太陽(yáng)能電池紋理化的制作方法
【專(zhuān)利摘要】通過(guò)印刷來(lái)自緊密間隔的平行長(zhǎng)形管道的陣列的液體掩模材料使得mc-Si晶片的部分通過(guò)限定于印刷掩模特征之間的開(kāi)口暴露而產(chǎn)生具有圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)(例如，金字塔或溝槽特征)的多晶硅(mc-Si)太陽(yáng)能電池。使用管道的陣列(例如，微彈簧或直聚酰亞胺懸臂)獲得緊密間隔的掩模圖案特征，其中每個(gè)管道包括狹縫型、管型或脊/谷型液體引導(dǎo)通道，所述液體引導(dǎo)通道在管道的固定基端和尖端之間延伸使得從儲(chǔ)存器供應(yīng)的掩模材料從尖端精確地排出到mc-Si晶片上。然后蝕刻暴露平面表面部分以形成期望圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)(例如，溝槽結(jié)構(gòu))。
【專(zhuān)利說(shuō)明】太陽(yáng)能電池紋理化

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，并且特別地涉及用于在多晶太陽(yáng)能電池晶片上產(chǎn)生光俘獲結(jié)構(gòu)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池紋理化是改善光俘獲性能并且增加總體效率的重要工藝步驟。目前，使用形成金字塔結(jié)構(gòu)的Κ0Η蝕刻劑紋理化單晶晶片。沿著晶體平面形成的這些結(jié)構(gòu)導(dǎo)致很好的光俘獲性質(zhì)。
[0003]在另一方面，必須各向同性地蝕刻多晶硅(mc-Si)晶片。對(duì)于多晶晶片，使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等紋理(isotexture)工藝,其包括使用典型地為HF/硝酸/乙酸混合物的合適蝕刻劑蝕刻整個(gè)晶片表面。等紋理工藝使用切縫損壞的不規(guī)則性來(lái)糙化表面。盡管等紋理工藝是成本效益高的，但是由此產(chǎn)生的等紋理化表面與圖案化特征相比遠(yuǎn)非最佳。紋理化表面與金字塔或溝槽結(jié)構(gòu)相比具有改善的光俘獲性質(zhì)，但是效率較低。根據(jù)NREL/1366報(bào)告，使用溝槽結(jié)構(gòu)，與等紋理化表面相比已計(jì)算0.3%的絕對(duì)效率改善。另外，使用最佳光俘獲結(jié)構(gòu)(隨機(jī)金字塔)，可以獲得高達(dá)0.8%的絕對(duì)效率增加。
[0004]等紋理工藝的替代方案包括在mc-Si晶片上印刷蝕刻掩模，并且然后蝕刻通過(guò)掩模暴露的晶片區(qū)域以形成圖案化光俘獲特征。然而，傳統(tǒng)掩模印刷技術(shù)、例如噴墨、絲網(wǎng)印刷或柔版印刷不能滿(mǎn)足最小行寬規(guī)格，并且更新技術(shù)、例如微接觸印刷、蘸筆納米光刻術(shù)(DNP，使用AFM型探針作為書(shū)寫(xiě)尖端)或其它MEMS方法太慢、脆弱或不能在大面積上提供足夠的豎直間隙。需要的是一種用于在多晶晶片中產(chǎn)生圖案化金字塔或溝槽特征的成本效益高的方法，其避免與常規(guī)方法關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種用于以成本效益高的方式在多晶硅晶片的平面表面上產(chǎn)生圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)(例如，金字塔或溝槽特征)的方法，所述方法包括通過(guò)緊密間隔的平行長(zhǎng)形管道的陣列將液體掩模材料印刷到晶片上，其中導(dǎo)致液體掩模材料沿著管道的每一個(gè)流動(dòng)并且將掩模材料的一部分從管道的每一個(gè)的尖端部分排出到晶片表面上。同時(shí)在管道陣列之下移動(dòng)晶片使得排出的掩模材料部分在晶片表面的第一部分上形成掩模材料圖案，并且使得通過(guò)限定于掩模材料圖案中的開(kāi)口暴露晶片表面的第二部分。然后蝕刻(例如，HF/硝酸/乙酸混合物)暴露平面表面部分使得剩余多晶硅晶片形成期望圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)(例如，溝槽結(jié)構(gòu))。然后在紋理蝕刻浴中通過(guò)剝離工藝或通過(guò)堿溶性溶液可選地去除掩模材料圖案。通過(guò)在蝕刻之前使用緊密間隔的管道在目標(biāo)mc-Si襯底上“印刷”平行掩模特征，本發(fā)明與常規(guī)方法相比大大提高掩模印刷速度，由此便于以比使用常規(guī)方法的可能成本明顯更低的成本生產(chǎn)具有期望圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)(例如，金字塔或溝槽特征)的mc-Si太陽(yáng)能電池。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的方面，管道的每一個(gè)包括在基底部分和它的尖端部分之間延伸的毛細(xì)通道，其中每個(gè)毛細(xì)通道具有在3到10 μ m的范圍內(nèi)的小標(biāo)稱(chēng)通道寬度(例如，5微米)，并且其中傳輸液體掩模材料包括導(dǎo)致足夠的液體掩模材料沿著毛細(xì)通道流動(dòng)使得排出的掩模材料部分形成晶片表面上的掩模特征，所述掩模特征具有指定標(biāo)稱(chēng)寬度(例如，大約10微米或以下)和標(biāo)稱(chēng)厚度(例如，在1到10微米的范圍內(nèi))。通過(guò)經(jīng)由這樣的管道排出液體掩模材料，本發(fā)明便于一種掩模印刷方法，其滿(mǎn)足與太陽(yáng)能電池的形成關(guān)聯(lián)的最小行寬規(guī)格，并且淀積足夠的掩模材料以便于掩模特征的一次性印刷(即，印刷足夠的掩模材料以避免第二印刷層)，使該方法優(yōu)于噴墨、絲網(wǎng)印刷和柔版印刷方法。在一個(gè)實(shí)施例中，管道附連到打印頭襯底并且從其延伸，并且傳輸液體掩模材料包括將液體掩模材料供應(yīng)到限定于打印頭襯底中的儲(chǔ)存器，所述儲(chǔ)存器將掩模材料進(jìn)給到管道使得液體掩模材料部分同時(shí)沿著所有管道流動(dòng)并且從所有管道排出。該布置便于形成很細(xì)的、緊密間隔的管道(例如每英寸1，000個(gè)管道或以上)，由此提供高吞吐量印刷工藝，其滿(mǎn)足與太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)關(guān)聯(lián)的最小行寬要求。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)(例如，傳送帶)以高速度(例如，125mm/s或以上)在管道陣列之下移動(dòng)多晶硅晶片。通過(guò)將通過(guò)打印頭的掩模材料的流動(dòng)與傳送機(jī)構(gòu)的速度匹配，本發(fā)明提供高速、一次性掩模印刷方法，其便于以成本效益很高的方式在多晶硅晶片上形成圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，打印頭包括平行彎曲應(yīng)力金屬微彈簧管道，所述微彈簧管道具有附連到打印頭襯底的基底部分和遠(yuǎn)離打印頭襯底彎曲的主體部分使得每個(gè)微彈簧管道的尖端(自由端)部分從打印頭襯底偏移(即，遠(yuǎn)離打印頭襯底布置)。每個(gè)微彈簧管道限定液體掩模材料供應(yīng)到其中的關(guān)聯(lián)毛細(xì)通道的至少一部分(即，使得液體掩模材料同時(shí)從基底部分并且沿著主體部分流動(dòng)到每個(gè)微彈簧管道的尖端部分)。通過(guò)使用應(yīng)力金屬微彈簧形成管道，本發(fā)明使用專(zhuān)用ClawConnect?制造工藝的改進(jìn)形式，其具有適合于生產(chǎn)滿(mǎn)足上述的印刷要求的打印頭并且提供比常規(guī)印刷裝置明顯更穩(wěn)健的打印頭的證明收益。在一個(gè)實(shí)施例中分段打印頭使得每個(gè)打印頭段為大約3"長(zhǎng)并且包括布置在線性陣列中的3，000個(gè)以上微彈簧。根據(jù)具體實(shí)施例，液體掩模材料沿著限定于微彈簧的相鄰對(duì)之間的狹縫狀毛細(xì)通道流動(dòng)。在另一具體實(shí)施例中，液體掩模材料沿著限定于微彈簧管道的每一個(gè)中的管狀毛細(xì)通道流動(dòng)。在又一具體實(shí)施例中，液體掩模材料沿著布置在每個(gè)微彈簧管道上的液體引導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)(例如，脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)或溝流粘性液體掩模材料的谷/通道)流動(dòng)。具體實(shí)施例的每一個(gè)使用經(jīng)證明的制造技術(shù)，其提供具有長(zhǎng)工作壽命的穩(wěn)健打印頭(即，適合于生產(chǎn)150，000個(gè)6英寸太陽(yáng)能電池或更多)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例，管道包括例如由使用紫外激光微加工蝕刻的聚酰亞胺片材的部分形成的直懸臂部段。每個(gè)懸臂部段具有附連到襯底主體的基底部分，并且遠(yuǎn)離襯底主體延伸到端部(尖端)部分。由于薄(25到50μπι厚)聚酰亞胺很柔順，因此可以預(yù)見(jiàn)這樣的打印頭可以‘劃刻’整個(gè)晶片而不會(huì)破裂或失靈(很像畫(huà)筆)，類(lèi)似于柔性彎曲懸臂，并且與例如很脆的微加工直硅懸臂陣列相反。而且，容易地使用現(xiàn)有技術(shù)的激光微加工圖案化聚酰亞胺并且所需的小特征可以由例如265nm紫外激光系統(tǒng)獲得。
[0009]根據(jù)替代實(shí)施例，通過(guò)若干可能的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)液體掩模材料傳輸?shù)焦艿?。在一個(gè)具體實(shí)施例中，液體掩模材料以精確量(數(shù)量)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)噴墨打印頭輸送到管道，其中噴墨噴嘴定位在每個(gè)單獨(dú)的懸臂式管道的基底部分之上，并且使用來(lái)自打印頭的液滴計(jì)量墨。在第二具體實(shí)施例中，液體掩模材料通過(guò)將墨進(jìn)給到例如管狀管道中的一個(gè)或多個(gè)加壓歧管被輸送。在又一具體實(shí)施例中，通過(guò)經(jīng)由鄰近墨儲(chǔ)存器的打印頭襯底的加熱控制輸送到所述多個(gè)管道的所述液體材料的粘度梯度將液體掩模材料輸送到管道。因此在打印頭歧管中使用溫度梯度以產(chǎn)生粘度梯度，所述粘度梯度用于計(jì)量管道上的墨。通過(guò)分段加熱器或通過(guò)從打印頭歧管的后面產(chǎn)生熱梯度控制溫度。
[0010]除了具有對(duì)準(zhǔn)的尖端部分的平行管道之外，選擇性地使用若干替代管道布置以提供冗余或提高生產(chǎn)率。在一個(gè)具體實(shí)施例中，管道形成有交錯(cuò)尖端部分，其減小印刷墨行(即，由沿著管道推動(dòng)并且從交錯(cuò)尖端部分排出的墨/掩模材料形成)合并的出現(xiàn)機(jī)會(huì)，并且便于減小行距。在第二具體實(shí)施例中，串聯(lián)地布置若干組導(dǎo)管使得兩個(gè)或更多個(gè)尖端部分布置在每個(gè)印刷行上，允許從串聯(lián)布置管道同時(shí)印刷使得來(lái)自第一管道的第一排出掩模材料部分淀積在來(lái)自第二串聯(lián)布置管道的第二排出掩模材料部分的頂部上。當(dāng)?shù)谝还艿牢茨苷_地操作時(shí)串聯(lián)布置也通過(guò)允許使用第二管道“代替”第一串聯(lián)布置管道便于冗余。在又一具體實(shí)施例中，多組串聯(lián)布置管道以比預(yù)期印刷長(zhǎng)度更長(zhǎng)的距離(例如，以大于每個(gè)晶片的長(zhǎng)度的距離)間隔，并且使用串聯(lián)列復(fù)用執(zhí)行印刷使得沿著每個(gè)印刷行從多個(gè)管道印刷掩模材料，由此提高印刷速度，減小印刷路徑長(zhǎng)度，并且減小墨儲(chǔ)存器進(jìn)給時(shí)間。
[0011]根據(jù)替代實(shí)施例，在多晶晶片上以預(yù)定圖案印刷掩模材料使得暴露多晶硅晶片的后續(xù)蝕刻產(chǎn)生期望光俘獲結(jié)構(gòu)圖案。例如，在一個(gè)具體實(shí)施例中當(dāng)晶片在尖端部分之下經(jīng)過(guò)時(shí)從每個(gè)管道連續(xù)地排出掩模材料，由此產(chǎn)生包括連續(xù)平行掩模線的掩模使得后續(xù)蝕刻在晶片表面中產(chǎn)生平行凹槽型光俘獲結(jié)構(gòu)。在一個(gè)具體實(shí)施例中當(dāng)橫向于過(guò)程方向(即，垂直于晶片的運(yùn)動(dòng)方向)往復(fù)移動(dòng)打印頭時(shí)連續(xù)地排出掩模材料，由此排出的掩模材料在晶片表面的關(guān)聯(lián)部分上形成波形線。在其它具體實(shí)施例中，連續(xù)直或波形掩模材料線重疊或以另外方式導(dǎo)致在多晶硅晶片上限定所述多晶硅晶片的點(diǎn)狀暴露平面表面部分，由此點(diǎn)狀暴露區(qū)域的后續(xù)蝕刻產(chǎn)生凹坑型光俘獲結(jié)構(gòu)。在另外的其它具體實(shí)施例中，作為一系列重疊“點(diǎn)”印刷掩模材料(例如，通過(guò)將管道的尖端部分間歇地接觸晶片表面)，其中掩模材料點(diǎn)連續(xù)地布置成形成直或波形線，或者限定點(diǎn)狀暴露平面表面部分。為了便于間歇接觸方法，除了現(xiàn)有的管道生產(chǎn)工藝以外，附加的涂層或材料淀積在每個(gè)管道的尖端部分(懸臂)上以便改善機(jī)械磨損特性(其可以引起筆尖印刷的特定問(wèn)題)。特別地，在釋放的微彈簧結(jié)構(gòu)上或在電鍍步驟之前淀積(例如，通過(guò)濺射)諸如銥的材料(其后掩蔽銥以便不涂覆它)。在另一實(shí)施例中，諸如銠的材料電鍍?cè)诿總€(gè)微彈簧的尖端部分上(在形成懸臂主體的電鍍步驟之后)。銥和銠是很硬的并且耐用的材料，因此這些涂層用于改善打印頭的壽命。
[0012]根據(jù)又一替代實(shí)施例,從具有偏移管道的兩個(gè)打印頭輸送液體掩模材料使得由一個(gè)打印頭產(chǎn)生的第一掩模材料線布置在由另一打印頭產(chǎn)生的第二掩模材料線之間，由此使每個(gè)打印頭上的相鄰管道之間的間隔更大以改善打印頭產(chǎn)量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]關(guān)于以下描述、附帶的權(quán)利要求和附圖將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0014]圖1是俯視側(cè)視透視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的一般化實(shí)施例的用于在多晶硅晶片上產(chǎn)生圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)；
[0015]圖2是流程圖，顯示使用圖1的系統(tǒng)產(chǎn)生圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化方法:
[0016]圖3是俯視平面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的掩模印刷工藝；
[0017]圖4是透視圖，顯示在圖3的工藝中使用的包括微彈簧式管道的示例性打印頭；
[0018]圖5A和5B分別是透視圖和前視圖，顯示根據(jù)第一具體實(shí)施例的微彈簧管道；
[0019]圖6A和6B分別是透視側(cè)視和前視圖，顯示根據(jù)第二具體實(shí)施例的微彈簧管道；
[0020]圖7是透視側(cè)視圖，顯示根據(jù)第三具體實(shí)施例的微彈簧管道；
[0021]圖7A、7B和7C是橫截面圖，顯示根據(jù)替代具體實(shí)施例的由微彈簧管道使用的替代流動(dòng)通道特征；
[0022]圖8是俯視側(cè)視透視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的打印頭；
[0023]圖9A、9B和9C是簡(jiǎn)化橫截面?zhèn)纫晥D，顯示根據(jù)本發(fā)明的關(guān)聯(lián)具體實(shí)施例使用的替代掩模材料進(jìn)給系統(tǒng)；
[0024]圖10A、10B、10C和10D是簡(jiǎn)化俯視平面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的替代具體實(shí)施例使用的各種管道布置；
[0025]圖11是簡(jiǎn)化俯視平面圖，顯示包括根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例印刷的直線掩模材料圖案的晶片；
[0026]圖12是俯視前視透視圖，顯示在后續(xù)蝕刻之后的圖11的晶片；
[0027]圖13是簡(jiǎn)化俯視平面圖，顯示包括根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例印刷的另一直線掩模材料圖案的晶片；
[0028]圖14A和14B是簡(jiǎn)化俯視平面圖，顯示包括根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例印刷的波形線掩模材料圖案的晶片；
[0029]圖15A和15B是簡(jiǎn)化俯視平面圖，顯示包括根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例印刷的點(diǎn)型掩模材料圖案的晶片；以及
[0030]圖16是簡(jiǎn)化俯視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的使用兩個(gè)偏移打印頭的掩模印刷系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明涉及在低成本太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)期間印刷用于在多晶硅晶片上產(chǎn)生光俘獲結(jié)構(gòu)的掩模圖案的方法的改進(jìn)。提供以下描述以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制造和使用在特定應(yīng)用及其要求的背景下提供的發(fā)明。當(dāng)在本文中使用時(shí)，方向術(shù)語(yǔ)例如“上”、“下”、“向下”、“前”、“后”旨在為了描述提供相對(duì)位置，并且不旨在指定絕對(duì)參考系。另外，短語(yǔ)“成一體地連接”和“成一體地模制”在本文中用于描述單模制或加工結(jié)構(gòu)的兩個(gè)部分之間的連接關(guān)系，并且與術(shù)語(yǔ)“連接”或“聯(lián)接”(沒(méi)有修飾語(yǔ)“成一體地”)區(qū)分，所述術(shù)語(yǔ)指示例如通過(guò)粘合劑、緊固件、夾子或可移動(dòng)接頭聯(lián)結(jié)的兩個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的各種修改，并且在本文中限定的一般原理可以應(yīng)用于其它實(shí)施例。所以，本發(fā)明不旨在限制到所示和所述的特定實(shí)施例，而是符合與本文中公開(kāi)的原理和新穎特征一致的最寬范圍。
[0032]圖1是俯視側(cè)視透視圖，顯不用于在多晶娃(mc_Si)晶片101-1和101-2的平面表面102上產(chǎn)生一體圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)105的系統(tǒng)100，并且圖2是流程圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的一般化實(shí)施例的使用系統(tǒng)100產(chǎn)生一體圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)105的方法。短語(yǔ)“一體圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)”中的術(shù)語(yǔ)“一體”表示光俘獲結(jié)構(gòu)105由組成晶片101-1和101-2的mc-Si材料的部分完整地形成(例如，通過(guò)蝕刻/去除mc-Si晶片材料的相鄰部分)，并且將短語(yǔ)“一體圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)”與淀積或以另外方式形成于晶片101-1和101-2上的光俘獲結(jié)構(gòu)區(qū)分。盡管為了示例性目的由圖1中的陰影區(qū)域描繪，但是應(yīng)當(dāng)理解圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)105包括通過(guò)蝕刻/去除平面晶片表面102的部分形成的三維mc-Si結(jié)構(gòu)(例如，金字塔或溝槽特征)。
[0033]如圖1中所示，系統(tǒng)10大體上包括接收來(lái)自掩模材料供應(yīng)裝置120的液體掩模材料125的打印頭組件110，用于在打印頭組件110之下輸送多晶硅(mc-Si)晶片101-1和
101-2的傳送帶130，以及用于將蝕刻劑145施加到晶片101-1和101-2上的蝕刻站140。
[0034]參考圖2的上部分，一般化方法包括將液體掩模材料125傳輸?shù)酱蛴☆^組件110使得掩模材料125從管道113-1到113-5的陣列的尖端部分排出(方塊210)。如圖1的頂部所示，打印頭組件110包括具有接收來(lái)自供應(yīng)裝置120的掩模材料125的儲(chǔ)存器112的襯底111，以及從襯底111平行地延伸的緊密間隔的平行長(zhǎng)形管道113-1到113-5。每個(gè)管道113-1到113-5與掩模材料源120連通使得液體掩模材料125 (優(yōu)選有機(jī)化合物，例如蠟、樹(shù)脂、聚合物、脂肪酸和酯)從儲(chǔ)存器112傳輸(流動(dòng))到管道113-1到113-5中。每個(gè)長(zhǎng)形管道113-1到113-5包括附連到襯底111的基底部分，遠(yuǎn)離襯底111布置的尖端部分，以及限定用于溝流從儲(chǔ)存器112到尖端部分的掩模材料的流動(dòng)的毛細(xì)流動(dòng)通道的主體部分。例如，管道113-1包括沿著它的主體部分在基底部分114-1和尖端部分116-1之間延伸的流動(dòng)通道115-1，并且管道113-5包括在基底部分114-5和尖端部分116-5之間延伸的流動(dòng)通道115-5。如圖1的右上部分中的虛線橢圓所示，液體掩模材料125的傳輸(流動(dòng))包括使用下面所述的流動(dòng)產(chǎn)生方法中的一種以導(dǎo)致足夠的液體掩模材料沿著每個(gè)管道113-1到113-5的毛細(xì)通道流動(dòng)(例如，沿著管道113-5的通道115-5)使得排出的掩模材料部分125-1到125-5在表面102上形成由緊密間隔的掩模特征126-1到126-5組成的掩模材料圖案126(例如，連續(xù)線或一系列鄰接“點(diǎn)”)。例如，如圖1中的虛線箭頭所示，在從管道113-1的尖端部分116-1排出之前掩模材料部分125-1從儲(chǔ)存器112沿著通道115-1流動(dòng)以在晶片101-1的上表面102上形成掩模特征126-1。同時(shí)，掩模材料部分125-5從儲(chǔ)存器112沿著通道115-5流動(dòng)并且從管道113-5的尖端部分116-5排出以在晶片101-1的上表面102上形成掩模特征126-5。掩模材料部分125-2、125-3和125-4類(lèi)似地同時(shí)分別從管道113-2、113-3和113-4排出以在晶片101-1和101-2晶片的上表面102上形成掩模特征126-2 到 126-4。
[0035]參考圖2的方塊220，方法還包括在打印頭組件110之下(S卩，在管道陣列之下)移動(dòng)晶片101-1和101-2使得排出的掩模材料125在每個(gè)晶片上形成掩模材料圖案126。根據(jù)圖1中所示的示例性實(shí)施例，晶片101-1和101-2在113-1到113-5之下由傳送器130以連續(xù)高速(例如，125mm/s或以上)移動(dòng)(即，當(dāng)液體掩模材料正從管道113-1到113-5的尖端部分排出時(shí))使得排出的掩模材料部分125-1到125-5在晶片101-1和101-2的上表面102上產(chǎn)生呈間隔開(kāi)的線狀特征126-1到126-5的形式的掩模材料圖案126。在一個(gè)實(shí)施例中，傳送器130是帶式移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其支撐并且在管道113-1到113-5之下以恒定速度移動(dòng)晶片101-1和101-2(例如，在圖1中的箭頭“X”的方向上)使得長(zhǎng)形線狀特征126-1到126-5覆蓋(掩蔽)晶片101-1和101-2的關(guān)聯(lián)間隔開(kāi)的表面部分。具體地，如晶片101-1上所示，特征126-1到126-5布置在平面上表面102的“掩蔽”部分102-1上，其中特征的每個(gè)相鄰對(duì)(例如，特征126-1和126-2)由溝狀暴露表面部分102-2分離。通過(guò)將通過(guò)打印頭110的掩模材料125的流動(dòng)與由傳送機(jī)構(gòu)130提供的晶片速度匹配，本發(fā)明提供高速、一次性掩模印刷方法，其便于以成本效益很高的方式在多晶硅晶片101-1和101-2上形成圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)105。
[0036]如圖2中的方塊230所示，在形成掩模材料圖案126之后，晶片101_1和101_2然后在蝕刻站140之下或通過(guò)蝕刻站移動(dòng)，其中蝕刻劑145施加到每個(gè)晶片的上表面102上以形成一體圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)105。根據(jù)本發(fā)明的方面，如圖1中的晶片101-2上的陰影表面所示，施加蝕刻劑145使得它蝕刻(即，部分地去除)每個(gè)晶片的暴露平面表面部分
102-2使得剩余的(經(jīng)蝕刻的)mc-Si晶片材料(S卩，由掩模特征126-1到126-5保護(hù)免于蝕刻劑145的部分)形成一體圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)105。在示例性實(shí)施例中，蝕刻劑145包括HF/硝酸/乙酸混合物中的一種，其被施加使得剩余多晶硅晶片材料形成期望圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)105 (例如，溝槽結(jié)構(gòu))。
[0037]參考圖2的底部的方塊240，然后使用已知技術(shù)可選地去除掩模材料圖案126。例如，掩模可以完全被底切并且從襯底剝離，其中掩模從蝕刻浴濾出。另一方法可以是在使用Κ0Η或K2C03的堿溶液中蝕刻掩模材料。
[0038]圖2的方法提供用于在多晶晶片101-1和101-2中產(chǎn)生圖案化金字塔或溝槽特征的成本效益高的方法。也就是說(shuō)，通過(guò)以本文中所述的方式通過(guò)管道113-1到113-5排出液體掩模材料，本發(fā)明便于掩模印刷方法，其以比噴墨、絲網(wǎng)印刷和柔版印刷方法成本效益更高的方式滿(mǎn)足與太陽(yáng)能電池的形成關(guān)聯(lián)的最小行寬規(guī)格。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的方面，每個(gè)管道113-1到113-5包括懸臂式結(jié)構(gòu)，所述懸臂式結(jié)構(gòu)具有附連到襯底111的(固定)基底部分和遠(yuǎn)離襯底111布置的尖端部分，并且每個(gè)管道限定/包括控制(即，溝流)從每個(gè)管道的基底部分到尖端部分的掩模材料的流動(dòng)的毛細(xì)(流動(dòng))通道。例如，參考圖1的右上部分處所示的虛線泡，管道113-5包括圍繞(限定)在基底部分114-5和尖端部分116-5之間延伸的毛細(xì)通道115-5的管式結(jié)構(gòu)，其中毛細(xì)通道115-5與儲(chǔ)存器112連通使得掩模材料部分125-5通過(guò)鄰近基底部分114-5布置的敞開(kāi)(第一)端部進(jìn)入通道115-5，沿著管道113-5從基底部分114-5朝著尖端部分116-5溝流(流動(dòng))，并且從尖端部分116-5處的敞開(kāi)(第二)端部排出以形成掩模特征126-5。管道113-1到113-4類(lèi)似地與儲(chǔ)存器112連通以溝流掩模材料部分125-1到125-4使得它們相應(yīng)地形成掩模特征126-1到126-4。管道113-1到113-5的每個(gè)毛細(xì)通道具有便于形成窄掩模特征的微米級(jí)標(biāo)稱(chēng)通道寬度。例如，如圖1的右上部分中的虛線泡中所示，毛細(xì)通道115-5具有在3到10微米的范圍內(nèi)的標(biāo)稱(chēng)通道寬度(間隙距離G)，其便于形成具有大約10微米或以下的標(biāo)稱(chēng)寬度W的線型掩模特征126-5。使用懸臂式管道113-1到113-5的益處在于輸送足夠的液體掩模材料(例如沿著毛細(xì)通道115-1到115-5流動(dòng))使得排出的掩模材料部分125-1到125-5形成具有在1到10微米的范圍內(nèi)的期望標(biāo)稱(chēng)寬度W和標(biāo)稱(chēng)厚度T的掩模特征126-1到126-5，由此在“一次性”印刷步驟中實(shí)現(xiàn)掩模印刷過(guò)程。也就是說(shuō)，通過(guò)以本文中所述的方式通過(guò)管道113-1到113-5排出液體掩模材料125，本發(fā)明便于掩模印刷方法，其滿(mǎn)足與太陽(yáng)能電池的形成關(guān)聯(lián)的最小行寬規(guī)格，并且淀積足夠的掩模材料以便于掩模特征的一次性印刷(即，印刷足夠的掩模材料以避免第二印刷層)，使該方法優(yōu)于噴墨、絲網(wǎng)印刷和柔版印刷方法。該布置也便于形成很細(xì)的、緊密間隔的管道(例如，每英寸1，000個(gè)管道或以上)，由此提供高吞吐量印刷工藝，其滿(mǎn)足與太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)關(guān)聯(lián)的最小行寬要求。
[0040]圖3是顯示掩模印刷工藝的俯視平面圖，其中將mc-Si晶片101在打印頭110之下(即，在圖中向下)移動(dòng)，并且使用上述的方法將多個(gè)平行線狀掩模特征126印刷到晶片101上。在該情況下，打印頭110包括三個(gè)段110-1、110-2和110-3(即，在三個(gè)獨(dú)立襯底111-1、111-2和111-3上形成)，所述段端對(duì)端布置成使得它們跨越晶片101的寬度Ww，其中每個(gè)段110-1、110-2和110-3定位成將掩模材料淀積在晶片101的相應(yīng)部段上(例如，段110-2布置成形成典型地在mc-Si PV裝置上出現(xiàn)的母線106之間的掩模特征126)。在具體實(shí)施例中，每個(gè)段襯底(例如，襯底111-2)具有三英寸的標(biāo)稱(chēng)寬度％，并且晶片101具有六英寸的寬度Ww。
[0041]圖4是透視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單打印頭段110A，其中段110A包括以懸臂式布置固定到襯底111A的彎曲微彈簧管道113A的線性陣列。具體地，每個(gè)微彈簧管道113A包括微彈簧結(jié)構(gòu)，所述微彈簧結(jié)構(gòu)具有附連到襯底111A的平面表面的基底(固定端)部分114A和從襯底111A偏移(即，遠(yuǎn)離襯底布置)的尖端(自由端)部分116A。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)微彈簧管道113A包括應(yīng)力金屬微彈簧結(jié)構(gòu)，其使用類(lèi)似于在本發(fā)明的受讓人開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用ClawConnect?柔性、高密度、互連(HDI)平臺(tái)技術(shù)中使用的技術(shù)制造。根據(jù)ClawConnect技術(shù)，每個(gè)微彈簧管道113A使用自彎曲彈簧金屬形成，所述自彎曲彈簧金屬作為應(yīng)力工程膜被淀積并且然后圖案化以形成彈簧材料孤島(平坦結(jié)構(gòu))，其中它的最下部分(即，鄰近襯底111A的上表面的淀積材料)具有比它的上部分(即，最遠(yuǎn)離襯底111A定位的水平層)低的內(nèi)部拉伸應(yīng)力，由此導(dǎo)致應(yīng)力工程金屬膜具有內(nèi)部應(yīng)力變化，在后續(xù)的釋放過(guò)程期間所述內(nèi)部應(yīng)力變化導(dǎo)致彈簧金屬孤島的窄“指狀”部分向上遠(yuǎn)離襯底111A彎曲。用于產(chǎn)生應(yīng)力工程金屬膜中的這樣的內(nèi)部應(yīng)力變化的方法例如在美國(guó)專(zhuān)利第3，842，189號(hào)(淀積具有不同內(nèi)部應(yīng)力的兩種金屬)和美國(guó)專(zhuān)利第5，613，861號(hào)(例如，當(dāng)改變工藝參數(shù)時(shí)濺射的單金屬)中被教導(dǎo)，上述兩個(gè)專(zhuān)利通過(guò)引用被合并于本文中。在一個(gè)實(shí)施例中，鈦(Ti)釋放材料層淀積在襯底111上，然后應(yīng)力工程金屬膜包括濺射淀積或電鍍?cè)卺尫挪牧仙系蔫€(Mo)、“鑰-鉻”合金(MoCr)、鎢(W)、鈦-鎢合金(Ti:ff)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)和鎳-鋯合金(NiZr)中的一種或多種。如果應(yīng)力工程金屬膜不用作良好的堿金屬，則可選的鈍化金屬層(未顯示；例如金(Au)、鉬(Pt)、鈀(Pd)或銠(Rh))可以淀積在應(yīng)力工程金屬膜的上表面上以用作后續(xù)電鍍過(guò)程的種子材料。鈍化金屬層也可以被提供以改善完成的彈簧結(jié)構(gòu)中的接觸電阻。在替代實(shí)施例中，可以形成可以在沒(méi)有種子層的情況下直接電鍍的鎳(Ni)、銅(Cu)或鎳-鋯合金(NiZr)膜。如果使用無(wú)電鍍，則可以省略電極層的淀積。在又一替代實(shí)施例中，自彎曲彈簧材料可以是根據(jù)已知技術(shù)制造的生物形態(tài)/生物金屬化合物中的一種或多種(例如，金屬1/金屬2,娃/金屬,氧化娃/金屬，娃/氮化硅)。在每種情況下高導(dǎo)電材料(例如，金)的外層形成于“基礎(chǔ)”彈簧金屬材料上以增加電導(dǎo)率并且便于微等離子體生成。在又一實(shí)施例中，制造每個(gè)微彈簧管道使得它的基底(錨固)部分通過(guò)可選的支撐結(jié)構(gòu)(例如，釋放層的保持部分或預(yù)形成的導(dǎo)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu))連接到底層襯底。
[0042]本發(fā)明的微彈簧管道與通過(guò)ClawConnect技術(shù)形成的標(biāo)準(zhǔn)微彈簧探針的區(qū)別在于制造工藝被修改以提供沿著每個(gè)微彈簧結(jié)構(gòu)/管道的長(zhǎng)度延伸的合適的毛細(xì)通道，由此通過(guò)導(dǎo)致掩模材料部分的部分同時(shí)沿著形成于微彈簧結(jié)構(gòu)的部分上或由所述部分形成的毛細(xì)通道流動(dòng)執(zhí)行從每個(gè)微彈簧型管道排出液體掩模材料。下面參考圖5-7描述示例性毛細(xì)通道特征。
[0043]圖5A和5B分別是透視側(cè)視和前視圖，顯示根據(jù)第一具體實(shí)施例的包括狹縫狀毛細(xì)通道115B的微彈簧管道113B。每個(gè)微彈簧管道113B包括平行彎曲應(yīng)力金屬微彈簧113B-1和113B-2的關(guān)聯(lián)對(duì)，所述微彈簧以上面參考圖3所述的方式具有附連到襯底(未顯示)的基底部分114B和遠(yuǎn)離襯底布置的尖端部分116B，其中關(guān)聯(lián)的微彈簧113B-1和113B-2間隔成使得狹縫狀毛細(xì)通道115B限定于其間。在該情況下，傳輸液體掩模材料包括將掩模材料供應(yīng)到微彈簧113B-1和113B-2的基底部分114B之間的點(diǎn)使得掩模材料沿著狹縫狀毛細(xì)通道115B流動(dòng)并且從尖端部分116B之間排出。通過(guò)將微彈簧113B-1和113B-2形成有在3到10微米的范圍內(nèi)的標(biāo)稱(chēng)間隙距離G，當(dāng)掩模材料在基底部分114B和尖端部分116B之間流動(dòng)時(shí)它通過(guò)毛細(xì)作用(力)保持在狹縫狀毛細(xì)通道115B中。用于產(chǎn)生可以用于液體流動(dòng)的緊密間隔的微彈簧管道的技術(shù)例如在共用擁有的美國(guó)專(zhuān)利第7，241，420號(hào)(“使用應(yīng)力金屬的用于液體收集、輸送和分配的毛細(xì)通道探針(CAPILLARY-CHANNELPROBES FOR LIQUID PICKUP,TRANSPORTAT1N AND DISPENSE USING STRESSY METAL)”)中公開(kāi)，上述專(zhuān)利通過(guò)引用完整地合并于本文中。
[0044]圖6A和6B分別是透視側(cè)視和前視圖，顯示根據(jù)第二具體實(shí)施例的管狀微彈簧管道113C。在該情況下，液體掩模材料在由例如具有矩形橫截面的壁限定(即，在四面圍繞)的中空管狀毛細(xì)通道115C中流動(dòng)，其中管狀毛細(xì)通道115C在微彈簧管道113C的基端114C和尖端116C之間延伸。在該情況下，掩模材料以產(chǎn)生所需流動(dòng)的壓力從封閉儲(chǔ)存器(未顯示)進(jìn)給到毛細(xì)通道115C中。用于產(chǎn)生可以用于液體流動(dòng)的管狀微彈簧管道的技術(shù)例如在共用擁有的美國(guó)專(zhuān)利第8，080，293號(hào)(“使用封裝的微加工結(jié)構(gòu)生產(chǎn)(MICRO-MACHINEDSTRUCTURE PRODUCT1N USING ENCAPSULAT1N)”)中公開(kāi)，上述專(zhuān)利通過(guò)引用完整地合并于本文中。
[0045]圖7是透視側(cè)視圖，顯示根據(jù)第三具體實(shí)施例的圖案化微彈簧管道113D，并且圖7A、7B和7C是橫截面圖，顯示由圖案化微彈簧管道113D使用的替代液體弓|導(dǎo)通道類(lèi)型。與上面參考圖5A和5B所述的狹縫狀通道一樣，每個(gè)微彈簧管道113D包括關(guān)聯(lián)的液體引導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)115D，當(dāng)液體掩模材料沿著每個(gè)微彈簧管道113D從基底部分114D行進(jìn)到尖端部分116D時(shí)所述液體引導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)用于通過(guò)毛細(xì)作用控制液體掩模材料的流動(dòng)。然而，代替使用兩個(gè)相鄰的微彈簧形成，管道113D包括單微彈簧結(jié)構(gòu)，所述單微彈簧結(jié)構(gòu)被修改(圖案化)以包括在其表面上或限定于其表面中的液體引導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)115D，其中液體引導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)11OT包括便于基底部分114D和尖端部分116D之間的毛細(xì)液體流動(dòng)的形狀。圖7A顯示具有由肋形成的脊型液體引導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)11OT-1的第一微彈簧管道113D-1，所述肋從管道113D-1的中心表面區(qū)域向上延伸。圖7B顯示具有形成為方形或矩形溝槽的谷或凹槽型液體引導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)11OT-2的第二微彈簧管道113D-2，所述溝槽沿著管道113D-2的整個(gè)長(zhǎng)度延伸到上表面中。圖7C顯示具有形成為半圓形溝槽(谷)的另一谷/凹槽型通道結(jié)構(gòu)115D-3的第三微彈簧管道113D-3，所述溝槽沿著管道113D-3的整個(gè)長(zhǎng)度延伸到上表面中。圖7A-7C中所示的液體引導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于它們使用現(xiàn)有的ClawConnect技術(shù)制造，并且因此被認(rèn)為提供具有長(zhǎng)工作壽命的穩(wěn)健打印頭(即，適合于生產(chǎn)150，000個(gè)6英寸太陽(yáng)能電池或更多)。
[0046]盡管優(yōu)選地使用微彈簧管道實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但是也可以使用其它技術(shù)。例如，圖8是俯視側(cè)視透視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例形成的包括直平行懸臂部段113E的打印頭段110E。在一個(gè)具體實(shí)施例中，通過(guò)使用紫外激光微加工蝕刻聚酰亞胺片材111E形成打印頭段110E。每個(gè)懸臂部段113E具有附連到聚酰亞胺片材(襯底主體)111E的基底部分114E，并且遠(yuǎn)離片材111E延伸到端部(尖端)部分116E。合適的流動(dòng)通道將來(lái)自形成于聚酰亞胺片材111E上的儲(chǔ)存器112E的液體掩模材料進(jìn)給到限定于所述多個(gè)直懸臂部段113E的相鄰對(duì)之間的狹縫狀毛細(xì)通道115E使得排出的掩模材料部分同時(shí)沿著所有狹縫狀毛細(xì)通道115E流動(dòng)。由于薄(25到50μπι厚)聚酰亞胺很柔順，因此可以預(yù)見(jiàn)打印頭段110Ε可以‘劃刻’整個(gè)目標(biāo)me-Si晶片(未顯示)而不會(huì)破裂或失靈(很像畫(huà)筆)。也就是說(shuō)，不同于脆弱的并且當(dāng)與目標(biāo)me-Si晶片接觸時(shí)會(huì)破裂的微加工直硅懸臂陣列，薄聚酰亞胺懸臂部段113E能夠以類(lèi)似于與(上述的)應(yīng)力金屬微彈簧懸臂關(guān)聯(lián)的方式撓曲。而且，聚酰亞胺容易使用現(xiàn)有技術(shù)的激光微加工圖案化并且所需的小特征可以由例如265nm紫外激光系統(tǒng)獲得。
[0047]使用若干可能的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)液體掩模材料傳輸?shù)缴鲜龅母鞣N管道，下面參考圖9A到9C描述所述機(jī)構(gòu)中的一些。
[0048]圖9A是顯示第一液體掩模材料進(jìn)給系統(tǒng)的簡(jiǎn)化橫截面?zhèn)纫晥D，其中液體掩模材料125以精確量(液滴)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)噴墨打印頭120F輸送到打印頭110F的管道113F(顯示一個(gè))。噴墨打印頭120F的出口噴嘴定位在每個(gè)單獨(dú)的懸臂式管道113F之上使得液體掩模材料125供應(yīng)到每個(gè)管道113F的基底部分114F。打印頭110F也布置成使得液體掩模材料125從基底部分114F沿著毛細(xì)通道115F流動(dòng)到尖端部分116F，由此它以本文中所述的方式傳送到目標(biāo)mc-Si晶片(未顯示)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于噴墨輸送系統(tǒng)是用于輸送液體材料的高度精確量的公知機(jī)構(gòu)。
[0049]圖9B是顯示第二液體掩模材料進(jìn)給系統(tǒng)的簡(jiǎn)化橫截面?zhèn)纫晥D，其中液體掩模材料125通過(guò)一個(gè)或多個(gè)加壓歧管120G輸送到管狀管道113G中(即，類(lèi)似于上面參考圖6A和6B所述的)。加壓液體掩模材料125-P從泵或其它加壓供應(yīng)源輸送到限定于歧管120G的內(nèi)部的儲(chǔ)存器112G，其中儲(chǔ)存器112G與鄰近每個(gè)管狀管道113G的基底部分114G定位的毛細(xì)通道的第一端部連通，由此液體掩模材料125沿著管狀管道113G被推動(dòng)并且從尖端部分116F處的出口排出到目標(biāo)mc-Si晶片上。該第二方法的優(yōu)點(diǎn)在于加壓歧管通常比噴墨輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)更簡(jiǎn)單并且更便宜。
[0050]圖9C是顯示第三液體掩模材料進(jìn)給系統(tǒng)的簡(jiǎn)化橫截面?zhèn)纫晥D，其中當(dāng)液體掩模材料從儲(chǔ)存器112H通過(guò)打印頭襯底111H進(jìn)給到管道113H時(shí)通過(guò)加熱液體掩模材料125控制供應(yīng)到打印頭110H的液體掩模材料125的粘度梯度，由此在打印頭110H中產(chǎn)生溫度梯度T，所述溫度梯度產(chǎn)生期望的粘度梯度，所述粘度梯度用于計(jì)量在管道113H的基底部分114H處進(jìn)入毛細(xì)通道115H中的液體掩模材料125。通過(guò)分段加熱器或通過(guò)從打印頭歧管120H的后面產(chǎn)生熱梯度控制溫度，由此當(dāng)液體掩模材料從儲(chǔ)存器112H朝著襯底111H向下流動(dòng)時(shí)加熱具有較高粘度和較低溫度的液體掩模材料125。溫度梯度設(shè)置成使得液體掩模材料125經(jīng)歷粘度的減小，由此產(chǎn)生供應(yīng)液體掩模材料125的受控流率使得它沿著管道流動(dòng)并且從管道113H的尖端116H排出。該第三方法的優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)加熱的歧管通常比上述的其它兩種輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)更簡(jiǎn)單并且更便宜。
[0051]除了使用具有對(duì)準(zhǔn)的尖端部分的平行管道以外，選擇性地使用下面參考圖10A-10C所述的若干替代管道布置以提供冗余或提高生產(chǎn)率。
[0052]圖10A描繪具有兩組平行管道113J-1和113J-2的打印頭110J，所述兩組平行管道以交錯(cuò)圖案布置以便減小印刷的掩模材料特征(墨線)合并的機(jī)會(huì)，并且通過(guò)提供管道的每個(gè)相鄰對(duì)之間的更大空間便于更高的產(chǎn)量。第一組113J-1包括在交叉過(guò)程(Y軸)方向上對(duì)準(zhǔn)的平行管道113J-11U13J-12和113J-13，所述平行管道以上述的方式形成于并且固定到打印頭襯底111J(以虛線顯示以指示管道在襯底和晶片之間)，使用上述的方法在目標(biāo)mc-Si晶片101J上相應(yīng)地產(chǎn)生掩模材料特征126J-11、126J-12和126J-13。第二組113J-2包括也在交叉過(guò)程(Y軸)方向上對(duì)準(zhǔn)的平行管道113J-21U13J-22和113J-23，但是管道113J-21U13J-22和113J-23在過(guò)程/移動(dòng)(X軸)方向上從第一組113J-1偏移達(dá)到偏移距離0。另外，管道113J-21、113J-22和113J-23在交叉過(guò)程(Y軸)方向上相對(duì)于管道113J-11U13J-12和113J-13偏移(“交錯(cuò)，，)使得由第一組113J-1產(chǎn)生的第一掩模特征 126J-11、126J-12 和 126J-13 布置在由第二組 113J-2 的相應(yīng)管道 113J-21、113J-22和113J-23產(chǎn)生的第二掩模特征126J-21U26J-22和126J-23的相鄰對(duì)之間(例如，掩模特征126J-12布置在掩模特征126J-21和126J-22之間)。該“交錯(cuò)”布置便于印刷緊密間隔的掩模材料特征，同時(shí)通過(guò)增加分離相鄰管道的空間增加打印頭產(chǎn)量。
[0053]圖10B描繪具有三組平行管道113Κ-1、113Κ-2和113K-3的打印頭110K，所述三組平行管道以重疊(串聯(lián)布置)圖案布置成使得從下游管道(例如，第三管道組113K-3中的管道)排出的掩模材料特征與從相應(yīng)的上游管道(例如，第一管道組113K-1或第二管道組113K-2中的管道)排出的掩模材料特征對(duì)準(zhǔn)(即，可以淀積在頂部上)。第一組113K-1包括平行管道113K-11、113K-12、113K-13、113K-14和113Κ-15，所述平行管道在交叉過(guò)程(Υ軸)方向上對(duì)準(zhǔn)并且以上述的方式固定到打印頭襯底111Κ(以虛線顯示)。第二組113Κ-2包括平行管道113Κ-21、113Κ-22、113Κ-23、113Κ-24和113Κ-25，所述平行管道也在交叉過(guò)程(Υ軸)方向上對(duì)準(zhǔn)并且固定到打印頭襯底111Κ，但是布置在第一組113Κ-1的下游，并且第三組113Κ-3包括平行管道113Κ-31、113Κ-32、113Κ-33、113Κ-34和113Κ-35，所述平行管道也對(duì)準(zhǔn)并且布置在第二組113Κ-2的下游。來(lái)自每組的關(guān)聯(lián)管道在過(guò)程(X軸)方向上串聯(lián)對(duì)準(zhǔn)(例如，管道113Κ-11、113Κ-21、113Κ-31在Υ軸方向上對(duì)準(zhǔn)，管道113Κ-12、113Κ-22、113Κ-32在Υ軸方向上對(duì)準(zhǔn)，等等)。
[0054]打印頭110Κ的串聯(lián)布置管道圖案便于同時(shí)印刷使得來(lái)自第一管道的第一排出掩模材料部分淀積在來(lái)自第二串聯(lián)布置的管道的第二排出掩模材料部分的頂部上。例如，如圖10Β的右側(cè)所示，掩模特征126Κ-1由掩模材料的三個(gè)層形成，從管道113Κ-31排出的掩模材料印刷在從管道113Κ-21排出的掩模材料的頂部上，從管道113Κ-21排出的掩模材料又印刷在從管道113Κ-11排出的掩模材料的頂部上。
[0055]打印頭110Κ的串聯(lián)布置的管道圖案也通過(guò)允許使用一個(gè)或多個(gè)管道“代替”缺陷管道便于冗余。例如，掩模特征126Κ-2由掩模材料的兩個(gè)層形成，從管道113Κ-32排出的掩模材料印刷在從管道113Κ-22排出的掩模材料的頂部上，在管道113Κ-32或113Κ-22中的一個(gè)未能正確地操作的情況下管道113Κ-12保持備用。類(lèi)似地，掩模特征126Κ-3、126Κ-4和126K-5均由掩模材料的單層形成，掩模特征126K-3包括從管道113K-33排出的掩模材料(管道113K-23和113K-13保持備用)，掩模特征126K-4包括從管道113K-24排出的掩模材料(管道113K-34和113K-14保持備用)，并且掩模特征126K-5包括從管道113K-15排出的掩模材料(管道113K-35和113K-25保持備用)。
[0056]圖10C描繪具有兩組間隔開(kāi)的管道的打印頭110L，所述兩組間隔開(kāi)的管道由提供用于介入網(wǎng)格線127L的間隙分離，所述介入網(wǎng)格線在掩模印刷過(guò)程之前形成于mc-Si晶片110L上。具體地，管道113L-1U13L-2和113L-3形成第一管道組，所述第一管道組以間距P1定位和間隔以在網(wǎng)格線127L的第一側(cè)形成掩模特征126L-l、126L-2和126L-3，并且管道113L-4U13L-5和113L-6形成第二管道組，所述第二管道組定位和間隔成在網(wǎng)格線127L的第二側(cè)形成掩模特征126L-4U26L-5和126L-6，其中間距P1小于網(wǎng)格線127L的寬度P2。
[0057]圖10D描繪包括多組串聯(lián)布置的管道的另一打印頭110M，所述多組串聯(lián)布置的管道以比預(yù)期印刷長(zhǎng)度更長(zhǎng)的距離(例如，以比晶片101M-1U01M-2和101M-3的每一個(gè)的長(zhǎng)度更大的距離)間隔，其中使用串聯(lián)列復(fù)用執(zhí)行印刷使得沿著每個(gè)印刷行從多個(gè)管道印刷掩模材料，由此提高印刷速度(即，通過(guò)允許在晶片101M-1U01M-2和101M-3上的同時(shí)掩模印刷)，減小印刷路徑長(zhǎng)度，并且減小墨儲(chǔ)存器進(jìn)給時(shí)間。也就是說(shuō)，當(dāng)?shù)谝唤M113M-1 (例如，管道113M-11)在晶片101M-1上印刷掩模特征(例如，特征126M-11)時(shí)，第二組113M-2 (例如，管道113M-21)在晶片101M-2上印刷掩模特征(例如，特征126M-21)，并且第三組113M-3(例如，管道113M-31)在晶片101M-3上印刷掩模特征(例如，特征126M-31)。
[0058]根據(jù)附加的替代實(shí)施例，執(zhí)行印刷過(guò)程使得在mc-Si晶片上以預(yù)定圖案印刷掩模材料，其中通過(guò)預(yù)定圖案中的開(kāi)口的多晶硅材料的后續(xù)蝕刻產(chǎn)生期望光俘獲結(jié)構(gòu)圖案。存在將增加太陽(yáng)能晶片的光吸收的許多可能的蝕刻圖案。公知的蝕刻圖案包括凹槽和所謂的蜂窩紋理。使用本發(fā)明獲得這些結(jié)構(gòu)的示例性?xún)?yōu)選方法。一般而言，使未掩蔽區(qū)域比蝕刻特征的間距小是優(yōu)選的。眾所周知，這將產(chǎn)生蝕刻特征，所述蝕刻特征的深度與它們的寬度相當(dāng)，這對(duì)于光俘獲是理想的。
[0059]圖11是簡(jiǎn)化俯視平面圖，顯示包括根據(jù)本發(fā)明的第一具體實(shí)施例印刷的直線掩模材料圖案的晶片101N。也就是說(shuō)，通過(guò)在目標(biāo)晶片上單遍掃描時(shí)從打印頭的管道的每一個(gè)連續(xù)地排出掩模材料使得排出的掩模材料部分在晶片101N的第一表面部分102N-1上形成連續(xù)長(zhǎng)形平行掩模材料線126N而形成掩模126N，其中掩模材料線126N的每個(gè)相鄰對(duì)由長(zhǎng)形暴露平面表面部分102N-2分離。晶片101N的后續(xù)蝕刻包括施加僅僅接近長(zhǎng)形暴露平面表面部分102N-2的合適蝕刻劑(即，掩模部分126N保護(hù)第一表面部分102N-1)。圖12是透視圖，顯示在后續(xù)蝕刻過(guò)程在上表面102N上形成長(zhǎng)形凹槽型光俘獲結(jié)構(gòu)105N-1之后的晶片101N，其中凹槽型光俘獲結(jié)構(gòu)105N-1包括由相應(yīng)長(zhǎng)形升高脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)105N-12分離的長(zhǎng)形V形凹槽102N-11。
[0060]再次參考圖12，晶片101N被處理以在晶片的兩側(cè)具有垂直線性凹槽，這允許由此產(chǎn)生的太陽(yáng)能電池根據(jù)修改的光俘獲布置獲得更寬的散射角。為了產(chǎn)生該垂直凹槽圖案，在凹槽型光俘獲結(jié)構(gòu)105N-1在第一過(guò)程(X軸)方向上形成于上表面102N上之后，晶片101N翻轉(zhuǎn)并且旋轉(zhuǎn)90°，并且然后在下表面103N上執(zhí)行第二掩模/蝕刻過(guò)程(即，使得在對(duì)應(yīng)于Y軸箭頭的第二過(guò)程方向上處理晶片101N)。類(lèi)似于光俘獲結(jié)構(gòu)105N-1，由此產(chǎn)生的第二長(zhǎng)形凹槽型光俘獲結(jié)構(gòu)105N-2通過(guò)由脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)105N-22分離的凹槽102N-21形成，但是垂直于光俘獲結(jié)構(gòu)105N-1對(duì)準(zhǔn)。在目標(biāo)晶片的兩側(cè)提供垂直凹槽獲得更寬的散射角，這通過(guò)增加被俘獲光子的數(shù)量提高太陽(yáng)能電池效率。
[0061]圖13是根據(jù)另一替代實(shí)施例的晶片101P的簡(jiǎn)化圖，所述晶片被處理以具有由平行波形掩模特征126P形成的“波形線”掩模圖案。使用上述的打印頭和晶片傳送機(jī)構(gòu)形成波形掩模特征126P，其中當(dāng)管道(打印頭)或晶片在交叉過(guò)程方向(即，橫向/垂直于晶片的運(yùn)動(dòng)方向)上往復(fù)移動(dòng)(來(lái)回移動(dòng))時(shí)連續(xù)地排出掩模材料，由此排出的掩模材料以波形線126P的形式淀積在由晶片表面102P的波形線暴露區(qū)域126P-2分離的關(guān)聯(lián)波形線掩蔽部分102P-1上。波形線暴露區(qū)域126P-2的后續(xù)蝕刻產(chǎn)生改善線性1D溝槽設(shè)計(jì)的相應(yīng)光俘獲圖案。
[0062]在其它具體實(shí)施例中，連續(xù)直或波形掩模材料線重疊以限定目標(biāo)mc-Si晶片的點(diǎn)狀暴露平面表面部分，由此點(diǎn)狀暴露區(qū)域的后續(xù)蝕刻以“蜂窩”圖案產(chǎn)生凹坑型光俘獲結(jié)構(gòu)。例如，圖13示出由三組直平行連續(xù)掩模材料線特征1260-11、1260-12和1260-13形成的掩模圖案1260，所述三組直平行連續(xù)掩模材料線特征在多個(gè)印刷道次中被印刷(例如，通過(guò)如上所述印刷特征1260-11，然后將目標(biāo)晶片旋轉(zhuǎn)120°，然后印刷特征1260-13，然后將目標(biāo)晶片旋轉(zhuǎn)120°，然后印刷特征1260-13)，由此形成具有三角對(duì)稱(chēng)的暴露“孔”區(qū)域1020-2的圖案。當(dāng)隨后蝕刻暴露“孔”區(qū)域1020-2時(shí)，形成具有蜂窩圖案的光俘獲特征，所述光俘獲特征被認(rèn)為優(yōu)于凹槽結(jié)構(gòu)，原因是它們?cè)诰砻嫫矫嬷性诙鄠€(gè)方向上散射光。類(lèi)似地，如圖14B中所示，通過(guò)印刷類(lèi)似于參考圖14A所述的緊密間隔的“波形”掩模材料特征126Q獲得具有暴露“孔”區(qū)域102Q-2的三角網(wǎng)格的掩模材料圖案。如果三角網(wǎng)格是等邊的，則當(dāng)蝕刻時(shí)這將導(dǎo)致蜂窩紋理。如果不是則將導(dǎo)致扭曲蜂窩紋理。
[0063]在另外的其它具體實(shí)施例中，掩模材料作為單獨(dú)的液滴被淀積，在目標(biāo)晶片上形成一系列重疊圓點(diǎn)狀掩模材料結(jié)構(gòu)(特征)。對(duì)于過(guò)程參數(shù)的某些組合，例如選定液體掩模材料“墨”，這樣的點(diǎn)狀掩模特征可以是優(yōu)選的。圖15A顯示形成為覆蓋mc-Si晶片102R的掩蔽部分102R-1的重疊點(diǎn)狀掩模材料結(jié)構(gòu)的平行排的線性掩模特征126R(例如，線性掩模特征126R-5部分地由點(diǎn)特征126R-51、126R-52和126R-53形成)，其中暴露表面區(qū)域102R-2設(shè)在點(diǎn)排之間并且隨后被蝕刻以產(chǎn)生凹槽型光俘獲結(jié)構(gòu)。圖15B顯示由基本上限定三角形暴露“點(diǎn)”的點(diǎn)狀掩模材料結(jié)構(gòu)125S的偏移排形成于mc-Si晶片101S上的第二掩模圖案，當(dāng)隨后蝕刻時(shí)所述三角形暴露點(diǎn)產(chǎn)生具有三重對(duì)稱(chēng)性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。例如上面參考圖15A和15B所述的點(diǎn)狀掩模材料結(jié)構(gòu)，重復(fù)地將筆尖放置成與晶片表面接觸并且然后脫離接觸，同時(shí)在接觸之間平移打印頭。與上述類(lèi)似，具有比筆尖間隔更精細(xì)的間隔的圖案可以由多個(gè)偏移打印頭或由多個(gè)點(diǎn)放置(在其間具有打印頭的平移)獲得。
[0064]除了現(xiàn)有的工藝以外，可以預(yù)料附加的涂層或材料可以淀積在懸臂的尖端區(qū)域上，以便改善機(jī)械磨損特性(其可以引起筆尖印刷的特定問(wèn)題)。特別地，可以在釋放的懸臂結(jié)構(gòu)上或在電鍍步驟之前淀積(通過(guò)濺射)諸如銥的材料(其后掩蔽該材料以便不涂覆它)。而且，諸如銠的材料可以電鍍?cè)诩舛藚^(qū)域上(在形成懸臂‘主體’的第一電鍍步驟之后)。銥和銠都是很硬的并且耐用的材料，并且這些涂層用于改善打印頭的壽命。
[0065]圖16是簡(jiǎn)化俯視圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)施例的使用打印頭110U-1和110U-2的掩模印刷系統(tǒng)100U。印刷系統(tǒng)100U與先前實(shí)施例的類(lèi)似之處在于打印頭110U-1和110U-2相應(yīng)地包括管道113U-1和113U-2，并且目標(biāo)晶片101U相對(duì)于打印頭110U-1和110U-2移動(dòng)使得從管道113U-1和113U-2的尖端部分排出(印刷)的液體掩模材料以類(lèi)似于上述的方式在目標(biāo)晶片101U上形成線型特征126U-1和126U-2。印刷系統(tǒng)100U與先前實(shí)施例的區(qū)別在于打印頭110U-1和110U-2保持在固定相對(duì)位置使得管道113U-1和113U-2在交叉過(guò)程(X軸)方向上偏移，由此由打印頭101U-1產(chǎn)生的(第一)掩模材料線126U-1布置在由打印頭101U-2產(chǎn)生的(第二)掩模材料線126U-2之間。該布置允許每個(gè)打印頭110U-1和110U-2上的相鄰管道113U-1和113U-2之間的間隔更大以便改善打印頭產(chǎn)量。
[0066] 盡管已關(guān)于某些具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白本發(fā)明的創(chuàng)新特征也可應(yīng)用于其它實(shí)施例，所有實(shí)施例旨在屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在多晶硅晶片的平面表面上產(chǎn)生圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括: 沿著多個(gè)平行長(zhǎng)形管道傳輸液體掩模材料使得所述掩模材料的一部分從每個(gè)所述管道的尖端部分排出； 在所述多個(gè)管道的所述尖端部分之下移動(dòng)所述多晶硅晶片使得排出的掩模材料部分在所述多晶硅晶片的所述平面表面上形成掩模圖案，其中所述掩模材料圖案形成為使得所述平面表面的一部分通過(guò)所述掩模材料圖案暴露；以及 蝕刻暴露的平面表面部分使得經(jīng)蝕刻的多晶硅晶片形成一體圖案化光俘獲結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK104425636SQ201410416203
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】S·J·H·利姆, D·德布勒克, S·加納 申請(qǐng)人:帕洛阿爾托研究中心公司