CN117043966A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池和制造该太阳能电池的方法，所述太阳能电池包括：半导体基板；设置在所述半导体基板的一个表面上的第一半导体层；设置在所述第一半导体层的一个表面上的第二半导体层；设置在所述第二半导体层的一个表面上的第三半导体层；设置在所述第三半导体层的一个表面上的第一透明导电层；和设置在所述第一透明导电层的一个表面上的第一电极，其中，所述第二半导体层包含p型半导体层，所述第三半导体层包含含有W的p+型半导体层。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，具体地，涉及一种使用半导体基板的太阳能电池。
背景技术
通过在半导体基板上形成多个半导体层来制造使用半导体基板的太阳能电池。
例如，相关技术的太阳能电池包括：形成在半导体基板的一个表面上的p型半导体层；形成在半导体基板的另一表面上的n型半导体层；和形成在p型半导体层上的透明导电层。
在相关技术的太阳能电池中，将p型非晶硅层用作p型半导体层，并且在这种情况下，因为p型非晶硅的带隙大，存在太阳能电池的开路电压(Voc)低的问题。
发明内容
技术问题
设计本发明以解决上述问题，并且本发明是为了提供一种太阳能电池和制造该太阳能电池的方法，其中在p型半导体层与透明导电层之间另外形成有p+型半导体层，从而提高开路电压。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种太阳能电池，包括：半导体基板；设置在所述半导体基板的一个表面上的第一半导体层；设置在所述第一半导体层的一个表面上的第二半导体层；设置在所述第二半导体层的一个表面上的第三半导体层；设置在所述第三半导体层的一个表面上的第一透明导电层；和设置在所述第一透明导电层的一个表面上的第一电极，其中，所述第二半导体层包含p型半导体材料，所述第三半导体层包含含有钨(W)的p型半导体材料。
所述第三半导体层的带隙可以小于所述第二半导体层的带隙，所述第三半导体层的价带最大能级可以低于所述第二半导体层的价带最大能级。
所述第一透明导电层可以由包含铟的透明氧化物膜形成。
所述第一半导体层可以由本征(intrinsic)非晶硅层形成。
所述太阳能电池还可以包括：设置在所述半导体基板的另一表面上的第四半导体层；设置在所述第四半导体层的表面上的第五半导体层；设置在所述第五半导体层的表面上的第二透明导电层；和设置在所述第二透明导电层的表面上的第二电极，其中，所述第五半导体层可以包含含有锡(Sn)的n型半导体材料。
所述第四半导体层可以由本征非晶硅层形成，在所述第四半导体层与所述第五半导体层之间可以进一步设置n型非晶硅层，所述第五半导体层的带隙可以大于所述n型非晶硅层的带隙，所述第五半导体层的导带最低能级可以高于所述n型非晶硅层的导带最低能级。
所述第五半导体层的厚度可以在至/>的范围内形成，所述第二透明导电层的厚度可以在/>至/>的范围内形成。
所述第二透明导电层可以由包含铟的透明氧化物膜形成，并且所述透明氧化物膜中的铟的浓度可以在1原子％至5原子％的范围内。
所述第一透明导电层可以由包含铟的透明氧化物膜形成，并且包含在所述第一透明导电层中的铟的含量可以高于包含在所述第二透明导电层中的铟的含量。
所述太阳能电池可以进一步包括设置在所述第二透明导电层与所述第二电极之间的钙钛矿太阳能电池，其中，所述钙钛矿太阳能电池可以包括：由与所述第二透明导电层接触的空穴传输层形成的第一导电电荷传输层；设置在所述第一导电电荷传输层上的由钙钛矿化合物形成的光吸收层；和设置在所述光吸收层上的由电子传输层形成的第二导电电荷传输层。
另外，本发明提供一种制造太阳能电池的方法，该方法包括：在半导体基板的一个表面上形成第一半导体层的工艺；在所述第一半导体层的一个表面上形成第二半导体层的工艺；在所述第二半导体层的一个表面上形成第三半导体层的工艺；在所述第三半导体层的一个表面上形成第一透明导电层的工艺；和在所述第一透明导电层的一个表面上形成第一电极的工艺，其中，形成第三半导体层的工艺包括形成包含W的p型半导体材料的工艺，并且形成第三半导体层的工艺和形成第一透明导电层的工艺包括在同一工艺设备中进行的连续工艺。
形成第一透明导电层的工艺可以包括形成包含铟的透明氧化物膜的工艺。
所述方法可以进一步包括：形成设置在所述半导体基板的另一表面上的第四半导体层的工艺；形成设置在所述第四半导体层的另一表面上的第五半导体层的工艺；形成设置在所述第五半导体层的另一表面上的第二透明导电层的工艺；和形成设置在所述第二透明导电层的另一表面上的第二电极的工艺，其中，形成第五半导体层的工艺可以包括形成包含锡(Sn)的n型半导体材料的工艺，并且形成第五半导体层的工艺和形成第二透明导电层的工艺可以包括在相同的工艺设备中进行的连续工艺。
形成第五半导体层的工艺可以包括通过在腔室中提供包含Sn的材料和包含氧(O)的材料来形成SnO的工艺，并且形成第二透明导电层的工艺可以包括通过在所述腔室中提供包含Sn的材料、包含O的材料和包含铟的材料来形成包含铟的透明氧化物膜的工艺。
形成第五半导体层的工艺和形成第二透明导电层的工艺可以包括：通过在腔室中提供包含Sn的材料和包含O的材料来形成SnO层；以及在所述腔室中的SnO层上另外掺杂铟，以形成由未掺杂铟的SnO层形成的第五半导体层和由基于铟的掺杂而包含铟的透明氧化物膜形成的第二透明导电层。
所述方法可以进一步包括：在形成第四半导体层的工艺与形成第五半导体层的工艺之间，形成n型非晶硅层的工艺，其中，形成第四半导体层的工艺和形成n型非晶硅层的工艺可以包括在同一工艺设备中进行的连续工艺。
所述方法可以进一步包括在所述第二透明导电层与所述第二电极之间形成钙钛矿太阳能电池的工艺，其中，形成钙钛矿太阳能电池的工艺可以包括：形成第一导电电荷传输层的工艺，所述第一导电电荷传输层由与所述第二透明导电层接触的空穴传输层形成；在所述第一导电电荷传输层上形成由钙钛矿化合物形成的光吸收层的工艺；和在所述光吸收层上形成由电子传输层形成的第二导电电荷传输层的工艺。
有益效果
根据本发明，可以实现以下效果。
根据本发明的一个实施方案，可以在第一透明导电层与由p型半导体层形成的第二半导体层之间另外形成包含W的p+型半导体层，由此增加太阳能电池的开路电压。
此外，根据本发明的一个实施方案，第三半导体层可以包含WO3，并且第一透明导电层可以包含掺杂有铟的WO3，因此，存在的优点是，第三半导体层和第一透明导电层可以通过在同一工艺设备中的连续工艺来形成。
此外，根据本发明的一个实施方案，因为由n型半导体层形成的第五半导体层包含具有大带隙的SnO，所以太阳能电池的开路电压可以增加，并且形成在第五半导体层上的第二透明导电层可以包含掺杂有铟的SnO，从而具有以下优点：可以通过在同一工艺设备中的连续工艺来形成第五半导体层和第二透明导电层。
此外，根据本发明的一个实施方案，因为由n型半导体层形成的第五半导体层包含具有优异导电性的SnO，所以，即使当形成在第五半导体层上的第二透明导电层的厚度减小时，也可以防止电阻增加的问题。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的太阳能电池的剖视图。
图2是根据本发明的另一实施方案的太阳能电池的剖视图。
图3是根据本发明的另一实施方案的太阳能电池的剖视图。
图4是根据本发明的另一实施方案的太阳能电池的剖视图。
图5a至图5c是根据本发明的一个实施方案的制造太阳能电池的工艺的剖视图。
图6a至图6c是根据本发明的另一实施方案的制造太阳能电池的工艺的剖视图。
图7a至图7d是根据本发明的另一实施方案的制造太阳能电池的工艺的剖视图。
图8a至图8d是根据本发明的另一实施方案的制造太阳能电池的工艺的剖视图。
具体实施方式
通过参照附图描述的以下实施方案来阐明本发明的优点和特征及其实施方法。然而，本发明可以以不同的形式来实施，并且不应理解为限于本文中阐述的实施方案。相反地，提供这些实施方案使得本发明将是彻底和完整的，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。此外，本发明仅由权利要求书的范围限定。
用于描述本发明的实施方案的附图中公开的形状、尺寸、比例、角度和数目仅是实例，因此，本发明不限于示出的细节。相同的参考数字始终表示相同的要素。在以下描述中，当相关已知技术的详细描述被确定为不必要地模糊本发明的重点时，将省略详细描述。在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用“仅～”，否则可以加入另一部分。除非提到相反的内容，否则单数形式的术语可以包括复数形式。
尽管没有明确描述，但是在解释要素时，该要素理解为包括误差范围。
在描述位置关系时，例如，当两个部件之间的位置关系被描述为“在……上”、“在……之上”、“在……之下”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”，否则一个或多个其他部件可以被设置在这两个部件之间。
在描述时间关系时，例如，当时间顺序被描述为“在…之后”、“随后”、“接下来”以及“在…之前”时，除非使用“恰好”或“直接”，否则可以包括不连续的情况。
应当理解的是，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素，但这些要素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个要素与另一要素区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一要素可以被称为第二要素，并且类似地，第二要素可以被称为第一要素。
本发明的各种实施方案的特征可以部分地或整体地彼此结合或组合，并且可以如本领域技术人员能够充分理解的那样不同地彼此互相操作并且在技术上被驱动。本发明的实施方案可以彼此独立地实施，或者可以以共同依赖的关系一起实施。
下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施方案。
图1是根据本发明的一个实施方案的太阳能电池的剖视图。
如图1中所示，根据本发明的一个实施方案的太阳能电池包括半导体基板100、第一半导体层210、第二半导体层220、第三半导体层230、第四半导体层240、第五半导体层250、第一透明导电层310、第二透明导电层320、第一电极410和第二电极420。
半导体基板100可以包括N型半导体晶圆。半导体基板100的一个表面和另一表面(详细地，底面和顶面)可以形成为凹凸结构。因此，堆叠在半导体基板100的一个表面上的多个层和堆叠在半导体基板100的另一表面上的多个层可以堆叠成与半导体基板100的凹凸结构相对应的凹凸结构。然而，凹凸结构可以仅形成在半导体基板100的一个表面和另一表面中的一个中，或者在半导体基板100的一个表面和另一表面中可以不形成凹凸结构。
第一半导体层210形成在半导体基板100的一个表面(例如，底面)上。第一半导体层210可以通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺来形成，并且可以由本征半导体层(例如，本征非晶硅层)形成。然而，根据情况，第一半导体层210可以由掺杂有少量掺杂剂(例如，少量p型掺杂剂)的半导体层形成，具体地，可以由掺杂有少量p型掺杂剂的非晶硅层形成。
第二半导体层220形成在第一半导体层210的一个表面(例如，底面)上。第二半导体层220可以通过薄膜沉积工艺诸如CVD工艺或ALD工艺来形成，并且可以由掺杂有特定掺杂剂的半导体层形成。详细地，第二半导体层220可以由掺杂有极性与半导体基板100的极性不同的p型掺杂剂的p型半导体层形成，并且具体地，可以由p型非晶硅层形成。
第三半导体层230形成在第二半导体层220的一个表面(例如，底面)上。第三半导体层230由通过薄膜沉积工艺形成的p+型半导体层形成。详细地，第三半导体层230可以包含通过使用ALD工艺形成的包含钨(W)的p型半导体材料(详细地，WO3)。WO3的带隙小于构成第二半导体层220的p型非晶硅的带隙。此外，WO3的功函数大于构成第二半导体层220的p型非晶硅的功函数。此外，WO3的价带最大能级低于p型非晶硅层的价带最大能级。因此，在使用WO3作为第三半导体层230的材料的情况下，存在可以增加太阳能电池的开路电压(Voc)的优点。
第三半导体层230可以另外包含p型掺杂剂诸如钛(Ti)或氢(H)，因此，可以降低第三半导体层230的界面电阻和体电阻，并且可以提高电荷的迁移率，从而提高太阳能电池的效率。
第四半导体层240形成在半导体基板100的另一表面(例如，顶面)上。第四半导体层240可以通过薄膜沉积工艺来形成，并且可以由本征半导体层(例如，本征非晶硅层)形成。然而，根据情况，第四半导体层240可以由掺杂有少量掺杂剂(例如，少量n型掺杂剂)的非晶硅层形成。详细地，在第四半导体层240上掺杂的掺杂剂的极性与在第一半导体层210上掺杂的掺杂剂的极性相反。
第五半导体层250形成在第四半导体层240的另一表面(例如，顶面)上。第五半导体层250可以通过薄膜沉积工艺来形成，并且可以由掺杂有特定掺杂剂的半导体层形成。在这种情况下，在第五半导体层250上掺杂的掺杂剂的极性与在第二半导体层220上掺杂的掺杂剂的极性相反。
根据本发明的一个实施方案，第五半导体层250可以由通过薄膜沉积工艺诸如CVD工艺或ALD工艺形成的n型非晶半导体层来形成。
此外，根据本发明的另一实施方案，第五半导体层250可以包含通过使用ALD而形成的包含锡(Sn)的n型半导体材料，并且详细地，可以包含SnO。由于SnO是n型半导体材料并且导电性良好，因此，在第五半导体层250包含SnO的情况下，存在的优点是可以减小形成在第五半导体层250上的第二透明导电层320的厚度。
第五半导体层250的材料可以使用诸如铝(Al)、银(Ag)和LiF的材料，但是由于SnO的带隙大于Al、Ag和LiF的带隙，因此，在第五半导体层250包含SnO的情况下，存在可以增加太阳能电池的开路电压(Voc)的优点。此外，由于Cs2CO3的能带隙大于SnO的能带隙，因此，Cs2CO3可以用作第五半导体层250，但是当第五半导体层250由SnO形成时，具有以下优点：可以通过在相同工艺设备中加入铟的简单工艺，由氧化铟锡(ITO)形成第二透明导电层320。
第五半导体层250可以另外包含n型掺杂剂诸如铟(In)、氟(F)或锌(Zn)，因此，可以降低第五半导体层250的界面电阻和体电阻，并且可以提高电荷的迁移率，从而提高太阳能电池的效率。
可以优选地，第五半导体层250的厚度在至/>的范围内。例如，当第五半导体层250的厚度小于/>时，在第五半导体层250中会不能顺利地进行电荷的移动，当第五半导体层250的厚度大于/>时，第五半导体层250的透光率会降低。
第一透明导电层310形成在第三半导体层230的一个表面(例如，底面)上。第一透明导电层310可以通过薄膜沉积工艺诸如CVD工艺或ALD工艺形成。具体地，第一透明导电层310可以包括包含铟的透明氧化物膜(详细地，掺杂有铟的WO3)，并且在这种情况下，第三半导体层230和第一透明导电层310可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。
第一透明导电层310可以形成在与太阳光入射表面相对的表面上，因此，第一透明导电层310的厚度可以更多地基于电导率而不是透光率来较厚地形成。因此，第一透明导电层310的厚度可以形成为比第二透明导电层320的厚度更厚。此外，在第一透明导电层310包含掺杂有铟的WO3的情况下，当铟的含量增加时，透光率会降低，但是导电性可以提高。如上所述，第一透明导电层310可以更多地基于导电性而不是透光率来形成，因此，优选通过增加包含在第一透明导电层310中的铟的含量来提高导电性。因此，包含在第一透明导电层310中的铟的含量可以高于包含在下述的第二透明导电层320中的铟的含量。
第二透明导电层320形成在第五半导体层250的另一表面(例如，顶面)上。
第二透明导电层320通过薄膜沉积工艺诸如CVD工艺或ALD工艺而形成。
如上所述，由于第五半导体层250的导电性优异，第二透明导电层320的厚度可以形成为薄的，并且详细地，第二透明导电层320的厚度可以形成为在至/>的范围内。例如，当第二透明导电层320的厚度小于/> 时，第二透明导电层320的电阻会增加，当第二透明导电层320的厚度大于/>时，第二透明导电层320的透光率会降低。
第二透明导电层320可以包括包含铟的透明氧化物膜(例如，ITO)，因此，如上所述，第五半导体层250和第二透明导电层320可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。
在第二透明导电层320包括包含铟的透明氧化物膜的情况下，透明氧化物膜中的铟的浓度可以优选在1原子％至5原子％的范围内。例如，当透明氧化物膜中的铟的浓度小于1原子％时，第二透明导电层320的导电性会降低，当透明氧化物膜中的铟的浓度高于5原子％时，第二透明导电层320的透光率会降低。
此外，第二透明导电层320中的铟的浓度可以不是恒定的。详细地，第二透明导电层320的顶面中的铟的浓度可以大于第二透明导电层320的底面中的铟的浓度，具体地，铟的浓度可以从第二透明导电层320的底面朝向第二透明导电层320的顶面逐渐增加。
第一电极410形成在第一透明导电层310的一个表面(例如，底面)上。
第一电极410可以形成在与太阳光入射到其上的入射表面相对的表面上，因此，可以形成在第一透明导电层310的整个底表面上。然而，第一电极410可以被图案化并形成为特定形状，因此，第一电极410可以被配置为使得太阳光的反射光通过第一透明导电层310入射到太阳能电池的内部部分上。第一电极410可以包含本领域技术人员已知的各种金属材料，并且可以通过本领域技术人员已知的各种图案形成工艺诸如丝网印刷工艺来形成。
第二电极420形成在第二透明导电层320的另一表面(例如，顶面)上。
第二电极420形成在太阳光入射到其上的入射表面上，因此，为了防止入射太阳光的量被第二电极420减少，第二电极420被图案化并形成为特定形状。第二电极420可以包含本领域技术人员已知的各种金属材料，并且可以通过本领域技术人员已知的各种图案形成工艺诸如丝网印刷工艺来形成。
图2是根据本发明的另一实施方案的太阳能电池的剖视图。
如图2中所示，根据本发明的另一实施方案的太阳能电池包括半导体基板100、第一半导体层210、第二半导体层220、第三半导体层230、第四半导体层240、第五半导体层250、第六半导体层260、第一透明导电层310、第二透明导电层320、第一电极410和第二电极420。
除了加入第六半导体层260之外，图2中所示的根据本发明的另一实施方案的太阳能电池与上述根据图1的太阳能电池相同。因此，相同的参考数字指示相同的要素，并且下面将仅描述不同的要素。
如图2中所示，根据本发明的另一实施方案，第六半导体层260另外形成在第四半导体层240与第五半导体层250之间。即，第六半导体层260形成在第四半导体层240的顶面与第五半导体层250的底面之间。
第六半导体层260可以通过薄膜沉积工艺而形成，并且可以由掺杂有极性与第五半导体层250的极性相同的掺杂剂(例如，n型掺杂剂)的半导体层形成。在这种情况下，优选地，第六半导体层260由带隙比包含SnO的第五半导体层250的带隙小的材料形成，详细地，第六半导体层260可以由n型非晶硅层形成。包含SnO的第五半导体层250的功函数可以小于包含n型非晶硅层的第六半导体层260的功函数。此外，优选地，包含SnO的第五半导体层250的导带最低能级高于包含n型非晶硅层的第六半导体层260的导带最低能级高。在这种情况下，包含SnO的第五半导体层250构成n+型半导体层。当第六半导体层260包含n型非晶硅层时，可以提高第四半导体层240与第五半导体层250之间的界面特性。
图3是根据本发明的另一实施方案的太阳能电池的剖视图。
如图3中所示，根据本发明的另一实施方案的太阳能电池包括半导体基板100、第一半导体层210、第二半导体层220、第三半导体层230、第四半导体层240、第五半导体层250、第一透明导电层310、第二透明导电层320、第一电极410、第二电极420和钙钛矿太阳能电池500。
除了加入钙钛矿太阳能电池500之外，图3中所示的根据本发明的另一实施方案的太阳能电池与上述根据图1的太阳能电池相同。因此，相同的参考数字指示相同的要素，并且下面将仅描述不同的要素。
如图3中所示，根据本发明的另一实施方案，在上述图1的结构中在第二透明导电层320与第二电极420之间另外形成钙钛矿太阳能电池500。
因此，根据本发明的另一实施方案的太阳能电池可以是具有包括块型(bulk-type)太阳能电池的串联结构的太阳能电池，其包括半导体基板100、第一半导体层210、第二半导体层220、第三半导体层230、第四半导体层240、第五半导体层250、第一透明导电层310和第二透明导电层320以及形成在块型太阳能电池上的钙钛矿太阳能电池500。
在这种情况下，第二透明导电层320可以充当块型太阳能电池与钙钛矿太阳能电池500之间的缓冲层，因此，不需要单独的缓冲层。
钙钛矿太阳能电池500可以包括导电电荷传输层520和530以及光吸收层510。
钙钛矿太阳能电池500可以包括一个或多个导电电荷传输层520和530。例如，钙钛矿太阳能电池500可以包括：设置在第二透明导电层320上并接触第二透明导电层320的第一导电电荷传输层520；设置在第一导电电荷传输层520上的光吸收层510；和设置在光吸收层510上的第二导电电荷传输层530。然而，本发明不限于此，导电电荷传输层520和530可以仅设置在光吸收层510的两个表面中的一个表面上。
第一导电电荷传输层520可以配置为具有不同于第五半导体层250的极性(例如，p型极性)，并且第二导电电荷传输层530可以配置为具有不同于第一导电电荷传输层520的极性(例如，n型极性)。因此，第一导电电荷传输层520可以由空穴传输层(HTL)形成，并且第二导电电荷传输层530可以由电子传输层(ETL)形成。
空穴传输层可以包含本领域技术人员已知的各种p型有机材料，诸如螺-MeO-TAD(Spiro-MeO-TAD)、Spiro-TTB、聚苯胺、多元酚、聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT-PSS)、聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺](PTAA)和聚(3-己基噻吩-2，5-二基)(P3HT)，或者可以包括包含本领域技术人员已知的各种p型有机或无机材料和各种p型金属氧化物诸如Ni氧化物、Mo氧化物、V氧化物、W氧化物或Cu氧化物的化合物。
电子传输层可以包括包含本领域技术人员已知的各种N型有机或无机材料和N型有机材料，诸如浴铜灵(BCP)、C60或苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)，或各种N型金属氧化物，诸如ZnO、c-TiO2/mp-TiO2、SnO2或IZO的化合物。
光吸收层510包含本领域技术人员已知的钙钛矿化合物。
图4是根据本发明的另一实施方案的太阳能电池的剖视图。
如图4中所示，根据本发明的另一实施方案的太阳能电池包括：半导体基板100、第一半导体层210、第二半导体层220、第三半导体层230、第四半导体层240、第五半导体层250、第六半导体层260、第一透明导电层310、第二透明导电层320、第一电极410、第二电极420和钙钛矿太阳能电池500。
除了加入钙钛矿太阳能电池500之外，图4中所示的根据本发明的另一实施方案的太阳能电池与上述根据图2的太阳能电池相同。因此，相同的参考数字指示相同的要素，并且下面将仅描述不同的要素。
如图4中所示，根据本发明的另一实施方案，在上述图2的结构中在第二透明导电层320与第二电极420之间另外形成钙钛矿太阳能电池500。
因此，根据本发明的另一实施方案的太阳能电池可以是具有包括块型太阳能电池的串联结构的太阳能电池，其包括半导体基板100、第一半导体层210、第二半导体层220、第三半导体层230、第四半导体层240、第五半导体层250、第六半导体层260、第一透明导电层310和第二透明导电层320以及形成在块型太阳能电池上的钙钛矿太阳能电池500。
在这种情况下，第二透明导电层320可以充当块型太阳能电池与钙钛矿太阳能电池500之间的缓冲层，因此，不需要单独的缓冲层。
如在上述图3中描述的，钙钛矿太阳能电池500可以包括导电电荷传输层520和530以及光吸收层510，并且省略其重复描述。
图5a至图5c是根据本发明的一个实施方案的制造太阳能电池的工艺的剖视图，并且涉及制造上述根据图1的太阳能电池的工艺。在下文中，省略诸如材料的相同要素的重复描述。
首先，如图5a中所示，在半导体基板100的一个表面(例如底面)上形成第一半导体层210，在第一半导体层210的一个表面(例如底面)上形成第二半导体层220，在第二半导体层220的一个表面(例如底面)上形成第三半导体层230，在第三半导体层230的一个表面(例如底面)上形成第一透明导电层310。
第一半导体层210可以由本征半导体层(例如，本征非晶硅层)或掺杂有少量p型掺杂剂的半导体层(具体地，掺杂有少量p型掺杂剂的非晶硅层)，通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
第二半导体层220可以由p型非晶硅层通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
在这种情况下，第一半导体层210和第二半导体层220可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。详细地，包含本征非晶硅层的第一半导体层210可以通过经由薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供硅(Si)的源材料来形成，并且随后，包含p型非晶硅层的第二半导体层220可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺另外提供p型掺杂剂材料连同Si的源材料来形成。
第三半导体层230可以由包含WO3的p+型半导体层通过薄膜沉积工艺(具体地，原子层沉积工艺)诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
第一透明导电层310可以由掺杂有铟的WO3通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
在这种情况下，第三半导体层230和第一透明导电层310可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。例如，包含WO3的第三半导体层230可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供包含W的材料和包含氧(O)的材料来形成，并且随后，包含掺杂有铟的WO3的第一透明导电层310可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺另外提供包含铟的材料连同包含W的材料和包含O的材料来形成。
随后，如图5b中所示，在半导体基板100的另一表面(例如顶面)上形成第四半导体层240，在第四半导体层240的另一表面(例如顶面)上形成第五半导体层250，在第五半导体层250的另一表面(例如顶面)上形成第二透明导电层320。
第四半导体层240可以由本征半导体层(例如，本征非晶硅层)或掺杂有少量n型掺杂剂的半导体层(具体地，掺杂有少量n型掺杂剂的非晶硅层)，通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
根据本发明的一个实施方案，第五半导体层250可以由n型非晶硅层通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
在这种情况下，第四半导体层240和第五半导体层250可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。详细地，包含本征非晶硅层的第四半导体层240可以通过经由薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供Si的源材料来形成，并且随后，包含n型非晶硅层的第五半导体层250可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺另外提供n型掺杂剂材料连同Si的源材料来形成。
根据本发明的另一实施方案，第五半导体层250可以由SnO通过原子层沉积(ALD)工艺而形成。
第二透明导电层320可以由包含铟的透明氧化物膜通过利用化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
在这种情况下，第五半导体层250和第二透明导电层320可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。例如，包含SnO的第五半导体层250可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供包含Sn的材料和包含O的材料来形成，并且随后，包括包含铟的透明氧化物膜的第二透明导电层320可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺另外提供包含铟的材料连同包含Sn的材料和包含O的材料来形成。
根据情况，SnO层可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中另外提供包含Sn的材料和包含O的材料来形成，并且随后，通过向SnO层中另外注入铟，可以形成包括未掺杂铟的SnO层的第五半导体层250和包括基于铟的掺杂而包含铟的透明氧化物膜的第二透明导电层320。
此外，在图5a的工艺与图5b的工艺之间不设置具体顺序。即，可以先进行图5b的工艺，然后，可以进行图5a的工艺。
随后，如图5c中所示，在第一透明导电层310的一个表面(例如底面)上形成第一电极410，并在第二透明导电层320的另一表面(例如顶面)上形成第二电极420。
在形成第一电极410的工艺与形成第二电极420的工艺之间不设置特别的顺序。
第一电极410和第二电极420可以通过本领域技术人员已知的各种图案形成工艺诸如丝网印刷工艺来形成。
图6a至图6c是根据本发明的另一实施方案的制造太阳能电池的工艺的剖视图，并且涉及制造上述根据图2的太阳能电池的工艺。在下文中，省略诸如材料的相同要素的重复描述。
首先，如图6a中所示，在半导体基板100的一个表面(例如底面)上形成第一半导体层210，在第一半导体层210的一个表面(例如底面)上形成第二半导体层220，在第二半导体层220的一个表面(例如底面)上形成第三半导体层230，在第三半导体层230的一个表面(例如底面)上形成第一透明导电层310。
第一半导体层210可以由本征半导体层(例如，本征非晶硅层)或掺杂有少量p型掺杂剂的半导体层(具体地，掺杂有少量p型掺杂剂的非晶硅层)，通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
第二半导体层220可以由p型非晶硅层通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
在这种情况下，第一半导体层210和第二半导体层220可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。详细地，包含本征非晶硅层的第一半导体层210可以通过经由薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供Si的源材料来形成，并且随后，包含p型非晶硅层的第二半导体层220可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺另外提供p型掺杂剂材料连同Si的源材料来形成。
第三半导体层230可以由包含WO3的p+型半导体层通过薄膜沉积工艺(具体地，原子层沉积工艺)诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
第一透明导电层310可以由掺杂有铟的WO3通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
在这种情况下，第三半导体层230和第一透明导电层310可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。例如，包含WO3的第三半导体层230可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供包含W的材料和包含O的材料来形成，并且随后，包含掺杂有铟的WO3的第一透明导电层310可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺另外提供包含铟的材料连同包含W的材料和包含O的材料来形成。
随后，如图6b中所示，在半导体基板100的另一表面(例如顶面)上形成第四半导体层240，在第四半导体层240的另一表面(例如顶面)上形成第六半导体层260，在第六半导体层260的另一表面(例如顶面)上形成第五半导体层250，在第五半导体层250的另一表面(例如顶面)上形成第二透明导电层320。
第四半导体层240可以由本征半导体层(例如，本征非晶硅层)或掺杂有少量n型掺杂剂的半导体层(具体地，掺杂有少量n型掺杂剂的非晶硅层)，通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
第六半导体层260可以由n型非晶硅层通过薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺而形成。
在这种情况下，第四半导体层240和第六半导体层260可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。详细地，包含本征非晶硅层的第四半导体层240可以通过经由薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供Si的源材料来形成，并且随后，包含n型非晶硅层的第六半导体层260可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺另外提供n型掺杂剂材料连同Si的源材料来形成。
第五半导体层250可以由SnO通过原子层沉积(ALD)工艺来形成，第二透明导电层320可以由包含铟的透明氧化物膜通过使用化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺来形成。
在这种情况下，第五半导体层250和第二透明导电层320可以通过在同一工艺设备中的连续工艺而形成。例如，包含SnO的第五半导体层250可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供包含Sn的材料和包含O的材料来形成，并且随后，包括包含铟的透明氧化物膜的第二透明导电层320可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺另外提供包含铟的材料连同包含Sn的材料和包含O的材料来形成。
根据情况，SnO层可以通过经由化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺在腔室中提供包含Sn的材料和包含O的材料来形成，并且随后，通过向其中另外注入铟，可以形成包含未掺杂铟的SnO层的第五半导体层250和包含基于铟的掺杂而包含铟的透明氧化物膜的第二透明导电层320。
此外，在图6a的工艺与图6b的工艺之间不设置具体顺序。即，可以先进行图6b的工艺，然后，可以进行图6a的工艺。
随后，如图6c中所示，在第一透明导电层310的一个表面(例如底面)上形成第一电极410，并在第二透明导电层320的另一表面(例如顶面)上形成第二电极420。
在形成第一电极410的工艺与形成第二电极420的工艺之间不设置具体顺序。
第一电极410和第二电极420可以通过本领域技术人员已知的各种图案形成工艺诸如丝网印刷工艺来形成。
图7a至图7d是根据本发明的另一实施方案的制造太阳能电池的工艺的剖视图，并且涉及制造上述根据图3的太阳能电池的工艺。
首先，如图7a中所示，在半导体基板100的一个表面(例如底面)上形成第一半导体层210，在第一半导体层210的一个表面(例如底面)上形成第二半导体层220，在第二半导体层220的一个表面(例如底面)上形成第三半导体层230，在第三半导体层230的一个表面(例如底面)上形成第一透明导电层310。
图7a的工艺与上述图5a的工艺相同，因此省略其重复描述。
随后，如图7b中所示，在半导体基板100的另一表面(例如顶面)上形成第四半导体层240，在第四半导体层240的另一表面(例如顶面)上形成第五半导体层250，在第五半导体层250的另一表面(例如顶面)上形成第二透明导电层320。
图7b的工艺与上述图5b的工艺相同，因此省略其重复描述。
此外，在图7a的工艺与图7b的工艺之间不设置具体顺序。即，可以先进行图7b的工艺，然后，可以进行图7a的工艺。
随后，如图7c中所示，在第二透明导电层320的另一表面(例如，顶面)上形成钙钛矿太阳能电池500。
形成钙钛矿太阳能电池500的工艺可以包括：在第二透明导电层320的顶面上形成第一导电电荷传输层520的工艺；在第一导电电荷传输层520的顶面上形成光吸收层510的工艺；和在光吸收层510的顶面上形成第二导电电荷传输层530的工艺。
形成第一导电电荷传输层520的工艺可以包括通过薄膜沉积工艺诸如蒸发工艺来形成包含有机材料的空穴传输层(HTL)的工艺，形成第二导电电荷传输层530的工艺可以包括通过薄膜沉积工艺诸如蒸发工艺来形成包含有机材料的电子传输层(ETL)的工艺。
形成光吸收层510的工艺可以包括通过溶液工艺或者薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺来形成钙钛矿化合物的工艺。
随后，如图7d中所示，在钙钛矿太阳能电池500的另一表面(例如顶面)上形成第二电极420，并在第一透明导电层310的一个表面(例如底面)上形成第一电极410。
在形成第一电极410的工艺与形成第二电极420的工艺之间不设置具体顺序。第一电极410和第二电极420可以通过本领域技术人员已知的各种图案形成工艺诸如丝网印刷工艺来形成。
图8a至图8d是根据本发明的另一实施方案的制造太阳能电池的工艺的剖视图，并且涉及制造上述根据图4的太阳能电池的工艺。
首先，如图8a中所示，在半导体基板100的一个表面(例如底面)上形成第一半导体层210，在第一半导体层210的一个表面(例如底面)上形成第二半导体层220，在第二半导体层220的一个表面(例如底面)上形成第三半导体层230，在第三半导体层230的一个表面(例如底面)上形成第一透明导电层310。
图8a的工艺与上述图6a的工艺相同，因此省略其重复描述。
随后，如图8b中所示，在半导体基板100的另一表面(例如顶面)上形成第四半导体层240，在第四半导体层240的另一表面(例如顶面)上形成第六半导体层260，在第六半导体层260的另一表面(例如顶面)上形成第五半导体层250，在第五半导体层250的另一表面(例如顶面)上形成第二透明导电层320。
图8b的工艺与上述图6b的工艺相同，因此省略其重复描述。
此外，在图8a的工艺与图8b的工艺之间不设置具体顺序。即，可以先进行图8b的工艺，然后，可以进行图8a的工艺。
随后，如图8c中所示，在第二透明导电层320的另一表面(例如，顶面)上形成钙钛矿太阳能电池500。
形成钙钛矿太阳能电池500的工艺可以包括：在第二透明导电层320的顶面上形成第一导电电荷传输层520的工艺；在第一导电电荷传输层520的顶面上形成光吸收层510的工艺；和在光吸收层510的顶面上形成第二导电电荷传输层530的工艺。
形成第一导电电荷传输层520的工艺可以包括通过薄膜沉积工艺诸如蒸发工艺来形成包含有机材料的空穴传输层(HTL)的工艺，形成第二导电电荷传输层530的工艺可以包括通过薄膜沉积工艺诸如蒸发工艺来形成包含有机材料的电子传输层(ETL)的工艺。
形成光吸收层510的工艺可以包括通过溶液工艺或者薄膜沉积工艺诸如化学气相沉积(CVD)工艺来形成钙钛矿化合物的工艺。
随后，如图8d中所示，在钙钛矿太阳能电池500的另一表面(例如顶面)上形成第二电极420，并在第一透明导电层310的一个表面(例如底面)上形成第一电极410。
在形成第一电极410的工艺与形成第二电极420的工艺之间不设置具体顺序。第一电极410和第二电极420可以通过本领域技术人员已知的各种图案形成工艺诸如丝网印刷工艺来形成。
在上文中，已经参照附图更详细地描述了本发明的实施方案，但是本发明不限于这些实施方案，并且可以在不偏离本发明的技术构思的范围内进行各种修改。因此，应当理解的是，上述实施方案从各个方面来说均是示例性的而不是限制性的。应当理解的是，本发明的范围由下述权利要求书而不是详细描述来限定，并且权利要求书的意义和范围以及从它们的等同概念推断的所有变化或修改形式都包括在本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种太阳能电池，包括：
半导体基板；
设置在所述半导体基板的一个表面上的第一半导体层；
设置在所述第一半导体层的一个表面上的第二半导体层；
设置在所述第二半导体层的一个表面上的第三半导体层；
设置在所述第三半导体层的一个表面上的第一透明导电层；和
设置在所述第一透明导电层的一个表面上的第一电极，
其中，所述第二半导体层包含p型半导体材料，所述第三半导体层包含含有钨(W)的p型半导体材料。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第三半导体层的带隙小于所述第二半导体层的带隙，所述第三半导体层的价带最大能级低于所述第二半导体层的价带最大能级。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一透明导电层由包含铟的透明氧化膜形成。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一半导体层由本征非晶硅层形成。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，该太阳能电池进一步包括：
设置在所述半导体基板的另一表面上的第四半导体层；
设置在所述第四半导体层的表面上的第五半导体层；
设置在所述第五半导体层的表面上的第二透明导电层；和
设置在所述第二透明导电层的表面上的第二电极，
其中，所述第五半导体层包含含有锡(Sn)的n型半导体材料。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述第四半导体层由本征非晶硅层形成，
在所述第四半导体层与所述第五半导体层之间进一步设置n型非晶硅层，
所述第五半导体层的带隙大于所述n型非晶硅层的带隙，所述第五半导体层的导带最低能级高于所述n型非晶硅层的导带最低能级。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述第五半导体层的厚度形成为在至的范围内，所述第二透明导电层的厚度形成为在/>至/>的范围内。
8.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述第二透明导电层由包含铟的透明氧化物膜形成，并且所述透明氧化物膜中的铟的浓度在1原子％至5原子％的范围内。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述第一透明导电层由包含铟的透明氧化物膜形成，并且包含在所述第一透明导电层中的铟的含量高于包含在所述第二透明导电层中的铟的含量。
10.根据权利要求5所述的太阳能电池，该太阳能电池进一步包括设置在所述第二透明导电层与所述第二电极之间的钙钛矿太阳能电池，
其中，所述钙钛矿太阳能电池包括：
由与所述第二透明导电层接触的空穴传输层形成的第一导电电荷传输层；
设置在所述第一导电电荷传输层上的由钙钛矿化合物形成的光吸收层；和
设置在所述光吸收层上的由电子传输层形成的第二导电电荷传输层。
11.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在半导体基板的一个表面上形成第一半导体层的工艺；
在所述第一半导体层的一个表面上形成第二半导体层的工艺；
在所述第二半导体层的一个表面上形成第三半导体层的工艺；
在所述第三半导体层的一个表面上形成第一透明导电层的工艺；和
在所述第一透明导电层的一个表面上形成第一电极的工艺，
其中，形成第三半导体层的工艺包括形成包含钨(W)的p型半导体材料的工艺，
形成第三半导体层的工艺和形成第一透明导电层的工艺包括在同一工艺设备中进行的连续工艺。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，形成所述第一透明导电层的工艺包括形成包含铟的透明氧化物膜的工艺。
13.根据权利要求11所述的方法，该方法进一步包括：
形成设置在所述半导体基板的另一表面上的第四半导体层的工艺；
形成设置在所述第四半导体层的表面上的第五半导体层的工艺；
形成设置在所述第五半导体层的表面上的第二透明导电层的工艺；和
形成设置在所述第二透明导电层的表面上的第二电极的工艺，
其中，形成第五半导体层的工艺包括形成包含锡(Sn)的n型半导体材料的工艺，
形成第五半导体层的工艺和形成第二透明导电层的工艺包括在同一工艺设备中进行的连续工艺。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述形成第五半导体层的工艺包括通过在腔室中提供包含Sn的材料和包含氧(O)的材料来形成SnO的工艺，
所述形成第二透明导电层的工艺包括通过在所述腔室中提供所述包含Sn的材料、所述包含O的材料和包含铟的材料来形成包含铟的透明氧化物膜的工艺。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述形成第五半导体层的工艺和所述形成第二透明导电层的工艺包括：通过在腔室中提供包含Sn的材料和包含O的材料来形成SnO层，以及在所述腔室中的所述SnO层上另外掺杂铟，以形成由未掺杂铟的SnO层形成的所述第五半导体层以及由基于铟的掺杂而包含铟的透明氧化物膜形成的所述第二透明导电层。
16.根据权利要求13所述的方法，该方法进一步包括：在所述形成第四半导体层的工艺与所述形成第五半导体层的工艺之间，形成n型非晶硅层的工艺，
其中，所述形成第四半导体层的工艺和所述形成n型非晶硅层的工艺包括在同一工艺设备中进行的连续工艺。
17.根据权利要求13所述的方法，该方法进一步包括：在所述第二透明导电层与所述第二电极之间形成钙钛矿太阳能电池的工艺，
其中，形成钙钛矿太阳能电池的工艺包括：
形成由与所述第二透明导电层接触的空穴传输层形成的第一导电电荷传输层的工艺；
在所述第一导电电荷传输层上形成由钙钛矿化合物形成的光吸收层的工艺；和
在所述光吸收层上形成由电子传输层形成的第二导电电荷传输层的工艺。
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