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TW201324834A - 在背點接觸太陽能電池中去除鈍化膜和改進接觸電阻的方法和裝置 - Google Patents

在背點接觸太陽能電池中去除鈍化膜和改進接觸電阻的方法和裝置 Download PDF

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TW201324834A
TW201324834A TW101137503A TW101137503A TW201324834A TW 201324834 A TW201324834 A TW 201324834A TW 101137503 A TW101137503 A TW 101137503A TW 101137503 A TW101137503 A TW 101137503A TW 201324834 A TW201324834 A TW 201324834A
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etchant
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chamber
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Application number
TW101137503A
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Inventor
Michael P Stewart
Hari Ponnekanti
Prabhat Kumar
Jeffrey L Franklin
Kapila P Wijekoon
Original Assignee
Applied Materials Inc
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Publication date
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Abstract

本發明的實施例大體提供用以自光伏電池的表面移除鈍化層並改進背點接觸光伏電池中之接觸電阻的改進處理與設備。在一個實施例中，處理太陽能電池基板的方法包括提供具有鈍化層之基板，鈍化層沉積於基板的第一表面上。鈍化層是包括氧化鋁與氮化矽的層堆疊。方法亦包括暴露基板的第一表面至蝕刻劑並加熱蝕刻劑以溶解第一表面上之鈍化層的氧化鋁。方法可進一步包括在基板之第二表面上形成含金屬層，第二表面與第一表面相反。

Description

在背點接觸太陽能電池中去除鈍化膜和改進接觸電阻的方法和裝置
本發明的實施例大體提供用以自光伏電池的表面移除鈍化層並改進背點接觸光伏電池中之接觸電阻的改進處理與設備。
太陽能電池是將太陽光直接轉換成電功率的光伏裝置。最常見的太陽能電池材料是矽(Si)，矽(Si)的形式為單晶、多晶(Polycrystalline)或多晶態(multi-crystalline)基板。由於利用矽基太陽能電池發電的成本高於藉由傳統方法發電的成本，已經致力於降低製造太陽能電池的成本且不負面地影響太陽能電池的整體效率。
當光線落於太陽能電池上時，來自入射光子的能量在p-n接合區的兩側上產生電子-電洞對。電子擴展橫跨p-n接合區至較低能量階層而電洞在相反方向中擴展，這產生n型射極上的負電荷與p型基極中對應的正電荷累積。當在射極與基極之間製造電路且將p-n接合區暴露至光的某些波長時，電流將會流動。當受照體(illuminated)流動配置在太陽能電池之正面(即，光接收面)上的正面接點與配置在太陽能電池之背面上的背面接點時，藉由半導體產生電流。正面接點通常被設置成供應電流至較大母線的廣闊分佈的薄金屬線或指狀件。由於背面接點 不阻擋入射光線撞擊太陽能電池，背面接點通常並不受限於形成為多個薄金屬線。
當太陽能電池中於相反方向中移動的電子與電洞彼此組合時，發生復合現象。每一次電子電洞對在太陽能電池中復合，便消除電荷載體，藉此降低太陽能電池的效率。復合為多少懸垂鍵(即，未結束的化學鍵)存在於基板之表面上的函數。由於基板的矽晶格結束於這些表面，在表面上發現懸垂鍵。這些未結束的化學鍵作為處於矽之能帶間隙中的缺陷陷阱，因此為電子電洞對復合的位置。
為了降低電子電洞對的表面復合，可藉由在基板的表面上形成鈍化層來鈍化基板的表面，以降低基板的表面上存在的懸垂鍵數目。然而，在鈍化層之沉積過程中，即將沉積於基板之一側上的材料亦可能沉積並覆蓋於基板之另一側的邊緣上，這造成得到之太陽能電池模組之外觀中的顏色改變且亦為產品可靠度風險。
此外，具有背鈍化層之太陽能電池需要形成通過背鈍化層之背面金屬接點的方法。一種產生通過背鈍化層之背面金屬接點的方式為利用雷射消蝕技術以自基板的背面選擇性移除鈍化層，藉此形成介層窗/接觸孔。取決於雷射消蝕處理中應用的波長，介層窗/接觸孔的條件與清潔可橫跨基板表面而有所變化。舉例而言，由於在雷射消蝕處理過程中並未完全消蝕殘餘層、背鈍化層下方受損的基極區或兩者，缺陷或殘渣可能存在於消蝕過的介 層窗/接觸孔中。這些殘渣會干擾形成背面金屬接點的後續處理，造成產品可靠度風險並亦造成介層窗/接觸孔的接觸電阻受損。
因此，存在有移除太陽能電池之鈍化層並清潔介層窗/接觸孔以改善產品可靠度之改進處理與設備的需求。
本發明的實施例大體提供用以自光伏電池的表面移除一個或多個鈍化層並改進背點接觸光伏電池中之接觸電阻的改進處理與設備。在一個實施例中，處理太陽能電池基板的方法包括提供具有鈍化層之基板，鈍化層沉積於基板的第一表面上，鈍化層被形成為包括氧化鋁與氮化矽的層堆疊；暴露基板的第一表面至蝕刻劑；加熱蝕刻劑以溶解第一表面上之鈍化層的氧化鋁；及在基板之第二表面上形成含金屬層，第二表面與第一表面相反。
在另一個實施例中，處理太陽能電池基板之方法包括提供具有鈍化層之基板，鈍化層沉積於基板的表面上，鈍化層被形成為包括氧化鋁與氮化矽的層堆疊且氮化矽沉積於氧化鋁上；在鈍化層中形成複數個介層窗/接觸孔以暴露基板之下方表面；暴露基板至第一清洗溶液以選擇性移除存在於形成之介層窗/接觸孔中的一部分氮化矽，第一清洗溶液包括稀釋酸性溶液；及暴露基板至第二清洗溶液以選擇性移除存在於形成之介層窗/接觸孔 中的一部分氧化鋁，第二清洗溶液包括稀釋鹼性溶液。
在又另一個實施例中，提供處理基板的處理系統。系統包括噴灑腔室，噴灑腔室具有噴灑裝置，噴灑裝置設以供應蝕刻劑至基板的第一表面上；加熱腔室，加熱腔室具有輻射加熱源，輻射加熱源設以加熱蝕刻劑以溶解沉積於基板的第一表面上之鈍化層，鈍化層包括氧化鋁；圖案化腔室，圖案化腔室設以輸送脈衝雷射掃描橫跨沉積於基板的第二表面上之鈍化層，第二表面與第一表面相反，且鈍化層被形成為包括氧化鋁與氮化矽的層堆疊且氮化矽沉積於氧化鋁上；網印腔室，網印腔室設以在預定圖案中沉積含金屬層於沉積於基板的第二表面上之鈍化層上；及輸送系統，輸送系統用以運送基板通過噴灑腔室、加熱腔室、圖案化腔室與網印腔室。在一個實施例中，系統可進一步包括清洗腔室，清洗腔室設以自第二表面依序移除氮化矽與氧化鋁的一部分，清洗腔室包括第一槽與第二槽，第一槽包含稀釋酸性溶液，稀釋酸性溶液包括濃度約0.1%體積百分比至約5%體積百分比的氫氟酸(HF)，第二槽包含稀釋鹼性溶液，稀釋鹼性溶液包括濃度約0.5%體積百分比至約5%體積百分比的氫氧化鉀(KOH)。
本發明的實施例通常關於自光伏電池的表面移除一個 或多個鈍化層且改進背點接觸光伏電池中的接觸電阻的改進處理與設備。在一個實施例中，本發明思及利用滾軸、壓印器(stamp)、刮漿板或其他軟接觸工具以施加蝕刻劑至結晶矽太陽能電池基板的表面，蝕刻劑經選擇而具有對下層上方之鈍化層的選擇性。如即將更詳細地描述於下文，可首先將蝕刻劑施加至基板於正面的一個位置，並接著利用軟接觸工具將蝕刻劑擴展橫跨表面。或者，可將蝕刻劑施加至滾軸、壓印器或刮漿板本身，並接著藉由相對於滾軸、壓印器或刮漿板移動基板而將蝕刻劑施加至實質上基板整個正面。接著在加熱腔室中加熱蝕刻劑至所欲溫度以溶解基板周圍區處非所欲的鈍化層。之後，以水或去離子水清洗基板以自基板的正面移除溶解的鈍化層。
在另一個實施例中，本發明思及後清洗處理，後清洗處理可執行於介層窗打開處理與網印處理之間。在鈍化層被形成為包括氧化鋁(Al2O3)與氮化矽(SiN)之層堆疊的實例中，可將基板浸於稀釋酸性溶液(例如，氫氟酸(HF))中以選擇性蝕刻存在於經圖案化之介層窗/接觸孔中的氮化矽殘餘物。由於來自先前處理的未完全消蝕而形成氮化矽殘餘物。在已經自基板的表面移除氮化矽殘餘物之後，暴露下方的氧化鋁。接著用稀釋鹼性溶液(例如，氫氧化鉀(KOH))濕蝕刻基板，以自基板的背面移除氧化鋁殘餘物而不顯著地侵蝕下方p型基極區。
示範性太陽能電池裝置
可受惠於本發明的太陽能電池基板包括用於轉換太陽光成電功率且具有活性區的基板，活性區包含單晶矽、多晶態矽或多晶矽，但亦可用於包括鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)、硫化鎘(CdS)、銅銦鎵硒(CIGS)、銅銦硒(CuInSe2)、磷化鎵銦(GaInP2)、有機材料的基板，以及異接合電池(諸如GaInP/GaAs/Ge或ZnSe/GaAs/Ge基板)。第1A圖描繪結晶矽型太陽能電池基板或基板110的橫剖面圖，基板110可具有形成於基板110的表面(例如，背面125)上之鈍化層104。在第1A圖中描繪的實施例中，在具有紋理表面112之結晶矽型太陽能電池基板110上製造矽太陽能電池100。基板110通常包括p型基極區121、n型射極區122以及配置在p型基極區121與n型射極區122之間的p-n接合區123。可藉由以某些類型的元素(諸如，磷(P)、砷(As)或銻(Sb))摻雜沉積之半導體層以增加負電荷載體(即，電子)之數目來形成n型射極區122。在第1A圖中所描繪的示範性實施例中，藉由利用包含摻雜劑氣體(例如，含磷氣體(例如，PH3))之非晶、微晶、奈米晶或多晶CVD沉積處理來形成n型射極區122。因此，形成了具有形成在p型基極區121與n型射極區122之間的p-n接合區123之異接合型太陽能電池100。當光線撞擊太陽能電池基板110的正面120時產生電流。電流流過金屬正面接點108與金屬背面接點106(形成在基板110的背面125上)。
可將鈍化層104配置於背接點106與太陽能電池100 之背面125上的p型基極區121之間。如上所述，鈍化層104可為提供良好介面性質的介電層，良好介面性質降低電子與電洞的復合、驅使及/或擴展電子與電荷載體回到接合區123並最小化光線吸收。將鈍化層104配置於背接點106與p型基極區121之間，這允許背接點106的一部分(例如，介層窗/接觸孔107)延伸通過鈍化層104以與下方p型基極區121電接觸/連通。正面接點108通常設置成供應電流至較大母線的廣泛分佈的薄金屬線或指狀件，母線相對於介層窗/接觸孔107橫向取向。由於背接點不避免入射光線撞擊太陽能電池100，背接點106通常並不受限於形成為多個薄金屬線。然而，可在鈍化層104中形成複數個電連接至背接點106之介層窗/接觸孔107，以促進背接點106與p型基極區121之間的電流動。
鈍化層104可為氧化鋁(Al2O3)層、亞硝酸鋁層或氮氧化鋁層。或者，鈍化層104可被形成為層堆疊，層堆疊包括氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮氧化鋁、非晶矽或非晶碳化矽。在一個應用鈍化層堆疊的實例中，鈍化層堆疊可包括沉積於氧化鋁層上之氮化矽(或者反過來)。氮化矽可具有約5 nm至約100 nm的厚度。氧化鋁層可具有約5 nm至約130 nm的厚度。在另一個實施例中，鈍化層堆疊可包括沉積於厚度約20 nm至約130 nm之氧化鋁層上厚度約60 nm至約250 nm的二氧化矽(或者反過來)。二氧化矽可具有約60 nm至約250 nm的 厚度。氧化鋁可具有約20 nm至約130 nm的厚度。在任一個實例中，氧化鋁層與氮化矽的厚度經選擇，以致鈍化層堆疊的總厚度是約100 nm或更多，以有效地降低電子電洞對的表面復合。在第1A圖中描繪的一個實施例中，鈍化層104是藉由ALD處理沉積且厚度約20 nm至約100 nm的氧化鋁層。已經證實ALD處理能夠良好地控制沉積速率並產生具有奈米級厚度的薄膜塗層，同時在低電阻率p型基極區上提供良好程度的表面鈍化。然而，預期可藉由利用任何其他適當的沉積技術來沉積鈍化層，任何其他適當的沉積技術諸如熱或電漿輔助ALD(原子層沉積)、PVD(物理氣相沉積)、CVD(化學氣相沉積)、SACVD(次大氣壓化學氣相沉積)或PECVD(電漿輔助化學氣相沉積)。
正面接點108及/或背接點106可為選自鋁(Al)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎢(W)、鈦(Ti)及/或鉭(Ta)、鎳釩(NiV)或其他相似材料所構成之群組的金屬。在一個實施例中，背接點106包括鋁(Al)材料與鎳釩(NiV)材料。可利用在網印工具中執行的網印處理將正面接點108與背接點106的部分配置在基板110的表面120、125上，網印工具可自Applied Materials,Inc的子公司Baccini S.p.A取得。在一個實施例中，在烤爐中加熱正面接點108與背接點106以造成沉積材料緻密化並與基板表面120、125形成所欲的電接觸。可用介電材料的薄層覆蓋太陽能電池100以作為抗反射塗層(ARC) 111，抗反射塗層111最小化來自太陽能電池100的正面120的光線反射。在一個實施例中，抗反射塗層(ARC)可選自氮化矽(SixNy)、氫化氮化矽(SixNy：H)、氧化矽、氧氮化矽、氧化矽與氮化矽的複合膜堆疊等等所構成之群組。
第1B圖描繪結晶矽型太陽能電池基板或基板110在基板110的背面125上沉積鈍化層104的製造處理階段過程中的橫剖面圖。明確地說，第1B圖描繪在如第1A圖所繪般正面接點108與背接點106形成之前的階段。在鈍化層104的沉積過程中，即將沉積於背面125上的材料亦可沉積且覆蓋基板110的正面120的周圍區「P」上且厚度約20 nm，這不利地改變已經沉積於正面120上之抗反射塗層111的外觀。周圍區「P」可具有自基板邊緣起範圍約5 nm與約60 nm之間的寬度。已經發現抗反射塗層111的光學特徵(例如，折射率)亦可改變，特別是當鈍化層104以非均勻方式包裹圍繞基板110的正面120時(第1B圖)，這接著造成太陽能電池之效率與長期可靠度受損。為了克服上述問題，如將討論於下文般，本發明人已經提出改進處理，以選擇性自基板110的非所欲側面(例如，正面120)移除鈍化層104。
移除鈍化層的示範性清洗處理/工具
第2圖描繪根據本發明實施例之線上處理系統200的一部分的示意性俯視平面圖，線上處理系統200用於處理第1A圖中所描繪的太陽能電池基板110。線上處理系 統200通常包括噴灑腔室202、加熱腔室204、圖案化腔室206、旋轉致動器組件208與網印腔室210等。可提供並設置進入輸送器212以自輸入裝置(未圖示)接收基板110，並沿著箭號「A」傳送基板110通過噴灑腔室202、加熱腔室204、圖案化腔室206並到達耦接至旋轉致動器組件208之基板支撐件214a。可提供並設置離開輸送器216以自耦接至旋轉致動器組件208之基板支撐件214c接收基板110，並傳送基板110至基板移除裝置(未圖示)。雖然未圖示，預期進入輸送器212與離開輸送器216可為較大生產線部分的自動化基板搬運裝置。舉例而言，進入輸送器212與離開輸送器216可為SoftlineTM工具的部分，系統200可為SoftlineTM工具的模組。
噴灑腔室202設以與加熱腔室204搭配，以自基板110的表面(例如，正面120)移除非所欲的鈍化層104。在第3圖中所示的一個實施例中，噴灑腔室202設有噴灑裝置302，噴灑裝置302配置在基板110上方的位置處。為了清楚之便，已經自第3圖省略抗反射層111、n型射極區122與p-n接合區123。噴灑裝置302可為能相對於基板110垂直地調整的分配臂。噴灑裝置302可具有一個或多個噴頭304，一個或多個噴頭304可經調整以在基板110的所欲位置處引導蝕刻劑303及/或清洗水305。如進一步討論於下，蝕刻劑303包含對抗反射層111上之鈍化層具選擇性的化學物質。雖然未圖示，但噴頭304可選擇性連接至一個或多個化學源與去離子水。 噴灑裝置302可連接至控制器306，控制器306用以控制來自一個或多個化學源至噴頭304的混合比例與流動速率。
在處理過程中，可在進入輸送器212上傳送基板110並在噴灑裝置302下移動基板110，以致基板110的所欲位置或整個正面120由蝕刻劑303及/或清洗水305所覆蓋。噴灑裝置302可經設置，以藉由致動器(未圖示)相對於基板110移動以增加處理的效率。舉例而言，可在與基板移動方向相反的方向中移動噴灑裝置302。在已經將蝕刻劑303分散於基板110的正面120上以後，可視情況應用軟接觸工具308以在正面120上展開蝕刻劑303，藉此在正面120上形成薄蝕刻劑層307。
軟接觸工具308可為葉片、刮漿板、刷子、滾軸等等。在應用滾軸的實例中，可首先將蝕刻劑303施加至基板110的正面120的一位置並接著利用滾軸將蝕刻劑303擴展橫跨整個正面120，或者可將蝕刻劑303施加至滾軸並接著擴展至基板110的整個正面120上。可透過滾軸的線性及/或圓形移動將蝕刻劑303施加至基板110的實質上整個正面120上。雖然描述藉由利用進入輸送器212移動基板110通過噴灑裝置302，但本發明亦預期旋轉桌或X-Y臺的應用，以致當軟接觸工具308接觸基板110時可相對於噴灑裝置302旋轉或移動基板110，藉此擴展蝕刻劑303橫跨基板110的整個正面120。
在應用刮漿板作為軟接觸工具308的替代實施例中， 可如傳統用於網印處理中施加焊膏般利用相似於網印工具的印刷裝置將蝕刻劑303施加至基板110的正面120上。第4A圖描繪根據本發明的一個實施例利用印刷裝置400施加蝕刻劑303至基板110的正面120上之示範性刮漿板葉片402的側視圖。為了易於瞭解，僅在第4A圖中顯示刮漿板葉片402與印刷網404。
可藉由滑動件432將刮漿板葉片402作成在基板110上方為可移動的(第4B圖)，且刮漿板葉片402可具有對應於印刷網表面404之預定尺寸的縱向尺寸。刮漿板葉片402可相對於垂直於基板110之正面120的法線傾斜約10°至約20°的角度θ。刮漿板葉片402可由撓性且對用於移除鈍化層104的蝕刻劑有抵抗性的材料所製成。舉例而言，聚氨酯或其他撓性、高密度塑料可用來製造刮漿板葉片402。印刷網404可由在木質或金屬框架(例如，鋁框架)上拉伸的一片多孔、精細織布(例如，尼龍)所製成。
在此實施例中，刮漿板葉片402可按壓蝕刻劑303抵靠印刷網404，印刷網404錨定於兩端406與408。當在「E」指出的移動方向中拉著刮漿板葉片402橫跨印刷網404時，對刮漿板葉片402施加向下壓力。通常在刮漿板葉片402的正面導入蝕刻劑303，這擦拭蝕刻劑303橫跨印刷網404中的篩孔開口(未圖示)。可在即將印刷於基板110上的所欲圖案中形成篩孔開口。當刮漿板葉片402滑動地在印刷網404的上表面上移動時，透過形 成於印刷網404中之篩孔開口將蝕刻劑303附著至基板110的正面120上。可在第4B圖中更佳地瞭解刮漿板葉片402相對於基板110的移動，第4B圖描繪位於基板110上方之印刷裝置400的示意性俯視圖，基板110配置在進入輸送器212上。如圖所示之印刷裝置400通常包括網板430、在兩端406與408固定至網板430之印刷網404、固持刮漿板葉片402之滑動件432及在箭號「E」指示方向中滑動滑動件432之框架434。運作中，將刮漿板葉片402向下移動，保持刮漿板葉片402與印刷網404之接觸，並讓刮漿板葉片402沿著框架434之縱向方向由第一端A至相對端D行進橫跨基板110的正面120，以用上文針對第4A圖所討論之方式均勻地分佈蝕刻劑至基板110上。刮漿板葉片402可在比即將藉由進入輸送器212輸送之基板110快的速度下移動。或者，當刮漿板葉片402移動橫跨基板表面時，基板110可保持恆定。
雖然未在本文討論，但預期可藉由諸如篩孔開口的尺寸、織布網404的厚度、網404與基板110之間的脫板(snap-off)距離、刮漿板角度、與蝕刻劑303的黏性等等來控制沉積之蝕刻劑303的數量。熟悉技術人士可視需要調整這些參數以取得基板110的正面120上具有均勻厚度(約10 μm)的蝕刻劑薄層。由於對齊準確度對蝕刻劑303之沉積不像傳統印刷處理中所需般重要，圖案及/或篩孔開口的尺寸可為任意的，只要可將蝕刻劑303均勻 地分散於基板的整個正面120上即可。
回頭參照第2圖，在已經將蝕刻劑303分散於基板110的正面120上後，藉由進入輸送器212將基板110輸送至加熱腔室204，在加熱腔室204中利用傳統加熱方式加熱蝕刻劑303以溶解基板110的周圍區上沉積之鈍化層104。加熱蝕刻劑303，以致發生蝕刻劑303與鈍化層104之間的快速放熱反應，並因此提高蝕刻速率。若有需要，可相對於輻射加熱源旋轉基板支撐件以平均自輻射加熱源輸送之能量中的任何非均勻性，藉此提高熱均勻性。接著用水與去離子水清洗基板110以移除溶解的鈍化層。在此之後，藉由讓基板110通過氣刀或任何其他適當的乾燥方式來乾燥基板110，任何其他適當的乾燥方式諸如旋轉乾燥、加熱、以乾燥氣體(諸如，氮、氬或清潔乾燥空氣)吹乾。
在已經自基板110的正面120移除鈍化層104之後，將基板110自加熱腔室204輸送至圖案化腔室206，在圖案化腔室206中移除背面125上形成之鈍化層104的部分以暴露基板110之背面125上的複數個圖案化區。透過這些圖案化區，隨後沉積於鈍化層104上之一或多個金屬層密切接觸基板110的背面。可用來圖案化鈍化層104的典型處理可包括(但不限於)圖案化與乾燥蝕刻技術、雷射消蝕技術、圖案化與濕蝕刻技術或其他相似處理。圖案化腔室206可為雷射燒結腔室，在雷射燒結腔室中應用脈衝雷射以掃描橫跨基板110的背面125， 每個接點單一脈衝，並消蝕一部分的鈍化層104以在鈍化層104中產生複數個圖案化區(即，第1A圖中所示的介層窗/接觸孔107)。雷射可為IR波長雷射、Nd：YAG雷射、Nd：YVO4雷射或任何其他能夠發射355 nm波長且約80 ns(納秒雷射)或約15 ps(皮秒雷射)脈衝週期之雷射輻射的適當雷射。脈衝雷射束通常具有約0.01 J/cm2至約100 J/cm2(例如，約4.3 J/cm2)的通量。雷射波長或脈衝週期可取決於應用而有所改變。舉例而言，若欲求較深的介層窗/接觸電洞的話，可應用532 nm或1064 nm的較長波長。再者，較長時間脈衝通常散佈能量於基板的較深區上。表面積約180 mm×180 mm的單一太陽能電池基板可包含高達25,000個雷射燒結接觸點，每個接觸點具有約1 mm的節距(pitch)與約50-85 μm的直徑。
在已經於基板110之背面125上的鈍化層104中形成圖案化區(即，介層窗/接觸孔107)之後，可藉由進入輸送器212將基板110自圖案化腔室206輸送至耦接至旋轉致動器組件208的基板支撐件214a。可藉由旋轉致動器(未圖示)與系統控制器220讓旋轉致動器組件208圍繞「C」軸旋轉且角度定位，以致可在系統200中沿著路徑「D1」與「D2」選擇性角度定位基板支撐件。在第2圖中所示的一個實施例中，旋轉致動器組件208包括三個基板支撐件214a、214b、214c，三個基板支撐件214a、214b、214c每個適以在網印腔室210中執行網印處理過程中支撐基板110。旋轉致動器組件208亦可具有一個 或多個支撐部件，以促進基板支撐件或其他用於在系統200中執行基板處理次序之自動化裝置的控制。第2圖示意性描繪旋轉致動器組件208的位置，其中一個基板支撐件214a位在位置「1」以自進入輸送器212接收基板110，另一個基板支撐件214b位在網印腔室210中之位置「2」，以致另一個基板110可在基板的表面上接收網印圖案，而另一個基板支撐件214c位在位置「3」以輸送處理過的基板110至離開輸送器216。若想要的話，可提供一個或多個額外的基板支撐件以在位置「1」與位置「3」之間的中間階段儲存基板。
在基板支撐件214b位於位置「2」之網印處理過程中，網印腔室210通常用來在位於基板支撐件214b上之基板110的背面125上沉積所欲圖案的材料。網印腔室210設以沉積含金屬材料至基板110的背面125上之鈍化層104上，且用含金屬材料填充形成通過鈍化層104之介層窗/接觸孔107，藉此形成背接點106。在此之後，讓旋轉致動器組件208選轉並將網印腔室210中位置「2」處的處理過基板移到位置「3」，以便被輸送至離開輸送器216而用於後續處理。
第5圖描繪根據本發明的一個實施例之示範性處理次序500，示範性處理次序500用於自太陽能電池基板的表面移除鈍化層。處理500開始於方塊502，方塊502藉由提供太陽能電池基板110進入處理腔室(例如，參照第2圖、第3圖與第4A-4B圖討論於上文之噴灑腔室 202)。在第1B圖中顯示即將處理之基板110。為了簡潔之故，在本文省略即將處理之基板110的描述。
在方塊504，將蝕刻劑施加於基板110的整個正面120上。蝕刻劑覆蓋形成於正面120的周圍區上之鈍化層104以及未被鈍化層104沉積之下方抗反射塗層111。可將蝕刻劑303施加至基板110的正面120上，並用上文參照第3圖所討論之方式利用噴灑裝置302與軟接觸工具308或第4A圖與第4B圖中所示之印刷裝置將蝕刻劑303擴展橫跨基板110的正面120，藉此在基板110的正面120上形成薄蝕刻劑層307。蝕刻劑層307可具有約基板110之一半厚度的厚度。蝕刻劑層307的厚度可取決於即將自基板110的正面120移除之鈍化層104的厚度而有所改變。在一個實施例中，蝕刻劑層307的厚度是約5 μm至約20 μm(例如，10 μm)。
在本發明的多個實施例中，蝕刻劑303是經選擇性設計以蝕刻鈍化層104而不顯著侵蝕下方抗反射塗層111。在應用氧化鋁(AlxOy)作為鈍化層104的一個實例中，適當的蝕刻劑303可包括(但不限於)一個或多個鹼性溶液，諸如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化銨(NH4OH)、胼乙二胺兒茶酚(EDP)、氫氧化四甲銨(TMAH)與所有的四級氫氧化銨(諸如，氫氧化四乙銨(TEAH)與氫氧化四丙銨(TPAH))或其他相似鹼性溶液。在一個實施例中，蝕刻劑是去離子水中的氫氧化鉀(KOH)稀釋溶液。蝕刻劑溶液可包括約1%體積百分比至約40% 體積百分比(例如，約4%體積百分比)濃度的KOH並用去離子水稀釋。由於氧化鋁通常無法承受KOH(與氮化矽或氧化矽相反)，選擇例如KOH的鹼性溶液。蝕刻劑303亦可包括表面劑(諸如，聚乙二醇或聚氧乙烯)，表面劑促進蝕刻劑的有效「印刷或施加」通過網印遮罩的篩孔開口。可額外地將增黏劑(舉例而言，甘油或鋁鹽(諸如，磷酸鋁、氯化鋁或硫酸鋁)添加至蝕刻劑，以助於保持蝕刻劑於基板110的表面上。在一個實施例中，蝕刻劑溶液可具有約5-90 Cp(例如，約50 Cp)的黏度。
在方塊506，藉由進入輸送器212將基板110輸送至加熱腔室204，基板110具有薄蝕刻劑層307形成於基板110的正面120上，在加熱腔室204中將基板110加熱至約30℃至約85℃(例如，約50℃)的所欲溫度達約30秒至約60秒。可利用傳統加熱方式(諸如，IR加熱元件、IR燈或閃光燈)來加熱基板110。加熱造成蝕刻劑中的化學物質溶解鈍化層104。由於蝕刻劑對抗反射塗層111上之鈍化層104具有選擇性，受熱的蝕刻劑層307將溶解基板110的周圍區上沉積之鈍化層104但不會攻擊下方抗反射塗層111。在鈍化層104是氧化鋁且下方抗反射塗層111是氮化矽的一個實施例中，氧化鋁相對於氮化矽的蝕刻選擇性可在約10：1至約20：1或更高(例如，約50：1至約100：1)的範圍中。
在方塊508，在已經溶解基板110的周圍區上之鈍化層104之後，可用水或去離子水清洗基板110以自基板 110的正面120移除溶解的鈍化層104。在此之後，可藉由讓基板110通過氣刀或任何其他適當的乾燥方式來乾燥基板110。可在加熱腔室204中原位執行清洗與乾燥步驟，或者在獨立於加熱腔室之清洗腔室中執行清洗與乾燥步驟。
在方塊510，藉由進入輸送器212將清潔過的基板110輸送至圖案化腔室206，在圖案化腔室206中移除基板110的背面125上形成之鈍化層104的部分，以致可透過這些圖案化區讓後續沉積之一個或多個金屬層密切接觸基板110的背面。可消蝕鈍化層104的材料以取得介層窗/接觸孔(例如，第1A圖中所示之介層窗/接觸孔107)，可透過介層窗/接觸孔暴露基板110的背面。如參照圖案化腔室206討論於上，可藉由掃描橫跨基板110的背面125之脈衝雷射消蝕鈍化層104。
可在方塊510後視情況執行後清洗處理，以移除存在於圖案化區中的殘渣。如第6圖中所示，進一步在下方名為「用於介層窗/接觸孔之示範性後清洗處理」之後續章節中討論示範性後清洗處理。
在方塊512，在已經於基板110的背面125上之鈍化層104中形成圖案化區(即，介層窗/接觸孔107)之後，可藉由進入輸送器212將基板110自圖案化腔室206透過旋轉致動器組件208輸送至網印腔室210。在網印腔室210中處理基板110，以在所欲圖案中沉積含金屬材料至基板110的背面125上之鈍化層104上，並用含金 屬材料填充形成通過鈍化層104之介層窗/接觸孔107，藉此形成背面接點106。在此之後，可加熱基板110至約300℃與約800℃之間的溫度達約1分鐘與約30分鐘之間，以確保在基板110與背接點106之間形成良好的歐姆接觸。
雖然描繪與描述在用以在形成於背面125上之鈍化層104中產生介層窗/接觸孔的雷射消蝕處理(方塊510)之前執行自基板110的正面120移除鈍化層104(即，方塊502-508)，但在本發明替代實施例中，可在網印處理(方塊512)之前，例如在雷射消蝕處理(方塊510)與網印處理(方塊512)之間，執行方塊502-508描述的處理以達成相同結果而不干擾利用網印處理之含金屬材料的沉積。
用於介層窗/接觸孔之示範性後清洗處理
第6圖描繪根據本發明之一個實施例的示範性處理次序600。可在如第5圖中所示之方塊510與方塊512之間視情況執行處理次序600以移除殘渣，諸如存在於源自先前圖案化處理(方塊510)之圖案化區(即，介層窗/接觸孔107)中之消蝕殘餘物、由雷射消蝕所造成鈍化層104下方之受損基極區121或兩者。這些殘餘物或殘渣會干擾形成高品質金屬接點的後續處理。雖然描繪與討論視情況在方塊510與方塊512之間執行處理600，但可個別地執行處理600以自具有氧化鋁(Al2O3)與氮化物(例如，氮化矽)形成之層堆疊的任何基板的表面移除殘渣或殘餘材料。
處理600開始於方塊602，方塊602藉由用第一清洗溶液濕蝕刻基板110的表面(例如，背面125)，以選擇性蝕刻存在於圖案化區(即，介層窗/接觸孔107)中的氮化矽殘餘物。由於先前步驟(即，方塊510)的未完全消蝕而形成氮化矽殘餘物。可藉由進入輸送器212將基板110自圖案化腔室206輸送至清洗腔室(未圖示)，清洗腔室配置於如第2圖中所示之圖案化腔室206與網印腔室210之間。在清洗腔室中執行濕潤，並可由噴灑、淹沒、浸入或其他適當技術達成濕潤。
在一個實施例中，第一清洗溶液是稀釋酸性溶液。由於氮化矽或氧化矽通常無法承受HF(與氧化鋁相反)而選擇例如氫氟酸(HF)的稀釋酸性溶液。亦選擇稀釋酸性溶液以最小化對已經形成於鈍化層104中之介層窗/接觸孔107的傷害。可將基板110浸入稀釋酸性溶液中達約30秒至約800秒的時間週期，接著為利用DI水清潔基板表面的後清洗步驟。在一個實例中，酸性溶液是去離子水中的氫氟酸(HF)稀釋溶液。酸性溶液包括濃度約0.1%體積百分比至約5%體積百分比(例如，約0.5%體積百分比至約1%體積百分比)的HF。可在室溫(例如，約20℃)下執行HF浸入。浸入時間可取決於HF濃度與即將移除之層的厚度而有所變化。在將鈍化層104形成為包括約20 nm厚度之氧化鋁(Al2O3)與約80 nm厚度之氮化矽(SiN)的層堆疊之實例中，可將基板110浸入包括濃度約0.5%體積百分比至約1%體積百分比之HF的稀釋酸性溶液達 約45秒至約70秒(例如，60秒)。HF濕潤提供自基板110的背面125選擇性移除氮化矽殘餘物的有效率方式。預期可應用其他適當且有效率清洗溶液，諸如稀釋氫氧化銨(NH4OH)溶液、磷酸(H3PO4)、過氧化氫(H2O2)溶液或臭氧水溶液。
在方塊604，在已經自基板110的表面(例如，背面125)移除氮化矽殘餘物之後，暴露下方氧化鋁殘餘物。接著用第二清洗溶液濕蝕刻基板的背面125以移除氧化鋁殘餘物。可在用於移除氮化矽殘餘物的清洗腔室中原位執行氧化鋁殘餘物的移除，或者可在個別的清洗腔室中執行氧化鋁殘餘物的移除。同樣地，可由噴灑、淹沒、浸入或其他適當技術達成濕潤。
在一個實施例中，第二清洗溶液是稀釋鹼性溶液。可將基板110浸入稀釋鹼性溶液中達約5秒至約200秒的時間週期，接著為利用DI水清潔基板表面的後清洗步驟。在一個實施例中，鹼性溶液是去離子水中的氫氧化鉀(KOH)稀釋溶液。鹼性溶液包括濃度約0.5%體積百分比至約5%體積百分比(例如，約2%體積百分比至約3%體積百分比)的KOH。可在約40℃至約95℃(例如，約85℃)的溫度下執行KOH浸入。浸入時間可取決於KOH濃度與即將移除之層的厚度而有所改變。在將鈍化層104形成為包括約20 nm厚度之氧化鋁(Al2O3)與約80 nm厚度之氮化矽(SiN)的層堆疊之實例中，可將基板110浸入包括濃度約2%體積百分比之KOH的稀釋鹼性溶液中達 約30秒至約60秒。KOH濕潤提供自基板110的背面125選擇性移除氧化鋁殘餘物而不顯著侵蝕下方p型基極區121的有效率方式。預期可應用其他鹼性溶液，諸如氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化銨(NH4OH)、胼乙二胺兒茶酚(EDP)或氫氧化四甲銨(TMAH)。
為了避免傷害下方p型基極區121，可應用感應器來偵測氧化鋁殘餘物之蝕刻的終點。由於KOH水溶液或相似鹼性溶液中之氧化鋁蝕刻伴隨著由於下列方程式(a)之氫氣發展，這些氫氣泡可作為指示KOH已經達到下方p型基極區121(例如，矽基板)的終點。
Si+2OH-+4H2O -> Si(OH)2 2++2H2+4OH- (a)
由於氫氣泡冒泡時開始產生噪音，可藉由利用聲音感測器來達成此氫氣泡的偵測。或者，可應用傳統的感測器(例如，H2感測器、氣泡感測器、光學感測器或任何適當感測器)來偵測蝕刻終點。
在方塊606，在已經自基板110的背面125移除氧化鋁殘餘物之後，可藉由讓基板110通過氣刀或任何其他適當的乾燥方式來乾燥基板110，任何其他適當的乾燥方式諸如旋轉乾燥、加熱、以乾燥氣體(諸如，氮、氬或清潔乾燥空氣)吹乾。如參照方塊512討論於上，可藉由進入輸送器212將乾燥過的基板110自清洗腔室(未圖示)透過旋轉致動器組件208輸送至網印腔室210。
已經發現本文討論之兩步驟式後清洗處理能夠藉由移 除存在於圖案化區(即，介層窗/接觸孔107)中之氮化矽與氧化鋁殘餘物而改進串聯電阻。取得圖案化區中之清潔表面，以致可在方塊512的後續處理中於這些區中形成可靠的背部電接觸。具有背鈍化膜之結晶Si光伏電池已經顯示出對後清洗處理的高度敏感性。根據本文所述實施例清潔之結晶Si光伏電池可呈現平均14.9%的電池效率(不具有後清潔)至超過平均18%的電池效率(具有後清潔)，以及平均71%的填充因子(FF)(不具有後清潔)至超過平均77%的填充因子(FF)(具有後清潔)。電池效率與FF結果與開路電阻(Roc)數值相關，這暗示著後清洗處理藉由清洗掉存在於圖案化區中之干擾殘餘物而有助於改進串聯電阻。
雖然上文關於本發明的某些實施例，但可在不悖離本發明之基本範圍下設計出本發明之其他實施例與進一步實施例，且本發明之範圍由隨後之申請專利範圍所確定。
100‧‧‧太陽能電池
101、110‧‧‧基板
104‧‧‧鈍化層
106‧‧‧背接點
107‧‧‧介層窗/接觸孔
108‧‧‧正面接點
111‧‧‧抗反射層
112‧‧‧紋理表面
120‧‧‧正面
121‧‧‧p型基極區
122‧‧‧n型射極區
123‧‧‧p-n接合區
125‧‧‧背面
200‧‧‧系統
202‧‧‧噴灑腔室
204‧‧‧加熱腔室
206‧‧‧圖案化腔室
208‧‧‧旋轉致動器組件
210‧‧‧網印腔室
212‧‧‧進入輸送器
214、214a、214b、214c‧‧‧基板支撐件
216‧‧‧離開輸送器
220‧‧‧系統控制器
302‧‧‧噴灑裝置
303‧‧‧蝕刻劑
304‧‧‧噴頭
305‧‧‧清洗水
306‧‧‧控制器
307‧‧‧蝕刻劑層
308‧‧‧軟接觸工具
400‧‧‧印刷裝置
402‧‧‧刮漿板葉片
404‧‧‧印刷網
406、408‧‧‧兩端
430‧‧‧網板
432‧‧‧滑動件
434‧‧‧框架
500、600‧‧‧處理
502、504、506、508、510、512、602、604、606‧‧‧方塊
為了詳細理解本發明上述之特徵結構，可參照某些描繪於附圖中的實施例來理解簡短概述於【發明說明】中的本發明的更明確描述。然而，需注意附圖僅描繪本發明之典型實施例而因此附圖不被視為本發明之範圍的限制因素，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1A圖描繪根據本發明的一個實施例具有形成在基 板的背面上之鈍化層的太陽能電池之示意橫剖面圖。
第1B圖描繪結晶矽型太陽能電池基板在沉積鈍化層於基板的背面上之製造處理階段過程中之橫剖面圖。
第2圖描繪根據本發明的某些實施例用於處理第1A圖中所示之太陽能電池基板的線上處理系統之一部分的示意俯視平面圖。
第3圖描繪根據本發明的一個實施例具有配置在位於進入輸送器上之基板上方之噴灑裝置的示範性噴灑腔室。
第4A圖描繪根據本發明的一個實施例利用印刷裝置施加蝕刻劑至基板的正面上之刮漿板的側視圖。
第4B圖描繪根據本發明的一個實施例第4A圖之印刷裝置的示意性俯視圖。
第5圖描繪根據本發明的一個實施例用於自太陽能電池基板的正面移除鈍化層之示範性處理次序。
第6圖描繪可視情況執行於第5圖中所示之處理次序中的示範性處理次序。
為了促進理解，已經盡可能應用相同的元件符號來標示圖式中共有的相同元件。預期一個實施例的元件與特徵結構可有利地併入其他實施例而不需特別詳述。
500‧‧‧處理
502、504、506、508、510、512‧‧‧方塊

Claims (20)

  1. 一種處理一太陽能電池基板的方法，該方法包括以下步驟：提供一基板，該基板具有一鈍化層，該鈍化層沉積於該基板的一第一表面上，該鈍化層被形成為一層堆疊，該層堆疊包括一第一層與一第二層，且該第一層不同於該第二層；暴露該基板的該第一表面至一蝕刻劑；加熱該蝕刻劑以溶解該第一表面上之該鈍化層的該第一層；在該基板的一第二表面上形成一含金屬層，該第二表面與該第一表面相反。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第一層與該第二層是選自氧化鋁、氮化鋁、氮氧化鋁、氧化矽、氮化矽、非晶矽與非晶碳化矽所構成之群組。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該蝕刻劑是一稀釋鹼性溶液，該稀釋鹼性溶液包括氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化銨(NH4OH)、胼乙二胺兒茶酚(EDP)、氫氧化四甲銨(TMAH)、氫氧化四乙銨(TEAH)、氫氧化四丙銨(TPAH)或上述之組合。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該稀釋鹼性溶液包括一濃度約1%體積百分比至約40%體積百分比的KOH。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該蝕刻劑更包括聚乙二醇、聚氧乙烯、甘油、磷酸鋁、氯化鋁或硫酸鋁。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該蝕刻劑具有一約5-90 Cp的黏度。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該蝕刻劑被加熱至一約30℃至約85℃的溫度達約30秒至約60秒。
  8. 如請求項2所述之方法，其中該第一層是氧化鋁而該第二層是氮化矽，且該蝕刻劑具有一在約10：1至約100：1之一範圍中該氧化鋁相對於氮化矽的蝕刻選擇性。
  9. 如請求項1所述之方法，該方法更包括以下步驟：在形成該含金屬層之前，在該第二表面上沉積之一鈍化層中形成介層窗/接觸孔。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該暴露該基板的該第一表面至該蝕刻劑的步驟更包括以下步驟：施加該蝕刻劑至該基板的該第一表面上；及透過一滾軸之一線性及/或圓形移動擴展該蝕刻劑橫 跨整個該第一表面。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該暴露該基板的該第一表面至該蝕刻劑的步驟更包括以下步驟：利用一軟接觸工具按壓該蝕刻劑抵靠一印刷網，該印刷網具有複數個形成通過該印刷網之篩孔開口；及擦拭該蝕刻劑橫跨該印刷網，以透過該等篩孔開口施加該蝕刻劑至該第一表面上。
  12. 一種處理一太陽能電池基板的方法，該方法包括以下步驟：提供一基板，該基板具有一鈍化層，該鈍化層沉積於該基板的一表面上，該鈍化層被形成為一層堆疊，該層堆疊包括一氧化鋁以及一沉積於該氧化鋁上之氮化矽；在該鈍化層中形成複數個介層窗/接觸孔以暴露該基板之該下方表面；暴露該基板至一第一清洗溶液以選擇性移除存在於該等形成之介層窗/接觸孔中之氮化矽的一部分，該第一清洗溶液包括一稀釋酸性溶液；暴露該基板至一第二清洗溶液以選擇性移除存在於該等形成之介層窗/接觸孔中之氧化鋁的一部分，該第二清洗溶液包括一稀釋鹼性溶液；及在該基板的該表面上形成一含金屬層，其中該含金屬層填充該複數個形成之介層窗/接觸孔，且該含金屬層透 過該等介層窗/接觸孔密切接觸該基板的該下方表面。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該稀釋酸性溶液包括一濃度約0.1%體積百分比至約5%體積百分比的氫氟酸(HF)。
  14. 如請求項12所述之方法，其中該基板在約20℃下被暴露至該第一清洗溶液達約45秒至約70秒。
  15. 如請求項12所述之方法，其中該稀釋鹼性溶液包括一濃度約0.5%體積百分比至約5%體積百分比的氫氧化鉀(KOH)。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該基板在約40℃至約95℃下被暴露至該第二清洗溶液達約30秒至約60秒。
  17. 一種處理一基板的處理系統，該處理系統包括：一噴灑腔室，該噴灑腔室具有一噴灑裝置，該噴灑裝置設以供應一蝕刻劑至該基板的一第一表面上；一加熱腔室，該加熱腔室具有一輻射加熱源，該輻射加熱源設以加熱該蝕刻劑以溶解一沉積於該基板的該第一表面上之鈍化層，該鈍化層包括氧化鋁；一圖案化腔室，該圖案化腔室設以輸送一脈衝雷射掃描橫跨一鈍化層的一表面，該鈍化層沉積於該基板之一 第二表面上，該第二表面與該第一表面相反，且該鈍化層被形成為一層堆疊，該層堆疊包括一氧化鋁以及一沉積於該氧化鋁上之氮化矽；一網印腔室，該網印腔室設以在一預定圖案中沉積一含金屬層於該沉積於該基板之該第二表面上的鈍化層上；及一輸送系統，用以運送該基板通過該噴灑腔室、該加熱腔室、該圖案化腔室與該網印腔室。
  18. 如請求項17所述之系統，該系統更包括：一清洗腔室，該清洗腔室設以自該第二表面依序移除該氮化矽與該氧化鋁的一部分，該清洗腔室包括：一第一槽，該第一槽包括一稀釋酸性溶液，該稀釋酸性溶液包括一濃度約0.1%體積百分比至約5%體積百分比的氫氟酸(HF)；及一第二槽，該第二槽包括一稀釋鹼性溶液，該稀釋鹼性溶液包括一濃度約0.5%體積百分比至約5%體積百分比的氫氧化鉀(KOH)。
  19. 如請求項17所述之系統，其中該噴灑腔室更包括：一印刷網，該印刷網配置在該噴灑裝置與該基板之間，該印刷網具有複數個形成通過該印刷網之篩孔開口；及一軟接觸工具，該軟接觸工具設以按壓該蝕刻劑抵靠 該印刷網並擦拭該蝕刻劑橫跨該印刷網，以透過該複數個篩孔開口沉積該蝕刻劑至該表面上。
  20. 如請求項17所述之系統，其中該軟接觸工具包括一葉片、刮漿板、刷子等等。
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