多结太阳能电池及其形成方法和设备的制作方法

专利名称：多结太阳能电池及其形成方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明实施例一般地涉及太阳能电池及其形成方法和设备。更特别地， 本发明实施例涉及薄膜多结太阳能电池及其形成方法和设备。
背景技术：
结晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池是两种类型的太阳能电池。典型 地，结晶硅太阳能电池用于单结晶衬底(也就是，纯净硅的单晶衬底)或多 结晶硅衬底(也就是，多晶或多晶硅)。附加膜层沉积在硅衬底上以改进光 捕获、形成电路以及保护器件。薄膜太阳能电池使用在适合的衬底上沉积的材料薄层，形成一个或多个p-n结。适合的材料衬底包括玻璃、金属和聚合 物衬底。当前薄膜太阳能电池具有的问题包括低效率和高成本。因此，在工厂环 境中，存在改进薄膜太阳能电池及其形成方法和设备的需要。发明内容本发明实施例涉及薄膜多结太阳能电池及其形成方法和设备。在一个实 施例中，在衬底上形成薄膜多结太阳能电池的方法包括形成第一 p-i-n结和 在该第一 p-i-n结上形成第二 p-i-n结。形成第一 p-i-n结可包括形成p型非晶 硅层，在该p型非晶硅层上形成本征型非晶硅层，以及在该本征型非晶硅层 上形成n型微晶硅层。形成第二p-i-n结可包括形成p型微晶硅层，在该p 型微晶硅层上形成本征型微晶硅层，以及在该本征型微晶硅层上形成n型非 晶硅层。在一个实施例中，用于形成薄膜多结太阳能电池的设备包括用以形 成第一p-i-n结的至少一个第一系统以及至少一个配置以在该第一p-i-n结上 形成第二 p-i-n结的第二系统。该第一系统可包括用以沉积p型非晶硅层的 单个p腔和均用以沉积本征型非晶硅层和n型微晶硅层的多个i/n腔。该第 二系统可包括用以沉积p型微晶硅层的单个p腔和均用以沉积本征型微晶硅层和n型非晶硅层的多个i/n腔。


因此，其中可详细理解本发明的上述陈述特征的方式，发明的更特别的 表述，上述简要概述，可通过参考实施例得到，其中一些在附图中图示。值 得注意的是，然而，附图仅图示本发明典型的实施例，并且因此不认为限于 它的范围，因此发明允许其他等效实施例。图1是朝向光或太阳辐射的多结太阳能电池的某个实施例的示意性图。 图2是图1中多结太阳能电池进一步包括n型非晶硅缓冲层的示意性图。 图3是图l中多结太阳能电池进一步包括p型微晶硅接触层的示意性图。 图4是其中可沉积一个或多个太阳能电池膜的等离子体增强化学汽相沉 积(PECVD)腔的一个实施例的示意性截面图。图5是具有多个处理腔处理系统的一个实施的顶示意性视图。 图6描述了用以形成串联式(tandem) p-i-n结太阳能电池而设置的沉积 参数。图7描述了本发明一个实施例的太阳能电池的特性。
具体实施方式
本发明实施例包括改进的薄膜多结太阳能电池及其形成方法和设备。图 1是朝向光或太阳辐射101的多结太阳能电池100的某个实施例的示意性图。 太阳能电池100包括衬底102，例如玻璃衬底、聚合物衬底、金属衬底或其 它适合的衬底，有形成在其上的薄膜。太阳能电池100进一步包括形成在衬 底102上的第一透明导电氧化物(TCO)层110、形成在该第一TCO层110 上的第一 p-i-n结120，形成在该第一 p-i-n结120上的第二 p-i-n结130，形 成在该第二 p-i-n结130上的第二 TCO层140，以及形成在该第二 TCO层 140上的金属背层150。为改进降低光反射的光吸收，通过湿法、等离子体、 离子和/或机械工艺，随意地使衬底和/或一个或多个形成在其上的薄膜具有 构造(texture)。例如，在图1中所示的实施例中，使第一TCO层IIO具有 构造并且随后沉积在其上的薄膜通常允许它之下的地形表面。第一 TCO层110和第二 TCO层140每个均包括氧化锡、氧化锌、氧化铟锡、锡酸镉、其组合物或其它适合的材料。可以理解，TCO^"料同样包括 额外惨杂物和成分。例如，氧化锌可进一步包括掺杂物，例如铝、镓、硼和其它适合的掺杂物。优选地，氧化锌包括5原子％或更少的掺杂物，并且更 优选地包括2.5原子％或更少的铝。在某种情况中，通过玻璃制造，提供已 经提供了第一TCO层110的衬底102。第一 p-i-n结120可包括p型非晶硅层122、形成在该p型非晶硅层122 上的本征型非晶硅层124以及形成在该本征型非晶硅层124上的n型微晶硅 层126。在某个实施例中，p型非晶硅层122可形成厚度为约60A和约300A 之间。在某个实施例中，本征型非晶硅层124形成厚度为约1500A和约3500A 之间。在某个实施例中，n型微晶半导体层126形成厚度为约IOOA和约400A 之间。第二 p-i-n结130可包括p型微晶硅层132、形成在该p型微晶硅层132 上的本征型微晶硅层134以及形成在该本征型微晶硅层134上的n型非晶硅 层136。在某个实施例中，p型微晶硅层132形成厚度为约100A和约400A 之间。在某个实施例中，本征型微晶硅层134形成厚度为约10,000A和约 30,000A之间。在某个实施例中，n型非晶硅层136形成厚度为约100A和约 500A之间。金属背层150可包括，但是不限于从由A1、 Ag、 Ti、 Cr、 Au、 Cu、 Pt、 它们的合金或它们的组合物构成的组中选择的材料。可执行其^li工艺以形成 太阳能电池IOO，例如激光划片工艺。可在金属背层150上提供其他膜、材 料、衬底和/或封装，以完成太阳能电池。可使太阳能电池相互连接形成模块， 依次连接其以形成阵列。通过p-i-n结120、 130的本征层吸收太阳辐射101，并转换成电子空穴 对。在伸长穿过本征层的p型层和n型层之间产生的电场，引起电子流向n 型层并且空穴流向p型层，产生电流。因为非晶硅和微晶硅吸收不同波长的 太阳辐射101，所以第一p-i-n结120包括本征型非晶硅层124并且第二 p-i-n 结130包括本征型微晶硅层134。因此，由于捕获电压辐射光谱较大部分， 太阳能电池100更高效。由于非晶硅与微晶硅相比具有较宽能带隙，非晶硅 的本征层和微晶的本征层以这样的方式堆叠，以致太阳辐射101首先透过本 征型非晶硅层124，然后透过本征型微晶硅层134。不为第一p-i-n结120吸收的太阳辐射继续到第二 p-i-n结130上。令人惊讶地发现，于此公开的为 太阳能电池而设的第一p-i-n结120以及第二p-i-n结130的p-i-n层的厚度可 改进效率并且降低其制造成本。除了明确地在权利要求中陈述，不希望为理 论所限制，相信的是， 一方面，较厚的本征层124、 134吸收更多数量的太 阳辐射光谱而受益，另一方面，如果本征层124、 134和/或p-i-n结120、 130 太厚，从那里穿过的电子流会受阻碍。在一个方面中，太阳能电池100不需要利用第一 p-i-n结120和第二 p-i-n 结130之间的金属隧穿层。第一 p-i-n结120的n型微晶硅层126和p型微 晶硅132具有充分的导电性，以提供隧穿结允许电子从第一 p-i-n结120流 向第二p-i-n结130。在一个方案中，相信的是，由于更加抗来自氧的侵蚀，例如空气中的氧， 第二 p-i-n结130的n型非晶硅层136提供增大的电池效率。氧会侵蚀硅膜 并且这样形成不纯，其降低膜参与电子/空穴从其中穿过传输的性能。图2是图1中多结太阳能电池100进一步包括形成在本征型非晶硅层 124和n型微晶硅层126之间的n型非晶硅缓冲层125的示意性图。在某个 实施例中，n型非晶硅缓冲层125可形成厚度为约IOA和约200A之间。相 信的是，n型非晶硅缓冲层125有助于桥接能带隙偏移，相信该能带隙偏移 存在于本征型非晶硅层124和n型微晶硅层126之间。这样，相信的是，由 于增强的电流收集，电池效率改进了。图3是图1中多结太阳能电池100进一步包括形成在第一 TCO层110 和p型非晶硅层122之间的p型微晶硅接触层121的示意性图。在某个实施 例中，p型微晶硅接触层121可形成厚度为约60A和约300A之间。相信的 是，p型微晶硅接触层121有助于实现与TCO层的低阻抗接触。这样，相信 的是，由于本征型非晶硅层122和氧化锌第一TCO层100间的电流改进了， 电池效率改进了。优选的是，由于大量氢用以形成接触层，与TCO层一起 使用的p型微晶硅接触层121包括抗氢等离子体的材料，例如氧化锌。已发 现的是，由于氢等离子体化学还原氧化锡，氧化锡不适合用在与p型微晶硅 接触层的结合中。进一步可理解，太阳能电池100进一步包括形成在本征型 非晶硅层124和n型微晶半导体层126之间的可选择的n型非晶硅缓冲层， 如图2中所表述的。图4是沉积例如图1、图2或图3中太阳能电池100的一个或多个太阳 能电池膜的等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)腔400的一个实施例的示 意性截面图。 一个适合的等离子体增强化学汽相沉积腔可从加利福尼亚圣克 拉拉的Applied Materials, Inc.得到。预期的是，可加以利用包括来自其他制 造商的其他沉积腔以执行本发明。腔400通常包括壁402、底404和喷头410，以及限定处理容积406的 衬底支撑体430。处理容积通过阀408进入，因此衬底，例如衬底100，可 转移入和出腔400。衬底支撑体430包括为支撑程度的衬底接收表面432和 连接到升降系统436以升高和降低衬底支撑体430的杆434。来自433的掩 蔽可选择地防止在衬底100的外围。通过衬底支撑体430可移动地布置升降 脚438以移动衬底至衬底接收表面432和从衬底接收表面432移动衬底。衬 底支撑体430还包括加热和/或冷却元件439以使衬底支撑体430保持在期望 温度上。衬底支撑体430还包括接地带431以在衬底支撑体430的外围提供 RF接地。在2000年2月15日出版的Law等的美国专利6,024,044和2006 年12月20日申请的Park等人的美国专利申请11/613,934中公开了接地带 431的示例，与本公开不矛盾的范围内，他们的全部都并入作为参考。喷头410在其外围通过悬架414与背板412连接。喷头410还可通过一 个或多个中心支撑416与背板连接，以有助于防止喷头410的下垂和/或控制 笔直/弯曲。气体源420与背板412连接以通过背板412和通过喷头410提供 气体至衬底接收表面432。真空泵409与腔400连接以控制处理容积406处 于期望压力。RF功率源422与背板412和/或喷头410连接，以提供RF功 率至喷头410，因此在喷头和衬底支撑体之间产生电场，因此来自喷头410 和衬底支撑体430之间的气体产生等离子体。可使用各种各样的RF频率， 例如约0.3MHz和约200MHz间的频率。在一个实施例中，以13.56MHz的 频率提供RF功率源。在2002年11月12日出版的White等人的美国专利 6,477,980， 2006年11月17日公开的Choi等人的美国公开200502519卯， 以及2006年3月23日公开的Keller等人的美国公开2006/0060138中公开了 喷头的示例，与本公开不矛盾的范围内，他们的全部都并入作为参考。远程等离子体源424，例如感应耦合远程等离子体源，也可在气体源和 背板之间耦合。在处理衬底之间，可提供清洁气体至远程等离子体源424，因此产生远程等离子体并且提供至清洁腔元件。通过提供至喷头的RF功率源422进一步激发清洁气体。适合的清洁气体包括但不限于NF3、 F2和SF6。 在1998年8月4日出版的Shang等的美国专利5,788,778中公开了远程等离 子体源的示例，与本公开不矛盾的范围内，其全部并入作为参考。一个或多个硅层的沉积方法，例如图1、图2或图3中太阳能电池100 的一个或多个硅层，可包括在图4的处理腔或其他适合的腔中的下列沉积参 数。具有10，000cm2或更大，优选40,000cm2或更大，并且更优选55,000cm2 或更大的表面积的衬底，提供给腔。可以理解，在处理之后，可将衬底切 割以形成较小的太阳能电池。在一个实施例中，在约400摄氏度或更少，优选在约100摄氏度和约400 摄氏度之间，更优选在约150摄氏度和约300摄氏度之间，例如约200摄氏 度的沉积过程中，可设置加热和/或冷却元件439以提供衬底支撑体温度。在设置在衬底接收表面432上的衬底顶表面和喷头410之间沉积的过程 中，间距可为400密耳和约1,200密耳之间，优选地在400密耳和约800密 耳之间。为沉积硅膜，提供硅基气体和氢基气体。适合的硅基气体包括但是不限 于硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCU)、 二氯硅烷(SiH2Cl2)和他们的组合物。适合的氢基气体包括但是不限于氢气(h2) 。 p型硅层的p型杂质，每个包括ni族元素。例如硼或铝。优选地，硼用作p型杂质。包含硼的源示例包括三甲基硼(TMB (或B(CH3)3))、 乙硼垸(B2H6) 、 BF3、 B(C2Hs)3和相似化合物。优选地TMB用作p型杂质。 n型硅层的n型杂质，每个包括V族元素，例如磷、砷或锑。优选地，磷用 作n型杂质。包含磷的源示例包括磷化氢和相似化合物。典型地，通过承载 气体提供杂质，例如氢、氩、氦和其他适合的化合物。在于此公开的工艺体 制中，提供氢气体总流动速率。因此，如果提供氢气体作为承载气体，例如 为了掺杂，应从氢的总流动速率中减去承载气体流动速率，以确定应该向腔 提供多少额外氢气体。沉积P型微晶硅接触层的某个实施例，例如图3中的接触层121，可包 括以约200:1或更大的比率，提供氢气体的气体混合物至硅垸气体。可以约 O.lsccm/L和约0.8sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体。可以约60sccm/L和约500sccm/L之间的流动速率提供氢气体。换句话说，如果以在承载气体 中0.5%的摩尔浓度或体浓度提供三甲基硼，那么可以约0.04sccm/L和约 0.32sccm/L之间的流动速率提供杂质/承载气体混合物。本公开中的流动速率 以每内部腔容积的sccm来表示。定义内部腔容积为气体占领其中的腔的内 部容积。例如，腔400的内部腔容积是，由腔的背板412和壁402以及底404 定义的容积，减去那里为喷头组件(也就是，包括喷头410、悬架414、中 心支撑体415)和为衬底支撑体组件(也就是，衬底支撑体430、接地带431 ) 占领的容积。提供约50miliWatts/cm2和约700miliWatts/cm2之间的RF功 率至喷头。本公开中的RF功率以提供到每衬底面积的电极上的Watts来表 现。例如，为了提供10，385Watts的RF功率至喷头以处理具有面积220cmX 260cm的衬底，RF功率应该为10,385Watts/(220cmX 260cm)=180miliWatts/ cm2。腔压力保持在约1托和约100托之间，优选地在约3托和约20托之 间，更优选地在4托和约12托之间。p型微晶硅接触层的沉积速率可为约 10A/min或更大。p型微晶硅接触层具有约20百分比和80百分比之间的晶 体结构，优选地在50百分比和70百分比之间。沉积p型非晶硅层的某个实施例，例如图1、图2或图3的硅层122, 可包括以约20:1或更少的比率，提供氢气体混合物至硅垸气体。可以约 lsccm/L和约10sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体。可以约5sccm/L和 60sccm/L之间的流动速率提供氢气体。可以约0.005sccm/L和约0.05sccm/L 之间的流动速率提供三甲基硼。换句话说，如果承载气体中0.5%的摩尔浓度 或体浓度提供三甲基硼，那么可以约lsccm/L和约10sccm/L之间的流动速率 提供杂质/承载气体混合物。可以约lsccm/L和约15sccm/L之间的流动速率 提供甲垸。可提供约15miliWatts/cmZ和约200miliWatts/cm2之间的RF功 率至喷头。腔压力保持在约O.l托和20托之间，优选地在约1托和约4托 之间。p型非晶硅接触层的沉积速率可为约100A/min或更大。甲垸或其他含 碳化合物，例如C3Hs、 C4H1Q、 C2H2，可用于改进p型非晶硅层的窗特性(例 如，降低对太阳辐射的吸收)。因此，可通过本征层吸收更多的太阳辐射数 量并且这样改进了电池效率。沉积本征型非晶硅层的某个实施例，例如图1、图2或图3的硅层124， 包括以约20:1或更少的比率，提供氢气体混合物至硅垸气体。可以约0.5sccm/L和约7sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体。可以约5sccm/L和约 60sccm/L之间的流动速率提供氢气体。可提供约15miliWatts/cm2和约 250miliWatts/cn^之间的RF功率至喷头。腔压力保持在约0.1托和20托 之间，优选地在约0.5托和约5托之间。本征型非晶硅层的沉积速率可为约 100A/min或更大。沉积n型非晶硅层的某个实施例，例如图2的硅层125，包括以约20:1 或更少的比率，提供氢气体至硅垸气体。可以约lsccm/L和约10sccm/L之间 的流动速率提供硅烷气体。可以约4sccm/L和约50sccm/L之间的流动速率提 供氢气体。可以约0.0005sccm/L和约0.0075sccm/L之间的流动速率提供磷化 氢。换句话说，如果承载气体中0.5%的摩尔浓度或体浓度提供磷化氢，那么 可以约O.lsccm/L和约1.5sccm/L之间的流动速率提供杂质/承载气体混合 物。可提供约15miliWatts/cm2和约250miliWatts/cm2之间的RF功率至喷 头。腔压力保持在约0.1托和20托之间，优选地在约0.5托和约4托之间。 n型非晶硅缓冲层的沉积速率可为约200A/min或更大。沉积n型微晶硅层的某个实施例，例如图1、图2或图3的硅层126， 可包括以约100:1或更大的比率，提供氢气气体混合物至硅烷气体。可以约 O.lsccm/L和约0.8sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体。可以约30sccm/L 和约250sccm/L之间的流动速率提供氢气体。可以约0.0005sccm/L和约 0.004sccm/L之间的流动速率提供磷化氢。换句话说，如果承载气体中0.5% 的摩尔浓度或体浓度提供磷化氢，那么可以约O.lsccm/L和约0.8sccm/L之间 的流动速率提供杂质/承载气体混合物。可提供约100miliWatts/cm2和约 卯OmiliWatts/cn^之间的RF功率至喷头。腔压力保持在约1托和约100托 之间，优选地在约3托和约20托之间，更优选地在约4托和约12托之间。 n型微晶硅层的沉积速率可为约50A/min或更大。n型微晶硅接触层具有约 20百分比和80百分比之间的晶体结构，优选地在50百分比和70百分比之 间。沉积p型微晶硅层的某个实施例，例如图1、图2或图3的硅层132， 可包括以约200:1或更大的比率，提供氢气气体混合物至硅烷气体。可以约 O.lsccm/L和约0.8sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体。可以约60sccm/L 和约500sccm/L之间的流动速率提供氢气体。可以约0.0002sccm/L和约0.0016sccm/L之间的流动速率提供三甲基硼。换句话说，如果承载气体中 0.5%的摩尔浓度或体浓度提供三甲基硼，那么可以约0.04sccm/L和约 0.32sccm/L之间的流动速率提供杂质/承载气体混合物。可提供约 50miliWatts/cm2和约700miliWatts/cm2之间的RF功率至喷头。腔压力保 持在约1托和约IOO托之间，优选地在约3托和约20托之间，更优选地在 约4托和约12托之间。p型微晶硅层的沉积速率可为约10A/min或更大。p 型微晶硅接触层具有约20百分比和80百分比之间的晶体结构，优选地在50 百分比和70百分比之间。沉积本征型微晶硅层的某个实施例，例如图1、图2或图3的硅层134， 可包括以约1:20和1:200之间的比率，提供硅烷气气体混合物至氢气体。可 以约0.5sccm/L和约5sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体。可以约40sccm/L 和约400sccm/L之间的流动速率提供氢气体。在某个实施例中，在沉积过程 中，硅烷流动速率从第一流动速率上升蔓延至第二流动速率。在某个实施例 中，在沉积过程中，氢流动速率从第一流动速率下降蔓延至第二流动速率。 可提供约300miliWatts/cn^或更大，优选地600miliWatts/cm2或更大的RF功 率至喷头。在某个实施例中，在沉积过程中，功率密度从第一功率密度下降 蔓延至第二功率密度。腔压力保持在约1托和约100托之间，优选地在约3 托和约20托之间，更优选地在约4托和约12托之间。本征型微晶硅层的沉 积速率可为约200A/min或更大，优选为500A/min。在2006年6月23日提 出的名称"用于光电器件的沉积微晶硅膜的方法和设备"的美国专利申请 11/426,127中公开了沉积微晶本征层的方法和设备，与本公开不矛盾的范围 内，他们的全部都并入作为参考。本征型微晶硅层具有约20百分比和80百 分比之间的晶体结构，优选地在55百分比和75百分比之间。令人惊讶地发 现，具有约70%或以下的晶体结构的微晶硅本征层提供增大的开放电路电压 并且导致更高的电池效率。沉积n型非晶硅层的某个实施例，例如图1、图2或图3的硅层136， 可包括以第一硅烷流动速率沉积可选择第一 n型非晶硅层，和以比第一硅垸 流动速率低的第二硅烷流动速率在第一 n型非晶硅层上沉积第二 n型非晶硅 层。第一可选择的n型非晶硅层可包括以约20:1或更小的比率提供氢气气体 混合物至硅烷气体。可以约lsccm/L和约10sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体。可以约4sccm/L和约40sccm/L之间的流动速率提供氢气体。可以约 0.0005sccmTL和约0.0075sccm/L之间的流动速率提供磷化氢。换句话说，如 果承载气体中0.5%的摩尔浓度或体浓度提供磷化氢，那么可以约O.lsccm/L 和约1.5sccm/L之间的流动速率提供杂质/承载气体混合物。可提供约 25miliWatts/cm2和约250miliWatts/cm2之间的RF功率至喷头。腔压力保持 在约0.1托和约20托之间，优选地在约0.5托和约4托之间。n型非晶硅层 的沉积速率可为约200A/min或更大。第二 n型非晶硅层可包括以约20:1或 更小的比率提供氢气气体混合物至硅垸气体。可以约O.lsccm/L和约lsccm/L 之间的流动速率提供硅烷气体。可以约lsccm/L和约10sccm/L之间的流动速 率提供氢气体。可以约0.01sccm/L和约0.075sccm/L之间的流动速率提供磷 化氢。换句话说，如果承载气体中0.5%的摩尔浓度或体浓度提供磷化氢，那 么可以约2sccm/L和约15sccm/L之间的流动速率提供杂质/承载气体混合物。 可提供约25miliWatts/cm2和约250miliWatts/cm2之间的RF功率至喷头。 腔压力保持在约0.1托和约20托之间，优选地在约0.5托和约4托之间。n 型非晶硅层的沉积速率可为约100A/min或更大。第二 n型非晶硅层是重掺 杂的，并且具有约500欧姆-厘米或以下的电阻率。相信的是，重n型掺杂非 晶硅提供与TCO层的改进欧姆接触，例如层TCO层140。因此，电池效率 改进了。可选择第一n型非晶硅用以提高整个非晶硅层的沉积速率。可以理 解，可在没有可选择第一n型非晶硅的情况下形成n型非晶硅层，并且首先， n型非晶硅层可由重掺杂第二 n型非晶层形成。图5是具有多个处理腔531-537的处理系统500的一个实施的顶示意性 视图，例如图4中的PECVD腔腔400或其他可沉积硅膜的适合的腔。处理 系统500包括耦合到负载锁腔510的传送腔520和处理腔531-537。负载锁 腔510允许在系统外的周围环境与传送腔520和处理腔531-537之内的真空 环境之间传送衬底。负载锁腔510包括一个或多个支撑一个或多个衬底的排 空区域。在将衬底放入系统500中的过程中排空区域抽气，并且在将衬底从 系统500拿出的过程中排空区域排放。传送腔520至少具有一个设置在那里 的真空自动机522，适合在负载锁腔510和处理腔531-537之间传送衬底。 图5中示出七个处理腔；然而，系统具有任何适合数目的处理腔。在发明的某个实施例中，配置一个系统500以沉积包含多结太阳能电池的本征型非晶硅层的第一 p-i-n结，例如图1 、图2或图3的第一 p-i-n结120。 当配置剩余处理腔531-537的每个以沉积本征型非晶硅层和n型硅层时，配 置处理腔531-537中的一个以沉积第一 p-i-n结的p型硅层。第一 p-i-n结的 本征型非晶硅层和n型硅层可在相同腔中沉积而在沉积步骤之间不需要任何 钝化工艺。因此，衬底通过负载锁腔510进入，通过真空自动机传送到配置 以沉积p型硅层的专用处理腔中，通过真空自动机传送到配置以沉积本征型 硅层和n型硅层的剩余处理腔中，以及通过真空自动机传送回负载锁腔510 中。在某个实施例中，用处理腔处理衬底以形成p型硅层的时间，比在单个 腔中形成本征型非晶硅层和n型硅层的时间快大约4或更多倍，优选地快6 或更多倍。因此，在沉积第一p-i-n结的系统的某个实施例中，p腔与i/n腔 的比率为l:4或更大，优选l:6或更大。包括提供处理腔等离子体清洁时间 的系统生产量约为10衬底/小时或更多，优选20衬底/小时或更多。
在发明的某个实施例中，配置一个系统500以沉积包含多结太阳能电池 的本征型微晶硅层的第二 p-i-n结，例如图1、图2或图3的第二 p-i-n结130。 当配置剩余处理腔531-537的每个以沉积本征型微非晶硅层和n型硅层时， 配置处理腔531-537中的一个以沉积第一 p-i-n结的p型硅层。第二 p-i-n结 的本征型微晶硅层和n型硅层可在相同腔中沉积而在沉积步骤之间不需要任 何钝化工艺。在某个实施例中，用处理腔处理衬底以形成p型硅层的时间， 比在单个腔中形成本征型非晶硅层和n型硅层的时间快大约4或更多倍。因 此，在沉积第二p-i-n结的系统的某个实施例中，p腔与i/n腔的比率为1:4 或更大，优选1:6或更大。包括提供处理腔等离子体清洁时间的系统生产量 约为3衬底/小时或更多，优选5衬底/小时或更多。在某个实施例中，由于本征微晶硅层比本征非晶硅层厚，系统500的用 于沉积包含本征型非晶硅层的第一 p-i-n结的生产量，是系统500的用于沉 积包含本征型微晶硅层的第二 p-i-n结的生产量的近似2倍或更多。因此， 适合沉积包含本征型非晶硅层的第一 p-i-n结的单个系统500，可与两个或更 多的适合沉积包含本征型微晶硅层的第二 p-i-n结的系统500相配。 一旦在 一个系统中第一 p-i-n结形成在一个衬底上，该衬底暴露在周围环境中(也 就是，真空破裂)并且传送至第二系统。在沉积第一 p-i-n结和第二 p-i-n结 的第一系统间的衬底湿或干清洁，是不需要的。示例除非明确地在权利要求中阐述，于此公开的示例本质上是示意性的，并 且不意味这限于发明范围。在AKT 4300 PECVD系统中处理具有4,320cm2表面积的衬底，可用来 自加利福尼亚圣克拉拉的AKT America Inc.的，具有130公升的内部腔容积。 在PECVD系统的第一腔中沉积层1。在PECVD系统的第二腔中沉积层2-4。 在PECVD系统的第三腔中沉积层5。在PECVD系统的第四腔中沉积层6-11。 在沉积层1-11的过程中，设置间距550密耳并且设置衬底温度微20(TC。在 图6中设置沉积参数以形成串联式p-i-n结太阳能电池。在氢承载气体中以 0.5%混合物提供磷化氢。在氢承载气体中以0.5%混合物提供三甲基硼。图6 中氢气流动速率示出了与掺杂承载气体分开的氢气体流动速率。太阳能电池 具有图7中阐述的下列特性。由于前面的表述把精力放在本发明的实施例上，可在不脱离它的基本范 围的情况下设计发明的其他的和进一步的实施例，并且它的范围由跟随的权 利要求定义。例如，图4中的处理腔以水平位置示出。可以理解的是，在发 明的其他实施例中，处理腔可处于任何非水平位置，例如垂直的。例如，已 经表述了关于图5中多处理腔簇工具的发明实施例。可以理解的是，发明实 施例还可在并行系统和桥接并行簇系统中实现。例如，已经表述了关于配置 以形成第一p-i-n结和第二p-i-n结的第一系统的发明实施例。可以理解的是， 在发明的其他实施例中，第一 p-i-n结和第二 p-i-n结可在单个系统中形成。 例如，已经表述了关于适合沉积本征型层和n型层的处理腔的发明实施例。 可以理解的是，在发明的其他实施例中，分开的腔适合沉积本征型层和n型 层。可以理解的是，在发明的其他实施例中，处理腔适合沉积p型层和本征 型层。
权利要求
1、一种在衬底上形成薄膜多结太阳能电池的方法，包括形成第一p-i-n结，包括形成p型非晶硅层；在该p型非晶硅层上形成本征型非晶硅层；及在该本征型非晶硅层上形成n型微晶硅层；以及在该第一p-i-n结上形成第二p-i-n结，包括形成p型微晶硅层；在该p型微晶硅层上形成本征型微晶硅层；及在该本征型微晶硅层上形成n型非晶硅层。
2、 权利要求l所述的方法，其特征在于，形成该第一 p-i-n结进一步包 括在该本征型非晶硅层和该n型微晶硅层之间形成n型非晶缓冲层。
3、 权利要求l所述的方法，其特征在于，该第一 p-i-n结形成在氧化锌 透明导电氧化物层上。
4、 权利要求3所述的方法，其特征在于，该第一 p-i-n结进一步包括在 该氧化锌透明导电氧化物层和该p型非晶硅层之间形成的p型微晶接触层。
5、 权利要求l所述的方法，其特征在于，该第一 p-i-n结的该p型非晶 硅层形成约60A至约300A之间的厚度;该第一 p-i-n结的该本征型非晶硅层 形成约1500A至约3500A之间的厚度；以及该第一 p-i-n结的该n型微晶硅 层形成约IOOA至约400A之间的厚度。
6、 权利要求l所述的方法，其特征在于，该第二 p-i-n结的该p型微晶 硅层形成约IOOA至约400A之间的厚度；该第二 p-i-n结的该本征型lt晶硅 层形成约IO，OOOA至约30，000A之间的厚度；以及该n型非晶硅层形成约 100A至约500A之间的厚度。
7、 权利要求2所述的方法，其特征在于，该n型非晶硅缓冲层形成约 10A至约200A之间的厚度。
8、 权利要求4所述的方法，其特征在于，该p型微晶硅接触层形成约 60A至约300A之间的厚度。
9、 权利要求1所述的方法，其特征在于，在包含一个第一处理腔和第二处理腔的第一处理系统中形成该第一 p-i-n结。
10、 权利要求9所述的方法，其特征在于，在该第一处理系统的该第一 处理腔中形成该第一 p-i-n结的该p型非晶硅层，以及在该第一处理系统的 该第二处理腔中形成该本征型非晶硅层和该n型微晶硅层。
11、 权利要求10所述的方法，其特征在于，形成该第一 p-i-n结进一步 包括在该第一系统的该第二处理腔中，于该本征型非晶硅层和该n型微晶硅 层之间形成n型非晶硅缓冲层。
12、 权利要求10所述的方法，其特征在于，形成该第一 p-i-n结进一步 包括在该第一系统的该第一处理腔中，于形成该p型非晶硅层之前形成p型 微晶接触层。
13、权利要求9所述的方法，其特征在于，在包含第一处理腔和第二处 理腔的第二处理系统中形成该第二 p-i-n结。
14、 权利要求13所述的方法，其特征在于，在该第二处理系统的该第 一处理腔中形成该第一 p-i-n结的该p型微晶硅层，并且在该第二处理系统 的该第二腔中形成该第二 p-i-n结的该本征型微晶硅层和该n型非晶硅层。
15、 权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一 p-i-n结的该n型微 晶硅层和该第二 p-i-n结的该p型微晶硅层具有充分导电性以作为该第一 p-i-n结和该第二 p-i-n结之间的该隧穿层。
16、 权利要求1所述的方法，其特征在于，该第二 p-i-n结的该n型非 晶硅层包括重掺杂n型非晶硅层。
17、 权利要求16所述的方法，其特征在于，该重掺杂n型非晶硅层具 有约500欧姆-厘米或以下的电阻率。
18、 权利要求1所述的方法，其特征在于，该衬底暴露在该第一 p-i-n 结和该第二p-i-n结结构之间的周围环境中。
19、 权利要求l所述的方法，其特征在于，该p型非晶硅层为p型非晶硅-碳层o
20、 一种用以形成薄膜多结太阳能电池的设备，包括用以形成第一p-i-n结的至少一个第一系统，包括 用以沉积p型非晶硅层的单个p腔；及 均用以沉积本征型非晶硅层和n型微晶硅层的多个i/n腔；用以在该第一p-i-n结上形成第二 p-i-n结的至少一个第二系统，包括 用以沉积p型微晶硅层的单个p腔，均用以沉积本征型微晶硅层和n型非晶硅层的多个i/n腔。
21、 权利要求20的设备，其特征在于，进一步设置该第一系统的该i/n 腔以沉积n型非晶硅层。
22、 权利要求20的设备，其特征在于，进一步设置该第一系统的该p 腔以沉积p型微晶接触层。
23、 权利要求20的设备，其特征在于，该第一系统中的p腔与i/n腔的 比率为1:4或更大。
24、 权利要求20的设备，其特征在于，该第二系统中的p腔与i/n腔的 比率为1:4或更大。
25、 权利要求20的设备，其特征在于，第一系统与第二系统的比率为 1:2或更大。
26、 权利要求20的设备，其特征在于，由该第一系统的该单个p腔沉 积的p型非晶硅层为p型非晶硅-碳层。
27、 一种在衬底上形成薄膜多结太阳能电池的方法，包括以约lsccm/L至约10sccm/L之间的流动速率提供硅垸气体，以约 5sccm/L至约60sccm/L之间的流动速率提供氢气体，以约0.005sccm/L至约 0.05sccm/L之间的流动速率提供p型杂质，以及提供15miliWatts/cm2至约 200miliWatts/cr^之间的RF功率以形成p型非晶硅层；以约0.5sccm/L至约7sccm/L之间的流动速率提供硅垸气体，以约 5sccm/L至约60sccm/L之间的流动速率提供氢气体，以及提供 15miliWatts/cr^和约250miliWatts/cm2之间的RF功率以形成本征型非晶硅 层；以约O.lsccm/L至约0.8sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体，以约 30sccm/L至约250sccm/L之间的流动速率提供氢气体，以约0.0005sccm/L至 约0.004sccm/L之间的流动速率提供n型杂质，以及提供约1 OOmiliWatts/cm2 至约900miliWatts/ctr^之间的RF功率以形成n型微晶硅层；以O.lsccm/L至约0.8sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体，以60sccm/L 至约500sccm/L之间的流动速率提供氢气体，以0.0002sccm/L至约0.0016sccm/L之间的流动速率提供p型杂质，以及提供50miliWatts/cm2至约 700mmWatts/cn^之间的RF功率以形成p型微晶硅层；以0.5sccm/L至约5sccm/L之间的流动速率提供硅烷气体，以40sccm/L 至约400sccm之间的流动速率提供氢气体，以及提供约300miliWatts/cn^或 更多的RF功率以形成本征型微晶硅层；以及以约O.lsccm/L至约lsccm/L之间的流动速率提供硅烷气体，以约 lsccm/L至约10sccm/L之间的流动速率提供氢气体，以0.01sccm/L至约 0.075sccm/L之间的流动速率提供n型杂质以形成n型非晶硅层。
28、 权利要求27所述的方法，进一步包括以约O.lsccm/L至约0.8sccm/L 之间的流动速率提供硅烷气体，以约60sccm/L至约500sccm/L之间的流动速 率提供氢气体，以约0.0002sccm/L至约0.0016sccm/L之间的流动速率提供p 型杂质，以及提供约50miliWatts/cn^至约700miliWatts/cn^之间的RF功率 以形成p型微晶硅接触层。
29、 权利要求27所述的方法，进一步包括以lsccm/L至约10sccm/L之 间的流动速率提供硅烷气体，以4sccm/L至约50sccm/L之间的流动速率提供 氢气体，以约0.0005sccm/L至约0.0075sccm/L之间的流动速率提供n型杂质， 以及提供约15miliWatts/cm2至约250miliWatts/cm2之间的RF功率以形成n 型非晶硅层。
30、 权利要求27所述的方法，其特征在于，通过以约lsccm/L至约 15sccm/L之间，提供包含碳化合物，进一步形成p型非晶硅层。
全文摘要
本发明实施例一般地涉及太阳能电池及其形成方法和设备。更特别地，本发明实施例涉及薄膜多结太阳能电池及其形成方法和设备。该方法包括形成第一p-i-n结，包括形成p型非晶硅层；在该p型非晶硅层上形成本征型非晶硅层；及在该本征型非晶硅层上形成n型微晶硅层；以及在该第一p-i-n结上形成第二p-i-n结，包括形成p型微晶硅层；在该p型微晶硅层上形成本征型微晶硅层；及在该本征型微晶硅层上形成n型非晶硅层。
文档编号H01L31/075GK101226967SQ20071016535
公开日2008年7月23日 申请日期2007年10月26日 优先权日2007年1月18日
发明者崔寿永, 盛殊然, 蔡容基 申请人:应用材料股份有限公司