[发明专利]尤其指太阳能电池的半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，尤其是一种太阳能电池。

背景技术

表面状态会促进复合活性的半导体表面的载流子复合是限制半导体器件和半导体装置效率的一个因素。这个问题对于太阳能电池来说特别重要。因为复合后的载流子无法再用来发电。为了防止发生复合现象，必须借助于相应的表面状态降低载流子复合活性，以便将半导体表面钝化。

目前主要利用各种氧化铝(Al₂O₃或AlO_x，后者统一指铝和氧的任何一种合适的化学计量组成)来钝化半导体表面。氧化铝具有较高的表面负电荷密度，如果直接将氧化铝涂覆在半导体表面或者在半导体表面涂覆中间层后再在该中间层上涂覆氧化铝，就可将半导体表面的载流子转移到半导体内腔。这种场效应钝化作用可有效钝化半导体表面。

但是，这种氧化铝钝化层的缺点是无法耐受某些制造过程，特别是无法耐受制造太阳能电池时所实施的处理过程，例如湿式化学法中的净化过程或蚀刻过程。因此必须增设覆盖层来为其提供保护。这会增加生产成本，延长生产时间。

另外，尤其是在制造太阳能电池的过程中，不仅要注意各层的电特性，还要确保各层的光学特性间的相互匹配。但是，如果钝化层的材料仅采用了氧化铝，那么太阳能电池的设计就会被局限于一定的折射率，这个折射率大约为1.6。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种半导体装置，特别是太阳能电池，其不仅制造成本相对较低，制造时间相对较短，而且还具有有效且能耐受制造时的各种处理步骤的钝化结构。

本发明用以达成上述目的的解决方案是一种具有权利要求1所述特征的半导体装置。本发明的有利改进方案由从属权利要求给出。

所述半导体装置优选为一种太阳能电池，其半导体衬底表面的表面钝化经过改良，因而能将入射光更有效地转化成电流。而且，在半导体技术的其他领域，良好的表面钝化同样具有重要意义。本文所述的表面钝化适用于太阳能电池的正面(即太阳能电池的迎光面)、背面(即太阳能电池的背光面)或上述两面。半导体衬底优选由硅构成。该半导体衬底可包括半导体晶片。

本发明基于这样一种认识：通过在钝化层的氧化铝化合物中进一步添加其他元素，可以优化该钝化层的化学特性、电特性和/或光学特性。无论从表面钝化还是从所述半导体装置上的钝化层在该半导体装置制造期间和/或制成之后所承担的功能性任务看，都是如此。

为此，所述钝化层采用一种化合物作为其材料，该化合物含有氧化铝、氮化铝或氮氧化铝以及至少一种除铝以外的其他元素。这种材料的化学式可统一表达成Al_xM_yO_z、Al_xM_yN_z或Al_xM_mO_yN_z，其中，通过适当选择x、y、z和m可以达到想要的化学计量比。其中的M代表上述其他元素。就最后一种情况而言，如果Al_xM_mO_yN_z中的M代表其他金属元素，就可通过适当选择化学计量比来调节该材料的折射率，也即，从z＝0时的1.6左右调节至y＝0时的2.0左右。

也就是说，通过添加所述其他元素可以改变所述钝化层的折射率，特别是通过选择性地影响所述半导体装置上的钝化层的反射性能和/或吸收性能，使其进一步具有光学功能。上述折射率值是在可见光谱中的测量结果。

需要指出的是，只有当从化学计量角度而言，所述其他元素在所述钝化层中达到较大含量时，所述其他元素才能与氧化铝、氮化铝或氮氧化铝形成化合物。也即，所述其他元素不是制造过程中必然会出现的天然杂质。所述其他元素在所述钝化层的材料中的密度至少为1个原子百分比(at％)。所述其他元素在所述钝化层的材料中的密度优选至少约为2at％、5at％、8at％、10at％、15at％或20at％。

根据一种优选实施方式，所述钝化层的化合物中包含有氮、碳、磷、硼和/或氟作为所述其他元素。制造所述钝化层时添加氮或者用氮氧化铝(Al_xO_yN_z)来制造所述钝化层，可以获得相对较高的稳定性，尤其是化学稳定性。现有技术中，在氧化硅层中添加氮时已经取得了这种效果。