TW201724232A - 針對單晶矽基板的織構化方法 - Google Patents

針對單晶矽基板的織構化方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201724232A
TW201724232A TW105128747A TW105128747A TW201724232A TW 201724232 A TW201724232 A TW 201724232A TW 105128747 A TW105128747 A TW 105128747A TW 105128747 A TW105128747 A TW 105128747A TW 201724232 A TW201724232 A TW 201724232A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
deionized water
solution
ozone
single crystal
crystal germanium
Prior art date
Application number
TW105128747A
Other languages
English (en)
Inventor
約翰 喬奇
麥可 海林吉
Original Assignee
愛美科公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 愛美科公司 filed Critical 愛美科公司
Publication of TW201724232A publication Critical patent/TW201724232A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02052—Wet cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32134—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by liquid etching only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Weting (AREA)

Abstract

本文揭示一種針對一後續織構步驟製備一單晶矽基板表面之方法，該方法包括：a.藉由使得該表面與一乾淨溶液接觸而將污染物自該表面移除；b.利用包括自12%至19%重量比之KOH及/或NaOH之一水溶液蝕刻預先清潔之表面；c.利用pH自7至10之一水介質沖洗蝕刻之表面；且d.使得經沖洗之蝕刻表面與pH自2至4.5之臭氧去離子水接觸，藉此將經沖洗之蝕刻表面轉換為一製備表面。亦提供一種用於織構該製備表面之方法。

Description

針對單晶矽基板的織構化方法
本發明係關於太陽能電池生產之領域，且更特定言之，本發明係關於在織構化之前包含一預先清潔步驟之太陽能電池生產之方法。
在結晶矽太陽能電池生產之領域中，為了增強太陽光之吸收而執行太陽能電池之前表面之一織構化。此藉由減少反射損失而改良光捕捉性質，藉此改良外部量子效率且因此改良該電池之能量轉換效率。此織構化之品質對太陽能電池之效能至關重要。特定言之，織構結構之大小及一致性係影響該等效能之關鍵參數。通常，此等織構結構具有一錐體形狀且期望在大小及空間上均勻分佈。在此織構化之前，通常在自晶圓公司接收之原切割結晶晶圓上執行一或多個製備步驟。此等製備步驟係必要的，因為晶圓之表面尤其受切割程序之追蹤之污染，諸如泥漿、金屬、有機雜質等等。一個重要製備步驟係移除通常僅在織構化之前執行之鋸切損壞(鋸切損壞移除，SDR)。通常藉由使用自20%至40%重量比之一濃度之一鉀或氫氧化鈉溶液執行SDR。
US 2011/0111548 A1嘗試藉由在一典型SDR步驟之前引入一預先清潔步驟而改良表面織構化之品質。此預先清潔步驟持續將臭氧去離子水施加至結晶矽基板之原切割表面以移除表面污染物。
在US 2011/0111548 A1中，取決於量測之樣本，獲得之反射率 (自樣本上之9個點平均)係在950nm處之9.05%至9.47%範圍內。此對應於950nm處之大約9.3%之一反射率(自8個不同樣本平均)。繼而，若在700nm處量測，則此對應於超過10%之一反射率。再次取決於量測之樣本，在一樣本上執行之9個反射率量測之標準差係在0.7%與2.1%之間(絕對值)，即在0.7%與2.2%之間(相對值)(見US 2011/0111548 A1之圖4及圖5)。
然而，本發明者意識到在US 2011/0111548 A1之教示下之方法通常導致在待織構之表面上形成硅酸鹽。此建議若可減少或抑制以上污染物，則仍可進一步改良反射率及反射率標準差。
本發明之一目的係提供用於在一單晶矽太陽能電池之一表面上獲得低反射率之優良方法。
本發明之方法之實施例之一優勢係其允許在織構之前達成一十分乾淨之表面。特定言之，本發明之方法之實施例之一優勢係可減少或避免在待織構之表面上形成硅酸鹽。未被理論所束縛，本發明堅信藉由避免SDR步驟與直接緊隨其後之步驟(例如，後SDR沖洗步驟)之間之一太大pH差異而在本發明之實施例中達成此優勢。由本發明者識別之在減少或避免硅酸鹽形成方面發揮重要作用之另一因數係避免SDR步驟與直接緊隨其後之步驟之間之一太大溫度差異。
本發明之方法之實施例之一優勢係其相對較快。
本發明之方法之實施例之一優勢係其具有一相對較低之花費。
本發明之方法之實施例之一優勢係其等與當前後織構步驟相容。特定言之，其等允許優良後織構鈍化及擴散步驟，且其等允許優良後織構雷射消融步驟及具有優良一致性之金屬電鍍步驟。
本發明之實施例之一優勢係可達成具有一相對均勻且呈錐體大小之分佈之單晶矽表面。
本發明之實施例之另一優勢係可達成具有在空間中為錐體之一相對均勻之分佈之單晶矽表面。
本發明之實施例之另一優勢係可達成具有在700nm處量測之低於10%且甚至低於9%之一反射率之單晶矽表面。
本發明之實施例之另一優勢係可獲得具有絕對值範圍為0.4%至1.9%之一標準差(針對在一樣本上執行之9個量測)之此一反射率。
本發明之實施例之一優勢係可達成達22.5%之一電池能量轉換效率(在大面積n型cz-Si電池上)。
在一第一態樣中，本發明係關於一種針對一後續織構步驟製備一單晶矽基板表面之方法，該方法包括：a.藉由使得該表面與一乾淨溶液接觸而將污染物自該表面移除，藉此將該表面轉換為一預先清潔表面；b.利用包括自12%至19%重量比(較佳為13%至18%重量比)之KOH及/或NaOH之一水溶液蝕刻該預先清潔之表面，藉此將該預先清潔之表面轉換為一經蝕刻之表面；c.利用pH自7至10(較佳自7至8)之一水介質沖洗該蝕刻之表面，藉此將該蝕刻表面轉換為一經沖洗之蝕刻表面；且d.使得經沖洗之蝕刻表面與pH自2至4.5之臭氧去離子水接觸，藉此將經沖洗之蝕刻表面轉換為一製備表面。
通常將根據本發明之第一態樣之實施例之方法應用於將成為一單晶矽太陽能電池之前表面之表面，但其亦可應用於單晶矽基板之兩個表面，例如鑒於形成一雙面太陽能電池。
步驟a係一預先清潔步驟。此預先清潔改良在一隨後執行之織構步驟期間形成之織構結構之形態之均勻性。在此預先清潔步驟中，將一預先清潔溶液施加至單晶矽基板之表面(通常為(若干)原切割表面)以移除污染物，藉此將(若干)原切割表面轉換為(若干)預先清潔表 面。可藉由各種方法實現預先清潔溶液之應用，包含(但不限制於)浸浴、噴射、噴嘴分發及/或其等之組合。適合之預先清潔溶液包含臭氧去離子水(DIO3)、HF/O3及氫氧化鉀或氫氧化鈉之一稀釋水溶液。在其中預先清潔溶液係氫氧化鉀或氫氧化鈉之一稀釋水溶液之一實施例中，該預先清潔溶液將具有大約0.1%與5%重量比之間之一範圍之一氫氧化鉀或氫氧化鈉濃度(其中剩餘物係去離子(DI)水)，且最佳為在0.1%與1%重量比之間(其中剩餘物係DI水)。在其他實施例中，預先清潔溶液可為APM、KPM、HF/O3、HF/HNO3或其等之組合。當然，在某些實施例中可使用其他預先清潔溶液。可針對待使用之特定單晶矽基板優化準確參數，諸如曝露時間及預先清潔溶液之選擇。在本發明之詳細描述中描述較佳預先清潔之溶液。
當完成預先清潔步驟a時，執行步驟b，其中將一鋸切損壞移除溶液施加至單晶矽基板之(若干)預先清潔表面以移除在鋸切程序期間引起之實體損壞，藉此將預先清潔表面轉換為一蝕刻表面。步驟b之目的係將材料之一特定厚度自至少預先清潔表面移除且通常自基板之兩側移除。此步驟允許移除通常在原切割矽基板中呈現之大部分所謂之鋸切損壞。需要移除之材料之厚度取決於在製備之前可用之基板之品質，但通常可將矽之大約5μm之一厚度自預先清潔表面移除且更一般而言將該厚度自兩側移除。根據本發明，當與(例如)US 2011/0111548 A1比較時，步驟b之一重要優勢係用於形成蝕刻表面之水溶液比先前技術中使用之水溶液之鹼性更弱。用於形成蝕刻表面之水溶液比用於先前技術中之水溶液需要更少之NaOH或KOH係一優勢，此既經濟又環保。
步驟c藉由使用具有自7至10之一pH之一水介質而允許移除KOH及/或NaOH且同時避免先前步驟之一pH衝擊。此水介質通常由具有溶解於其內之視情況NaOH及/或KOH之去離子水構成。當pH大於7時， 此通常係自步驟b攜帶至步驟c(例如，自用於步驟b之蝕刻浴攜帶至用於步驟c之沖洗浴)之NaOH及/或KOH之結果(追蹤)。因此，利用具有自7至10之一pH之一水溶液(包括去離子水及視情況NaOH及/或KOH)執行步驟c。較佳地，此pH係自7至8。
藉由以一相對較低之KOH及/或NaOH濃度執行之步驟b不導致理想地親水之一表面。在一親水表面上可開始歸因於晶圓表面之一均勻濕潤而更一致地分佈於表面區域上方之一後續織構程序。為了補償此缺點，步驟d氧化經沖洗之蝕刻表面之表面，藉此使得其足夠親水而允許一最終後續織構溶液之一優良散佈，藉此允許獲得之織構具有一優良均勻性。步驟d之弱酸溶液亦幫助將金屬污染物自該表面移除。
在一進一步態樣中，本發明係關於一種用於織構一單晶矽基板表面之方法，該方法包括：藉由第一態樣之方法製備一單晶矽基板表面；且使得製備表面與一鹼性水溶液接觸而織構該製備表面，藉此將該製備表面轉換至一織構表面。可在步驟d之後直接執行使得該製備表面與一鹼性水溶液接觸之此步驟，且中間無需沖洗。
在又一進一步態樣中，本發明係關於一種用於形成一太陽能電池之方法，其包括第一態樣或第二態樣之任何實施例之方法。
根據本發明，由一方法及裝置實現以上目的。
在隨附獨立請求項及附屬請求項中陳述本發明之特定及較佳態樣。來自附屬請求項之特徵可與獨立請求項之特徵組合且可與合適而不僅在申請專利範圍中明確陳述之其他附屬請求項之特徵組合。
儘管已存在對此領域中之裝置之不斷改良、改變及進化，但本概念堅信代表大量新穎改良，包含與先前實踐之分離，此導致供給具有此本質之更有效之裝置。
將自以下詳細描述結合隨附圖式明白(例如)繪示本發明之原理之本發明之以上及其他特性、特徵及優勢。此描述僅供例示且不限制本 發明之範疇。以下引用之參考圖係指隨附圖式。
a‧‧‧步驟
b‧‧‧步驟
c‧‧‧步驟
d‧‧‧步驟
e‧‧‧步驟
f‧‧‧步驟
g‧‧‧步驟
圖1係用於根據本發明之一項實施例織構之一晶圓之反射率與波長之一圖表。該圖表進一步展示自先前技術取得之一參考點。
圖2係根據本發明之實施例之指示具有9個量測位置且在此等位置處量測之在60個晶圓上平均之反射率一晶圓之一示意性表示。
圖3係根據本發明之一實施例之展示針對一後續織構步驟製備一單晶矽基板表面之一方法之一流程圖。
圖4係根據本發明之一實施例之展示用於織構一製備之單晶矽基板表面之一方法之一流程圖。
在不同圖中，相同參考符號係指相同或類似元件。
將相對於特定實施例且參考某些圖式描述本發明，但本發明不限制於特定實施例而僅由申請專利範圍所限制。所描述之圖式僅為示意性且不係限制性的。在圖式中，部分元件之大小可誇大且為繪示目的而不按比例繪製。該等尺寸及相對尺寸不對應於實踐本發明時之實際減少量。
此外，描述及申請專利範圍中之術語「第一、第二、第三」及類似者係用於區別相似元件且不必用於在時間、空間、階層上或以任何其他方式描述一順序。應瞭解，所使用之術語在合適情況下可互換且本文描述之本發明之實施例能夠以除了本文所描述或繪示之外之其他順序操作。
再者，描述及申請專利範圍中之術語「頂部、底部、上方、下方」及類似者係用於描述性目的且不必用於描述相關位置。將瞭解，所使用之術語在合適情況下可互換且本文描述之本發明之實施例能夠以除了本文所描述或繪示之外之其他定向操作。
應注意，用於申請專利範圍中之術語「包括」不應解譯為限制於在下文所列之構件，其不排除其他元件或步驟。因此，其應解譯為指定存在參考之所陳述之特徵、整數、步驟或組件，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟或組件或其等群組。因此，表述「包括構件A及B之一裝置」之範疇不應限制於僅由組件A及B組成之裝置。其意謂相對於本發明，僅裝置之相關組件係A及B。
在此說明書中參考「一項實施例」或「一實施例」意謂結合實施例描述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一實施例中。因此，短語「在一項實施例中」或「在一實施例中」出現於本說明書中之各種地方時不必都係指相同實施例而係可指相同實施例。此外，在一或多個實施例中可以任何適合方式組合特定特徵、結構或特性，此將由本發明之一般技術者明白。
類似地，應明白，在本發明之例示性實施例之描述中，為了組織本發明且幫助理解各種發明態樣之一或多者，本發明之各種特徵有時在一單一實施例、圖或本發明之描述中聚合在一起。然而，本發明之此方法將不解譯為反映主張之發明需要比在各申請專利範圍中明確所述外之更多特徵之一意圖。確切而言，如以下申請專利範圍所反映，發明態樣在於少於一單一以上揭示之實施例之所有特徵。因此，詳細描述下之申請專利範圍明確併入至此詳細描述內，其中各申請專利範圍單獨作為本發明之一分離實施例。
此外，儘管本文描述之一些實施例包含一些特徵而無包含於其他實施例中之其他特徵，但不同實施例之特徵之組合意欲落於本發明之範疇內且形成不同實施例，如將由熟習技術者所瞭解。例如，在以下申請專利範圍中，可以任何組合形式使用所主張之實施例之任何者。
在本文提供之描述中闡述數個特定細節。然而，應瞭解可在無 此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他例項中，未詳細展示已知方法、結構及技術以不阻礙對本描述之一理解。
提供以下術語僅為了幫助理解本發明。
如本文所使用且除非另外提供，否則術語「原切割表面」包含由於切塊及線鋸切技術所導致之單晶矽基板之表面。另外，術語「鋸切」用於指用來自一較大塊矽結構切割獨立基板之任何切割程序。最終，在本說明書中，術語「晶圓」有時用於指一「單晶矽基板」。根據本發明，太陽能電池製造商接收(或形成)已自一較大塊矽結構切塊或鋸切之單晶矽基板。在此初始階段，單晶矽基板包含原切割表面，該原切割表面包含由於鋸切程序導致之實體損壞及污染物。污染物之實例包含(但不限制於)有機、無機、膜、離子及粒子污染物。
現將藉由對本發明之一些實施例之一詳細描述來描述本發明。應清楚，在不違背本發明之技術教示之情況下，本發明之其他實施例可根據熟習技術者之知識經組態，本發明僅由隨附申請專利範圍限制。
較佳藉由氧化在單晶矽基板上呈現之有機雜質而執行步驟a。在實施例中，移除污染物可包括使得表面與包括活性氧類之一溶液接觸。此可藉由使得基板與(例如)包括H2O2、臭氧去離子水之一溶液或包括一混合物HF/O3之一溶液接觸而達成。較佳使用HF(為安全理由較佳避免)、H2O2或臭氧去離子水。H2O2具有一些優勢。其比臭氧更安全且不需要投資一臭氧產生器。然而，本發明者已認識到H2O2分解導致H2O作為副產品之一者。
可藉由各種方法實現預先清潔溶液之應用，包含(但不限制於)浸浴、噴射、噴嘴分發及/或其等之組合。
當藉由將基板浸入一浴中而執行步驟a時，浴之組成物之穩定性變得十分重要，使得該浴可再用於下一基板。當將H2O2用作為步驟a 中之乾淨溶液時，隨著時間之推移，H2O副產品稀釋預先清潔之浴。此可藉由將更多H2O2加入該浴中而暫時克服，但一段時間之後，浴含量變得如此稀釋使得加入H2O2不再為一選項。將臭氧去離子水(DIW/O3)用作為步驟a中之乾淨溶液係極其有利的，因為臭氧去離子水不使得H2O形成為一副產品且因此若使用一浸潤程序則其不稀釋該浴。再者，儘管原則上臭氧去離子水比H2O2更難處置，但其之安全使用係一已確立之實踐(若用於一裝備充足之生產環境而非一裝備不足之實驗室中則不係一大問題)。再者，用於生產臭氧去離子水之臭氧產生器為其本身負擔大約兩年之費用，因為相較於H2O2化學成分之低操作花費。此外，步驟d需要使用臭氧去離子水。因此，在步驟a中使用臭氧去離子水極其有利，因為臭氧產生器及安全設備(若存在)兩者可用於步驟a及步驟d兩者。
在較佳實施例中，步驟a可包括將表面浸入臭氧去離子水之一浴中(例如，藉由浸入基板)。
在一實施例中，在步驟a中，使得表面與包括活性氧類之一溶液接觸可包括使得該表面與pH自2至4.5(較佳自2至4，更佳為自2至3)之臭氧去離子水接觸。此係有利的，因為在此等pH範圍中可移除一些金屬殘留物。pH越呈酸性，則可移除更多金屬殘留物。此外，此等pH範圍有利於去離子水中之臭氧溶解。實際上，去離子水越呈酸性，則越多臭氧可溶解於其中，但一pH小於2時將不進一步改良臭氧去離子水之性質。在實施例中，臭氧去離子水在臭氧中飽和。此改良臭氧去離子水氧化有機化合物之能力。
在實施例中，用於步驟a之臭氧去離子水之pH可係由於在HCl之去離子水中存在有主要或唯一酸而導致的。主要酸係指溶液之酸含量包括超過50摩爾%HCl。HCl係有利的因為其便宜，相對較安全且其之中和特定而言不成問題。
在實施例中，步驟a中之臭氧去離子水之臭氧溶度可為至少10ppm。此係有利的，因為其使得溶液之清潔能力朝向有機化合物改良。
在實施例中，可在自20℃至40℃之一溫度下執行步驟a。此等溫度範圍尤其較佳與臭氧去離子水之使用相組合。
在實施例中，步驟a最少可僅在3min至7min之間，較佳為4min至6min。可使用一更長時間但不係必須的。此等持續時間尤其較佳與臭氧去離子水之使用相組合。
通常，單晶矽基板可為具有由一鋸切程序形成之原切割表面之一原切割基板。本發明之方法正是在其中矽基板表面已嚴重損壞且由鋸切程序污染之此等環境中最有用。
在步驟b中，可藉由各種方法實現鋸切損壞移除溶液之施加，包含(但不限制於)浸浴、噴射、噴嘴分發及/或其等之組合。
在實施例中，步驟b可包括將預先清潔表面浸入包括自12%至19%重量比，較佳係自13%至18%重量比，而更佳為自13%至17%重量比且最佳為自14%至16%重量比之KOH及/或NaOH之水溶液之一浴中。
在實施例中，用於步驟b中之水溶液可為自65℃至75℃之一溫度。
在實施例中，步驟b可最少為在1min至5min之間，較佳為2min至4min。可使用一更長處理但不係必須的。
在實施例中，步驟b可包括以自1.1μm/min至1.5μm/min，較佳為自1.2μm/min至1.4μm/min之一速率蝕刻表面。
在步驟b之後，通常將基板轉移至其中將執行步驟c之一沖洗浴內。
在實施例中，步驟c可包括：利用pH自7至10之一水介質(例如， 去離子水)填充浴；倒空該浴；且利用pH自7至10之一水介質(例如，去離子水)再填充此浴。
在實施例中，用於步驟c之水介質之溫度可自30℃至60℃，較佳為自40℃至50℃。使用此一溫度幫助避免步驟b與步驟c之間之可導致硅酸鹽之沉澱之一熱衝擊。
在實施例中，用於步驟c之水介質可為去離子水。
在實施例中，步驟d可包括：自浴之頂部噴射蝕刻表面；且利用臭氧去離子水自浴之底部填充該浴。此係可行的，因為可在浴本身外部完成臭氧在水中之溶液化。例如，可經由使用耦合至提供去離子水之一線之一靜態混合器完成此舉。
在實施例中，用於步驟d之臭氧去離子水可具有用於步驟a中之臭氧去離子水之特性之任何者。例如，其可具有自2至4.5之一pH，較佳為自2至4，更佳為自2至3。
在實施例中，步驟d中之臭氧去離子水之臭氧濃度可為至少10ppm。在此情況中，優勢係此高臭氧濃度將幫助基板之表面變得更親水。
較佳地，步驟d可最少僅在1min至5min之間，較佳為2min至4min。可使用一更長時間段但不係必須的。
一旦完成步驟d，則在一進一步態樣中可實施一織構化步驟。在該織構化步驟期間，將一蝕刻溶液施加至單晶矽基板之(若干)製備表面以織構該製備表面，藉此將該製備表面轉換為一織構表面。可由浸浴實現蝕刻溶液之應用。儘管已針對表面織構化發展數個技術，但較佳使用利用一熱鹼性溶液完成之非均質蝕刻，尤其係若將單晶矽用於基板。
在一實施例中，用於織構一單晶矽基板表面之方法可包括：藉由第一態樣之任何實施例之方法製備一單晶矽基板表面；且使得製備 表面與一鹼性水溶液接觸以織構該製備表面，藉此將該製備表面轉換為一織構表面。
較佳地，該鹼性溶液係以下各者之一混合物：a.去離子水b.氫氧化鉀或氫氧化鈉，及c.異丙醇及/或一表面活性劑。
將織構蝕刻溶液施加至單晶矽基板之(若干)製備表面通常在單晶矽基板之(若干)製備表面上形成錐體。因此，在一實施例中，織構表面可包括錐體結構。在實施例中，該等錐體平均可為3μm至5μm高。
根據本發明之第一態樣，用於製備一單晶矽基板表面之方法意外地導致在織構步驟期間形成之織構表面在織構形態方面具有一改良之均勻性。因此，相較於US2011111548，單晶矽基板之織構表面之整個表面反射率減少。此在實驗階段中證實。
在本發明之第一態樣或進一步態樣之實施例中，可在不使用一水HF溶液之情況下完成該方法。此具有明顯之健康及環境優點。
在實施例中，織構可包括將製備表面浸入包括鹼性溶液之一浴中。
在實施例中，織構可包括使得製備表面與鹼性水溶液接觸7min至10min，較佳為8min至10min。可使用一更長織構時間但不係必須的。亦可使用一更短時間。
在實施例中，該方法可進一步包括沖洗織構表面。
在實施例中，在沖洗之後可執行該織構表面之中和。
在實施例中，可在(例如)40℃與60℃之間之範圍之一溫度下利用HCl(例如，利用5%HCl)執行該中和步驟。
在又一進一步態樣中，本發明係關於用於形成一太陽能電池之 一方法，其包括第一態樣或進一步態樣之任何實施例之方法。可使用此方法形成任何已知太陽能電池結構或太陽能電池類型。
例如，舉一非限制性實例，在一實施例中，用於形成一太陽能電池之方法可包括形成具有後側射極之一n-PERT(鈍化射極及後完全擴散)太陽能電池。在此實施例中，在已執行進一步態樣(織構)之步驟之後，相較於矽基板之摻雜類型，相對於織構表面之基板表面可摻雜有相反類型之摻雜劑。例如，若織構之矽基板係n型摻雜，則相對表面可係p型摻雜。此可(例如)由POCl3之擴散或由磊晶生長執行。在實施例中，織構表面可進一步藉由POCl3之擴散而經摻雜以形成一前表面場區域。
一太陽能電池之製作中之一進一步步驟可為織構表面及相對表面之電鈍化。例如，可使用一Si3N4層或一SiO2/Si3N4堆疊來鈍化n型(例如，織構)表面。對p型表面(例如，相對於織構表面之表面)之一合適鈍化可(例如)為Al2O3或SiO2或其等之一組合。有趣地係，發明者已注意到在本發明之方法之後執行之鈍化具有極其優良之品質。
太陽能電池之製作中之一進一步步驟可為織構表面之金屬化。為了使得織構表面金屬化，開口可經形成穿過前表面上之鈍化層以曝露該織構表面。為了使得相對表面金屬化，開口可經形成穿過後表面上之鈍化層以曝露該相對(後)表面。此等溝渠/開口可(例如)藉由雷射消融形成。可利用銅(例如，藉由電鍍)或銀(例如，藉由網版印刷)執行金屬化。有趣地係，本發明者已注意到本發明之方法導致具有絕佳一致性及黏合性之一電鍍。
實例1：製備單晶矽晶圓以用於織構
在圖3中繪示一般程序流程。20批50個n型克勞斯基(czochralski)單晶矽晶圓之各者(180μm厚，156*156mm，電阻率Ohm.cm)如以下經製備而用於一後續織構步驟。
首先，藉由將各晶圓浸入30℃去離子水之一501浴5分鐘至8分鐘使得污染物自各晶圓之兩個表面移除，其中該去離子水之pH藉由加入HCl而稍低於3且其臭氧濃度超過10ppm(步驟a)。藉此，接著將所獲得之預先清潔表面浸入含有70℃之一水溶液(包括15%至20%重量比KOH(步驟b))之一第二浴2分鐘至50秒之間。藉此，接著將所獲得之蝕刻表面轉移至其中利用大約7.5之一pH之去離子水在45℃之一溫度下沖洗(步驟c)之一沖洗浴內。此沖洗程序持續5分鐘。接著將各沖洗之晶圓浸入含有30℃之臭氧去離子水之一第三501浴中3分鐘，該臭氧去離子水之pH已藉由加入HCl而稍低於3且其臭氧濃度超過10ppm(步驟d)。在此整個程序期間未觀察到鹽之形成且所得表面係乾淨且親水的。各晶圓之製備導致移除大約1g之矽。
實例2：織構在實例1中獲得之製備之單晶矽晶圓。
在圖4中繪示一般程序流程。將在實例1中製備之各晶圓浸入包括2wt%之KOH及一表面活性劑(來自RENA之monoTEX® F)之一織構浴中8分鐘至40秒(步驟e)。所得織構在外觀上係一致的且由大約5μm高之錐體構成。接著，藉由將去離子水加入至一浴中且允許其溢出(步驟f)而將各織構表面在具有去離子水之該浴中沖洗。沖洗程序花費5min。接著，藉由浸入含有一熱浴之一浴(含有水HCl)中而使得各沖洗之織構晶圓中和5分鐘(步驟g)。
製備步驟(實例1)與織構步驟(實例2)之組合每批花費50分鐘。每小時製備且織構300至350個晶圓。
實例3：織構晶圓之特性：蝕刻一致性：
在20批之各者中，在執行實例1(製備)之前且執行實例2(織構)之後稱重3個晶圓。每晶圓側之平均蝕刻深度係8.69μm且在一批中獲得之蝕刻深度一致性之特徵為0.38%之一平均相對標準差。在批次之間獲得之蝕刻深度一致性之特徵為2.24%之一平均相對標準差。
實例4：織構晶圓之特性；反射率一致性：
在根據實例2織構之9批晶圓中選出26個晶圓。針對其等織構表面之9個點之反射率量測選定晶圓之各者。跨所有26 * 9個量測點量測之平均反射率係700nm處之9.7%。此對應於950nm處之8.8%。當與在US 2011/0111548(見圖1之方點)中觀察之950nm處之9.3%之平均反射率相比係十分有利的。圖1展示根據本發明之一實施例處理之一晶圓之量測點(菱形點)之一者之反射率譜。其在700nm處具有9.1%之一反射率且在950nm處具有8.3%之一反射率。各晶圓內之反射率一致性之特徵為0.98%之一平均相對標準差。各批內之反射率一致性之特徵為0.48%之一平均相對標準差。批次之間之反射率一致性之特徵為2.48%之一平均相對標準差。如預期之觀察到一批次內而非跨批次具有一更佳之一致性。相較於一相同晶圓上之不同量測，由針對定位於織構浴之底部處之量測點(相較於定位於織構浴之頂部之量測點)觀察之典型之較高反射率解釋在一相同批次之不同晶圓之間觀察到之更佳一致性。此效應係由於織構浴中之晶圓之垂直放置而引起。此可在其中各描繪之反射率值係自對應數目之晶圓上之60個量測運算之一平均值之圖2上可見。
實例5：一n型鈍化射極，後完全擴散(n-PERT)光伏打電池之製備及特性，其中自在實例2中獲得之一織構晶圓製備後射極。
如以下修改在實例2中獲得之一織構晶圓。相對於織構表面之表面藉由使用BBr3而經p摻雜且織構表面之n摻雜藉由使用POCl3而增加。另外，可自旋塗摻雜劑執行一可選擇前表面場雷射摻雜。接著，利用Si3N4鈍化織構表面且利用由空間原子層沈積而沈積之Al2O3鈍化相對表面。接著，一層SiO2藉由電漿增強化學汽相沈積而沈積於Al2O3上。由晶圓之前側及後側上之雷射消融形成鈍化層中之開口以允許在一三匯流條設計中之接觸沈積。在該晶圓之前側及後側兩者處 濺鍍Al。接著，Ni/Cu藉由光引入電鍍而沈積於前側之洞(鈍化層中之開口)中。接著，銅藉由電鍍沈積且最終銀藉由浸入鍍銀而沈積。接著，所得太陽能電池經特性化且展示40.3mA/cm2之一短路電流密度Jsc、689mV之一開路電壓Voc、80.9%之一填充因數FF及22.5%之一能量轉換效率。在太陽能系統研究所(卡爾實驗室(CalLab))中執行此等量測。就發明者之知識所及，22.5%之值係針對具有後硼擴散射極之一大面積(156mm x 156mm)n型PERT電池之一世界紀錄。
應瞭解，儘管根據本發明在本文中針對裝置討論較佳實施例、特定建構及組態以及材料，但可在不違背本發明之範疇之情況下作出形式及細節上之各種改變或修改。例如，以上給出之任何公式僅代表可使用之程序。方塊圖中可加入或刪除功能且可在功能區塊中交換操作。可在本發明之範疇內描述之方法中加入或刪除步驟。
a‧‧‧步驟
b‧‧‧步驟
c‧‧‧步驟
d‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種針對一後續織構步驟製備一單晶矽基板表面之方法，該方法包括：a.藉由使得該表面與一乾淨溶液接觸而將污染物自該表面移除，藉此將該表面轉換為一預先清潔表面；b.利用包括自12%至19%重量比，較佳為13%至18%重量比之KOH及/或NaOH之一水溶液蝕刻該預先清潔之表面，藉此將該預先清潔之表面轉換為一經蝕刻之表面；c.利用pH自7至10之一水介質沖洗該蝕刻之表面，藉此將該蝕刻表面轉換為一經沖洗之蝕刻表面；且d.使得該經沖洗之蝕刻表面與pH自2至4.5之臭氧去離子水接觸，藉此將該經沖洗之蝕刻表面轉換為一製備表面。
  2. 如請求項1之方法，其中移除污染物包括使得該表面與包括活性氧類之一溶液接觸。
  3. 如請求項2之方法，其中使得該表面與包括活性氧類之一溶液接觸包括使得該表面與pH自2至4.5，較佳為自2至4，更佳為自2至3之臭氧去離子水接觸。
  4. 如請求項2或3之方法，其中用於步驟a中之該臭氧去離子水之該pH係由於在HCl之該去離子水中存在有主要或唯一酸而導致的。
  5. 如請求項1或2中任一項之方法，其中用於步驟d中之該臭氧去離子水之該pH係自2至4，較佳為自2至3。
  6. 如請求項1或2之方法，其中步驟b)包括將該預先清潔之表面浸入包括自12%至19%重量比，較佳為13%至18%之KOH及/或NaOH之該水溶液之一浴中。
  7. 如請求項1或2之方法，其中用於步驟c中之該水介質之溫度係自 30℃至60℃，較佳係自40℃至50℃。
  8. 如請求項1或2之方法，其中用於步驟c中之該水介質係去離子水。
  9. 一種用於織構一單晶矽基板表面之方法，其包括藉由如請求項1至2中任一項之方法製備一單晶矽基板表面，且進一步包括使得該製備表面與一鹼性水溶液接觸之步驟e以織構該製備表面，藉此將該製備表面轉換為一織構表面。
  10. 如請求項9之方法，其中該鹼性水溶液係以下各者之一水溶液：a.氫氧化鉀或氫氧化鈉，及b.異丙醇及/或一表面活性劑。
TW105128747A 2015-09-07 2016-09-06 針對單晶矽基板的織構化方法 TW201724232A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15184061.8A EP3139416B1 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Texturing monocrystalline silicon substrates

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201724232A true TW201724232A (zh) 2017-07-01

Family

ID=54065274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105128747A TW201724232A (zh) 2015-09-07 2016-09-06 針對單晶矽基板的織構化方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9876128B2 (zh)
EP (1) EP3139416B1 (zh)
CN (1) CN106505126A (zh)
TW (1) TW201724232A (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107393975A (zh) * 2017-07-31 2017-11-24 张家港协鑫集成科技有限公司 硅片及其制备方法、硅片的扩散方法
FR3091025B1 (fr) * 2018-12-21 2021-01-22 Commissariat Energie Atomique Procédé de passivation de cellules photovoltaïques et procédé de fabrication de sous-cellules photovoltaïques passivées
CN110112253A (zh) * 2019-04-22 2019-08-09 无锡琨圣科技有限公司 一种单晶制绒工艺
TW202106647A (zh) * 2019-05-15 2021-02-16 美商康寧公司 在高溫下用高濃度鹼金屬氫氧化物減少紋理化玻璃、玻璃陶瓷以及陶瓷製品之厚度的方法
CN110459647A (zh) * 2019-08-09 2019-11-15 江苏日托光伏科技股份有限公司 一种改善大尺寸硅片制绒均匀性的方法和装置
CN110416369A (zh) * 2019-08-21 2019-11-05 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 Perc电池清洗制绒工艺及***
CN110943144A (zh) * 2019-11-29 2020-03-31 晋能清洁能源科技股份公司 一种异质结电池的制绒清洗方法
CN113990981B (zh) * 2021-10-18 2022-10-28 江苏杰太光电技术有限公司 一种单晶绒面光滑圆整处理工艺

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6290777B1 (en) * 1996-08-20 2001-09-18 Organo Corp. Method and device for washing electronic parts member, or the like
US6230720B1 (en) * 1999-08-16 2001-05-15 Memc Electronic Materials, Inc. Single-operation method of cleaning semiconductors after final polishing
JP2007005472A (ja) * 2005-06-22 2007-01-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 基板の表面処理方法およびｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の製造方法
KR100931196B1 (ko) * 2007-10-10 2009-12-10 주식회사 실트론 실리콘 웨이퍼 세정 방법
KR20100125448A (ko) * 2008-03-25 2010-11-30 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 결정성 태양 전지들을 위한 표면 세정 및 텍스처링 프로세스
US8084280B2 (en) 2009-10-05 2011-12-27 Akrion Systems, Llc Method of manufacturing a solar cell using a pre-cleaning step that contributes to homogeneous texture morphology
KR20110069737A (ko) * 2009-12-17 2011-06-23 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈, 엘.엘.씨. 개선된 반도체 기판 텍스쳐링 방법
DE102010017602B4 (de) * 2010-06-25 2012-12-27 Solarworld Innovations Gmbh Verfahren zur Reduzierung der Metallkontamination eines Siliziumwafers
US20120295447A1 (en) * 2010-11-24 2012-11-22 Air Products And Chemicals, Inc. Compositions and Methods for Texturing of Silicon Wafers
WO2012150627A1 (ja) * 2011-05-02 2012-11-08 三菱電機株式会社 シリコン基板の洗浄方法および太陽電池の製造方法
CN102810596A (zh) * 2012-04-24 2012-12-05 上澎太阳能科技(嘉兴)有限公司 冶金级单晶以及类单晶硅的绒面制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106505126A (zh) 2017-03-15
EP3139416A1 (en) 2017-03-08
US9876128B2 (en) 2018-01-23
US20170069770A1 (en) 2017-03-09
EP3139416B1 (en) 2020-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201724232A (zh) 針對單晶矽基板的織構化方法
KR101513911B1 (ko) 태양 전지용 웨이퍼의 제조방법, 태양 전지 셀의 제조방법, 및 태양 전지 모듈의 제조방법
US8119438B2 (en) Method of manufacturing solar cell
TWI494416B (zh) 用於蝕紋單晶及多晶矽基板表面之酸性蝕刻溶液及方法
TWI454557B (zh) 改良之多晶體的紋理加工組成物和方法
KR20140014065A (ko) 태양전지 에미터의 습식―화학 에칭 백을 위한 방법
US20150040983A1 (en) Acidic etching process for si wafers
KR20120011006A (ko) 실리콘 단결정 기판의 데미지 에칭 및 텍스처링을 위한 방법
TW201209157A (en) Aqueous alkaline etching and cleaning composition and method for treating the surface of silicon substrates
JP5509410B2 (ja) 太陽電池用シリコン基板の製造方法
KR101528864B1 (ko) 태양전지용 웨이퍼 및 그 제조 방법
US8668840B2 (en) Solution used in the fabrication of a porous semiconductor material, and a method of fabricating said material
JP5957835B2 (ja) 太陽電池用ウェーハの製造方法、太陽電池セルの製造方法、および太陽電池モジュールの製造方法
JP2013225552A (ja) 太陽電池用ウェーハの製造方法、太陽電池セルの製造方法、および太陽電池モジュールの製造方法
CN111040766B (zh) 多晶硅片制绒液、黑硅材料的制备方法及其在加速PERC电池LeTID恢复中的应用
JP5724718B2 (ja) 太陽電池用ウェーハの製造方法、太陽電池セルの製造方法、および太陽電池モジュールの製造方法
JP2013004721A (ja) 太陽電池用ウェーハの製造方法、太陽電池セルの製造方法、および太陽電池モジュールの製造方法
JP2012243851A (ja) 太陽電池用ウェーハの製造方法、太陽電池セルの製造方法、および太陽電池モジュールの製造方法
JP2005229026A (ja) シリコン基板の評価方法
JP5880055B2 (ja) 太陽電池用ウェーハの製造方法、太陽電池セルの製造方法、および太陽電池モジュールの製造方法
JP2013012705A (ja) 太陽電池用ウェーハ、太陽電池セルおよび太陽電池モジュール
WO2014032143A1 (pt) Processo de limpeza superficial com ataque isotrópico para lâminas de silício texturadas