CN116802818A - 太阳能电池 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池，包含：结晶硅基板；半导体层，配置在基板的建构成当太阳能电池在使用时不面对辐射源的背面上；以及透明导电区域，配置在半导体层的表面上。其中透明导电区域包含；第一层，具有第一工作函数；以及第二层，具有第二工作函数且插置在第一层和半导体层之间；其中第二层的第二工作函数大于第一层的第一工作函数。

Description

太阳能电池

技术领域

本公开关于太阳能电池及其形成方法。

背景技术

从阳光提供电能的太阳能模块包含太阳能/光伏电池的阵列，每个电池包含配置在一或更多个正面和背面电极之间的多层半导体结构。

基板典型与配置在基板的表面上的发射层形成p-n接面(亦即基板和发射层中的一者是n型材料，而另一者是p型材料)。p-n接面回应于入射在太阳能电池上的光而利于产生电流。

表面场层(譬如正面或背面场层)配置在基板的相反于发射层的表面上。表面场层被掺杂(亦即具有与发射层相反的电荷类型)且建构成从基板汲取电荷载子。

发射层和表面场层典型是由非晶形硅(a-Si)所形成，而基板是由结晶硅(c-Si)所形成，如此以达成异质接面科技(heterojunction technology，HJT)型太阳能电池。

以此种HJT太阳能电池而言，透明导电氧化物(transparent conducting oxide，TCO)层插置在表面场层和某一电极之间，并且进一步的TCO层插置在发射层和另一电极之间。TCO层配置成从太阳能电池的作用层(譬如表面场层和发射层)汲取电荷载子且将它们传输至个别电极。

为了使太阳能电池的效率最大化，重要的是使TCO层的光电子性质最大化。然而，由于透明材料一般是绝缘体，并且导电材料倾向于具有金属性质，故在此种材料的光学和电性质之间有基本的取舍。

据此，仍需要增加此种太阳能电池的TCO层的光学性质，而也需改善它们的电荷载子传输性质。

发明内容

根据第一方面提供的是太阳能电池，包含：基板(譬如结晶硅基板)；半导体层，配置在基板的建构成当太阳能电池在使用时不面对辐射源(或建构成背对辐射源)的背面上；以及透明导电区域，配置在半导体层的表面上。透明导电区域包含：第一层，具有第一工作函数；以及第二层，具有第二工作函数且插置在第一层和半导体层之间。第二层的第二工作函数大于第一层的第一工作函数。在具体实施方式中，半导体层插置在基板和透明导电区域之间。

在已知的太阳能电池的运作期间，光生载子是由TCO所收集且传输至电极。此种TCO层可能建构有低工作函数而增加其导电率，如此以增加光生载子对电极的传输。然而，TCO层的低工作函数可以导致与太阳能电池的上面配置了TCO层的半导体层(譬如非晶形硅[a-Si])的接触电阻有所增加。

接触电阻增加源自于在TCO和半导体层之间的界面形成了电位阻障(譬如寄生性萧特基阻障)。此电位阻障产生扩散电位，而抑制TCO层收集光生载子，并且借此减少太阳能电池的效率。

本发明的透明导电区域设有第二层，配置在第一层和半导体层之间。第二层建构有大于第一层的工作函数的工作函数。如此，则第二层的第二工作函数更适合匹配于半导体层的价带或传导带，如此以减少寄生性电位阻障。如此，则透明导电区域能够从半导体层汲取更多的光生载子，借此增加太阳能电池的填充因素(fill factor，FF)和效率。

再者，透明导电区域的第一层建构有较小的工作函数，这导致有较低的透明度(相较于第二层)。此导致未吸收的光子反射回去朝向太阳能电池的光作用层(譬如半导体层)有所增加。

第一层的相对低的工作函数也导致导电率增加(相较于第二层)，借此促进光生电荷载子转移至电极中，电极则可能配置在透明导电区域的外部(譬如最外)表面。

将体会“工作函数”(work function)一词是指固态材料的费米能阶和固态材料外面的自由空间的能量(亦即真空能阶)之间的能阶差异。如此，则此词界定使电子从绝对零度的固态材料解放所需的最小能量。

当材料的对应能量值(测量为电子伏特[eV])大于另一材料时，该材料的工作函数则视为大于另一材料。

半导体层配置在基板的建构成当太阳能电池在使用时不面对辐射源的背面上。以此方式，则透明导电区域配置在半导体层的背面上。透明导电区域的第一层(其界定最外层)具有较小的工作函数，因而有较低的透明度(亦即高反射度)。据此，第一层可能建构成将可能已通过透明导电区域的光子反射回去朝向太阳能电池的光作用层。再者，第一层的导电率增加将减少与可能配置在其外表面上的背面电极的接触电阻。

将了解当例如层、膜、区域或基板的元件被称为“在…上”(on)、“相邻于”(adjacent)或“相反于”(opposite)另一元件时，它可以“直接在…上”(directly on)、“直接相邻于”

(directly adjacent)或“直接相反于”(directly opposite)该进一步元件；替代可选地，可能存在一或更多个中介元件。相对来看，当元件被称为“直接在…上”、“直接相邻于”或“直接相反于”另一元件时，没有存在中介元件。

现在将列出可选择的特征。这些特征可单独地或与任何方面做任何组合地来应用。

半导体层可能建构有正导电率类型(亦即p型)。在此情形，透明导电区域的具有较大工作函数的第二层提供更紧密匹配于p型半导体层的价带，而有助于正电荷载子(亦即电洞)传输跨越透明导电区域和半导体层之间的界面。尤其，第二层的较大工作函数避免能带在对p型半导体的界面弯曲，否则就会对当太阳能电池在使用时被驱动朝向电极的电洞呈现电位阻障(譬如萧特基阻障)。以此方式，则透明导电区域的第二层增加从太阳能电池汲取电洞，尽管第二层具有小于第一层的导电率。

第二层的第二工作函数可能建构成小于半导体层的工作函数。“小于”(lessthan)一词可能将第二工作函数界定为“仅稍微小于”(only slightly less than)半导体层的工作函数。如此，则第二工作函数可能建构成小于但实质靠近(亦即如此以匹配于)半导体层工作函数以利于电荷载子跨越这二层之间的界面做有效率的转移。于范例性配置，第二工作函数可能小于半导体层工作函数的5％，可选地小于2％，或可选地小于1％。

半导体层的工作函数和透明导电区域的第二层的工作函数之间的差异可能小于半导体层的工作函数和透明导电区域的第一层的工作函数之间的差异。

有利而言，第二层的工作函数更紧密匹配于半导体层的工作函数。以此方式，则第二层相较于第一层而能够改善半导体层和透明导电区域之间的能带对齐，借此减少在透明导电区域和半导体层之间界面的接触电阻。

透明导电区域可能界定成缩退的半导体(亦即重度掺杂的半导体)，其中费米能阶位在传导带中而使材料行为像金属。透明导电区域的诸层的载子掺杂浓度改变可以使工作函数偏移(费米能阶也是)，借此影响在透明导电区域和半导体层之间界面的能带对齐。

透明导电区域的工作函数取决于透明导电区域材料的材料性质，这可以藉由控制透明导电区域制程(譬如沉积)的参数而决定。尤其，透明导电区域的工作函数可能在透明导电区域层的制作期间借由控制氧浓度而修改。

透明导电区域的至少一层或每一层可能建构有在3.5电子伏特和6.0电子伏特之间的工作函数，可选地在4.0至5.5电子伏特之间。

第三层可能直接配置在半导体层上。举例而言，第三层可能配置成直接接触(例如沉积在)半导体层的表面(例如接收表面)。以此方式，则第三层有利地建构成直接从半导体层汲取电荷载子。

第一层可能直接配置在第二层上。举例而言，第一层可能配置成直接接触(例如沉积在)

第二层的表面(例如接收表面)。再者，第二层可能直接配置在第三层上。以此方式，则在透明导电区域的这些个别层之间界面可能有界定的工作函数的阶段改变。

第三层的第三工作函数可能建构成比第二层的第二工作函数大高达10％(譬如高达第二工作函数的110％)。替代可选地，第三层的第三工作函数可能建构成比第二层的第二工作函数大高达15％(譬如高达第二工作函数的115％)。替代可选地，第三层的第三工作函数可能建构成比第二层的第二工作函数大至少10％且高达15％(譬如第二工作函数的至少110％且高达115％)。

当第三层直接配置成相邻于半导体层时，第三层的第三工作函数可能建构成大于5.0电子伏特且小于6.0电子伏特，可选地为5.5电子伏特。在此情形，第二层的工作函数可能小于第三层的工作函数(譬如小于5.0电子伏特和6.0电子伏特之间)且大于第一层的工作函数(譬如大于3.5电子伏特和4.5电子伏特之间)。

透明导电区域的至少一层可能是由金属氧化物材料所形成。透明导电区域的至少一层可能是由氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)所形成。替代可选地，透明导电区域的至少一层可能是由以下一或更多者所形成：氧化锌(ZnO)、掺杂铟的氧化锡(ITO)、氧化锡(SnO2)、氧化铟(In2O3)、掺杂氟化物的氧化锡(fluoride doped tin oxide，FTO)。半导体层可能是由非晶形硅(a-Si)所形成。

基板上面配置了半导体层的表面可能是基板的第一表面，并且太阳能电池可能包含第二半导体层，配置在基板的相反于第一表面的第二表面。太阳能电池可能进一步包含第二透明导电区域，配置在第二半导体层的表面上。

第二透明导电区域可能包含：第一层，具有第一工作函数；以及第二层，具有第二工作函数且插置在第一层和第二半导体层之间。第二层的第二工作函数可能建构成大于第一层的第一工作函数。

第二半导体层可能建构有负导电率类型(亦即n型)。

第二透明导电区域可能包含第三层，插置在第二层和第二半导体层之间。第三层可能直接配置在第二半导体层上。举例而言，第二透明导电区域的第三层可能配置成直接接触(例如沉积在)第二半导体层的表面(例如接收表面)。据此，第三层有利地建构成直接从第二半导体层汲取电荷载子。第三层可能建构有第三工作函数，可能大于第二层的第二工作函数。

第二半导体层可能界定发射层。当太阳能电池在使用时，发射层可能配置在基板的可能建构成面对辐射源的正面上。

第二透明导电区域的至少一层可能是由金属氧化物材料所形成，并且第二半导体层可能是由非晶形硅(a-Si)所组成。

第二透明导电区域的第一和第二层的工作函数可能以类似于第一透明导电区域的对应层的方式来建构。然而，在此情形，透明导电层的工作函数之间的差异将为较小以反映正面电极和正面累积层之间工作函数的较小差异。

基板可能是由结晶硅(c-Si)所组成，例如硅晶圆。结晶硅基板可能包含连续的晶体结构，譬如单晶硅。替代可选地，基板可能包含一或更多个连续晶体结构的颗粒，譬如多晶(或多结晶)硅。

透明导电区域的第一和第二层的每一者可能建构有宽度、长度、深度。每个此种层可能建构成使得其宽度和长度都实质大于其深度。诸层的宽度和长度可能是在对齐于基板的表面平面的垂直方向上测量，并且深度可能是在垂直于基板的表面平面的方向上测量。

透明导电区域可能具有小于500纳米的厚度，可选地小于200纳米，可选地小于100纳米。透明导电区域的每一层可能具有至少20纳米且不大于50纳米的厚度。

正面透明导电区域可能进一步建构成界定太阳能电池的抗反射层或披覆。如此，则透明导电区域的诸层可能被刻纹以提供抗反射表面。抗反射层有利地减少入射在太阳能电池上光的反射度且增加预先决定的波长能带的选择性，借此增加太阳能电池的效率。

根据范例性配置，太阳能电池可能包含电极，配置在透明导电区域相反于与半导体层形成界面的表面的表面上(譬如使得透明导电区域可能插置在基板和电极之间)。

太阳能电池可能进一步包含钝化层，可能配置在基板和第一和第二半导体层中的至少一或每一者之间。(多个)钝化层可能是由非晶形材料所形成，可能建构成钝化上面配置了个别半导体层的(多个)基板表面。(多个)钝化层可能是由非晶形硅(a-Si)所组成。(多个)钝化层可能是非掺杂的(例如由本质性半导体材料所形成)。

半导体层和/或(多个)钝化层中的至少一或每一者可能是由具有规定化学组成的材料所组成。每一层可能以依序的过程而沉积(或譬如扩散或植入)至基板上。

从前面将了解基板和半导体层都可能是由一或更多种半导体材料所形成。每种半导体材料可能建构有由包括的掺杂原子所决定的导电率类型。以此方式，则每种个别的半导体材料可能掺杂了具有已决定的电荷的原子，以增加掺杂的整体材料里的多余电荷载子。

将了解掺杂原子的离子化状态可能决定掺杂的半导体材料的导电率类型。举例而言，半导体材料可能被正或负掺杂，如此以分别展现正导电率类型(p型)或负导电率(n型)。具有决定的导电率类型(譬如p型或n型)的任一层可能建构成生成静电驱动力，其将光生电荷载子(譬如电子和电洞)驱动朝向该层。举例而言，p型材料将吸引电子且排斥电洞，并且n型材料将吸引电洞且排斥电子。在某些情形，半导体材料可能不掺杂(例如具有本质的钝化层)。

基板可能建构有第一导电率类型(举例而言为n型)，并且半导体层可能建构有相反于第一导电率类型的第二导电率类型(举例而言为p型)，因此连同基板而形成p-n接面。

在p-n接面的p型和n型材料之间所形成的界面分别使多余的电子和电洞扩散至n型和p型材料。此电荷载子的相对移动导致在p-n接面形成空乏区域(譬如空间电荷区域)。一旦达到热平衡条件，则跨越空乏区域而形成内建的电位差。

在太阳能电池的运作期间，光入射在基板上所产生的多个电子电洞对被源自p-n接面之内建电位差所生成的电场分开成电子和电洞。然后，分开的电子移动(譬如穿隧)至n型半导体，并且分开的电洞移动至p型半导体。因此，当基板是n型且发射器是p型时，分开的电洞和电子分别移动至发射器和基板。尤其，电洞和电子移动至配置在p-n接面的发射器和基板侧上的个别电极。据此，电子变成基板中的主要载子，并且电洞变成发射器中的主要载子。

根据范例性配置，基板可能是由n型单晶硅晶圆所形成。至少一半导体层(譬如第一半导体层)可能包含至少部分掺杂的非晶形材料，如此以为p型。此种配置可能有助于形成异质接面科技(HJT)型太阳能电池，它这样定义是因为它组合了二种不同的材料以在p-n接面生成电荷分离场。替代可选地，将体会太阳能电池可能建构成界定任何类型的太阳能电池结构。举例而言，基板和发射器可能界定串接接面太阳能电池。

当半导体材料是n型时，它可能建构成含有V族元素的杂质，例如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。当半导体材料是p型时，它可能含有III族元素的杂质，例如硼(B)、镓(Ga)、铟(In)。钝化层可能建构成无导电率类型，使得它形成发射器和基板之间的本质层。

根据替代选择性配置，发射器可能是n型且基板可能是p型，如此以在其间形成p-n接面。在此例子，分开的电洞和电子分别移动朝向基板和发射器。尤其，电洞和电子移动至配置在p-n接面的基板和发射器侧上的个别电极。

至少一半导体层的另一者(譬如第二半导体层)可能建构有相同于基板的第一导电率类型(譬如n型)。此半导体层可能界定太阳能电池的累积器，而建构成有选择地从基板筛选或汲取电荷载子。

在具体实施方式中，基板可能是由p型单晶硅晶圆所形成，并且半导体层可能包含至少部分掺杂的非晶形材料，如此以为p型。

如同建构有决定的导电率类型，每一半导体层还可能建构有不同的掺杂物浓度。每个掺杂层可能建构成生成静电驱动力以驱动光生电荷载子(譬如电子和电洞)朝向个别层。至少一掺杂层的掺杂浓度可能有所增加，如此以生成较强的静电力，导致电荷传输移动离开基板有所增加。

根据范例性配置，太阳能电池可能包含：结晶硅基板；背面半导体层，配置在基板的建构成当太阳能电池在使用时不面对辐射源的背面上；正面半导体层，配置在基板的建构成当太阳能电池在使用时面对辐射源的正面上；背面透明导电区域，配置在背面半导体层的表面上；以及正面透明导电区域，配置在正面半导体层的表面上。其中背面透明导电区域包含；第一层，具有第一工作函数；以及第二层，具有第二工作函数且插置在第一层和背面半导体层之间，其中第二层的第二工作函数大于第一层的第一工作函数。其中正面透明导电区域包含；第一层，具有第一工作函数；以及第二层，具有第二工作函数且插置在第一层和正面半导体层之间，其中第二层的第二工作函数大于第一层的第一工作函数。其中背面和正面透明导电区域中的至少一者包含第三层，具有第三工作函数且插置在基板和至少一背面和正面透明导电区域的个别第二层之间，其中第三层的第三工作函数大于至少一背面和正面透明导电区域的个别第二层的第二工作函数。根据有利的配置，正面和背面透明导电区域的每一者都具有至少二层，建构成致使个别区域的工作函数朝向基板而增加。而且，正面和背面透明导电区域中的至少一者包括第三层，建构成致使工作函数朝向基板(例如跨越所有三层)而逐渐(例如递增地)增加。借由建构正面和背面透明导电区域中的至少一者而有朝向基板(例如跨越三区分层)所逐渐增加的工作函数，则这使在正面和背面电极的电荷汲取最佳化而同时增加光子对基板里的传输。

正面透明导电区域可能建构成仅有二层(例如第一和第二层)，而背面透明导电区域可能建构有三层(例如第一、第二、第三层)。替代可选地，背面透明导电区域可能建构成仅有二层，并且正面透明导电区域可能建构有三层。

正面和背面透明导电区域的每一者可能都包含第三层，具有第三工作函数且插置在基板和正面和背面透明导电区域的个别第二层之间(例如正面透明导电区域可能包含配置在基板和第二正面层之间的第三正面层，并且背面透明导电区域可能包含层配置在基板和第二背面层之间的第三背面层)。每个第三层的第三工作函数可能大于正面和背面透明导电区域的个别第二层的第二工作函数(例如第三正面层的工作函数可能大于第二正面层的工作函数，并且第三背面层的工作函数可能大于第二背面层的工作函数)。

如上所述，太阳能电池可能包含电极，配置成相反于透明导电区域且建构成从太阳能电池汲取光生电荷载子。电极可能配置成使得透明导电区域插置在电极和基板之间。

当透明导电区域配置在基板的背面(譬如最后面)上时，电极可能配置在透明导电区域的背面上以界定太阳能电池的背面电极。

当透明导电区域配置在基板的正面(譬如最前面)上时，电极可能配置在透明导电区域的正面上以界定太阳能电池的正面电极。

当太阳能电池包含分别配置在基板的正面和背面上的正面透明导电区域和背面透明导电区域时，太阳能电池可能包含配置在正面透明导电区域的正面上的正面电极和配置在背面透明导电区域的背面上的背面电极。每个电极可能建构成与正面和背面透明导电区域的个别表面形成欧姆接触。

正面和背面电极可能各包含多个指状电极，配置在透明导电区域的个别表面上。每个指状电极可能建构有实质大于其宽度的轴向长度。指状电极的宽度和轴向长度可能都是在透明导电区域的个别表面平面的垂直方向上来测量。指状电极可能在平行于透明导电区域的宽度方向的横向上延伸。

多个正面和/或背面指状电极中的每一者的指状电极可能跨越个别表面而隔开以在指状电极之间界定横向延伸的空间。指状电极可能在实质平行于透明导电区域的长度方向的纵向上隔开。多个指状电极中的每一者可能实质彼此平行。据此，多个背面指状电极可能形成平行、纵向隔开(譬如均等隔开)的指状电极的阵列。

将了解如在此所用的“导电的”(conductive)和“绝缘的”(insulating)等词明确打算分别意谓电传导的和电绝缘的。鉴于本公开的技术背景(光伏太阳能电池装置)，这些词的意义将特别明显。也将了解“欧姆接触”(ohmic contact)一词打算意谓非整流电接面(亦即二导体之间的接面展现实质线性的电流－电压[I-V]特征)。

根据范例性配置，太阳能电池可能包含基板(例如硅基板)、配置在基板的正面上的正面半导体层、配置在正面半导体层的正面上的正面透明导电区域、配置在基板的背面上的背面半导体层、配置在背面半导体层的背面上的背面透明导电区域。

背面半导体层可能界定太阳能电池的发射器，定位成相反于基板以形成p-n接面。发射器可能电连接至背面电极，并且配置成使得发射器配置在背面电极和基板之间。背面透明导电区域可能建构成在太阳能电池的运作期间从发射器汲取电荷载子且将它们转移至背面电极。

正面半导体层可能界定累积器，定位朝向基板的正面，亦即在基板层和正面电极之间。正面透明导电区域可能建构成在太阳能电池的运作期间从累积器汲取电荷载子且将它们转移至正面电极。

根据范例性配置，太阳能电池可能包括n型硅基板、p型后发射器、具有不同工作函数的至少二透明导电层，其中配置成最靠近发射层的透明导电层具有大于二透明导电层中的另一者的工作函数。

将体会上面透明导电层的配置也可适用于配置在n型硅基板的正面上的p型发射层。

替代可选地，上面透明导电层的配置可进一步适用于具有p型硅基板和配置在基板正面上的p型累积层的太阳能电池。然而，在此配置，由于正面电极和p型累积层之间的工作函数差异较小，故透明导电层的工作函数之间的差异可能较小。

根据第二方面提供的是包含根据第一方面的多个太阳能电池的太阳能模块。多个太阳能电池可能电耦合在一起。

根据第三方面提供的是制造太阳能电池的方法，包含以下步骤：提供基板(譬如结晶硅基板)；配置半导体层在基板的表面上；以及配置透明导电区域在半导体层上，透明导电区域包含第一层和第二层。配置透明导电区域的步骤包含配置第二层在半导体层上且配置第一层在第二层上，使得第二层插置在第一层和半导体层之间。方法包含：建构第一层而有第一工作函数；以及建构第二层而有大于第一层的第一工作函数的第二工作函数。

配置半导体层在基板的表面上的方法可能包含建构半导体层而有正导电率类型(亦即p型)。

透明导电区域可能包含第三层，插置在第二层和半导体层之间。在此情形，配置透明导电区域的方法可能包含在沉积第二层前先配置第三层在半导体层上。此方法可能包含建构第三层而有大于第二层的第二工作函数的第三工作函数。配置第三层的步骤可能包含直接配置第三层在半导体层上(例如直接沉积第三层至半导体层的表面[例如接收表面]上)。

配置透明导电区域的步骤可能包含使用溅镀过程或任何其他适合的沉积方法而依序沉积透明导电区域的诸层至半导体上。溅镀过程可能包含直流(direct current，DC)磁控溅镀。

方法可能包含控制溅镀过程的至少一参数以决定第一和第二层中的工作函数。至少一参数可能包含气体组成和气体流率中的至少一者。

替代可选地，方法可能包含更改TCO沉积方法以沉积不同的材料给第一和第二层。第一和第二层的不同的TCO材料可能包含氧化锌(ZnO)、掺杂铟的氧化锡(ITO)、氧化锡(SnO2)、氧化铟(In2O3)、掺杂氟化物的氧化锡(FTO)中的至少一者。

方法可能包含建构第一层的溅镀过程而有第一氧流率，以及建构第二层的溅镀过程而有大于第一氧流率的第二氧流率。方法可能包含建构第三层的溅镀过程而有大于第二层的第二氧流率的第三氧流率。有利而言，增加氧流率导致对应层的透明导电材料有较大的工作函数。

方法可能包含配置半导体层和透明导电区域在基板的建构成当太阳能电池在使用时不面对辐射源的背面上。

基板上面配置了半导体层的表面可能是基板的第一表面，并且方法可能包含配置第二半导体层在基板的第二表面上(第二表面相反于第一表面)，以及配置第二透明导电区域在第二半导体层的表面上，第二透明导电区域包含第一层和第二层。配置第二透明导电区域的步骤可能包含配置第二层在第二半导体层尚且配置第一层在第二层上，使得第二层插置在第一层和第二半导体层之间。方法可能包含：建构第一层而有第一工作函数；以及建构第二层而有大于第一层的第一工作函数的第二工作函数。

第二透明导电区域可能包含第三层，插置在第二层和第二半导体层之间。在此情形，配置第二透明导电区域的方法可能包含在沉积第二层前先配置第三层在第二半导体层上。此方法可能包含建构第三层而有大于第二层的第二工作函数的第三工作函数。配置第二透明导电区域的第三层的步骤可能包含直接配置第三层在第二半导体层上(例如直接沉积第三层至第二半导体层的表面[例如接收表面]上)。

方法可能包含配置第二半导体层和第二透明导电区域在基板的建构成当太阳能电池在使用时面对辐射源的正面上。

配置透明导电区域的方法可能包含建构透明导电区域的至少一或每一层，使得它们形成太阳能电池的抗反射层或披覆。

配置第二半导体层在基板的第二表面上的方法可能包含建构第二半导体层而有负导电率类型(亦即n型)。

在配置第一和第二半导体层中的至少一或每一者之前，方法可能包含配置钝化层在基板的表面上，使得它插置在个别半导体层和基板之间。(多个)钝化层可能是由非晶形材料所形成。方法可能包含建构(多个)钝化层，使得它实质未掺杂(亦即呈本质性)。

配置第一和第二半导体层和/或钝化层中的至少一或每一者的步骤可能包含使用气相沉积过程来沉积诸层至基板上。气相沉积过程可能是电浆增强的化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapour deposition，PECVD)过程。

方法可能包含控制气相沉积过程的至少一参数以决定第一和第二半导体层和/或钝化层中的至少一者的结构、化学、掺杂物组成。气相沉积过程参数可能包含气体组成和/或气体流率。气相沉积过程参数可能界定沉积腔室的温度。气体组成可能包含二氧化碳(CO2)、硅烷(SiH4)、氢(H2)中的至少一者。

方法可能进一步包含配置电极在第一和第二透明导电区域中的至少一或每一者上。

每个透明导电区域可能包含背面(譬如最后面)和相反于背面的正面(譬如最前面)。据此，当透明导电区域配置在基板的背面上时，方法可能包含配置电极至透明导电区域的背面上以界定背面电极。当透明导电区域配置在基板的正面上时，方法可能包含配置电极至透明导电区域的正面上以界定正面电极。

电极可能包含多个指状电极，如此则方法可能包含沉积多个指状电极至第一层上。方法可能包含沉积导电材料至透明导电区域的正面或背面上。

导电材料可能以多样的方法来沉积，包括蒸镀、镀覆、印刷等。举例而言，导电材料可能包含印刷材料。沉积导电材料的方法可能包含把印刷材料的可印刷的前驱物印刷至透明导电区域的表面上。方法可能进一步包含根据烧制过程来熟化可印刷的前驱物以形成指状电极。

熟练人士将体会：互相排斥的情形除外，相关于上面任一方面所述的特征或参数可能适用于任何其他方面。再者，互相排斥的情形除外，在此所述的任何特征或参数可能适用于任何方面以及/或者与在此所述的任何其他特征或参数组合。

附图说明

现在将参考图式而仅以举例方式来描述具体实施方式，其中：

图1是示范太阳能电池的诸层的示意图；

图2是图1太阳能电池的正面透明导电区域的近看图；

图3是图1太阳能电池的背面透明导电区域的近看图；以及

图4是示范形成图1太阳能电池的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考伴随图式来讨论本公开的各方面和具体实施方式。熟于此技术者将明白进一步的方面和具体实施方式。

图1示意地示范太阳能电池10，其尤其包含半导体基板12，它包含：第一表面(亦即正面)14，在正常使用期间来自辐射源(譬如太阳)的光入射在上面；以及第二表面(亦即背面)16，其相反于正面14。也就是说，正面14可能建构成在使用时面对太阳，而背面16可能建构成在使用时背对太阳。

基板12把太阳能电池10分成往基板12前面(亦即在前方)的正面部分18和往基板12后面的背面部分20。入射在太阳能电池10上的光穿过正面部分18、基板12、然后是背面部分20。

正面和背面部分18、20中的每一者包含多层，配置成界定分开的层状结构。正面部分18(在此也称为正面层状结构18)配置成相反于基板12的正面14，并且背面部分20(在此也称为背面层状结构20)配置成相反于基板12的背面16。正面和背面层状结构18、20的组成层依序沉积(或譬如扩散或植入)至基板12的个别的正面和背面14、16上。

正面和背面部分18、20中的每一者建构有宽度、长度、深度。每一层的宽度和长度是在对齐于基板12的正面和背面14、16的垂直方向上来测量。对于每一层，其宽度和长度实质大于其深度，深度是在垂直于基板12的正面和背面14、16的方向上来测量。

太阳能电池10是背面发射器太阳能电池(尤其是背面发射器异质接面太阳能电池10)。如此，则太阳能电池10设有发射器50和配置在基板12的任一侧的累积器52。据此，发射器50形成部分的背面部分20，并且累积器52形成部分的正面部分18。

根据示范的具体实施方式，基板12是n型单晶硅晶圆，而与p型发射层50形成p-n接面。累积层52建构成具有n型，使得它可以从基板12汲取电子。发射层和累积层50、52各是由掺杂的非晶形硅(a-Si)材料所形成，它掺杂了对应元素以达成规定的导电率类型，如熟练人士所会理解。

正面部分18包含正面钝化层28，插置在基板12的正面14和累积器52之间。背面部分20的背面钝化层30插置在发射器50和基板12的背面16之间。钝化层28、30中的每一者是由本质性非晶形硅材料所形成，如熟练人士所会理解。

发射层和累积层50、52各具有12纳米的深度，并且钝化层28、30各具有3纳米的深度(如在图1所示的垂直方向来测量)。

太阳能电池10进一步设有透明导电(transparent conductive，TC)区域46(在此也称为正面TC区域46)，配置在累积器52的正面54。进一步的TC区域48(在此也称为背面TC区域48)配置在发射器50的背面44。

TC区域46、48各被刻纹以提供太阳能电池10的抗反射表面，如图1到3所示。正面电极40设在正面TC区域46的刻纹正面56，并且背面电极42设在背面TC区域48的刻纹背面58。正面和背面电极40、42是由银所形成。

正面和背面TCO区域46、48各具有小于100纳米的厚度(如在图1所示的垂直方向来测量)，并且它们各是由氧化铟锡(ITO)所形成。然而，TC区域46、48中的每一者的组成跨越其深度而有所变化，如下将更详细描述。

现在将分别参考图2和3来更详细描述正面和背面TC区域46、48。

正面TC区域46包含第一、第二、第三正面层22、24、26，都具有不同的组成。第三正面层26插置在累积器52和第二正面层24之间，并且第二正面层24插置在第三正面层26和第一正面层22之间，如图2所示。

第一、第二、第三正面层22、24、26中的每一者建构有不同的工作函数。尤其，第一正面层22建构有小于第二正面层24的第二工作函数的第一工作函数，第二正面层24的第二工作函数则小于第三正面层26的第三工作函数。

TC区域46、48的每一层的工作函数是指该层的组成材料的费米能阶和材料外面自由空间的能量之间的能量差异。当特殊层的工作函数能量值(测量成电子伏特[eV])大于它所比较的某层的工作函数能量值时，该层的工作函数描述成大于另一层。再者，由于材料的工作函数是以负尺度来测量，故该词较大是指工作函数值比比较值更负。

第一正面层22的第一工作函数是近似4.0电子伏特，第二正面层24的第二工作函数是近似4.1电子伏特，并且第三正面层26的第三工作函数是近似4.2电子伏特。累积层52的工作函数是近似4.2电子伏特，并且正面电极40的工作函数是近似4.0电子伏特。

正面TC区域46是由透明导电层的堆栈所形成，而当移动朝向太阳能电池10的作用层时(如图2所示的垂直往下的方向)工作函数呈阶段式增加。以此方式，则第三正面层26建构有最高(譬如最大)的工作函数(亦即在三层之中)，使得它具有低于第一和第二层22、24的导电率。然而，此意谓第三正面层26提供有利的透明窗口来通入紧接着配置在正面TC区域46下的累积层52。

再者，第一正面层22建构有最低(譬如最小)的工作函数，使得它具有大于第二和第三层24、26的导电率。此意谓第三正面层22提供对正面电极40的良好电接触。较低工作函数也减少在太阳能电池10的最上表面的正面TC区域46的透明度。为了容许透明度有所降低，第一正面层22的厚度做得尽可能的薄以增加通入光作用层的入射光子的数目。

最后，第二正面层24建构有中间的工作函数，选择成以致在其间插置了第二层的第一和第三层的导电率和透明度之间提供平衡。如此，则第二正面层24在第一和第三正面层22、26之间提供光电性质的桥接。

类似于正面TC区域46，背面TC区域48也包括三个背面层32、34、36的堆栈，如图3所示。如同正面层，第一、第二、第三背面层22、24、26的每一者是由氧化铟锡所形成。然而，与正面层形成对照，三个背面层32、34、36是由不同的材料组成所形成，使得它们的工作函数当移动朝向太阳能电池10的作用层时(如图3所示的垂直往上的方向)展现阶段式增加。

尤其，第一背面层32所具有的第一工作函数小于第二和第三层34、36。第二背面层34所具有的第二工作函数小于第三层36但大于第一背面层32。第三背面层32所具有的第三工作函数大于第一和第二背面层32、34二者。

第一背面层32的第一工作函数是近似4.0电子伏特，第二背面层34的第二工作函数是近似4.75电子伏特，并且第三背面层36的第三工作函数是近似5.5电子伏特。发射层50的工作函数是近似5.5电子伏特，并且背面电极42的工作函数是近似4.0电子伏特。

根据示范的具体实施方式，第三层36的工作函数是更适合匹配于发射器50的价带，这减少了寄生性电位阻障形成在TC区域48和发射器50之间的可能性。

附带而言，第一背面层32建构有相对低的工作函数，使得它具有较低透明度，这增加在太阳能电池10的最后表面的TC区域48的反射度。结果，当在使用时，更多未吸收的光子可能被背面TC区域48的第一背面层32反射回来朝向太阳能电池10的光作用层。

将体会第一背面层32配置成相邻于太阳能电池10的背面电极42，并且由于第一背面层32具有相对低的工作函数，故它也展现增加的导电率(相较于第二和第三背面层34、36)。第一背面层32的相对为高的导电率造成光生电荷载子(亦即电洞)转移至背面电极42中有所增加。据此，背面TC区域48能够从发射器50汲取更多的光生载子，借此增加太阳能电池10的填充因素(FF)。

第一、第二、第三正面层22、24、26和第一、第二、第三背面层32、34、36各具有近似30纳米的深度(如在图2和3所示的垂直方向来测量)。如上所述，每一层22、24、26、32、34、36都是由氧化铟锡所形成。这些氧化铟锡材料的工作函数是在对应层的制作期间来调整氧流率而建构，如下所更详细解释。

图4显示形成例如上述的太阳能电池的方法100。方法包含第一步骤102：提供结晶硅晶圆以界定太阳能电池10的基板12。

于第二方法步骤104，方法包含分别沉积正面和背面钝化层28、30至基板12的正面和背面14、16上。

第三方法步骤106包含分别沉积累积器52和发射器50至正面和背面钝化层28、30上。据此，累积器和发射器52、50分别界定正面和背面半导体层。

第二和第三方法步骤104、106涉及配置(或形成)半导体层在硅晶圆基板12的正面和背面14、16上。这可能包含沉积、扩散、掺杂和/或植入步骤。所称的层形成上述太阳能电池10的至少部分的正面和后面部分18、20(譬如发射层、累积层、钝化层等)。这些步骤的每一者涉及使用气相沉积过程(譬如PECVD)来沉积对应的半导体材料。一般而言，气相沉积过程的参数建构成决定每一层的组成(譬如结构的和/或化学的)且也决定掺杂物浓度。

于第四方法步骤108，方法包含分别沉积正面和背面第三层26、36至累积器和发射器52、50。于第五步骤110，方法包含沉积正面和背面第二层24、34至个别的正面和背面第三层26、36上。于第六步骤112，方法包含沉积正面和背面第一层22、32至个别的正面和背面第二层24、34上。

第四、第五、第六方法步骤108、110、112各涉及沉积正面和背面TCO层至太阳能电池10的正面和背面上。这些步骤的每一者涉及使用DC磁控溅镀过程来沉积对应的透明导电氧化物材料。一般而言，溅镀过程的参数建构成决定每一层的组成(譬如结构的和/或化学的)且也决定电和光学性质。举例而言，TC区域46、48的正面和背面层中的每一者的组成材料的工作函数借由调整溅镀过程的参数而决定。尤其，正面和背面TC区域46、48的每一层使用不同的氧气流率来沉积。

沉积第一正面层22的方法涉及使用第一氧流率以获得第一工作函数。沉积第二正面层24的方法包括使用第二氧流率以获得第二工作函数。沉积第三正面层26的方法包含第三氧流率以建构第三工作函数。第一正面层22的第一氧流率大于用来形成第二正面层24的第二氧流率。第二正面层24的第二氧流率大于用来形成第三正面层26的第三氧流率。

沉积第一背面层32的方法涉及使用第一氧流率以获得第一工作函数。沉积第二背面层34的方法包括使用第二氧流率以获得第二工作函数。沉积第三背面层36的方法包含第三氧流率以建构第三工作函数。第一背面层32的第一氧流率小于用来形成第二背面层34的第二氧流率。第二背面层34的第二氧流率小于用来形成第三背面层36的第三氧流率。

根据本发明的范例性配置，正面和背面TC区域46、48可能分开沉积。举例而言，方法步骤108、110、112可能依序进行在太阳能电池10的正面上，然后再进行对应的步骤108、110、112在太阳能电池10的背面上。替代可选地，可能首先沉积背面层32、34、36，然后再沉积正面层22、24、26。

最后，第七方法步骤114包含配置正面和背面电极40、42在太阳能电池10的正面和背面部分18、20的最外表面上。

将了解本发明不限于上述的具体实施方式，并且可以做出多样的修饰和改善而不偏离在此所述的概念。除了互相排斥的情形以外，任何特征都可能分开地采用或与任何其他特征组合地采用，并且本公开延伸至且包括在此所述之一或更多个特征的所有组合和次组合。

Claims (26)

1.一种太阳能电池，包含：结晶硅基板；半导体层，配置在该基板的建构成当该太阳能电池在使用时不面对辐射源的背面上；以及透明导电区域，配置在该半导体层的表面上，其中该透明导电区域包含；

第一层，具有第一工作函数；以及

第二层，具有第二工作函数且插置在该第一层和该半导体层之间；

其中该第二层的该第二工作函数大于该第一层的该第一工作函数。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中该半导体层建构有正导电率类型。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中该第二层的该第二工作函数建构成小于该半导体层的工作函数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池，其中该半导体层的该工作函数和该第二层的该工作函数之间的差异小于该半导体层的该工作函数和该第一层的该工作函数之间的差异。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池，其中该第二层的该第二工作函数建构成比该第一层的该第一工作函数大高达10％，可选地高达15％；可选地该第二层的该第二工作函数建构成比该第一层的该第一工作函数大至少10％且高达15％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的太阳能电池，其中透明导电区域包含第三层，插置在该第二层和该半导体层之间；其中该第三层建构有第三工作函数，大于该第二层的该第二工作函数。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中该第三层直接配置在该半导体层上。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中该第三层的该第三工作函数建构成比该第二层的该第二工作函数大高达10％，可选地高达15％。

9.根据权利要求7或8所述的太阳能电池，其中该第三层的该第三工作函数建构成小于该半导体层的该工作函数。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的太阳能电池，其中最远离该基板的该层的该工作函数建构成大于3.5电子伏特且小于4.5电子伏特，以及/或者最靠近该基板的该层的该工作函数建构成大于5.0电子伏特且小于6.0电子伏特。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的太阳能电池，其中该半导体层的该工作函数大于5.0电子伏特且小于6.0电子伏特。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的太阳能电池，其中该透明导电区域具有小于500纳米的厚度，以及其中该透明导电区域的每一层具有至少20纳米且不大于50纳米的厚度。

13.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中该透明导电区域的至少一层是由金属氧化物材料所形成，并且该半导体层是由非晶形硅(a-Si)所组成。

14.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中该太阳能电池包含：第二半导体层，配置在该基板的建构成当该太阳能电池在使用时面对辐射源的正面上；以及第二透明导电区域，配置在该第二半导体层的表面上，其中该第二透明导电区域包含；

第一层，具有第一工作函数；以及

第二层，具有第二工作函数且插置在该第一层和该第二半导体层之间；

其中该第二层的该第二工作函数大于该第一层的该第一工作函数。

15.根据权利要求14所述的太阳能电池，其中该第二半导体层建构有负导电率类型。

16.根据权利要求14或15所述的太阳能电池，其中该第二透明导电区域包含第三层，插置在该第二层和该第二半导体层之间，其中该第三层建构有第三工作函数，大于该第二层的该第二工作函数。

17.根据权利要求16所述的太阳能电池，其中该第二透明导电区域的该第三层直接配置在该第二半导体层上。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的太阳能电池，其中该第二半导体层界定累积层。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的太阳能电池，其中该第二透明导电区域的至少一层是由金属氧化物材料所形成，并且该第二半导体层是由非晶形硅(a-Si)所组成。

20.一种太阳能模块，包含多个根据权利要求1至19中任一项所述的太阳能电池，其中该多个太阳能电池电耦合在一起。

21.一种制造太阳能电池的方法，包含：提供结晶硅基板；配置半导体层在该基板的建构成当该太阳能电池在使用时不面对辐射源的背面上；以及配置透明导电区域在该半导体层的表面上，该透明导电区域包含第一层和第二层，而配置该透明导电区域的步骤包含；

配置该第二层在该半导体层上；以及

配置该第一层在该第二层上，使得该第二层插置在该第一层和该半导体层之间；

其中该方法包含：建构该第一层而有第一工作函数；以及建构该第二层而有大于该第一层的该第一工作函数的第二工作函数。

22.根据权利要求21所述的方法，其中配置该半导体层在该基板的该表面上的方法包含建构该半导体层而有正导电率类型。

23.根据权利要求21或22所述的方法，其中该透明导电区域包含第三层，插置在该第二层和该半导体层之间，而配置该透明导电区域的方法包含在沉积该第二层前配置该第三层在该半导体层上；

其中该方法包含建构该第三层而有大于该第二层的该第二工作函数的第三工作函数。

24.根据权利要求23所述的方法，其中该第三层直接配置在该半导体层上。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中配置该透明导电区域的步骤包含使用溅镀过程而依序沉积该透明导电区域的诸层至该半导体上。

26.根据权利要求25所述的方法，其中该方法包含控制该溅镀过程的至少一参数以决定该透明导电区域的诸层中的至少一层或每层的该工作函数，其中该至少一参数包含气体组成、气体流率、透明导电材料中的至少一者。