太阳能电池的后加工设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及太阳能电池的后加工设备，并且更具体地说，涉及基于晶体半导体基板的太阳能电池的后加工设备。
【背景技术】
[0002]近年来，已经预见诸如石油和煤炭的现有能源的枯竭，从而对替代现有能源的另选能源的关注随之增长。在这种另选能源当中，利用半导体装置将光伏能量转换成电能的太阳能电池被关注为下一代电池。
[0003]太阳能电池可以通过形成基于设计的不同层和电极来制造。不同层和电极的设计可以确定太阳能电池的效率。必须解决太阳能电池的低效率，以便商品化太阳能电池。为此，太阳能电池的不同层和电极被设计成，使得可以最大化太阳能电池的效率，并且，执行各种加工过程以最大化太阳能电池的效率。因此，必须提供一种能够最大化太阳能电池的效率的太阳能电池的后加工设备。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的实施方式鉴于上述问题而做出，并且本发明实施方式的一目的是，提供一种能够缩减太阳能电池的输出损耗的太阳能电池的后加工设备。
[0005]根据本发明的一个方面，通过提供这样的一种后加工设备可以实现以上和其他目的，所述后加工设备执行包括用于对具有半导体基板的太阳能电池进行热处理、同时向所述太阳能电池提供光的主时段的后加工操作，所述后加工设备包括:主区段，所述主区段用于执行所述主时段，其中所述主区段包括，用于向所述半导体基板提供热量的第一热源单元以及用于向所述半导体基板提供光的光源单元，所述第一热源单元和所述光源单元位于所述主区段中，并且所述光源单元包括由等离子体发光系统PLS构成的光源。
【附图说明】
[0006]根据下面结合附图的详细描述，将更清楚地明白本发明的实施方式的上述和其它目的、特征以及其它优点，其中:
[0007]图1是示出利用根据本发明一实施方式的太阳能电池的制造方法所制造的太阳能电池的一实施例的截面图；
[0008]图2是示出根据本发明一实施方式的、图1所示太阳能电池的正面的平面图；
[0009]图3是示出根据本发明一实施方式的太阳能电池的制造方法的流程图；
[0010]图4A至4G是示出根据本发明一实施方式的、图3所示太阳能电池的制造方法的截面图；
[0011]图5是示出根据本发明该实施方式的太阳能电池的制造方法的后加工操作的主加工工序的时间与温度之间的关系的图形；
[0012]图6是示出根据本发明该实施方式的、基于在太阳能电池的制造方法的后加工操作下的温度与光强度之间的关系的氢的状态的图形；
[0013]图7是示出根据本发明该实施方式的、基于在太阳能电池的制造方法的后加工操作下的光强度与加工时间之间的关系的氢的状态的图形；
[0014]图8是示出根据本发明该实施方式的、利用太阳能电池的制造方法所制造的太阳能电池的另一实施例的截面图；
[0015]图9是示出根据本发明该实施方式的、利用太阳能电池的制造方法所制造的太阳能电池的又一实施例的截面图；
[0016]图10是示出在本发明的实验例中展示相同输出损耗的温度和光强度线的图形；
[0017]图11是示出在本发明的实验例中展示相同输出损耗的光强度和加工时间线的图形；
[0018]图12是示出根据本发明的实施方式的太阳能电池的后加工设备的结构的图；
[0019]图13是示出根据本发明的实施方式的修改例的太阳能电池的后加工设备的结构的图；
[0020]图14是示出根据本发明的实施方式的应用于图13的太阳能电池的后加工设备的工作台的示例的图；
[0021]图15是示出根据本发明的实施方式的应用于图13的太阳能电池的后加工设备的工作台的示例的图；
[0022]图16是示出根据本发明的实施方式的另一修改例的太阳能电池的后加工设备的结构的图；
[0023]图17是示出根据本发明的实施方式的另一修改例的太阳能电池的后加工设备的结构的图；以及
[0024]图18是示出能够应用于根据本发明的实施方式的另一修改例的太阳能电池的后加工设备的光源单元的结构的图。
【具体实施方式】
[0025]下面，对本发明的实施方式进行详细说明，其示例在附图中进行了例示。然而，应当明白，本发明不应受限于这些实施方式，而是可以按不同方式进行修改。
[0026]在图中，为清楚和简要说明本发明的实施方式，省略了对不涉及本描述的部件的例示，并且贯穿本说明书用相同标号指定相同或相似的部件。另外，在图中，为了更清楚说明，诸如厚度、宽度等的部件尺寸被扩大或缩小，并由此，本发明实施方式的厚度、宽度等不限于图中的例示。
[0027]在整个说明书中，当一部件被称为“包括”另一部件时，只要不存在特别不一致的描述，该部件都不应被理解为排除其它部件，而是该部件可以包括至少一个其它部件。另夕卜，应当明白，当诸如层、膜、区域或基板的部件被称为“处于另一部件之上”时，其可以直接处于该另一部件之上，或者还可以存在插入部件。另一方面，当诸如层、膜、区域或基板的部件被称为“直接处于另一部件之上”时，这意指其间不存在插入部件。
[0028]下面，参照附图，对根据本发明一实施方式的太阳能电池的的后加工设备进行详细描述。对利用包括由根据本发明该实施方式的太阳能电池的后加工设备执行的后加工操作的用于制造太阳能电池的方法所制造的太阳能电池的实施例进行描述，首先，将对包括后加工操作的太阳能电池的制造方法进行描述，接着将对太阳能电池的后加工设备进行描述。
[0029]图1是示出根据本发明一实施方式的、利用太阳能电池的制造方法所制造的太阳能电池的一实施例的截面图，而图2是示出图1所示太阳能电池的正面的平面图。图2主要示出了半导体基板和电极。
[0030]参照图1，根据该实施方式的太阳能电池100包括:包括基极区10的半导体基板110、第一导电类型的第一导电区20、第二导电类型的第二导电区30、连接至第一导电区20的第一电极42、以及连接至第二导电区30的第二电极44。太阳能电池100还可以包括电介质膜，如第一钝化膜22和防反射膜24。下面，对太阳能电池100进行更详细描述。
[0031]半导体基板110可以由晶体半导体形成。例如，半导体基板110可以由单晶半导体(例如，单晶硅)或多晶半导体(例如，多晶硅)形成。具体来说，半导体基板110可以由单晶半导体(例如，单晶半导体晶片、更具体地说，单晶硅晶片)形成。在半导体基板110由如上所述单晶半导体(例如，单晶硅)形成的实例中，太阳能电池100可以是单晶半导体太阳能电池(例如，单晶硅太阳能电池)。因为太阳能电池100是基于由如上所述展示高结晶度并由此展示低缺陷性的晶体半导体形成的半导体基板110，所以太阳能电池100可以展示优异的电气特性。
[0032]半导体基板110的前表面和/或后表面可以被纹理化，以使半导体基板110的前表面和/或后表面具有凹凸形状。例如，该凹凸形状可以是形成在半导体基板110的(111)表面处的锥体形状，具有不规则尺寸。在该凹凸形状如上所述通过纹理化而形成在半导体基板110的前表面处的实例中，半导体基板110的表面粗糙度可以增加，结果入射在半导体基板110的前表面上的光的反射率可以减小。从而，到达由基极区10和第一导电区20所形成的pn结的光的量可以增加，从而可以最小化太阳能电池100的光损耗。在本发明该实施方式中，该凹凸形状形成在半导体基板110的前表面处以降低入射光的反射率，而该凹凸形状未形成在半导体基板110的后表面处以增加入射光的反射率。然而，本发明的实施方式不限于此。例如，凹凸形状可以形成在半导体基板110的前表面和后表面两者处，或者凹凸形状可以不形成在半导体基板110的前表面或者后表面处。
[0033]半导体基板110的基极区10可以是具有掺杂浓度相对较低的第二导电掺杂剂的第二导电基极区10。例如，与第一导电区20相比，基极区10可以更远离半导体基板110的前表面而更靠近半导体基板的后表面。另外，与第二导电区30相比，基极区10可以更靠近半导体基板110的前表面而更远离半导体基板的后表面。然而，本发明的实施方式不限于此。基极区10可以不同地定位。
[0034]基极区10可以由具有第二导电掺杂剂的晶体半导体形成。例如，基极区10可以由具有第二导电掺杂剂的单晶半导体(例如，单晶硅)或多晶半导体(例如，多晶硅)形成。具体来说，基极区10可以由具有第二导电掺杂剂的单晶半导体(例如，单晶半导体晶片、更具体地说，单晶硅晶片)形成。
[0035]第二导电类型可以是η型或P型。在基极区10具有η型的实例中，基极区10可以由掺杂有V族元素(如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)，或锑(Sb))的单晶半导体或多晶半导体形成。另一方面，在基极区10是P型的实例中，基极区10可以由掺杂有III族元素(如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)或铟(In))的单晶半导体或多晶半导体形成。然而，本发明的实施方式不限于此。基极区10和第二导电掺杂剂可以由不同材料形成。
[0036]例如，基极区10可以是P型的。在这种情况下，包括在第二电极44中的材料可以扩散到半导体基板110中，以在焙烧(firing)第二电极44的操作时形成第二导电区30。结果，可以省略用于形成第二导电区30的附加掺杂工序，由此，简化太阳能电池100的制造工序。然而，本发明的实施方式不限于此。例如，基极区10和第二导电区30可以是P型的，而第一导电区20可以是η型的。
[0037]第一导电类型的第一导电区20(其与基极区10的第二导电类型相反)可以形成在半导体基板I1的前表面处。第一导电区20可以与基极区10 —起形成pn结，以构成用于通过光电转换来生成载流子的发射极区。
[0038]在本发明该实施方式中，第一导电区20可以是构成半导体基板110的一部分的掺杂区。在这种情况下，第一导电区20可以由具有第一导电掺杂剂的晶体半导体形成。例如，第一导电区20可以由具有第一导电掺杂剂的单晶半导体(例如，单晶硅)或多晶半导体(例如，多晶硅)形成。具体来说，第一导电区20可以由具有第一导电掺杂剂的单晶半导体(例如，单晶半导体晶片、更具体地说，单晶硅晶片)形成。在第一导电区20如上所述构成半导体基板110的一部分的实例中，可以改进第一导电区20与基极区10之间的结特性。
[0039]然而，本发明的实施方式不限于此。例如，第一导电区20可以与半导体基板110分离地形成在半导体基板I1上，下面，将参照图9对其进行更详细描述。
[0040]第一导电类型可以是P型或η型。在第一导电区20为P型的实例中，第一导电区20可以由掺杂有III族元素(如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)或铟(In))的单晶半导体或多晶半导体形成。另一方面，在第一导电区20为η型的实例中，第一导电区20可以由掺杂有V族元素(如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb))的单晶半导体或多晶半导体形成。然而，本发明的实施方式不限于此。可以将不同材料用作第一导电掺杂剂。
[0041]在该图中，第一导电区20被示出为具有总体均匀掺杂浓度的均质结构。然而，本发明的实施方式不限于此。在本发明另一实施方式中，第一导电区20可以具有选择性结构，下面，将参照图8对其进行详细描述。
[0042]第二导电类型的第二导电区30 (其与基极区10的第二导电类型相同，具有比基极区10更高掺杂浓度的第二导电掺杂剂)可以形成在半导体基板110的后表面处。第二导电区30可以形成后表面场，以构成用于防止或减小因在半导体基板110的表面(更精确地讲，半导体基板110的后表面)处的复合而造成的载流子损耗的后表面场区。
[0043]在本发明该实施方式中，第二导电区30可以是构成半导体基板110的一部分的掺杂区。在这种情况下，第二导电区30可以由具有第二导电掺杂剂的晶体半导体形成。例如，第二导电区30可以由具有第二导电掺杂剂的单晶半导体(例如，单晶硅)或多晶半导体(例如，多晶硅)形成。具体来说，第二导电区30可以由具有第二导电掺杂剂的单晶半导体(例如，单晶半导体晶片、更具体地说，单晶硅晶片)形成。在第二导电区30如上所述构成半导体基板110的一部分的实例中，可以改进第二导电区30与基极区10之间的结特性。
[0044]然而，本发明的实施方式不限于此。例如，第二导电区30可以与半导体基板110分离地形成在半导体基板I1上，下面，将参照图9对其进行更详细描述。
[0045]第二导电类型可以是η型或p型。在第二导电区30为η型的实例中，第二导电区30可以由掺杂有V族元素(如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)，或锑(Sb))的单晶半导体或多晶半导体形成。另一方面，在第二导电区30为P型的实例中，第二导电区30可以由掺杂有III族元素(如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)，或铟(In))的单晶半导体或多晶半导体形成。然而，本发明的实施方式不限于此。可以将不同材料用作第二导电掺杂剂。第二导电区30的第二导电掺杂剂可以由和基极区10的第二导电掺杂剂相同的材料或者与基极区10的第二导电掺杂剂不同的材料形成。
[0046]在本发明该实施方式中，第二导电区30被示出为具有总体均匀掺杂浓度的均质结构。然而，本发明的实施方式不限于此。在本发明另一实施方式中，第二导电区30可以具有选择性结构或局部结构，下面，将参照图8对其进行详细描述。
[0047]在本发明该实施方式中，形成在半导体基板110处的第一导电区20和第二导电区30掺杂有第一导电掺杂剂和第二导电掺杂剂，而基极区10掺杂有第二导电掺杂剂。结果，该掺杂剂遍布半导体基板110分布。这时，任何特定掺杂剂都可能与半导体基板110中的不同材料或元素化合，以致降低太阳能电池100的特性。例如，在半导体基板110具有硼(B)作为掺杂剂的实例中，硼(B)可以与氧(O)起反应，以形成B-O化合物。这种B-O化合物可以极大地缩减载流子的寿命，由此，降低太阳能电池100的特性。特别地讲，在将硼⑶用作包括在基极区10中的第二导电剂，并由此基极区10是P型的实例中，大量的B-O化合物可以在半导体基板110的大面积上分布，由此，极大地降低太阳能电池100的特性。
[0048]在本发明该实施方式中，因此，可以执行后加工操作(ST50)(参见图3)，以使不产生可以降低太阳能电池100的特性的任何化合物(例如，上述B-O化合物)，来防止太阳能电池100的特性降低或劣化，下面，将在描述制造太阳能电池100的方法时，对其进行更详细描述。
[0049]半导体基板110可以具有大约200 μm或以下的厚度Tl。如果半导体基板110的厚度Tl大于200 μ m，则可能难于遍布半导体基板110来展示通过执行后加工操作(ST50)所获取的效果。例如，半导体基板110可以具有100 μπι至200 μπι的厚度Tl。如果半导体基板110的厚度Tl小于100 μπι，则因为半导体基板110的厚度Tl不足以执行光电转换，所以太阳能电池100的效率可能减小，并且太阳能电池100的机械特性可能不足。然而，本发明的实施方式不限于此。半导体基板110的厚度Tl可以不同地改变。
[0050]第一钝化膜22和防反射膜24顺序地形成在半导体基板110的前表面上，更精确地在形成在半导体基板110上的第一导电区20上形成，并且第一电极42与第一钝化膜22和防反射膜24接触地形成在第一导电区20处(S卩，经由贯穿第一钝化膜22和防反射膜24形成的开孔102)。
[0051]除了与第一电极42相对应的开孔102以外，第一钝化膜22和防反射膜24可以遍布半导体基板110的前表面形成。
[0052]第一钝化膜22与第一导电区20接触地形成，以钝化存在于第一导电区20的表面上或第一导电区20的体(bulk)中的缺陷。钝化缺陷可以去除少数载流子的复合地点，其可以增加太阳能电池100的开路电压Voc。防反射膜24缩减入射在半导体基板110的前表面上的光的反射率。通过缩减入射在半导体基板110的前表面上的光的反射率，到达由基极区10和第一导电区20所形成的pn结的光的量可以增加，从而可以增加太阳能电池100的短路电流Isc。如上所述，第一钝化膜22和防反射膜24可以增加太阳能电池100的开路电压和短路电流，由此，改进太阳能电池100的效率。
[0053]第一钝化膜22可以由不同材料形成。例如，第一钝化膜22可以由包括氢的电介质材料形成。在第一钝化膜22如上所述包括氢的实例中，第一钝化膜22可以起作用以钝化半导体基板110的表面，而且另外，充当用于在后加工操作(ST50)时向半导体基板110的表面提供氢或者将氢供应到半导体基板110的体中的氢源。
[0054]例如，第一钝化膜22可以包括102°ea/cm3至10 22ea/cm3的氢。第一钝化膜22的氢含量被限制于这样一范围，即，第一钝化膜22可以在第一钝化膜22钝化半导体基板110的表面时和在后加工操作(ST50)时有效地充当氢源。然而，本发明的实施方式不限于此。第一钝化膜22的氢含量可以不同地改变。
[0055]例如，第一钝化膜22可以包括:包括氢的氮化硅(SiNx:H)、包括氢的氮氧化硅(S1xNy:H)、包括氢的碳化硅(SiCx:H)或者包括氢的氧化硅(S1x:H)。然而，本发明的实施方式不限于此。第一钝化膜22可以包括不同的其它材料。
[0056]第一钝化膜22可以具有50nm至200nm的厚度。如果第一钝化膜22的厚度小于50nm，则钝化效果可能不足，并且后加工操作(ST50)处的氢扩散效果可能不足。另一方面，如果第一钝化膜22的厚度大于200nm，则加工时间可能增加，同时效果未极大改进，并且太阳能电池100的厚度可能增加。然而，本发明的实施方式不限于此。第一钝化膜22的厚度可以不同地改变。
[0057]防反射膜24可以由不同材料形成。例如，防反射膜24可以具有单膜结构或多层膜结构，其根据从由包括氢的氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、MgF2, ZnS, T12以及CeO2所构成的组中选择的至少一种形成。例如，防反射膜24可以包括氮化硅。
[0058]在本发明该实施方式中，接触地形成在半导体基板110中的防反射膜24包括氢，以使防反射膜24可以有效地起作用来钝化半导体基板110的表面，并且充当氢源。然而，本发明的实施方式不限于此。例如，仅防反射膜24可以包括氢，或者防反射膜24和第一钝化膜22都可以包括氢。在防反射膜24包括氢的实例中，防反射膜24的材料、氢含量、厚度等可以等于或类似于第一钝化膜22。
[0059]而且，在本发明该实施方式中，第一钝化膜22 (其是设置在半导体基板110的前表面上的电介质膜)包括氢，以使第一钝化膜22可以在后加工操作(ST50)时供应氢。这是因为短波长光容易入射在半导体基板1