[发明专利]使用一组硅纳米颗粒流体以原位控制一组掺杂剂扩散分布的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求提交于2009年11月25日的美国专利12/626,198的权益，该专利的全部公开内容以引用方式并入。

发明领域

本公开一般涉及p-n结，具体地讲涉及使用一组硅纳米颗粒流体以原位控制一组掺杂剂扩散分布的方法。

发明背景

太阳能电池将太阳能直接转化为直流电能。一般被构造成光电二极管的太阳能电池允许光透入金属触点附近，使得生成的载流子例如电子或空穴（不含电子）可按电流形式来提取。与大多数其它二极管一样，光电二极管通过组合p型和n型半导体以形成结而形成。

因此电场（或内置电位）中结的p-型侧上的电子可被吸引到n-型区域（通常掺入有磷）并受到p-型区域（通常掺入有硼）排斥，而电场中结的n-型侧上的空穴因此可被吸引到p-型区域并受到n-型区域排斥。通常，n型区域和/或p-型区域可各自分别包含不同水平的相对掺杂剂浓度，通常显示为n-、n+、n++、p-、p+、p++等。内置电位并且因此电场大小通常取决于两个相邻的层之间的掺杂水平。

实质地影响太阳能电池性能的载流子寿命（或复合寿命）被定义为过剩少数载流子（半导体区域中的非主导载流子）复合而导致电流无法传导所经历的平均时间。同样，扩散长度为载流子复合前迁移的平均距离。一般来讲，尽管提高掺杂剂浓度会改善导电性，但其往往也会增加复合。因此，复合寿命或复合长度越短，金属区域一定就越接近生成载流子的位置。

常规的太阳能电池一般在掺入有第一掺杂剂（通常为硼）从而形成吸收体区域的硅基板上配置有一组前后金属触点，第二反掺杂剂（通常为磷）则散布在其上面而形成发射极区域，以便完成p-n结。在添加钝化和减反射涂层后，可添加金属触点（发射极上的细栅和主栅以及吸收体背部的垫片）以便提取生成的电荷。

在可供选择的背接触式太阳能电池构型中，所有金属触点都以交指型方式被定位在掺杂基板的背面上。即，交织交替的n-型区域和p-型区域。

一般来讲，掺杂区域内低浓度的（取代型）掺杂剂原子会导致低复合（从而得到更高的太阳能电池效率）以及与金属电极的不良电接触二者。相反地，高浓度的（取代型）掺杂剂原子将导致高复合（从而降低太阳能电池效率）以及与金属电极的低电阻欧姆接触二者。通常，为了降低制造成本，单一（不是最理想的）掺杂剂扩散一般用于形成发射极，掺杂浓度按低复合和低电阻欧姆接触间的折衷进行选择。因此，所得的太阳能电池效率（转换成电的日光的百分比）会降低。

就常规的太阳能电池构型而言，BSF（背表面场）的存在也会影响效率，或者就背接触式太阳能电池构型而言，FSF（前表面场）的存在也会影响效率。表面场被构造成可通过形成排斥来自表面区域和表面上的金属化区域的少数载流子的电场以有助于最小化载流子复合。使用与吸收体区域中相同类型的掺杂剂形成表面场中的掺杂剂原子浓度时，该掺杂剂原子浓度通常选择为高于用来掺杂吸收体区域的浓度。

就BSF而言，由于通常使用铝，因此所得的电导率和排斥BSF少数载流子的电场特性（即，场强和场均匀性）可能不是最适用于高效率（即，>17%）太阳能电池。通常，铝通过丝网沉积到太阳能电池背面上来施加，然后在带式炉中与正面金属触点（通常由丝网印刷的银浆形成）共焙烧。铝原子（熔融温度显著低于硅）趋于扩散到硅基板内并且合并到硅晶体中。然而，铝为约25×10⁶(1/℃)的热膨胀系数是硅的热膨胀系数的约10倍，这继而会由于焙烧过程导致基板显著弯曲。即，由于基板厚度减小以及铝厚度增大，基板弯曲的量将会增大，从而使基板不适用于模块构造。

此外，铝BSF往往还会导致太阳能电池效率损失，因为通过晶片传播并被铝吸收的任何光的光子不可用于载流子生成。

根据前述内容，希望提供使用一组硅纳米颗粒流体以原位控制前表面和后表面掺杂剂扩散分布的方法。

发明概述