專利名稱：用于制備太陽能電池的保護層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式屬于半導(dǎo)體制備領(lǐng)域，特別是太陽能電池制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，光電池(photovoltaic cell)(通常被稱為太陽能電池)是用于 將太陽輻射直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。通常地，在半導(dǎo)體晶片或基材(substmte) 上使用半導(dǎo)體加工技術(shù)來形成位于所述基材表面附近的p-n結(jié)(p-n junction),從而制備太陽能電池。撞擊(impinging)到所述基材表面上的太 陽輻射在所述基材的主體內(nèi)產(chǎn)生電子和空穴對，該電子和空穴對向所述基材 中的p-摻雜(p-doped)區(qū)域和n-摻雜(n-doped)區(qū)域遷移，進而在上述摻 雜區(qū)域之間產(chǎn)生電壓差。將摻雜區(qū)域連接到太陽能電池的金屬觸點上，以使 電流從電池流向該電池所連接的外電路。
通常來說，將太陽能電池的用于吸收輻射的表面紋理化(texture)禾口/ 或涂覆抗反射材料層或涂料來減少對光的反射，從而提高太陽能電池的效 率。這種太陽能電池的制備(特別是在其上形成p-n結(jié)和觸點)涉及大量繁 瑣的加工步驟，包括沉積、摻雜和蝕刻多個不同材料的層。在受控的環(huán)境條 件下，用多種不同的加工工具，以低的變動公差(variationtolerances)進行 或?qū)嵤┻@些加工步驟。
因此，需要一種簡化的制備太陽能電池的方法，該方法減少了必要的獨立步驟的數(shù)目，因此縮短了制備太陽能電池的時間并降低了制備太陽能電池的成本。還希望該方法能完全消除對一種或多種加工工具的需求，而進一步地降低制備太陽能電池的成本。


圖1描述的流程圖反映了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的用來制備太陽能電池的方法中的一系列操作。
圖2A闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的對應(yīng)于圖1的流程圖中的操作102的基材的截面視圖。
圖2B闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的對應(yīng)于圖1的流程圖中的操作104的基材的截面視圖，該基材上形成有抗反射涂料(anti-reflectivecoating, ARC)層。
圖2C闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的對應(yīng)于圖1的流程圖中的操作106的基材的截面視圖，該基材上形成有保護層。
圖2D闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的基材的截面視圖，該基材上形成有掩蔽層(masking layer)。
圖2E闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的基材的截面視圖，該基材上形成有多個接角蟲□ (contact opening)。
圖2F闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的基材的截面視圖，該基材已經(jīng)除去了保護層和掩蔽層。
圖2G闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的基材的截面視圖，在該基材的多個接觸口內(nèi)形成有多個觸點。
具體實施例方式
本文描述了制備太陽能電池的方法。在以下的描述中提出了許多具體細節(jié)(例如具體的尺寸)，以全面地理解本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然知道的是，在這些具體細節(jié)之外也可以實施本發(fā)明。在其他例子中，沒有對公知的加工步驟(例如形成圖案的步驟)進行詳細描述，以防止不必要地使本發(fā)明不清楚。此外，應(yīng)該理解的是，附圖所示的各個實施方式是示例性的說明而非必然地限于該范圍。
本文公開了制備太陽能電池的方法。可以將具有光接收表面的基材置于
處理室(process chamber)中。在一種實施方式中，隨后在所述處理室中在所述基材的所述光接收表面上形成抗反射涂料(ARC)層。最后，不將所述基材從所述處理室中取出，可以接著在所述ARC層上形成保護層(也被稱為蝕刻掩模(mask))。在一種實施方式中，所述保護層含有無定形碳。在另一種實施方式中，所述保護層含有非晶硅。
在ARC層上形成保護層能在制備太陽能電池的各個加工操作過程中對所述ARC層進行防護。例如，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，當太陽能電池基材暴露于氧化物蝕刻緩沖劑(buffered oxide etch， BOE)時，保護層用來保持位于太陽能電池基材上的ARC層的完整性。為了減少制備整個太陽能電池所需的加工步驟的數(shù)目，可以用與所述ARC層相同的加工工具來制備所述保護層。例如，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，首先在處理室中在太陽能電池的基材上形成ARC層。接著，不將所述基材從所述處理室中取出，在所述ARC層上形成保護層。
在太陽能電池的制備過程中可以利用保護層。圖1描述的流程圖100反映了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的制備太陽能電池的方法中的一系列操作。圖2A至圖2G描述的截面視圖反映了根據(jù)本發(fā)明的實施方式制備太陽能電池過程中的操作。
圖2A闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的對應(yīng)于流程圖100中的操作102的基材的截面視圖。參見流程圖100中的操作102以及相應(yīng)的圖2A，將參見圖2A，基材200具有光接收表面202和背面204。在一種實施方式中，將光接收表面202紋理化(如圖2A所示)，以減少太陽輻射采集效率中不希望的反射。在基材200的背面204上形成多個活性區(qū)域(active region)206。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述多個活性區(qū)域206包括交替的N+區(qū)域和P+區(qū)域(如圖2A所示)。在一種實施方式中，基材200含有硅，所述N+區(qū)域含有磷摻雜劑雜質(zhì)原子，且所述P+區(qū)域含有硼摻雜劑雜質(zhì)原子。介電層208位于基材200的背面204之上。在一種實施方式中，介電層208含有的材料例如但不限于氧化硅。
圖2B闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的對應(yīng)于流程圖100中操作104的基材的截面視圖，該基材上形成有抗反射涂料(ARC)層。參見流程圖100中的操作104和相應(yīng)的圖2B，在所述處理室內(nèi)，在基材200的光接收表面202上形成ARC層。
參見圖2B，在基材200的光接收表面202上形成ARC層220，并且所述ARC層220與所述基材200的所述光接收表面202共形(conformal)。在一種實施方式中，ARC層220含有的材料例如但不限于氮化硅、氧化硅或氧化鈦。在一個具體的實施方式中，ARC層220由多層堆疊而成，包括直接與光接收表面202鄰接的氧化硅部分和直接與所述氧化硅部分鄰接的氮化硅部分。如圖2B所示，ARC層220可以通過適于在光接收表面202上配置共形層的任何技術(shù)來形成。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，至少部分的ARC層220由例如但不限于化學(xué)氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、常壓化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積等技術(shù)形成。在一個具體的實施方式中，ARC層220含有通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法沉積的氮化硅，且形成的所述ARC層的厚度約為10-100納米。
圖2C闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的對應(yīng)于流程圖100中的操作106的基材的截面視圖，該基材上形成有保護層。參見流程圖100中的操作
106和相應(yīng)的圖2C，不將基材200從所述處理室中取出，在ARC層220上形成保護層。
參見圖2C，在ARC層220上形成保護層230，且所述保護層230與所述ARC層220共形。保護層230可以含有任意材料，并可以通過適于在ARC層220上提供共形覆蓋的技術(shù)而形成。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，保護層230含有無定形碳。在一種實施方式中，通過使用氣體的氣相沉積來形成保護層230，所述氣體例如但不限于甲垸(CH4)、乙烷(C2H6)、丙垸(C3Hs)、乙烯(C2H4)或丙烯(C3H6)。在一種實施方式中，通過使用由載氣輸送的液烴前驅(qū)體(liquid hydrocarbon precursor)而形成保護層230，所述液烴前驅(qū)體例如但不限于甲苯(C7H8)，所述載氣例如但不限于氬氣(Ar)、氮氣(N2)、氦氣(He)或氫氣(H2)。在一個具體的實施方式中，保護層230含有無定形碳，并且是在低于約50(TC的溫度形成的，且更優(yōu)選是在低于約40(TC的溫度形成的。根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，保護層230含有非晶硅。在一種實施方式中，保護層230是通過使用氣體的氣相沉積而形成的，所述氣體例如但不限于硅烷(SiH4)氣體。所形成的保護層230的厚度適于在ARC層220上提供無針孔的覆蓋，同時足以在隨后的加工步驟中被方便地除去。在一種實施方式中，所形成的保護層230的厚度約為1-30納米。在一個具體的實施方式中，保護層230對BOE具有耐受性。
根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，形成ARC層220之后，在同一處理室中直接形成保護層230。例如，在一種實施方式中，首先在處理室中形成ARC層220，接著，不將基材220從所述處理室中取出，在ARC層220上形成保護層230。因此，在本發(fā)明的一種實施方式中，從制備太陽能電池的整個方案中至少省去了一個完整的加工步驟。在一種實施方式中，由相同的技術(shù)來形成ARC層220和保護層230，所述技術(shù)例如但不限于化學(xué)氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、常壓化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。在一個具
體的實施方式中，ARC層220和保護層230是通過首先在處理室中使至少第一工藝氣體(process gas)和第二工藝氣體流動而在基材200的光接收表面202上形成ARC層220而形成的。然后，不將基材200從所述處理室中取出，使至少所述第一工藝氣體(而不是所述第二工藝氣體)流動以在ARC層220上形成保護層230。在一個具體實施方式
中，ARC層220含有的材料例如不限于氮化硅、氮氧化硅或碳摻雜的氧化硅；保護層230含有非晶硅；所述第一工藝氣體為硅烷(SiH4)且所述第二工藝氣體為氨(NH3)。
形成保護層230之后，可以使位于基材200的背面204的介電層208圖案化，以形成直至多個活性區(qū)域206的多個接觸口。圖2D闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的基材的截面視圖，該基材上形成有掩蔽層。參見圖2D，掩蔽層240位于介電層208上。在一種實施方式中，掩蔽層240的圖案決定了隨后將形成的多個接觸口的位置。在一種實施方式中，掩蔽層240含有的材料例如但不限于有機油墨(organic ink)或有機光致抗蝕劑。
圖2E闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的基材的截面視圖，該基材上形成有多個接觸口。參見圖2E，介電層208上的由掩蔽層240所確定的區(qū)域內(nèi)形成有多個接觸口 250。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，通過使用BOE蝕刻介電層208來形成多個接觸口 250。在一種實施方式中，用BOE來形成多個接觸口 250的過程中，保護層230對ARC層220進行保護。在一個具體的實施方式中，BOE由含有氫氟酸(HF)和氟化銨(NH4F)的水溶液構(gòu)成。在一個具體的實施方式中，HF: NEUF的比值約為1: 4-1: 10，且在約3(TC-4(TC的溫度下，將BOE施用于介電層208，持續(xù)時間約為3-10分鐘。
圖2F闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的基材的截面視圖，該基材已經(jīng)除去了所述保護層和所述掩蔽層。參見圖2F，除去保護層230以重新暴露ARC層220的上表面，而除去掩蔽層240則重新暴露介電層208的上表面。因此，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，僅需要在對介電層208進行圖案化
以形成多個接觸口 250的過程中保留保護層230。在一種實施方式中，在同 一加工步驟中除去保護層230和掩蔽層240。例如，在一個具體的實施方式 中，保護層230含有無定形碳，用液體蝕刻劑(wet etchant)(含有硫酸(H2S04) 和過氧化氫(H202))來除去保護層230，且所述液體蝕刻劑的施用時間為 10-30秒。在另一個具體的實施方式中，保護層230含有非晶硅，用液體蝕 刻劑(含有氫氧化鉀(KOH)和水)來除去保護層230，且所述液體蝕刻劑 的施用時間長到足以完全除去非晶硅保護層，但是又足夠短，從而減少由于 基材200的背面204的暴露部分而發(fā)生的不利的硅損失。在一個具體的實施 方式中，由于基材200的背面204的暴露部分而發(fā)生的硅損失低于約10納 米。
圖2G闡述了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的基材的截面視圖，該基材具 有形成于多個接觸口內(nèi)的多個觸點。參見圖2G，通過在多個接觸口 250內(nèi) 沉積含有金屬的材料而形成多個觸點260。在一種實施方式中，所述含有金 屬的材料由金屬構(gòu)成，所述金屬例如但不限于鋁、銀、鈀或它們的合金。 根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，由此形成了背觸點太陽能電池290 (back side contact solar cell)。
因此，已經(jīng)公開了用來制備太陽能電池的方法。根據(jù)本發(fā)明的一種實施 方式，將具有光接收表面的基材置于處理室中。隨后在所述處理室中，在所 述基材的光接收表面上形成ARC層。最后，不將所述基材從所述處理室中 取出，在所述ARC層上形成保護層。在一種實施方式中，所述保護層含有 無定形碳。在另一種實施方式中，所述保護層含有非晶硅。
與現(xiàn)有的或傳統(tǒng)的電池和方法相比，本發(fā)明的用來制備太陽能電池的方 法的優(yōu)點在于(i)通過省去對用來形成ARC層的保護層的專門的工具的 需求，而極大地節(jié)約了制備太陽能電池的成本，(ii)通過將所述ARC層和
ii保護層的沉積步驟合并而有效地縮短了制備太陽能電池所需的時間，以及 (m)通過在形成ARC層所用的同一個處理室中沉積保護層而實現(xiàn)簡化對 基材的處理，從而提高產(chǎn)量。
權(quán)利要求
1、一種用來制備太陽能電池的方法，該方法包括將具有光接收表面的基材置于處理室內(nèi)；在所述處理室內(nèi)，在所述基材的所述光接收表面上形成抗反射涂料層；且不將所述基材從所述處理室中取出，在所述抗反射涂料層上形成保護層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保護層含有無定形碳。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述保護層通過使用氣體的氣相沉積而形成，所述氣體選自由甲垸、乙院、丙烷、乙烯、丙烯、以及由載氣輸送的液體甲苯所組成的組中，所述載氣選自由氬氣、氮氣、氦氣和氫氣所組成的組中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保護層含有非晶硅。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述保護層由使用硅烷氣體的氣相沉積形成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成的所述保護層的厚度約為1-30納米。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗反射涂料層和所述保護層均通過選自由化學(xué)氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、常壓化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積所組成的組中的技術(shù)而形成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保護層對氧化物蝕刻緩沖劑具有耐受性。
9、 一種用來制備太陽能電池的方法，該方法包括提供具有光接收表面和第二表面的基材，所述第二表面具有多個活性區(qū)域；在處理室中，在所述基材的所述光接收表面上形成抗反射涂料層；且不將所述基材從所述處理室中取出，在所述抗反射涂料層上形成保護層；使用氧化物蝕刻緩沖劑在所述基材的所述第二表面上形成直至所述多個活性區(qū)域的多個接觸口，其中，在形成所述多個接觸口的過程中，所述保護層對所述抗反射涂料層進行保護；除去所述保護層；以及在所述多個接觸口內(nèi)形成多個觸點。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述保護層含有無定形碳。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述保護層通過使用氣體的氣相沉積形成，所述氣體選自由甲烷、乙烷、丙垸、乙烯、丙烯、以及由載氣輸送的液體甲苯所組成的組中，所述載氣選自由氬氣、氮氣、氦氣和氫氣所組成的組中。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述保護層含有非晶硅。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述保護層由使用硅烷氣體的氣相沉積形成。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成的所述保護層的厚度約為1-30納米。
15、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述抗反射涂料層和所述保護層均通過選自由化學(xué)氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、常壓化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積所組成的組中的技術(shù)而形成。
16、 一種用來制備太陽能電池的方法，該方法包括將具有光接收表面的基材置于處理室內(nèi)；在所述處理室內(nèi)，使至少第一工藝氣體和第二工藝氣體流動，以在所述基材的所述光接收表面上形成抗反射涂料層；且不將所述基材從所述處理室中取出，使至少所述第一工藝氣體而不是所述第二工藝氣體在所述處理室內(nèi)流動，以在所述抗反射涂料層上形成保護層。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述保護層含有非晶硅，且其中所述抗反射涂料層含有選自由氮化硅、氮氧化硅和碳摻雜的氧化硅所組成的組中的材料。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第一工藝氣體為硅烷，且所述第二工藝氣體為氨。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，形成的所述保護層的厚度約為1-30納米。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述抗反射涂料層和所述保護層均通過選自由化學(xué)氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、常壓化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積所組成的組中的技術(shù)而形成。
全文摘要
本文描述了用來制備太陽能電池的方法。該方法包括首先將具有光接收表面的基材置于處理室內(nèi)。隨后在所述處理室內(nèi)形成位于所述基材的光接收表面上的抗反射涂料(ARC)層。最后，不將所述基材從所述處理室中取出，在所述ARC層上形成保護層。
文檔編號H01L31/042GK101681944SQ200880015716
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者H·C·盧安, P·卡曾斯 申請人:太陽能公司