專利名稱：形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的掩模、方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的掩模、方法和設備。
背景技術：
由于環(huán)境污染問題變得越來越嚴重，近來已有許多對能夠減少環(huán)境污染的可再生能源的研究。特別是，已經(jīng)對能夠通過利用太陽能產(chǎn)生電能的太陽能電池給予了許多關注。 但是，為了在實際工業(yè)中使用太陽能電池，需要太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率足夠高，并需要制造太陽能電池的成本低。從光電轉(zhuǎn)換效率方面來講，提高實際太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率存在局限性，因為太陽能電池的理論效率極限不是很高，而世界著名的研究組報告目前硅太陽能電池具有 24 %或更高的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，在批量生產(chǎn)太陽能電池的情況下，太陽能電池的實際平均光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不高于17%。因此，需要一種可以以30MW或更高的年生產(chǎn)能力應用到自動化批量生產(chǎn)線中的高效率制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的掩模、方法和設備，其通過形成選擇性發(fā)射極能夠提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率并能以穩(wěn)定的方式形成選擇性發(fā)射極。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的設備，所述設備包括傳送裝置，被配置為傳送基板，其中在所述基板的上表面上形成有第一發(fā)射極層，所述第一發(fā)射極層具有在其中擴散和形成的η型雜質(zhì)；工作臺，從所述傳送裝置向所述工作臺提供所述基板，并且所述工作臺被配置為支撐所提供的基板；掩模，放置在所述第一發(fā)射極層的上側并具有圖案化的開口 ；以及發(fā)射裝置，位于所述工作臺的上方并將熱能施加給經(jīng)所述掩模被暴露的第一發(fā)射極層。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的方法，所述方法包括制備基板，其中在所述基板的上表面上形成有第一發(fā)射極層，所述第一發(fā)射極層具有在其中擴散和形成的η型雜質(zhì)；將具有圖案化的開口的掩模放置在所述第一發(fā)射極層的上側；以及將熱能施加給經(jīng)所述掩模被暴露的第一發(fā)射極層，并形成第二發(fā)射極層，其中所述η型雜質(zhì)在所述第二發(fā)射極層中進一步擴散和形成。優(yōu)選地，所述形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的設備還包括預加熱裝置，所述預加熱裝置可對由所述工作臺支撐的基板進行預加熱；并且所述預加熱裝置可通過所述工作臺預加熱所述基板。優(yōu)選地，所述傳送裝置包括傳送帶，并且所述工作臺放置在所述傳送帶的下側。優(yōu)選地，所述形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的設備還包括放置在所述工作臺的前面的基板傳感器，所述基板傳感器被配置為感測所述基板的傳送并控制所述傳送帶的運行，使得所述基板被放置和停止在所述工作臺上。優(yōu)選地，在所述工作臺中可形成有用于提供負壓的負壓孔，以便防止放置在所述工作臺上的基板移動。優(yōu)選地，形成在所述掩模上的開口可包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的指狀電極的位置對應的位置；以及第二區(qū)域，所述第二區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的匯流排電極的位置對應的位置。優(yōu)選地，在所述第二區(qū)域中形成有格柵形狀的圖案，格柵的寬度與所述第一區(qū)域的寬度相等。優(yōu)選地，所述掩?？砂ㄍ该骰澹灰约敖饘倌?，所述金屬膜附著到所述透明基板的底表面并具有圖案化的開口。此外，在所述透明基板上可形成有第一透鏡，所述第一透鏡被配置為將熱能聚集到所述第一區(qū)域；并且在所述透明基板上可形成有第二透鏡，所述第二透鏡被配置為將熱能聚集到所述第二區(qū)域。優(yōu)選地，所述發(fā)射裝置包括多個發(fā)射器；以及發(fā)射裝置外罩，支撐所述多個發(fā)射器并且在所述發(fā)射裝置外罩的下表面上可形成有彎曲凹面。此外，所述發(fā)射裝置外罩可包括安裝在其中的冷卻裝置，所述發(fā)射裝置是可移動的。根據(jù)本發(fā)明的有一個方面，提供一種形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的掩模，包括透明基板；以及金屬膜，所述金屬膜附著到所述透明基板的底表面并具有圖案化的開口，其中形成在所述掩模上的開口包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的指狀電極的位置對應的位置；以及第二區(qū)域，所述第二區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的匯流排電極的位置對應的位置，其中在所述透明基板上形成第一透鏡，所述第一透鏡被配置為將熱能聚集到所述第一區(qū)域。優(yōu)選地，在所述透明基板上可形成有第二透鏡，所述第二透鏡被配置為將熱能聚集到所述第二區(qū)域。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式通過形成選擇性發(fā)射極能夠提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，并能以穩(wěn)定和高效的方式形成選擇性發(fā)射極。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個方面的形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的方法的流程圖。圖2和圖3表示在基板的表面上涂覆雜質(zhì)。圖4表示將熱能施加給基板以便形成第一發(fā)射極層。圖5是表示基板的橫截面圖，其中在基板上形成有第一發(fā)射極層。圖6A表示使用發(fā)射裝置(ramp)形成第二發(fā)射極層的一個實施方式。圖6B表示使用發(fā)射裝置形成第二發(fā)射極層的另一個實施方式。圖7是基板的橫截面圖，其中在基板上形成有第二發(fā)射極層。
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圖8和9是表示擴散系數(shù)隨著溫度變化的圖表。圖10是表示匯流排(bus bar)層和指狀層如何形成的平面圖。圖11是表示匯流排電極和指狀電極如何形成的平面圖。圖12是表示掩模的一部分的放大圖。圖13-15表示根據(jù)本發(fā)明一個方面的形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的各種可
替換方法。圖16是表示掩模的一個實施方式的橫截面圖。圖17和18是表示掩模的另一個實施方式的橫截面圖。圖19是表示根據(jù)本發(fā)明另一個方面的形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的設備的一個實施方式的透視圖。圖20是表示根據(jù)本發(fā)明另一個方面的形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的設備的一個實施方式的透視圖。圖21是表示傳送組件的平面圖。圖22是表示工作臺組件的透視圖。圖23是表示圖22中移除工作臺后得到的平面圖。圖M是表示工作臺組件的側視圖。
具體實施例方式由于本發(fā)明可有各種變型和實施方式，將參照附圖表示并描述本發(fā)明的其中某些實施方式。但是，這決不意味著將本發(fā)明限制為這些實施方式，而應當將本發(fā)明解釋為包括被本發(fā)明的主旨和范圍所覆蓋的所有變型、等同物和替代物。在對于本發(fā)明的整個描述中， 如果對于某一技術的描述被認為會模糊本發(fā)明的要點，則將省略相關的詳細描述。如“第一”和“第二”這樣的用語可在描述各種元件時使用，但不應將這些元件限制為這樣的用語。上述用語只是用來將一個元件與另一元件區(qū)分開來。在描述中使用的用語意在僅描述某些實施方式，這決不意味著限制本發(fā)明。除非明確地使用，否則用單數(shù)形式的表達包括復數(shù)形式的意思。在本發(fā)明的描述中，如“包含”或 “包括”這樣的表達意在指明一個特征，一個數(shù)量，一個步驟，一個操作，一個元件，一個部分或其組合物，但不應被解釋為排除任何一個或多個其它特征，數(shù)量，步驟，操作，元件，部分或其組合物的存在或可能性。下文將參照附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的掩模、 方法和設備的某些優(yōu)選實施方式。相同或相應元件將被賦予相同的附圖標記而不考慮圖號，并且將不重復對相同或相應的元件的多余描述。首先將參照描述圖1至圖7描述根據(jù)本發(fā)明一個方面的形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的方法。首先，制備基板10 (步驟S100)，其中在基板10的上表面上形成發(fā)射極層16，發(fā)射極層16具有在其中擴散和形成的η型雜質(zhì)。在此，基板10可安裝于工作臺200上(如圖 14所示)。當在基板10被固定在工作臺200上的同時執(zhí)行選擇性發(fā)射極的形成處理時，可以以不在基板10上產(chǎn)生震動的穩(wěn)定的方式形成選擇性發(fā)射極。為了制造此基板10，可在摻雜了硼離子的ρ型硅晶片12的上表面上涂覆η型雜質(zhì)比如磷(參見圖2和幻，然后把熱能El施加給硅晶片12(參見圖4)。當把熱能El施加給硅基板10時，雜質(zhì)14的離子可擴散進硅基板10，并可形成第一發(fā)射極層16 (參見圖5)。 在此，第一發(fā)射極層16對應于擴散并形成有雜質(zhì)14比如磷的η型層?？梢詧?zhí)行預加熱工藝，用于施加確定量的熱能給上面形成有第一發(fā)射極層16的整個基板。圖6Α表示用于這種預加熱工藝的預加熱裝置300。預加熱工藝將在下面詳細描述。接下來，如圖6所示，具有圖案化的開口沈的掩模放置于第一發(fā)射極層16的上側 (步驟S200)，然后把熱能施加給經(jīng)掩模20被暴露的第一發(fā)射極層16，形成第二發(fā)射極層 18 (參見圖7)，其中η型雜質(zhì)14在第二發(fā)射極層18中進一步擴散并形成(步驟S300)。換句話說，通過使用掩模20和發(fā)射裝置400把熱能選擇性地施加給已在其中擴散有η型雜質(zhì) 14的第一發(fā)射極層16的一部分。如上所述，當執(zhí)行預加熱工藝時，通過預加熱施加給基板10的熱能Ε3和通過發(fā)射裝置400施加的熱能Ε2之和需要大于用于形成第一發(fā)射極層16的熱能El (Ε2+Ε3 > El)。通過將預加熱工藝與通過發(fā)射裝置400提供熱能的工藝分開執(zhí)行，可以減小被施加有熱能的區(qū)域和其余區(qū)域之間的熱能上的差異，從而防止破壞基板10。在此，預加熱工藝和通過發(fā)射裝置400施加熱能的工藝可以依次或同時執(zhí)行。當如上所述把大于用于形成第一發(fā)射極層16的熱能El的熱能Ε2+Ε3通過預加熱和由發(fā)射裝置400提供熱能而施加給第一發(fā)射極層16的一部分時，η型雜質(zhì)14在被施加有熱能的部分中進一步擴散，結果，可在第一發(fā)射極層16的此部分中形成第二發(fā)射極層 18(參見圖7)。為了應對已經(jīng)形成的η型層、即第一發(fā)射極層16的雜質(zhì)濃度不足的情況，如圖6Β 所示，也可以在將要形成第二發(fā)射極層18的位置進一步形成附加η型雜質(zhì)15之后提供熱能。以下，將詳細描述形成第二發(fā)射極層18的原理。當原子在固體中聚集不均勻時，在固體中的原子通過熱運動從高濃度區(qū)擴散到低濃度區(qū)，直到原子的濃度在整個固體中變得一致為止。這種基于菲克第一擴散定律(其中擴散通量與濃度梯度成比例)的擴散現(xiàn)象可由下面的方程式表示。[方程式1]在[方程式1]中，J是擴散通量(即通過單位面積的擴散物質(zhì)的量)，D是擴散系數(shù)。C是擴散物質(zhì)的濃度，χ是擴散物質(zhì)沿Y軸的移動距離。在此，擴散系數(shù)隨溫度升高而迅速增大，這可由下面的方程式表示。[方程式2]D = D0e省在[方程式2]中，Dtl是對溫度不敏感的常數(shù)，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是溫度。Q被認為是活化能，Q值的大小取決于不同物質(zhì)，介于2至5eV之間。根據(jù)[方程式2]擴散系數(shù)隨溫度的變化由圖8和9示出的圖表表示。舉例說明，當Q = 2eV和Dtl = 8X 10_5平方
ac米/秒(m2/sec)時，D在300° K時的值大約是10_38m2/sec，但是當T = 1500° K時，D值驟升至IO-1Wsec。因此，如圖18所示，如果假設彼此具有不同溫度的熱能El和熱能E2+E3分別提供給硅晶片12的兩個不同的點，則雜質(zhì)14的擴散程度會變得不同，因為這兩點的擴散系數(shù)分別是彼此不同的Dl和D2 (即擴散系數(shù)隨溫度升高而增大)，因此第二發(fā)射極層18在第一發(fā)射極層16的某一部分中形成，從而彼此區(qū)分開兩個發(fā)射極層，如圖7所示。如圖9所示，圖8所示的曲線圖可重畫為表示對數(shù)函數(shù)與溫度之間的倒數(shù)關系的圖表。下面的方程式是對應于圖9所示的圖表的[方程式2]的對數(shù)函數(shù)形式。[方程式3]
權利要求
1.一種形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的設備，包括傳送裝置，被配置為傳送基板，其中在所述基板的上表面上形成有第一發(fā)射極層，所述第一發(fā)射極層具有在其中擴散和形成的η型雜質(zhì)；工作臺，從所述傳送裝置向所述工作臺提供所述基板，并且所述工作臺被配置為支撐所提供的基板；掩模，放置在所述第一發(fā)射極層的上側并具有圖案化的開口 ；以及發(fā)射裝置，位于所述工作臺的上方并將熱能施加給經(jīng)所述掩模被暴露的第一發(fā)射極層。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括預加熱裝置，所述預加熱裝置被配置為對由所述工作臺支撐的基板進行預加熱。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述預加熱裝置通過所述工作臺預加熱所述基板。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述傳送裝置包括傳送帶，并且其中所述工作臺放置在所述傳送帶的下側。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，還包括放置在所述工作臺的前面的基板傳感器，所述基板傳感器被配置為感測所述基板的傳送并控制所述傳送帶的運行，使得所述基板被放置和停止在所述工作臺上。
6.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中在所述工作臺中形成有用于提供負壓的負壓孔， 以便防止放置在所述工作臺上的基板移動。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中形成在所述掩模上的開口包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的指狀電極的位置對應的位置；以及第二區(qū)域，所述第二區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的匯流排電極的位置對應的位置。
8.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中所述掩模包括 透明基板；以及金屬膜，所述金屬膜附著到所述透明基板的底表面并具有圖案化的開口。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中在所述透明基板上形成有第一透鏡，所述第一透鏡被配置為將熱能聚集到所述第一區(qū)域。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中在所述透明基板上形成有第二透鏡，所述第二透鏡被配置為將熱能聚集到所述第二區(qū)域。
11.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中在所述第二區(qū)域中形成有格柵形狀的圖案。
12.根據(jù)權利要求11所述的設備，其中格柵的寬度與所述第一區(qū)域的寬度相等。
13.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述發(fā)射裝置包括 多個發(fā)射器；以及發(fā)射裝置外罩，位于所述發(fā)射器的上側并且在所述發(fā)射裝置外罩的下表面上形成有彎曲凹面。
14.根據(jù)權利要求13所述的設備，其中所述發(fā)射裝置外罩包括冷卻裝置。
15.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述發(fā)射裝置是可移動的。
16.一種形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的方法，包括制備基板，其中在所述基板的上表面上形成有第一發(fā)射極層，所述第一發(fā)射極層具有在其中擴散和形成的η型雜質(zhì)；將具有圖案化的開口的掩模放置在所述第一發(fā)射極層的上側；以及將熱能施加給經(jīng)所述掩模被暴露的第一發(fā)射極層，并形成第二發(fā)射極層，其中所述η 型雜質(zhì)在所述第二發(fā)射極層中進一步擴散和形成。
17.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括在將熱能施加給所述第一發(fā)射極層之前預加熱所述基板。
18.根據(jù)權利要求16所述的方法，還包括在放置所述掩模之前，在所述第一發(fā)射極層上對應于所述開口進一步形成所述η型雜質(zhì)。
19.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中在所述掩模上形成的開口包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的指狀電極的位置對應的位置；以及第二區(qū)域，所述第二區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的匯流排電極的位置對應的位置。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述掩模包括 透明基板；以及金屬膜，所述金屬膜附著到所述透明基板的底表面并具有圖案化的開口。
21.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中在所述透明基板上形成第一透鏡，所述第一透鏡被配置為將熱能聚集到所述第一區(qū)域。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中在所述透明基板上形成第二透鏡，所述第二透鏡被配置為將熱能聚集到所述第二區(qū)域。
23.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中在所述第二區(qū)域中形成格柵形狀的圖案。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中格柵的寬度和所述第一區(qū)域的寬度相等。
25.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述發(fā)射裝置包括 多個發(fā)射器；以及被配置為支撐所述多個發(fā)射器的發(fā)射裝置外罩， 其中在所述發(fā)射裝置外罩的下表面上形成彎曲凹面。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中所述發(fā)射裝置外罩包括冷卻裝置。
27.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述基板放置在工作臺上，其中在所述工作臺中形成有負壓孔，其中通過所述負壓孔施加負壓，以便防止放置在所述工作臺上的基板移動。
28.一種形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的掩模，包括 透明基板；以及金屬膜，所述金屬膜附著到所述透明基板的底表面并具有圖案化的開口， 其中形成在所述掩模上的開口包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的指狀電極的位置對應的位置；以及第二區(qū)域，所述第二區(qū)域形成在與將要在所述基板中形成的匯流排電極的位置對應的位置，其中在所述透明基板上形成第一透鏡，所述第一透鏡被配置為將熱能聚集到所述第一區(qū)域。
29.根據(jù)權利要求觀所述的掩模，其中在所述透明基板上形成第二透鏡，所述第二透鏡被配置為將熱能聚集到所述第二區(qū)域。
30.根據(jù)權利要求觀所述的掩模，其中在所述第二區(qū)域中形成格柵形狀的圖案。
31.根據(jù)權利要求30所述的掩模，其中格柵的寬度和所述第一區(qū)域的寬度相等。
全文摘要
本發(fā)明公開形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的掩模、方法和設備。根據(jù)本發(fā)明實施例的形成太陽能電池的選擇性發(fā)射極的設備包括傳送裝置，被配置為傳送基板，其中在所述基板的上表面上形成有第一發(fā)射極層，所述第一發(fā)射極層具有在其中擴散和形成的n型雜質(zhì)；工作臺，從所述傳送裝置向所述工作臺提供所述基板，并且所述工作臺被配置為支撐所提供的基板；掩模，放置在所述第一發(fā)射極層的上側并具有圖案化的開口；以及發(fā)射裝置，位于所述工作臺的上方并將熱能施加給經(jīng)所述掩模被暴露的第一發(fā)射極層。
文檔編號H01L31/18GK102447004SQ201110272840
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者樸勝一, 許閏成 申請人:Snt能源技術有限公司