太陽能電池及其制造方法

文檔序號：6954694閱讀：147來源：國知局

專利名稱：太陽能電池及其制造方法
技術領域：
以下描述涉及一種太陽能電池及其制造方法。
背景技術：
具有p-n結結構的太陽能電池是將太陽能轉化為電能的半導體設備。在p-n結結構中，載體的濃度梯度引起的擴散發(fā)生在P型半導體區(qū)域和η型半導體區(qū)域之間，而且載體的擴散改變空間電荷以在P-n結結構中形成電場。當載體的擴散成分等于由電場引起的漂移成分時，P-n結結構處于平衡。在p-n結結構的平衡中，當具有超過P-n結二極管的能帶隙的能量的光子入射到P-n結結構時，接收到光能的電子由價電帶激發(fā)到傳導帶。結果是，通過電子和空穴分別流入與外部電路連接的P-n結二極管的兩端，產(chǎn)生電子空穴對且由太陽能電池產(chǎn)生電流。為了提高太陽能電池的效率，即太陽能電池的光電轉換效率，需要增加由光產(chǎn)生的電子-空穴對的數(shù)量。為了提高電子-空穴對的數(shù)量，P-n結二極管需要利用具有優(yōu)良光電轉換性能的材料制造。而且，也可能通過盡可能延長p-n結二極管中太陽光的傳播路徑來增加電子-空穴對的數(shù)量。作為另一種方法，通過減少光相對于太陽能電池表面的反射來吸收大量的太陽光到P-n結二極管中，使得光電轉換效率得以提高。另一個用于提高太陽能電池效率的方法是阻止或減少產(chǎn)生于p-n結二極管的表面上或p-n結二極管內的電子-空穴對的重組。如果由于電子-空穴對的重組使得電子-空穴對中的一部分消失，那么盡管產(chǎn)生了大量的電子-空穴對，太陽能電池的光電轉換效率降低。為了避免電子和空穴的重組，需要在太陽能電池中形成用于將電子和空穴分別移動至p-n結二極管兩端的薄膜，或者增加產(chǎn)生的電子和空穴的壽命。傳統(tǒng)地，為了增加太陽能電池的效率，使用了一種方法，在太陽能電池的正面形成微小的凹凸，在其上形成具有SiNx的防反光膜，而且然后在太陽能電池的背面形成具有Al 漿的背面電場(BSF)層。微小的凹凸和防反光膜用作降低太陽能電池的受光表面上的太陽光發(fā)射率。此外，防反光膜用作降低產(chǎn)生于太陽能電池正面的載體重組的速度，而且形成有 Al漿的背面電場層用作降低產(chǎn)生于太陽能電池背面的載體重組的速度。然而，傳統(tǒng)的太陽能電池在提高光電轉換效率上具有局限性。原因是由太陽光產(chǎn) 生的大量的電子-空穴對可能不能移向電子而且更具體地，由于用Al漿形成的BSF層的不充足電場(insufficient electricfield)，較大量的載體在太陽能電池的背面重組。此外，在傳統(tǒng)太陽能電池中，入射到太陽能電池中的光子傳播路徑是短的，其進一步降低了電子-空穴對的產(chǎn)生效率。

發(fā)明內容
以下描述涉及一種能夠獲得高光電轉換效率的太陽能電池。還有，以下描述涉及一種制造能夠獲得高光電轉換效率的太陽能電池的方法。在一個一般方面，提供了一種太陽能電池，包括P型半導體基片；在P型半導體基片的受光表面的相對表面上利用Al化合物形成的背面電場(BSF)層；以及在BSF層形成背面電極以與BSF層電連接。在另一個一般方面，提供了一種制造太陽能電池的方法，包括制備ρ型半導體基片；在P型半導體基片的受光表面的相對面上利用鋁化合物形成背面電場(BSF)層；以及在BSF層上形成背面電極以與BSF層電連接。其他特征和方面在下述說明書、附圖和權利要求中變得明顯。

圖1是例示了太陽能電池實施例的剖視圖。圖2是顯示背面電場(BSF)層是MO薄膜的太陽能電池的外量子效率(EQE)與 BSF層是Al漿的太陽能電池的外量子效率之間的對比結果的圖示。圖3是例示了圖1中所示太陽能電池的改進實施例的剖視圖。圖4Α-4Ε是用于解釋制造太陽能電池的方法的實施例的剖視圖。圖5例示了可以用于形成BSF層的單基片處理裝置的實施例。圖6是涉及用于利用原子層沉積(ALD)工藝形成AW薄膜的工藝氣體的時序圖。圖7是顯示了用于解釋在ALD工藝中，通過其注入孔分組為幾個氣體注入部的噴頭注入用于形成AW薄膜的工藝氣體的實施例的圖示。圖8例示了多基片處理裝置的實施例。圖9Α和圖9Β例示了多基片處理裝置的一種結構。圖IOA和圖IOB例示了多基片處理裝置的另一實施例的一種結構。通過附圖和詳細說明，除非有其他描述，相同的附圖標記將理解為指代相同的部件、特征和結構。這些部件的相對尺寸和描述為了清楚、闡述和方便可以改變。
具體實施例方式下面的描述用于幫助讀者獲得此處描述的方法、裝置、和/或系統(tǒng)的全面理解。相應地，本領域技術人員可以對這里描述的方法、裝置、和/或系統(tǒng)進行各種改變、變形和等價替換。而且，為了清楚和簡要，熟知的功能和結構描述可以省略。圖1是例示太陽能電池A的實施例的剖視圖。參考圖1，太陽能電池A包括半導體基片10c，擴散層20b形成于半導體基片IOc的上層，例如，P型硅(Si)基片。擴散層20b可以通過注入諸如含磷的雜質到半導體基片IOc 中形成。半導體基片IOc可以是多晶半導體基片、單晶半導體基片或無定形半導體基片。防反光膜30a形成于擴散層20b上。防反光膜30a可以由SiNx制成，但不限于此。上電極圖形52形成于防反光膜30a上，而且上電極圖形52可以與擴散層20b形成歐姆接觸。上電極圖形52可以由諸如Ag、Cu等導電材料制成。太陽能電池A的光接收層，例如，半導體基片IOc的表面，擴散層20b和防反光膜30a具有微小的凹凸結構以加寬光接收區(qū) 域，從而增加入射太陽光的吸光性。背面電場(BSF)層40a形成于半導體基片IOc的受光表面的相對表面上，也就是說，在半導體基片IOc的背面。BSF層40a可以是由Al化合物制成的單層薄膜、如A10?；?者，BSF層40a可以是由AlN或AlON制成的單層薄膜或者由AlN和AlON制成的復合薄膜。 BSF層40a用作防止由于背面的電子和空穴的重組導致的效率降低，更具體地，在半導體基片IOc和BSF層40a之間的界面中，而且BSF層40a也可以用作鈍化層。背面電極M形成于BSF層40a上。背面電極M可以由Al漿形成，但不限于此。如上所述，BSF層40a可以是A10，AlN-和/或AlON薄膜。在這種情況下，BSF層 40a具有負的固定電荷(NFC)的特性。然而，A10, AlN和AlON薄膜中不是全部都具有NFC 特性，而且只有利用原子層沉積(ALD)或化學氣相沉積(CVD)工藝在150-400°C的溫度范圍內形成的A10，AlN和AlON薄膜才具有足夠的NFC特性。具有NFC特性的BSF層40a向太陽能電池A的正面移動電子以阻止電子朝背面移動，而且也有助于將空穴移至太陽能電池的背面。由AW薄膜等形成的BSF比由Al漿形成的BSF強度更大，這延長了電子-空穴對的壽命。而且，由A10，AlN和/或AlON薄膜形成的BSF層40a相對于傳播至太陽能電池 A中的光線提高內部反射效率，更具體地，長波長光長于900nm。光的內部反射效率的提高延長了光子的移動路徑，而且相應地增加了產(chǎn)生于半導體基片IOc和擴散層20b連接處的電子-空穴對的數(shù)量。結果是，該太陽能電池與現(xiàn)有太陽能電池相比具有高的內量子效率 (IQE)。IQE代表入射到體內的光子的光電轉換效率。因此，由Al化合物形成的BSF層40a比由Al漿形成的BSF層40a具有更優(yōu)異的反射效率的事實就可以通過對于外量子效率(EQE)的測量結果中得以驗證。EQE代表光子入射效率。圖2是顯示由AW薄膜形成的BSF層40a的太陽能電池A的EQE與由Al漿形成的BSF層的太陽能電池的外量子效率之間的對比結果的圖示。由圖2可見，在900nm以上的長波長區(qū)域，太陽能電池A比現(xiàn)有太陽能電池具有較高的EQE。圖3是例示了圖1中所示太陽能電池A的改進實施例A’的剖視圖。同圖1中的所示的太陽能電池A—樣，太陽能電池A’包括半導體基片10c，擴散層20b，防反光膜30a，由AW形成的BSF層40a，以及背面電極M，不同于圖1中的太陽能電池A，進一步包括保護層35和覆蓋層45。太陽能電池A’可以包括保護層35和覆蓋層45中任一或者兩者。此后，將基于與太陽能電池A的區(qū)別描述太陽能電池A’。參考圖3，在太陽能電池A’中，在半導體基片IOc和由MO形成的BSF層40a之間提供了保護層35。保護層35可以由諸如Si02的氧化物形成。保護層35是考慮到當BSF 層40a是AlO薄膜時，半導體基片IOc和BSF層40a之間的界面特性對BSF層40a的NFC 特性具有很大影響的基礎上形成的。也就是說，保護層35移除了存在于半導體基片IOc的表面上的缺陷以最大化MO薄膜的NFC特性。為此，保護層35可以形成為具有優(yōu)異質量的氧化物薄膜。例如，可以利用溫度高于900°C的熱氧化工藝或者其他已知工藝形成氧化物薄膜。在由MO形成的BSF層40a和背面電極M之間提供了覆蓋層45。如果由Al漿制成的背面電極M僅形成于AW薄膜之上，界面處可能發(fā)生AW薄膜消失的現(xiàn)象，會減弱7BSF層40a的NFC特性。覆蓋層45阻止了 MO薄膜直接接觸Al漿。覆蓋層45可以由諸如 SiNx, SiO2, SiON等的絕緣材料形成。在這種情況下，用于MO薄膜(BSF層40a)和背面電極M之間電連接的觸頭56可能形成于覆蓋層45。觸頭56可以由與背面電極M相同的材料Al漿形成，然而，不限于此。同時，如上所述，BSF層40a可以是由其他Al化合物例如AlN或AlON形成的形成單層薄膜，或者由AlN和AlON制成的復合薄膜形成。包括AlN薄膜和/或AlON薄膜的BSF 層40a具有NFC特性，如同MO薄膜，而且也用作鈍化層。包括AlN薄膜和/或AlON薄膜的BSF層40a可以形成于半導體基片IOc上，其間不具有任何保護層(例如，保護層35)。換句話說，當BSF層40a由AlN或AlON形成時，盡管在BSF層40a和半導體基片IOc之間沒有由氧化物制成的保護層，作為AW薄膜和/或AlON薄膜的鈍化層的NFC特性或功能不會減弱。相應地，當BSF層40a由AW和/或AlON形成時，BSF層40a可能具有優(yōu)異的性能而不進行其余任何用于形成保護層的過程或者高溫過程(高達900°C )。MO或AlON薄膜可以利用ALD，CVD,等離子體增強ALD (PEALD)，原子團輔助CVD (RA-CVD)或RA-ALD工藝形成?，F(xiàn)在，描述制造太陽能電池A的方法。圖4A-4E是用于解釋制造太陽能電池A的方法的實施例的剖視圖。通過增加形成保護層35、覆蓋層45和觸頭56的工藝，該方法也可以用于制造圖3中所述的太陽能電池A’。該方法將基于當BSF層40a是MO薄膜時的情形描述，然而，該方法也可以應用于當BSF層40a是AW薄膜和/或AlON薄膜的情形。參考圖4A，制備ρ型半導體基片10。ρ型半導體基片10可以通過利用金剛石或線鋸將由切克勞斯基法(CZ)制造的多晶硅錠、由鑄造法制造的單晶硅錠等切割成薄片形成。通常的半導體晶片為圓形，但是用于太陽能電池的半導體晶片通常具有四邊形。然而，在本實施例中，并未限制P型半導體基片10的形狀。然后，參考圖4B，在移除切割過程中半導體基片10表面上的標記或損傷后，進行織構以在半導體基片100的表面上形成微小的凹凸。移除半導體基片10表面上產(chǎn)生的標記或損傷的過程可通過使用堿性溶液的濕蝕刻來實施?？梢酝ㄟ^形成條紋圖案的刮痕工藝形成凹凸。形成凹凸以加寬太陽光線到達的區(qū)域以減低反射率，而且不限制凹凸的圖案。接下來，參考圖4C，諸如含磷的雜質注入到凹凸已形成于其表面的半導體基片 10a，而且然后在預定溫度進行熱處理。結果是，注入到半導體基片IOa表面的雜質擴散到半導體基片IOa內部，使得具有預定厚度的擴散層20形成于半導體基片10a。形成擴散層 20的工藝目的在于制作具有導電率的半導體基片10a。然后，可以進行蝕刻工藝以移除在雜質的注入和熱處理過程中制作的薄薄膜，例如，磷硅酸玻璃(PSG)薄膜等。圖4C顯示了當PSG薄膜等移除后半導體基片IOb的狀態(tài)。然后，參考圖4D，防反光膜30形成于半導體基片IOb的正面，也就是說，在半導體基片IOb的受光表面上。防反光膜30可以形成為具有恒定厚度。結果是，與那些形成于半導體基片IOb上同樣的微小的凹凸形成于防反光膜30上。防反光膜30可以由SiNx形成，但是不限于此。不限制形成防反光膜30的工藝，例如，可以利用PECVD工藝形成防反光膜 30。參考圖4E，移除形成于半導體基片IOb的背面，即，半導體基片IOb的吸光表面上的的擴散層。結果是，擴散層20a僅保留在半導體基片IOb的正面和側面。然后，在ρ型半導體基片IOb的背面上形成由A10，AlON或AlON制成的BSF層40，擴散層20由此移除。在圖4E中，BSF層40形成于半導體基片IOb的背面朝下設置的狀態(tài)下，然而，圖4的位置是為了同其他圖(圖4A至圖4D)匹配上下方向。在實際工藝中，也可能是半導體基片IOb的背面朝上設置，而且BSF層40形成于半導體基片IOb的背面。如上所述，當BSF層40由AW形成時，在形成AW薄膜之前額外增加在半導體基片IOb的背面形成保護層35的工藝。保護層35可以由諸如具有優(yōu)異鈍化性能的氧化物的材料制成。例如，為了形成具有優(yōu)異性能的氧化物薄膜，可以在大于900°C的高溫下進行熱 CVD工藝，但是可能減弱其他膜的特性。相應地，熱CVD工藝可以在避免減弱其他膜的合適溫度下進行熱CVD工藝。在當前實施例中，熱CVD工藝必須在預定工藝溫度下進行，使得BSF層40，例如 A10, AlN或AlON薄膜具有足夠的NFC特性。原因是A10，AlN或AlON薄膜不總是具有NFC 特性，而且只有當他們在特定的工藝溫度范圍內形成時才具有NFC特性。更具體地，只有當 A10, AlN或AlON薄膜在特定的溫度范圍內形成時才具有NFC特性，例如，利用CVD或ALD工藝在150°C到400°C的范圍內時。A10，AlN或AlON薄膜在大于400°C或者小于150°C的溫度范圍內不具有NFC特性。因此，可以利用CVD或ALD工藝形成M0，AlN或AlON薄膜。用于形成AlO薄膜的工藝氣體，即，源氣體可以是三甲基鋁(TMA，Al (CH3)3)。如果使用氧化劑O3作為反應氣體， ALD工藝比CVD工藝更有效。原因是當采用CVD工藝時，由于其高的反應性，TMA和O3在擴散進入基片中之前結合，從而降低了待沉積AW薄膜的均勻性。然而，當采用ALD工藝時，源氣體的單原子層吸附至基片上，反應氣體吸附至源氣體層而且之后進行反應，使得沉積的AW薄膜的均勻性變得優(yōu)異。但是，使用ALD工藝形成AW薄膜(film)時，由于ALD工藝的低沉積率，實現(xiàn)高生產(chǎn)率存在困難。在多基片處理裝置(如圖7，8，9A，9B，10A和10B)中使用ALD工藝形成AlO 薄膜時，生產(chǎn)率可以提高到一定水平，但這不是根本解決辦法。進一步地，該多基片處理裝置相比單基片處理裝置昂貴，結構復雜且在控制形成均勻層的過程中還存在困難。ALD工藝的缺點可以通過使用能夠達到相對高沉積率的PECVD或PEALD工藝來克服。換句話說，通過使用PECVD或PEALD工藝形成AW薄膜，相比使用ALD工藝的情形可以獲得顯著高的生產(chǎn)率。但是，等離子體形成在噴頭和基片支撐體之間，即腔室的處理空間中的一般的PECVD工藝會由于等離子體而破壞半導體基片。更詳細地，膜(membrane)可能由于等離子體的直線度和離子轟擊而降解。由于等離子體而產(chǎn)生在半導體基片表面的破壞會在與AW薄膜的接觸面內形成缺陷，這會降低AW薄膜作為BSF層的性能。在維持諸如MO薄膜的層的性能的同時，提高沉積率的方法是使用RA-CVD或 RA-ALD工藝來取代一般的PECVD，PEALD或CVD工藝。在此說明書中，“RA-CVD”或“RA-ALD，，工藝是等離子體產(chǎn)生在噴頭內，而不是噴頭和基片支撐體之間的空間中的方法。也就是說，RA-CVD或RA-ALD工藝在噴頭內等離子化了一種工藝氣體，然后將該等離子化的工藝氣體供給至處理空間內，不同于在噴頭和基片支撐體之間的處理空間內等離子化工藝氣體的直接等離子體方法或從基片處理裝置外部接收等離子化工藝氣體的遠程等離子體方法。 RA-CVD或RA-ALD工藝用于防止層被破壞，以及與一般的CVD或ALD工藝相比，提高沉積率。另外，RA-CVD或RA-ALD工藝只等離子化噴頭內的反應氣體，然后將該等離子化的9反應氣體供給至處理空間內，而不是將源氣體(source gas)和反應氣體(下文中，“源氣體”和“反應氣體”都稱作“原料氣體”)都等離子化并將它們供給至處理空間內。此時，源氣體可以與反應氣體分開供給至處理空間內。因此，就可能阻止源氣體與反應氣體在噴頭內部或者遠離基片的一個位置發(fā)生反應并促進基片表面活性化學反應。結果，獲得高沉積率和極好的反應，這能夠改善AW薄膜的膜的沉積。使用上述CVD、ALD, RA-CVD或RA-ALD工藝形成A10，AlN或AlON薄膜的過程可以在單基片處理裝置或在同時處理多個基片的多基片處理裝置中執(zhí)行。特別地，該過程在多基片處理裝置中執(zhí)行的情形中，該過程可以在多基片處理裝置中執(zhí)行，包括基片支撐體 (多個基片沿著其邊緣安裝在其上部)和噴頭，其中的氣體注入孔分組成了幾個氣體注入部。在該情形中，形成AW薄膜等等的過程可以在特定的多基片處理裝置中執(zhí)行，在該處理過程中，基片支撐體和噴頭中的至少一個相對于另外一個相對地旋轉。圖5例示了制造太陽能電池的基片處理裝置(在下文中，簡稱作“基片處理裝置”) 的一個舉例，太陽能電池可以用于使用ALD工藝形成MO薄膜。參考圖5，基片處理裝置100 包括處理腔室110、噴頭組件(assembly) 120、基片支撐體130、真空泵140、控制器150和氣體供給單元160。處理腔室110包括執(zhí)行ALD工藝的沉積空間。處理腔室110還進一步包括用于調整處理腔室110內部溫度的加熱器(未圖示)和/或冷卻器，以及等離子體產(chǎn)生單元(未圖示)。例如，在ALD工藝中使用氧氣、NO，H2A等等作為氧化劑氣體時，為了增強氧化劑氣體的反應，就可能需要等離子體產(chǎn)生單元。噴頭組件120用于將氣體供給單元160提供的工藝氣體均勻注入處理腔室110。噴頭組件120下部內可形成多個注入孔。工藝氣體，例如鋁源氣體，凈化氣體和氧化劑氣體可順序地從通過氣體供給管道與噴頭組件120上部相連接的氣體供給單元160供給至噴頭組件120。真空泵140用于使處理腔室110的內部空間為空或者將在半導體基片上沉積之后殘留的工藝氣體釋放至外部?；误w130用于安裝和支撐待處理的半導體基片?；误w130也稱作基座。在單基片處理裝置中，待處理的單半導體基片S裝載在基片支撐體130上，但是，對于本領域一個普通技術人員來說，當前的舉例可以應用于多基片處理裝置是顯而易見的。還有，用于將待處理的半導體基片S的溫度提高到預設的處理溫度的加熱器等(未圖示)也包括在基片支撐體130內。加熱器可以安裝在處理腔室1100內部，基片支撐體120內或設置在其下方?？刂破?20控制使用ALD工藝形成MO薄膜所需要的處理參數(shù)。例如，控制器150 控制氣體供給單元160以調整流向處理腔室110的工藝氣體的種類，流速，流入時間等，并控制待處理的半導體基片S的溫度以及處理腔室110的內部溫度。例如，控制器150可使用包括在基片支撐體130內的加熱器等來控制基片的溫度，以使AlO薄膜使用ALD工藝在 150°C和400°C之間的基片溫度下沉積。還有，真空泵140或等離子體產(chǎn)生單元也可由控制器150控制。基片處理裝置100可使用以下方法形成A10，AlN或AlON薄膜。在基片處理裝置 100中使用ALD工藝形成AW薄膜的方法可應用于多基片處理裝置，以及單基片處理裝置。還有，在基片處理裝置100中使用ALD工藝形成AW薄膜的方法可用于通過使用諸如NH3的含氮化合物或諸如N的氮化劑氣體作為反應氣體來形成AlN薄膜的方法。使用ALD工藝形成AW薄膜的方法也可用于通過以源氣體、第一凈化氣體、第一反應氣體(氧化劑氣體和氮化劑氣體中的一種)、第二凈化氣體、第二反應氣體(氧化劑氣體和氮化劑氣體中的另一種)和第三凈化氣體的順序設置處理循環(huán)來形成AlON薄膜的方法。圖6是關于使用ALD工藝形成AW薄膜的工藝氣體的時間圖。AW薄膜在半導體基片S的背面(更詳細地，圖4A至4D所例示的工藝已在由此形成的基片上執(zhí)行)面朝上的狀態(tài)下形成在處理腔室內的基片支撐體上。參考圖5和6，作為原料氣體中一種的Al源氣體通過噴頭120朝半導體基片S注射。Al源氣體可以是TMA，但是，并不局限于此。例如，Al源氣體可以是三氯化鋁(A1C13)、三乙基鋁(TEA)、二甲基氯化鋁(Me2AlCl)、乙醇鋁、異丙醇鋁、三異丁基鋁、去甲基氫化鋁，三甲胺阿勞因(trimethylamine alein)、三乙胺阿勞因(triehylaminealein)，去甲基乙胺阿勞因(demethyletylamine alien)等。當在低溫時具有高氣壓的TMA用作Al源氣體時，可以以將Ar以lOOsccm的流速推入罐(canister)內產(chǎn)生的壓力將TMA注入半導體基片S 上。然后，第一凈化氣體通過噴頭120注入半導體基片S上。接著，驅動真空泵140以將除半導體基片S上吸附的Al源氣體中的單原子層(atomic monolayer)之外的第一凈化氣體和殘留的Al源氣體釋放到外部。第一凈化氣體可以是惰性氣體，例如Ar。但是，其它任何一種氣體也可以用作第一凈化氣體。Ar可以以300SCCm的流速進行噴灑。接下來，原料氣體中的另一種氣體，即反應氣體，也就是，氧化劑氣體(例如O3)以 90sCCm的流速注入半導體基片S上。當形成AlN薄膜時，氮化劑氣體，例如氨氣被供給，而當形成AlON薄膜時，氧化劑氣體和氮化劑氣體被順序(或者以氮化劑氣體和氧化劑氣體的順序)供給。供給氧化劑氣體之后且供給氮化劑氣體之前，可附加供給凈化氣體。氧化劑氣體沉積在半導體基片S上與Al源氣體進行反應，以使半導體基片S上形成氧化鋁(AW) 的單原子層。N20、02或吐02，而不是O3，可以用作氧化劑。其它具有高反應性的氧化劑，而不是03，激發(fā)至等離子體態(tài)，然后被供給作為反應氣體。等離子體可以是直接等離子體或遠程等離子體，但是，其它任何一種等離子體也可使用。H2O可以用作氧化劑，在該情形下，可以使用噴霧器。隨后，作為第二凈化氣體的惰性氣體通過噴頭120注入半導體基片S上。第二凈化氣體可以是Ar，該Ar氣以300sCCm的流速噴灑。噴灑第二凈化氣體之后，殘留的氧化劑和反應的副產(chǎn)物釋放至處理腔室110外部。執(zhí)行上述工藝之后，ALD工藝的工藝循環(huán)完成。待沉積的AW薄膜的厚度可依工藝循環(huán)重復的次數(shù)調整。如上所述，形成A10，A1N或AlON薄膜的工藝可在用于制造太陽能電池的多基片處理裝置(在下文中，簡稱作多基片處理裝置)中執(zhí)行。多基片處理裝置中，多個基片單獨設置，或者分成幾組，然后沿著基片支撐體的邊緣設置，之后執(zhí)行沉積A10，AlN或AlON薄膜的工藝。例如，多個半導體基片裝載在基片支撐體上之后，順序注入Al源氣體、第一凈化氣體，氧化劑氣體或氮化劑氣體和第二凈化氣體的循環(huán)以預設的次數(shù)重復，以形成所需厚度的AW或AlN薄膜?；蛘?，以預設次數(shù)重復順序注入Al源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體(或氮化劑氣體)、第二凈化氣體，氮化劑氣體(或氧化劑氣體)和第四凈化氣體的循環(huán)，形成所需厚度的AlON薄膜。在該情形中，基片支撐體和噴頭固定之后或基片支撐體和噴頭相對彼此旋轉時，執(zhí)行該工藝。在噴頭的氣體注入孔分組成幾個氣體注入部的情形中，工藝氣體可順序注入或者工藝氣體的一部分可通過相對應的幾個氣體注入部進行注入。在后者情形中，通過相對噴頭相對地旋轉基片支撐體，AW薄膜可均勻地沉積在所負載的半導體基片的整個表面。或者，當多個半導體基片裝載在基片支撐體上時，各自的工藝氣體通過分成幾個氣體注入部的噴頭的氣體注入孔同時注入。例如，如圖7所示，形成AlO薄膜時，作為Al源氣體中的一種的TMA通過第一氣體注入部120b的氣體注入孔注入，作為凈化氣體的Ar氣通過第二氣體注入部120b的氣體注入孔注入，作為氧化劑反應氣體的O3氣通過第三氣體注入部120c注入，也作為凈化氣體的Ar氣通過第四氣體注入部120d注入。在該情形中，因為基片支撐體相對于噴頭(圖7所示的舉例中，基片支撐體僅以逆時針方向旋轉)相對地旋轉，基片支撐體的一次旋轉達到與ALD工藝一次循環(huán)相同的效果。因此，與上述時分ALD 方法相比，制造時間減少，從而使得生成量提高。同時，圖7所示舉例中，注入氮化劑反應氣體而不是氧化劑反應氣體時，通過噴頭的氣體注入部同時注入工藝氣體可形成AlN薄膜。在此，噴頭的氣體注入孔可分成6或8 個氣體注入部。同時，按照Al源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體(或氮化劑氣體)、第二凈化氣體、氮化劑氣體(或氧化劑氣體)和第三凈化氣體的順序通過6個氣體注入部同時注入工藝氣體或者按照Al源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體(或氮化劑氣體)，第二凈化氣體、Al源氣體、第三凈化氣體、氮化劑氣體(或氧化劑氣體)，和第四凈化氣體的順序同時注入工藝氣體，可形成AlON薄膜。使用多基片處理裝置沉積A10，AlN或AlON薄膜的工藝中，來自噴頭注入的每種氣體的流速可以考慮到各種條件自適應地決定。例如，可以與裝載在基片支撐體上的半導體基片的數(shù)目成比例地增加每種氣體的流速。每種氣體的流速可取決于基片支撐體的旋轉速度、處理溫度、氣體注入單元的數(shù)目，氣體注入單元的注入孔的數(shù)目和排列等。多基片處理裝置的舉例在2008年12月10日由同一申請人提交的名稱為 "Apparatus for treatment of plural substrates'^ “多基片處理裝置”)的韓國專利申請No. 2008-0125368中公開。在該多基片處理裝置中，基片支撐體和噴頭中至少一個相對于另一個相對地旋轉，為了所有的目的，該說明書的全部內容通過引用的方式并入于此。韓國專利申請No. 2008-0125368中公開的多基片處理裝置包括處理腔室、基片支撐體、加熱器、噴頭組件，氣體供給單元和真空泵。基片支撐體安裝在處理腔室內，且支撐每一個都具有光接收面的一個或更多個半導體基片。加熱器對安裝在基片支撐體上的半導體基片加熱。噴頭組件安裝在處理腔室內部的基片支撐體的上部，將氣體供給單元供給的工藝氣體通過形成在噴頭組件下部的多個注入孔注入沉積空間。真空泵使處理腔室內部空間為空，或者將殘留工藝氣體或反應副產(chǎn)物釋放至處理腔室外部。多基片處理裝置還包括控制器。形成AW或AlN薄膜時，控制器可控制氣體供給單元以使Al源氣體、第一凈化氣體，氧化或氮化劑氣體和第二凈化氣體注入沉積空間，并同時控制加熱器以使半導體基片的溫度在150-400°C范圍內。同時，形成AlON薄膜時，控制器可控制氣體供給單元以使Al源氣體、第一凈化氣體，氧化或氮化劑氣體、Al源氣體、第二凈化氣體、氮化(或氧化)劑氣體和第三凈化氣體注入沉積空間內，并同時控制加熱器以使半導體基片的溫度在150-400°C范圍內。噴頭組件具有這樣的結構不同工藝氣體通過整個氣體注入孔順序噴灑。而且，還設置有旋轉驅動器以旋轉基片支撐體和噴頭組件中的至少一個，以使基片支撐體和噴頭組件相對于彼此旋轉。噴頭組件可包括沿著基片支撐體的邊緣設置的多個原料氣體(工藝氣體和反應氣體)注入單元，以將不同種類的原料氣體供給基片支撐體，還有設置在注入不同種類的原料氣體的原料氣體注入單元之間的多個凈化氣體注入單元，以凈化基片支撐體上的原料氣體。在此情況下，噴頭組件還可以包括基片支撐體上的凈化原料氣體。中心凈化氣體注入單元可設置在噴頭組件的中心?；蛘?，在噴頭組件中，多個氣體注入塊以如下方式設置原料氣體注入單元和凈化氣體注入單元中相鄰的兩個或更多個集合成氣體注入塊，相鄰的氣體注入單元注入相同種類的氣體。另外，不注入氣體的緩存單元可分別設置在原料氣體注入單元和凈化氣體注入單元之間。圖8例示出了多基片處理裝置200的實施例。參考圖8，多基片處理裝置200包括具有沉積空間的處理腔室210、具有多個朝向基片S開口的注入孔333的噴頭組件、基座232、基座支撐體230、諸如真空泵的排氣口 M0，控制器250和氣體供給單元沈0。安裝在基座支撐體230上的基座232可以有四個，半導體基片S可以置于每個感應器232上。工藝氣體和反應的副產(chǎn)物通過形成在基座支撐體 230內以與處理腔室210的內部空間相連的孔244和氣體出口 242釋放至外部。用于加熱基片S的加熱器234隱藏在基座支撐體230中?？刂破?50控制氣體供給單元260和加熱器234，以使執(zhí)行在基片S上形成MO薄膜的ALD的工藝時，基片S的溫度在150-400°C范圍內?？尚D氣體注入單元可以安裝在該處理腔室210之上?？尚D氣體注入單元可以包括，例如汽缸沈4、安裝在該汽缸274內的旋轉軸272以及螺旋槳式氣體注入單元(未示出)。當進行沉積工藝時，該螺旋槳式氣體注入單元朝著沉積空間旋轉到注入工藝氣體和凈化氣體。根據(jù)該實施例，可以裝備用于沿上-下方向移動基座支撐件230和/或旋轉軸 272的升降單元，以便調整螺旋槳式氣體注入單元和基座232之間的距離。圖9A和9B例示了多基片處理裝置300的結構。參考圖9A和9B，該多基片處理裝置300包括具有沉積空間的處理腔室310 (基片裝載于其內)、噴頭組件320和支撐基片 S的基片支撐體330。不同種的源氣體通過不同的氣體供給管360a和360b供給噴頭組件 320，且凈化氣體也通過氣體供給管360c供給噴頭組件320。孔形排氣口 3 形成于噴頭組件320的中心內，且氣體出口 3M連接于孔形排氣口 324，以將廢氣排放到外部。另外，噴頭組件320包括用于注入不同種的源氣體Sl和S2的多個源氣體注入單元321和322，以及用于在基片S上注入凈化氣體PG的多個凈化氣體注入單元323，其中該源氣體注入單元連接于氣體供給管360a和360b，且該凈化氣體單元323連接于氣體供給管 360c。通過凈化氣體注入單元323注入的凈化氣體PG在通過源氣體注入單元321和322 注入的不同種的源氣體Sl和S2之間形成空氣簾，從而避免不同種的源氣體Sl和S2在接觸基片S之前相互反應。凈化氣體PG可以相對于基片S的某種角度注入。源氣體注入單元321和322可交替地排列以沿徑向注入不同種的源氣體，且每個凈化氣體注入單元232 可以放置在兩個源氣體注入單元321和322之間。
盡管圖中未示出，多基片處理裝置300還包括用于將多個基片S加熱至預設溫度的加熱器。處理基片S的裝置300還包括用于控制加熱器的控制器和連接于氣體供給管 360a、360b和360c的氣體供給單元。圖IOA和IOB例示了另一實施例中多基片處理裝置400的結構，其中圖IOB是裝置400的噴頭組件430的剖視圖。參考圖IOA和10B，多基片處理裝置400包括具有沉積空間的處理腔室410 (多個基片S裝載于其內)、支撐基片S的基片支撐體420，噴頭組件430 以及分離與排氣設備(未示出)。該分離與排氣設備可以放置在噴頭組件430之內或之下。用于供給氣體的氣體注入孔431a至431d形成于噴頭組件430內。氣體注入孔 431a至431d包括第一和第二源氣體注入孔431a和431b以及第一和第二凈化氣體注入孔 431c至431d。第一和第二源氣體注入孔431a和431b形成于第一和第二源氣體區(qū)域SAl 和SA2，且第一和第二凈化氣體注入孔431c和431d形成于第一和第二凈化氣體區(qū)域PAl和 PA2。源氣體注入孔431a和431b和凈化氣體注入孔431c和431d被分離與排氣設備的第一和第二源氣體空氣導管441和442隔開。就是說，第一和第二源氣體空氣導管441和442 放置在源氣體注入孔431a和431b與凈化氣體注入孔431c和431d之間。反應腔室410的內部空間也被第一和第二源氣體空氣導管441和442分隔成第一和第二源氣體區(qū)域SAl和 SA2與第一和第二凈化氣體區(qū)域PAl和PA2。盡管圖中未示出，多基片處理裝置400包括用于供給源氣體和凈化氣體的氣體供給單元和用于將基片S加熱至預設溫度的加熱器。多基片處理裝置400還包括用于控制加熱器和氣體供給單元的控制器。對于本領域的普通技術人員來說，很明顯，除了上述多基片處理裝置，本實施例可以應用到各種多基片處理裝置。例如，上述處理可以在任意多基片處理裝置中實施，該裝置包括具有沉積空間的處理腔室、可旋轉地安裝在處理腔室內的基片支撐體(至少一個基片安裝在其上)、裝備在處理腔室之上以將不同種的氣體供給到處理腔室內的氣體供給單元、在與不同種氣體供給于其處的區(qū)域的邊界相應的位置形成于基片支撐體內的分離與排氣設備(分離與排氣設備包括用于排放周邊氣體的空氣導管)，以及以吸附力提供分離與排氣設備的真空泵。多基片處理裝置包括用于控制基片溫度和氣體供給的控制器。
如上所述，通過在ρ型硅基片IOb的背面上形成預設厚度的AW薄膜40，然后形成上電極圖案52和背面電極M以及移除形成于半導體基片IOb的側面上的PSG薄膜等，來制造圖1中所例示的太陽能電池(見圖4E)。在這種情況，在形成背面電極M之前，在AW薄膜40上還可以形成覆蓋層(未示出)。更詳細地，覆蓋層可以由絕緣材料構成，例如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或類似物。然后，使用激光或任意其它的蝕刻工藝在覆蓋層內形成通孔，以便確保AW薄膜40與背面電極M之間的電連接通道。接著，將Al漿涂敷在覆蓋層上，以形成背面電極M，然后進行熱處理等。如上所述，在太陽能電池A中，比由Al漿構成的現(xiàn)有BSF層具有更高NFC特性的 BSF層由ρ型半導體基片的受光表面的相對面上的AW、A1N或AlON形成。因此，太陽能電池A可以延長通過吸收光而產(chǎn)生的電子的壽命，并避免由背面的電子和空穴重組而引起的損失。而且，當BSF層由AW形成時，還可以通過在BSF和ρ型半導體基片之間的接觸面內形成保護層來改善太陽能電池A的效能。此外，當BSF層由氧化鋁和/或氮氧化鋁形成時，14太陽能電池A可以在不形成任何保護層的情況下具有高效能。此外，根據(jù)上述實施例，在半導體基片中，具有大于900nm的長波長的光子的內反射增加，以延長光子的移動路徑，從而改善EQE和IQE。以上已經(jīng)描述了多個舉例。然而，將理解，可以進行各種變型。例如，如果以不同順序實施所述技術和/或如果所描述的系統(tǒng)、構造、設備或電路中的元件以不同方式組合，和/或以其它元件或其等價物代替或補充，那么可以得到合適的結果。相應地，其它的實施方式在以下權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種太陽能電池，包括 P型半導體基片；在所述P型半導體基片受光表面的相對表面上由鋁的化合物形成的背面電場(BSF) 層；以及形成于所述BSF層上以與所述BSF層電連接的背面電極。
2.如權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述BSF層具有負的固定電荷(NFC)的特性。
3.如權利要求2所述的太陽能電池，其中，所述BSF層包括AlO薄膜、AlN薄膜和AlON 薄膜中的至少一種薄膜。
4.如權利要求3所述的太陽能電池，其中，所述BSF層包括AlO薄膜，以及置于所述ρ 型半導體基片與所述BSF層之間、由氧化物形成的保護層。
5.如權利要求3所述的太陽能電池，其中，在所述BSF層與所述背面電極之間還設置有覆蓋層。
6.如權利要求3所述的太陽能電池，其中，所述BSF層包括AlN薄膜或AlON薄膜，且所述AlN薄膜或AlON薄膜形成于所述ρ型半導體基片上。
7.一種制造太陽能電池的方法，包括制備P型半導體基片；在所述P型半導體基片受光表面的相對表面上由鋁的化合物形成背面電場(BSF)層；以及在所述BSF層上形成背面電極以與所述BSF層電連接。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述BSF層包括AW薄膜、AlN薄膜和AlON薄膜中的至少一種薄膜，且通過在150-400°C的溫度范圍內使用原子層沉積(ALD)或者化學氣相沉積(CVD)處理來實施沉積而形成所述AW薄膜、AlN薄膜和AlON薄膜。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述BSF層的形成包括在放置于處理腔室內的基片支撐體上裝載至少一個基片；以及從所述基片支撐體之上重復執(zhí)行順序注入鋁源氣體、第一凈化氣體、氧化劑或氮化劑氣體、以及第二凈化氣體的處理，以沉積所述AlO薄膜或AlN薄膜。
10.如權利要求8所述的方法，其中，所述BSF層的形成包括在放置于所述處理腔室內的基片支撐體上裝載至少一個基片；以及從所述基片支撐體之上重復執(zhí)行順序注入鋁源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體和氮化劑氣體中的一種、第二凈化氣體、所述氧化劑氣體和氮化劑氣體中的另一種、以及第三凈化氣體的處理，以沉積所述AlON薄膜。
11.如權利要求8所述的方法，其中，所述BSF層的形成包括在放置于所述處理腔室內的基片支撐體上裝載至少一個基片；以及從所述基片支撐體之上重復執(zhí)行順序注入鋁源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體和氮化劑氣體中的一種、第二凈化氣體、所述鋁源氣體、第三凈化氣體、所述氧化劑氣體和氮化劑氣體中的另一種、以及第四凈化氣體的處理，以沉積所述AlON薄膜。
12.如權利要求8所述的方法，其中，所述BSF層的形成包括在放置于所述處理腔室內的基片支撐體上沿所述基片支撐體的周邊裝載多個基片；以及在相對于設置在所述基片支撐體之上的噴頭相對地旋轉所述基片支撐體時，重復執(zhí)行從所述噴頭同時注入鋁源氣體、第一凈化氣體、氧化劑或氮化劑氣體、以及第二凈化氣體的處理，以沉積所述AlO薄膜或AlN薄膜，所述噴頭包括多個氣體注入單元。
13.如權利要求8所述的方法，其中，所述BSF層的形成包括在放置于所述處理腔室內的基片支撐體上沿所述基片支撐體的周邊裝載多個基片；以及在相對于設置在所述基片支撐體之上的噴頭相對地旋轉所述基片支撐體時，重復執(zhí)行從所述噴頭同時注入鋁源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體和氮化劑氣體中的一種、第二凈化氣體、所述氧化劑氣體和氮化劑氣體中的另一種、以及第三凈化氣體的處理，以沉積所述 AlON薄膜，所述噴頭包括多個氣體注入單元。
14.如權利要求8所述的方法，其中，所述BSF層的形成包括在放置于所述處理腔室內的基片支撐體上沿所述基片支撐體的周邊裝載多個基片；以及在相對于設置在所述基片支撐體之上的噴頭相對地旋轉所述基片支撐體時，重復執(zhí)行從所述噴頭同時注入鋁源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體和氮化劑氣體中的一種、第二凈化氣體、所述鋁源氣體、第三凈化氣體、所述氧化劑氣體和氮化劑氣體中的另一種、以及第四凈化氣體的處理，以沉積所述AlON薄膜，所述噴頭包括多個氣體注入單元。
15.如權利要求9任一所述的方法，其中，所述鋁源氣體包括選自由三甲基鋁(TMA)、三氯化鋁(AlCl3)、三乙基鋁(TEA)、去甲基氯化鋁(Me2AlCl)、乙醇鋁、異丙醇鋁、三異丁基鋁、去甲基氫化鋁、三甲胺阿勞因、三乙胺阿勞因和去甲基乙胺阿勞因組成的組中的至少一種。
16.如權利要求9任一所述的方法，其中，所述氧化劑氣體包括選自由03為0為和H2A 組成的組中的一種，且所述氮化劑氣體是NH3或N2。
17.如權利要求8所述的方法，在形成所述BSF層之前，包括在所述BSF層上形成覆蓋層；在所述覆蓋層中形成通孔；以及在所述通孔中以及所述覆蓋層上涂敷Al漿。
18.如權利要求8所述的方法，其中，所述ALD處理是等離子體增強ALD(PEALD)處理，且所述CVD處理是等離子體增強CVD(PECVD)處理。
19.如權利要求18所述的方法，其中，所述PEALD處理或PECVD處理在所述噴頭中等離子化反應氣體，并將等離子化的反應氣體供給到所述處理腔室的內部空間。
20.一種用于制造太陽能電池的基片處理裝置，包括處理腔室，其中具有處理空間；基片支撐體，安裝在所述處理腔室內，以支撐各自具有受光表面的一個或更多個半導體基片；加熱器，用于加熱布置在所述基片支撐體上的所述一個或更多個半導體基片；噴頭組件，設置在所述基片支撐體上，以通過形成于所述噴頭組件的下部內的多個注入孔將工藝氣體注入沉積空間；氣體供給單元，用于將所述工藝氣體供給所述噴頭組件；真空泵，用于使所述處理腔室的內部空間成真空，或者將殘留的工藝氣體或反應副產(chǎn) 物排放到所述處理腔室外部；以及控制器，用于控制所述氣體供給單元，以將鋁源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體和氮化劑氣體中的一種或兩種，以及第二凈化氣體注入到所述處理空間，并控制所述加熱器以使得所述半導體基片的溫度處于150-400°C的范圍內。
21.如權利要求20所述的基片處理裝置，其中，當通過所述噴頭組件的注入孔將所述氧化劑氣體和氮化劑氣體均注入所述處理空間中時，所述控制器控制所述氣體供給單元，以將所述第三凈化氣體注入所述處理空間。
22.如權利要求21所述的基片處理裝置，其中，所述噴頭組件具有這樣的結構通過多個注入孔將不同種類的工藝氣體順序注入。
23.如權利要求21所述的基片處理裝置，還包括旋轉驅動器，用于旋轉所述基片支撐體和所述噴頭組件中的至少一個，以使得所述基片支撐體和所述噴頭組件相對彼此旋轉，其中所述噴頭組件包括多個原料氣體注入單元，沿所述基片支撐體的周邊布置，以在所述基片支撐體上供給不同種類的原料氣體；以及多個凈化氣體注入單元，分別放置在用于注入位于所述多個原料氣體注入單元之間的不同種類的原料氣體的原料氣體注入單元之間，以凈化所述基片支撐體上注入的原料氣體。
24.如權利要求23所述的基片處理裝置，其中，所述噴頭組件還包括中心凈化氣體注入單元，其設置于所述噴頭組件的中心內，以供給凈化氣體。
25.如權利要求23所述的基片處理裝置，其中，所述噴頭組件、多個氣體注入塊以這種方式配置，以使得在所述原料氣體注入單元和所述凈化氣體注入單元之間相鄰的兩個或更多個注入單元集合成氣體注入塊，所述相鄰的氣體注入單元注入相同種類的氣體。
26.如權利要求23所述的基片處理裝置，其中，在所述原料氣體注入單元和所述凈化氣體注入單元之間分別設置有不注入氣體的緩沖單元。
全文摘要
提供了太陽能電池及其制造方法。在制造太陽能電池的方法中，在其受光表面上形成有防反光膜的p型半導體基片裝載入處理腔室。在這種情況，p型半導體基片可以沿基片支撐體的邊緣裝載在處理多個基片的裝置的基片支撐體上，在此狀態(tài)下，p型半導體基片的背面面朝上。然后在所述p型半導體基片的背面上由AlO、AlN或AlON形成具有負的固定電荷(NFC)的特性的背面電場(BSF)層。此時，可以通過在相對于噴頭相對地旋轉基片支撐體時，同時注入穿過各個氣體注入單元的注入孔的鋁源氣體、第一凈化氣體、氧化劑氣體和/或氮化劑氣體，以及第二凈化氣體來形成BSF層。此后，背面電極形成于BSF之上，以使得背面電極與BSF層電連接。
文檔編號H01L31/04GK102044576SQ20101051808
公開日2011年5月4日申請日期2010年10月13日優(yōu)先權日2009年10月13日
發(fā)明者樸成范, 樸相俊, 裵埈成, 金穎俊申請人:Ips有限公司

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