太阳能电池及其制造方法

专利名称：太阳能电池及其制造方法
技术领域：
以下描述涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术：
具有p-n结结构的太阳能电池是将太阳能转化为电能的半导体设备。在p-n结结 构中，载体的浓度梯度引起的扩散发生在P型半导体区域和η型半导体区域之间，而且载体 的扩散改变空间电荷以在P-n结结构中形成电场。当载体的扩散成分等于由电场引起的漂 移成分时，P-n结结构处于平衡。在p-n结结构的平衡中，当具有超过P-n结二极管的能带 隙的能量的光子入射到P-n结结构时，接收到光能的电子由价电带激发到传导带。结果是， 通过电子和空穴分别流入与外部电路连接的P-n结二极管的两端，产生电子空穴对且由太 阳能电池产生电流。为了提高太阳能电池的效率，即太阳能电池的光电转换效率，需要增加由光产生 的电子-空穴对的数量。为了提高电子-空穴对的数量，P-n结二极管需要利用具有优良 光电转换性能的材料制造。而且，也可能通过尽可能延长p-n结二极管中太阳光的传播路 径来增加电子-空穴对的数量。作为另一种方法，通过减少光相对于太阳能电池表面的反 射来吸收大量的太阳光到P-n结二极管中，使得光电转换效率得以提高。另一个用于提高太阳能电池效率的方法是阻止或减少产生于p-n结二极管的表 面上或p-n结二极管内的电子-空穴对的重组。如果由于电子-空穴对的重组使得电子-空 穴对中的一部分消失，那么尽管产生了大量的电子-空穴对，太阳能电池的光电转换效率 降低。为了避免电子和空穴的重组，需要在太阳能电池中形成用于将电子和空穴分别移动 至p-n结二极管两端的薄膜，或者增加产生的电子和空穴的寿命。传统地，为了增加太阳能电池的效率，使用了一种方法，在太阳能电池的正面形成 微小的凹凸，在其上形成具有SiNx的防反光膜，而且然后在太阳能电池的背面形成具有Al 浆的背面电场(BSF)层。微小的凹凸和防反光膜用作降低太阳能电池的受光表面上的太阳 光发射率。此外，防反光膜用作降低产生于太阳能电池正面的载体重组的速度，而且形成有 Al浆的背面电场层用作降低产生于太阳能电池背面的载体重组的速度。然而，传统的太阳能电池在提高光电转换效率上具有局限性。原因是由太阳光产 生的大量的电子-空穴对可能不能移向电子而且更具体地，由于用Al浆形成的BSF层的 不充足电场(insufficient electricfield)，较大量的载体在太阳能电池的背面重组。此 外，在传统太阳能电池中，入射到太阳能电池中的光子传播路径是短的，其进一步降低了电 子-空穴对的产生效率。

发明内容
以下描述涉及一种能够获得高光电转换效率的太阳能电池。还有，以下描述涉及一种制造能够获得高光电转换效率的太阳能电池的方法。在一个一般方面，提供了一种太阳能电池，包括P型半导体基片；在P型半导体基 片的受光表面的相对表面上利用Al化合物形成的背面电场(BSF)层；以及在BSF层形成背 面电极以与BSF层电连接。在另一个一般方面，提供了一种制造太阳能电池的方法，包括制备ρ型半导体基 片；在P型半导体基片的受光表面的相对面上利用铝化合物形成背面电场(BSF)层；以及 在BSF层上形成背面电极以与BSF层电连接。其他特征和方面在下述说明书、附图和权利要求中变得明显。


图1是例示了太阳能电池实施例的剖视图。图2是显示背面电场(BSF)层是MO薄膜的太阳能电池的外量子效率(EQE)与 BSF层是Al浆的太阳能电池的外量子效率之间的对比结果的图示。图3是例示了图1中所示太阳能电池的改进实施例的剖视图。图4Α-4Ε是用于解释制造太阳能电池的方法的实施例的剖视图。图5例示了可以用于形成BSF层的单基片处理装置的实施例。图6是涉及用于利用原子层沉积(ALD)工艺形成AW薄膜的工艺气体的时序图。图7是显示了用于解释在ALD工艺中，通过其注入孔分组为几个气体注入部的喷 头注入用于形成AW薄膜的工艺气体的实施例的图示。图8例示了多基片处理装置的实施例。图9Α和图9Β例示了多基片处理装置的一种结构。图IOA和图IOB例示了多基片处理装置的另一实施例的一种结构。通过附图和详细说明，除非有其他描述，相同的附图标记将理解为指代相同的部 件、特征和结构。这些部件的相对尺寸和描述为了清楚、阐述和方便可以改变。
具体实施例方式下面的描述用于帮助读者获得此处描述的方法、装置、和/或系统的全面理解。相 应地，本领域技术人员可以对这里描述的方法、装置、和/或系统进行各种改变、变形和等 价替换。而且，为了清楚和简要，熟知的功能和结构描述可以省略。图1是例示太阳能电池A的实施例的剖视图。参考图1，太阳能电池A包括半导体基片10c，扩散层20b形成于半导体基片IOc的 上层，例如，P型硅(Si)基片。扩散层20b可以通过注入诸如含磷的杂质到半导体基片IOc 中形成。半导体基片IOc可以是多晶半导体基片、单晶半导体基片或无定形半导体基片。防反光膜30a形成于扩散层20b上。防反光膜30a可以由SiNx制成，但不限于此。 上电极图形52形成于防反光膜30a上，而且上电极图形52可以与扩散层20b形成欧姆接 触。上电极图形52可以由诸如Ag、Cu等导电材料制成。太阳能电池A的光接收层，例如，半导体基片IOc的表面，扩散层20b和防反光膜30a具有微小的凹凸结构以加宽光接收区 域，从而增加入射太阳光的吸光性。背面电场(BSF)层40a形成于半导体基片IOc的受光表面的相对表面上，也就是 说，在半导体基片IOc的背面。BSF层40a可以是由Al化合物制成的单层薄膜、如A10。或 者，BSF层40a可以是由AlN或AlON制成的单层薄膜或者由AlN和AlON制成的复合薄膜。 BSF层40a用作防止由于背面的电子和空穴的重组导致的效率降低，更具体地，在半导体基 片IOc和BSF层40a之间的界面中，而且BSF层40a也可以用作钝化层。背面电极M形成 于BSF层40a上。背面电极M可以由Al浆形成，但不限于此。如上所述，BSF层40a可以是A10，AlN-和/或AlON薄膜。在这种情况下，BSF层 40a具有负的固定电荷(NFC)的特性。然而，A10, AlN和AlON薄膜中不是全部都具有NFC 特性，而且只有利用原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)工艺在150-400°C的温度范围 内形成的A10，AlN和AlON薄膜才具有足够的NFC特性。具有NFC特性的BSF层40a向太 阳能电池A的正面移动电子以阻止电子朝背面移动，而且也有助于将空穴移至太阳能电池 的背面。由AW薄膜等形成的BSF比由Al浆形成的BSF强度更大，这延长了电子-空穴对 的寿命。而且，由A10，AlN和/或AlON薄膜形成的BSF层40a相对于传播至太阳能电池 A中的光线提高内部反射效率，更具体地，长波长光长于900nm。光的内部反射效率的提高 延长了光子的移动路径，而且相应地增加了产生于半导体基片IOc和扩散层20b连接处的 电子-空穴对的数量。结果是，该太阳能电池与现有太阳能电池相比具有高的内量子效率 (IQE)。IQE代表入射到体内的光子的光电转换效率。因此，由Al化合物形成的BSF层40a比由Al浆形成的BSF层40a具有更优异的 反射效率的事实就可以通过对于外量子效率(EQE)的测量结果中得以验证。EQE代表光子 入射效率。图2是显示由AW薄膜形成的BSF层40a的太阳能电池A的EQE与由Al浆形 成的BSF层的太阳能电池的外量子效率之间的对比结果的图示。由图2可见，在900nm以 上的长波长区域，太阳能电池A比现有太阳能电池具有较高的EQE。图3是例示了图1中所示太阳能电池A的改进实施例A’的剖视图。同图1中的 所示的太阳能电池A—样，太阳能电池A’包括半导体基片10c，扩散层20b，防反光膜30a， 由AW形成的BSF层40a，以及背面电极M，不同于图1中的太阳能电池A，进一步包括保护 层35和覆盖层45。太阳能电池A’可以包括保护层35和覆盖层45中任一或者两者。此 后，将基于与太阳能电池A的区别描述太阳能电池A’。参考图3，在太阳能电池A’中，在半导体基片IOc和由MO形成的BSF层40a之间 提供了保护层35。保护层35可以由诸如Si02的氧化物形成。保护层35是考虑到当BSF 层40a是AlO薄膜时，半导体基片IOc和BSF层40a之间的界面特性对BSF层40a的NFC 特性具有很大影响的基础上形成的。也就是说，保护层35移除了存在于半导体基片IOc的 表面上的缺陷以最大化MO薄膜的NFC特性。为此，保护层35可以形成为具有优异质量的 氧化物薄膜。例如，可以利用温度高于900°C的热氧化工艺或者其他已知工艺形成氧化物薄 膜。在由MO形成的BSF层40a和背面电极M之间提供了覆盖层45。如果由Al浆 制成的背面电极M仅形成于AW薄膜之上，界面处可能发生AW薄膜消失的现象，会减弱7BSF层40a的NFC特性。覆盖层45阻止了 MO薄膜直接接触Al浆。覆盖层45可以由诸如 SiNx, SiO2, SiON等的绝缘材料形成。在这种情况下，用于MO薄膜(BSF层40a)和背面电 极M之间电连接的触头56可能形成于覆盖层45。触头56可以由与背面电极M相同的材 料Al浆形成，然而，不限于此。同时，如上所述，BSF层40a可以是由其他Al化合物例如AlN或AlON形成的形成 单层薄膜，或者由AlN和AlON制成的复合薄膜形成。包括AlN薄膜和/或AlON薄膜的BSF 层40a具有NFC特性，如同MO薄膜，而且也用作钝化层。包括AlN薄膜和/或AlON薄膜 的BSF层40a可以形成于半导体基片IOc上，其间不具有任何保护层(例如，保护层35)。 换句话说，当BSF层40a由AlN或AlON形成时，尽管在BSF层40a和半导体基片IOc之间 没有由氧化物制成的保护层，作为AW薄膜和/或AlON薄膜的钝化层的NFC特性或功能不 会减弱。相应地，当BSF层40a由AW和/或AlON形成时，BSF层40a可能具有优异的性 能而不进行其余任何用于形成保护层的过程或者高温过程(高达900°C )。MO或AlON薄 膜可以利用ALD，CVD,等离子体增强ALD (PEALD)，原子团辅助CVD (RA-CVD)或RA-ALD工艺 形成。现在，描述制造太阳能电池A的方法。图4A-4E是用于解释制造太阳能电池A的 方法的实施例的剖视图。通过增加形成保护层35、覆盖层45和触头56的工艺，该方法也可 以用于制造图3中所述的太阳能电池A’。该方法将基于当BSF层40a是MO薄膜时的情形 描述，然而，该方法也可以应用于当BSF层40a是AW薄膜和/或AlON薄膜的情形。参考图4A，制备ρ型半导体基片10。ρ型半导体基片10可以通过利用金刚石或线 锯将由切克劳斯基法(CZ)制造的多晶硅锭、由铸造法制造的单晶硅锭等切割成薄片形成。 通常的半导体晶片为圆形，但是用于太阳能电池的半导体晶片通常具有四边形。然而，在本 实施例中，并未限制P型半导体基片10的形状。然后，参考图4B，在移除切割过程中半导体基片10表面上的标记或损伤后，进行 织构以在半导体基片100的表面上形成微小的凹凸。移除半导体基片10表面上产生的标 记或损伤的过程可通过使用碱性溶液的湿蚀刻来实施。可以通过形成条纹图案的刮痕工艺 形成凹凸。形成凹凸以加宽太阳光线到达的区域以减低反射率，而且不限制凹凸的图案。接下来，参考图4C，诸如含磷的杂质注入到凹凸已形成于其表面的半导体基片 10a，而且然后在预定温度进行热处理。结果是，注入到半导体基片IOa表面的杂质扩散到 半导体基片IOa内部，使得具有预定厚度的扩散层20形成于半导体基片10a。形成扩散层 20的工艺目的在于制作具有导电率的半导体基片10a。然后，可以进行蚀刻工艺以移除在 杂质的注入和热处理过程中制作的薄薄膜，例如，磷硅酸玻璃(PSG)薄膜等。图4C显示了 当PSG薄膜等移除后半导体基片IOb的状态。然后，参考图4D，防反光膜30形成于半导体基片IOb的正面，也就是说，在半导体 基片IOb的受光表面上。防反光膜30可以形成为具有恒定厚度。结果是，与那些形成于半 导体基片IOb上同样的微小的凹凸形成于防反光膜30上。防反光膜30可以由SiNx形成， 但是不限于此。不限制形成防反光膜30的工艺，例如，可以利用PECVD工艺形成防反光膜 30。参考图4E，移除形成于半导体基片IOb的背面，即，半导体基片IOb的吸光表面上 的的扩散层。结果是，扩散层20a仅保留在半导体基片IOb的正面和侧面。然后，在ρ型半导体基片IOb的背面上形成由A10，AlON或AlON制成的BSF层40，扩散层20由此移除。在 图4E中，BSF层40形成于半导体基片IOb的背面朝下设置的状态下，然而，图4的位置是 为了同其他图(图4A至图4D)匹配上下方向。在实际工艺中，也可能是半导体基片IOb的 背面朝上设置，而且BSF层40形成于半导体基片IOb的背面。如上所述，当BSF层40由AW形成时，在形成AW薄膜之前额外增加在半导体基 片IOb的背面形成保护层35的工艺。保护层35可以由诸如具有优异钝化性能的氧化物的 材料制成。例如，为了形成具有优异性能的氧化物薄膜，可以在大于900°C的高温下进行热 CVD工艺，但是可能减弱其他膜的特性。相应地，热CVD工艺可以在避免减弱其他膜的合适 温度下进行热CVD工艺。在当前实施例中，热CVD工艺必须在预定工艺温度下进行，使得BSF层40，例如 A10, AlN或AlON薄膜具有足够的NFC特性。原因是A10，AlN或AlON薄膜不总是具有NFC 特性，而且只有当他们在特定的工艺温度范围内形成时才具有NFC特性。更具体地，只有当 A10, AlN或AlON薄膜在特定的温度范围内形成时才具有NFC特性，例如，利用CVD或ALD工 艺在150°C到400°C的范围内时。A10，AlN或AlON薄膜在大于400°C或者小于150°C的温 度范围内不具有NFC特性。因此，可以利用CVD或ALD工艺形成M0，AlN或AlON薄膜。用于形成AlO薄膜的 工艺气体，即，源气体可以是三甲基铝(TMA，Al (CH3)3)。如果使用氧化剂O3作为反应气体， ALD工艺比CVD工艺更有效。原因是当采用CVD工艺时，由于其高的反应性，TMA和O3在扩 散进入基片中之前结合，从而降低了待沉积AW薄膜的均勻性。然而，当采用ALD工艺时， 源气体的单原子层吸附至基片上，反应气体吸附至源气体层而且之后进行反应，使得沉积 的AW薄膜的均勻性变得优异。但是，使用ALD工艺形成AW薄膜(film)时，由于ALD工艺的低沉积率，实现高生 产率存在困难。在多基片处理装置(如图7，8，9A，9B，10A和10B)中使用ALD工艺形成AlO 薄膜时，生产率可以提高到一定水平，但这不是根本解决办法。进一步地，该多基片处理装 置相比单基片处理装置昂贵，结构复杂且在控制形成均勻层的过程中还存在困难。ALD工艺的缺点可以通过使用能够达到相对高沉积率的PECVD或PEALD工艺来克 服。换句话说，通过使用PECVD或PEALD工艺形成AW薄膜，相比使用ALD工艺的情形可以 获得显著高的生产率。但是，等离子体形成在喷头和基片支撑体之间，即腔室的处理空间中 的一般的PECVD工艺会由于等离子体而破坏半导体基片。更详细地，膜(membrane)可能由 于等离子体的直线度和离子轰击而降解。由于等离子体而产生在半导体基片表面的破坏会 在与AW薄膜的接触面内形成缺陷，这会降低AW薄膜作为BSF层的性能。在维持诸如MO薄膜的层的性能的同时，提高沉积率的方法是使用RA-CVD或 RA-ALD工艺来取代一般的PECVD，PEALD或CVD工艺。在此说明书中，“RA-CVD”或“RA-ALD，， 工艺是等离子体产生在喷头内，而不是喷头和基片支撑体之间的空间中的方法。也就是 说，RA-CVD或RA-ALD工艺在喷头内等离子化了一种工艺气体，然后将该等离子化的工艺 气体供给至处理空间内，不同于在喷头和基片支撑体之间的处理空间内等离子化工艺气体 的直接等离子体方法或从基片处理装置外部接收等离子化工艺气体的远程等离子体方法。 RA-CVD或RA-ALD工艺用于防止层被破坏，以及与一般的CVD或ALD工艺相比，提高沉积率。另外，RA-CVD或RA-ALD工艺只等离子化喷头内的反应气体，然后将该等离子化的9反应气体供给至处理空间内，而不是将源气体(source gas)和反应气体(下文中，“源气 体”和“反应气体”都称作“原料气体”)都等离子化并将它们供给至处理空间内。此时，源 气体可以与反应气体分开供给至处理空间内。因此，就可能阻止源气体与反应气体在喷头 内部或者远离基片的一个位置发生反应并促进基片表面活性化学反应。结果，获得高沉积 率和极好的反应，这能够改善AW薄膜的膜的沉积。使用上述CVD、ALD, RA-CVD或RA-ALD工艺形成A10，AlN或AlON薄膜的过程可 以在单基片处理装置或在同时处理多个基片的多基片处理装置中执行。特别地，该过程在 多基片处理装置中执行的情形中，该过程可以在多基片处理装置中执行，包括基片支撑体 (多个基片沿着其边缘安装在其上部)和喷头，其中的气体注入孔分组成了几个气体注入 部。在该情形中，形成AW薄膜等等的过程可以在特定的多基片处理装置中执行，在该处理 过程中，基片支撑体和喷头中的至少一个相对于另外一个相对地旋转。图5例示了制造太阳能电池的基片处理装置(在下文中，简称作“基片处理装置”) 的一个举例，太阳能电池可以用于使用ALD工艺形成MO薄膜。参考图5，基片处理装置100 包括处理腔室110、喷头组件(assembly) 120、基片支撑体130、真空泵140、控制器150和气 体供给单元160。处理腔室110包括执行ALD工艺的沉积空间。处理腔室110还进一步包括用于调 整处理腔室110内部温度的加热器(未图示)和/或冷却器，以及等离子体产生单元(未 图示)。例如，在ALD工艺中使用氧气、NO，H2A等等作为氧化剂气体时，为了增强氧化剂气 体的反应，就可能需要等离子体产生单元。喷头组件120用于将气体供给单元160提供的工艺气体均勻注入处理腔室110。 喷头组件120下部内可形成多个注入孔。工艺气体，例如铝源气体，净化气体和氧化剂气体 可顺序地从通过气体供给管道与喷头组件120上部相连接的气体供给单元160供给至喷头 组件120。真空泵140用于使处理腔室110的内部空间为空或者将在半导体基片上沉积之 后残留的工艺气体释放至外部。基片支撑体130用于安装和支撑待处理的半导体基片。基片支撑体130也称作基 座。在单基片处理装置中，待处理的单半导体基片S装载在基片支撑体130上，但是，对于 本领域一个普通技术人员来说，当前的举例可以应用于多基片处理装置是显而易见的。还 有，用于将待处理的半导体基片S的温度提高到预设的处理温度的加热器等(未图示)也 包括在基片支撑体130内。加热器可以安装在处理腔室1100内部，基片支撑体120内或设 置在其下方。控制器120控制使用ALD工艺形成MO薄膜所需要的处理参数。例如，控制器150 控制气体供给单元160以调整流向处理腔室110的工艺气体的种类，流速，流入时间等，并 控制待处理的半导体基片S的温度以及处理腔室110的内部温度。例如，控制器150可使 用包括在基片支撑体130内的加热器等来控制基片的温度，以使AlO薄膜使用ALD工艺在 150°C和400°C之间的基片温度下沉积。还有，真空泵140或等离子体产生单元也可由控制 器150控制。基片处理装置100可使用以下方法形成A10，AlN或AlON薄膜。在基片处理装置 100中使用ALD工艺形成AW薄膜的方法可应用于多基片处理装置，以及单基片处理装置。 还有，在基片处理装置100中使用ALD工艺形成AW薄膜的方法可用于通过使用诸如NH3的含氮化合物或诸如N的氮化剂气体作为反应气体来形成AlN薄膜的方法。使用ALD工艺 形成AW薄膜的方法也可用于通过以源气体、第一净化气体、第一反应气体(氧化剂气体和 氮化剂气体中的一种)、第二净化气体、第二反应气体(氧化剂气体和氮化剂气体中的另一 种)和第三净化气体的顺序设置处理循环来形成AlON薄膜的方法。图6是关于使用ALD工艺形成AW薄膜的工艺气体的时间图。AW薄膜在半导体 基片S的背面(更详细地，图4A至4D所例示的工艺已在由此形成的基片上执行)面朝上 的状态下形成在处理腔室内的基片支撑体上。参考图5和6，作为原料气体中一种的Al源气体通过喷头120朝半导体基片S注 射。Al源气体可以是TMA，但是，并不局限于此。例如，Al源气体可以是三氯化铝(A1C13)、 三乙基铝(TEA)、二甲基氯化铝(Me2AlCl)、乙醇铝、异丙醇铝、三异丁基铝、去甲基氢化铝， 三甲胺阿劳因(trimethylamine alein)、三乙胺阿劳因(triehylaminealein)，去甲基乙胺 阿劳因(demethyletylamine alien)等。当在低温时具有高气压的TMA用作Al源气体时， 可以以将Ar以lOOsccm的流速推入罐(canister)内产生的压力将TMA注入半导体基片S 上。然后，第一净化气体通过喷头120注入半导体基片S上。接着，驱动真空泵140以 将除半导体基片S上吸附的Al源气体中的单原子层(atomic monolayer)之外的第一净化 气体和残留的Al源气体释放到外部。第一净化气体可以是惰性气体，例如Ar。但是，其它 任何一种气体也可以用作第一净化气体。Ar可以以300SCCm的流速进行喷洒。接下来，原料气体中的另一种气体，即反应气体，也就是，氧化剂气体(例如O3)以 90sCCm的流速注入半导体基片S上。当形成AlN薄膜时，氮化剂气体，例如氨气被供给，而 当形成AlON薄膜时，氧化剂气体和氮化剂气体被顺序(或者以氮化剂气体和氧化剂气体的 顺序)供给。供给氧化剂气体之后且供给氮化剂气体之前，可附加供给净化气体。氧化剂 气体沉积在半导体基片S上与Al源气体进行反应，以使半导体基片S上形成氧化铝(AW) 的单原子层。N20、02或吐02，而不是O3，可以用作氧化剂。其它具有高反应性的氧化剂，而 不是03，激发至等离子体态，然后被供给作为反应气体。等离子体可以是直接等离子体或远 程等离子体，但是，其它任何一种等离子体也可使用。H2O可以用作氧化剂，在该情形下，可 以使用喷雾器。随后，作为第二净化气体的惰性气体通过喷头120注入半导体基片S上。第二净 化气体可以是Ar，该Ar气以300sCCm的流速喷洒。喷洒第二净化气体之后，残留的氧化剂 和反应的副产物释放至处理腔室110外部。执行上述工艺之后，ALD工艺的工艺循环完成。待沉积的AW薄膜的厚度可依工 艺循环重复的次数调整。如上所述，形成A10，A1N或AlON薄膜的工艺可在用于制造太阳能电池的多基片处 理装置(在下文中，简称作多基片处理装置)中执行。多基片处理装置中，多个基片单独设 置，或者分成几组，然后沿着基片支撑体的边缘设置，之后执行沉积A10，AlN或AlON薄膜的 工艺。例如，多个半导体基片装载在基片支撑体上之后，顺序注入Al源气体、第一净化 气体，氧化剂气体或氮化剂气体和第二净化气体的循环以预设的次数重复，以形成所需厚 度的AW或AlN薄膜。或者，以预设次数重复顺序注入Al源气体、第一净化气体、氧化剂气体(或氮化剂气体)、第二净化气体，氮化剂气体(或氧化剂气体)和第四净化气体的循环， 形成所需厚度的AlON薄膜。在该情形中，基片支撑体和喷头固定之后或基片支撑体和喷头 相对彼此旋转时，执行该工艺。在喷头的气体注入孔分组成几个气体注入部的情形中，工艺 气体可顺序注入或者工艺气体的一部分可通过相对应的几个气体注入部进行注入。在后者 情形中，通过相对喷头相对地旋转基片支撑体，AW薄膜可均勻地沉积在所负载的半导体基 片的整个表面。或者，当多个半导体基片装载在基片支撑体上时，各自的工艺气体通过分成几个 气体注入部的喷头的气体注入孔同时注入。例如，如图7所示，形成AlO薄膜时，作为Al源 气体中的一种的TMA通过第一气体注入部120b的气体注入孔注入，作为净化气体的Ar气 通过第二气体注入部120b的气体注入孔注入，作为氧化剂反应气体的O3气通过第三气体 注入部120c注入，也作为净化气体的Ar气通过第四气体注入部120d注入。在该情形中，因 为基片支撑体相对于喷头(图7所示的举例中，基片支撑体仅以逆时针方向旋转)相对地 旋转，基片支撑体的一次旋转达到与ALD工艺一次循环相同的效果。因此，与上述时分ALD 方法相比，制造时间减少，从而使得生成量提高。同时，图7所示举例中，注入氮化剂反应气体而不是氧化剂反应气体时，通过喷头 的气体注入部同时注入工艺气体可形成AlN薄膜。在此，喷头的气体注入孔可分成6或8 个气体注入部。同时，按照Al源气体、第一净化气体、氧化剂气体(或氮化剂气体)、第二净 化气体、氮化剂气体(或氧化剂气体)和第三净化气体的顺序通过6个气体注入部同时注 入工艺气体或者按照Al源气体、第一净化气体、氧化剂气体(或氮化剂气体)，第二净化气 体、Al源气体、第三净化气体、氮化剂气体(或氧化剂气体)，和第四净化气体的顺序同时注 入工艺气体，可形成AlON薄膜。使用多基片处理装置沉积A10，AlN或AlON薄膜的工艺中，来自喷头注入的每种气 体的流速可以考虑到各种条件自适应地决定。例如，可以与装载在基片支撑体上的半导体 基片的数目成比例地增加每种气体的流速。每种气体的流速可取决于基片支撑体的旋转速 度、处理温度、气体注入单元的数目，气体注入单元的注入孔的数目和排列等。多基片处理装置的举例在2008年12月10日由同一申请人提交的名称为 "Apparatus for treatment of plural substrates'^ “多基片处理装置”)的韩国专利申 请No. 2008-0125368中公开。在该多基片处理装置中，基片支撑体和喷头中至少一个相对 于另一个相对地旋转，为了所有的目的，该说明书的全部内容通过引用的方式并入于此。韩国专利申请No. 2008-0125368中公开的多基片处理装置包括处理腔室、基片支 撑体、加热器、喷头组件，气体供给单元和真空泵。基片支撑体安装在处理腔室内，且支撑每 一个都具有光接收面的一个或更多个半导体基片。加热器对安装在基片支撑体上的半导体 基片加热。喷头组件安装在处理腔室内部的基片支撑体的上部，将气体供给单元供给的工 艺气体通过形成在喷头组件下部的多个注入孔注入沉积空间。真空泵使处理腔室内部空间 为空，或者将残留工艺气体或反应副产物释放至处理腔室外部。多基片处理装置还包括控 制器。形成AW或AlN薄膜时，控制器可控制气体供给单元以使Al源气体、第一净化气体， 氧化或氮化剂气体和第二净化气体注入沉积空间，并同时控制加热器以使半导体基片的温 度在150-400°C范围内。同时，形成AlON薄膜时，控制器可控制气体供给单元以使Al源气 体、第一净化气体，氧化或氮化剂气体、Al源气体、第二净化气体、氮化(或氧化)剂气体和第三净化气体注入沉积空间内，并同时控制加热器以使半导体基片的温度在150-400°C范 围内。喷头组件具有这样的结构不同工艺气体通过整个气体注入孔顺序喷洒。而且， 还设置有旋转驱动器以旋转基片支撑体和喷头组件中的至少一个，以使基片支撑体和喷头 组件相对于彼此旋转。喷头组件可包括沿着基片支撑体的边缘设置的多个原料气体(工艺 气体和反应气体)注入单元，以将不同种类的原料气体供给基片支撑体，还有设置在注入 不同种类的原料气体的原料气体注入单元之间的多个净化气体注入单元，以净化基片支撑 体上的原料气体。在此情况下，喷头组件还可以包括基片支撑体上的净化原料气体。中心 净化气体注入单元可设置在喷头组件的中心。或者，在喷头组件中，多个气体注入块以如下 方式设置原料气体注入单元和净化气体注入单元中相邻的两个或更多个集合成气体注入 块，相邻的气体注入单元注入相同种类的气体。另外，不注入气体的缓存单元可分别设置在 原料气体注入单元和净化气体注入单元之间。图8例示出了多基片处理装置200的实施例。参考图8，多基片处理装置200包括具有沉积空间的处理腔室210、具有多个朝向 基片S开口的注入孔333的喷头组件、基座232、基座支撑体230、诸如真空泵的排气口 M0， 控制器250和气体供给单元沈0。安装在基座支撑体230上的基座232可以有四个，半导 体基片S可以置于每个感应器232上。工艺气体和反应的副产物通过形成在基座支撑体 230内以与处理腔室210的内部空间相连的孔244和气体出口 242释放至外部。用于加热 基片S的加热器234隐藏在基座支撑体230中。控制器250控制气体供给单元260和加热 器234，以使执行在基片S上形成MO薄膜的ALD的工艺时，基片S的温度在150-400°C范 围内。可旋转气体注入单元可以安装在该处理腔室210之上。可旋转气体注入单元可以 包括，例如汽缸沈4、安装在该汽缸274内的旋转轴272以及螺旋桨式气体注入单元(未示 出)。当进行沉积工艺时，该螺旋桨式气体注入单元朝着沉积空间旋转到注入工艺气体和 净化气体。根据该实施例，可以装备用于沿上-下方向移动基座支撑件230和/或旋转轴 272的升降单元，以便调整螺旋桨式气体注入单元和基座232之间的距离。图9A和9B例示了多基片处理装置300的结构。参考图9A和9B，该多基片处理 装置300包括具有沉积空间的处理腔室310 (基片装载于其内)、喷头组件320和支撑基片 S的基片支撑体330。不同种的源气体通过不同的气体供给管360a和360b供给喷头组件 320，且净化气体也通过气体供给管360c供给喷头组件320。孔形排气口 3 形成于喷头组 件320的中心内，且气体出口 3M连接于孔形排气口 324，以将废气排放到外部。另外，喷头组件320包括用于注入不同种的源气体Sl和S2的多个源气体注入单 元321和322，以及用于在基片S上注入净化气体PG的多个净化气体注入单元323，其中该 源气体注入单元连接于气体供给管360a和360b，且该净化气体单元323连接于气体供给管 360c。通过净化气体注入单元323注入的净化气体PG在通过源气体注入单元321和322 注入的不同种的源气体Sl和S2之间形成空气帘，从而避免不同种的源气体Sl和S2在接 触基片S之前相互反应。净化气体PG可以相对于基片S的某种角度注入。源气体注入单 元321和322可交替地排列以沿径向注入不同种的源气体，且每个净化气体注入单元232 可以放置在两个源气体注入单元321和322之间。
尽管图中未示出，多基片处理装置300还包括用于将多个基片S加热至预设温度 的加热器。处理基片S的装置300还包括用于控制加热器的控制器和连接于气体供给管 360a、360b和360c的气体供给单元。图IOA和IOB例示了另一实施例中多基片处理装置400的结构，其中图IOB是装 置400的喷头组件430的剖视图。参考图IOA和10B，多基片处理装置400包括具有沉积空 间的处理腔室410 (多个基片S装载于其内)、支撑基片S的基片支撑体420，喷头组件430 以及分离与排气设备(未示出)。该分离与排气设备可以放置在喷头组件430之内或之下。用于供给气体的气体注入孔431a至431d形成于喷头组件430内。气体注入孔 431a至431d包括第一和第二源气体注入孔431a和431b以及第一和第二净化气体注入孔 431c至431d。第一和第二源气体注入孔431a和431b形成于第一和第二源气体区域SAl 和SA2，且第一和第二净化气体注入孔431c和431d形成于第一和第二净化气体区域PAl和 PA2。源气体注入孔431a和431b和净化气体注入孔431c和431d被分离与排气设备的第 一和第二源气体空气导管441和442隔开。就是说，第一和第二源气体空气导管441和442 放置在源气体注入孔431a和431b与净化气体注入孔431c和431d之间。反应腔室410的 内部空间也被第一和第二源气体空气导管441和442分隔成第一和第二源气体区域SAl和 SA2与第一和第二净化气体区域PAl和PA2。尽管图中未示出，多基片处理装置400包括用于供给源气体和净化气体的气体供 给单元和用于将基片S加热至预设温度的加热器。多基片处理装置400还包括用于控制加 热器和气体供给单元的控制器。对于本领域的普通技术人员来说，很明显，除了上述多基片处理装置，本实施例可 以应用到各种多基片处理装置。例如，上述处理可以在任意多基片处理装置中实施，该装置 包括具有沉积空间的处理腔室、可旋转地安装在处理腔室内的基片支撑体(至少一个基片 安装在其上)、装备在处理腔室之上以将不同种的气体供给到处理腔室内的气体供给单元、 在与不同种气体供给于其处的区域的边界相应的位置形成于基片支撑体内的分离与排气 设备(分离与排气设备包括用于排放周边气体的空气导管)，以及以吸附力提供分离与排 气设备的真空泵。多基片处理装置包括用于控制基片温度和气体供给的控制器。
如上所述，通过在ρ型硅基片IOb的背面上形成预设厚度的AW薄膜40，然后形成 上电极图案52和背面电极M以及移除形成于半导体基片IOb的侧面上的PSG薄膜等，来 制造图1中所例示的太阳能电池(见图4E)。在这种情况，在形成背面电极M之前，在AW薄膜40上还可以形成覆盖层(未示 出)。更详细地，覆盖层可以由绝缘材料构成，例如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或类似物。然 后，使用激光或任意其它的蚀刻工艺在覆盖层内形成通孔，以便确保AW薄膜40与背面电 极M之间的电连接通道。接着，将Al浆涂敷在覆盖层上，以形成背面电极M，然后进行热处理等。如上所述，在太阳能电池A中，比由Al浆构成的现有BSF层具有更高NFC特性的 BSF层由ρ型半导体基片的受光表面的相对面上的AW、A1N或AlON形成。因此，太阳能电 池A可以延长通过吸收光而产生的电子的寿命，并避免由背面的电子和空穴重组而引起的 损失。而且，当BSF层由AW形成时，还可以通过在BSF和ρ型半导体基片之间的接触面内 形成保护层来改善太阳能电池A的效能。此外，当BSF层由氧化铝和/或氮氧化铝形成时，14太阳能电池A可以在不形成任何保护层的情况下具有高效能。此外，根据上述实施例，在半 导体基片中，具有大于900nm的长波长的光子的内反射增加，以延长光子的移动路径，从而 改善EQE和IQE。 以上已经描述了多个举例。然而，将理解，可以进行各种变型。例如，如果以不同 顺序实施所述技术和/或如果所描述的系统、构造、设备或电路中的元件以不同方式组合， 和/或以其它元件或其等价物代替或补充，那么可以得到合适的结果。相应地，其它的实施 方式在以下权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种太阳能电池，包括 P型半导体基片；在所述P型半导体基片受光表面的相对表面上由铝的化合物形成的背面电场(BSF) 层；以及形成于所述BSF层上以与所述BSF层电连接的背面电极。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述BSF层具有负的固定电荷(NFC)的特性。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述BSF层包括AlO薄膜、AlN薄膜和AlON 薄膜中的至少一种薄膜。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述BSF层包括AlO薄膜，以及置于所述ρ 型半导体基片与所述BSF层之间、由氧化物形成的保护层。
5.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，在所述BSF层与所述背面电极之间还设置有 覆盖层。
6.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述BSF层包括AlN薄膜或AlON薄膜，且 所述AlN薄膜或AlON薄膜形成于所述ρ型半导体基片上。
7.一种制造太阳能电池的方法，包括 制备P型半导体基片；在所述P型半导体基片受光表面的相对表面上由铝的化合物形成背面电场(BSF)层；以及在所述BSF层上形成背面电极以与所述BSF层电连接。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述BSF层包括AW薄膜、AlN薄膜和AlON薄膜中 的至少一种薄膜，且通过在150-400°C的温度范围内使用原子层沉积(ALD)或者化学气相沉积(CVD)处理 来实施沉积而形成所述AW薄膜、AlN薄膜和AlON薄膜。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述BSF层的形成包括 在放置于处理腔室内的基片支撑体上装载至少一个基片；以及从所述基片支撑体之上重复执行顺序注入铝源气体、第一净化气体、氧化剂或氮化剂 气体、以及第二净化气体的处理，以沉积所述AlO薄膜或AlN薄膜。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述BSF层的形成包括在放置于所述处理腔室内的基片支撑体上装载至少一个基片；以及 从所述基片支撑体之上重复执行顺序注入铝源气体、第一净化气体、氧化剂气体和氮 化剂气体中的一种、第二净化气体、所述氧化剂气体和氮化剂气体中的另一种、以及第三净 化气体的处理，以沉积所述AlON薄膜。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述BSF层的形成包括在放置于所述处理腔室内的基片支撑体上装载至少一个基片；以及 从所述基片支撑体之上重复执行顺序注入铝源气体、第一净化气体、氧化剂气体和氮 化剂气体中的一种、第二净化气体、所述铝源气体、第三净化气体、所述氧化剂气体和氮化 剂气体中的另一种、以及第四净化气体的处理，以沉积所述AlON薄膜。
12.如权利要求8所述的方法，其中，所述BSF层的形成包括在放置于所述处理腔室内的基片支撑体上沿所述基片支撑体的周边装载多个基片；以及在相对于设置在所述基片支撑体之上的喷头相对地旋转所述基片支撑体时，重复执行 从所述喷头同时注入铝源气体、第一净化气体、氧化剂或氮化剂气体、以及第二净化气体的 处理，以沉积所述AlO薄膜或AlN薄膜，所述喷头包括多个气体注入单元。
13.如权利要求8所述的方法，其中，所述BSF层的形成包括在放置于所述处理腔室内的基片支撑体上沿所述基片支撑体的周边装载多个基片；以及在相对于设置在所述基片支撑体之上的喷头相对地旋转所述基片支撑体时，重复执行 从所述喷头同时注入铝源气体、第一净化气体、氧化剂气体和氮化剂气体中的一种、第二净 化气体、所述氧化剂气体和氮化剂气体中的另一种、以及第三净化气体的处理，以沉积所述 AlON薄膜，所述喷头包括多个气体注入单元。
14.如权利要求8所述的方法，其中，所述BSF层的形成包括在放置于所述处理腔室内的基片支撑体上沿所述基片支撑体的周边装载多个基片；以及在相对于设置在所述基片支撑体之上的喷头相对地旋转所述基片支撑体时，重复执行 从所述喷头同时注入铝源气体、第一净化气体、氧化剂气体和氮化剂气体中的一种、第二净 化气体、所述铝源气体、第三净化气体、所述氧化剂气体和氮化剂气体中的另一种、以及第 四净化气体的处理，以沉积所述AlON薄膜，所述喷头包括多个气体注入单元。
15.如权利要求9任一所述的方法，其中，所述铝源气体包括选自由三甲基铝(TMA)、三 氯化铝(AlCl3)、三乙基铝(TEA)、去甲基氯化铝(Me2AlCl)、乙醇铝、异丙醇铝、三异丁基铝、 去甲基氢化铝、三甲胺阿劳因、三乙胺阿劳因和去甲基乙胺阿劳因组成的组中的至少一种。
16.如权利要求9任一所述的方法，其中，所述氧化剂气体包括选自由03為0為和H2A 组成的组中的一种，且所述氮化剂气体是NH3或N2。
17.如权利要求8所述的方法，在形成所述BSF层之前，包括 在所述BSF层上形成覆盖层；在所述覆盖层中形成通孔；以及在所述通孔中以及所述覆盖层上涂敷Al浆。
18.如权利要求8所述的方法，其中，所述ALD处理是等离子体增强ALD(PEALD)处理， 且所述CVD处理是等离子体增强CVD(PECVD)处理。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述PEALD处理或PECVD处理在所述喷头中等离 子化反应气体，并将等离子化的反应气体供给到所述处理腔室的内部空间。
20.一种用于制造太阳能电池的基片处理装置，包括 处理腔室，其中具有处理空间；基片支撑体，安装在所述处理腔室内，以支撑各自具有受光表面的一个或更多个半导 体基片；加热器，用于加热布置在所述基片支撑体上的所述一个或更多个半导体基片； 喷头组件，设置在所述基片支撑体上，以通过形成于所述喷头组件的下部内的多个注入孔将工艺气体注入沉积空间；气体供给单元，用于将所述工艺气体供给所述喷头组件；真空泵，用于使所述处理腔室的内部空间成真空，或者将残留的工艺气体或反应副产 物排放到所述处理腔室外部；以及控制器，用于控制所述气体供给单元，以将铝源气体、第一净化气体、氧化剂气体和氮 化剂气体中的一种或两种，以及第二净化气体注入到所述处理空间，并控制所述加热器以 使得所述半导体基片的温度处于150-400°C的范围内。
21.如权利要求20所述的基片处理装置，其中，当通过所述喷头组件的注入孔将所述 氧化剂气体和氮化剂气体均注入所述处理空间中时，所述控制器控制所述气体供给单元， 以将所述第三净化气体注入所述处理空间。
22.如权利要求21所述的基片处理装置，其中，所述喷头组件具有这样的结构通过多 个注入孔将不同种类的工艺气体顺序注入。
23.如权利要求21所述的基片处理装置，还包括旋转驱动器，用于旋转所述基片支撑 体和所述喷头组件中的至少一个，以使得所述基片支撑体和所述喷头组件相对彼此旋转，其中所述喷头组件包括多个原料气体注入单元，沿所述基片支撑体的周边布置，以在所述基片支撑体上供给 不同种类的原料气体；以及多个净化气体注入单元，分别放置在用于注入位于所述多个原料气体注入单元之间 的不同种类的原料气体的原料气体注入单元之间，以净化所述基片支撑体上注入的原料气 体。
24.如权利要求23所述的基片处理装置，其中，所述喷头组件还包括中心净化气体注 入单元，其设置于所述喷头组件的中心内，以供给净化气体。
25.如权利要求23所述的基片处理装置，其中，所述喷头组件、多个气体注入块以这种 方式配置，以使得在所述原料气体注入单元和所述净化气体注入单元之间相邻的两个或更 多个注入单元集合成气体注入块，所述相邻的气体注入单元注入相同种类的气体。
26.如权利要求23所述的基片处理装置，其中，在所述原料气体注入单元和所述净化 气体注入单元之间分别设置有不注入气体的缓冲单元。
全文摘要
提供了太阳能电池及其制造方法。在制造太阳能电池的方法中，在其受光表面上形成有防反光膜的p型半导体基片装载入处理腔室。在这种情况，p型半导体基片可以沿基片支撑体的边缘装载在处理多个基片的装置的基片支撑体上，在此状态下，p型半导体基片的背面面朝上。然后在所述p型半导体基片的背面上由AlO、AlN或AlON形成具有负的固定电荷(NFC)的特性的背面电场(BSF)层。此时，可以通过在相对于喷头相对地旋转基片支撑体时，同时注入穿过各个气体注入单元的注入孔的铝源气体、第一净化气体、氧化剂气体和/或氮化剂气体，以及第二净化气体来形成BSF层。此后，背面电极形成于BSF之上，以使得背面电极与BSF层电连接。
文档编号H01L31/04GK102044576SQ20101051808
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者朴成范, 朴相俊, 裵埈成, 金颖俊 申请人:Ips有限公司