专利名称：制备用于太阳能电池的抗反射或钝化层的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制备一种用于太阳能电池的抗反射或钝化涂层的方法，还 涉及一种用于制造太阳能电池的涂覆装置，特别是使用所述方法的涂覆装 置。
背景技术：
基于硅晶片来制造太阳能电池的方法通常如下进行在已经掺杂的硅 晶片中掺杂另一种掺杂物质，这种掺杂物质具有可使P型或N型导电性不 同于原先掺杂的材料的性质。例如，可以通过使用例如POCl3的扩散工艺 来处理具有P型导电性的掺杂硼的硅晶片，从而结合磷并形成N型层。在形成这样的PN结之后，必须在衬底表面上形成抗反射涂层或钝化层。这 通常通过等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)工艺进行。为了避免在PEVCD工艺中使用具有高度爆炸性的硅烷以及增大涂覆 面积，在2004年于法国巴黎举行的第19界欧洲光电太阳能会议上， Winfried Wolke等在其论文("SiN:H anti-reflection coating for C-Si solar cells by large scale inline sputtering")中指出，可以使用反应性濺射工艺来 涂覆含氢抗反射或钝化涂层。为此目的，使用水平操作的ATON系列内嵌 涂覆装置(ATON是Applied Films公司(现为Applied Materials)的商 标)。Winfried Wolke等的上述论文中描述了具体细节，通过引用将该论 文结合在本文中。根据该现有技术，在将抗反射或钝化涂层涂覆在硅晶片上之前，晶片 被预加热至200-40(TC的温度。发明内容本发明的目的是进一步改进上述制备用于太阳能电池的抗反射或钝化涂层的方法。这种新方法不仅可以改善燃料电池的涂层性质和总体特性， 还应当以简单、可靠和有效的方式进行。此外，本发明还提供了进行上述 方法的合适的涂覆装置。上述目的通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求2的特 征的涂覆装置实现。从属权利要求给出了优选的实施方式。本发明人发现，如果在用溅射工艺沉积抗反射或钝化层之前将预加热 温度升高，则可以改善抗反射或钝化涂层甚至整个燃料电池的性质。特别 是对于特定的晶片类型，较高的预加热温度有利于氢钝化。因此，相对于现有技术所用的温度，本发明升高了预加热温度，即升高至大于40(TC、 特别是大于45(TC、优选大于50(TC。本发明的方法适用于将含氢氮化硅层(组成为SiNx:H以及各种含量的 氮和氢)沉积在Winfried Wolke等的论文中所述的己掺杂的硅晶片上。优选通过加热速率高且升温时间短的辐射加热器(如红外线加热器) 来进行预加热。优选的升温时间在100 s的范围内或更短，特别是50 s或 更短，但也可采用其它升温时间。因此，加热速率可选择为4 K/s或更 高，优选10K/s或更高。为了使辐射加热器所发射的辐射被有效地吸收，可以使用加热丝温度 在180(TC与3000。C之间的红外线加热器。在此加热丝温度下，红外线加 热器发射的辐射的波长范围是1.0-1.4/mi。这种波长的红外线辐射可以被 硅晶片十分有效地吸收。为了避免加热过程中不期望的效应，例如晶片表面的氧化，预加热步 骤可以在工业真空条件下进行。因此，进行预加热的沉积室不仅是沉积 室，还是真空室。可以将进行预加热的沉积或真空室的压力设定为100 hPa或更低，优选低于l(T2 hPa或10—5 hPa。预加热步骤之后的溅射工艺可如Winfried Wolke等的论文所述进行。 特别地，反应性溅射工艺可以使用硅靶材，该硅靶材被氩等离子体所产生 的氩离子以及被引入沉积室的包含氮、氢或氨的反应性气体溅射。等离子 体可由双电极装置例如Applied Films (现为Applied Materials)的平面双 耙(twin-mag)装置来产生，该装置使用作为阴极或阳极交替操作的两个电极，以使设置在电极前面的耙材料或电极材料本身由于离子轰击而被交 替地溅射。可以将交流或脉冲电压电源所用频率选择为中频至射频范围(kHz至MHz)。根据本发明，涂覆装置至少包括第一真空室、第二真空室和输送装 置，所述输送装置用于将例如硅晶片的衬底依次传送通过第一和第二真空 室。在第一真空室中，衬底的预加热通过红外线辐射加热器进行，以使晶 片达到高温，特别是大于40(TC。因此，使用红外线加热器，其加热丝温 度可达1800-3000°C，从而能够以高加热速率和短预加热时间达到高衬底温度。在第二真空室中，通过反应性溅射工艺来完成层的沉积。涂覆装置可以是水平或垂直操作的内嵌涂覆装置，这意味着在预加热 和层沉积过程中，衬底可以在几乎水平或垂直方向上传送通过涂覆装置。尽管第一和第二真空室可被设计成仅有一个外壳的单个装置，但是也 可以采用能够分离的具有多个室的模块化设计。红外线辐射加热器可以设置在整个衬底传送方向上，因此通过在衬底 运动时使辐射加热器穿过第一真空室，衬底被其吸收的辐射加热。为了使衬底完全且均匀地加热，红外线辐射加热器的有效加热长度可 以大于衬底的宽度或者输送装置的衬底支架的宽度。优选地，在衬底传送方向上并排设置多个红外线加热器，这些红外线 加热器可以彼此平行排列。因此，实现了高效且均匀地对衬底加热。为了控制衬底温度，可将红外线加热器设计成能够独立开关和/或控制 的。这还具有如下优点某个加热器的失效可由另一个加热器来弥补。因此，红外线加热器加热装置优选被设计成，单个加热器足以使衬底 达到所需温度，因此当一个加热器失效时，其它加热器可作为备用。如此 带来的优点是，如果一个加热器损坏，涂覆装置以及真空装置无需关闭。为了防止真空或沉积室由于加热器反射层的蒸发而被污染，可以省略 这样的反射层。使用抛光金属表面形式的反射表面来将加热器的辐射反射 到真空室的内部和衬底上，而非使用沉积在表面上的反射层。真空室的侧壁可以装有冷却装置如冷却盘管，冷却装置中流动有例如水的冷却流体。因此，可以显著减少真空室的热兒:。红外线加热器可以设置在真空室的封闭元件上，特别是对于水平操作 的涂覆装置，可以设置在真空室的顶盖上，从而为了维护和使用目的而方 便拆卸。
参照附图，在以下的优选实施方式中详细描述本发明的其它特征、优点和特点。附图完全是示意性的，其中图1为本发明的内嵌涂覆装置的纵向剖面图；图2a为硅晶片在按照本发明的方法处理之前的剖面图；图2b为硅晶片在按照本发明的方法在图1所示的涂覆装置中处理之后的剖面图。
具体实施方式
图1为内嵌涂覆装置的纵向剖面示意图。图1的涂覆装置包括彼此相 邻设置的两个真空室l和2。真空室l和2被真空室壁3分隔，真空室壁3 具有开口或锁8，用于将待处理衬底从第一真空室1传送至第二真空室 2。真空室壁3可由两个独立的壁形成，分别属于真空室1、 2之一，从而 将真空室1和2分开。或者，真空室1和2可由一个单独的外壳构成，从 而真空室1和2无法分离。此时，真空室壁3被设计成纯粹的隔壁。附图标记4表示输送带或类似的输送装置，其包括衬底支架、驱动装 置等。输送装置4延伸通过真空室1和2以及通过输入口 6和输出口 7。 输入口 6和输出口 7可由锁装置(未示出)封闭，分别控制衬底5的引入 或输出，而不影响真空室1和2内的真空条件。为了在真空室1和2内建立真空条件，为真空室1和2提供真空泵14 和15。为两个真空室提供一个共用的真空泵，或为每个真空室提供多个真 空泵，而不是为每个真空室提供一个真空泵。真空泵14和15被设计成能 够建立工业真空条件，即真空室内的压力低于100hPa，特别是低于10—3 hPa，尤其是低于10—3 hPa。真空室1是预加热室，在其中根据本发明进行预加热步骤。为此目的，在衬底5的传送方向上并排设置多个红外线加热器16，在图1中从左到右排列。红外线加热器16在整个传送方向上设置，因此它们垂直于图1平面 延伸。从图1可以看出，红外线加热器16彼此平行设置，并且彼此间距 相等。选择垂直于图1平面延伸的红外线加热器的长度，使得从真空室1 上方观看，红外线加热器超出衬底甚至输送装置的宽度，其中衬底在运动 通过内嵌涂覆装置时定位在该输送装置上。因此，实现了对衬底所有区域 进行均匀且有效的加热。红外线加热器16是容许极高温度的类型。可达到的温度范围是1800-3000°C，即如果需要，操作过程中红外线加热器的加热丝的温度处于上述 温度区间。这种红外线加热器特别适合加热硅晶片，因为红外线加热器在 该温度下发射的辐射的波长可使红外线辐射能够很好地被硅吸收。因此， 可以获得大于400。C、特别是大于45(TC、尤其是大于50(TC的极高晶片温度。如此高的晶片温度还有利于后续抗反射和钝化层的沉积，特别是用含 氢气体和/或层进行钝化。尽管在真空室1中示出了多个红外线加热器16，但如果只有一个红外 线加热器16也是足够的。因为衬底在红外线加热器下方运动，仅操作--个红外线加热器16即可加热整个衬底5。因此，红外线加热器16是可以 独立开关的，如连接红外线加热器16的开关17所示。开关17设置在功率 源18与红外线加热器16之间，以使每个红外线加热器可被单独或独立地 关闭。除了简单的开关以外，还可以使用其它合适的不仅可以简单关闭而 且能够控制每个红外线加热器的功率的控制装置。由于每个红外线加热器可以单独和独立地操作，因此加热装置可被设 计成操作一个红外线加热器即足够，当一个红外线加热器失效时而不必关 闭该装置以及真空室中的真空，因为可以使用其余备用红外线加热器16 中的一个。这有效地提高了内嵌涂覆装置的操作有效性。为了控制衬底的温度，提供传感器或高温计形式的测量装置20。该测 量装置连接至控制系统19，控制系统19根据所测的温度值来控制加热装置。在设置红外线加热器的真空室1的侧壁，提供反射表面21，该表面将红外线加热器16的辐射反射到真空室1内部以及衬底5上。为了避免红外 线加热器的任何反射涂层或反射表面21蒸发，省略这种反射涂层。取而 代之，通过经抛光的金属表面来形成反射表面21，该金属表面可以很好地 反射并且防止污染真空室l。反射表面21还提供有冷却盘管，其中流过例如水的冷却流体。冷却 流体由泵22驱动流过外部的冷却装置23，从而保持冷却流体的温度恒 定。在运动通过真空室1的过程中，衬底5的温度被加热至大于400°C， 特别是大于450。C或大于500。C。然后，衬底5被引入真空室2，在其中进 行涂覆工艺。为此目的，真空室2包括两个电极12,电极12用作靶并连接至功率 源13，功率源13以射频范围内的频率操作。真空室2还包括两个可被阀11封闭的气体供给装置9和10。第一气体供给装置9连接至工作气体源(未示出)，例如氩气源。第二气体供给装置10连接至反应性气体源(未示出)，例如氮、 氢、烃CxHy、含硅气体和氨气。电极12包括电极表面前方的靶或者由合适的靶材制成，施加到电极 12上的RF功率通过RF放电激发了等离子体，并且通过离子轰击对靶进 行溅射。由于真空室2引入了反应性气体，因此被溅射靶材与反应性气体 的反应产物被沉积在衬底5上。优选地，在衬底5上形成组成为SiNx:H的氢化氮化硅膜。由于真空室 1中的处理使衬底获得高温，因此通过含氢气体实现极佳的氢钝化。图2示出了硅晶片结构的示意性实施例，分别为在真空室1中预处理 时(图2a)和在真空室2中沉积涂层之后(图2b)。引入真空室l的衬底 5可以具有两层结构，包括掺杂硼的层26和掺杂磷的层27。通常，主体 硅原材料已经用硼掺杂，而掺杂磷的N型层通过单独的扩散工艺形成(未 示出)。在涂覆SiNx:H层28之后，形成了三层的硅晶片结构，包括P型层 26、 N型层27和抗反射和钝化层28。虽然通过优选实施方式详细描述了本发明，但本领域技术人员应理 解，在不脱离权利要求限定的保护范围的前提下，可对本发明进行各种变 化和改进，特别是可将所公开的特征进行不同的组合以及省略单个特征。
权利要求
1.一种制备用于太阳能电池的抗反射和/或钝化涂层的方法，包括步骤在沉积室(1)中提供Si晶片(5)；将所述Si晶片预加热至大于400℃的温度；和通过溅射工艺沉积含氢抗反射或钝化涂层(28)。
2. 如权利要求1的方法，其中，使用掺杂Si晶片(5)。
3. 如权利要求1或2的方法，其中，所述抗反射或钝化涂层(28)是 SiN:H层。
4. 如权利要求1-3中任何一项的方法，其中，所述预加热歩骤中的加 热通过热辐射元件(16)进行。
5. 如权利要求3的方法，其中，使用红外线加热器(16)。
6. 如权利要求3或4的方法，其中，使用的红外线加热器(16)能够 在1800-3000'C的加热丝温度下操作，和/或发射波长在硅吸收范围内的辐 射。
7. 如权利要求1-6中任何一项的方法，其中，采用的升温时间等于或 小于100s，优选等于或小于50s，和/或加热速率为4K/s或更高，优选IO K/s或更高。
8. 如权利要求1-7中任何一项的方法，其中，所述Si晶片在预加热时 被加热至等于或大于450°C ，特别是等于或大于50CTC 。
9. 如权利要求1-8中任何一项的方法，其中，所述预加热步骤在内嵌 涂覆装置中在所述Si晶片运动过程中进行。
10. 如权利要求l-9中任何一项的方法，其中，所述预加热歩骤在工业 真空条件下进行。
11. 如权利要求1-10中任何一项的方法，其中，所述溅射工艺包括至 少一个反应性溅射步骤。
12. —种制造太阳能电池、优选在Si晶片上制备抗反射和/或钝化涂层 的涂覆装置，所述涂覆装置优选用于进行如权利要求1-11的方法，所述涂覆装置包括第一真空室(1)、第二真空室(2)和用于将衬底(5)依次传送通过所述第一和第二真空室的输送装置(4)，所述第一真空室包括 至少一个能够被加热以使加热丝温度为1800-300(TC的红外线辐射加热器 (16)，并且所述第二真空室包括用于蒸发靶材的溅射装置(12)以及用 于引入含氢反应性气体的气体进口 (10)。
13. 如权利要求12的涂覆装置，其中，第一和第二真空室(1， 2)包 括单一的外壳或分开的模块化外壳。
14. 如权利要求12或13的涂覆装置，其中，所述红外线辐射加热器 (16)设置在所述衬底的整个传送方向上。
15. 如权利要求14的涂覆装置，其中，所述红外线辐射加热器(16) 的有效加热长度大于所述衬底或所述输送装置的宽度。
16. 如权利要求12-15中任何一项的涂覆装置，其中，多个红外线加热 器并排设置在所述衬底的传送方向上，所述红外线加热器优选彼此平行排 列。
17. 如权利要求16的涂覆装置，其中，所述红外线加热器是可独立切 换和/或控制的。
18. 如权利要求12-17中任何一项的涂覆装置，其中，所述红外线加热 器(16)设置在外壳侧壁上，优选设置在封闭元件上，更优选设置在顶盖 上。
19. 如权利要求12-18中任何一项的涂覆装置，其中，所述红外线加热器不具有任何反射涂层。
20. 如权利要求12-19中任何一项的涂覆装置，其中，所述外壳的至少 一个侧壁包括反射表面(21)，所述反射表面是经抛光的金属表面。
21. 如权利要求20的涂覆装置，其中，所述反射表面(21)包括冷却 装置，所述冷却装置优选为其中流过冷却流体的冷却盘管。
全文摘要
本发明涉及一种制备用于太阳能电池的抗反射和/或钝化涂层的方法，包括步骤在沉积室中提供硅晶片；将所述硅晶片预加热至大于400℃的温度；通过溅射工艺沉积含氢抗反射或钝化涂层。本发明还涉及一种制造太阳能电池、优选在Si晶片上制备抗反射和/或钝化涂层的涂覆装置，所述涂覆装置优选用于进行本发明的方法，所述涂覆装置包括第一真空室(1)、第二真空室(2)和用于将衬底(5)依次传送通过所述第一和第二真空室的输送装置(4)，所述第一真空室包括至少一个能够被加热以使加热丝温度为1800-3000℃的红外线辐射加热器(16)，并且所述第二真空室包括用于蒸发靶材的溅射装置(12)以及用于引入含氢反应性气体的气体进口。
文档编号H01L31/18GK101330114SQ200810088068
公开日2008年12月24日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年3月29日
发明者托马斯·黑格玛尼, 斯万·斯拉莫, 罗兰·特拉斯里 申请人:应用材料公司