CN102113132B - 使用掺杂层屏蔽的混合异质结太阳能电池制造 - Google Patents

使用掺杂层屏蔽的混合异质结太阳能电池制造 Download PDF

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Abstract

本发明的实施方式包含利用新颖的处理程序来形成太阳能电池装置，进而形成高效率的太阳能电池。在一个实施方式中，方法包括形成掺杂层至基板背面上、加热掺杂层和基板，促使掺杂层扩散进入基板背面、在加热掺杂层和基板后，纹理化基板正面、形成介电层至基板背面上、去除背面的部分介电层，以形成基板的多个露出区域、以及沉积金属层至基板背面上，其中金属层电性连接基板的多个露出区域中的至少一露出区域，且至少一露出区域具有掺杂层提供的掺杂原子。

Description

使用掺杂层屏蔽的混合异质结太阳能电池制造
发明背景
发明领域
本发明的实施方式大体上涉及光电电池的制造。
相关技术描述
太阳能电池为将太阳光直接转换成电能的光电装置。最常见的太阳能电池材料为硅，所述硅为单晶或多晶型基板(有时称为晶片)。因形成硅基太阳能电池产生电能的摊还成本高于传统方法，因此已致力于降低形成太阳能电池的成本。
许多方式能制造太阳能电池的有源区(active region)和太阳能电池的载流金属线或导体。然而这些现有技术的制造方法有数个缺点。例如，形成工艺为复杂的多步骤工艺，此增加了完成太阳能电池所需的费用。
因此，需要改良方法和设备来形成有源区和载流区至基板表面，进而形成太阳能电池。
发明内容
本发明大体上提出形成太阳能电池装置的方法，所述方法包括形成第一掺杂层(doping layer)至结晶硅基板的背面、以及纹理化(texturing)结晶硅基板的正面，其中位于背面的第一掺杂层用于在纹理化正面的工艺期间，避免实质蚀刻背面。
在一个实施方式中，本发明大体上提出形成太阳能电池装置的方法，所述方法包括在结晶硅基板的背面上形成无定形硅层、以及纹理化结晶硅基板的正面，其中位于背面的无定形硅层用于在纹理化正面的工艺期间，避免实质蚀刻背面。
在另一个实施方式中，本发明大体上提出形成太阳能电池装置的方法，所述方法包括在硅基板背面上形成包含硅层的掺杂层，且所述硅层包含第一型掺杂原子、在硅基板背面的掺杂层上形成介电层、加热硅基板，促使第一型掺杂原子扩散进入硅基板、去除背面的部分介电层，以形成硅基板的多个露出区域、以及沉积金属层至硅基板背面，其中金属层电性连接硅基板露出区域中的至少一个露出区域。
在又一个实施方式中，本发明大体上提出用以形成太阳能电池的***，所述***包含第一处理模块，用以在硅基板的第一表面上沉积掺杂层、第二处理模块，用以加热无定形硅掺杂层和硅基板、第三处理模块，用以保留纹理蚀刻液来形成纹理于硅基板的第二表面上，第二表面相对第一表面，其中第三处理模块位于第一处理模块下游、第四处理模块，用以沉积介电层至硅基板的第一表面上、第五处理模块，用以在介电层上沉积蚀刻材料、第六处理模块，用以在介电层上沉积金属层、以及多个自动化装置，用以传送硅基板至第一、第二、第三、第四、第五和第六处理模块。
附图简要说明
为让本发明的上述特征更明显易懂，可配合参考实施方式说明，部分实施方式在附图中示出。
图1A-1J绘示根据本发明实施方式的不同程序阶段的太阳能电池截面图。
图2为根据本发明实施方式的金属化太阳能电池的方法流程图。
图3A-3D绘示在形成太阳能电池装置的有源区的处理程序(processingsequence)中，不同阶段的太阳能电池基板截面图。
图4为根据本发明实施方式，形成太阳能电池装置的有源区的方法流程图。
图5绘示太阳能电池生产线的流程图，用以进行形成太阳能电池装置的处理步骤。
图6A及6B绘示在形成预定图案至太阳能电池装置的背面的另一处理程序中，不同阶段的太阳能电池截面图。
图7A-7I绘示根据本发明实施方式的不同程序阶段的太阳能电池截面图。
图8为根据本发明实施方式，形成太阳能电池装置的有源区的方法流程图。
为清楚说明，各图中相同的元件符号代表相似的元件。应理解某一个实施方式的特征当可并入其他实施方式，在此不另外详述。
详细描述
本发明的实施方式包含利用新颖的处理程序来形成太阳能电池装置，进而形成高效率的太阳能电池。在一个实施方式中，方法包括使用不同的蚀刻和图案化工艺来界定装置的有源区和装置及/或接触结构设置于太阳能电池基板表面的区域。方法一般包括以下步骤：形成一或多层至太阳能电池基板的背侧，以防基板背侧遭后续工艺腐蚀、以及当形成太阳能电池的前侧区域时，提供稳定的支撑表面。可受益于本发明的太阳能电池基板(如图1A的基板110)包括可具有有源区的基板，含有有机材料、单晶硅、复晶(multi-crystalline)硅、多晶(polycrystalline)硅、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、硒化铜铟镓(CIGS)、硒化铜铟(CuInSe2)、磷化镓铟(GaInP2)、和异质结(heterojunction)电池，例如GaInP/GaAs/Ge或ZnSe/GaAs/Ge基板，所述基板将太阳光转换成电能。在一个实施方式中，基板110为结晶硅基板，例如单晶基板(如Si<100>或Si<111>)、微晶硅基板、复晶硅基板、多晶硅基板、或掺杂或未掺杂的多晶硅基板。
背侧介电层太阳能电池形成工艺
图1A-1J绘示在形成接触结构至太阳能电池装置(如太阳能电池100)的背面102上的处理程序中，不同阶段的太阳能电池基板110的截面图。图2绘示用来形成有源区及/或接触结构至太阳能电池100上的处理程序200。图2所示的程序对应图1A-1J绘示的阶段，所述阶段将说明于后。图5为太阳能电池生产线500的流程图，用以进行图2的处理步骤。应注意图2及5绘示的步骤数量和顺序并不限定本发明所述的范围，在不悖离本发明的基础范围内，当可增添、删除及/或重组一或多个步骤或模块。一般来说，基板于整个生产线500的移动大多由多个自动化装置施行，该多个自动化装置利用***控制器送出的指令来将一或多个基板110移动及定位至一或多个处理模块(如参考数字502-514)。在一个实施方式中，自动化装置界定基板处理流动路径，沿此设置各处理模块，使自动化装置能连续传送一或多个基板至处理模块。一般来说，***控制器为通用计算机，用以控制太阳能电池生产线500中的一或多个部件。***控制器一般设计来协助整体太阳能电池生产线500的控制及自动化，且一般包括中央处理单元(CPU)(未绘示)、内存(未绘示)和支持电路(或I/O)(未绘示)。软件指令与数据可加以编码并存入内存，用以指示CPU。***控制器可读取的程序(或计算机指令)决定可施行于基板的任务。较佳地，程序为***控制器可读取的软件，所述软件包括进行监测相关任务的编码、移动、支撑及/或定位基板的执行与控制、和太阳能电池生产线500进行的各种工艺方法(process recipe)任务与各种处理模块工艺方法步骤。自动化装置一般包含机器人装置(robotic device)或输送器，用以移动及定位基板。在一个实施方式中，自动化装置为一系列的内接传统基板输送器(如滚轮型输送器)、马达驱动传送带及/或机器人装置(如6轴机器人、水平多关节(SCARA)机器人)，依需求在处理模块内及/或之间移动及定位基板。
在方块202中，如图2所示，进行选择性清洁工艺来去除基板110表面的任何不当材料或粗糙度。在一个实施方式中，可利用批次清洁工艺施行清洁工艺，其中基板接触清洁液。在一个实施方式中，利用喷洒、淹没(flooding)、浸渍(immersing)或其他适当技术润湿基板。清洁液可为SC1(标准清洁1)清洁液、SC2清洁液、氢氟酸(HF)持续型清洁液、臭氧化水溶液、氢氟酸(HF)和过氧化氢(H2O2)溶液、或其他适合且划算(cost effective)的清洁液。可在基板上实行清洁工艺约5秒与约600秒之间，例如约30秒至约240秒，例如约120秒。示例清洁工艺的例子更详述于美国专利申请案序号12/383,350(代理人文件编号APPM/13323)、发明名称“SURFACE CLEANING AND TEXTURINGPROCESS FOR CRYSTALLINE SOLAR CELLS (用于结晶太阳能电池的表面清洁及纹理化工艺)”、于2009年3月23日申请的申请案，在此并入该申请案的全部内容供作参考。
方块202所述的选择性清洁工艺可由湿式处理模块502施行，如图5所示，该湿式处理模块502设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，湿式处理模块502一般包含***控制器、主机(main frame)和机器人装置，所述机器人装置用以在主机内的多个处理腔室间传送基板来进行本文所述清洁工艺。在一个实施方式中，机器人装置用来传送一批或一盒同时待各处理腔室处理的基板。示例湿式处理模块502的例子更详述于美国专利申请案序号12/383,350(代理人文件编号APPM/13323)、发明名称“SURFACE CLEANINGAND TEXTURING PROCESS FOR CRYSTALLINE SOLAR CELLS(用于结晶太阳能电池的表面清洁及纹理化工艺)”、于2009年3月23日申请的申请案，在此并入该申请案全部内容供作参考。
在方块204中，如图1A及图2所示，在基板110的背面102上形成掺杂层311。在一方面中，沉积的掺杂层311用来于太阳能电池基板表面上构成重掺杂区(如p+或n+掺杂区)，并在进行后续一或多个热处理步骤处理基板后将所述沉积的掺杂层311沉积在太阳能电池基板表面上。在另一方面中，沉积的掺杂层311做为耐化学性层(chemically resistant layer)，当前侧纹理化工艺(步骤208)处理基板正面101时，用以实质保护基板110的背侧，此将说明于后。在此情况下，当太阳能电池的前侧区域形成时，掺杂层311还可提供基板稳定的支撑表面。
在一个实施方式中，掺杂层311为内含n型或p型掺杂原子的硅酸盐玻璃材料，例如形成于基板的磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)或硼硅酸盐玻璃(BSG)层。掺杂层311可以利用传统旋涂(spin-on)、网印、喷墨印刷、喷涂(sprayed-on)、滚涂(roll-on)或其他类似沉积技术形成。在一个实施方式中，掺杂层311为厚度约50埃
Figure GSB00000592339600051
至约20微米(μm)的硅酸盐玻璃层。在一个实例中，掺杂层311为BSG层，所述BSG层沉积在p型基板110上。在另一个实施方式中，掺杂层311为PSG层，所述PSG层沉积在n型基板110上。应注意在此讨论形成硅酸盐玻璃层的方式并不限定本发明的范围，在一或多个热处理步骤期间，且不悖离在此描述的本发明的基础范围内，掺杂层311亦可由其他对纹理化蚀刻工艺化学剂(步骤208)与其他清洁工艺化学剂具耐化学性的材料组成，并且亦提供了掺杂材料量至基板110的表面。在一个实施方式中，掺杂层311还可形成在基板110的正面101上。形成背侧接触结构时，将掺杂层311沉积在正面101可是有益的，因为所述掺杂层311在这些工艺的搬运过程不会轻易被刮伤或破坏而可做为稳定的支撑表面。
在方块204进行的另一工艺的实施方式中，掺杂的无定形硅层形成于基板110的背面102上，此将进一步说明于后标示为“替代处理程序(II)”的段落。
方块204所述的沉积工艺可由第一沉积处理模块504施行，如图5所示，所述第一沉积处理模块504设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，第一沉积处理模块504沿着处理流动路径设置，所述第一沉积处理模块504由自动化装置构成且位于选择性湿式处理模块502下游。在一个实施方式中，第一沉积处理模块504利用SoftlineTM工具进行网印工艺，所述SoftlineTM工具可取自美国加州圣克拉拉的应用材料公司所属的Baccini S.p.A.。示例第一沉积处理模块504的例子进一步详述于美国临时专利申请案序号61/102,310(代理人文件编号APPM/13541L)、发明名称“NEXT GENERATION SCREENPRINTING SYSTEM(下一代网印***)”、于2008年10月2日申请的申请案、美国专利申请案序号12/418,912(代理人文件编号APPM/13541)、发明名称“***NEXT GENERATION SCREEN PRINTING SYSTEM(下世代网印)”、于2009年4月6日申请的申请案、和美国专利公开号2009/0142880、发明名称“SOLARCELL CONTACT FORMATION PROCESS USING A PATTERNED ETCHANTMATERIAL(使用图案化蚀刻材料的太阳能电池触点形成工艺)”、于2008年11月19日申请的申请案，在此并入所有申请案的全部内容供作参考。或者，利用AKTTM系列的PECVD腔室来沉积掺杂层，所述PECVD腔室可取自位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司。其他诸如高密度等离子体CVD工具、旋覆玻璃(spin-on-glass，SOG)轨道式工具、热线化学气相沉积(HWCVD)腔室或原子层沉积(ALD)腔室的处理腔室也可用来实施本发明。
在方块206中，如图1B及2所示，加热基板达高于约800℃，促使掺杂层311中的掺杂剂驱入(drive-in)或扩散进入基板110的背面而于基板110内形成掺杂区312。图1C显示掺杂层311已扩散进入基板110背面后的基板状态。尽管图1C或后续图未绘示掺杂层311，然而在加热步骤后，掺杂层311的部分掺杂材料仍可能留在基板背面顶部。在一个实施方式中，基板被加热到约800℃与约1300℃之间，历时约1分钟至120分钟。所形成的掺杂区312可用来构成钝化背面点状接触太阳能电池结构的背面场扩散区。
方块206所述的驱入工艺可由加热处理模块506施行，如图5所示，所述加热处理模块506设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，加热处理模块506为快速热退火(RTA)腔室。在一个实施方式中，加热处理模块506沿着处理流动路径设置且位于第一沉积处理模块504下游。其他诸如退火腔室、炉管(tube furnace)或带状炉腔(belt furnace)的处理腔室也可用来实施本发明。在一个实施方式中，如上所述，加热处理模块506为Vantage RadiancePlusTM RTP腔室，所述RTP腔室可取自美国加州圣克拉拉的应用材料公司。
在方块208中，如图1C及图2所示，进行纹理化工艺处理基板110的正面101而形成纹理化表面151。在一个实施方式中，在太阳能电池构成后，基板110的正面101为太阳能电池基板接收太阳光的侧边。举例来说，在一纹理化工艺中，基板浸渍于标准BOE蚀刻化学剂，接着浸渍于碱性蚀刻化学剂(如氢氧化钾(KOH)化学剂)，然后浸渍于稀释的HF清洁化学剂。在一个实施方式中，蚀刻基板的蚀刻液包含约2.7体积％的氢氧化钾(KOH)和约4500ppm、300分子量(MW)的聚乙二醇(PEG)，所述蚀刻液温度保持约79℃-80℃，历时约30分钟。在一个实例中，BOE蚀刻液包含体积比6∶1的40％NH4F水溶液与49％HF水溶液。在一个实施方式中，用以蚀刻硅基板的蚀刻液为水性氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、水性氢氧化铵(NH4OH)、四甲基氢氧化铵(TMAH或(CH3)4NOH)或其他类似的碱性溶液。纹理化表面151的粗糙度可取决于蚀刻形成在纹理化表面151的任意三角锥形状、高度、尺寸和深度。在一实例中，纹理(texture)的平均深度界定成使用机械轮廓仪、光学轮廓仪或其他光学检测技术(如共焦显微镜、3D-SEM图像)测量基板表面面积或区域得到的峰谷平均差或平均高度。在一个实施方式中，纹理化工艺期间形成的纹理的平均高度为约1微米(μm)与约10μm之间。在一个实施方式中，方块208所述的纹理化工艺可由湿式处理模块502施行，如前述图5所示，所述湿式处理模块502设置于太阳能电池生产线500中的加热处理模块506下游。示例纹理化工艺的例子更详述于美国专利申请案序号12/383,350(代理人文件编号APPM/13323)、于2009年3月23日申请的申请案，所述申请案一并引述如上。
在一个实施方式中，如方块210所示，完成方块208施行的工艺后，进行选择性清洁工艺处理基板110。选择性清洁工艺通常用来去除任何不当残余物及/或形成钝化层于基板表面上。在一个实施方式中，清洁工艺的施行是以清洁液湿润(wetting)基板来去除方块208残余的材料，并在进行后续沉积程序至各基板区域前，清洁基板表面。湿润可由喷洒、淹没、浸渍或其他适当技术达成。后蚀刻-清洁(post etch-clean)液可为SC1清洁液、SC2清洁液、稀释的HF持续型(HF-last type)清洁液、臭氧化水溶液、稀释的氢氧化铵(NH4OH)溶液、过氧化氢(H2O2)溶液、去离子(DI)水或其他适合清洁含硅基板且划算的清洁液。在一个实施方式中，后蚀刻-清洁液为氢氟酸(HF)与臭氧(O3)的混合物。后蚀刻-清洁工艺可处理基板约5秒与约600秒之间，例如约30秒至约240秒，例如约120秒。图1C绘示基板110的一实例，所述基板110已清洁且去除表面上所有不当材料。
方块210所述的选择性清洁工艺可由湿式处理模块502施行，如前述图5所示，所述湿式处理模块502设置于用来进行方块206的工艺的加热处理模块506下游。示例湿式处理模块502的例子更详述于美国专利申请案序号12/383,350(代理人文件编号APPM/13323)，所述申请案一并引述如上。
如果尚未形成太阳能电池基板的有源区(如PV(光伏)结)，则处理程序200可接着将包括方块212中执行的工艺，其中执行一或多个步骤用来制造基板110的有源区122，如图1D所示。在一个实例中，传统太阳能电池是通过进行标准传统掺杂及驱入步骤而形成。在另一个实例中，异质结型太阳能电池的形成方式为利用传统手段沉积含本征硅层、然后沉积含掺杂硅层至基板110的正面101上。在一个实例中，利用高温扩散炉型处理步骤(如处理温度≥800℃)，掺杂基板110的正面101，其中掺杂气体成分(如三甲基硼烷(TMB)、POCl3)驱入基板露出的正面101。在一个实施方式中，利用传统化学气相沉积(PECVD)技术，形成无定形硅氢化物(Si:H)至正面101上。
在方块212进行的另一工艺实施方式中，利用图4所示的工艺，形成选择性射极结构至基板表面上。图4所示的处理程序400对应图3A-3D绘示的处理阶段，所述处理阶段将进一步说明于后标示为“选择性发射极形成工艺”的段落。
方块212所述的有源区沉积可由第二沉积处理模块508施行，如前述图5所示，所述第二沉积处理模块508设置于太阳能电池生产线500中。在一个实施方式中，第二沉积处理模块508沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块208及/或方块210的工艺的湿式处理模块502下游。在一个实施方式中，第二沉积处理模块508为AKTTM系列的PECVD腔室，所述AKTTM系列的PECVD腔室可取自位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司。其他诸如炉管或带状炉腔、激光退火腔室、热线化学气相沉积(HWCVD)腔室、离子注入/掺杂腔室或原子层沉积(ALD)腔室的处理腔室也可用来实施本发明。
在方块214中，如图1E及图2所示，形成介电层111至基板110的背面102上。介电层111形成在基板110上，以大致电性隔离导电层163(后续工艺所形成)与基板110的背面102。在一个实施方式中，介电层111为氧化硅层，所述氧化硅层可利用选择性沉积工艺或藉由屏蔽(masking)或遮蔽(shading)正面101而主要形成于含硅基板的背面102上。在另一个实施方式中，介电层111为氧化硅层，所述氧化硅层形成于含硅基板的正面101和背面102上。含氧化硅的介电层111可利用诸如炉腔退火工艺、快速热氧化工艺、大气压或低压化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体增强CVD工艺、物理气相沉积(PVD)工艺之类的传统热氧化工艺形成、或利用喷涂、旋涂、滚涂、网印或其他类似沉积工艺涂铺。在一个实施方式中，介电层111为二氧化硅层，所述二氧化硅层厚度在约50埃
Figure GSB00000592339600091
与约
Figure GSB00000592339600092
之间。
在方块214或下述方块814进行的另一个工艺的实施方式中，选择性介电层形成工艺为两步骤的工艺(two step process)。在第一步骤中，在富含氮气(N2)的环境中，加热基板至高于约800℃，以免基板110表面露出的各部件氧化。接着，历经充足的时间后(如达到预定掺杂扩散深度)，可注入含氧(O2)混合气体至扩散腔室，以氧化并消耗至少一部分的硅材料掺杂层。在一实个例中，第二步骤的施行温度高于约800℃。
应注意在此描述形成氧化硅型介电层并不限定本发明的范围，介电层111亦可以其他传统沉积工艺(如PECVD或HWCVD沉积)形成及/或由其他介电材料组成。在一个实施方式中，介电层111可形成在基板110的正面101上。形成背侧接触结构时，可将介电层111沉积在正面101是有益的，因所述介电层111在这些工艺的搬运步骤期间不会轻易被刮伤或破坏而可做为稳定的支撑表面。在一个实施方式中，介电层111包含多层堆栈膜，例如氮化硅(SiN)层和二氧化硅(SiO2)层。
方块214所述的介电层沉积可由第二沉积处理模块508施行，如前述图5所示，所述第二沉积处理模块508设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，用来进行方块214的工艺的第二沉积处理模块508沿着处理流动路径设置，且所述第二沉积处理模块508位于用来进行方块208及/或方块210的工艺的湿式处理模块502下游。第二沉积处理模块508可包括物理气相沉积(PVD)腔室、化学气相沉积(CVD)腔室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室，但不以此为限。在一个实施方式中，第三沉积处理模块510为AKTTM系列的PECVD腔室，AKTTM系列的PECVD腔室可取自位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司。如同前述，应理解其他诸如热线化学气相沉积(HWCVD)腔室或原子层沉积(ALD)腔室的处理腔室也可用来实施本发明。
在方块216中，如图1F及图2所示，利用传统手段蚀刻形成在基板背面102上的介电层111，以形成预定图案的露出区域125，所述露出区域125可用来构成背侧接触层127(图1G)与基板表面116间的连接。典型可用来在背面102形成图案化露出区域125的蚀刻工艺包括图案化及干蚀刻技术、激光剥离技术(laser ablation techniques)、图案化及湿蚀刻技术、或其他可用来在沉积介电层111中形成预定图案的类似工艺，但不以此为限。露出区域125一般提供表面来电性连接基板110的背面102。
在方块216进行的一工艺的实施方式中，利用传统喷墨印刷、胶印(rubberstamping)、网印或其他类似工艺来形成及界定待形成有源区及/或接触结构的预定区域，而选择性沉积蚀刻材料至介电层111上。在一个实施方式中，蚀刻材料为含氟化铵(NH4F)材料，所述含氟化铵(NH4F)材料调配来蚀刻介电层111。在一个实例中，蚀刻材料含有：200克/升(g/l)的氟化铵(NH4F)、50g/l的2000MW的聚乙二醇(PEG)与50g/l的乙醇、其余为DI水，体积共1升。在另一实例中，1升的蚀刻材料含有：90毫升的6∶1缓冲氧化物蚀刻(BOE)蚀刻液、5克的500MW的聚乙二醇(PEG)与5克的乙醇、其余为DI水。在一个实例中，BOE蚀刻液包含体积比6∶1的40％NH4F水溶液与49％HF水溶液。蚀刻液的添加成分通常选择能有效“润湿”介电层111，同时减少可能影响介电层111的形成图案的分散量。尽管聚环氧乙烷(即聚乙二醇)基材料和其他相关材料适合做为蚀刻液的界面活性剂(surfactant)，然而所述聚环氧乙烷(即聚乙二醇)基材料在250℃以上亦将分解成挥发性副产物，从而在下一步骤加热基板后，不需后清洗步骤来清洁基板表面。沉积预定图案的蚀刻材料至背面102后，接着加热基板达约200℃至约300℃之间的温度，使蚀刻材料中的化学剂蚀刻形成在基板上的介电层111，进而于基板110上形成露出区域125。一般认为让含氧化硅的介电层111(如厚度
Figure GSB00000592339600101
)在约200℃至约300℃下，接触含氟化铵(NH4F)的蚀刻材料(如上述配方(formulation))约2分钟，可蚀刻介电层111而产生挥发性蚀刻产物，所述挥发性蚀刻产物于处理期间将自基板110的露出区域125蒸发。因此，在预定温度下处理预定时间(如约2分钟)后，将去除挥发性蚀刻产物而于露出区域125内留下干净的表面，如此可在此区域形成可靠的背侧电性触点(contact)。一般认为反应是依以下反应式(1)进行：
SiO2+4NH4F→SiF4+2H2O+4NH3      (1)
图1F绘示在进行完图2所示的步骤202-216后的图案化介电层111。实行方块216的替代方式的原因在于，所述替代方式藉由蒸发去除蚀刻产物和残余蚀刻材料且不需进行任何后清洁工艺，即可形成介电层111的露出区域125，并留下干净的表面供下述方块220进行直接金属化工艺。
在又一个实施方式中，方块216进行的图案化工艺可以进一步说明于后标示为“替代处理程序(I)”的工艺替代。
方块216所述的图案化工艺可由第一沉积处理模块504施行，如前述图5所示，所述第一沉积处理模块504设置于太阳能电池生产线500中。在一个实施方式中，利用SoftlineTM工具进行网印工艺，选择性沉积蚀刻材料至介电层上，所述SoftlineTM工具可取自美国加州圣克拉拉的应用材料公司所属的Baccini S.p.A.。在一个实施方式中，第一沉积处理模块504沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块214的工艺的第二沉积处理模块508下游。示例第一沉积处理模块504的例子更详述于美国专利申请案序号12/418,912(代理人文件编号APPM/13541)、发明名称“NEXT GENERATION SCREEN PRINTINGSYSTEM(下一代网印***)”、于2009年4月6日申请的申请案、和美国专利公开号2009/0142880、发明名称“SOLAR CELL CONTACT FORMATIONPROCESS USING A PATTERNED ETCHANT MATERIAL(使用图案化蚀刻材料的太阳能电池触点形成工艺)”、于2008年11月19日申请的申请案，二者一并附上供作参考。
在步骤214、216的一个实施方式中，介电层111为导电层，例如透明导电氧化物(TCO)，例如氧化铝锌(AZO(如ZnO:Al材料))，随之利用如网印的传统方法涂铺的毯覆(blanket)(背侧)或图案化(前侧)接触栅格(contact grid)。在一个实施方式中，AZO和金属层是以传统PVD技术沉积。当导电层为耐火金属(refractory metal)或耐火金属氮化物化合物(如氮化钽)时，所述导电层可抵抗用于制备异质结堆栈结构的晶片对侧的纹理化和清洁工艺。
在一个实施方式中，如方块218所示，完成方块216施行的工艺后，进行选择性清洁工艺处理基板110，以去除任何不当残余物及/或形成钝化表面。在一个实施方式中，清洁工艺的施行是以清洁液湿润基板来去除方块216残余的材料，并在进行后续沉积程序至各基板区域前，清洁基板表面。方块218所述的清洁化学剂和清洁处理步骤大致与上述方块210所进行的工艺相同。
方块218所述的选择性清洁工艺可由湿式处理模块502施行，如前述图5所示，所述湿式处理模块502设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，湿式处理模块502沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块216的工艺的第一沉积处理模块504下游。示例湿式处理模块502的例子更详述于美国专利申请案序号12/383,350(代理人文件编号APPM/13323)，所述申请案一并引述如上。
在方块220中，如图1G及2所示，接触层114沉积在基板110的背面102上而构成总线线(bus line)，总线线电性连接基板110表面的露出区域。在一个实施方式中，接触层114的形成厚度为约2000埃与约
Figure GSB00000592339600122
之间且含有金属，例如铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锡(Sn)、钴(Co)、铼(Rh)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)、钯(Pd)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)及/或铝(Al)、或其他类似金属。
在一个实施方式中，接触层114含有的金属乃选择不会对下述的后续正面101纹理化工艺受到化学腐蚀。在一个实施方式中，接触层114的露出表面含有耐火金属或金属合金，例如钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钨(WN)及/或氮化钼(MoN)。在一个实施方式中，接触层114含有两层(two layer)，所述两层的形成方式是先以物理气相沉积(PVD)工艺或蒸镀工艺沉积铝(Al)层(未绘示)，接着以PVD工艺沉积氮化钽(TaN)覆盖层(未绘示)。在此构造中，TaN层用来遮蔽可能遭后续纹理化工艺侵害的铝层。
方块220所述的接触层沉积可由第三沉积处理模块510施行，如图5所示，所述第三沉积处理模块510设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，第三沉积处理模块510沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块218的工艺的湿式处理模块502下游。在一个实施方式中，利用ATONTM工具进行PVD工艺，形成接触层114至太阳能电池基板的一或多个表面上，ATONTM工具可取自位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司。其他诸如溅射腔室、热线化学气相沉积(HWCVD)腔室或原子层沉积(ALD)腔室的处理腔室也可用来实施本发明。或者，方块220所述的沉积工艺可由第一沉积处理模块504施行，如同上述，所述第一沉积处理模块504设置于图5的太阳能电池生产线500。
在方块222中，如图1H及图2所示，沉积导电层163覆盖基板110上的接触层114。在一个实施方式中，导电层163的形成厚度为约2000埃
Figure GSB00000592339600123
与约
Figure GSB00000592339600131
之间且含有金属，例如铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锡(Sn)、钴(Co)、铼(Rh)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)、钯(Pd)、钼(Mo)及/或铝(Al)。在一个实施方式中，导电层163含有两层，所述两层的形成方式是先以物理气相沉积(PVD)工艺或蒸镀工艺沉积铝(Al)层161，接着以PVD工艺沉积镍钒(NiV)覆盖层162。
方块222所述的导电层沉积可由第三沉积处理模块510施行，如前述图5所示，所述第三沉积处理模块510设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，第三沉积处理模块510沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块218的工艺的湿式处理模块502下游。第三沉积处理模块510可包括物理气相沉积(PVD)腔室、溅射腔室、化学气相沉积(CVD)腔室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室，但不以此为限。在一个实施方式中，第三沉积处理模块510为例如设在ATONTM工具中的PVD腔室，所述ATONTM工具可取自位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司。其他诸如热线化学气相沉积(HWCVD)腔室或原子层沉积(ALD)腔室的处理腔室也可用来实施本发明。
在方块223中，如图2所示，在一个实施方式中，进行选择性清洁工艺处理基板110，以在完成基板前侧处理前，去除基板正面101的任何不当氧化物。在一个实施方式中，在步骤216期间或之后，进行选择性清洁工艺。在一个实例中，在步骤222之后(图2)，进行选择性清洁工艺。在一个实施方式中，清洁工艺的施行是以清洁液湿润基板，并在进行后续沉积程序前，去除基板表面的不当氧化物。湿润可由喷洒、淹没、浸渍或其他适当技术达成。清洁液可为稀释的HF持续型清洁液、臭氧化水溶液或其他适合清洁含硅基板且划算的清洁工艺。
方块223所述的选择性清洁工艺可由湿式处理模块502施行，如前述图5所示，所述湿式处理模块502设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，湿式处理模块502沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块220或方块222的工艺的第三沉积处理模块510下游。示例湿式处理模块502的例子更详述于美国专利申请案序号12/383,350(代理人文件编号APPM/13323)，所述申请案一并引述如上。
进行方块220或方块222的工艺后，进行方块224的正面制备工艺处理基板正面101(图1I)。方块224进行的工艺需沉积TCO层(如氧化铝锌或氧化铟锡)至基板正面101的无定形硅(Si)异质结结构上。在一个实施方式中，如图1I所示，正面101的制备方式是先沉积透明导电氧化物(TCO)层118、然后利用网印沉积银接触栅格。TCO层118可以传统沉积工艺形成，例如物理气相沉积(PVD)工艺及/或化学气相沉积(CVD)工艺。在一个实施方式中，抗反射涂层(ARC层)119搭配TCO层118使用。
方块224所述的沉积工艺可由第四沉积处理模块512施行，如图5所示，所述第四沉积处理模块512设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，第四沉积处理模块512沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块223的工艺的湿式处理模块502下游。在一个实施方式中，TCO层和ARC层是利用PVD腔室沉积。在另一实施方式中，TCO层先在PVD腔室沉积，接着转移到第四沉积处理模块510内的CVD腔室。或者，第三沉积处理模块510可用来进行方块224所述的沉积工艺。在此情况下，如同前述，可利用ATONTM工具来形成TCO层和ARC层至太阳能电池基板的一或多个表面上，所述ATONTM可取自美国加州圣克拉拉的应用材料公司。
在方块226中，如图1J及图2所示，在一个实施方式中，制备正面101后，可利用传统工艺(如网印)，在所述正面101上形成一或多个导电正面接触线123，以利用传统手段形成太阳能电池100的正面接触结构。在一个实施方式中，正面接触线包含银(Ag)胶(paste)材料，所述银胶材料可以网印工艺沉积。
在一个实施方式中，接触层114和导电层163选择性经图案化而电性隔离基板110的一或多个区域。在一个实施方式中，利用一或多个激光剥离、图案化及干蚀刻、或其他类似技术在接触层114及/或导电层163中形成沟道(channel)，以电性隔离基板110的区域。形成于接触层114和导电层163中的图案可经配置而可电性连接太阳能电池100的预定区域。
方块226所述的导电正面接触结构沉积可由第一沉积处理模块504施行，如前述图5所示，所述第一沉积处理模块504设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，第一沉积处理模块504沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块224的工艺的第四沉积处理模块512下游。在一个实施方式中，利用SoftlineTM工具进行网印工艺，形成导电正面接触线，所述SoftlineTM工具可取自美国加州圣克拉拉的应用材料公司所属的Baccini S.p.A.。第一沉积处理模块504的例子更详述于美国专利申请案序号12/418,912(代理人文件编号APPM/13541)和美国专利公开号2009/0142880，二者一并附上供作参考。
选择性发射极形成工艺
图3A-3D绘示本发明另一个实施方式，在形成太阳能电池装置的有源区的处理程序中，不同阶段的太阳能电池基板110的截面。图4所示的处理程序400对应图3A-3D绘示的阶段，可用以形成选择性发射极结构至太阳能电池装置的正面101上，例如太阳能电池100。在一个实施方式中，当方块212的工艺实行处理程序400的步骤时，不需额外进行上述方块206、223、224、226的工艺处理基板110。在一个实施方式中，所有用以进行处理程序400的处理模块全沿着湿式处理模块502下游的处理流动路径设置且位于用来进行方块214的工艺的第二沉积处理模块508上游。从而，在一个实施方式中，进行方块202-204、208-210的工艺后，在方块212中施行处理程序400所含的工艺。
在方块402中，如图3A及图4所示，沉积第一掺杂材料310至基板110的正面101上。在一个实施方式中，利用喷墨印刷、胶印、网印或其他类似工艺来沉积或印制预定图案的第一掺杂材料310。第一掺杂材料310最初可为液体、糊胶(paste)或凝胶(gel)，用以形成掺杂区。在一些情况下，配置第一掺杂材料310后，加热基板达预定温度，以确保第一掺杂材料310仍留在正面101，并促使掺杂材料310固化、密实(densify)及/或与正面101产生键结(bond)。在一个实施方式中，第一掺杂材料310为含有n型掺杂剂的凝胶或糊胶。用于硅太阳能电池制造的典型n型掺杂剂例如为磷(P)、砷(As)或锑(Sb)这样的元素。在一个实施方式中，第一掺杂材料310为含磷掺杂剂糊胶，所述含磷掺杂剂糊胶置于基板110的正面101上，且基板加热达约80℃与约500℃之间。在一个实施方式中，第一掺杂材料310可含有选自由聚磷酸、磷硅酸盐玻璃前驱物、磷酸(H3PO4)、亚磷酸(H3PO3)、次磷酸(H3PO2)及/或上述物质的各种铵盐组成的群组的材料。在一个实施方式中，第一掺杂材料310为凝胶或糊胶，所述凝胶或糊胶含有约6原子％与约30原子％之间的磷。
方块402所述的工艺可由第二沉积处理模块508施行，如前述图5所示，所述第二沉积处理模块508设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，第一沉积处理模块504沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块208及/或方块210的工艺的湿式处理模块502下游。在一个实施方式中，利用SoftlineTM工具进行网印工艺，沉积掺杂层至基板上，所述SoftlineTM工具可取自应用材料公司。
在方块404中，如图3B及图4所示，加热基板达高于约750℃，促使第一掺杂材料310中的掺杂元素驱入或扩散进入基板110的正面101而于基板110内形成第一掺杂区320。在一个实施方式中，如上所述，除了方块404进行的工艺外，不需进行方块206的工艺，因为掺杂层311和第一掺杂材料310中的掺杂原子可于方块404进行工艺期间同时驱入基板110的表面。第一掺杂区320每个可做为重掺杂区而良好电性连接太阳能电池装置300的正面。在一个实例中，期望第一掺杂区320的表面电阻为约10-50Ω/□(Ohm per square)。在方块404进行的一工艺的实施方式中，在存有氮气(N2)、氧气(O2)、氢气(H2)、空气或上述物质的组合物的情况下，加热基板达约750℃与约1300℃之间，历时约1分钟与约120分钟之间。在一各实例中，在快速热退火(RTA)腔室且富含氮气(N2)的环境中，加热基板达约1000℃，历时约5分钟。
在方块404进行的工艺实施方式中，第一掺杂材料310间的基板110的正面101区域掺杂预定的掺杂原子(如n型掺杂剂)而形成掺杂区313。在一个实施方式中，将第一掺杂材料310驱入基板正面101的部分工艺期间，使正面接触含掺杂剂蒸气或气体而形成掺杂区313。在一个实例中，于热处理时，蒸发部分第一掺杂材料310，以产生至少一部分的含掺杂剂蒸气。在另一实例中，在热处理时，使正面101接触磷酸，以形成n型太阳能电池基板的掺杂区313。在又一实例中，使基板正面101接触POCl3或其他预定的含掺杂剂气体，且在炉管内热处理基板。尽管未绘示，然而应注意含硅酸盐玻璃材料的掺杂层311(如前述)一般认为能有效形成可靠的屏蔽来防止背面102不当掺杂任何用以形成第一掺杂区320与掺杂区313的含掺杂剂蒸气或副产物。在一个实例中，期望掺杂区313的表面电阻为约80-200Ω/□。
方块404所述的驱入工艺可由加热处理模块506施行，如前述图5所示，所述加热处理模块506设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，加热处理模块506为快速热退火(RTA)腔室。其他诸如退火腔室、炉管或带状炉腔的处理腔室也可用来实施本发明。或者，可以设置于太阳能电池生产线500的第一沉积处理模块504加热基板。在一个实施方式中，如上所述，第一沉积处理模块504设在SoftlineTM工具，所述SoftlineTM工具可取自美国加州圣克拉拉的应用材料公司所属的Baccini S.p.A.部门。
在方块406中，如图3C及图4所示，形成抗反射层330至正面101上。在一个实施方式中，抗反射层330包含薄钝化/抗反射层(如氮化硅、氧化硅)。虽然图3C绘示抗反射层330为单层，但此构造并不限定本发明的范围，此构造仅为举例说明抗反射层实例而已。
方块406所述的抗反射层沉积可由第四沉积处理模块512施行，如上述图5所示，所述第四沉积处理模块512设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，抗反射层是利用PVD腔室沉积。或者，第三沉积处理模块510用来进行方块406所述的沉积工艺。在此情况下，如同前述，可利用ATONTM工具来形成抗反射层至太阳能电池基板的一或多个表面上，所述ATONTM工具可取自位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司。
在方块408中，如图3D及图4所示，沉积导电层340至抗反射层330上。在一个实施方式中，导电层340的形成厚度为约2000埃
Figure GSB00000592339600171
至约
Figure GSB00000592339600172
之间且含有金属。在一个实施方式中，导电层340是由含金属糊胶构成，例如含银(Ag)胶，所述含金属糊胶网印在基板正面101上。在一个实施方式中，预定图案的导电层340沉积在第一掺杂区320上，如此在施行方块410的后续热处理后，导电层340将形成良好的电性触点接触第一掺杂区320。在一个实施方式中，导电层340为含银材料，所述含银材料利用网印工艺、喷墨印刷或其他类似工艺沉积成预定图案。
方块408所述的导电层沉积可由第四沉积处理模块512施行，如前述图5所示，所述第四沉积处理模块512设置于太阳能电池生产线500。第四沉积处理模块512可包括物理气相沉积(PVD)腔室、溅射腔室、化学气相沉积(CVD)腔室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室，但不以此为限。在一个实施方式中，导电层是利用例如设在ATONTM工具的PVD腔室沉积，所述ATONTM工具可取自位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司。其他诸如热线化学气相沉积(HWCVD)腔室或原子层沉积(ALD)腔室的处理腔室也可用来实施本发明。
在方块410中，基板一般经加热到高于约400℃及/或低于约800℃，促使导电层340密实及/或扩散进入基板110的正面101而形成预定的欧姆触点接触部分第一掺杂区320。在方块410进行的一工艺的实施方式中，在存有氮气(N2)、氧气(O2)、氢气(H2)、空气或上述物质的组合物的情况下，加热基板达约400℃与约500℃之间，历时约1分钟与约120分钟之间。在一个实施方式中，在第一沉积处理模块504中加热基板，如图5所示，所述第一沉积处理模块504设置于太阳能电池生产线500。在一个实例中，如上所述，第一沉积处理模块504设在SoftlineTM工具，所述SoftlineTM工具可取自美国加州圣克拉拉的应用材料公司所属的Baccini S.p.A.部门。或者，可利用设置于太阳能电池生产线500的加热处理模块506来加热基板。在此情况下，可采用退火腔室、炉管或带状炉腔。所述实施方式优于其他传统技术，因为形成于导电层340间的电性连接具有低接触电阻，且不会因“刺穿(spiking)”形成发射极至底下的p型材料而破坏太阳能电池结(junction)。在所述构造中，导电层340利用设置于太阳能电池生产线500的烧炉模块514而烧穿(fired through)介电层。在一个实施方式中，烧炉模块514为用来加热基板达预定温度的火炉，以形成预定触点接触基板表面的图案化金属层。示例烧炉模块514的例子更详述于美国临时专利申请案序号61/157,179(代理人文件编号APPM/14258L)、名称“CRYSTALLINE SILICON SOLAR CELL PRODUCTION LINE HAVING AWAFER SAWING MODULE(具晶片切割模块的结晶硅太阳能电池生产线)”、于2009年3月3日申请的申请案，所述申请案一并附上供作参考。
在一个实施方式中，进行处理程序400的工艺后，太阳能电池处理程序400接续施行上述处理步骤214-222。
虽然上述处理程序400是说明形成太阳能电池装置的有源区的另一方式，例如图1A-1J的实施方式的太阳能电池100，但相仿的处理程序400亦可依上述方式应用到图7A-7I的实施方式(配合步骤802-826说明)。
替代处理程序(I)
图6A及6B绘示本发明一替代实施方式，在形成预定图案的露出区域611的处理程序中，不同阶段的太阳能电池基板110的截面，所述不同阶段可用来连接背侧接触结构127(图1G)和基板表面616。在一个实施方式中，下述工艺取代前述方块216施行的图案化工艺。
图6A显示在进行图案化工艺前的太阳能电池100状态，其中介电层111形成在基板110的背面102上。在图6B中，利用包含掺杂原子的沉积蚀刻材料，蚀刻形成在基板背面102上的介电层111。在一个实施方式中，利用传统喷墨印刷、胶印、网印或其他类似工艺，选择性沉积蚀刻材料至介电层111上。在一个实施方式中，蚀刻材料包含氟化铵(NH4F)和含掺杂剂材料。在基板110包含n型硅基板的构造中，掺杂原子可包括含磷(P)掺杂材料。随后，加热基板达到某一温度，使蚀刻材料蚀刻介电层111，并容许蚀刻材料中的掺杂原子驱入基板110的露出区域611而形成掺杂区612。在此情况下，蚀刻材料中的掺杂原子用来在基板110中形成重掺杂区612，如此可在基板表面616(图6B)与背侧接触层127(图1G)间形成高质量的电性连接。
应理解图6A及6B所述的处理程序将可取代下述处理程序800的方块816施行的图案化工艺。
替代处理程序(II)
图7A-7I绘示本发明又一个实施方式，在形成太阳能电池100的处理程序800中，不同阶段的太阳能电池基板110的截面。图8所示的处理程序800对应图7A-7I绘示的阶段，所述阶段将说明于后。在太阳能电池形成工艺的一个实施方式中，上述方块204中的掺杂层311例如以无定形硅层替代。在一个实施方式中，处理程序800可始于进行选择性清洁工艺(方块802)，所述选择性清洁工艺大致类似前述图2方块202进行的工艺。应注意图8绘示的步骤数量和顺序并不限定本发明所述的范围，在不悖离本发明的基础范围内，当可增添、删除及/或重组一或多个步骤。
在方块804进行的工艺的一个实施方式中，如图7A及8所示，在施行方块202的选择性清洁工艺后，形成掺杂层711至基板110的背面102上。在一个方面中，沉积的掺杂层711用来构成重掺杂区(如p+掺杂区)于太阳能电池基板表面上，并在进行后续一或多个热处理步骤处理基板后沉积于太阳能电池基板表面上。在一个实施方式中，沉积的掺杂层711用来构成重掺杂p+区于p型基板上。在另一方面中，沉积的掺杂层711做为耐化学性层，当前侧纹理化工艺(方块808)处理基板正面101时，用以保护基板110的背侧，此将说明于后。在此情况下，当太阳能电池的前侧区域形成时，掺杂层711还可提供基板稳定的支撑表面。
在一个实施方式中，掺杂层711由CVD、PVD或其他适合技术沉积而得的单层组成。在一个实施方式中，掺杂层711包含硅层，例如掺杂的无定形硅(a-Si)层或微晶硅层(μc-Si)，所述掺杂的无定形硅(a-Si)层或微晶硅层(μc-Si)形成在太阳能电池100的背面102上。在一个实施方式中，硅层为无定形氢化硅(a-Si:H)，所述无定形氢化硅(a-Si:H)形成温度低于约400℃。在一个实例中，掺杂层711是使用含有二硼烷(B2H6)、硅烷(SiH4)与氢气(H2)的混合气体沉积。在一个实施方式中，沉积的掺杂层711为掺杂的无定形硅(a-Si)层，所述掺杂的无定形硅(a-Si)层厚度小于约
Figure GSB00000592339600201
且含有p型掺杂剂，例如硼(B)。在一个实例中，掺杂层711为掺杂的无定形硅(a-Si)层，所述掺杂的无定形硅(a-Si)层是在处理时使用三甲基硼酸酯(trimethyl-borate，TMB或B(OCH3)3)与硅烷(SiH4)的摩尔比约少于50％的PECVD腔室中形成。在一个实例中，掺杂层711是使用含有三甲基硼酸酯(TMB)、硅烷(SiH4)与氢气(H2)的混合气体沉积。在另一个实例中，掺杂的无定形硅(a-Si)层是在处理时使用三甲基硼酸酯(TMB或B(OCH3)3)与硅烷(SiH4)的摩尔比约20％的PECVD腔室中形成。
在方块804进行的工艺的另一个实施方式中，沉积的掺杂层711包含硅层，例如掺杂的无定形碳化硅(a-SiC)层，所述无定形碳化硅(a-SiC)层形成在太阳能电池100的背面102上。在一个实施方式中，无定形SiC层是利用PECVD工艺、在约200℃的温度下形成。在一个实例中，掺杂层711是使用含有三甲基硼酸酯(TMB)、甲烷(CH4)、硅烷(SiH4)与氢气(H2)的混合气体沉积。在另一个实施方式中，掺杂层711是使用含有二硼烷(B2H6)、甲烷(CH4)、硅烷(SiH4)与氢气(H2)的混合气体沉积。
在另一个实施方式中，如图7A-7I所示，掺杂层711包含材料掺杂层112和覆盖层113，所述材料掺杂层112和覆盖层113形成在基板110的表面102上。在一个实例中，材料掺杂层112为掺杂的无定形硅(a-Si:H)层或掺杂的无定形碳化硅(a-SiC:H)层，所述掺杂的无定形硅(a-Si:H)层或掺杂的无定形碳化硅(a-SiC:H)层是以类似上述工艺的工艺形成。在另一实例中，材料掺杂层112为上述工艺之一形成的硅酸盐玻璃材料。在一个实施方式中，材料掺杂层112为p型掺杂的无定形氢化硅(a-Si:H)层，所述p型掺杂的无定形氢化硅(a-Si:H)层厚度为约
Figure GSB00000592339600202
且沉积于p型基板上。覆盖层113大致沉积覆盖材料掺杂层112，并有利于减少材料掺杂层112中的掺杂原子在后续太阳能电池形成处理步骤期间迁移至不当的基板区域，例如正面101。在一个实施方式中，覆盖层113为具足够密度和厚度的介电层，用以减少或避免覆盖层113下层的掺杂原子迁移至太阳能电池100的其他区域。在一个实例中，覆盖层113包含氧化硅、氮化硅或氮氧化硅材料。在一个实施方式中，覆盖层113为厚度大于约
Figure GSB00000592339600203
的二氧化硅层。在一个实施方式中，覆盖层113为利用PECVD沉积工艺沉积的二氧化硅层。覆盖层113也可由减少及/或防止背面102于后续纹理化工艺(方块808)期间遭蚀刻的材料组成。一般认为采用掺杂的无定形硅膜(如材料掺杂层112)优于其他传统掺杂的氧化硅，因为掺杂原子从沉积的无定形硅膜扩散到含硅基板的速度远比从掺杂的氧化物膜快，因此在相仿的热处理步骤期间可达更深的掺杂深度，并且在后续热处理期间不会混合氧化物与基板材料。又，采用含氧化硅材料的覆盖层113一般认为能有效形成可靠的屏蔽来防止背面102不当掺杂任何在后续沉积及/或热处理步骤期间形成的含掺杂剂蒸气(如磷)。
在一个实例中，覆盖层113的形成方式是利用RTO工艺，氧化部分材料掺杂层112而形成厚度约
Figure GSB00000592339600211
的氧化硅层，接着沉积
Figure GSB00000592339600212
的氮化硅层至所形成的氧化硅层上。在一个实例中，RTO工艺的施行温度高于800℃，所处的环境包含做为氧源的气体或蒸气。
方块804所述的掺杂层711沉积可由第二沉积处理模块508施行，如图5所示，所述第二沉积处理模块508设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，第二沉积处理模块508沿着处理流动路径设置，第二沉积处理模块508由自动化装置构成且位于用来进行方块202的工艺的选择性湿式处理模块502下游。第二沉积处理模块508可包括物理气相沉积(PVD)腔室、化学气相沉积(CVD)腔室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室，但不以此为限。在一个实施方式中，第二沉积处理模块508为AKTTM系列的PECVD腔室，所述AKTTM系列的PECVD腔室可取自位于美国加州圣克拉拉的应用材料公司。应理解其他诸如热线化学气相沉积(HWCVD)腔室或原子层沉积(ALD)腔室的处理腔室也可用来实施本发明。或者，如同前述，利用设在SoftlineTM工具的处理腔室进行方块804的沉积工艺，SoftlineTM工具可取自Baccini S.p.A.。
在方块806中，如图7B及图8所示，加热基板达高于约800℃，促使掺杂层711中的掺杂剂驱入或扩散进入基板110的表面而于基板110内形成掺杂区115。在一个实施方式中，基板加热达约800℃与约1300℃之间，历时约1分钟至约120分钟。形成的掺杂区115可用来构成经钝化背面点状接触太阳能电池结构的背面场扩散区。图7B显示掺杂层711已扩散进入基板110背面的基板状态。虽然图7B和后续图仍显示掺杂层711，但应理解在加热步骤后，掺杂层711的掺杂材料只有部分或不会留在基板背面的顶部。
方块806所述的驱入工艺可由加热处理模块506施行，如图5所示，所述加热处理模块506设置于太阳能电池生产线500。在一个实施方式中，加热处理模块506为快速热退火(RTA)腔室。在一个实施方式中，加热处理模块506沿着处理流动路径设置且位于用来进行方块804的工艺的第二沉积处理模块508下游。其他诸如退火腔室、炉管或带状炉腔的处理腔室也可用来实施本发明。在一个实施方式中，加热处理模块506为Vantage Radiance PlusTMRTP腔室，Vantage Radiance PlusTM RTP腔室可取自美国加州圣克拉拉的应用材料公司的部门。
由于方块808至方块826所述的处理步骤大致与上述步骤208至步骤226所进行的工艺相同，故在此不再个别赘述。然而应理解图8所示的处理步骤是关于掺杂层711(如无定形硅层)形成在结晶硅基板背面上的另一个实施方式，因此接续的图案化工艺(如方块816所示)可能需去除结晶硅基板背面上至少一部分的无定形硅层，以形成露出区域。
虽然前述针对本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的精神和范围内，可设计本发明的其他和进一步实施方式，并且本发明的保护范围由后附的权利要求书所界定。

Claims (14)

1.一种形成太阳能电池装置的方法，包含下列步骤：
在一结晶硅基板的一背面上形成一第一掺杂层；
纹理化该结晶硅基板的一正面，其中位于该背面上的该第一掺杂层用于在纹理化该正面的工艺期间避免实质蚀刻该背面；
在该结晶硅基板的该正面的一预定区域上，选择性形成一第二掺杂层；以及
加热该第一掺杂层和该第二掺杂层，促使该第一掺杂层和该第二掺杂层同时扩散进入该结晶硅基板的该背面和该正面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该第一掺杂层包含掺杂原子，该结晶硅基板包含内含掺杂原子的硅，且该第一掺杂层的掺杂原子与该结晶硅基板的掺杂原子具有同样的导电型态。
3.根据权利要求2所述的方法，其中该第一掺杂层包含一硅酸盐玻璃材料。
4.根据权利要求1所述的方法，还包含下列步骤：
在该背面上形成该第一掺杂层后，在至少一部分的该背面上形成一介电层；
从该背面去除一部分的该介电层，以形成该结晶硅基板的多个露出区域；以及
沉积一金属层至该结晶硅基板的该背面上，其中该金属层电性连接该结晶硅基板的所述多个露出区域中的至少一露出区域。
5.根据权利要求4所述的方法，其中该金属层包含一金属或一金属合金，所述金属或金属合金选自由铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锡(Sn)、钴(Co)、铼(Rh)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)、钯(Pd)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、铝(Al)、氮化钛(TiN)、钛钨(TiW)、氮化钽(TaN)和镍钒(NiV)组成的一群组。
6.根据权利要求4所述的方法，其中从该背面去除一部分的该介电层的步骤包含：选择性沉积一蚀刻材料至该介电层上，该蚀刻材料包含一掺杂原子。
7.根据权利要求6所述的方法，更包含加热该介电层和该蚀刻材料达一温度，以容许该蚀刻材料蚀刻该介电层并容许该蚀刻材料中的该掺杂原子扩散进入该结晶硅基板的所述露出区域。
8.根据权利要求1所述的方法，其中纹理化该结晶硅基板的该正面包含将该结晶硅基板浸渍于一纹理蚀刻液，该纹理蚀刻液包含一蚀刻剂，且该蚀刻剂选自由氟化铵、氟化氢、氢氧化钾和氢氟酸组成的一群组。
9.根据权利要求8所述的方法，其中该纹理蚀刻液更包含聚乙二醇、丙三醇和三乙醇胺。
10.根据权利要求1所述的方法，其中该第二掺杂层包含一材料，所述材料选自由磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、聚磷酸、磷硅酸盐玻璃前驱物、磷酸(H3PO4)、亚磷酸(H3PO3)、次磷酸(H3PO2)和上述物质的铵盐组成的一群组。
11.根据权利要求1所述的方法，该方法还包含下列步骤：
在一结晶硅基板的一背面形成一无定形硅层；以及
纹理化该结晶硅基板的一正面，其中位于该背面的该无定形硅层用于在纹理化该正面的工艺期间避免实质蚀刻该背面。
12.根据权利要求11所述的方法，其中该无定形硅层更包含一覆盖层，所述覆盖层形成于该无定形硅层的一表面上。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该覆盖层为一层，所述层含有选自由氧化硅、氮化硅和氮氧化硅组成的群组的材料。
14.一种用以形成太阳能电池的***，包含：
一第一处理模块，所述第一处理模块用以沉积一掺杂层至一硅基板的一第一表面上；
一第二处理模块，所述第二处理模块用以加热该无定形硅掺杂层和该硅基板；
一第三处理模块，所述第三处理模用以保留一纹理蚀刻液，来在该硅基板的一第二表面上形成一纹理，该第二表面相对该第一表面，其中该第三处理模块位于该第一处理模块下游；
一第四处理模块，所述第四处理模块用以沉积一介电层至该硅基板的该第一表面上；
一第五处理模块，所述第五处理模块用以沉积一蚀刻材料至该介电层上；
一第六处理模块，所述第六处理模块用以沉积一金属层至该介电层上；以及
多个自动化装置，所述多个自动化装置用以传送该硅基板至该第一处理模块、该第二处理模块、该第三处理模块、该第四处理模块、该第五处理模块和该第六处理模块。
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