TW201007958A

TW201007958A - Photovoltaic cell comprising a thin lamina having a rear junction and method of making

Info

Publication number: TW201007958A
Application number: TW098124550A
Authority: TW
Inventors: Mohamed M Hilali; Christopher J Petti
Original assignee: Twin Creeks Technologies Inc
Priority date: 2008-08-10
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2010-02-16
Also published as: WO2010019379A1; US20130087188A1; US8338209B2; US20100032007A1; TWI474489B

Description

201007958 六、發明說明：【發明所屬技冬好領相關申請案此申請案相關於Herner等人，美國專利申請案第 --------號，“緩和包括薄積層之光伏電池中分路形成的方法”（代理人事項表號碼TCA-006y)，及相關於Herner等人，美國專利申請案第------號，“包括有構形成緩和因分路形成之效能漏失之薄積層的光伏模組”（代理人事項表號碼TCA-006z)，該兩者與本案同日提出申請並且由本申請案的受讓人所擁有，該兩申請案併入此處作為參考。此申請案也相關於Hilali等人，美國專利申請案第 ------號，“包括有含低基極電阻之薄積層的光伏電池及其製造方法，，（代理人事項表號碼TCA_〇〇M)，其與本案同曰提出申請’由本巾請案的受讓人所擁有，且併入此處作為參考。發明領域本發明關於一種形成效能光伏電池同時將製造成本降至最低的方法。發明背景就-些製造技術而言，在製造的後期階段期間將加工皿度降至最低係有用的。於製造光伏電池期間實施的許多標準步驟’諸如擴散摻雜及氧化作用，需要高溫。因此’需要-種形成光伏電池構造同時使溫度降至最 201007958 低的方法。【發明内容】發明概要本發明由下述申請專利範圍所界定，此段落中的任何敘述不應該被認為係對申請專利範圍的限制。通常上，本發明係針對一種包括薄積層的光伏電池，該薄積層在電池背部具有p-n接面。於本發明的一些態樣中，電池基極區域的電阻可以降到比傳統水準還低。本發明的第一態樣提供一種包括半導體積層的光伏電池，該半導體積層具有前端表面及背部表面，其中於該光伏電池正常操作期間，入射光在該前端表面進入該半導體積層，該半導體積層的本體被摻雜至第一導電型，該半導體積層的背部表面被重度摻雜至與第一導電型相反的第二導電型，及與該積層本體相較，不超過百分之十的該半導體積層之前端表面的表面面積被更重度摻雜至第一導電型。本發明的一實施例提供一種用於製造光伏電池的方法，該方法包括：提供一摻雜至第一導電型的予體晶圓；摻雜該予體晶圓的第一表面至與第一導電型相反的第二導電型；於該予體晶圓内界定一分開平面；黏附該予體晶圓的第一表面至一接收者元件；將一半導體積層從該予體晶圓的該分開平面處分開，其中該半導體積層依然黏附至該接收者元件；及完成該光伏電池的製造，其中該光伏電池包括該半導體積層。 201007958 此處描述的各個本發明的態樣及實施例可以被單獨使用或彼此組合使用。圖式簡單說明較佳的態樣及實施例現在將參照所附的圖式描述於下。第1圖係習知技藝光伏電池的橫截面圖。第2a-2d圖係顯示Sivaram等人之美國專利申請案第 12/026530號之一實施例之形成階段的橫截面圖。第3a-3e圖係顯示依據本發明實施例形成之光伏電池之形成階段的橫截面圖。第4a及4b圖顯示本發明的另一實施例，該實施例在其前端表面處具有稠密接觸。第4a圖為平面圖，而第仆圖顯示橫截面圖。第5圖係本發明另一實施例的橫截面圖。【實施方式3 較佳實施例之詳細說明傳統習知技藝的光伏電池包括p_n二極體；一個例子顯示於第1圖。一耗盡地帶形成於p_n接面處並創造了電場。入射光子將電子從導電帶敲擊至價帶並創造自由電子洞對。於p-n接面處的電場内，電子容易朝向二極體的n 區域移動’而電洞容易朝向ρ區域移動，因而造成電流。此電流可稱作光電流。典型上，一區域的摻雜濃度將高於另一區域的摻雜濃度，因此接面為ρ+/η-接面（如第〗圖所示）或ρ-/η+接面。輕度摻雜的區域被稱為光伏電池的基極， 5 201007958 而重度摻雜的區域被稱為射極。大部分的攜帶子產生於基極内，其典型上係電池中最厚的部分。基極與射極一起形成電池的活性區域。傳統光伏電池由單晶、多晶或多結晶體矽形成。當然，單晶矽晶圓係由單一矽晶體形成，而術語多結晶體典型上指稱具有毫米等級之晶體尺寸的半導體材料。多晶半導體材料具有較小的顆粒，為一千埃(angstroms)等級。單晶、多結晶體及多晶材料典型上係完全或幾乎完全結晶的，不含或幾乎不含非晶質基質。例如，非沉積的半導體材料至少80百分比係結晶的。從實質結晶材料製造的光伏電池傳統上由從矽鑄錠裁切的晶圓形成。現行的技術不允許小於約15〇微米厚的晶圓以經濟的方式製造成電池，而且在這個厚度時，實質數量的矽在鋸切時被浪費或稱作切割漏失。矽太陽電池不必至這個厚度就是有效的或商業上有用的。傳統太陽電池的大部分費用為㈣、料的花費’所以減少光伏電池的厚度可減少費用。又

Sivaram等人提出申請於2_年2月5日之美國專利申請案第12/G2653G號，“形成包括薄積層之光伏電池的方法”，其Φ本中請案的受讓人所擁有且併人此處作為參考，描述包括薄半導體積層之光㈣池的製造，該薄半導體積層係由結晶的、非沉積的半導體材料形成。參看第厶圖，在Siv_等人的實施例中’一半導體予體晶圓2〇以—種以上的氣體離子植人，例如氫或氦離子。植人_子在半 201007958 導體予體晶圓内界定一分開平面30。如第2b圖於_ 闺7JT，予體晶圓20在第一表面1〇處黏附於接收者6〇。哲少賓第2c圖，退火使得積層4〇從予體晶圓20的分開平面3〇處八門

造第二表面62。於Sivaram等人的實施例中，分開步驟J 前或之後的額外加工形成包括半導體積層4〇的光伏電之其小於100微米厚，一般介於約0.2至約1〇〇微米厚之門’ 例如約0_2至約50微米’例如約！至約5〇掸水厂曰调:本厚，雖然任何落於所述範圍的厚度都是可以的，但是於— 、二實施例中，其為約1至約10微米厚。第2d圖顯示反轉的構、生接收者60位在底部’此如同於一些實施例之操作期門中所呈現者。接收者60可為個別的接收者元件，其最大寬戶不超過予體晶圓10之寬度的百分之150，較佳地約相同的寬度，如描述於2008年3月27日提出申請之Herner的美國專利申清案第12/057265號，“形成包括結合至個別接收者元件之薄積層的光伏電池的方法”，其由本申請案的受讓人 % 所擁有且併入此處作為參考，以下稱為，265申請案。使用Sivaram等人的方法，光伏電池由較薄的半導體積層形成而不致經由鑛切漏失或形成不必要厚度的晶圓而浪費矽，因此可減少花費。相同的予體晶圓可以重複使用以形成多數積層，進一步減少花費，而昱在多數積層為其他用途脫落之後可以重行銷售。氫或氦植入的花費藉著描述於Parrill等人2008年5月16日提出申請之美國專利申請案第12/122,108號，“用於光伏電池製造的離子植入劑”，的方法得以保持很低，該第12/122,108號申請案由本申請 201007958 案的受讓人所擁有且併人此處作為參考。於陽晶Γ池可為細或3°°微米厚。當電池暴露 _ 〇 ^分自由電荷攜帶者首先產生於10微米的池面光表面中。於由晶圓形成的傳統結晶電池中，然後， ^接面通常形成在電域魏或麵電料端處如此大 Μ基極中所產生的少部分攜帶者旅行至射極的距離將會變短’於該射極Μ帶者㈣錢因此產生㈣流。若接面形成在此種厚電池的後端，電池前端產生的少部分攜帶者在到達射極之前即會重新結合，因此不會產生光電流。此種背接面電池已經被生產在較厚㈣晶圓上，但是它們需要非常純粹、非常昂貴的具有高壽命的材料。隨著產生於電池前端的射極區域，重度捧雜區域通常也產生在電池的背部’以增進對電池的歐姆接觸。使用傳統技術，此電池構造可輕㈣達成：晶圓在關依所欲的程度掺雜’然後-等_有高溫步驟均完成，則黏附至基板或覆板(superstrate)。參看第2d圖，在Sivaram等人的許多實施例中，重度摻雜區域也形成在光伏電池的第一表面1〇與第二表面$ 兩處，以界定P_n接面並提供對電池的歐姆接觸。於 S i v ar am等人的實施财’讀日日日圓於㈣前被黏附至接收者60，如此於剝落期間或剝落之後，接收者6〇將提供機械支持予薄積層40。由㈣產生之第二表面&的摻雜，因此典型上結合至接收者6〇之後才發生。在第二表面ό2處之重度摻雜區域的形成通常f要高溫步驟以引人及活化推雜 201007958 當積層40結合至接收者60時，同時將步驟中將造成接收者60損壞的危險，纟士人同時將其暴露於高溫，結合本身損壞的危險，以及結合材料潛在污染半導體積層的危險

小心選揮、在結合至接收因為積層4〇小 •，例如兩微米厚於本發明中，此危險藉著在電池背部、者60的第一表面1〇形成p_n接面而避免。丨於100微米厚，且典型上小於約1 〇微米厚，或更少’祕巾光產㈣少料攜帶扣錢她遠到二極才被收集，即使當此射極係形成在t池㈣部。事實上对由於形成在電池前端之重度掺雜區域所生成的任何攜= 者將易於立即地重新結合，使接面移動至電池背部，進入，少攜帶者生成的地帶’所以可以提供效能上的優點 $

在P-η接面已經形成之後，可以採用各種策略(諸如擴 ❸ 散摻雜）來避免將積層40及接收者元件60暴露於任何其他的高溫步驟。較佳的係避免前端表面場(fsf)的形成，其需要此種的摻雜步驟。如將要描述者，可形成非常細、：常緊密間隔的柵極，接觸無FSF在此表面的第二表面仏或者’可使用低溫方法非常局部地形成摻雜區域，僅有那些配線接觸前端表s 62的地方。於其他實施例中，形成含有降低之基極電阻的電池，其將會允許對於無谓及具有更

201007958 電池的面光表面，而第一表面ίο係背部表面。其他排列係可能的，如描述於Sivaram等人及，265申請案者。例如’ 接收者元件60可以是透明的且作用為一覆板。於此事例中，結合至接收者元件60的第一表面1〇將會是電池的前端表面，而第二表面62係背部表面。

為清楚之故，將提供製造厚度小於1〇〇微米之積層的數個實例，其中該積層包括依據本發明實施例的光伏電池，或該積層是依據本發明實施例的光伏電池的一部分。為求完整，許多材料、狀況、及步驟將被描述。然而’應該了解的是許多的這些細節可以被修改、擴大或省略而結果依然落入本發明的範鳴内。在這些實施例中描述以植入氣體離子分開半導體積層及剝離該積層。其他從半導體晶圓分開積層的方法也可以用於這些實施例中。

實例··緊密柵極間隔，無或局部化FSF 該方法開始於適宜半導體材料的予體本體。適宜的予

體本體可為任何實用厚度的單晶矽晶圓，例如從約300至約1〇〇〇微米厚。在另一實施例中，晶圓可以較厚；最大厚度=受晶圓操作上的實用性限制。或者，可使用多晶或多。曰曰體夕微晶石夕也可使用，或是使用其他半導體材料纪錠，其他半導體材料包括鍺、矽鍺或HI-V或Π-V +導體化合物（諸如GaAs、In 多結晶體典寻孚）於此内文中，術語粒的半導體吸之雌或尺寸更大之賴一千埃的ίΓ 半導體材料具有較小的顆粒，在

微晶半導體__粒非常的小，例如10C 10 201007958 埃左右。微晶矽，例如，可為全結晶的或可包括非晶質基質中的那些微晶體。多結晶體或多晶半導體被認為係完全或實質上結晶的。予體晶圓較佳地為至少80百分比係結晶的，且通常是全部結晶的。形成單晶石夕的方法一般造成圓形晶圓，但是予體本體也可能具有其他形狀。在切割晶圓之前，圓柱狀單晶鑄錠蓽*被機械加工成八邊形的橫截面。多結晶體晶圓常常係鲁正方形。不像圓形或六邊形晶圓，正方形晶圓具有下述優點，它們可以在光伏模組上邊緣對邊緣地對齊而沒有未使用的間隙位於其等之間。晶圓的直徑或寬度可以為任何標準或習用的尺寸。為了簡化’此討論將描述使用單晶矽晶圓作為半導體予體本體，但是應該了解的是其他類型及材料的予體本體也可以使用。參看第3a圖’予體晶圓20由輕度至中度摻雜至第— 導電型的單晶矽形成。本實例將描述一相當輕度n_摻雜的 Ο 晶圓20，但是應該了解的是在此實施例及其他實施例中，推雜物類型可以是相反的。摻雜濃度可介於約1 xl〇u至3 xl〇18原子/cm3之間；例如約2 xlO15至7 xlO15原子/(^3之間；例如約5 xlO15原子/cm3。n型矽所欲的電阻可為，例如’介於約44至約0.005 ohm-cm之間，較佳地約2.5至約0.7 ohm-cm之間’例如約1 .〇〇hm-cm。就p型石夕而令，所欲的電阻可介於約13至約〇.〇1 〇hm-cm之間，較佳地介於約7至約2ohm-cm之間，例如約2.8 ohm-cm。第一表面10被任意地處理以產生表面粗糙，例如，以 11 201007958 產生藍伯特(Lambertian)表面。積層的最終厚度限制了町達到的粗糙度。在用於光伏電池的傳統矽晶圓中，以峰炱谷 (peak-to-Valley)測定的表面粗糙度係落入微米的等級。於本發明實施例中，積層厚度可介於約〇 2至約【〇〇微米之間。較佳的厚度包括介於約丨至約8〇微米之間；例如約1炱約20微米之間或約2至約2〇微米之間。實用上，在此約〇·2至約1〇〇微米範圍内的任何厚度都是可以達成目標的；有利的厚度可介於約！至約1 5、2、3、5、8、1〇、20或 5〇微米之間。 · 若最終厚度係約2微米，表面粗糙很清楚地無法落在微米的等級内。就所有厚度而言表面粗糙的下限會是約〇〇埃。表面粗糖的上限會是膜厚度的約四分之一。就j 微米厚的積層而言，表面粗糙可介於約6〇〇埃至約25〇〇埃之間。就約10微米厚度的積層而言，表面粗糙將小於約 25〇〇〇埃，例如介於約⑼〇埃至25000埃之間。就約20微米厚度的積層而言，表面粗糙可介於約6〇〇埃至5〇〇〇〇埃之間。表面粗糖可以是隨機或週期的，如描述於耸 A 4 ’以積分繞射光柵捕捉光線於有機塑膠太陽電池中，17th歐洲光伏太陽能大會會刊，慕尼黑，德國，2〇〇1。表面粒糙的形成更詳細地描述於Petti 2008年5月30曰提出申請之美國專利申請案第12/130,241號，“用於光伏電池的不對稱表面織理及其方法，，，該申請案由本申請案的受讓人所擁有且併入此處作為參考。 12 201007958 接著’例如_散轉轉 10將被更重度摻雜至導電型蛊”弟一表面10。第一表面子中’予體晶ϋ 、原始晶圓20相反。於此例物摻雜，形成重度摻雜的面1〇以p型摻雜支區域16。摻雜· P型予體氣體實施，例如Β2Ϊι。雜了以任何傳統例如，介於約1 ΧΙΟ1»及lxi〇2^BCl3穆雜濃度可以是， xlO20原子/cm3。原子/cm之間，例如約1.5 後有7離于

定-分開平面30，如稍早及氦的組合，被植入以界布平面及植入損4 Γ:。注意植入離子的最大分 (C。—♦第一表面 T…面係成正形的 ^ . 的任何不規則性將會在分開平 == 此，於—些實施例中，若第-表面1。則較佳的是在植入步驟之後而不是在植入军此：1 °化表面1G°—旦植人已經實施後，萬一遭遇二、田=’例如溫度升高’則會發生㈣。那麼必須保持加及期間，使得其等小於將起始剝落的加工溫度及期間，直到韌落將要發生。轉至第3bl，接著導電層12形成於第—表面ι〇上之後在大4刀實施例中，層12也是反射性的。銀可以係適且的材料其他適合此層的材料於此與其他實施例中，匕括銘_ I太、鉻、鉬、组、鍅、飢、銦、録、錄或鎢，或其等的合金。於—些實施例中，將銀薄層12沉積於第-表面10上可能是較佳的’雖然導電層12可以用各種適宜的方法形成。 13 201007958 /青康層12表面去除外來粒子，然後黏附至接收者元件 6〇。於另—實施例中，層12已經形成於接收者元件60上，而非形成於予體晶圓20的第一表面1〇上。接收者元件60 為任何適宜的材料，例如金屬、玻璃、塑膠等等。如第3c 圖所不’積層4〇現可與予體晶圓2〇從分開平面3〇上分開，如岫描述者。第3c圖顯示接收者元件60在底部的構造，同在正常操作過程期間一旦製造已經完成之後。積層40 、置於積層與接收者元件之間的導電層12而依然黏附至接收者元件60 ’如描述於Herner等人2008年3月27日提出申叫的美國專利申請案第No. 12/057274號，“包括半導體積層與接收者元件間之導電層的光伏總成，，，其由本申請案的党讓人所擁有，以下稱為，274申請案，並併入此處作為參第一表面62已經以剝落產生❶如前已描述者，一些表面粗輪係所欲的以增加薄積層4G内的光捕捉及改善光伏電池的轉換效率。剝落過程本身於第二表面62上產生一些表面粗键。於—些實施财，單獨此_即已足夠。於其他、包例中，第一表面62的表面粗輪可以一些其他已知的方飾或增加，諸如濕或乾触刻，或是以petti描述的方法修飾或增加，如已經用於粗糙化第一表面1〇者。用於產生分開平面的植入步驟對於積層的結晶構造將 =生些4員害。於經植入離子範圍的端點日夺，此損害將會最印責。此損害區域將因此在或接近第二表面62。此損害區域會引减生減帶者的過度重組，以及形成難以與夠低的電阻為電氣接觸的層。此損害的層可以高溫退火修 14 201007958 復，但是，如所解釋者，處理。或者，損宝時為高溫加x 飞者知害的層可以蝕刻去掉，例如x η 的 hf ·· h2c3〇2 : HN〇3 溶液中約 3_5 秒。仏 5: 將會移除約ο·25微米的^該被移除的何能^刻步驟於典型分職人的财㈣。 3有所有用透明介電層64形成於第二表面62上。如同例中者，如果積層40本體係輕度摻雜η㊆，那麼八實施

❹ Γ較Γ係、氮化石夕，例如藉由電漿強化化學蒸氣成。氮切也可作為抗反射塗層(ARC)。介電層6 形、，勺500至2000埃厚之間，例如約650埃。於接著溝槽44例如以雷射燒蝕被打開於氮化矽層6 中。溝槽44介於約10至約50微米寬，例如約1〇至約64 或20微米寬。溝槽44的間距較佳地介於約2〇〇至約、微米之間’例如約細至約議微来之間，例如約 =°線的間距及寬度將被調整以解釋詩形成配線的材料、來自電池的預期電流等等，如習於此藝者所了解的。轉到第3d圖，接著例如藉由網版印刷、氣體微板印刷或噴墨印刷將η型摻雜物的來源，諸如磷摻雜物，例如磷奴或五氧化二磷，形成在暴露於溝槽44中之第二表面a 區域上。藉由使雷射射線通過表面62的暴露區域上方，這些區域14局部地重度η·摻雜。雷射加熱積層40將是非常的局部性，典型上只有數十奈米深，而且無須使接收者元件60或積層40本體進行高溫步驟即可達成。應該了解的是第3d圖並不符合真實比例，且重度摻雜區域u比索描 15 201007958

= 雜區域14不超過第二表面Q 十。較佳地，子水濕潤去除任何 :留的未擴:摻雜物’接著以快速緩衝氧 t何可能純_錢鹽《，較佳地，接著在去離子^ 中進行再一次的潤濕。

接著’配_成在㈣44中（第3e圖顯示）。在第二表面62的暴錢域切成非常__層（未之後，接著進行銅電鑛或例如傳統或光引發的銀鑛或域。這些電錄方法選擇地沉積金屬，形成配線57。配線5 擇以產生所欲的電阻，而且可例如約7至10微米於此實施例中，為了數種原因選擇氮化石夕以沉積於第二表面62上。通常’氮切自然地帶正電荷。在描述於此實施例的電池巾，當電池暴露於光線巾，财的電洞與電子經由電池生成，特別是靠近面光的表面62。若此表面處的界面含有高密度的捕捉位置，許多或大部分光生成的電

^與電洞將會在此表面重行組合，因此將產生極少的光電机或不產生任何光電流。帶正電的氮化⑦層Μ傾向將電洞從此表面驅出。因此，即使具有高密度的界面捕捉仍然將只有極少數的電洞可叫電子重組，讓其等得以更容易為配線57所收集。或者，於其他實施例中，其他ARCs 可以利用。接著，轉到第3e圖，包括積層4〇及接收者元件6〇的光伏’似成82，與數個其他光伏總成82 —起，黏附至基板或至覆板。各光伏總成82包栝光伏電池。光伏電池以串 16 201007958 聯方式電氣連接，形成完全的光伏模組。許:變化是可能的1 一些實施例沉積之前，薄片沾 tA 乳化矽層64 -表面62 F n U雜物可例如以喷墨印刷形成在第表面62上’·於此事例中，打開溝槽Μ = 也可在第二表面62的摻雜區域中進行並活化摻雜他實施例中，沉藉妓她此+ 1匕夥雜物。在其以嗜略，且沒有任打第^原於表面上及雷射摻雜步驟可 7弟一表面62的部分將被摻雜。

一第4a圖’其以平面圖顯示—部分的積層4〇,在另 2播雷射燒蚀可被用於形成洞46而不是氮化石夕層料 ’’。各個洞的直徑可為例如約1〇微米，朝一位向之約2(>微米°參看第4b圖，其顯示相同的構造沿著線A_A，橫切的圖形，在各個洞中任意性雷射摻

雜之後，藉由鎳種層的形成與銀或鋼無電鑛(elec献ss platmg)，如前所述者，接觸％形成於各個洞中。在氮化矽層64的表面上方，接觸56將大於它們形成於其中的1〇微米洞’且可以選擇間隔使得相鄰的接觸56融合，形成單一柵極線59。柵極線間隔可介於約⑽至約_微米，例如約400至約8〇〇微米，例如約5〇〇微米。注意圖形並不符合真實比例。於此及其他實施例中，極性可以被反轉。若原始予體晶圓為p型，第一表面1〇將是重度摻雜n型及帶負電的介電質（諸如氧化鋁）可被形成於第二表面62上以鈍化表面。氧化鉬不是有效的ARC，所以於此事例中，氧化鋁層可以相當地薄，例如介於約1〇至約30 nm之間，同時額 17 201007958 外的厚度’例如約200 nm之形士 w & Λ ARC 0 . ^ ^成於乳化鋁上的氧化矽，作為ARC。或者，ARc可為約 nm的氧化鈦，咬是一疊約H) nm的在氧她上的氧化石夕 ’疊化石夕上的氮化石夕。與为另外6〇⑽的在氧該半導半導_層 =:，人射光在前端表面進人半導== 電池實施例中，半導體積層的本體輕度至中

=半:體積層的背部表面重度摻雜至與第:導電: =，而且與積層本體相較，更重度摻雜至八之十之半導體積層之前端表面的表面面積不超和二：端表面可包括數個個別第—導電型更的£域’其中的各個與導電材料(諸如配線)相接觸。於〜此例子中，沒有前端表面被重度摻雜。通常在約遍細之: 導體積層时端表㈣，沒有任何部分的料體積層大於約1 xlO19原子/cm3的摻雜濃度。

如所描述者，光伏電池可藉著下述步驟而形成：提俾摻雜至第—導電型的予體晶圓；摻雜予體晶圓的第一表面 =與第1電型相反的第二導電型；於予體晶圓内界定— 刀開平面；黏附予體晶圓的第-表面至接收者元件；將半導體積層彳行體晶圓的分開平面與讀晶ϋ分開，其中半導體積層依_附至接收者元件；及完成光伏電池的製 '其中光伏電池包括半導體積層。分開步驟可產生實質上平行第-表面之半導體積層的第二表面，而且在第二表 18 201007958 /成局4化的摻雜物區域，並施用雷射能量至鄰近該局°P化區域的第二表面以形成半導體積層的重度推雜區域，因而完成光伏電池的製造。實例：低基極電阻於先剛例子中’無FSF或僅有局部化的FSF形成，且 ^ —些實闕巾，基極輯(統電池輕度雜部分)的電阻落在傳統範圍。於傳統光伏電池中，基極電阻可介於約〇 7 〇 ^ 2.5ohm-cm之間。本發明的發明人已經發現在本發明實苑例中’基極電阻可以顯著地降低而不會造成轉換效率的破壞’而且於-些事例巾還有—些改善。當基極電阻下降預期對於别端表面電氣接觸下方的局部化摻雜將會有 - 較少的需求以減少接觸電阻，因此簡化製造程序。 • 在先則例子中，為了彌補FSF的缺少，柵極間隔比在傳統光伏電池中還要緊密。當基極電阻下降，例如至小於約 0.5 ohm-cm，例如介於約〇.〇〇5 〇hm_cm 至約〇] 〇hm cm • 之間，例如約0·01 ohm_cm至〇·〇5 〇hm-cm之間，柵極線間隔可以寬些，例如約1200微米而不是5〇〇微米或更少。此會導致對於入射至電池上的光具有較少的遮蔽，因而產生較高的效能。其也可容許使用較寬的接觸與金屬指，可能減少製造方法的成本。再者，由於較低的基極電阻，所以鄰近電氣接觸之則端表面的局部化摻雜可更容易地降低或免除。參看前述實例中的第3c圖，溝槽44寬度，及因此第 3d圖所示之配線57寬度為例如介於約1〇至約％微米。由 19 201007958 於較低的基極電阻，這些溝槽將會彼此距離更遠，且也可能更寬，例如介於約10至約100微米之間，於一些實施例中，介於約30至約80微米之間，例如60或65微米。

因此於本發明各種實施例中，光伏電池的製造可以開始於具有剛描述之較低電阻的予體晶圓。製造開始於輕度掺雜的第一導電型予體晶圓。予體晶圓的第一表面被掺雜至與第一導電型相反的第二導電型。此第一表面將是光伏電池的背部表面，且p-n接面剛以此摻雜步驟而形成。一或多種氣體離子經由第一表面而植入，並界定一分開平面。予體晶圓的第一表面黏附至接收者元件，而且例如以插入的金屬層而使電氣接觸形成於其等之間。如已經描述者，藉由從予體晶圓的分開平面分開而形成薄半導體積層。由剝落形成的電池第二表面將是積層的面光表面。此第二表面藉由任何已經描述的方式鈍化，例如藉由沉積適宜的帶電介電質。電氣接觸形成至前端表面，因此完成光伏電池。综言之，依據本發明實施例的光伏電池可藉由下述方法形成：提供摻雜至第一導電型予體晶圓，其中予體晶圓的電阻小於約0.5 ohm-cm ;於予體晶圓内界定一分開平面；黏附予體晶圓的第一表面至接收者元件；從予體晶圓的分開平面分開半導體積層，其中半導體積層依然黏附至接收者元件；及完成光伏電池的製造，其中光伏電池包括半導體積層。包括半導體積層（其接著包括基極區域）之光伏電池的 20 201007958 形成已經描述。基極區域包括至少一部分的光伏電池基極，其中半導體積層基極區域的電阻小於約0.5 ohm-cm，及其中半導體積層的厚度小於約50微米。如於其他實施例中，積層可以很顯著地變薄，例如20微米、5微米、2微米或更少。基極區域的電阻可介於約0.005至0.5 ohm-cm 之間。於一些實施例中，p-n接面在電池背部。此表面係結合至接收者元件的第一表面。因此，於這些實施例中，半導體積層具有前端表面及背部表面，其中於光伏電池正常操作期間，入射光在前端表面進入半導體積層，其中半導體積層包括光伏電池的p-n或n-p接面，及其中光伏電池的 p-n或n-p接面較接近積層的背部表面，而較不接近積層的前端表面。在約300 nm的積層背部表面内，摻雜濃度的峰值大於約1 xlO19原子/cm3。如已經描述者，本發明光伏電池的實施例不具有 FSF。因此在這些實施例中，在300 nm之前端表面内的半導體積層部分具有與半導體積層之基極區域的電阻實質上相同的電阻。

實例：非晶質FSF 在另一實施例中，剝落產生的表面以非晶質矽鈍化。轉到第5圖，如同先前實施例的方式開始製造，以輕度摻雜的第一導電型（例如η型）予體晶圓（未顯示）開始。其第一表面10例如以擴散摻雜方式摻雜至與第一型相反的第二導電型（例如ρ型），形成重度摻雜的ρ型區域16,並形成p-n 21 201007958 接面。在植入一或多種氣體分子(例如氫及/或氦）以界定一分開平面之後’第一表面10黏附至接收者元件6〇,並且一導電層12介於其等之間。半導體積層4()在讀晶圓的分開平面處與予體晶圓分開，創造第二表面62。接著，-非常薄之本質上非„_層72被沉積於第二表面U上’然後沉積重度摻雜之第_導電型的非晶質石夕層74,於此實例中為重度摻雜的_。重度摻雜的非晶質層74作為FSF。此層可在相當低的溫度下被沉積。接著透明導電氧化物(TCO)llO形成在重度摻雜的非晶質層％參上。適宜TCO110的材料包括铭摻雜的氧化辞，以及氧化㈣、氧化錫、氧化鈦等等，·此層可作為頂電極與抗反射層。在另外實_巾’辦的抗職層可則彡成在tc〇u〇的頂部上。配線可以形成於TCO110上，而且，如同在先前實施例中者，剛製好的光伏總成84可黏附至基板或覆板。各個光伏總成包括光伏電池，且光伏電池較佳地以串聯電氣連接，形成光伏模組。任一此處描述之製造方法可以彼此結合，而且可更進 Θ 一步與Sivaram等人描述的任一製造方法、與本件同曰申請之Hemei•等人的巾請案’或任—其他併人此處的申請案相結合。為清楚與完整之故已經提出各種實施例。很清楚地，列舉出所有的實施例是不切實際的。只要習於此藝者得知本說明書的描述内容，對於其等而言，本發明的其他實施例是很明顯的。製造的詳細方法已經於此處描述，但是形成相同構造 22 201007958 的任何其他方法也可以使用，而且其結果落入本發明的範圍内。前面的詳細描述僅僅說明本發明可以採取之諸多形式的一些而已。為此之故，本詳細描述的目的係為了解釋說明，而非為了對本發明形成限制。只有以下的申請專利範圍（包括其所有均等範圍）得以用來界定本發明的範疇。【圖式簡單說明3 第1圖係習知技藝光伏電池的橫截面圖。第2a-2d圖係顯示Sivaram等人之美國專利申請案第 12/026530號之一實施例之形成階段的橫截面圖。第3a-3e圖係顯示依據本發明實施例形成之光伏電池之形成階段的橫截面圖。第4a及4b圖顯示本發明的另一實施例，該實施例在其前端表面處具有稠密接觸。第4a圖為平面圖，而第4b 圖顯示橫截面圖。第5圖係本發明另一實施例的橫截面圖。【主要元件符號說明】 10…第一表面 12.. .導電層 14.. .重度摻雜區域 16.. . p型區域 20.. .予體晶圓 30.. .分開平面 40…積層 23 201007958 44.. .溝槽 46.. .洞 56.. .接觸 57.. .配線 59.. .柵極線 60.. .接收者 62.. .第二表面 64.. .介電層 72.. .非晶質矽層 74.. .非晶質矽層 82.. .光伏總成 84.. .光伏總成 90.. .基板 110.. .透明導電氧化物

Claims

201007958 七、申請專利範圍： 1. 一種包括半導體積層的光伏電池，該半導體積層具有一前端表面及一背部表面，其中於該光伏電池正常操作期間，入射光在該前端表面進入該半導體積層，該半導體積層的本體被掺雜至第一導電型，該半導體積層的背部表面被重度摻雜至與第一導電型相反的第二導電型，及與該積層本體相較，不超過百分之十的該半導體積層之前端表面的表面面積被更重度摻雜至第一導電型。 2. 如申請專利範圍第1項的光伏電池，其中於該前端表面與該背部表面之間垂直測量之該半導體積層的厚度小於約80微米。 3. 如申請專利範圍第2項的光伏電池，其中該厚度介於約 0.2微米至約10微米之間。 4. 如申請專利範圍第1項的光伏電池，其中該半導體積層基本上由單晶石夕、多晶（polycrystalline)石夕及多結晶體 (multicrystalline)石夕的至少一者組成。 5. 如申請專利範圍第1項的光伏電池，其中與該積層本體相較，該前端表面實質上沒有任何部分更重度摻雜至第一導電型。 6. 如申請專利範圍第5項的光伏電池，其中在約300 nm 之該半導體積層的前端表面内，該半導體積層中沒有任何一部分具有大於約1 xlO19原子/cm3的摻雜濃度。 25 201007958 7·如申请專利範圍第1項的光伏電池，其中該半導體積層的前為表面包括比該積層本體更重度摻雜的多數個別區域，及其中該更重度摻雜區域的結合面積不超過該前端表面之表面面積的約百分之十。 8.如申請專利範ϋ第7項的光伏電池，其巾該多數個別區域中的各個更重度摻雜區域與導電材料為電氣接觸。 9·如申請專利範圍第1項的光伏電池，更包括位於該第一

表面上或該第一表面上方之第二導電型的帶電介電質層。 10.如申請專利範圍第9項的光伏電池，其中該第一導電型係η型及該帶電介電質係氮化矽。 U.如申請專職圍第9·級電池，其巾該第—導電型係p型。 12·如申請專利範圍第n項的光伏電池，其中該帶電介電質係氧化鋁。

13·—種用於製造光伏電池的方法，該方法包括：導電型相反提供一摻雜至第一導電型的予體晶圓摻雜3玄予體晶圓的第一表面至與第一的第二導電型；於该予體晶圓内界定一分開平面；黏附该予體晶圓的第一表面至一接收者元件；將-半導體積駿該傾晶_該分開平面處分開’其中該半層錢細至該接收者元件；Y 完成該光伏電池的製造，其中該光伏電池包括該 26 201007958 半導體積層。 4.如申凊專利範圍第13項的方法，其中以垂直該接收者元件測量’該半導體積層具有小於約80微米的厚度。 I5·如申凊專利範圍第14項的方法其中該半導體積層的厚度介於約0.2至約5微米之間。 16.如申凊專利範圍第13項的方法，其中該予體晶圓實質上係單晶石夕、多晶石夕及多結晶體石夕的至少一者。 Φ 17·如申請專利範圍第13項的方法，其中該界定分開平面的步驟包括經由該第一表面植入一或多種氣體離子。 18·如申請專利範圍第17項的方法，其中該一或多種氣體離子包括氫及氦離子的至少一者。 19.如申請專利範圍第13項的方法，其中該分開步驟產生實質上平行該第一表面之該半導體積層的一第二表面，及其中完成該光伏電池製造的步驟包括在該第二表面上形成局部化的摻雜地帶，及施用雷射能量至該第二 ® 表面以形成鄰近該局部化地帶之該半導體積層的重度摻雜區域。 27