表面IOOa的結(jié)構(gòu)因納米柱102的故具有較大的表 面積。如此，可以增加太陽(yáng)光的吸收量。輔助鈍化層108位于半導(dǎo)體基底100的后表面IOOb上。輔助鈍化層108的材料 例如是氮氧化硅、氮化硅或是其他的抗反射材料。量子阱層110位于輔助鈍化層108上，輔助鈍化層108位于量子阱層110以及半 導(dǎo)體基底100之間，且量子阱層110包括多晶硅化鍺(SihGex)且0 < χ彡1。根據(jù)本實(shí)施 例，量子阱層110可為單層多晶鍺(poly-Ge)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，量子阱層110可 為單層多晶硅化鍺(poly-SiGe)。此外，量子阱層110具有至少一第一摻雜區(qū)IlOa以及至少一第二摻雜區(qū)110b。第 一摻雜區(qū)IlOa例如是摻雜N型摻質(zhì)。所述N型摻質(zhì)可以是選自元素周期表中的第五族元 素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。第二摻雜區(qū)IlOb例如是摻雜P型摻質(zhì)。所述 P型摻質(zhì)可以是選自元素周期表中第三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵(( )、銦 (In)等等。第一鈍化層112覆蓋量子阱層110的第一摻雜區(qū)IlOa而不覆蓋量子阱層110的 第二摻雜區(qū)110b。第二鈍化層114覆蓋量子阱層110的第二摻雜區(qū)IlOb且至少部分覆蓋 第一鈍化層112。根據(jù)本實(shí)施例，第一鈍化層112包括第一摻雜鈍化材料11 以及第一鈍 化材料112b，其中第一摻雜鈍化材料11 夾于第一鈍化材料112b與第一摻雜區(qū)IlOa之間。第二鈍化層114包括第二摻雜鈍化材料11 以及第二鈍化材料114b，其中第二摻雜鈍 化材料IHa夾于第二鈍化材料114b與第二摻雜區(qū)IlOb之間，第二摻雜鈍化材料IHa至 少部分覆蓋第一鈍化材料112b。根據(jù)本實(shí)施例，第一鈍化層112與第二鈍化層114的材料包括氧化硅、氮化硅或是 氮氧化硅，優(yōu)選的是氧化硅。更詳細(xì)來說，第一鈍化層112的第一摻雜鈍化材料11 包括摻 雜N型摻質(zhì)的氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅，且第一鈍化層112的第一鈍化材料112b包括 氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅。優(yōu)選的是，第一鈍化層112的第一摻雜鈍化材料11 包括 摻雜N型摻質(zhì)的氧化硅，且第一鈍化層112的第一鈍化材料112b包括氧化硅。另外，第二 鈍化層114的第二摻雜鈍化材料IHa包括摻雜P型摻質(zhì)的氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅， 且第二鈍化層114的第二鈍化材料114b包括氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅。優(yōu)選的是，第 二鈍化層114的第二摻雜鈍化材料IHa包括摻雜P型摻質(zhì)的氧化硅，且第二鈍化層114的 第二鈍化材料114b包括氧化硅。換言之，量子阱層110的第一摻雜區(qū)IlOa的摻雜型態(tài)與第一摻雜鈍化材料11 的摻雜型態(tài)一致，且量子阱層110的第二摻雜區(qū)IlOb的摻雜型態(tài)與第二摻雜鈍化材料112b 的摻雜型態(tài)一致。此外，上述量子阱層110的第一摻雜區(qū)IlOa的頂部覆蓋有輔助鈍化 層108(例如是氧化硅)且底部覆蓋有第一鈍化層112(例如是氧化硅)，因而可構(gòu)成氧化 硅-量子阱層110(第一摻雜區(qū)IlOa)-氧化硅的三明治結(jié)構(gòu)。類似地，上述量子阱層110 的第二摻雜區(qū)IlOb的頂部覆蓋有輔助鈍化層108(例如是氧化硅)且底部覆蓋有第二鈍化 層114(例如是氧化硅)，因而可構(gòu)成氧化硅-量子阱層110(第二摻雜區(qū)IlOb)-氧化硅的 三明治結(jié)構(gòu)。由于量子阱層110是采用多晶硅化鍺(SihGex)且0 <x彡1，且量子阱層110具 有第一摻雜區(qū)IlOa與第二摻雜區(qū)IlOb以構(gòu)成p-n結(jié)面，其可作為太陽(yáng)能電池的內(nèi)部紅外 線吸收層。另外，量子阱層110與上層輔助鈍化層108與下層的第一 /第二鈍化層112/114 所構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提升太陽(yáng)能電池內(nèi)部的紅外線吸收層的光吸收率，以及 保護(hù)量子阱層110中的鍺(Ge)不會(huì)有氣體因熱逸去(outgasing)的現(xiàn)象。背反射層116覆蓋第二鈍化層114。背反射層116的材料例如是氮氧化硅、氮化硅 或是其他的抗反射材料。第一電極120以及第二電極122分別與量子阱層110的第一摻雜區(qū)IlOa以及第 二摻雜區(qū)IlOb電性連接。第一電極120以及第二電極122例如是金屬電極。承上所述，由于本實(shí)施例的太陽(yáng)能電池是在其半導(dǎo)體基底100的前表面IOOa設(shè)計(jì) 了多個(gè)納米柱102，因此可以增加太陽(yáng)能電池的前表面的光吸收量。另外，本實(shí)施例的太陽(yáng) 能電池又在其半導(dǎo)體基底100的后表面IOOb采用多晶硅化鍺(SihGex)材料的量子阱層 110，量子阱層110中具有p-n結(jié)面，且量子阱層110還與上層輔助鈍化層108與下層的第一 /第二鈍化層112/114所構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)。上述的量子阱層110的設(shè)計(jì)可以增加太陽(yáng)能 電池內(nèi)部的紅外線光吸收率。換言之，本實(shí)施例通過納米柱102搭配特殊量子阱層110的 材料與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以有效的增加太陽(yáng)能電池的光吸收率，進(jìn)而增加太陽(yáng)能電池的效率。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的剖面示意圖。圖2的實(shí)施例與圖1 的實(shí)施例相似，因此與圖1相同的元件在此以相同的符號(hào)表示，且不再重復(fù)贅述。圖2的 實(shí)施例與圖1的實(shí)施例不同之處在于，此實(shí)施例的量子阱層220是由至少一多晶硅化鍺(SihGex)以及至少一第二多晶硅化鍺(SipyGey)交替堆疊所構(gòu)成，其中0彡χ < 1，0彡y < 1。本發(fā)明不限量子阱層220中交替堆疊的多晶硅化鍺(SihGex)以及第二多晶硅化鍺 (Si1^yGey)的層數(shù)，其可以是2層或是2層以上。舉例來說，量子阱層220是由硅(Si)/硅 化鍺(SihGex)/鍺(Ge)/硅化鍺(Si1Jey)所構(gòu)成。根據(jù)實(shí)施例，量子阱層220是由硅化 鍺(SihGex)/硅化鍺(Si1Jey)所構(gòu)成。類似地，量子阱層220具有至少一第一摻雜區(qū)220a以及至少一第二摻雜區(qū)220b。 類似地，第一摻雜區(qū)220a例如是摻雜N型摻質(zhì)。所述N型摻質(zhì)可以是選自元素周期表中的 第五族元素，例如磷(P)、砷(As)或是銻(Sb)等等。第二摻雜區(qū)220b例如是摻雜P型摻 質(zhì)。所述P型摻質(zhì)可以是選自元素周期表中第三族元素的群組，例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵 (Ga) JB (In)等等。本實(shí)施例的量子阱層220是由至少一多晶硅化鍺(Si^Gex)以及至少一第二多晶 硅化鍺(SipyGey)交替堆疊所構(gòu)成。此種由多層結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的量子阱層220對(duì)于太陽(yáng)能電 池內(nèi)部的紅外線具有更佳的吸收率。承上所述，本實(shí)施例的太陽(yáng)能電池是在其半導(dǎo)體基底100的前表面IOOa設(shè)計(jì)了納 米柱102，因此可以增加太陽(yáng)能電池的前表面的光吸收量。另外，在本實(shí)施例的太陽(yáng)能電池 中，在半導(dǎo)體基底100的后表面IOOb的量子阱層220是由至少一多晶硅化鍺(SihGex)以 及至少一第二多晶硅化鍺(SipyGey)交替堆疊所構(gòu)成。特別是，量子阱層220中具有p-n結(jié) 面，且量子阱層220又與上層輔助鈍化層108與下層的第一 /第二鈍化層112/114所構(gòu)成 的三明治結(jié)構(gòu)。上述的量子阱層220的設(shè)計(jì)可以有效地增加太陽(yáng)能電池內(nèi)部的紅外線光吸 收率。換言之，本實(shí)施例通過納米柱102搭配特殊量子阱層220的材料與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以 有效的增加太陽(yáng)能電池的光吸收率，進(jìn)而增加太陽(yáng)能電池的效率。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域 中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，故本發(fā)明的 保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池，包括半導(dǎo)體基底，其具有前表面以及后表面，其中該半導(dǎo)體基底的該前表面具有多個(gè)納米柱；摻雜層，覆蓋在該多個(gè)納米柱的表面；量子阱層，位于該半導(dǎo)體基底上，該量子阱層具有至少一第一摻雜區(qū)以及至少一第二 摻雜區(qū)，其中該量子阱層包括第一多晶硅化鍺SihGe5x ； 第一鈍化層，覆蓋該量子阱層的該第一摻雜區(qū)； 第二鈍化層，覆蓋該量子阱層的該第二摻雜區(qū)；以及至少一第一電極以及至少一第二電極，分別與該量子阱層的該第一摻雜區(qū)以及該第二 摻雜區(qū)電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該多個(gè)納米柱的高度為0.005 20um，其中 該多個(gè)納米柱的寬度為0. 005 5um，其中該多個(gè)納米柱之間的間距為0. 005 5um。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，還包括前抗反射層，覆蓋該摻雜層，該前抗反射層的材料為銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧 化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、上述至少二者的堆疊層、二氧化硅、氮化硅或其組合； 輔助鈍化層，位于該半導(dǎo)體基底以及該量子阱層之間；以及 背反射層，覆蓋該第一鈍化層以及該第二鈍化層。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該第一鈍化層包括第一摻雜鈍化材料以及第 一鈍化材料，其中該第一摻雜鈍化材料夾于該第一鈍化材料與該第一摻雜區(qū)之間。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該第二鈍化層包括第二摻雜鈍化材料以及第 二鈍化材料，其中該第二摻雜鈍化材料夾于該第二鈍化材料與該第二摻雜區(qū)之間。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中0< χ < 1。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該量子阱層還具有第二摻雜區(qū)，其中該量子 阱層還包括至少一第二多晶硅化鍺SipyGey，該第二多晶硅化鍺與該第一多晶硅化鍺交替 堆疊，且 彡χ < 1， 彡y < 1。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池，其中該多個(gè)納米柱的高度為0.005 20um，其中 該多個(gè)納米柱的寬度為0. 005 5um，其中該多個(gè)納米柱之間的間距為0. 005 5um。
9.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池，其中該第一鈍化層包括第一摻雜鈍化材料以及第 一鈍化材料，其中該第一摻雜鈍化材料夾于該第一鈍化材料與該第一摻雜區(qū)之間。
10.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池，其中該第二鈍化層包括第二摻雜鈍化材料以及 第二鈍化材料，其中該第二摻雜鈍化材料夾于該第二鈍化材料與該第二摻雜區(qū)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種太陽(yáng)能電池，其包括半導(dǎo)體基底、摻雜層、量子阱層、第一鈍化層、第二鈍化層、第一電極以及第二電極。半導(dǎo)體基底具有前表面以及后表面，且半導(dǎo)體基底的前表面為納米柱。摻雜層覆蓋在納米柱的表面。電極層覆蓋摻雜層。量子阱層位于半導(dǎo)體基底上，量子阱層具有至少一第一摻雜區(qū)以及至少一第二摻雜區(qū)，其中量子阱層包括多晶硅化鍺(Si1-xGex)。第一鈍化層覆蓋量子阱層的第一摻雜區(qū)。第二鈍化層覆蓋量子阱層的第二摻雜區(qū)。第一電極以及第二電極分別與量子阱層的第一摻雜區(qū)以及第二摻雜區(qū)電性連接。
文檔編號(hào)H01L31/0216GK102142478SQ201110045950
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者吳振誠(chéng), 梁碩瑋, 胡雁程, 陳芃 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司