Nip-nip薄膜光伏结构的制作方法

专利名称：Nip-nip薄膜光伏结构的制作方法
技术领域：
本发明的实施例大体上涉及一种光伏结构以及形成该光伏结构的方法与设备。更 具体地，本发明的实施例涉及一种薄膜多结光伏结构以及形成该光伏结构的方法与设备。
背景技术：
光伏(PV)结构是使太阳光转化为直流(DC)电功率的器件。PV结构可以是每个结 都具有P掺杂区、本征区和η掺杂区的单结或者多结。在单结PV结构中，只有能量等于或大于电池材料的带隙的光子被吸收并转化为 电能。低能量的光子不被利用；因此单结电池相对地效率较低。由于存在更多的PIN结来 吸收光子，多结电池更有效率。通常的薄膜多结PV结构为PIN-PIN。在PIN-PIN制造工艺中，通常沉积有源吸收 硅层到玻璃基板上。因此，PIN-PIN PV结构制造通过激光划片(Iaserscribing)技术实现 了在单个PV模块中的各个单独电池的简化、制造和互连。然而，在某些行业中，钢化玻璃(tempered glass)的上表面(面对太阳的表面) 通常优选用于PV面板的保护。由于PIN-PIN工艺要求基板材料作为暴露于太阳的表面，这 增加了 PIN-PIN PV结构制造的复杂度和成本，并且制造钢化玻璃使其达到薄膜沉积工艺所 需的平整度水平是非常困难的。另外，不能在回火工艺(tempering process)之后切割钢 化玻璃，这妨碍了制造大的PV面板以及随后将这些面板切割成特定用途所需的较小尺寸。 因此，如果需要PIN-PIN PV面板的钢化玻璃保护，则必须在沉积工艺之后将钢化玻璃片加 到基板的表面。此外，PIN-PIN工艺需要高纯度(低铁)玻璃基板的使用，这是因为基板必须允许 太阳光谱的所有波长(特别是短波长)的高透过，以尽可能地提高多结PV结构的效率。因此，存在对改进的薄膜多结PV结构以及在制造厂环境中形成该PV结构的方法 与设备的需求。

发明内容
本发明大体上包括薄膜多结PV结构以及形成该PV结构的方法与设备。特别地， 本发明包括改进的NIP-NIP结构以及形成该NIP-NIP结构的方法与设备。在一实施例中，一种形成薄膜多结光伏结构的方法包括选择半透明或透明基板， 在所述基板上方形成第一透明导电氧化物层，在所述第一透明导电氧化物层上方形成第一 NIP结，在所述第一 NIP结上方形成第二 NIP结，在所述第二 NIP结上方形成第二透明导电 氧化物层，在所述第二透明导电氧化物层上方施加顶部封装层，以及在所述基板下方形成 反射层。形成所述第一 NIP结包括形成η型硅层，在所述η型硅层上方形成本征型微晶硅 层，以及在所述本征型微晶硅层上方形成P型硅层。形成所述第二 NIP结包括形成η型硅 层，在所述η型硅层上方形成本征型非晶硅层，以及在所述本征型非晶硅层上方形成ρ型硅 层。
在一实施例中，一种薄膜多结光伏结构包括半透明或透明基板，形成在所述基板 上方的第一透明导电氧化物层，形成在所述第一透明导电氧化物层上方的第一 NIP结，形 成在所述第一 NIP结上方的第二 NIP结，形成在所述第二 NIP结上方的第二透明导电氧化 物层，在所述第二透明导电氧化物层上方施加的顶部封装层，以及形成在所述基板下方的 反射层。所述第一 NIP结包括m型硅层，形成在所述η型硅层上方的本征型微晶硅层，以 及形成在所述本征型微晶硅层上方的P型硅层。所述第二 NIP结包括η型硅层，形成在所 述η型硅层上方的本征型非晶硅层，以及形成在所述本征型非晶硅层上方的ρ型硅层。在一实施例中，一种形成薄膜多结光伏结构的方法包括选择半透明或透明基板， 在所述基板上方形成第一透明导电氧化物层，进行透过所述基板的第一激光划片处理，其 中所述第一透明导电氧化物层的窄条被融化，在所述第一透明导电氧化物层上方形成第一 NIP结，在所述第一NIP结上方形成第二NIP结，进行透过所述基板的第二激光划片处理，其 中所述第一和第二 NIP结的第一窄条被融化，在所述第二 NIP结上方形成第二透明导电氧 化物层，进行透过所述基板的第三激光划片处理，其中所述第一和第二 NIP结的第二窄条 被融化，覆盖所述第一和第二 NIP结的第二窄条的第二透明导电氧化物层的窄条被移除， 在所述第二透明导电氧化物层上方施加顶部封装层，以及在所述基板下方形成反射层。形 成所述第一 NIP结包括形成η型硅层，在所述η型硅层上方形成本征型微晶硅层，以及在 所述本征型微晶硅层上方形成P型硅层。形成所述第二NIP结包括形成η型硅层，在所述 η型硅层上方形成本征型非晶硅层，以及在所述本征型非晶硅层上方形成P型硅层。在一实施例中，一种用于形成薄膜多结光伏结构的设备包括形成第一NIP结的 第一系统，以及在所述第一 NIP结上方形成第二 NIP结的第二系统。所述第一系统包括沉 积η型硅层的η-腔室以及沉积ρ型硅层的ρ-腔室。所述第二系统包括沉积η型硅层的 η-腔室以及沉积ρ型硅层的P-腔室。在一实施例中，一种用于形成薄膜多结光伏结构的设备包括形成第一 NIP结的 第一系统，以及在所述第一 NIP结上方形成第二 NIP结的第二系统。所述第一系统包括沉 积η型硅层、本征型微晶硅层和ρ型硅层的腔室。所述第二系统包括沉积η型硅层、本征型 非晶硅层和P型硅层的腔室。


参看其中的一些在附图中示出的实施例，可获得能够具体地理解本发明的上述特 征的方式、即对上文所简要概括的本发明的更具体的描述。然而应当注意到，附图仅示出了 本发明的典型实施例，由于本发明还允许其它等同效果的实施例，因此附图并不被认为是 对发明范围的限制。图1是朝向光或太阳辐射的多结PV结构的特定实施例的示意图。图2是还包括η型非晶硅缓冲层的图1的多结PV结构的示意图。图3是还包括ρ型微晶硅接触层的图1的多结PV结构的示意图。图4是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室的一实施例的简要截面图，在该 PECVD腔室中可以沉积PV结构的一或多层薄膜。图5是具有多个处理腔室的处理系统的一实施例的简要俯视图。
具体实施例方式
本发明大体上包括薄膜多结PV结构以及形成该PV结构的方法与设备。具体地，本发明包括改进的NIP-NIP结构以及形成该NIP-NIP结构的方法与设备。
NIP-NIP结构涉及比PIN-PIN结构困难的制造工艺，然而NIP-NIP结构具有以更高 的沉积速率实现更高的转换效率的可能性，实现了比PIN-PIN结构低的每瓦特成本。在现有的NIP-NIP PV制造中，利用金属基板或涂覆金属的基板来形成背电接触和 提供提高PV模块的光俘获效率所需的背反射面。在该金属面上沉积有源吸收硅层，这造成 了在不损害电池性能的前提下，将面板分成互连的多个电池的困难。本发明的某些实施例是NIP-NIP PV结构，这些实施例能够在不损害电池性能的前 提下，利用更简单的PIN-PIN激光划片制造工艺来将结构分为互连的多个电池。这是通过 分离背电接触和背反射层的功能来实现。在本发明的实施例中，背接触功能由透明导电氧化物(TCO)层提供，该TCO层在 PIN-PIN器件结构中执行前接触(front contact)TCO层的功能。背反射功能由单独的反射 涂层提供，在执行激光划片工艺之后涂覆该涂层到基板。图1是朝向光或太阳辐射101的多结PV结构100的实施例的示意图。PV结构100 包括半透明或透明基板102，例如玻璃基板、聚合物基板或其它合适的基板，在基板上方形 成了一些薄膜。在本实施例中，基板102可以是比相应的PIN-PIN结构所需的基板纯度低、 价格便宜的基板，例如标准的廉价玻璃基板。这是因为在NIP-NIP结构中，光并不通过基板 102进入器件，于是太阳光谱的较短波长的光没有必要透过基板102。与此相反，光必须通 过玻璃基板进入PIN-PIN结构；因此基板必须是高纯度、低铁的玻璃，以让太阳光谱的较短 波长的光能够透过。PV结构100还包括形成在基板102上方的第一透明导电氧化物(TCO)层110、形成 在第一 TCO层110上方的第一 NIP结120、形成在第一 NIP结120上方的第二 NIP结130、 形成在第二 NIP结130上方的第二 TCO层140、形成在第二 TCO层140上方的顶部封装层 (top encapsulation layer) 150以及在与第一 TCO层110相对的一侧形成在基板102下方 的反射层160。顶部封装层150可以包括诸如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的光学聚合树脂。另外，可 以在切割PV结构100为适当的尺寸之前或之后，附加保护层170至顶部封装层150。保护 层170可以是高纯度、低铁的玻璃，如果需要可以是钢化玻璃。反射层160可以包括Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt及其合金或其组合。或者，反射层 160可以包括诸如白色或银色反射涂层的其它反射材料。此外，保护涂层180可以形成在反 射层160下方。第一 TCO层110和第二 TCO层140各自都可以包括氧化锡、氧化锌、氧化铟锌、锡 酸镉及其组合或者其它合适材料。TCO材料还可以包括额外的掺杂物或成份。例如，氧化锌 可以另外包括诸如铝、镓、硼的掺杂物以及其它合适的掺杂物。氧化锌优选包含5%或更低 的掺杂原子百分比，更优选包含2. 5%或更低的铝原子百分比。此外，在特定实例中，可由玻 璃制造商提供已经含有了第一 TCO层110的基板102。第一 NIP结120可以包括形成在第一 TCO层110上方的η型微晶或非晶硅层122、 形成在η型微晶或非晶硅层122上方的本征型微晶硅层124以及形成在本征型微晶硅层124上方的ρ型微晶或非晶硅层126。在一些特定实施例中，可以形成η型微晶或非晶硅层 122的厚度为约100 A至约400 Α。在一些特定实施例中，可以形成本征型微晶硅层124的厚 度为约10，000 A至约30，000 Α。在一些特定实施例中，可以形成P型微晶或非晶硅层126的 厚度为约100 A至约400 Ao
第二 NIP结130可以包括形成在ρ型微晶或非晶硅层126上方的η型微晶或非晶 硅层132、形成在η型微晶或非晶硅层132上方的本征型非晶硅层134以及形成在本征型 非晶硅层134上方的ρ型非晶硅层136。在一些特定实施例中，可以形成η型微晶或非晶 硅层132的厚度为约100 A至约400 Α。在一些特定实施例中，可以形成本征型非晶硅层134 的厚度为约1，500 A至约3，500 Α。在一些特定实施例中，可以形成P型非晶硅层的厚度为 约60 A至约300 Α。太阳辐射101被NIP结130、120的本征层吸收并转化为电子-空穴对。在P型层 与η型层之间产生的、跨越本征层延展的电场使电子流向η型层并使空穴流向ρ型层，从而 产生电流。第二 NIP结130包括本征型非晶硅层134，第一 NIP结120包括本征型微晶硅层 124。由于非晶硅具有比微晶硅大的带隙，所以将这些本征层堆叠为使得太阳辐射101首先 照到本征型非晶硅层134，随后照到本征型微晶硅层124。没有被第二 NIP结130吸收的太 阳辐射继续照到第一 NIP结120上。因此，由于多结PV结构俘获了更多的太阳辐射光谱， 所以多结PV结构100比相应的单结更有效率。为了改善光的吸收，可以在沉积反射层160到基板102上之前，在与反射层160相 邻的侧面上，通过湿法、等离子体、离子和/或机械处理来粗糙化基板102。为了进一步改善 光的吸收，还可以粗糙化第二 TCO层140的与第二 NIP结130相对的侧面。一方面，多结PV电池10不需要在第二 NIP结130与第一 NIP结120之间的额外 的导电隧道，这是因为第二 NIP结130的η型微晶硅层132与第一 NIP结120的ρ型微晶 硅层126具有足够的导电性来提供隧道结，以允许电子从第二 NIP结130流至第一 NIP结 120。此外，第二 NIP结130的非晶硅层更加耐氧的腐蚀，例如空气中的氧气，所以可以 提供提高的电池效率。氧可以腐蚀硅膜并形成杂质，这降低了薄膜让电子/空穴传输通过 的能力。然而，由于在制造时微晶层形成在非晶硅层下面，所以可以提供改善了的晶界控 制，从而可以提高氧污染的控制。另外，由于在高沉积速率下可以生产出高质量的微晶膜从而降低成本，因此在微 晶膜的沉积期间需要高的射频(RF)功率。然而，如果在多层硅沉积顺序中在错误的时间出 现过热，则高功率可能导致基板温度过高并降低PV结构的能量转换效率。本发明的实施例 允许给生长厚微晶硅层的沉积工艺施加高功率，而不会造成在本征微晶硅层124之后沉积 的关键的硼掺杂(P型)层的过热。图2是还包括η型非晶硅缓冲层133的图1的多结PV电池100的示意图，η型非 晶硅缓冲层133形成在η型微晶硅层132和本征型非晶硅层134之间。在一些特定实施例 中，可以形成η型非晶硅缓冲层133的厚度为约10 A至约200 Α。η型非晶硅缓冲层133可 以帮助减轻出现在本征型非晶硅层134与η型微晶硅层132之间的带隙偏移。因此，由于 增强的电流收集，可以改善电池效率。图3是还包括ρ型微晶硅接触层138的图1的多结PV电池100的示意图，ρ型微晶硅接触层138形成在第二 TCO层140与ρ型非晶硅层136之间。在一些特定实施例中， 可以形成P型微晶硅接触层138的厚度为60 A至约300 Ao P型微晶硅接触层138可以帮 助实现与TCO层的低阻接触。因此，由于提高了本征型非晶硅层134与第二 TCO层140之 间的电流，可以改善电池效率。另外，图3的多结PV电池100还可包括如图2中所描述的 形成在本征型非晶硅层134与η型微晶半导体层132之间的η型非晶硅缓冲层133。在本发明的实施例中，可以利用与用于产生和互连多结PIN电池的技术类似的激 光划片技术，以在单个PV模块中产生和互连各个单独的多结NIP电池。此外，与沉积到金 属基板上的现有技术的NIP结构不同，在本发明的实施例中，由于本发明的实施例分离了 背电接触(110)和背反射层(160)的功能，所以可以在沉积反射层160之前，透过基板102 进行激光划片。如图1-3中所示出，首先沉积第一 TCO层110到基板102上。然后，在形成第一沟糟Pl期间，可用例如约1064nm的长波长激光透过基板102融化TCO层110。然后，沉积第 一 NIP结120，在第一 NIP结120沉积之后沉积第二 NIP结130。然后，可用例如约532nm 的短波长激光透过基板P2形成第二沟糟P2。然后沉积第二 TCO层140。随后，用例如约 532nm的短波长激光形成第三沟糟P3。图4是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室400的一实施例的示意截面图， 在该PECVD腔室中可以沉积诸如图1-3中所示的PV结构100的PV电池的一或多层膜。一 种合适的等离子体增强化学气相沉积腔室可从位于加州圣塔克拉拉市的应用材料公司获 得。应当理解，可以利用其它沉积腔室、包括来自其它制造商的沉积腔室来实施本发明。腔室400 —般包括室壁402、底部404、喷头410和基板支撑件430，这些累积地限 定了工艺容积406。通过阀门408可以进入工艺容积，从而运送诸如基板102的基板进出腔 室400。基板支撑件430包括用于支撑基板的基板接收面432和连接到举升系统436以上 升和下降基板支撑件430的导杆434。可选用地，遮蔽件433位于基板102边缘的上方。举 升销438可移动地穿过基板支撑件430设置以将基板移向以及移离基板接收面432。基板 支撑件430还可包括加热和/或冷却部件439以使基板支撑件430保持在所需温度。基板 支撑件430还可包括接地装置431以提供在基板支撑件430边缘的RF接地。接地装置的 例子在2000年2月15日授权给Law等人的美国专利6，024，044以及2006年12月20日 递交的Park等人的美国专利申请11/613，934中公开，在与本公开一致的程度上援引这两 份专利的全部内容作为参考。由悬架414在喷头410的边缘将喷头410连接到背板412。喷头410还可由一或 多个中央支撑体416连接到背板以帮助防止喷头410的下凹和/或控制喷头410的直度/ 曲度。气源420连接到背板412，以通过背板412和通过喷头410提供气体至基板接收面 432。真空泵409连接到腔室400，以将工艺容积406控制在所需的压力。RF功率源422连 接到背板412和/或喷头410，以提供RF功率给喷头410，由此在喷头和基板支撑件之间 产生电场，从而在喷头410和基板支撑件430之间由气体生成等离子体。可以利用多种RF 频率，例如约0. 3MHz至约200MHz的频率。在一实施例中，以13. 56MHz的频率提供RF功率 源。喷头的例子在以下专利文件中公开2002年11月12日授权给White等人的美国专利 6，477，980、2006年11月17日公开的Choi等人的美国专利公开2005/0251990以及2006 年3月23日公开的Keller等人的美国专利公开2006/0060138，在与本公开一致的程度上援弓I这些专利的全部内容作为参考。还可在气源与背板之间连接远程等离子体源424，例如电感耦合远程等离子体源。在处理基板之间，可将清洁气体提供给远程等离子体源424，以生成远程等离子体并用该远 程等离子体来清洁腔室部件。还可由提供给喷头的RF功率源422来激发清洁气体。适合 的清洁气体包括NF3、F2和SF6，但并不限制于这些气体。远程等离子体源的例子在1998年 8月4日授权给Shang等人的美国专利5，788，778中公开，在与本公开一致的程度上援引该 专利作为参看。用于一或多层硅层、例如图1-3中的PV结构的一或多层硅层的沉积方法可以包括 在图4的处理腔室或其它合适腔室中的如下沉积参数。将具有10，OOOcm2或10，OOOcm2以 上、优选具有40，OOOcm2或40，OOOcm2以上、更优选具有55，OOOcm2或55，OOOcm2以上表面积 的基板提供至腔室。在处理之后，切割基板以形成较小的PV电池。在一实施例中，可将加热和/或冷却部件439设定为在沉积时提供约400°C或更低 的基板支撑件温度，最好是提供约100°C至约300°C的温度，例如约200°C的温度。在沉积时，放置在基板接收面432上的基板的上表面与喷头410之间的距离可以 在约400mils与约1，200mils之间，最好是在约400mils与约800mils之间。提供硅基气体和氢基气体用于硅膜的沉积。适合的硅基气体包括硅烷(SiH4)、乙 硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)及其组合，但不限 制于这些气体。适合的氢基气体包括氢气(H2),但不限制于该气体。ρ型硅层的ρ型掺杂 物包括III族元素，例如硼或铝。最好是用硼作为P型掺杂物。含硼源的例子包括三甲基 硼(TMB或B (CH3) 3)、乙硼烷(B2H6)、BF3、B (C2H5) 3以及类似的化合物。最好是用TMB作为ρ 型掺杂物。η型硅层的η型掺杂物包括V族元素，例如磷、砷或锑。最好是用磷作为η型掺 杂物。含磷源的例子包括磷化氢以及类似的化合物。通常与诸如氩、氦和其它适合的化合 物的载气、或者一些氢基气体一起来提供掺杂物。在本文所公开的处理方式中，提供了氢气 的总流速。因此，若与掺杂物一起来提供氢气，则单独将其余的氢气提供给腔室。沉积诸如图1-3的硅层122的η型微晶硅层的特定实施例包括按约100 1或更 高的比例提供氢气与硅烷的气体混合物。可以按约0. lsccm/L至约0. 8sccm/L的流速提供 硅烷。可以按约30sccm/L至约250sccm/L的流速提供氢气。可以按约0. 0005sccm/L至约 0. 004sccm/L的流速提供磷化氢。即，若按在载气中0. 5%的摩尔或体积浓度提供磷化氢， 则按约0. lsccm/L至约0. 8sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。本公开中的流速表示 为每腔室内容积的seem。腔室内容积被限定为气体可以占据的腔室内部的容积。例如，腔 室400的腔室内容积为由背板412与腔室的室壁402和底部404所限定的容积减去被喷头 组件(即，包括喷头410、悬架414、中央支撑体415)和基板支撑组件(即，基板支撑件430、 接地装置431)所占据的容积。可提供给喷头约lOOmW/cm2至约900mW/cm2的RF功率。腔 室的压力可以保持在约ITorr与约IOOTorr之间，优选在约3Torr与约20Torr之间，更优 选在约4Τοπ·与约12T0rr之间。η型微晶硅层的沉积速率为约50 A/min或更高。η型微 晶硅层具有约20%至约80%的结晶率，最好为约50%至约70%。沉积诸如图1-3的硅层122的η型非晶硅层的特定实施例包括按约20 1或更低 的比例提供氢气与硅气体。可以按约lsccm/L至约lOsccm/L的流速提供硅烷。可以按约 4sccm/L至约50sccm/L的流速提供氢气。可以按约0. 0005sccm/L至约0. 0075sccm/L的流速提供磷化氢。即，若按在载气中0. 5%的摩尔或体积浓度提供磷化氢，则按约0. lsccm/L 至约1. 5sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。可提供给喷头约15mW/cm2至约250mW/ cm2的RF功率。腔室的压力可以保持在约0. ITorr与约20Torr之间，最好在约0. 5Torr与 约4T0rr之间。η型非晶硅层的沉积速率为约200 A/min或更高。
沉积诸如图1-3的硅层124的本征型微晶硅层的特定实施例包括按为1 20至 1 200的比例提供硅烷与氢气的气体混合物。可以按约0. 5sccm/L至约5sCCm/L的流速 提供硅烷。可以按约40sCCm/L至约400sCCm/L的流速提供氢气。在特定实施例中，在沉积 时硅烷流速可从第一流速上升至第二流速。在特定实施例中，在沉积时氢气流速可从第一 流速下降至第二流速。可提供给喷头约300mW/cm2或更高的RF功率，最好提供600mW/cm2 或更高的RF功率。在特定实施例中，在沉积时功率密度可从第一功率密度下降至第二功率 密度。腔室的压力保持在约ITorr与约IOOTorr之间，优选在约3Torr与约20Torr之间， 更优选在约4T0rr与约i2T0rr之间。本征型微晶硅层的沉积速率为约200 A/min或更高， 最好为约500 A/min。沉积微晶本征层的方法与设备在2006年6月23日递交的美国专利 申请11/426，127中公开，名称为“沉积用于光伏器件的微晶硅膜的方法与设备”，在与本公 开一致的程度上援引该专利的全部内容作为参考。微晶硅本征层具有约20%至约80%的 结晶率，最好为约55%至约75%的结晶率。沉积诸如图1-3的硅层126的ρ型微晶硅层的特定实施例包括按约200 1或更 高的比例提供氢气与硅烷的气体混合物。可以按约0. lsccm/L至约0. 8sccm/L的流速提供 硅烷。可以按约60sccm/L至约500sccm/L的流速提供氢气。可以按约0. 0002sccm/L至约 0. 0016sccm/L的流速提供三甲基硼。即，若按在载气中0. 5%的摩尔或体积浓度提供三甲 基硼，则按约0. 04sccm/L至约0. 32sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。可提供给喷 头约50mW/cm2至约700mW/cm2的RF功率。腔室的压力保持在约ITorr与约IOOTorr之间， 优选在约3Torr与约20Torr之间，更优选在约4Torr与约12Torr之间。ρ型微晶硅层的沉 积速率为约10 A/min或更高。P型微晶硅层具有约20%至约80%的结晶率，最好为约50% 至约70%的结晶率。沉积诸如图1-3的硅层132的η型微晶硅层的特定实施例包括按约100 1或 更高的比例提供氢气与硅烷的气体混合物。可以按在约0. lsccm/L与约0. 8sccm/L与约 250sccm/L之间的流速提供硅烷。可以按约0. 0005sccm/L至约0. 004sccm/L的流速提供 磷化氢。即，若按在载气中0.5%的摩尔或体积浓度提供磷化氢，则按约0. lsccm/L至约 0. 8sccm/L的流速提供掺杂物/载气。可提供给喷头约lOOmW/cm2至约900mW/cm2的RF功 率。腔室的压力保持在约ITorr与约IOOTorr之间，优选在约3Torr与约20Torr之间，更 优选在约4T0rr与约12ΤΟΠ·之间。η型微晶硅层的沉积速率为约50 A/min或更高。η型 微晶硅层具有约20%至约80%的结晶率，最好为约50%至约70%的结晶率。沉积诸如图2的硅层133的η型非晶硅缓冲层的特定实施例包括按约20 1或更 低的比例提供氢气与硅气体。可以按约lsccm/L至约lOsccm/L的流速提供硅烷。可以按约 4sccm/L至约50sccm/L的流速提供氢气。可以按约0. 0005sccm/L至约0. 0075sccm/L的流 速提供磷化氢。即，若按在载气中0. 5%的摩尔或体积浓度提供磷化氢，则按约0. lsccm/L 至约1. 5sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。可提供给喷头约15mW/cm2至约250mW/ cm2的RF功率。腔室的压力保持在约0. ITorr与约20Torr之间，最好在约0. 5Torr与约4Torr之间。η型非晶硅缓冲层的沉积速率为约200 A/min或更高。沉积诸如图1-3的硅层134的本征型非晶硅层的特定实施例包括按约20 1或 更低的比例提供氢气与硅烷的气体混合物。可以按约0. 5sccm/L至约7sCCm/L的流速提供 硅烷。可以按约5sCCm/L至约60SCCm/L的流速提供氢气。可提供给喷头约15mW/cm2至约 250mff/cm2的RF功率。腔室的压力保持在约0. ITorr与约20Torr之间，最好在约0. 5Torr 与约5T0rr之间。本征型非晶硅层的沉积速率为约loo A/min或更高。沉积诸如图1-3的硅层136的ρ型非晶硅层的特定实施例包括按约20 1或更 低的比例提供氢气与硅烷的气体混合物。可以约lsccm/L至约lOsccm/L的流速提供硅烷。 可以按约5sccm/L至约60sccm/L的流速提供氢气。可以按约0. 005sccm/L至约0. 05sccm/ L的流速提供三甲基硼。即，若按在载气中0. 5%的摩尔或体积浓度提供三甲基硼，则按约 lsccm/L至约10sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。可以按约lsccm/L至约15sccm/ L的流速提供甲烷。可提供给喷头约15mW/cm2至约200mW/cm2的RF功率。腔室的压力保持 在约0. ITorr与约20Torr之间，最好在约ITorr与约4Torr之间。ρ型非晶硅层的沉积速 率为约100 A/min或更高。可利用甲烷或诸如C3H8、C4H10或C2H2的其它含碳化合物来改善 P型非晶硅层的窗口(window)特性(即，降低太阳辐射的吸收)。因此，本征层可吸收更多 的太阳辐射，从而改善电池效率。沉积诸如图3的接触层138的ρ型微晶硅接触层的特定实施例包括按约200 1 或更高的比例提供氢气与硅烷的气体混合物。可以按约0. lsccm/L至约0. 8sccm/L的流速 提供硅烷。可以按约60sCCm/L至约500sCCm/L的流速提供氢气。可以按约0. 0002sccm/ L至约0. 0016sccm/L的流速提供三甲基硼。即，若按在载气中0. 5%的摩尔或体积浓度提 供三甲基硼，则按约0. 04sccm/L至约0. 32sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。可提 供给喷头约50mW/cm2至约700mW/cm2的RF功率。本公开中的RF功率表示为每基板面积提 供给电极的瓦特。例如，对于提供给喷头以处理具有220cmX 260cm尺寸的基板的10，385W 的RF功率，该RF功率应为10，385W/(220cmX260cm) = 180mW/cm2。腔室的压力保持在约 ITorr与约IOOTorr之间，优选在约3Torr与约20Torr之间，更优选在约4Torr与约12Torr 之间。ρ型微晶硅接触层的沉积速率为约10 A/min或更高。ρ型微晶硅接触层具有约20% 至约80%的结晶率，最好为约50%至约70%的结晶率。图5是具有多个处理腔室531-537的处理系统500的一实施例的顶面示意图，这 些处理腔室为例如图4的PECVD腔室400或其它能够沉积硅膜的适合腔室。处理系统500 包括连接到负载锁定室510与处理腔室531-537的传输室520。负载锁定室510让基板能 够在系统外部的周围环境与传输室520和处理腔室531-537的内部的真空环境之间传输。 负载锁定室510包括容纳基板的一或多个可抽真空区。在运送基板进入系统500时，对可 抽真空区抽气，在运送基板离开系统500时，令可抽真空区通气。传输室520具有设置在 其中的至少一个真空机械手522，该真空机械手522适合于在负载锁定室510与处理腔室 531-537之间传输基板。图5中示出了 7个处理腔室；然而该系统可以具有任何适当数量 的处理腔室。在本发明的特定实施例中，一个系统500被配置为沉积多结PV电池的包含本征型 微晶硅层的第一 NIP结，例如图1-3中的第一 NIP结120。处理腔室531-537中的一个被 配置为沉积第一 NIP结的η型硅层，而其余的处理腔室531-537都被配置为沉积本征型微晶硅层和P型硅层。可以在相同腔室中沉积第一 NIP结的本征型微晶硅层和P型硅层，而 在沉积步骤之间不必进行任何的钝化处理。在特定实施例中，与在单个腔室中形成本征型 微晶硅层和P型硅层的时间相比，用处理腔室形成η型硅层的处理基板的时间大约快4倍 或4倍以上，更好地可快6倍或6倍以上。因此，在该系统的特定实施例中，为了沉积第一 NIP结，η-腔室与i/p-腔室的比为1 4或更高，更好地为1 6或更高。包括提供处理 腔室的等离子体清洁的时间的系统的生产能力为每小时约3个基板或更高，更好地为每小 时5个基板或更高。在本发明的其它实施例中，处理腔室531-537的每个都被配置为沉积第一NIP结 的η型硅层、本征型微晶硅层以及ρ型硅层。在另外的其它实施例中，第一专用处理腔室被 配置为沉积η型硅层，第二专用腔室被配置为沉积本征型微晶硅层，第三专用处理腔室被 配置为沉积P型硅层。在本发明的其它实施例中，处理腔室531-537中的一个被配置为沉积第一NIP结 的P型硅层，而其余的处理腔室531-537都被配置为沉积η型硅层和本征型微晶硅层。可 以在P型硅层的专用腔室中沉积P型硅层之前，在相同腔室中沉积第一 NIP结的η型硅层 和本征型微晶硅层，而在沉积步骤之间不必进行任何的钝化处理。在本发明的特定实施例中，一个系统500被配置为沉积多结PV电池的包含本征型 非晶硅层的第二 NIP结，例如图1-3中的第二 NIP结130。处理腔室531-537中的一个被配 置为沉积第二 NIP结的η型硅层，而其余的处理腔室531-537都被配置为沉积本征型非晶 硅层和P型硅层。可以在相同腔室中沉积第二 NIP结的本征型非晶硅层和ρ型硅层，而在 沉积步骤之间不必进行任何的钝化处理。因此，通过负载锁定室510进入系统的基板被真 空机械手送入沉积η型层的专用腔室、被真空机械手送入沉积本征型硅层和P型硅层的处 理腔室以及被真空机械手传回到负载锁定室510。在特定实施例中，与在单个腔室中形成本 征型非晶硅层和P型硅层的时间相比，用处理腔室形成η型硅层的处理基板的时间大约快 4倍或4倍以上，更好地可快6倍或6倍以上。因此，在特定实施例中，η-腔室与i/p-腔室 的比为1 4或更高，更好地为1 6或更高。包括提供处理腔室的等离子体清洁的时间 的系统的生产能力为每小时约10个基板或更高，更好地为每小时20个基板或更高。在本发明的其它实施例中，处理腔室531-537的每个都被配置为沉积第二 NIP结 的η型硅层、本征型非晶硅层以及ρ型硅层。在另外的其它实施例中，第一专用处理腔室被 配置为沉积η型硅层，第二专用腔室被配置为沉积本征型非晶硅层，第三专用处理腔室被 配置为沉积P型硅层。在本发明的其它实施例中，处理腔室531-537中的一个被配置为沉积第一 NIP结 的P型硅层，而其余的处理腔室531-537都被配置为沉积本征型非晶硅层和η型硅层。可 以在相同腔室中沉积第一 NIP结的η型硅层和本征型非晶硅层，而在沉积步骤之间不必进 行任何的钝化处理。在特定实施例中，由于本征型微晶硅层的厚度比本征型非晶硅层厚，所以与用于 沉积包含本征型微晶硅层的第一 NIP结的系统500的生产能力相比，用于沉积包含本征型 非晶硅层的第二 NIP结的系统500的生产能力大约为其2倍或2倍以上。因此，适合于沉 积包含本征型非晶硅层的第二 NIP结的单个系统500可以与适合于沉积包含本征型微晶硅 层的第一 NIP结的两个或更多的系统500相配。一旦在第一系统中在第一基板上形成了第一 NIP结，则将基板暴露于周围环境(即，解除真空)并传输至第二系统。在沉积第一 NIP 结的第一系统和第二 NIP结之间不必对基板进行湿法或干法清洗。
尽管前文所述涉及了本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设计出本发明的其它或进一步的实施例，而本发明的范围由随后的权利要求所确定。
权利要求
一种形成薄膜多结光伏结构的方法，包括选择半透明基板；在所述基板上方形成第一透明导电氧化物层；在所述第一透明导电氧化物层上方形成第一NIP结，包括形成n型硅层；在所述n型硅层上方形成本征型微晶硅层；以及在所述本征型微晶硅层上方形成p型硅层；在所述第一NIP结上方形成第二NIP结，包括形成n型硅层；在所述n型硅层上方形成本征型非晶硅层；以及在所述本征型非晶硅层上方形成p型硅层；在所述第二NIP结上方形成第二透明导电氧化物层；在所述第二透明导电氧化物层上方施加顶部封装层；以及在所述基板下方形成反射层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第二NIP结还包括在所述η型硅层和所 述本征型非晶硅层之间形成η型非晶硅缓冲层，其中形成所述第二 OTP结还包括在所述ρ 型硅层上方形成P型微晶硅接触层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一NIP结在包括第一处理腔室和第二处 理腔室的第一处理系统中形成，其中所述第一 NIP结的η型层在所述第一处理系统的第一 处理腔室中形成，所述第一 NIP结的本征型层和ρ型层在所述第一处理系统的第二处理腔 室中形成，其中所述第二 NIP结在包括第一处理腔室和第二处理腔室的第二处理系统中形 成，其中所述第二 NIP结的η型层在所述第二处理系统的第一处理腔室中形成，所述第二 NIP结的本征型层和ρ型层在所述第二处理系统的第二处理腔室中形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一NIP结在包括第一处理腔室和第二处 理腔室的第一处理系统中形成，其中所述第一 NIP结的η型层和本征型层在所述第一处理 系统的第一处理腔室中形成，所述第一 NIP结的ρ型层在所述第一处理系统的第二处理腔 室中形成，其中所述第二 NIP结在包括第一处理腔室和第二处理腔室的第二处理系统中形 成，其中所述第二 NIP结的η型层和本征型层在所述第二处理系统的第一处理腔室中形成， 所述第二 NIP结的ρ型层在所述第二处理系统的第二处理腔室中形成。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一NIP结在包括处理腔室的第一处理系统 中形成，其中所述第一 NIP结的η型层、本征型层和ρ型层在所述第一处理系统的处理腔室 中形成，其中所述第二 NIP结在包括处理腔室的第二处理系统中形成，其中所述第二 NIP结 的η型层、本征型层和ρ型层在所述第二处理系统的处理腔室中形成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一NIP结在包括第一处理腔室、第二处理 腔室和第三处理腔室的第一处理系统中形成，其中所述第一 NIP结的η型层在所述第一处 理系统的第一处理腔室中形成，所述第一 NIP结的本征型层在所述第一处理系统的第二处 理腔室中形成，所述第一 NIP结的ρ型层在所述第一处理系统的第三处理腔室中形成，其中 所述第二 NIP结在包括第一处理腔室、第二处理腔室和第三处理腔室的第二处理系统中形 成，其中所述第二 NIP结的η型层在所述第二处理系统的第一处理腔室中形成，所述第二NIP结的本征型层在所述第二处理系统的第二处理腔室中形成，所述第二 NIP结的ρ型层在 所述第二处理系统的第三处理腔室中形成。
7. 一种薄膜多结光伏结构，包括 半透明基板；形成在所述基板上方的第一透明导电氧化物层； 形成在所述第一透明导电氧化物层上方的第一 NIP结，包括 η型硅层；形成在所述η型硅层上方的本征型微晶硅层；以及 形成在所述本征型微晶硅层上方的P型硅层； 形成在所述第一 NIP结上方的第二 NIP结，包括 η型硅层；形成在所述η型硅层上方的本征型非晶硅层；以及 形成在所述本征型非晶硅层上方的P型硅层； 形成在所述第二 NIP结上方的第二透明导电氧化物层； 在所述第二透明导电氧化物层上方施加的顶部封装层；以及 形成在所述基板下方的反射层。
8.根据权利要求7所述的光伏结构，其中所述第二NIP结还包括在所述η型硅层和所 述本征型非晶硅层之间的η型非晶硅缓冲层，其中所述第二 NIP结还包括在所述ρ型硅层 上方的P型微晶硅接触层。
9. 一种形成薄膜多结光伏结构的方法，包括 选择半透明基板；在所述基板上方形成第一透明导电氧化物层；透过所述基板进行第一激光划片处理，其中所述第一透明导电氧化物层的窄条被融化；在所述第一透明导电氧化物层上方形成第一 NIP结，包括 形成η型硅层；在所述η型硅层上方形成本征型微晶硅层；以及 在所述本征型微晶硅层上方形成P型硅层； 在所述第一 NIP结上方形成第二 NIP结，包括 形成η型硅层；在所述η型硅层上方形成本征型非晶硅层；以及 在所述本征型非晶硅层上方形成P型硅层；透过所述基板进行第二激光划片处理，其中所述第一和第二 NIP结的第一窄条被融化；在所述第二 NIP结上方形成第二透明导电氧化物层；透过所述基板进行第三激光划片处理，其中所述第一和第二 NIP结的第二窄条被融 化，覆盖所述第一和第二 NIP结的第二窄条的第二透明导电氧化物层的窄条被移除； 在所述第二透明导电氧化物层上方施加顶部封装层；以及 在所述基板下形成反射层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中形成所述第二NIP结还包括在所述η型硅层和 所述本征型非晶硅层之间形成η型非晶硅缓冲层，其中形成所述第二 OTP结还包括在所述 P型硅层上方形成接触层。
11.形成薄膜多结光伏结构的设备，包括形成第一 NIP结的第一系统，包括沉积η型硅层的η-腔室；以及沉积P型硅层的P-腔室；以及在所述第一 NIP结上方形成第二 NIP结的第二系统，包括沉积η型硅层的η-腔室；以及沉积P型硅层的P-腔室。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一系统的ρ-腔室还沉积本征型微晶硅 层，其中所述第二系统的P-腔室还沉积本征型非晶硅层，其中所述第一系统中的η-腔室与 P-腔室的比为1 4或更高，其中所述第二系统中的η-腔室与ρ-腔室的比为1 4或更 高，其中所述第二系统与所述第一系统的比为1 2或更高。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一系统的η-腔室还沉积本征型微晶硅 层，其中所述第二系统的η-腔室还沉积本征型非晶硅层，其中所述第一系统中的ρ-腔室与 η-腔室的比为1 4或更高，其中所述第二系统中的ρ-腔室与η-腔室的比为1 4或更 高，其中所述第二系统与所述第一系统的比为1 2或更高。
14.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一系统还包括沉积本征型微晶硅层的 i_腔室，其中所述第二系统还包括沉积本征型非晶硅层的i_腔室，其中所述第二系统与所 述第一系统的比为1 2或更高。
15.形成薄膜多结光伏结构的设备，包括形成第一 NIP结的第一系统，包括沉积η型硅层、本征型微晶硅层和ρ型硅层的腔室；以及在所述第一 NIP结上方形成第二 NIP结的第二系统，包括沉积η型硅层、本征型非晶硅 层和P型硅层的腔室，其中所述第二系统与所述第一系统的比为1 2或更高。
全文摘要
提供了一种薄膜多结光伏结构以及形成该光伏结构的方法与设备。该光伏结构包括形成在半透明基板上方的第一和第二NIP结。
文档编号H01L31/042GK101803039SQ200880106346
公开日2010年8月11日 申请日期2008年10月21日 优先权日2007年10月22日
发明者崔寿永, 约翰·M·怀特 申请人:应用材料股份有限公司