CN203631496U - 线内处理*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型的实施例涉及一种线内处理***。向硅基板涂覆掺杂剂材料。之后使用激光来驱使来自掺杂剂材料的掺杂剂原子深入基板，从而形成高度掺杂的区域。随后对基板进行热处理，以在基板的剩余场区形成轻掺杂发射极区与浅p-n结。之后将导电触点沉积在高掺杂区上。所得场区具有高阻抗发射极区，所述高阻抗发射极区可吸收最少的光，使得有增量的光到达p-n结以转化成为电流。所得太阳能电池的高掺杂区具有非常低的电阻，以在发射极区与导电触点之间提供高传导路径。

Description

线内处理***
实用新型背景
技术领域
本实用新型的实施例大致涉及一种用于形成选择性发射极太阳能电池(selective emitter solar cel1)的***与工艺。 
背景技术
太阳能电池是将太阳光转变成为电功率的光伏(PV)装置。典型的太阳能电池包括厚度小于约0.3mm、且内部形成有一个或多个p-n结的硅基板(或晶圆)，每一个p-n结具有一个p型区和一个n型区。当p-n结曝露于太阳光时，太阳光经由PV效应而被转变成电。太阳能电池产生特定量的电功率，并且被铺排成大小可传送所需***功率量的模块。 
图1A和图1B示意性地描绘制造在硅基板11上的太阳能电池10。基板11包括p型基区21、n型发射极区22、以及位于前二者之间的p-n结23。n型发射极区22藉由将某些类型的元素(如磷(P)、砷(As)、或锑(Sb))掺杂于基板11所形成，以增加负电荷载流子(即电子)的数量。同样地，p型基区21藉由将三价掺杂剂原子加入晶格中而形成，使得硅晶格正常的四个共价键中的一个少了一个电子。掺杂剂原子接受一个电子，导致邻近的原子少了半个键，结果形成了“空穴”。 
当太阳能电池10曝露于光时，来自入射光子的能量在p-n结区23的两侧产生电子-空穴对。电子和空穴以相反方向扩散，从而在n型发射极区22产生负电荷，并在p型基区21产生对应的正电荷。当在n型发射极区22和p型基区21之间制作了电路时，由于p-n结曝露于某种波长的光，因此电流流动。产生的电流流经位于太阳能电池10前侧18(即，光接收侧)的 导电触点(或指状物)14、以及背侧19上的背面触点25。指状物14将电流供应给较大的总线条15。太阳能电池10通常覆盖有一层薄的介电材料作为抗反射涂层16，以使从太阳能电池10的顶表面50反射的光减到最少。 
为加强与太阳能电池10的接触，将指状物14放置在形成于基板表面内的重掺杂区17上，以使指状物14与n型发射极区22的接触能有低阻抗。由于重掺杂区17的电性质，重掺杂区17有阻隔或使可穿过重掺杂区17的光量最少化的倾向。因此，期望将重掺杂区17的尺寸最小化，同时确保这些区大到足以在这些区上可靠地形成指状物14。 
可使用各种图案化技术在基板表面上形成重掺杂区17，以产生较重的掺杂区。形成重掺杂区17的一个实例包括使用批处理***来使氮气冒泡经过液体三氯氧化磷(POCl3)源，这些液体三氯氧化磷源被注入封闭的石英火炉，所述石英火炉内装载有分批型石英舟，这些石英舟包含基板，这些基板有被掩模的区域。然而，这种批处理需要大量的基板传送与处理步骤，这些步骤导致基板毁坏或破损的机会增加。形成重掺杂区17的另一个实例包括使用线内***来将磷硅酸盐玻璃化合物涂覆至基板表面上，并进行扩散退火，以驱使掺杂剂原子进入基板内。之后将基板离线以驱使掺杂剂原子深入硅内，从而形成重掺杂区。然而，将基板从线内***移出来以进行激光工艺也需要额外的处理步骤，此导致基板毁坏或破损的机会增加。另外，激光处理针对已经扩散进入基板的原子进行，这会导致在重掺杂区中的低效且低质量的扩散。 
因此，需要用于形成选择性发射极太阳能电池的改善的设备与工艺。 
实用新型内容
在一个实施例中，一种形成太阳能电池的方法包括：将掺杂剂材料层涂覆(apply)到基板上；在所述掺杂剂材料层上激光扫描图案，以使掺杂剂原子扩散进入所述基板内，从而在所述 基板内产生重掺杂区图案；以及在激光扫描所述图案之后，对所述基板进行热处理，以在所述基板内形成发射极场区。 
在另一个实施例中，一种形成太阳能电池的方法包含：在硅基板的一个或多个表面上涂覆掺杂剂材料层；在所述掺杂剂材料层上激光扫描图案，以使掺杂剂原子扩散进入所述基板内，从而在所述基板内产生重掺杂区图案；在激光扫描所述图案之后，对所述基板进行热处理，以在所述基板内形成发射极场区；以及将一个或多个导电触点沉积到所述重掺杂区上。所述重掺杂区具有小于约50欧姆／平方的薄层电阻。 
在又一个实施例中，一种用于形成太阳能电池的线内***包含：掺杂模块，装配所述掺杂模块以将掺杂剂材料层涂覆至基板的一个或多个表面；激光扫描模块，将所述激光扫描模块放置在所述掺杂模块的下游，并且所述激光扫描模块具有激光，装配所述激光以将图案扫描在所述掺杂剂材料上，从而使原子扩散进入所述基板，以在所述基板内产生重掺杂区图案；以及热处理模块，将所述热处理模块放置在所述激光扫描模块的下游，并装配所述热处理模块以使所述基板加热至大于800摄氏度，从而在所述基板内形成发射极场区。 
附图说明
为详细了解本实用新型的上述特征，可参照实施例对以上简单概述的本实用新型作更特定的描述，一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图只示出本实用新型的典型实施例，并且因而不应被视为是对本实用新型范围作限制，因为本实用新型可认可其它等效的实施例。 
图1A为现有选择性发射极太阳能电池的立体图。 
图1B为图1A所图示的现有太阳能电池沿着线B-B所作的截面侧视图。 
图2A为依据一个实施例的线内处理***的平面示意图。 
图2B为依据另一实施例的线内处理***的截面示意图。 
图3A-3G为太阳能电池基板在处理顺序的不同阶段的截面 示意图，所述处理顺序用于使用依据一个实施例的线内***来形成选择性发射极太阳能电池。 
图4A为用以在依据一个实施例的线内***中形成选择性发射极太阳能电池的处理顺序的方块图。 
图4B为用以在依据另一个实施例的线内***中形成选择性发射极太阳能电池的处理顺序的方块图。 
具体实施方式
本实用新型各实施例涉及一种用于形成选择性发射极太阳能电池的线内***与工艺。在一个实施例中，将液体掺杂剂材料涂覆至硅基板，并使所述液体掺杂剂材料干燥至至少半固体状态。在另一个实施例中，使用化学气相沉积工艺将掺杂剂材料沉积在硅基板上。之后使用激光来热激发基板的某些区域，以驱使来自掺杂剂材料的掺杂剂原子深入基板内，从而形成高掺杂区。随后对所述基板进行热处理，以在基板的剩余场区内形成轻掺杂发射极区与浅p-n结。然后将导电触点沉积在高掺杂区上。所得太阳能电池的场区具有吸收最少光的高度阻抗发射极区，使得增量的光到达p-n结以转化成电流。所得太阳能电池的高掺杂区具有非常低的电阻，以在发射极区与导电触点之间提供高传导路径。 
图2A为依据一个实施例的线内处理***200A的平面示意图。线内处理***200A包括第一清洁室210、掺杂剂涂覆(application)室220、干燥室230、激光掺杂室240、热处理室250、第二清洁室260、沉积室270、金属形成室280、以及***控制器290。 
图2B为依据另一实施例的线内处理***200B的截面示意图。线内处理***200B大体上与处理***200A相同，两者不同之处在于以沉积室225取代掺杂剂涂覆室220与干燥室230。 
在处理***200A和200B中，基板101由一个或多个输送机构205支撑并传送经过线内处理***200A、200B。输送机构205可包括由致动器(如一个或多个马达)驱动的多个输送带。 
***控制器290便于***200A、200B整体的控制与自动化，且可包括中央处理单元(CPU)(未图标)、存储器(未图标)、以及支持电路(未图标)。CPU可以是任何形式的计算机处理器中的一种，这些计算机处理器在工业设定中用以控制各种腔室工艺与硬件(如输送器、马达、流体输送硬件、激光硬件、热处理硬件、清洁硬件)并且监控***与腔室工艺(如基板定位、处理时间)。存储器与CPU连接，并且所述存储器可以是一个或多个容易买到的存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或者任何其它形式的本地或远程的数字储存器。可对软件指令与数据编码并储存在存储器内，以指令CPU。支持电路也与CPU连接，用以以传统方式支持处理器。支持电路可包括高速缓存、电源、时钟电路、输入／输出电路、以及类似物。***控制器290可读的程序(或计算机指令)决定可对基板101进行哪些任务。优选的是，程序是***控制器290可读的软件，此软件包括用以产生并至少储存基板定位信息、各种受控组件的移动顺序、激光处理信息、热处理信息、以及以上任意组合的代码。 
图3A-3G为太阳能电池基板101在处理顺序的不同阶段的截面示意图，此处理顺序用于使用线内***200A或200B来形成太阳能电池300。图4A为说明处理顺序400A的方块图，处理顺序400A用以使用***200A形成太阳能电池300。 
在方块402且如图2A、图3A及图4A所示，首先可在第一清洁室210中清洁基板101的表面，以移除任何不要的材料或粗糙物。可使用湿法清洁工艺清洁基板101，在湿法清洁工艺中用清洁溶液喷洒基板101。清洁溶液可以是传统的SC1清洁溶液、SC2清洁溶液、HF维持型清洁溶液、臭氧水清洁溶液、氢氟酸(HF)以及过氧化氢(H2O2)溶液、或者其它适合的清洁溶液。可对基板101进行介于约5秒至约600秒之间的清洁工艺，例如约120秒。或者，清洁工艺可包括二步骤的工艺，在所述二步骤的工艺中，首先对基板101进行切割损伤移除步骤，然后进行第二清洁步骤。切割损伤移除步骤可包括将基板 101曝露于具有氢氧化钾(KOH)的水溶液中，将具有氢氧化钾的水溶液维持在约70摄氏度。 
在方块404，在掺杂剂涂覆室220内将掺杂剂材料310涂覆至基板101的一个或多个表面上。可将掺杂剂材料310涂覆至基板101的一侧或两侧。图2B绘示只将掺杂剂材料涂覆至基板101的上表面302。在一个实施例中，基板101是p型基板，而掺杂剂材料310是n型掺杂剂材料，例如磷基酸(HPOx)(如H3PO4、H3PO3、H3PO2)。在另一个实施例中，基板101是n型基板，而掺杂剂材料310是p型掺杂剂材料，例如硼酸(H3BO3)。在任一个实施例中，掺杂剂材料310为可使用一个或多个喷嘴喷洒或者使用一个或多个海绵滚轮或类似物滚动的液体材料。 
在方块406，在干燥室230内处理基板101。在干燥室230中，以介于约50摄氏度至约350摄氏度之间的温度处理基板101，以将掺杂剂材料310干燥成均匀且更固体的状态。将干燥室230的温度控制为足够高，以使掺杂剂材料310至少干燥成“发黏的”状态，但是温度也要足够低，以使掺杂剂材料中的掺杂剂原子不会扩散进入硅基板101。 
在方块408，如图3C和图4A所图标，使用激光掺杂室240内的扫描激光315在基板101内形成重掺杂区317。在一个实施例中，扫描激光315在干燥的掺杂剂材料310上热激发出格子图案。由扫描激光315所激发的格子图案包括约6％至10％的掺杂剂材料310的总表面区域(从而也是基板表面302的总表面区域)。在激光激发掺杂剂材料310与基板101表面的区域中，在掺杂剂材料310中的掺杂剂原子被快速深驱进入硅基板101。结果产生格子图案的重掺杂区317，所述重掺杂区317具有非常低的薄层电阻(Rs)。在一个实施例中，重掺杂区317具有大于约1018原子／cm3的掺杂程度。重掺杂区317的薄层电阻通常小于约每平方50欧姆(Ω／□)。在一个实例中，重掺杂区317的薄层电阻介于约10Ω／□至约30Ω／□之间。因此，重掺杂区317提供了介于随后在基板101中形成的p-n结与随 后在重掺杂区317上形成的导电触点之间的极低阻抗路径。在一个实例中，扫描激光315也热激发基板101的一个或多个区域，以在所述一个或多个区域上产生基准标记，以供在用于将导电触点沉积在基板101的重掺杂区317上的后续对准中使用。 
扫描激光315可以是能够提供足够功率来加热掺杂剂材料310与基板101而不会损害基板101的任何激光。可完成此目标的激光的一些实例为掺杂钕的YAG激光、掺杂钕的YBO4固态激光、或掺杂Yb的玻璃纤维激光，这些激光可在脉冲模式中以所需的光束参数操作。 
在方块410，如图3D和图4A所图示，在热处理室250中将基板101加热至大于约800摄氏度的温度。在一个实例中，在氮气(N2)、氧气(O2)、氢气(H2)、空气、或以上的组合存在时，将基板101加热至介于约800摄氏度至约1300摄氏度之间的温度，持续约1分钟至约120分钟。在快速热退火(RTA)室中，在富含氮气(N2)的环境中可将基板101加热至温度约1000摄氏度持续约5分钟。可被修改来完成热处理步骤的线内***的一个实例是由加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司所制造的ATON***。热处理基板101致使在掺杂剂材料310未扩散区中的掺杂原子扩散进入基板101的表面，从而在前述基板101表面的未扩散区或场区330中形成轻掺杂发射极区322与浅p-n结323。在一个实例中，场区330包括介于约90％至约94％之间的基板101的表面区域。在热处理室250中的扩散之后，基板101的场区330具有大于约50Ω／□的薄层电阻，例如介于约50Ω／□至约100Ω／□。因此，在热处理室250中的扩散之后，基板101具有格子图案的重掺杂区317与场区330，重掺杂区317的薄层电阻非常低，且场区330含有高阻抗发射极区322。高阻抗发射极区322吸收最少量的光，使得最大量的光穿透p-n结323。同时，低阻抗的重掺杂区317提供低阻抗接触区域，用于后续沉积的导电触点。 
在方块412，在方块410进行的工艺完成之后，在第二清洁室260中对基板101进行选择性的清洁工艺，以移除任何不需 要的残余物和／或在基板101上形成钝化表面。在一个实例中，可以用清洁溶液润湿基板101的表面来进行清洁工艺。可以用清洁溶液(如SC1清洁溶液、SC2清洁溶液、HF维持型清洁溶液、臭氧水溶液、氢氟酸(HF)与过氧化氢(H2O2)溶液、或其它适合的清洁溶液)来润湿基板进行清洁工艺。可对基板101进行清洁工艺，时间介于约5秒至约600秒，如约30秒至约240秒。 
在方块414，如图3E和图4A所图示，在沉积室270中将抗反射层316形成在基板101的表面302上。例如，抗反射层316可以是薄的钝化／抗反射层，诸如氧化硅或氮化硅。在一个实例中，抗反射层316也可包括透明导电氧化物(TCO)层。可以使用物理气相沉积(PVD)工艺或化学气相沉积(CVD)工艺在沉积室270中沉积抗反射层316。 
在方块416，如图3F和图4A所图示，选择性地蚀刻抗反射层316的各部分，以露出重掺杂区317的区361，使得后续沉积的导电触点可与重掺杂区317紧密接触。因此，蚀刻出的图案与用以形成重掺杂区317的图案相符。可用于图案化抗反射层316的典型蚀刻工艺可包括图案化与干法蚀刻技术、激光消融技术、图案化与湿法蚀刻技术、或其它类似的工艺。 
在方块418，如图3G和图4A所图示，在沉积室270中将导电触点314沉积在基板101上的重掺杂区317上的图案中。导电触点314可介于约500埃至约50000埃厚，约10μm至约200μm宽，并含有金属，如铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、钴(Co)、铼(Rh)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)、钯(Pd)、钼(Mo)、钛(Ti)、钒(V)、钨(W)、或铬(Cr)。在一个实例中，导电触点314是含有银或锡的金属膏，并且使用网印工艺将导电触点314沉积成与用来形成重掺杂区317的图案相符的图案，所述网印工艺是藉由可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司的Baccini S.p.A部门购得的SoftlineTM工具来进行。 
在方块416，将热传送至导电触点314，以使导电触点314 中的金属与重掺杂区317形成电连接。可在沉积室270中的加热炉内进行热处理。 
图4B为说明工艺顺序400B的方块图，工艺顺序400B用以使用***200B形成太阳能电池300。一般来说，以上结合图4A所述的工艺与工艺顺序400B中的相同，两者不同之处在于如以下所述方块405中的沉积工艺取代工艺顺序400A的方块404与406。 
在进行与方块402相关的清洁工艺之后，在图2B所图示的沉积室225中使用沉积工艺(例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺)，将掺杂剂材料310沉积在基板101上。在方块405中，将前驱物的混合物(包括一种或多种含硅前驱物与一种或多种掺杂剂前驱物)传送至沉积室225中。在一个实例中，含硅前驱物可包括硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、或者用于将一层非晶硅沉积至基板101上的其它含硅化合物。在一个实例中，以约10sccm或更高的流速传送含硅化合物，所述流速例如介于约50sccm至约500sccm。 
在一个实施例中，基板101为p型硅基板，而掺杂剂前驱物为n型前驱物。n型前驱物可以是含磷化合物，如磷化氢(PH3)。可以约30sccm或更高的流速传送在氢气中浓度为0.5％的含磷化合物，所述流速例如介于约150sccm至约1500sccm。结果，沉积在基板101上的掺杂剂材料310为n型掺杂剂材料包层。 
在另一个实施例中，基板101为n型硅基板，而掺杂剂前驱物为p型前驱物。p型前驱物可以是含硼化合物。结果，沉积在基板101上的掺杂剂材料310为p型掺杂剂材料包层。 
图4B的方块408-418中的剩余工艺与在图4A中所描绘与叙述的剩余工艺大体上相同。 
因此，本文所述的实施例涉及用于形成选择性发射极太阳能电池的线内***与工艺。在一个实施例中，将液体掺杂剂材料涂覆至硅基板，并将所述液体掺杂剂材料至少干燥至半固体状态。在另一个实施例中，使用化学气相沉积工艺将掺杂剂材料沉积在硅基板上。随后使用激光来热激发基板的多个区域，以 驱使来自掺杂剂材料的掺杂剂原子深入基板，从而形成高掺杂区。之后对基板做热处理，以在基板的剩余场区中形成轻掺杂发射极区与浅p-n结。然后将导电触点沉积在高掺杂区上。所得太阳能电池的场区具有高阻抗发射极区，所述高阻抗发射极区吸收最少的光，使得增量的光到达p-n结，从而转化成电流。所得太阳能电池的高掺杂区具有非常低的电阻，以在发射极区与导电触点之间提供高传导路径。 
本文所述的实施例具有优于现有***与工艺的多个优点。作为一个实例，本实用新型的线内***提供与现有分批***相比有最少操作的生产工艺，而现有分批***需要选取、放置及缓冲基板。因此，本实用新型的***与工艺与现有批处理***相比，显著地降低了基板毁坏或破损的机会。作为另一个实例，本实用新型的线内***提供了在任何扩散掺杂剂原子进入硅基板材料之前即形成高掺杂区。相反，现有***首先使掺杂剂材料扩散进入基板，以产生p-n结，之后才驱使已经扩散的原子深入基板以形成高掺杂区。相信，如在本实用新型中使用未经加工处理且未扩散的掺杂剂源，产生比现有***可达成的较好的扩散质量与最终的较低阻抗的高掺杂区，从而得到与导电触点的较好的导电接触。 
虽然上述内容涉及本实用新型的实施例，但在不偏离本实用新型的基本范围的情况下，可设计出本实用新型的其它与进一步的实施例，且本实用新型的范围由以下权利要求所决定。 

Claims (13)

1.一种线内处理***，其特征在于，所述线内处理***包含： 
掺杂模块，所述掺杂模块被装配成将掺杂剂材料层涂覆至基板的一个或多个表面； 
激光扫描模块，将所述激光扫描模块放置在所述掺杂模块的下游，并且所述激光扫描模块具有激光，所述激光被装配成将图案扫描在所述掺杂剂材料上，从而使原子扩散进入所述基板，以在所述基板内产生重掺杂区图案；以及 
热处理模块，将所述热处理模块放置在所述激光扫描模块的下游，所述热处理模块被装配成使所述基板加热至大于800摄氏度，从而在所述基板内形成发射极场区。 
2.如权利要求1所述的线内处理***，其特征在于，所述掺杂模块被装配成向所述基板涂覆液体掺杂剂。 
3.如权利要求2所述的线内处理***，其特征在于，所述线内处理***进一步包含干燥模块，所述干燥模块位于所述掺杂模块的下游，所述干燥模块被装配成干燥所述液体掺杂剂。 
4.如权利要求1所述的线内处理***，其特征在于，所述掺杂模块为化学气相沉积模块，所述化学气相沉积模块被装配成向所述基板涂覆掺杂剂包层。 
5.如权利要求1所述的线内处理***，其特征在于，所述掺杂模块被装配成用于涂覆所述掺杂剂，包含将液体掺杂剂涂覆至所述基板的至少一个表面。 
6.如权利要求3所述的线内处理***，其特征在于，所述干燥模块被装配成使所述掺杂剂在介于50摄氏度至350摄氏度 之间的温度下干燥。 
7.如权利要求1所述的线内处理***，其特征在于，所述掺杂模块被装配成将掺杂剂材料包层沉积在所述基板的一个或多个表面上。 
8.如权利要求1所述的线内处理***，其特征在于，所述重掺杂区的图案包含介于6%至10%的所述基板表面。 
9.如权利要求8所述的线内处理***，其特征在于，所述重掺杂区具有介于10欧姆/平方至30欧姆/平方的薄层电阻。 
10.如权利要求9所述的线内处理***，其特征在于，所述发射极场区具有介于50欧姆/平方至100欧姆/平方的薄层电阻。 
11.如权利要求1所述的线内处理***，其特征在于，所述热处理模块被装配成在800摄氏度至1300摄氏度之间的温度下加热所述基板。 
12.如权利要求1所述的线内处理***，其特征在于： 
所述掺杂模块被装配成在硅基板的一个或多个表面上涂覆掺杂剂材料层； 
其中所述激光扫描模块被装配成产生重掺杂区的图案，所述重掺杂区具有小于50欧姆/平方的薄层电阻；以及 
其中所述线内处理***进一步被装配成将一个或多个导电触点沉积到所述重掺杂区上。 
13.如权利要求12所述的线内处理***，其特征在于，所述掺杂模块被装配成沉积掺杂剂包层。 
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