CN102414839A

CN102414839A - 用于太阳能电池制造的钝化工艺

Info

Publication number: CN102414839A
Application number: CN2010800191314A
Authority: CN
Inventors: 皮特·博登; 迈克尔·P·斯图尔特; 徐力; 赫门特·P·芒吉卡; 克里斯托弗·S·奥尔森
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2012-04-11
Also published as: WO2010141814A2; WO2010141814A3; JP2012529189A; US8168462B2; US20100311203A1

Abstract

本发明的实施例试图利用新颖等离子体氧化工艺在太阳能电池基板的表面上形成钝化薄膜叠层，来形成高效率太阳能电池。在一个实施例中，方法包括：提供基板，所述基板具有在所述基板的背面上的第一型掺杂原子和在所述基板的前面上的第二型掺杂原子；等离子体氧化所述基板的背面，以在所述背面上形成氧化层；以及在所述氧化层上形成氮化硅层。

Description

用于太阳能电池制造的钝化工艺

发明背景

发明领域

本发明的实施例大体上涉及光伏电池的钝化层的制造，更特别地，涉及在光伏电池的表面上的钝化层的制造。

相关技术的描述

太阳能电池是将太阳光直接转换成电力的光伏器件。最常见的太阳能电池材料是单晶硅基板或多晶硅基板形式的硅，有时称为晶片。因为形成硅基太阳能电池来产生电的分期偿还成本比使用传统方法来产生电的成本高，所以一直努力来降低形成太阳能电池所需的成本。

有各种制造太阳能电池的有效区和电流传送金属线即导线的方法。以低成本制造高效率太阳能电池是使太阳能电池在用于大众消费的产生电方面更有竞争力的关键。太阳能电池的效率与电池收集由在各个层中被吸收的光子产生的电荷的能力直接相关。优良的钝化层可提供期望的薄膜特性，所述薄膜特性减少太阳能电池中的电子或空穴的复合，并改变电子和电荷的方向使电子和电荷返回太阳能电池以产生光电流。当电子和空穴复合时，入射的太阳能量以热或光被再释放出去，从而降低太阳能电池的转换效率。

因此，需要对基板的表面执行钝化处理的改进的方法和装置，这种钝化处理提高了转换效率。

发明概述

本发明的各个实施例试图利用新颖等离子体氧化工艺在太阳能电池基板的表面上形成钝化薄膜叠层，来形成高效率太阳能电池。在一个实施例中，一种在太阳能电池基板上形成钝化层的方法包括：提供基板，所述基板具有在所述基板的背面上的第一型掺杂原子和在所述基板的前面上的第二型掺杂原子；等离子体氧化所述基板的背面，以在所述背面上形成氧化层；以及在所述氧化层上形成氮化硅层。

在另一个实施例中，一种在太阳能电池基板上形成钝化层的方法包括：提供基板，所述基板具有在所述基板的背面上的第一型掺杂原子和在所述基板的前面上的第二型掺杂原子；在所述基板的背面上形成带负电荷的介电层；以及在所述带负电荷的介电层上形成背金属层，其中所述背金属层与形成在所述基板中的掺杂原子电连接。

在再一个实施例中，在太阳能电池基板上形成钝化层的方法包括：提供基板，所述基板包括设置在所述基板中的第一型掺杂原子；在所述基板的前面上设置包含第二型掺杂原子的掺杂材料；清洁所述基板的背面；等离子体氧化所述基板的背面，以在所述背面上形成氧化层；在所述基板的背面上的氧化层上形成氮化硅层；以及在所述基板的背面的上方沉积金属层，其中所述金属层与形成在所述基板中的掺杂原子电连接。

附图简要说明

因此，可详细理解实现本发明的上述特征的方式，可参考本发明的实施例获得上文简要概述的本发明的更具体描述，一些实施例图示于附图中。

图1A描绘根据本发明一个实施例的太阳能电池的示意截面图，所述太阳能电池具有在基板的背面上形成的钝化层；

图1B描绘设置在图1的基板上的钝化层的放大图；

图2A至图2B描绘在太阳能电池中的电子流动方向的示意截面图，所述太阳能电池具有形成在上面的钝化层的不同电荷；

图3描绘具有形成在基板的背面上的钝化层的太阳能电池的等距视图；

图4描绘根据本发明的可用来形成钝化层的工艺腔室的一个实施例的示意截面图；

图5描绘根据本发明实施例的形成太阳能电池的钝化层的方法的流程图；以及

图6A至图6D描绘根据图5的方法在太阳能电池的上面形成钝化层的太阳能电池的顺序截面图。

为便于理解，在可能情况下使用相同标号来表示附图所共有的相同元件。预期一个实施例的元件和特征可有利地并入其他实施例中而无需进一步叙述。

然而，应注意的是，附图仅描绘本发明的示范性实施例，因此不应视为对本发明的范围的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。

具体描述

本发明的实施例试图使用在太阳能电池的表面上形成钝化层的方法来形成高效率太阳能电池。在一个实施例中，所述方法使用等离子体工艺在太阳能基板的表面上形成钝化层。等离子体工艺可在太阳能电池基板的表面上形成单独的氧化层，或可在太阳能电池基板的表面上形成与其他介电层在一起的氧化层，所述其他介电层形成复合钝化层。可得益于本发明的太阳能电池基板(例如图1A的基板110)包括可具有有效区的基板或多晶硅(polycrystalline silicon)基板，这些基板用来将太阳光转换成电力，所述有效区包含有机材料、单晶硅、多晶体硅(multi-crystalline silicon)。

图1A描绘结晶硅型太阳能电池基板、即基板110的截面图，基板110可具有形成在基板110的表面、例如背面125上的钝化层104。在图1A描绘的实施例中，在具有纹理表面112的结晶硅型太阳能电池基板110上制造硅太阳能电池100。基板110包括p型基区121、n型发射区122以及在p型基区121和n型发射区122之间的p-n结区123。可用某些类型元素(例如磷(P)、砷(As)或锑(Sb))掺杂沉积的半导体层形成n型发射区122，以增加诸如电子的负电荷载流子的数量。在图1A描绘的示例性实施例中，通过使用包含掺杂气体的非晶、微晶、纳米晶或多晶CVD沉积工艺形成n型发射区122，所述掺杂气体是诸如含磷气体(例如，PH₃)的掺杂气体。在一个实施例中，在p型基区121和n型发射区122之间形成p-n结区123，以形成异质结型太阳能电池100。在形成的太阳能电池100中，当光照射到基板110的前面120时，产生电流。产生的电流流经金属前接触108以及形成在基板110的背面125上的金属背接触106。

可在背接触106以及太阳能电池100的背面125上的p型基区121之间设置复合钝化层104。钝化层104可以是提供良好界面特性的介电层，所述良好界面特性减少电子和空穴的复合，驱赶和/或扩散电子以及电荷载流子返回结区123，以及将光吸收减到最小。在一个实施例中，在背接触106以及p型基区121之间设置钝化层104，所述钝化层104允许背接触106贯穿钝化层104的部分107、例如指状物与p型基区121电接触/连接。通常将前接触108设置为宽间隔的细金属线即指状物，所述细金属线即指状物将电流提供到相对于所述指状物横向定向的较大汇流排。因为背接触106不妨碍入射光照射到太阳能电池100，所以通常不局限于以多条细金属线形成背接触106。然而，可在钝化层104内形成与背接触106电连接的多个指状物107，以有助于在背接触106与p型基区121之间的电流动。以下将讨论关于钝化层104的制造的细节。

在一个实施例中，前接触108和/或背接触106是金属，所述金属选自由以下物质所组成的组：铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)、钨(W)、钛(Ti)和/或钽(Ta)、镍钒(NiV)或其他类似材料。在一个实施例中，背接触106包括铝(Al)材料以及镍钒(NiV)材料。在一个实施例中，利用在丝网印刷工具中执行的丝网印刷工艺，将前接触108和背接触106的一部分设置在基板110的表面120、125上，所述丝网印刷工具可从应用材料公司的子公司巴奇尼(Baccini)S.p.A购得。在一个实施例中，将前接触108和背接触106在加热炉中加热，使沉积的材料致密并形成期望的与基板表面120、125的电接触。可用一薄层介电材料111覆盖太阳能电池100，所述一薄层介电材料111起使从太阳能电池100的顶面120的光反射减到最小的抗反射涂层(ARC)的作用。在一个实例中，起抗反射涂层(ARC)作用的介电材料层111可选自由以下物质所组成的组：氮化硅(Si₃N₄)、氮化硅氢化物(SixNy:H)、氧化硅、氮氧化硅、氧化硅和氮化硅的复合膜、以及类似物。可得益于本文描述的工艺的所形成的太阳能电池器件的例子在以下共同受让的专利申请中有进一步的描述，这些专利申请是在2009年7月16日提交的美国临时专利申请第61/048,001号，在2008年12月19日提交的美国临时专利申请第61/139,423号，以及在2008年4月9日提交的美国临时专利申请第61/043,664号，援引这些专利申请的全部内容作为参考。

图1B描绘设置在背接触106以及p型基区121之间的复合钝化层的放大图。钝化层104包括具有第一钝化层202以及第二钝化层204的薄膜叠层。据信对于太阳能电池应用，使用多层、例如多于两层的钝化层能够提供比单层更好的钝化。此外，高质量钝化经得起与处在生产线末端的丝网印刷接触工艺的后续烧制有关的热处理，而不会损坏或污染经由生产线形成的太阳能电池100。

在一个实施例中，形成为与p型基区121接触的第一钝化层202是由p型基区121形成的氧化层。第二钝化层204可以是形成在第一钝化层202上的氮化硅层或氮氧化硅层。可通过等离子体氧化p型基区121的背面125形成第一钝化层202，由此使氧元素进入p型基区121的背面125以形成所述氧化层。可利用任何合适的沉积技术形成用于第二钝化层204的氮化硅或氮氧化硅层。以下将参考图5至图6进一步讨论关于如何在p型基区121上形成第一钝化层202和第二钝化层204的细节。

在一个实施例中，钝化层104设置为带负电荷的薄膜。在图2A描绘的示例性实施例中，因为钝化层104设置为带负电荷的薄膜，钝化层104排斥在p型基区121中是少数载流子的电子。电子302沿着离开钝化层104并朝向结区123的方向304被排斥和被驱赶。于是，由于电子304朝向结区123被驱赶，因此电子很可能在结区123被重新收集，从而增加和提高光电流。此外，负电荷(例如，电子)会在钝化层104和p型基区121的界面处被积累，从而在操作条件下提供改善的钝化。

相反，如图2B所示，在钝化层308是带正电荷的薄膜的情况下，在钝化层308中的正电荷会沿朝向钝化层308并离开结区123的方向306吸引电子。于是，图2B的钝化层308会趋向于驱赶电子离开结区123而朝向基板的表面附近，从而减小在太阳能电池中产生的光电流。此外，当基板的背面被反型时，反型层在电流流动时会快速耗尽，留下耗尽层，导致当进行光子能量收集时差的钝化。因此，如图2A中描绘的，当带负电荷的薄膜被设置为钝化层104时，带负电荷的薄膜会呈现有利的电特性。可利用电容-电压(CV)方式测量钝化层104的电荷，以确定钝化层104是带负电荷的薄膜还是带正电荷的薄膜。

图3描绘太阳能电池100的等距视图，所述太阳能电池100具有在基板110的背面125上形成的带负电荷的钝化层104。包括第一钝化层202和第二钝化层204的钝化层104设置在p型基区121和背接触106之间。金属接触指状物107可以是柱状的，从背接触106延伸穿过钝化层104，以与p型基区121电接触。可替代地，金属接触指状物107可以是其他合适的形状，例如金属线，以在背接触106和p型基区121之间保持所需的电连接。

图4是可用来形成钝化层104的等离子体工艺腔室400的示意截面图。等离子体工艺腔室400通常包括气体分配组件64、盖组件65、电感耦合源组件70以及下腔室组件25。由工艺容积18和下容积19组成的腔室容积17限定了将在等离子体工艺腔室400中发生的等离子体工艺的区域，并且腔室容积17基本上由气体分配组件64、电感耦合源组件70以及下腔室组件25包围。

下腔室组件25通常包括基板提升组件51、基板支撑件438以及工艺腔室基底402。工艺腔室基底402具有腔室壁406和腔室底408，腔室壁406和腔室底408部分地约束下容积19。通过穿过腔室壁406形成的接触孔32接触基板支撑件438。接触孔32限定了能够将诸如基板110的基板移入和移出工艺腔室基底402的孔。腔室壁406和腔室底408可由一整块铝或其他与工艺条件相匹配的材料来制造。

基板支撑件438是温控的，并且与工艺腔室基底402连接。在工艺期间，基板支撑件438支撑基板110。在一个实施例中，基板支撑件438包括封装至少一个嵌入式加热器432的铝主体424。嵌入式加热器432可以是电阻加热元件或者其他合适的加热元件。嵌入式加热器432与电源474相连，电源474可通过使用控制器498可控地加热基板支撑件438和设置在基板支撑件438上面的基板110到预定的温度。在一个实施例中，嵌入式加热器432保持基板110在从用于塑料基板的约60℃至用于玻璃基板的约550℃的均匀温度范围下。

通常，基板支撑件438具有背面426、前面434以及杆(stem)442。前面434支撑基板110，而杆442与背面426相连。杆基底42固定至杆442并与提升组件40连接，提升组件40控制基板支撑件438在腔室容积17内的提升。杆442还在基板支撑件438和其他部件之间提供用于电线和热电偶线的导管。提升组件442可包括本领域中常用的气动或电动螺杆型提升组件，以提供将支撑组件准确地定位在等离子体工艺腔室400中所必需的力。

波纹管446连接在基板支撑件438(或杆442)和工艺腔室基底402的腔室底408之间。波纹管446在腔室容积17和工艺腔室基底402外部的大气之间提供真空密封，同时促进基板支撑件438的垂直移动。

基板支撑件438还支撑包围基板110的遮蔽框(shadow frame)448。通常，遮蔽框448防止在基板110的边缘以及在基板支撑件438的周围的沉积。在一个实施例中，遮蔽框448设置在俘获特征结构(capturing feature)(未示出)上，所述俘获特征结构安装在等离子体工艺腔室400中，以便当基板支撑件438从工艺位置18下降时，由于遮蔽框448靠在俘获特征上而使基板支撑件438与遮蔽框448分离。

基板支撑件438具有穿过自身设置的多个孔428，以容纳多个提升销52。提升销52可由陶瓷、石墨、涂敷陶瓷的金属或不锈钢制成。提升销52可由提升板组件51相对于基板支撑件438和工艺腔室基底402来驱动。提升组件51包括提升板50和提升致动器56。提升板50被提升致动器56移位，以在退回和升高位置之间移动提升销52。固定至提升销52和腔室底408的每一个的提升波纹管54用来使下容积19与等离子体工艺腔室400外部的大气隔离，同时还允许提升销52在退回和升高位置之间移动。当提升销52在升高位置并且基板支撑件438在传送位置时，基板110就被提升到接触孔32的上边缘的上方，因此系统机器人可进出等离子体工艺腔室400，以有助于在机器人和基板支撑件438之间的基板传送。

盖组件65通常包括入口412，经由所述入口412，由气源410提供的工艺气体在通过气体分配板64后被导入工艺容积18。利用质量流量控制器(未示出)和控制器498执行对从气源410流至入口412的气体的适当控制和调节。气源410可包括多个质量流量控制器(未示出)。本文使用的术语“质量流量控制器”指能够向等离子体工艺腔室400提供快速和准确的气体流量的任何控制阀。入口412允许工艺气体被导入等离子体工艺腔室400并在等离子体工艺腔室400中均匀分布。此外，还可对入口412进行加热，以防止任何反应气体在歧管内的冷凝。

入口412还与清洁源420相连。清洁源420通常提供诸如游离氟的清洁剂，所述清洁剂被导入工艺容积18，以去除沉积副产物和在先前工艺步骤完成之后留下的杂散沉积材料。

盖组件65规定了工艺容积18的上边界。通常可从腔室基底402和/或电感耦合源组件70拆去盖组件65，以检修在等离子体工艺腔室400中的部件。通常，盖组件65由铝(Al)或阳极化铝主体制造。

在一个实施例中，盖组件65包括与外部真空泵系统452相连的抽吸室(pumping plenum)463。利用抽吸室463均匀地排空工艺容积18中的气体和工艺副产物。抽吸室463通常形成在腔室盖60内或连接到腔室盖60并被板68覆盖，以形成抽吸通道61。为保证对工艺容积18的均匀排空，在板68和腔室盖60之间形成间隙，以产生对流入抽吸通道61的气体的微小限制。真空泵系统152与抽吸通道相连，并通常包括真空泵，所述真空泵根据需要可以是波轮泵、粗真空泵和/或罗茨鼓风机^TM，以获得所需的腔室工艺压力。

可替代地，位于下腔室组件25的抽吸室24通过使用真空泵系统450均匀地排空工艺容积18中的气体和工艺副产物。抽吸室24形成在腔室底408内或连接到腔室底408并被板26覆盖，以形成封闭的抽吸通道23。板26通常包括多个孔21(或狭缝)，以产生对流入抽吸通道23的气体的微小限制，由此促进对腔室容积17的均匀排空。抽吸通道23通过抽吸口496与真空泵系统450连接。真空泵系统450通常包括真空泵，所述真空泵根据需要可以是波轮泵、粗真空泵和/或罗茨鼓风机^TM，以获得所需的腔室工艺压力。

在另一实施例中，抽吸室24和抽吸室463都可用来排空工艺容积18。在这一实施例中，可优化通过使用真空泵系统452从工艺容积18抽出的气体和通过使用真空泵系统450从下容积19抽出的气体的相对流量，以改善等离子体工艺结果并减少等离子体和工艺副产物至下容积19的泄漏。减少等离子体和工艺副产物的泄漏将会减少在下腔室组件部件上的杂散沉积的量，并因此减少利用清洁源420来从下组件25去除不想要的沉积物的清洁时间和/或次数。

气体分配板64与盖组件65的顶板62相连。气体分配板64包括穿孔区67，通过所述穿孔区67，由气源410提供的工艺气体和其他气体被传送至工艺容积18。可得益于本发明的气体分配板在以下共同受让的专利申请中有描述，这些专利申请是由Blonigan等人在2003年1月7日提交的美国专利申请第10/337,483号，在2002年11月12日授权给White等人的美国专利第6,477,980号，以及由Choi等人在2003年4月16日提交的美国专利申请第10/417,592号，援引这些专利申请和专利的全部内容作为参考。

气体分配板64可由单一整体部件形成。在其他实施例中，气体分配板64可由两个或两个以上单独部件形成。多个气体通道69可穿过气体分配板64形成，以使得工艺气体的期望分配穿过气体分配板64并进入工艺容积18。在气体分配板64和顶板62之间形成抽吸室66。抽吸室66使得从入口412流入抽吸室66的气体在整个气体分配板64的宽度范围内都均匀地分布并均匀地通过气体通道69。气体分配板64通常由铝(Al)、阳极化铝或其他RF导电材料制成。气体分配板64通过电绝缘片(未示出)与腔室盖60电隔离。

在一个实施例中，对气体分配板64施加RF偏压，以便通过使用连接的阻抗匹配元件454、RF电源454以及控制器498来控制并成形在工艺容积18中产生的等离子体。RF偏压气体分配板64起能够产生并控制在工艺容积18中的等离子体的电容耦合RF能量传输装置的作用。

此外，RF电源436可通过阻抗匹配元件434将RF偏压施加至基板支撑件438。通过使用RF电源436、阻抗匹配元件458以及控制器498，可以控制在工艺容积18中产生的等离子体的控制、基板110的等离子体轰击以及整个基板表面的等离子鞘层厚度。在另一个实施例中，RF电源436以及阻抗匹配元件458可以被一或多个接地连接(未示出)取代，由此将基板支撑件438接地。

此外，可利用RF阻抗匹配网络456将RF电源440连接至电感耦合源组件70。在电感耦合源组件70中设置线圈(coil)(未示出)，所述线圈起能够产生并控制在工艺容积18中产生的等离子体的电感耦合RF能量传输装置的作用。

控制器498适于基本上控制整个基板工艺顺序的所有方面。控制器498可适于控制阻抗匹配元件(例如458、456以及454)，RF电源(例如436、430以及440)以及等离子体工艺腔室400的其他元件。工艺腔室400的等离子体工艺变量可由控制器498来控制，控制器498可以是基于微处理器的控制器。控制器498配置为接收来自用户和/或在等离子体工艺腔室中的各个传感器的输入，并根据这些输入和存储在控制器的存储器中的软件指令来恰当地控制等离子体工艺腔室部件。控制器498通常包括存储器和CPU，控制器使用所述存储器和CPU来存储各种程序、处理这些程序以及在需要时执行这些程序。存储器与CPU连接，并且存储器可以是易于获得的一或多个存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字存储器、本地存储器或远程存储器。软件指令和数据可被编码并被存储在存储器中，用于命令CPU。支持电路还被连接到CPU，用于以常规方式支持处理器。所述支持电路可包括在本领域中均为众所周知的高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等。控制器498可读的程序(或计算机指令)确定哪些任务在等离子体工艺腔室中是可执行的。优选地，所述程序是控制器498可读的软件，并包括基于预定规则和输入数据监测和控制等离子体工艺的各种指令。

图5描绘工艺500的一个实施例的流程图，工艺500可在如图4中描绘的工艺腔室400或其他合适的工艺腔室中实施，以形成钝化层104。图6A至图6D是与工艺500的各个阶段对应的太阳能电池100的一部分的示意截面图。结合图6A至图6D描述的工艺500可有益地用来制造在太阳能电池中的钝化层104。然而，工艺500可适于在包括来自其他制造商的工艺反应室的任何其他合适的工艺反应室中执行和/或形成不同的器件是可预期的。应注意的是，在图5中示出的步骤的数目和顺序不打算作为本文描述的发明的范围的限制，因为不偏离本文描述的发明的基本范围，可增加、删除一或多个步骤，和/或可改变这些步骤的顺序。

工艺500开始于步骤502，如图6A所示，提供基板110，基板110具有设置在所述基板上的太阳能电池器件100。已经在以上参考图1讨论了形成在基板110上的太阳能电池100，为了简洁在此省略说明。在图6A至图6D中描绘的基板110被翻过来，以便于说明在基板110的背面125上形成钝化层104。

在步骤504，如图6B所示，清洁基板110的p型基区121的背面125，以去除任何不想要的材料并形成粗糙表面604。应注意的是，如果需要，也可清洁前面120(如图1所示)。在一个实施例中，可利用批量清洁工艺来执行清洁工艺，在批量清洁工艺中，将多块基板暴露给清洁液。在一个实施例中，通过任何其他合适技术的喷洒、冲洗和浸泡来将基板弄湿。清洁液可以是SC1清洁液、SC2清洁液、HF-last(以氢氟酸为最后步骤)型清洁液、臭氧水溶液、氢氟酸(HF)和过氧化氢(H₂O₂)溶液或其他合适的清洁液。在一个实施例中，用氟化氢或氢氟酸来清洁基板110的表面125。可对基板执行持续时间在约5秒至约600秒之间、例如在约30秒至约240秒之间、例如约120秒的清洁工艺。

在步骤506，如图6C所示，对基板110的粗糙表面604执行氧化等离子体工艺，以形成第一钝化层202。氧化等离子体工艺可在诸如图4的工艺腔室400的等离子体工艺反应室中执行。等离子体氧化工艺可以是解耦等离子体氧化工艺(DPO)，所述解耦等离子体氧化工艺是通过从含氧气体混合物形成等离子体以对基板110的粗糙表面604进行等离子处理来执行的。因为p型基区121是其中形成有p型掺杂剂的硅基层，所以粗糙表面604主要由硅原子组成。当含氧气体混合物是游离等离子体时，氧原子就在硅粗糙表面604上被积累并被吸收，在粗糙表面604上形成作为第一钝化层202的氧化层。等离子体氧化工艺提供高能氧原子来与在粗糙表面604上的硅原子起反应，在粗糙表面604上形成富氧氧化层202。氧化等离子体工艺可在选择为防止太阳能电池100热损害的温度范围内执行，诸如在小于约600摄氏度的温度下执行。与传统高温工艺、例如大于800摄氏度的高温工艺不同，低温等离子体工艺可以在基板上形成氧化层，而不会对薄膜特性和形成在基板110上的已存在的器件的特性产生负面影响。在一个实施例中，等离子体氧化工艺可以在小于约600摄氏度的温度下执行，例如在约10摄氏度至约500摄氏度之间、或在约100摄氏度至约400摄氏度之间的温度下执行。在一个实施例中，氧化层202可具有小于约300埃的厚度，例如具有小于150埃的厚度，例如具有约5埃和约65埃的厚度。

在一个实施例中，提供来执行等离子体氧化工艺的气体混合物可包括至少一种含氧气体，还可选择性地包括含氮气体、惰性气体或其他合适的气体。含氧气体的例子包括O₂、N₂O、NO₂、NO、O₃、H₂O等。含氮气体的例子包括N₂、NH₃、N₂O、NO₂、NO等。惰性气体的例子包括Ar或He。在执行等离子体氧化工艺以在粗糙表面604上形成氧化层的实施例中，气体混合物可至少包括含氧气体。在执行等离子体氧化工艺以在纹理表面604上形成氮氧化合物层的另一个实施例中，气体混合物可至少包括含氮气体和/或含氧气体。可替代地，可在气体混合物中与含氧气体、含氮气体或上述气体的组合在一起的方式提供惰性气体。在本文描述的示例性实施例中，在气体混合物中提供的含氧气体是N₂O或O₂，以形成氧化层或氮氧化合物层。

在一个实施例中，可执行步骤506的等离子体氧化工艺约10秒至约300秒的一段时间，例如执行从约30秒至约240秒的一段时间，而在一个实施例中，执行从约60秒至约180秒的一段时间。此外，可在诸如频率为13.56MHz的电感RF功率这样的等离子体功率下执行所述等离子体氧化工艺，所述等离子体功率设定为从约500瓦至约4500瓦，例如，从约700瓦至约3500瓦，或约2400瓦。按照约2％至约50％的占空比或100％的连续占空比以及约10kHz的脉冲频率执行等离子体工艺。在一个实施例中，以约5％的占空比脉冲RF功率。在另一个实施例中，在约800瓦的设定点以约5％的占空比脉冲RF功率，获得有效功率为约40瓦的有效等离子体激发功率。可替代地，等离子体功率可由包括平面微波等离子体源的其他等离子体源提供，或可由用来实施本发明的其他合适的源提供。DPO腔室可具有从约0毫托至约5000毫托的压强。惰性气体可具有从约每分钟20标准立方厘米(sccm)至每分钟200标准升(slm)的流量，或可具有从约12000sccm至约15000sccm的流量，或可具有从约500sccm至700sccm的流量。

在步骤508，如图6D所示，在形成第一钝化层202之后，可在第一钝化层202上形成第二钝化层204，以形成包括叠层的钝化层104。为易于操作，可在同一工艺腔室、例如图4的工艺腔室400中形成第二钝化层204。可替代地，如果需要，可在单独的工艺腔室中形成第二钝化层204。在一个实施例中，第二钝化层204可以是由诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等合适的沉积技术形成的氮化硅(Si₃N₄)层或氮化硅氢化物(SixNy:H)层。此外，第二钝化层204的氮化硅层也可起将从太阳能电池100的背面125的光反射减到最小的ARC层的作用。

在诸如图4的工艺腔室400的同一工艺腔室中形成第一钝化层202和第二钝化层204的实施例中，在步骤506提供含氧气体混合物以形成第一钝化层202之后，可随后将包含硅基气体的含氮气体混合物提供至工艺腔室中，以形成第二钝化层204。在将第二钝化层204形成为在第一钝化层202上的氮化硅(Si₃N₄)层或氮化硅氢化物(SixNy:H)层的实施例中，可将气体混合物从诸如N₂O、NO₂或O₂的含氧气体改变为诸如NH₃或N₂的含氮气体，并与硅基气体一起提供所述含氮气体。硅基气体的合适例子包括SiH₄、Si₂H₆等。含氮气体与硅基气体一起在工艺腔室中被进行等离子体离解，以所需的薄膜厚度在钝化层202上形成氮化硅(Si₃N₄)层或氮化硅氢化物(SixNy:H)层的第二钝化层。在一个实施例中，氮化硅(Si₃N₄)层204具有在约600埃至约750埃之间的薄膜厚度。

在形成第二钝化层204时，可在步骤508对几个工艺参数进行调整。在一个实施例中，可将工艺压强调整为在约0.5托至约5托之间，例如在约1.2托至约1.8托之间。将基板温度保持在约300摄氏度至约500摄氏度之间。可将间距控制在约550密耳至约1200密耳之间。以在约500sccm至约2800sccm之间的流量，例如以在约2000sccm至2200sccm之间的流量向腔室提供诸如NH₃、NO₂、N₂的含氮气体的气体流。以在约400sccm至约900sccm之间的流量，例如以在约700sccm至约800sccm之间的流量向腔室提供诸如硅烷(SiH₄)气体的硅基气体。还可选地在气体混合物中提供惰性气体。诸如Ar或He的惰性气体的气体流以约0sccm至约100sccm之间的流量、例如以在约50sccm至约60sccm之间的流量流入腔室。

通过利用等离子体沉积工艺形成作为薄膜叠层104的钝化层104，所述薄膜叠层104包括第一钝化层202和第二钝化层204，就可获得带负电荷的薄膜。代替在本领域中通常执行的热工艺，据信等离子体工艺可有助于保持最后得到的等离子体沉积薄膜作为在上面携带负电荷的压缩薄膜。如上所述，带负电荷的钝化膜可助于排斥电子返回结区，从而增大和提高光电流和太阳能电池转换效率。因此，结合第一钝化层202的等离子体氧化工艺和第二钝化层的等离子体沉积工艺有助于提供改善了太阳能电池的电特性的优良的钝化薄膜特性。

可选择地，在形成复合钝化层104之后，可在约600摄氏度至约1000摄氏度之间的温度下，例如在约750摄氏度的温度下，对基板110进行约1秒至约180秒的热退火，例如进行约2秒至约60秒的热退火，进行约5秒至约100秒的热退火。可在合适的退火工艺腔室中执行所述退火工艺。至少一种退火气体被提供至用于热退火工艺的退火腔室中。退火气体的例子包括氧气(O₂)、臭氧(O₃)、原子氧(O)、水(H₂O)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N₂O)、二氧化氮(NO₂)、五氧化二氮(N₂O₅)、氮气(N₂)、氨(NH₃)、联胺(N₂H₄)、Ar、He、上述气体的衍生物或上述气体的组合。在热退火工艺的一个例子中，在含有5％氢气的氮气的气氛下，在约750摄氏度的温度下将基板110退火约5秒。据信热退火工艺可有助于修复和重构复合钝化层104的原子晶格。热退火工艺还消除悬空键并重构薄膜结合结构，从而减少薄膜漏电并改善薄膜质量和整个器件特性。

在形成复合钝化层104后，可进一步传送基板110，以执行过程流水线工艺的后续端点，例如如图1所示的背接触106的沉积，以及执行用以完成太阳能电池制造工艺的烧制工艺。

可替代地，如果需要，还可将复合钝化层104作为ARC层来形成，例如，如图1所示，作为在基板110的前面120上形成的ARC层111来形成。

因此，本申请提供了在太阳能电池的表面上形成钝化薄膜叠层的方法。这些方法有利地形成了钝化薄膜叠层，所述钝化薄膜叠层有助于提高在太阳能结电池中产生的光电流，从而提高整个太阳能电池转换效率和电特性。

尽管以上描述涉及本发明的各个实施例，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可设想本发明的其它及进一步的实施例，并且本发明的范围由所附的权利要求书来确定。

Claims

1.一种在太阳能电池基板上形成复合钝化层的方法，包括以下步骤：

提供基板，所述基板具有在所述基板的背面上的第一型掺杂原子和在所述基板的前面上的第二型掺杂原子；

等离子体氧化所述基板的背面，以在所述背面上形成氧化层；以及

在所述氧化层上形成氮化硅层。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述基板包括p型基板，所述第一型掺杂原子是硼。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述等离子体氧化所述背面的步骤进一步包括：

将所述基板暴露给由气体混合物形成的等离子体，所述气体混合物包含含氧气体或含氮气体中的至少一种。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述含氧气体选自由以下物质所组成的组：O₂、N₂O、NO₂、O₃、或H₂O。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述气体混合物至少包括气体O₂或NO₂气体。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述等离子体氧化所述背面的步骤进一步包括：

在等离子体氧化所述基板之前，清洁所述基板的背面。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化层具有小于150埃的厚度。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化层和所述氮化硅层在单个工艺腔室中原位形成。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述氮化硅层上形成背金属层，其中所述背金属选自由以下物质所组成的组：铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)、钨(W)、钛(Ti)和/或钽(Ta)以及镍钒(NiV)。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化层和所述氮化硅层组成在所述基板的背面上的带负电荷的钝化层。

11.一种在太阳能电池基板上形成钝化层的方法，包括：

在所述基板的背面上形成带负电荷的介电层；以及

在所述带负电荷的介电层上形成背金属层，其中所述背金属层与形成在所述基板中的掺杂原子电连接。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述形成带负电荷的介电层的步骤进一步包括：

等离子体氧化所述基板的背面，以在所述背面上形成氧化层。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：

在所述氧化层上形成氮化硅层。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述等离子体氧化所述基板的背面的步骤进一步包括：

将所述基板的背面暴露给气体混合物，所述气体混合物包含含氧气体或含氮气体中的至少一种。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述基板包括p型基板，所述第一型掺杂原子是硼，所述第二型掺杂原子是磷酸盐。