具有納米結(jié)構(gòu)化層的太陽能電池及制造和使用方法
【專利摘要】太陽能電池包括基底和形成于基底上的納米結(jié)構(gòu)化層。納米結(jié)構(gòu)化層具有與基底相對(duì)的納米結(jié)構(gòu)化表面。納米結(jié)構(gòu)化表面具有帶有有序波結(jié)構(gòu)圖案的伸長脊?fàn)钤臏?zhǔn)周期性的各向異性陣列，每個(gè)脊?fàn)钤哂胁罱孛娌⑶胰∠蚧旧显诘谝环较颉?br> 【專利說明】具有納米結(jié)構(gòu)化層的太陽能電池及制造和使用方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)是2011年7月6日提交的PCT申請(qǐng)N0.PCT/RU2011/000489的部分繼續(xù)(Continuation-1n-Part),其被通過弓I用結(jié)合到本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及包括基于單晶和多晶硅的電池的太陽能光伏(PV)電池領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及在硅太陽能晶片的表面上形成納米結(jié)構(gòu)化元件(nanostructured element)以減少來自其表面的光反射的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0003]存在對(duì)作為用于能量產(chǎn)生的備選方法的太陽能電池的制造和使用的普遍興趣。圖15A不出一種常規(guī)選擇性發(fā)射極太陽能電池。該太陽能電池包括娃晶片150a,娃晶片150a具有P型導(dǎo)電性的基底(base)區(qū)151a、P+型的擴(kuò)散區(qū)162、η型的低摻雜發(fā)射極層153、覆蓋發(fā)射極層的薄抗反射層154、η+型的高摻雜擴(kuò)散區(qū)163 (選擇性發(fā)射極)、從層154延伸至區(qū)163的接觸部155、具有到P+型的區(qū)162的開口的氧化硅層156以及作為后(rear)接觸部的金屬化層157。晶片150a的表面具有金字塔形紋理(pyramidal texture)以提高光捕獲。金字塔的底座寬度為從幾微米至幾十微米。
[0004]在該布置中，發(fā)射極層153與基底區(qū)151a之間的結(jié)不是平面的，并且具有的結(jié)構(gòu)化金字塔形結(jié)的表面面積是平面結(jié)的表面的1.7倍。較大的結(jié)表面面積導(dǎo)致1.7倍大的太陽能電池飽和電流，因此降低了電池效率。
[0005]在圖15B中示出一種常規(guī)背接觸太陽能電池且具有硅晶片150b，硅晶片150b具有η型導(dǎo)電性的基底區(qū)151b、交錯(cuò)的(interdigitated) p.型區(qū)164和η.型區(qū)165、具有金字塔形紋理表面的η.型的前(front)表面場(chǎng)層166、覆蓋場(chǎng)層166的薄抗反射層154、具有到區(qū)164和165的開口的氧化硅層156以及連接到區(qū)164和165的接觸部176。在該布置中，前表面場(chǎng)層166與基底區(qū)151b之間的結(jié)不是平面的且具有的結(jié)構(gòu)化金字塔形結(jié)的表面面積是平面結(jié)表面的1.7倍。較大的結(jié)表面面積導(dǎo)致1.7倍大的太陽能電池飽和電流，因此降低了電池效率。
[0006]圖15C示出一種包括硅晶片150c的常規(guī)雙面太陽能電池的示例，硅晶片150c具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)151c、p+型的擴(kuò)散層142(背表面場(chǎng)層)、具有金字塔紋理表面的n+型的發(fā)射極層153a、覆蓋發(fā)射極層153a的薄抗反射層154、通過抗反射層154到發(fā)射極153a的前接觸部155以及通過抗反射層154到背表面場(chǎng)層142的底接觸部155。在該布置中，發(fā)射極層153a與基底區(qū)151c之間的結(jié)不是平面的且具有的結(jié)構(gòu)化金字塔形結(jié)的表面面積是平面結(jié)的表面的1.7倍。較大的結(jié)表面面積導(dǎo)致1.7倍大的太陽能電池飽和電流，因此降低了電池效率。
[0007]圖MD示出包括硅晶片150d的一種常規(guī)對(duì)稱雙面太陽能電池的示例，硅晶片150d具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)151d、具有金字塔紋理表面的P+型的擴(kuò)散層142a (背表面場(chǎng)層)、覆蓋擴(kuò)散層的薄抗反射層154、具有金字塔紋理表面的n+型的發(fā)射極層153a、覆蓋發(fā)射極層的薄抗反射層154、通過抗反射層154到發(fā)射極153a的前接觸部155以及通過抗反射層154到背表面場(chǎng)層142a的底接觸部155。在該布置中，發(fā)射極層153a與基底區(qū)151d之間的結(jié)以及背表面場(chǎng)層142a與基底區(qū)151d之間的結(jié)均不是平面的，且具有的結(jié)構(gòu)化金字塔形結(jié)的表面面積是平面結(jié)的表面的1.7倍。較大的結(jié)表面面積導(dǎo)致3.4倍大的太陽能電池飽和電流，因此降低了電池效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一個(gè)實(shí)施例是包括基底和形成于該基底上的納米結(jié)構(gòu)化層的太陽能電池。納米結(jié)構(gòu)化層具有與基底相對(duì)的納米結(jié)構(gòu)化表面。納米結(jié)構(gòu)化表面具有帶有有序波(wave-ordered)結(jié)構(gòu)圖案的伸長(elongated)脊?fàn)?ridge)元件的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列，每個(gè)脊?fàn)钤哂胁罱孛媲胰∠驗(yàn)榛旧显诘谝环较颉?br> [0009]另一實(shí)施例是包括硅基底區(qū)和設(shè)置在該硅基底區(qū)上的摻雜層的半導(dǎo)體器件。摻雜層包括用第一導(dǎo)電性類型的第一摻雜劑摻雜的硅。摻雜層具有與基底相對(duì)的納米結(jié)構(gòu)化表面。納米結(jié)構(gòu)化表面具有帶有有序波結(jié)構(gòu)圖案的伸長脊?fàn)钤臏?zhǔn)周期性的各向異性陣列，每個(gè)脊?fàn)钤哂胁罱孛媲胰∠驗(yàn)榛旧显诘谝环较颉?br> [0010]又一實(shí)施例是制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括用傾斜的(Oblique)氮離子束來照射晶片的表面以形成納米掩模(nanomask)。納米掩模具有帶有有序波結(jié)構(gòu)圖案和波狀截面的伸長元件的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列，其中波峰(wave crest)基本上垂直于氮離子的入射平面。該方法還包括蝕刻具有納米掩模的晶片的表面以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于納米掩模的納米結(jié)構(gòu)化表面；以及在晶片中形成摻雜層，摻雜層包括納米結(jié)構(gòu)化表面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]參考以下附圖來描述本發(fā)明的非限制性且非窮舉性實(shí)施例。在圖中，類似的附圖標(biāo)記貫穿各圖指代類似的部分，除非另外指定。
[0012]為了更好地理解本發(fā)明，將對(duì)以下要與附圖相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行閱讀的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行參考，在附圖中:
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的使用具有能量E= 5 keV的N2+離子束以與表面法線成轟擊(bombardment)角Θ =53°在娃表面上形成的具有70 nm的周期的納米掩模(nanomask)的掃描電子顯微鏡(SEM)頂視圖；
圖1B是根據(jù)本發(fā)明的納米掩模的伸長元件及其截面的透視圖；
圖1C是根據(jù)本發(fā)明的納米掩模的伸長元件、其截面以及沿著元件的縱向剖面的透視
圖；
圖1D是根據(jù)本發(fā)明的使用E = 4 keV、Θ = 59°的N2+離子束在硅表面上形成的具有54 nm的周期的納米掩模的SEM頂視圖；
圖1E是根據(jù)本發(fā)明的使用E = 6 keV、Θ = 63°的N2+離子束在硅表面上形成的具有54 nm的周期的納米掩模的SEM頂視圖；
圖1F是根據(jù)本發(fā)明的使用E = 2 keV、Θ = 63°的N2+離子束在硅表面上形成的具有62 nm的周期的納米掩模的SHM頂視圖； 圖1G是根據(jù)本發(fā)明的納米掩模的伸長元件及其截面的透視圖；
圖1H是根據(jù)本發(fā)明的使用E = 2 keV、Θ = 43°的N2+離子束在硅表面上形成的具有46 nm的周期的納米掩模的SEM頂視圖；
圖1I是根據(jù)本發(fā)明的納米掩模的伸長元件及其截面的透視圖；
圖2A至2B是根據(jù)本發(fā)明的在RIE工藝和后續(xù)濕法蝕刻期間的在到具有鋸齒截面的硅納米脊(nanoridge)的準(zhǔn)周期性陣列的連續(xù)轉(zhuǎn)變過程中呈現(xiàn)的納米掩模的截面圖；
圖3A至3B是根據(jù)本發(fā)明的硅納米脊的可能截面的視圖；
圖3C是硅納米脊的不可接受的截面的視圖；
圖4A至4D是根據(jù)本發(fā)明的具有鋸齒截面的分別具有85、53、36和30 nm的不同周期的硅納米脊的準(zhǔn)周期性陣列的SEM頂視圖；
圖5A至5B是根據(jù)本發(fā)明的分別具有85和53 nm的周期的硅納米脊的準(zhǔn)周期性陣列在82°角下的SEM截面圖；
圖6A至6B是根據(jù)本發(fā)明的具有納米結(jié)構(gòu)化表面的單晶硅太陽能晶片的裂紋(cleavage)分別在82。角下的SEM頂視圖和SEM截面圖；
圖6C至6D是根據(jù)本發(fā)明的具有納米結(jié)構(gòu)化表面的多晶硅太陽能晶片的裂紋的分別在82°角下的SEM頂視圖和SEM截面圖；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的具有85 nm的周期的硅納米脊的準(zhǔn)周期性陣列在60°角下的透視圖，其中硅納米脊具有用影線突出顯示的鋸齒截面；
圖8A至SB是根據(jù)本發(fā)明的硅中的納米掩模周期λ和納米掩模形成深度Df關(guān)于從硅表面法線測(cè)量的離子入射角Θ的圖；
圖9Α至9Β是根據(jù)本發(fā)明的分別使用低和高放大倍率的波狀納米掩模的SEM頂視圖，其中該波狀納米掩模通過使用E = 5 keV、Θ =53°的N2+離子束形成且其覆蓋單晶硅太陽能晶片的約100%的表面；
圖1OA至IOB是根據(jù)本發(fā)明的分別使用低和高放大倍率的波狀納米掩模的SEM頂視圖，其中該波狀納米掩模通過使用E = 5 keV、0 =53°的N2+離子束形成且其覆蓋單晶硅太陽能晶片的超過90%的表面；
圖1lA至IlD是根據(jù)本發(fā)明的由E = 5 keV、Θ =53°的N2+離子形成的波狀納米掩模的SEM頂視圖；
圖1lE和IlF根據(jù)本發(fā)明的由E = 2 keV、Θ = 53°的N2+離子形成的波狀納米掩模的SEM頂視圖；
圖12A至12B是根據(jù)本發(fā)明的單硅和多硅的太陽能晶片的分別在82°角下的SEM截面
圖；
圖13A至13B是根據(jù)本發(fā)明的照射移動(dòng)硅太陽能晶片的線性離子束的透視圖；
圖14A是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的一個(gè)實(shí)施例的示意性截面圖；
圖14B是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的第二實(shí)施例的示意性截面圖；
圖14C是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的第三實(shí)施例的示意性截面圖；
圖14D是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的第四實(shí)施例的示意性截面圖；
圖14E是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的第五實(shí)施例的示意性截面圖；
圖14F是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的第六實(shí)施例的示意性截面圖； 圖14G是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的第七實(shí)施例的示意性截面圖；
圖14H是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的第八實(shí)施例的示意性截面圖；
圖141是具有實(shí)現(xiàn)多激子產(chǎn)生(MEG)的尖銳頂部的納米脊的截面圖；以及 圖15A至I?是數(shù)種常規(guī)太陽能電池的示意性截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明涉及用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及包括基于單晶和多晶硅的電池的太陽能光伏(PV)電池領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及在硅太陽能晶片的表面上形成納米結(jié)構(gòu)化元件以減少來自其表面的光反射的技術(shù)。
[0014]例如，太陽能電池包括具有在層的表面上形成的納米結(jié)構(gòu)化元件的硅晶片?？墒褂迷谟玫x子束照射硅晶片表面期間自動(dòng)形成的波狀氮化硅納米掩模來形成納米結(jié)構(gòu)化元件。在蝕刻之后，諸如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，納米掩模轉(zhuǎn)變成在硅表面上具有基本上相等高度的納米脊的致密準(zhǔn)周期性的各向異性陣列。
[0015]圖14A示出包括硅晶片140a的選擇性發(fā)射極太陽能電池的一個(gè)實(shí)施例，硅晶片140a具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)141a、p+型的擴(kuò)散區(qū)162、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的η型低摻雜發(fā)射極層143、覆蓋發(fā)射極層143的薄鈍化層144、延伸通過層144至η+型高摻雜擴(kuò)散區(qū)163a (選擇性發(fā)射極)的接觸部145、具有到區(qū)162的開口的氧化硅層156以及作為后接觸部的金屬化層157。
[0016]該太陽能電池相比于諸如圖15A中所示的常規(guī)選擇性發(fā)射極太陽能電池的一個(gè)區(qū)別特征在于，發(fā)射極層143的底部是平坦(flat)的，而圖15A的太陽能電池的發(fā)射極并不是平坦的且遵循晶片的金字塔形表面紋理。本文所述太陽能電池的這一特征至少部分地由于納米脊24與以下所述p-n結(jié)深度和p-n結(jié)形成方法相比具有非常小的尺寸。平坦發(fā)射極具有更小的表面面積，這可提供使太陽能電池具有較低飽和電流的優(yōu)點(diǎn)，從而導(dǎo)致更高的轉(zhuǎn)換效率。與諸如圖15A的太陽能電池的非平面結(jié)相比，平面p-n結(jié)能夠?qū)е赂叩霓D(zhuǎn)換效率。
[0017]另外，在具有納米結(jié)構(gòu)化表面的太陽能電池中可不需要抗反射涂層，因?yàn)樵摷{米結(jié)構(gòu)化表面能夠具有非常低的反射。可使用比如氧化硅、氧化鋁(Al2O3)或氫化氮化硅(SiN)等來形成鈍化層144。
[0018]在圖14B中示出背接觸太陽能電池的實(shí)施例，其具有硅晶片140b，硅晶片140b具有η型導(dǎo)電性的基底區(qū)141b、交錯(cuò)的P+型區(qū)164和n+型區(qū)165、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的n+型前表面場(chǎng)層166a、覆蓋該前表面場(chǎng)層的薄鈍化層144、具有到區(qū)164和165的開口的氧化硅層156以及連接到區(qū)164和165的接觸部176。在該實(shí)施例中，前表面場(chǎng)層166a和基底區(qū)141b之間的結(jié)是平面的，具有比圖15B中所示的結(jié)構(gòu)化金字塔形結(jié)更小的表面面積，這可減小太陽能電池飽和電流，從而導(dǎo)致更高的電池效率。
[0019]在圖14C中不出雙面太陽能電池的實(shí)施例,其具有娃晶片140c,娃晶片140c具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)141c、P+型的擴(kuò)散層142 (背表面場(chǎng)層)、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的n+型發(fā)射極層143a、覆蓋該發(fā)射極層的薄鈍化層144、延伸通過層144至發(fā)射極層143a的前金屬接觸部145以及延伸通過抗反射層154至背表面場(chǎng)層142的后金屬接觸部155。在該實(shí)施例中，發(fā)射極層143a與基底區(qū)141c之間的結(jié)是平面的，具有比圖15C中所示的結(jié)構(gòu)化金字塔形結(jié)更小的表面面積，這可減小太陽能電池飽和電流，從而導(dǎo)致更高的電池效率。
[0020]在圖14D中示出雙面太陽能電池的另一實(shí)施例，其具有硅晶片140d，硅晶片140d具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)141d、p+型的擴(kuò)散層142 (背表面場(chǎng)層)、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的η+型發(fā)射極層143a、覆蓋該發(fā)射極層的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄層171以及連接到前TCO層171和背TCO層172的金屬接觸部173。使用80 nm厚的In2O3層作為TCO在Czochralski型單晶娃晶片上制造的此太陽能電池(2X2 cm2)的原型(prototype)已證明了 18.6%的轉(zhuǎn)換效率。
[0021]在圖14E中示出對(duì)稱雙面太陽能電池的實(shí)施例，其具有硅晶片140e，硅晶片140e具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)141e、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的P+型擴(kuò)散層142a(背表面場(chǎng)層)、覆蓋該擴(kuò)散層的薄鈍化層144、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的被薄鈍化層144覆蓋的n+型發(fā)射極層143a、延伸通過層144至發(fā)射極層143a的前金屬接觸部145以及延伸通過層144至背表面場(chǎng)層142a的背金屬接觸部145。在該實(shí)施例中，發(fā)射極層143a與基底區(qū)141e之間的結(jié)以及背表面場(chǎng)層142a與基底區(qū)141e之間結(jié)均是平面的，具有比圖15D中所示的結(jié)構(gòu)化金字塔形結(jié)更小的表面面積，這可減小太陽能電池飽和電流，從而導(dǎo)致更高的電池效率。在前和背晶片表面上的納米脊可具有平行、垂直或成角度的相對(duì)取向以優(yōu)化光捕獲。
[0022]在圖14F中不出對(duì)稱雙面太陽能電池的另一實(shí)施例，其具有娃晶片140f,娃晶片140f具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)141f、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的P+型的擴(kuò)散層142a (背表面場(chǎng)層)、覆蓋該擴(kuò)散層的薄TCO層171、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的被薄TCO層171覆蓋的n+型發(fā)射極層143a以及到TCO層的前和背金屬接觸部173。在該實(shí)施例中，發(fā)射極層143a與基底區(qū)141f之間的結(jié)以及背表面場(chǎng)層142a與基底區(qū)141f之間的結(jié)均是平面的，具有比圖15D中所示的結(jié)構(gòu)化金字塔形結(jié)更小的表面面積，這可減小太陽能電池飽和電流，從而導(dǎo)致更高的電池效率。在前和背晶片表面上的納米脊可具有平行、垂直或成角度的相對(duì)取向以優(yōu)化光捕獲。
[0023]在圖14G中不出太陽能電池的另一實(shí)施例，其具有娃晶片140g,娃晶片140g具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)141g、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的被薄TCO層171覆蓋的n+型或η型超淺發(fā)射極層143b、到TCO層的前金屬接觸部173、p+型的擴(kuò)散區(qū)162、具有到區(qū)162的開口的氧化硅層156以及作為后接觸部的金屬化層157。在該實(shí)施例中，可例如通過摻雜硅的外延生長來獲得具有約10 nm或更小厚度的超淺發(fā)射極層143b。納米脊24的頂部能夠被例如被用作TCO的氧化銦錫層(ITO)緊緊包封(envelop)，以在納米脊的頂部處有效捕獲由光產(chǎn)生的載流子。雖然不希望局限于任何特定理論，但可信的是，本文所述的太陽能電池布置可導(dǎo)致多激子產(chǎn)生(MEG)。MEG指的是由單個(gè)光子產(chǎn)生多個(gè)激子(例如，電子空穴對(duì))。為了促進(jìn)MEG，納米峰(nanopeak) 26或納米脊24的頂部優(yōu)選地具有足夠的銳度以在發(fā)射極層中提供量子限制效應(yīng)。作為示例，其曲率半徑R不超過5 nm(如圖141中所示)以提供不超過10 nm的峰附近的脊寬度，這對(duì)于室溫下硅中的量子限制效應(yīng)而言足夠了。
[0024]在圖14H中不出太陽能電池的另一實(shí)施例，其具有娃晶片140h,娃晶片140h具有P型導(dǎo)電性的基底區(qū)141h、具有帶有納米脊24的納米結(jié)構(gòu)化表面的被薄TCO層171覆蓋的n+型或η型超淺發(fā)射極層143b、在基底區(qū)141h與發(fā)射極層143b之間的本征硅層143c、到TCO層的前金屬接觸部173、P+型的擴(kuò)散區(qū)162、具有到區(qū)162的開口的氧化硅層156以及作為后接觸部的金屬化層157。在該實(shí)施例中，能夠例如通過在基底區(qū)的納米結(jié)構(gòu)化表面上的未摻雜和摻雜硅的連續(xù)外延生長來獲得具有約10 nm或更小厚度的超淺發(fā)射極層143b和本征層143c兩者。納米脊24的頂部能夠被例如被用作TCO的氧化銦錫層(ITO)緊緊包封，以在納米脊的頂部處有效捕獲由光產(chǎn)生的載流子。為了促進(jìn)MEG，納米峰26或納米脊24的頂部優(yōu)選地具有足夠的銳度以在發(fā)射極層中提供量子限制效應(yīng)。作為示例，其曲率半徑R可不超過5 nm (如圖141中所示)以提供不超過10 nm的峰附近的脊寬度，這對(duì)于室溫下的硅中的量子限制效應(yīng)而言足夠了。
[0025]諸如圖14D、14F、14G和14H中所示的那些(具有包封納米脊24的頂部的TCO層)之類的太陽能電池中的由于納米脊頂部的小尺寸(例如，不超過10 nm的尺寸)而引起的在納米脊的頂部處的量子限制效應(yīng)可導(dǎo)致MEG的顯現(xiàn)，由此增加對(duì)太陽能電池的效率的貢獻(xiàn)。作為納米脊24的替代，可使用納米峰26來產(chǎn)生MEG效應(yīng)。該MEG效應(yīng)能夠?qū)⑻柲茈姵匦试黾舆_(dá)10%或更多。
[0026]圖14A-14F的實(shí)施例是太陽能電池的示例。將理解的是，能夠?qū)⑵渌愋偷奶柲茈姵嘏渲眯薷某砂{米結(jié)構(gòu)化表面。還將理解的是，其他半導(dǎo)體器件也能夠形成有納米結(jié)構(gòu)化表面。還將理解的是，能夠通過用η型區(qū)來替換P型區(qū)而修改上述實(shí)施例，并且反之亦然。還將理解的是，能夠使具有(100)或(111)或任何其他取向的單晶硅晶片的表面以及多晶硅晶片的表面納米結(jié)構(gòu)化。使用η型和P型摻雜劑來摻雜硅晶片而形成P型、η型、P+型和η+型區(qū)的方法以及形成鈍化層、接觸部、透明導(dǎo)電氧化層、氧化硅層等的方法通常是公知的，并且能夠?qū)⑷魏芜m當(dāng)?shù)姆椒ㄓ糜谛纬蛇@些結(jié)構(gòu)。
[0027]在美國專利N0.7，768，018和美國專利申請(qǐng)公開N0.2008/0119034中描述了在硅晶片上形成納米掩模的方法，其都通過引用被結(jié)合到本文中。在美國專利N0.7，604，690中描述了基于有序波結(jié)構(gòu)圖案的超薄薄膜，其通過引用被結(jié)合到本文中。在至少一些實(shí)施例中，通過用氮離子束來照射硅太陽能晶片的表面以形成波狀氮化硅納米掩模，并且然后蝕刻(例如，濕法蝕刻或反應(yīng)離子蝕刻)以產(chǎn)生硅晶片的具有納米脊或納米峰的致密準(zhǔn)周期性陣列形式的納米結(jié)構(gòu)化表面。能夠?qū)⒃摷{米掩模用于從晶片制造具有納米結(jié)構(gòu)化表面的光伏太陽能電池。在至少一些實(shí)施例中，陣列的平均周期在從20至150 nm (或20至180nm或20至200 nm)的范圍內(nèi)可控地改變以增加太陽能電池的性能。該工藝是可靠地可再現(xiàn)的，并且形成均勻波狀氮化硅納米掩模以及硅晶片的表面上的納米結(jié)構(gòu)。
[0028]在至少一些實(shí)施例中，硬納米掩模(hard nanomask)包括作為具有有序波結(jié)構(gòu)圖案和波狀截面的伸長元件的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列的多個(gè)元件。元件中的至少一些具有如下的截面結(jié)構(gòu):娃的內(nèi)區(qū)(inner region)以及覆蓋內(nèi)區(qū)的第一部分且通過氮離子束由娃形成的氮化娃的第一外區(qū)(outer region)。在至少一些實(shí)施例中，第一外區(qū)形成網(wǎng)狀或島狀結(jié)構(gòu)或其任何組合。在至少一些實(shí)施例中，陣列的平均周期在從20至150 nm (或20至180 nm或20至200 nm)的范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，硅是太陽能電池級(jí)單晶或多晶硅。
[0029]在至少一些實(shí)施例中，該納米掩模還在截面中包括通過使用氮離子束進(jìn)行照射而由硅形成氮化硅的第二外區(qū)，該第二外區(qū)覆蓋內(nèi)區(qū)的第二部分且在波峰處與第一外區(qū)相連接，其中，第一外區(qū)基本上厚于第二外區(qū)。在至少一些實(shí)施例中，在截面中，第二外區(qū)的厚度在中間是最小的，并且從中間朝著其邊界增加。
[0030]在至少一些實(shí)施例中，對(duì)于具有相對(duì)分?jǐn)?shù)分別為X和(1-x)的N+離子和N2+離子的氮離子束而言，納米掩模平均周期、納米掩模形成深度以及用以形成納米掩模的離子劑量是對(duì)于N2+離子束的那些的(1+x)倍。在至少一些實(shí)施例中，用于N2+離子束的離子劑量在1X1017-5X1017 cm_2范圍內(nèi)，并且第一外區(qū)的最大厚度由以下公式確定:T = 2(1 + x)E，其中，T是以nm為單位的厚度且E是以keV為單位的離子束能量。
[0031]在至少一些實(shí)施例中，第一外區(qū)的厚度沿著元件準(zhǔn)周期性地改變。在至少一些實(shí)施例中，第一外區(qū)的厚度沿著元件的周期性變化對(duì)于從20至150 nm(或20至180 nm或者20至200 nm)范圍內(nèi)的平均陣列周期的相應(yīng)變化而言是在最大厚度的從50%至10%范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，第一外區(qū)的厚度變化的周期大于或等于平均陣列周期。
[0032]在至少一些實(shí)施例中，通過使用傾斜的氮離子束照射硅表面直至形成硬納米掩模來形成納米掩模，納米掩模元件基本上垂直于離子流在硅表面上的投影。
[0033]用于光伏太陽能電池的硅晶片能夠形成為具有:晶片的至少一個(gè)表面，其包括納米結(jié)構(gòu)，該納米結(jié)構(gòu)具有作為具有有序波結(jié)構(gòu)圖案和波狀截面的硅納米脊的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列而分布的多個(gè)納米脊，該多個(gè)納米脊具有基本上相同的高度并且由硬納米掩模形成。波狀截面的一個(gè)示例是具有尖銳頂部和底部的鋸齒截面，雖然應(yīng)理解的是能夠形成其他波狀截面。納米掩模包括多個(gè)元件，其形成具有有序波結(jié)構(gòu)圖案和波狀截面的伸長元件的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列。伸長元件中的至少一些的具有如下截面結(jié)構(gòu):硅的內(nèi)區(qū)，以及覆蓋內(nèi)區(qū)的第一部分且通過氮離子束由硅形成的氮化硅的第一外區(qū)。
[0034]在至少一些實(shí)施例中，納米脊形成網(wǎng)狀或島狀結(jié)構(gòu)或其任何組合。在至少一些實(shí)施例中，納米脊陣列的平均周期在從20至150 nm (或20至180 nm或20至200 nm)的范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，平均納米脊高度與平均陣列周期比在2至3范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，晶片由單晶硅或多晶硅制成。
[0035]用于光伏太陽能電池的硅晶片能夠形成為具有納米結(jié)構(gòu)化表面，該納米結(jié)構(gòu)化表面包括被布置為準(zhǔn)周期性行且由硬納米掩模形成的基本上相等高度的多個(gè)硅納米峰。納米掩模包括在具有有序波結(jié)構(gòu)圖案和波狀截面的伸長元件的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列中的多個(gè)元件，元件中的至少一些具有如下的截面結(jié)構(gòu):硅的內(nèi)區(qū)，以及覆蓋內(nèi)區(qū)的第一部分且通過氮離子束由硅形成的氮化硅的第一外區(qū)，其中，第一外區(qū)的厚度沿著元件準(zhǔn)周期性地改變。
[0036]在至少一些實(shí)施例中，陣列的平均周期在從20至150 nm (或20至180 nm或20至200 nm)的范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，納米峰高度與準(zhǔn)周期性行周期的比在從2至3范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，晶片由單晶硅或多晶硅制成。
[0037]在至少一些實(shí)施例中，光伏太陽能電池包括用于到晶片的納米結(jié)構(gòu)化表面的電接觸的透明導(dǎo)體層。在至少一些實(shí)施例中，透明導(dǎo)體由透明導(dǎo)電氧化物制成，諸如氧化鋅、氧化錫、氧化銦或氧化銦錫或其任何組合。在至少一些實(shí)施例中，光伏太陽能電池包括具有納米結(jié)構(gòu)化表面的晶片、在納米結(jié)構(gòu)化表面上用于到納米結(jié)構(gòu)化表面的電接觸的透明導(dǎo)體層以及在該透明導(dǎo)體層的表面上的金屬線網(wǎng)格，該線基本上垂直于納米脊定位。
[0038]在至少一些實(shí)施例中，光伏模塊包括具有晶片的光伏太陽能電池，該晶片具有納米結(jié)構(gòu)化表面。該模塊能夠相對(duì)于水平線的東和西點(diǎn)定位，使得納米脊主要沿著東西線定位。
[0039]用于使得用于光伏太陽能電池的硅晶片的表面納米結(jié)構(gòu)化的方法包括用傾斜的氮離子束來照射晶片的表面，直至形成硬納米掩模。納米掩模包括具有有序波結(jié)構(gòu)圖案和波狀截面的伸長元件的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列。元件中的至少一些具有如下截面結(jié)構(gòu):硅的內(nèi)區(qū)，以及覆蓋內(nèi)區(qū)的第一部分且通過氮離子束由硅形成的氮化硅的第一外區(qū)。該方法還包括蝕刻納米掩模和硅直至在晶片表面上形成納米結(jié)構(gòu)。
[0040]在至少一些實(shí)施例中，硬納米掩模的伸長元件定位成基本上垂直于離子流在晶片表面上的投影。在至少一些實(shí)施例中，離子能量在0.5-8 keV范圍內(nèi)。
[0041]在至少一些實(shí)施例中，在照射期間，晶片在晶片表面平面中沿第一方向(即垂直于離子流在晶片表面上的投影)移動(dòng)，其中速度由以下公式來確定:v = JXL/D，其中，V是速度，單位是cm/s ;J是晶片表面平面中的離子流密度，單位是cnT^s—1 ;L是在運(yùn)動(dòng)方向上處于晶片表面平面中的具有最大強(qiáng)度的一半的離子束的寬度，單位是cm ;而D是用于納米掩模形成的離子劑量，單位是cnT2。在至少一些實(shí)施例中，晶片垂直于第一方向移動(dòng)。在至少一些實(shí)施例中，由平行于晶片平面的表面伸長的線性離子源來形成離子束。在至少一些實(shí)施例中，線性離子束的強(qiáng)度在晶片運(yùn)動(dòng)的方向上是不均勻的。在至少一些實(shí)施例中，在照射之前，通過使用拋光溶液的濕法去除法從晶片表面去除損傷層(例如由于用來切割晶片的鋸而引起的)。
[0042]在至少一些實(shí)施例中，通過使用濕法、干法或離子束法或其任何組合來執(zhí)行與納米掩模和納米脊陣列兩者的形成都相關(guān)聯(lián)的蝕刻。在至少一些實(shí)施例中，通過如下步驟來執(zhí)行蝕刻:使用等離子體來進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻，隨后用濕法蝕刻去除被等離子體損傷的硅層。在至少一些實(shí)施例中，通過來自晶片表面的反射光的強(qiáng)度來監(jiān)視和控制蝕刻持續(xù)時(shí)間。
[0043]在至少一些實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)包括作為帶有有序波結(jié)構(gòu)圖案和鋸齒截面的具有基本上相等高度的硅納米脊的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列的多個(gè)納米脊。在至少一些實(shí)施例中，納米脊形成網(wǎng)狀或島狀結(jié)構(gòu)或其任何組合。在至少一些實(shí)施例中，納米脊陣列的平均周期在從20至150 nm (或20至180 nm或20至200 nm)的范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，納米脊高度與納米脊陣列的平均周期的比在從2至3范圍內(nèi)。
[0044]在至少一些實(shí)施例中，在截面中，納米掩模還包括氮化硅的第二外區(qū)，該第二外區(qū)通過氮離子束由硅形成，覆蓋內(nèi)區(qū)的第二部分，并在波峰處與第一外區(qū)相連接，其中，第一外區(qū)基本上厚于第二外區(qū)。在至少一些實(shí)施例中，在截面中，第二外區(qū)的厚度在中間是最小的，并且從中間朝著其邊界增加。在至少一些實(shí)施例中，第一外區(qū)的厚度沿著元件準(zhǔn)周期性地改變。在至少一些實(shí)施例中，第一外區(qū)的厚度沿著元件的周期性變化對(duì)于從20至150 nm(或20至180 nm或者20至200 nm)范圍內(nèi)的元件陣列周期的相應(yīng)變化而言是在最大厚度的從50%至10%范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，第一外區(qū)的厚度變化的周期大于或等于平均陣列周期。
[0045]在至少一些實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)包括被布置為準(zhǔn)周期性行且由硬納米掩模形成的具有基本上相等高度的多個(gè)硅納米峰。在至少一些實(shí)施例中，各行之間的平均周期在從20至150 nm (或20至180 nm或20至200 nm)的范圍內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，納米峰高度與各行之間的平均周期的比在從2至3范圍內(nèi)。
[0046]圖1A示出自動(dòng)形成有序波結(jié)構(gòu)(WOS)的頂視圖的具有增強(qiáng)對(duì)比度(沒有半色調(diào)(halftone))的SEM圖像。WOS是具有平均周期為3 (波長λ = 70 nm)的波狀納米掩模I。SEM圖像的寬度等于3 μ m。白條紋10和黑條紋20是WOS的波的相反斜度(slope)。
[0047]圖1B示出在硅2的表面上的XZ平面中具有波的截面的WOS的透視、截面圖。波斜度10和20的位置及其取向與在圖1A中相同(其對(duì)應(yīng)于XY平面)。波峰平均起來平行于Y軸，即波的陣列是各向異性的。截面中的單個(gè)波(納米掩模元件)具有包括第一部分100和第二部分200的硅的內(nèi)區(qū)。該波還具有氮化硅的外區(qū)，該外區(qū)包括具有注入氮原子的低含量的第一部分10和第二部分20。區(qū)10和20通過使用氮離子束的照射而由硅形成。在至少一些實(shí)施例中，該離子束在納米掩模形成期間在真空中具有從0.5至8 keV范圍內(nèi)的能量。區(qū)10和20在波峰或峰處被相互連接。納米掩模I的波的斜度優(yōu)選地相對(duì)于XY平面對(duì)稱地傾斜。在一些實(shí)施例中，該斜度是約30°的角。
[0048]如在圖1A中看到的，納米掩模I的波具有中斷(break)、彎曲以及支路，即相互之間的連接。通常，波沿著Y軸是伸長的，并且這些伸長元件具有在例如?ολ到30λ范圍內(nèi)的長度。同時(shí)，存在具有更多或更少伸長度的元件以及具有小于λ的尺寸的亞波長點(diǎn)狀元件。通常，波的陣列是準(zhǔn)周期性的，波的圖案是均勻的，并且人們能夠在相同的形成條件下以波的相同平均周期和相同平均伸長度來再現(xiàn)這些陣列。在至少一些實(shí)施例中，周期選自從20至150 nm或20至180 nm或20至200 nm的范圍。波狀納米掩模的區(qū)別特征在于其圖案不包含具有元件的相同相對(duì)位置的陣列的重復(fù)部分，其是由于納米掩模的自動(dòng)形成性質(zhì)而引起的。
[0049]圖1A中的納米掩模I的拓?fù)涞奶匦蕴卣魇且恍┰膮^(qū)10被相互連接，并且一些元件的區(qū)20也被相互連接，以形成分叉結(jié)構(gòu)或網(wǎng)孔(mesh)。同時(shí)，存在兩個(gè)分離區(qū)10和分離區(qū)20。
[0050]圖1C示出沿著Y軸、即沿著垂直于區(qū)10的表面的平面中的波的在其中心上的區(qū)10的截面的一個(gè)實(shí)施例。在至少一些實(shí)施例中，區(qū)10的厚度沿著波以周期6從其最薄部分4向最厚部分5改變。在至少一些實(shí)施例中，由以下公式來確定用于具有分別以X和(1-x)的相對(duì)分?jǐn)?shù)的N+離子和N2+離子的氮離子束的區(qū)10的最大厚度:T = 2(1 + x)E，其中，T是厚度，單位是nm ；E是離子束能量，單位是keV。對(duì)于原子氮離子N+而言，第一外區(qū)的最大厚度是用于分子離子N2+的最大厚度的兩倍。用于離子N+的納米掩模周期及其形成深度也是用于離子N2+的那些的兩倍。具有能量E/2的N+離子束和具有能量E的N2+離子束在相同形成深度處形成具有第一外區(qū)的相同厚度和相同平均周期的納米掩模。因此，對(duì)于n+/n2+離子束而言，納米掩模的平均周期(λ )、其第一外區(qū)的厚度(Τ)、具有低波振幅的其形成深度(Dm)、具有生長(飽和)波振幅的其形成深度(Df)以及用于離子濺射的相應(yīng)深度的離子劑量是用于純N2+離子束的那些值的(1+x)倍。在至少一些實(shí)施例中，由在離子劑量范圍5 X 1O16-5 X 1O17 cm—2內(nèi)的N2+離子束來形成納米掩模。對(duì)于N2+離子束優(yōu)選的是，可使用劑量范圍1XlO16- 5 X1O17 cm_2。給定規(guī)則性是使用具有混合束的工業(yè)離子源在太陽能硅晶片上形成納米掩模所必需的。
[0051]區(qū)10的沿著波的厚度可發(fā)生周期性變化，并且針對(duì)陣列的平均周期3的相應(yīng)變化，此類變化可在例如其最大厚度的50%至10%范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，平均陣列周期在從20至150 nm (或20至180 nm或20至200 nm)的范圍內(nèi)。例如，平均周期3越長，則區(qū)10的厚度的相對(duì)變化越小。當(dāng)納米掩模周期減 小時(shí)，第一外區(qū)的沿著陣列元件的厚度的相對(duì)周期性變化增加:當(dāng)陣列周期在從150至20 nm (或180至20 nm或者200至20 nm)范圍內(nèi)減小時(shí)，第一外區(qū)的沿著元件的厚度的周期性變化為從其最大厚度的10%至50%。在至少一些實(shí)施例中，增加陣列的平均周期3成比例地增加區(qū)10的厚度。區(qū)10的厚度變化的平均周期6能夠等于或大于陣列的平均周期3。邊界21和22處的XZ剖面中的區(qū)10可具有喙?fàn)钚螤?。在至少一些?shí)施例中，區(qū)20在XZ平面中的截面中的厚度在邊界21和22之間的中間點(diǎn)7處是最小的，并且朝著邊界21和22逐漸地增加。
[0052]圖1A至IC中所示的納米掩模能夠通過用氮離子束N2+來照射硅而在硅表面上形成。在一個(gè)示例中，通過如下方法來形成納米掩模:使用具有5 keV能量的束，該束在XZ平面中沿著與Z軸成Θ =53°角度的箭頭31的指向入射。在該示例中，離子流31在XY平面上的投影是沿著X軸。
[0053]在用氮離子對(duì)硅進(jìn)行濺射期間，發(fā)生自動(dòng)形成過程，從而導(dǎo)致波狀納米掩模I的形成。在一個(gè)示例中，派射的深度Df = 100 nm,自娃表面的初始水平算起。在該示例中，用氮離子以近法線角來轟擊區(qū)10，并且以掠射角來轟擊區(qū)20，其確定區(qū)10和20的厚度。陣列中的納米掩模的波峰能夠主要取向?yàn)榇怪庇陔x子流在硅表面上的投影(例如，當(dāng)離子流投影是沿著X軸時(shí)，垂直于X軸)。在至少一些實(shí)施例中，在減少離子能量和增加從表面法線(Z軸)測(cè)量的離子轟擊角Θ情況下，能夠減小陣列的波長λ或周期3。
[0054]離子能量能夠?qū)τ贜+離子而言在例如0.5至4 keV范圍內(nèi)變動(dòng)，而對(duì)于N2+離子而言例如在I至8 keV范圍內(nèi)變動(dòng)。這樣的能量范圍可導(dǎo)致在從20至150 nm (或20至180nm或20至200 nm)范圍內(nèi)的納米掩模周期。在至少一些實(shí)施例中，納米掩模I的拓?fù)鋵?duì)于在范圍Θ =50°至55°內(nèi)的轟擊角而言不改變。用大于8 keV的離子能量且使用N2+離子束，人們能夠形成具有大于150、180或200 nm的周期的納米掩模。
[0055]圖1D至IF示出具有如下拓?fù)涮卣鞯募{米掩模11:區(qū)10大部分相互分離，而區(qū)20大部分在連續(xù)網(wǎng)中相互連接。通過使用N2+束以相對(duì)于硅表面的較大離子入射角(例如，約Θ =60° -65°的角)進(jìn)行照射來形成納米掩模11。如圖1G中所示，納米掩模11的元件的截面的特征在于，區(qū)10大部分相對(duì)于陣列XY平面以與區(qū)20相比更大的角度傾斜。相對(duì)于陣列平面，區(qū)10的斜度為約30° -35°，而區(qū)20的斜度為約20° -25°。用氮離子束以約70°或以上的掠射角來照射典型波裂(wave break) 19的端面，因此其與區(qū)20厚度相同且在連續(xù)網(wǎng)孔中連接區(qū)20。在納米掩模I中也發(fā)生波裂19。
[0056]圖1H示出具有如下拓?fù)涮卣鞯募{米掩模12:區(qū)10大部分在連續(xù)網(wǎng)孔中相互連接，而區(qū)20大部分相互分離。通過使用N2+束以相對(duì)于硅表面約Θ =42° - 45°的離子入射角進(jìn)行照射來形成納米掩模12。如圖1I中所示，納米掩模12的元件的截面的特征在于，區(qū)10通常相對(duì)于陣列XY平面以與區(qū)20相比更小的角度傾斜。相對(duì)于陣列平面，區(qū)10的斜度約為25° - 30°，而區(qū)20的斜度約為30° - 35°。用氮離子束以小于30°的角來照射波18的典型接合部(joint)的表面，因此其是與區(qū)10厚度相同，并且區(qū)18在連續(xù)網(wǎng)孔中連接區(qū)10。區(qū)18的厚度略微小于與Y軸相平行定位的區(qū)10的厚度。在納米掩模I和11中還看到波接合部18。在納米掩模12中也發(fā)生波裂。
[0057]應(yīng)注意的是，在圖1A至II中，示出的是在濺射深度Df的波振幅生長的最后階段的WOS納米掩模。在具有生長(飽和)波振幅的此類納米掩模中，并不是在所有情況下都形成區(qū)20，例如，對(duì)于到初始硅表面的Θ >65°的大離子入射掠射角而言其可不存在，并且當(dāng)θ =45° -65°時(shí)，區(qū)20中的氮化硅的形成要求其在真空中弛豫幾十分鐘或者暴露于空氣。相反，對(duì)于處于波振幅生長階段的WOS納米掩模而言，在濺射深度d (Dm < d < Df)處，形成區(qū)10和區(qū)20兩者，并且在波振幅的增加期間，區(qū)10的厚度增加，而區(qū)20的厚度減小。區(qū)10沿著納米掩模元件的厚度的顯著周期性變化僅僅是對(duì)于生長波的特性。在進(jìn)一步濺射期間，尤其是在濺射深度> 3Df時(shí)，連同WOS納米掩模的周期的增加一起，區(qū)10沿著納米掩模元件的厚度的周期性變化減弱。因此，區(qū)20和區(qū)10沿著納米掩模元件的厚度的周期性變化兩者都不是納米掩模的必需特征，而是可僅在特定條件下產(chǎn)生。
[0058]圖2A示意性地示出用于形成具有帶有鋸齒截面的硅納米脊的準(zhǔn)周期性陣列的納米結(jié)構(gòu)化表面的RIE工藝期間的納米掩模I轉(zhuǎn)變階段。如果期望的話，在主要RIE階段之前，從初始結(jié)構(gòu)400去除氮化物區(qū)10之間的超薄區(qū)20 ? 0.5 nm),由此增強(qiáng)納米掩模I的對(duì)比度。此過程花費(fèi)約2秒，并且可允許人們顯著加快對(duì)納米掩模I的蝕刻。其能夠在主要RIE階段的非選擇性等離子體He/CHF3中或在選擇性等離子體02/Cl2中執(zhí)行。在后一種情況下，在蝕刻中的晶片上的偏置短暫地升高，其提供用于區(qū)20的離子濺射的模式。結(jié)果，形成沒有區(qū)20的納米掩模401。還能夠通過在HN03/HF溶液中濕法蝕刻幾秒鐘來去除區(qū)20。當(dāng)在形成WOS納米掩模之后立即實(shí)施RIE工藝而不使WOS納米掩模在空氣中暴露時(shí)，可不執(zhí)行去除區(qū)20的步驟，因?yàn)檫@些區(qū)常常并不出現(xiàn)。
[0059]主要RIE階段包括在對(duì)氮化物有選擇性的氯02/Cl2等離子體中蝕刻硅，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)402-405。主要RIE階段花費(fèi)例如20秒，其提供高工藝生產(chǎn)力的潛在可能。最初，在對(duì)結(jié)構(gòu)402中的硅2的蝕刻期間，垂直地蝕刻氮化硅的區(qū)10之間的溝槽的壁。蝕刻工藝導(dǎo)致氮化硅的區(qū)10的厚度中的逐漸減小，并且這些區(qū)10轉(zhuǎn)變成區(qū)IOa和10b。溝槽的壁變得傾斜，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)403和404。從溝槽的壁向下反射的等離子體離子流使溝槽底部尖銳。在完全去除納米掩模(即區(qū)IOb)之后，結(jié)構(gòu)形狀趨向于三角形輪廓，如在具有帶有鋸齒截面的硅的納米脊24的準(zhǔn)周期性陣列的結(jié)構(gòu)405中一樣。陣列周期3與納米掩模I的周期一致。在至少一些實(shí)施例中，納米脊24的高度25對(duì)于陣列中的所有納米脊而言基本上相同。納米脊高度25與陣列周期3的比可在例如從2至3的范圍內(nèi)。
[0060]對(duì)于一些RIE模式而言，宜于使用后續(xù)的濕法蝕刻。圖2B示出在RIE之后通過在HN03/HF = 250:1 (體積比)溶液中進(jìn)行濕法蝕刻而引起的納米脊的形狀變化。在該RIE模式中，如在結(jié)構(gòu)406中一樣,形成具有圓形頂部的納米脊24a的陣列。陣列周期為約90 nm。10秒的濕法蝕刻去除約7 nm厚的硅層和由RIE產(chǎn)生的缺陷，并導(dǎo)致形成如結(jié)構(gòu)407中的具有尖銳頂部且大部分高度相同的納米脊24b。納米脊截面的形狀變化伴隨著納米結(jié)構(gòu)化表面的可見色彩從黑藍(lán)色到黑色的變化。
[0061]圖3A示出具有凸壁的納米脊24的截面形狀的示例，而圖3B示出具有凹壁的示例。通過改變RIE和濕法蝕刻的模式來執(zhí)行納米脊24的高度和形狀的變化。由于RIE和濕法蝕刻，納米掩模11和12經(jīng)受類似轉(zhuǎn)變。
[0062]在圖3C中示出納米脊陣列的一般不期望的截面形狀，其中在納米脊24之間具有硅表面的平坦區(qū)17。應(yīng)調(diào)整蝕刻模式以使得在納米脊24之間不存在從晶片表面反射光的平坦區(qū)17。
[0063]圖4A至4D、5A至5B、6A至6B和7示出由具有相同拓?fù)涞哂胁煌芷诘募{米掩模I形成的納米脊陣列。具有85、53、36和30 nm的平均周期的納米脊陣列通過用RIE從具有相同的相應(yīng)周期的納米掩模I獲得。通過用分別具有5、4、2和1.5 keV的能量的氮離子束N2+以角Θ =53°來轟擊硅晶片的區(qū)域而獲得納米掩模。在減小納米掩模I的周期的情況下，納米脊陣列的拓?fù)滹@著地從納米掩模I中的區(qū)10的拓?fù)涓淖兊椒蛛x的納米峰的陣列。
[0064]在圖4A中示出平均周期為85 nm的伸長納米脊陣列的SEM圖像(頂視圖)。納米脊的頂部(光條紋24的中間)在SEM中被顯示為暗線。此特征與特定SEM儀器LEO 430有關(guān)，其最大分辨率在30 keV的高電子能下實(shí)現(xiàn)。在低電壓SEM情況下，看到納米脊的頂部是明亮的。從該SEM圖像，人們能夠看到納米脊在陣列平面中是伸長的，并且基本上取向在一個(gè)方向上，即沿著圖像的垂直邊緣，一些納米脊連接到相鄰納米脊并形成分叉結(jié)構(gòu)。
[0065]在圖4B中給出平均周期為53 nm的伸長納米脊陣列的SEM圖像(頂視圖)。納米脊24的頂部在SEM中被示為白色條紋?？煽吹降氖牵跍p小周期的情況下，納米脊陣列的拓?fù)涓淖儭Ｈ缭谙惹暗那闆r下一樣，納米脊在陣列平面中是伸長的，并且基本上取向在一個(gè)方向上，但是現(xiàn)在納米脊大部分是相互分離的。
[0066]隨著納米脊陣列的周期進(jìn)一步減小至36 nm，如圖4C中所示，觀察到數(shù)目增加的分離納米峰。然而，在這種情況下，納米脊的單向取向是顯而易見的，因?yàn)樗鼈冎械拇蠖鄶?shù)具有伸長形狀。
[0067]當(dāng)納米脊陣列的周期達(dá)到30 nm時(shí)，圖案顯著地改變?，F(xiàn)在，陣列主要由分離的納米峰26組成，其中的一些被布置為準(zhǔn)周期性行，如圖4D中所示。準(zhǔn)周期性行的布置由納米掩模的區(qū)10的圖案確定。
[0068]所觀察到的在納米脊陣列的拓?fù)渲械淖兓捎刹罴{米掩模中的區(qū)10的厚度的相對(duì)變化隨波狀納米掩模周期的減小而增強(qiáng)所引起，該周期減小本身在具有較低選擇性的RIE模式中顯現(xiàn)。在這些RIE模式中，對(duì)于具有在20至40 nm范圍內(nèi)的較短周期的納米掩模而言，蝕刻區(qū)10的最薄區(qū)域4與最厚區(qū)域5相比被蝕刻得更快(參見圖1C)，并且因此，這些納米掩模轉(zhuǎn)變成分離納米峰的鏈或行。隨著其發(fā)生，納米峰的尺寸達(dá)到10 nm,其提供在室溫下激活硅中的多激子產(chǎn)生(MEG)的能力，從而導(dǎo)致增加的太陽能電池效率。在具有最大選擇性的RIE模式下，納米掩模并不轉(zhuǎn)變成納米峰陣列。這些模式導(dǎo)致伸長納米脊陣列，其具有周期在20至40 nm范圍內(nèi)的初始納米掩模的拓?fù)洹?br> [0069]通過降低RIE蝕刻模式的選擇性，可能的是，獲得在納米掩模周期從20至150 nm(或20至180 nm或20至200 nm)范圍內(nèi)的納米峰的準(zhǔn)周期性行。
[0070]圖5A和5B示出硅晶片中的裂紋樣本，其硅納米脊的準(zhǔn)周期性陣列的周期分別為85和53 nm，而陣列中的納米脊的高度分別為約170和150 nm。納米脊高度與陣列周期的比在圖5A中接近于2而在圖5B中接近于3。
[0071]圖6A和6B示出單晶硅太陽能晶片的裂紋和頂視圖，其中硅納米脊的準(zhǔn)周期性陣列的周期分別為85和100 nm?？煽吹骄哂衅渲胁淮嬖诩{米脊的區(qū)域。
[0072]圖6C和6D示出多晶硅太陽能晶片的裂紋和頂視圖，其中硅納米脊的準(zhǔn)周期性陣列的周期分別為70和95 nm。還可看到晶片具有其中不存在納米脊的區(qū)域。
[0073]圖7是基于在圖4A和5A中所呈現(xiàn)的SEM圖像而獲得的。納米脊24的陣列周期是85 nm，而納米脊的高度約為170 nm。為了直觀表示具有鋸齒截面的硅納米脊的準(zhǔn)周期性陣列的拓?fù)?，用曲線30示出納米脊的頂部。如圖5、6B、6D和7中所示的，陣列中的納米脊的高度大部分相同。
[0074]圖8A和SB中所示的角相關(guān)性展示了硅太陽能晶片的曲面上的波狀納米掩模的形成和納米掩模及相應(yīng)地納米脊陣列的覆蓋度。如根據(jù)針對(duì)離子隊(duì)+的能量分別為4和8 keV而獲得的線51和52，納米掩模形成深度Df微弱依賴于在從43°至65°范圍內(nèi)的離子轟擊角Θ (從局部表面法線測(cè)量)。納米周期λ在角Θ的指定范圍內(nèi)也幾乎不改變，如從線41和42能夠看到的。因此，當(dāng)選擇相對(duì)于到晶片表面的平均法線在范圍53° - 55°內(nèi)的角Θ時(shí)，局部法線的±10°的容限通常是可接受的且不導(dǎo)致納米掩模不連續(xù)性。因此具有角度的此類局部變化的表面的100%很可能被納米掩模覆蓋。根據(jù)上文可明白，對(duì)于工業(yè)離子源而言典型的±5°的離子束發(fā)散度也是可允許的。
[0075]然而，如果表面已產(chǎn)生拓?fù)洌瑒t以掠射角Θ >70°或以接近于法線的角Θ<40°來照射一些區(qū)域。在這些區(qū)域上，常常不形成納米掩模。按組成和厚度計(jì)，這些區(qū)域分別接近于區(qū)20和10。圖6Α示出用氮離子相對(duì)于其局部法線以角Θ >70°照射的晶片表面上的裸露區(qū)域，并且圖6Β示出用氮離子以角Θ <40°照射的晶片表面上的裸露區(qū)域。在這些裸露區(qū)域上，不形成納米掩模，并且相應(yīng)地，不會(huì)由于RIE而產(chǎn)生納米脊陣列。
[0076]在用氮離子對(duì)具有不同局部法線的太陽能電池硅晶片的不同區(qū)域的同時(shí)轟擊下，不一定同時(shí)地在它們上面形成波狀納米掩模。首先，在被以較大角度Θ轟擊的表面區(qū)域上且然后在被以較小角度Θ轟擊的區(qū)域上出現(xiàn)納米掩模。在納米掩模形成的過程中，在離子濺射深度Dni處出現(xiàn)低振幅波。這些低振幅波能夠在SEM中觀察到。在小于Dni的濺射深度處具有較低振幅的波在SEM中難以觀察。然后，在離子濺射期間，波振幅增加且在濺射深度Df (對(duì)于Θ = 43° - 63°而言，Df ^ 1.5 Dm ^ λ )處達(dá)到飽和。在圖8Β中示出Df的角相關(guān)性。取決于轟擊角，深度Df對(duì)應(yīng)于N2+離子的以下劑量:Θ =43° - 3.2X1017cm_2、Θ= 53。- L1X1017 cm_2、θ = 63° - (λ 8X IO17 cm_2。因此，對(duì)于不同晶片區(qū)域上的寬離子束而言，存在納米掩模處于其形成的不同階段。在用2X IO17 cm-2的平均劑量以平均角Θ =53°對(duì)晶片進(jìn)行轟擊期間，在局部角為Θ =53°的區(qū)域上，在約1.8 Df的深度處形成納米掩模1，在具有Θ =43°的區(qū)域上，在約0.6 Df的深度處形成納米掩模12，而在局部角為Θ =63°的區(qū)域上，在約2.5 Df的深度處形成納米掩模11。因此，在納米掩模11形成之后，即在波生長飽和之后并且納米掩模12仍在波生長階段，納米掩模11經(jīng)受最長時(shí)間的離子濺射。具有成熟(grown-up)波的納米掩模I具有中間狀態(tài)。離子濺射主要影響納米掩模11，其中對(duì)波裂19的強(qiáng)烈濺射(參見圖1G)與圖8A中的相關(guān)性相比導(dǎo)致納米掩模的平均周期λ的顯著增加。納米掩模11的周期在濺射深度< Df處并未改變，并且與圖8Α中的角相關(guān)性一致。當(dāng)濺射深度進(jìn)一步增加時(shí)，納米掩模11的周期與圖8Α的值相比顯著增加，這是由于與用于納米掩模I和12的角Θ =42° - 55°相比以角Θ =60° -65°的更強(qiáng)烈離子濺射。納米掩模I和12的周期λ對(duì)于濺射深度<3DF而言不改變，并且與圖8A中的角相關(guān)性一致。當(dāng)濺射深度進(jìn)一步增加時(shí)，這些周期開始超過圖8A的值。
[0077]在至少一些實(shí)施例中，以用于N2+離子束的范圍5 XlO16 - 5 X IO17 cm_2內(nèi)的離子劑量來形成波狀納米掩模。此劑量范圍對(duì)應(yīng)于處于深度Dm的具有小振幅波的納米掩模和處于濺射深度> Df的具有生長(飽和)波振幅的納米掩模。對(duì)于N2+離子束而言，離子劑量范圍IX IO17 - 5 X IO17 cm_2對(duì)應(yīng)于處于深度> Df的具有生長波的納米掩模。
[0078]在具有圖9A中所示的拓?fù)涞奶柲茈姵貑尉Ч璧木希P狀區(qū)域的平均尺寸為約60μπι，并且這些凹區(qū)上的局部法線在±10°內(nèi)平滑地改變。因此，對(duì)于此類晶片而言，由波狀納米掩模實(shí)現(xiàn)的表面覆蓋度對(duì)于相對(duì)于其平均表面法線以Θ =53°對(duì)晶片進(jìn)行的轟擊而言幾乎達(dá)到100%。圖9Β示出具有足以觀察到波狀納米掩模I的放大倍率的相同晶片的表面的圖像。波針對(duì)圖9Β的左側(cè)和右側(cè)部分不同地取向。這是因?yàn)楸砻娴倪@些區(qū)域?qū)?yīng)于不同的局部平面，其在圖像中間中在脊中交叉，并且相應(yīng)地，這些區(qū)域處的離子通量的投影方向是不同的。
[0079]圖1OA示出具有臺(tái)狀(terrace-shaped)拓?fù)涞膯尉蘧谋砻娴囊徊糠?該臺(tái)狀拓?fù)洳扇【哂屑s20 μ m的平均尺寸的蝕刻凹坑(pit)的形式。在臺(tái)的表面上，局部法線微弱地改變，但是在臺(tái)的邊界上和蝕刻凹坑的壁上，能夠存在達(dá)到±37°的突變。因此，在這種情況下，相對(duì)于晶片平面法線的晶片轟擊角Θ =53°的選擇是最佳的，因?yàn)榘伎拥谋诓⑽磳⑵涞撞颗c離子束遮蔽，因此給出由納米掩模實(shí)現(xiàn)的晶片表面的最大覆蓋度。圖1OB示出具有足以觀察到波狀納米掩模I的放大倍率的相同晶片的表面的圖像?？煽吹降氖?，納米掩模波在蝕刻凹坑的壁處急劇地改變方向，并且在其中Θ =0° - 40°的裸露區(qū)域上，不存在納米掩模。由波狀納米掩模對(duì)表面的該部分的表面覆蓋度大于90%。
[0080]圖1lA示出多晶硅晶片的表面的一部分。盤狀區(qū)域的平均尺寸為約5 μ m。這些凹區(qū)上的局部法線在±13°內(nèi)平滑地改變。因此，對(duì)于此類晶片而言，由波狀納米掩模實(shí)現(xiàn)的表面覆蓋度對(duì)于以θ=53°對(duì)晶片進(jìn)行的轟擊而言幾乎達(dá)到100%。圖1lB示出具有波狀納米掩模的相同晶片的表面的放大圖像。在被脊分離的盤狀區(qū)域的表面上示出具有不同拓?fù)?br> 1、11和12的納米掩模。納米掩模的波長(周期)在表面上根據(jù)在圖8Α中呈現(xiàn)的角相關(guān)性而變，具有針對(duì)納米掩模11的增加的周期實(shí)現(xiàn)的容差。對(duì)于圖1IA至IlF中的納米掩模而言，氮離子束從右向左指向。波狀納米掩模的波基本上取向?yàn)檠刂鴪D1lB和IlD至IlF中的圖像的垂直邊界的一個(gè)方向。
[0081]圖1lC示出在多晶硅晶片的表面上具有拓?fù)銲和11的波狀納米掩模的放大圖像。人們能夠看到將具有納米掩模的表面的盤狀區(qū)域分離的大尺度脊。陣列中的波的方向?qū)?yīng)于離子流在表面區(qū)域上的局部投影的方向。
[0082]圖1lD還不出多晶娃晶片的表面上的具有所有類型的拓?fù)?、11和12的波狀納米掩模的圖像。
[0083]圖1lE至IlF示出在離子N2+的較低能量下獲得的多晶硅晶片的表面上的波狀納米掩模的圖像。圖1lB至IlD與圖1lE至IlF的比較顯示，納米掩模周期隨著將離子能量從5減小至2 keV而減小。圖1lE示出具有拓?fù)銲和12的納米掩模的區(qū)域，而圖1lF示出具有拓?fù)銲和11的納米掩模的區(qū)域。并且，大尺度脊很明顯地顯現(xiàn)在晶片的盤狀區(qū)域的邊界處。
[0084]在圖12A和12B中分別地示出具有波狀納米掩模的單晶和多晶硅的裂紋晶片。單晶硅上的臺(tái)的壁的傾斜角平均起來不超過37°，因此對(duì)于由納米掩模實(shí)現(xiàn)的最大表面覆蓋而言，用氮離子束以相對(duì)于到晶片表面的平均法線的53°角對(duì)晶片進(jìn)行照射是最佳的。多晶硅晶片的表面上的大部分區(qū)域的局部法線與平均法線之間的偏差在±13°內(nèi)，這提供由納米掩模實(shí)現(xiàn)的對(duì)晶片表面接近于100%的覆蓋。
[0085]非偏振光從具有納米脊陣列的單晶硅晶片的表面的測(cè)量反射系數(shù)在從400至900nm的整個(gè)光波長范圍內(nèi)小于2%，其中該納米脊陣列具有85 nm的周期和約170 nm的高度。具有極低光反射率的納米結(jié)構(gòu)化硅表面看起來是黑色的，甚至在亮光下也是如此，因而能夠被稱為“黑硅”。在至少一些實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)化表面的反射系數(shù)在從400至900 nm的光波長范圍內(nèi)不超過5%、4%、3%或2%。
[0086]優(yōu)選的是用從晶片表面反射的光強(qiáng)度來控制黑硅形成的過程，并在反射率達(dá)到期望預(yù)定值的時(shí)刻將其終止。此類方法和設(shè)備是已知的，并且現(xiàn)代RIE系統(tǒng)配備有用于確定要停止蝕刻的時(shí)刻的光學(xué)傳感器。
[0087]重要的是注意到，在掠入射角下，當(dāng)將沿著納米脊指向的光與垂直于納米脊指向的光相比較時(shí)，具有納米脊陣列的納米結(jié)構(gòu)顯示出明顯更大的光吸收。因此合理的是，在光伏模塊中以相同的納米脊取向布置光伏太陽能電池，并相對(duì)于水平線的東和西點(diǎn)對(duì)光伏模塊進(jìn)行取向以使得納米脊大部分沿著東西線定位。這允許人們提高太陽在天空中較低時(shí)的時(shí)間段期間的模塊效率。
[0088]常常通過用線鋸(wire saw)將硅錠切割成晶片來獲得硅晶片。優(yōu)選地，用化學(xué)方式對(duì)晶片進(jìn)行拋光以從其表面去除鋸損傷層。該操作能夠用已知方法來執(zhí)行，包括使用堿性或酸性蝕刻劑的那些方法。在至少一些實(shí)施例中，在形成納米掩模之前，在酸性拋光溶液中從晶片的表面去除鋸損傷層。在至少一些實(shí)施例中，晶片區(qū)域的局部法線與平均法線的偏差在±10°內(nèi)。通過導(dǎo)模法(EFG)從熔融硅中制造的晶片不包括鋸損傷層，并且其去除對(duì)于這些晶片是不需要的。
[0089]在至少一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是用大尺寸的線性離子束來在硅太陽能晶片的表面上形成納米掩模。該設(shè)備例如由德國公司Roth & Rau AG生產(chǎn)。離子束的尺寸能夠例如在400X120至2000X120 mm2的范圍；離子能量，高達(dá)2 keV;離子電流密度，I mA/cm2。在至少一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是如圖13A中所示在固定離子束130下執(zhí)行對(duì)成行地布置在移動(dòng)載體上的晶片134的照射。在這種情況下，離子源131的孔的長邊136平行于晶片的XY平面且沿著Y軸(即與沿著X軸的晶片運(yùn)動(dòng)方向相垂直)定位。離子源131的孔的短邊137相對(duì)于XY平面傾斜地定位，使得離子束130在XZ平面中沿著箭頭31指向。晶片能夠在離子照射期間在X軸的方向上或在相反方向上移動(dòng)。在特定示例中，一行12個(gè)大小為156X156mm2的晶片沿著Y軸(即沿著第一方向)且相應(yīng)地沿著離子源131定位。行的長度135等于離子源孔的長邊136的尺寸。
[0090]在至少一些實(shí)施例中，晶片平移的速度(V，cm/s)由離子照射的劑量來確定并用以下公式來計(jì)算:V = JXL/D，其中，J是晶片表面的XY平面中的離子通量，單位cnT2。；(L，cm)處于半最大強(qiáng)度下的離子束在晶片表面的XY平面中沿著X軸的運(yùn)動(dòng)方向上的尺寸133 ；(D，cm—2)是用以形成納米掩模的離子劑量。離子束在XY平面中的強(qiáng)度132在沿著X軸的晶片平移方向上不需要是均勻的。束均勻性僅在Y軸的方向上是必需的。因此，由線性離子源131來形成離子束130，線性離子源131在平行于晶片表面且垂直于晶片運(yùn)動(dòng)方向上是伸長的。
[0091]在一個(gè)示例中，離子源孔的出口處的I mA/cm2的離子電流密度對(duì)應(yīng)于在Θ =53。下 XY 平面中的 J = 3.8 X IO15 CnT2S' 對(duì)于 L = 20 cm、D = 2 X IO17 cnT2、V = 4 mm/s，其能夠在晶片的連續(xù)饋送的情況下，針對(duì)2 m長的單離子源2提供每小時(shí)1000個(gè)大小為156X156 mm2的晶片的產(chǎn)量。
[0092]在至少一些實(shí)施例中，如圖13B中所示，線性離子源由模塊131a組成。離子束在XY平面中沿著Y軸的強(qiáng)度132b沒有其沿著X軸的強(qiáng)度132a均勻。晶片在第一方向上沿著Y軸(即垂直于到晶片表面的離子束投影)移動(dòng)。這提供了真空系統(tǒng)的更緊湊設(shè)計(jì)和與在先前示例中的相同產(chǎn)量。
[0093]高生產(chǎn)率RIE和濕法蝕刻工具還被工業(yè)使用，例如用于生產(chǎn)太陽能電池和液晶顯示器。
[0094]包括具有納米結(jié)構(gòu)化表面的P型導(dǎo)電性的硅太陽能晶片的硅光伏太陽能電池，能夠在對(duì)晶片表面進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)化步驟之后通過使用已知的制造步驟來制作，這些已知的制造步驟例如是將具有磷硅玻璃(PSG)膜形式的摻雜劑源沉積在納米結(jié)構(gòu)化晶片表面上并且形成擴(kuò)散p-n結(jié)。制造過程可包括使磷摻雜劑從PSG膜擴(kuò)散到晶片的近表面區(qū)中的高溫晶片加熱、從納米結(jié)構(gòu)化晶片表面去除PSG膜、將納米結(jié)構(gòu)化晶片表面鈍化、印刷接觸部并將其燒結(jié)(fire)以及隔離晶片邊緣。通常不需要沉積諸如氮化硅之類的抗反射層。能夠用已知方法來執(zhí)行納米結(jié)構(gòu)化硅表面的鈍化，該已知方法例如通過生長幾納米厚的氧化硅薄層、通過沉積薄的氫化氮化硅層或者通過沉積氧化鋁薄層。應(yīng)針對(duì)給定鈍化層來選擇接觸部燒結(jié)的步驟。
[0095]能夠使用透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，例如氧化鋅、氧化錫或氧化銦錫(ITO)或其任何組合作為到納米結(jié)構(gòu)化表面的透明接觸部，在其上設(shè)置金屬電極網(wǎng)格，如在制造常規(guī)非晶硅/單晶硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池時(shí)所執(zhí)行的那樣。在晶片表面上的伸長納米脊陣列和ITO層，并且該ITO層足以填充納米脊之間的空間(以使納米結(jié)構(gòu)平面化)并在納米脊頂部上形成薄層的情況下，ITO層在沿著納米脊方向上的導(dǎo)電性比在垂直于納米脊方向上的導(dǎo)電性高。因此優(yōu)選的是，在包括具有納米脊陣列的晶片的太陽能電池中，ITO層上的金屬導(dǎo)體(導(dǎo)線)的網(wǎng)格被對(duì)準(zhǔn)，使得金屬導(dǎo)體基本上垂直于納米脊定位。
[0096]在與初始硅表面相距小于100 nm的深度Df處形成周期λ = 36的納米掩模且在RIE之后納米結(jié)構(gòu)的振幅小于150 nm這一事實(shí)允許在形成擴(kuò)散p-n結(jié)之后將太陽能電池的晶片表面納米結(jié)構(gòu)化化。在這種情況下，形成納米結(jié)構(gòu)化的過程從晶片表面去除具有缺陷的由擴(kuò)散引起的死層，因此提高了硅的表面層的質(zhì)量并增加了太陽能電池的效率。
[0097]還能夠在硬納米掩模的形成步驟之后且RIE步驟之前執(zhí)行擴(kuò)散過程。在這種情況下，去除少得多的硅以用于納米結(jié)構(gòu)的形成，并且較淺的p-n結(jié)是可能的。為了制造對(duì)稱雙面太陽能電池，可能的是，實(shí)現(xiàn)同時(shí)擴(kuò)散過程以便形成發(fā)射極和背表面場(chǎng)層，如在本領(lǐng)域中已知的。能夠在晶片兩側(cè)的納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生之后，或者在晶片兩側(cè)的納米掩模的形成之后且RIE步驟之前，或者在納米掩模形成之前執(zhí)行擴(kuò)散過程。因此，能夠以不同的方式來制造根據(jù)本發(fā)明的包括具有納米結(jié)構(gòu)化表面的晶片的太陽能電池。
[0098]以上說明、示例和數(shù)據(jù)提供了對(duì)本發(fā)明的成分的制造和使用的描述。由于在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的許多實(shí)施例，所以本發(fā)明還存在于此后隨附的權(quán)利要求中。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池，包括: 基底；以及 形成于基底上的納米結(jié)構(gòu)化層，其中，該層包括與基底相對(duì)的納米結(jié)構(gòu)化表面，該納米結(jié)構(gòu)化表面包括具有有序波結(jié)構(gòu)圖案的伸長脊?fàn)钤臏?zhǔn)周期性的各向異性陣列，每個(gè)脊?fàn)钬＜哂胁罱孛媲胰∠蚧旧显诘谝环较颉?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述納米結(jié)構(gòu)化層是發(fā)射極層或前表面場(chǎng)層或背表面場(chǎng)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述納米結(jié)構(gòu)化層包括鄰近基底的平坦表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，還包括:設(shè)置在納米結(jié)構(gòu)化層的納米結(jié)構(gòu)化表面的至少部分上的鈍化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，納米結(jié)構(gòu)化表面的反射系數(shù)在從400至900 nm的光波長范圍內(nèi)不超過5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，納米結(jié)構(gòu)化表面的反射系數(shù)在從400至900 nm的光波長范圍內(nèi)不超過2%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述基底包括硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，還包括:形成于納米結(jié)構(gòu)化表面上的透明導(dǎo)體 層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述納米結(jié)構(gòu)化層與所述基底之間的結(jié)是平面的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，陣列的平均周期處于從20至200nm的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，脊?fàn)钤钠骄叨扰c陣列的平均周期的比在從2至3的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，每個(gè)脊?fàn)钤谄浞甯浇哂胁怀^10nm的寬度。
13.一種半導(dǎo)體器件，包括: 娃基底區(qū)；以及 設(shè)置于硅基底區(qū)上的摻雜層，其中，所述摻雜層包括用第一導(dǎo)電性類型的第一摻雜劑摻雜的硅，所述摻雜層還包括與基底相對(duì)的納米結(jié)構(gòu)化表面，該納米結(jié)構(gòu)化表面包括具有有序波結(jié)構(gòu)圖案的伸長脊?fàn)钤臏?zhǔn)周期性的各向異性陣列，每個(gè)脊?fàn)钤哂胁罱孛媲胰∠蚧旧显诘谝环较颉?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述硅基底區(qū)被摻雜有第二導(dǎo)電性類型的第二摻雜劑，第二導(dǎo)電性類型不同于第一導(dǎo)電性類型。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一導(dǎo)電性類型是η型。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述摻雜層與硅基底層之間的結(jié)不是納米結(jié)構(gòu)化的。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述摻雜層具有不超過10nm的厚度。
18.—種制造半導(dǎo)體器件的方 法，所述方法包括:用傾斜的氮離子束來照射晶片的表面以形成納米掩模，該納米掩模包括具有有序波結(jié)構(gòu)圖案和波狀截面的伸長元件的準(zhǔn)周期性的各向異性陣列，其中波峰基本上垂直于氮離子的入射平面； 蝕刻具有納米掩模的晶片的表面以產(chǎn)生與納米掩模相對(duì)應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)化表面；以及 在晶片中形成摻雜層，該摻雜層包括納米結(jié)構(gòu)化表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，形成摻雜層包括:在用傾斜的氮離子束照射晶片的表面之前對(duì)晶片的一部分進(jìn)行摻雜。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，形成摻雜層包括:在產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)化表面之后對(duì)晶片的一部分進(jìn)行摻雜。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，形成摻雜層包括:在形成納米掩模之后且在產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)化表面之前對(duì)晶片的一部分進(jìn)行摻雜。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，蝕刻晶片的表面包括:去除納米掩模。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括:蝕刻晶片的鋸損傷層。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括:在用傾斜的氮離子束照射晶片的表面期間移動(dòng)晶 片。
【文檔編號(hào)】H01L31/04GK103890964SQ201180073276
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月6日
【發(fā)明者】V.K.斯米爾諾夫, D.S.基巴洛夫 申請(qǐng)人:沃斯特克公司