用于給太陽(yáng)能電池層充電的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明的系統(tǒng)和方法根據(jù)需要可用于給太陽(yáng)能電池的電荷保持層（諸如鈍化層和/或抗反射層）充以正電荷或負(fù)電荷。這種電池的電荷保持層可包括能夠保持負(fù)電荷或正電荷的任何合適的介電材料，并且可在電池的制造過(guò)程中（包括鈍化層沉積的過(guò)程中或之后）的任何合適點(diǎn)充電。根據(jù)本發(fā)明一方面的方法包括將太陽(yáng)能電池設(shè)置成在腔室內(nèi)部與電極處于電連通。太陽(yáng)能電池包括發(fā)射極、基極、與發(fā)射極相鄰的第一鈍化層、以及與基極相鄰的第二鈍化層。氣體被注入到腔室內(nèi)且利用該氣體來(lái)產(chǎn)生等離子體（其具有帶有至少約3.1電子伏特的能量水平的光子）。第一鈍化層和第二鈍化層中的一個(gè)或多個(gè)被充電到預(yù)定極性，其中所述充電包括以預(yù)定的時(shí)間段將直流電壓脈沖施加到電極。
【專利說(shuō)明】用于給太陽(yáng)能電池層充電的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是由Jeong-Mo Hwang于2010年7月27日提交的序號(hào)為12/844，746的美國(guó)專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，且根據(jù)35U.S.C.§119和§120要求該美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其標(biāo)題為 “Charge Control of Solar Cell Passivation Layers (太陽(yáng)能電池純化層的充電控制)”，該美國(guó)專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過(guò)引入并入本文。
[0003]發(fā)明的描述
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及用于給半導(dǎo)體層充電的系統(tǒng)和方法，特別是用于給太陽(yáng)能電池應(yīng)用中的半導(dǎo)體層充電的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0005]太陽(yáng)能電池(又稱為光電池)將光能轉(zhuǎn)換成電能。圖1示出了普通的太陽(yáng)能電池100，其包括與厚的P-型半導(dǎo)體層(基板)120相接觸的n-型半導(dǎo)體層110。這些層的界面被稱為“p-n接面“。這種類型的P-型基板的太陽(yáng)能電池被稱為P-型電池。在P-型半導(dǎo)體中，空穴(缺乏價(jià)電子)是多數(shù)載流子，而自由電子是少數(shù)載流子。與此相反，在n-型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，而空穴是少數(shù)載流子。隨著具有高于半導(dǎo)體帶隙的能量的光子(例如，來(lái)自陽(yáng)光)進(jìn)入電池100，通過(guò)在電池100中生成自由電子130和空穴140對(duì)來(lái)吸收上述光子。陽(yáng)光包含具有從紅外線到紫外線的寬泛范圍能量的光子。更高能量的光子(或較短波長(zhǎng)的光)在半導(dǎo)體表面附近被吸收，而較低能量的光子(或較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光)穿透到基板的更深區(qū)域內(nèi)。在P-型半導(dǎo)體層120中的光生少數(shù)載流子電子130通過(guò)擴(kuò)散朝向p-n接面移動(dòng)并收集到n-型層，上述會(huì)導(dǎo)致形成電流。電池中的電子130和空穴140特別是在缺位處趨于與彼此“復(fù) 合(recombine)”(150)。然而隨著電子和空穴復(fù)合，它們停止導(dǎo)致電流生成，由此降低太陽(yáng)能電池的效率。
[0006]光生的少數(shù)載流子(即，n-型半導(dǎo)體中的空穴或p-型半導(dǎo)體中的電子)通過(guò)由半導(dǎo)體材料在半導(dǎo)體正面和背面處的突然終止而形成的表面缺陷趨于更迅速地復(fù)合。這種現(xiàn)象通常被稱為“表面復(fù)合”且以表面復(fù)合速度來(lái)測(cè)量。
[0007]在許多制造商設(shè)法生產(chǎn)它以便降低太陽(yáng)能電池制造成本的較薄半導(dǎo)體晶片中，表面復(fù)合(特別是在背面處)更加重要，而體復(fù)合(bulk recombination)就變得不那么重要了。半導(dǎo)體越薄，在背面處的光生載流子數(shù)量越多，而由于因?yàn)榘雽?dǎo)體厚度變得與少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度相當(dāng)或更小使得體復(fù)合減小，導(dǎo)致?lián)p失光生的少數(shù)載流子。因此，在薄的半導(dǎo)體中，由于背面復(fù)合的效率損失對(duì)太陽(yáng)能電池的總效率具有較大的影響。
[0008]再參照?qǐng)D1，已知將涂層160施加到太陽(yáng)能電池的正面上以便同時(shí)用作抗反射涂層和鈍化層，以有助于防止電子/空穴在表面上的復(fù)合。在太陽(yáng)能電池的頂表面包括n-型半導(dǎo)體的情況下，涂層160通常包括氮化硅(Si3N4),其通常利用被稱為等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)的工藝來(lái)施加。PECVD氮化硅通常包括較高密度的正電荷，同時(shí)它又是適于太陽(yáng)能電池n-型部分(諸如圖1中的N+發(fā)射極110 )的合適涂層，由于PECVD氮化硅的正電荷密度趨于與P-型材料相互作用而會(huì)造成被稱為“寄生分流”的不利影響，因此氮化硅對(duì)于涂覆太陽(yáng)能電池的P-型部分(諸如圖1中的P-型基極120)而言不是一項(xiàng)良好的選擇。參見由 J.Schmidt 等人編寫的 “Surface Passivation of High-eff iciency SiliconSolar Cells by Atomic-layer-deposited (通過(guò)原子層沉積Al2O3的高效率娃太陽(yáng)倉(cāng)泛電池的表面鈍化)”，Prog.Photovolt:Res.Appl.2008 ； 16:461-466 的 462。相反，已知將三氧化二鋁(Al2O3)用作適于P-型基極120的鈍化層170，三氧化二鋁(Al2O3)已知通常具有較高密度的負(fù)電荷。因此，對(duì)于P-型基極120而言使用氮化硅之外的不同鈍化層。然而，為了給太陽(yáng)能電池的正面和背面施加兩種不同的鈍化材料而維護(hù)兩種不同配置的沉積設(shè)備會(huì)是更昂貴的。本發(fā)明致力于解決這些問題和其它問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)需要可使用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法給太陽(yáng)能電池的電荷保持層(諸如鈍化層和/或抗反射層)充電以便充以正或負(fù)電荷。這種電池的一個(gè)或多個(gè)電荷保持層可包括能夠保持負(fù)電荷或正電荷的任何合適的介電材料，并且可在電池制造過(guò)程中的任何合適點(diǎn)充電，包括在電荷保持層沉積的過(guò)程中或之后。
[0010]根據(jù)本發(fā)明一方面的方法包括將太陽(yáng)能電池設(shè)置成在腔室內(nèi)部與電極處于電連通。太陽(yáng)能電池包括發(fā)射極、基極、與發(fā)射極相鄰的第一鈍化層、以及與基極相鄰的第二鈍化層。氣體被注入到腔室內(nèi)且使用該氣體來(lái)產(chǎn)生等離子體(發(fā)射具有至少為約3.1電子伏特能量水平的光子)。第一鈍化層和第二鈍化層中的一個(gè)或多個(gè)被充電到預(yù)定極性，其中所述充電包括以預(yù)定的時(shí)間段將直流電壓脈沖施加到電極。
[0011]根據(jù)本發(fā)明另一方面的系統(tǒng)包括腔室，所述腔室包括配置成將氣體注入到腔室內(nèi)的氣體入口。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括等離子產(chǎn)生電極以及電耦聯(lián)到等離子體產(chǎn)生電極的射頻(RF)電源，射頻電源配置成將交流電流施加到等離子體產(chǎn)生電極以便通過(guò)將氣體電離來(lái)產(chǎn)生等離子體，來(lái)自等離子體的光子具有至少為約3.1電子伏特的能量水平。該系統(tǒng)還包括充電電極，其配置成接納所提供的太陽(yáng)能電池，使得太陽(yáng)能電池和充電電極處于電連通。太陽(yáng)能電池包括發(fā)射極、基極、與發(fā)射極相鄰的第一鈍化層、以及與基極相鄰的第二鈍化層。該系統(tǒng)還包括電耦聯(lián)到充電電極的直流電源，由此當(dāng)直流電源以預(yù)定的時(shí)間段將直流脈沖施加到充電電極時(shí)，第一鈍化層和第二鈍化層中的一個(gè)或多個(gè)被充電到預(yù)定極性。
[0012]根據(jù)本發(fā)明又一方面的方法包括將太陽(yáng)能電池設(shè)置成在腔室內(nèi)部與電極處于電連通，其中所述太陽(yáng)能電池包括發(fā)射極、基極、與發(fā)射極相鄰的第一鈍化層、與第一鈍化層相鄰的第一抗反射涂層、與基極相鄰的背面場(chǎng)(BSF)、以及與BSF相鄰的第二鈍化層。所述方法還包括將氣體注入到腔室內(nèi)且使用氣體來(lái)產(chǎn)生等離子體，其中來(lái)自等離子體的光子具有至少為約3.1電子伏特的能量水平。第一抗反射涂層和第二抗反射涂層中的一個(gè)或多個(gè)被充電到預(yù)定極性，其中所述充電包括以預(yù)定的時(shí)間段將直流電壓脈沖施加到電極。
[0013]根據(jù)本發(fā)明又一方面的系統(tǒng)包括腔室和射頻(RF)電源，所述腔室包括配置成將氣體注入到腔室內(nèi)的氣體入口，所述射頻電源電耦聯(lián)到等離子體產(chǎn)生電極。射頻電源配置成將交流電流施加到等離子體產(chǎn)生電極以便通過(guò)將氣體電離來(lái)產(chǎn)生等離子體，來(lái)自等離子體的光子具有至少為約3.1電子伏特的能量水平。該系統(tǒng)還包括充電電極，其配置成接納所提供的太陽(yáng)能電池，使得太陽(yáng)能電池和充電電極處于電連通狀態(tài)，其中所述太陽(yáng)能電池包括發(fā)射極、基極、與發(fā)射極相鄰的第一鈍化層、與第一鈍化層相鄰的第一抗反射涂層、與基極相鄰的背面場(chǎng)(BSF)、以及與BSF相鄰的第二鈍化層。該系統(tǒng)還包括電耦聯(lián)到充電電極的直流電源，由此當(dāng)直流電源以預(yù)定的時(shí)間段將直流脈沖施加到充電電極時(shí)，第一抗反射涂層和第二抗反射涂層中的一個(gè)或多個(gè)被充電到預(yù)定極性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1示出的傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的配置。
[0015]圖2、圖3、圖4A、圖4B和圖4C示出根據(jù)本發(fā)明各方面的太陽(yáng)能電池的示例性實(shí)施例。
[0016]圖5示出傳統(tǒng)PECVD氮化硅(SiN)沉積系統(tǒng)的配置。
[0017]圖6和圖7示出用于給根據(jù)本發(fā)明各方面的太陽(yáng)能電池的一個(gè)或多個(gè)鈍化層充電的示例性系統(tǒng)。
[0018]圖8示出用于給根據(jù)本發(fā)明各方面的太陽(yáng)能電池的一個(gè)或多個(gè)鈍化層充電的示例性方法。
【具體實(shí)施方式】
[0019]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，其目的是為了描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而不是限制本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在圖2中示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池。在該示例性實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池200為P-型電池，其包括發(fā)射極210和基極220，所述發(fā)射極210包括N-型半導(dǎo)體層(也被稱為“N+發(fā)射極”)，所述基極220包括P-型半導(dǎo)體基板。電池200還包括與發(fā)射極210相鄰的第一鈍化層230和與基極220相鄰的第二鈍化層240。圖2還示出在鈍化層(230,240)中為了進(jìn)行更有效的表面鈍化從而提高電池效率所需的充電類型，即在正面鈍化層230中的正電荷和在背面鈍化層240中的負(fù)電荷。
[0020]圖3示出根據(jù)本發(fā)明各方面的太陽(yáng)能電池的另一示例性實(shí)施例。在該示例性實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池300為N-型電池，且包括發(fā)射極310和基極320，所述發(fā)射極310包括P-型半導(dǎo)體層(也被稱為“P+發(fā)射極”)，所述基極320包括N-型半導(dǎo)體層。太陽(yáng)能電池300也可被稱為“P-型電池”。電池300還包括與發(fā)射極310相鄰的第一鈍化層330，以及與基極320相鄰的第二鈍化層340。圖3還示出了在正面鈍化層330中的負(fù)電荷和在背面鈍化層340中的正電荷。
[0021]在示例性的太陽(yáng)能電池200和300中，N+發(fā)射極210和N-型基極320的每一個(gè)包括摻雜有N-型摻雜劑(諸如適于硅半導(dǎo)體材料的磷或砷)的半導(dǎo)體，而P-型基極220和P+發(fā)射極310的每一個(gè)包括摻雜有P-型摻雜劑(諸如硼，鎵和/或銦)的半導(dǎo)體。除了硅之外，發(fā)射極210、310和基極220、320可由如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的任何合適的半導(dǎo)體材料形成，諸如鍺、砷化鎵、和/或碳化硅。此外，在示例性的太陽(yáng)能電池200和300中，可在半導(dǎo)體表面和帶電的鈍化層之間添加薄的二氧化硅(Si02，也稱為“氧化物”)界面層，以便進(jìn)一步提高正面和背面的表面鈍化。
[0022]在圖2和圖3中，發(fā)射極210、310和基極220、320示出為厚度均勻的層，但發(fā)射極210,310和基極220、320可為任何合適的相應(yīng)大小、形狀、或配置，且不必要具有均勻的厚度。
[0023]圖4A示出可結(jié)合本發(fā)明使用的另一示例性太陽(yáng)能電池配置。在該實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池400包括形成于半導(dǎo)體基板420上的輕摻雜半導(dǎo)體區(qū)域410。選擇性發(fā)射極415由重?fù)诫s半導(dǎo)體部分415 (與輕摻雜發(fā)射極為相同的類型)形成，所述重?fù)诫s半導(dǎo)體部分415以與金屬(例如銀)柵極417接觸的方式形成?；?20耦聯(lián)(couple)到與基極420為相同類型的背面場(chǎng)(BSF)區(qū)域440，該區(qū)域通過(guò)對(duì)晶片背面重?fù)诫s而形成。電池400還包括位于其正面上的抗反射涂層和鈍化層430(諸如氮化硅)，以及位于其背面上的鈍化層450。在該示例性實(shí)施例中，鈍化層450可包括二氧化硅或氮化硅。金屬層460 (例如由鋁形成)通過(guò)接觸孔470耦聯(lián)到BSF層440。
[0024]本發(fā)明的實(shí)施例可結(jié)合任何其它合適的太陽(yáng)能電池配置來(lái)使用。例如，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，背面場(chǎng)層440不需要覆蓋晶片的整個(gè)背面區(qū)域，這通過(guò)減少或消除重?fù)诫s過(guò)程(諸如用于形成背面場(chǎng)層所需的高溫?cái)U(kuò)散或高劑量離子注入)而簡(jiǎn)化了制造過(guò)程并降低了制造過(guò)程的成本。這是可能的，因?yàn)檫m當(dāng)添加到背面鈍化層的電荷(在P-型基極的情況下為負(fù)電荷)積累多數(shù)載流子(在該情況下為空穴)，在不利用重?fù)诫s過(guò)程的情況下形成有效的背面場(chǎng)層。
[0025]圖4B示出可結(jié)合本發(fā)明使用的另一示例性的太陽(yáng)能電池配置。在該實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池475為N-型電池，其包括P+發(fā)射極476和N-型基極477。電池475還包括由N-型半導(dǎo)體形成的背面場(chǎng)(BSF) 479、與發(fā)射極476相鄰的第一鈍化層481、以及與BSF479相鄰的第二鈍化層483。在該實(shí)施例中，第一(正面)和第二(背面)鈍化層優(yōu)選由二氧化硅(SiO2)形成，但是也可以使用任何其它合適的材料。電池475包括與第一鈍化層481相鄰的抗反射層485。該抗反射層485優(yōu)選帶有負(fù)電荷(如圖4B中所示那樣)以便更有效地進(jìn)行表面鈍化以及提高電池效率。在一個(gè)實(shí)施例中，抗反射層485由氮化硅(Si3N4)形成，且可如下文所述那樣帶有負(fù)電荷。除了其它之外，對(duì)于正面鈍化層(481)和背面鈍化層(483 )而言使用二氧化硅作為鈍化材料有助于防止抗反射層485 (例如由氮化硅形成)中的電荷損失，且允許在無(wú)需位于晶片背面?zhèn)壬系牡鑼拥那闆r下來(lái)形成電池475。
[0026]圖4C示出可結(jié)合本發(fā)明使用的又一示例性的太陽(yáng)能電池配置。在該實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池490為P-型電池，其包括N+發(fā)射極491和P-型基極492。電池490還包括由P-型半導(dǎo)體形成的背面場(chǎng)(BSF) 493、與發(fā)射極491相鄰的第一鈍化層494、以及與BSF493相鄰的第二鈍化層495。第一鈍化層494和第二鈍化層495優(yōu)選由二氧化硅(SiO2)形成，但是也可以使用任何其它合適的材料。電池490還包括與第一鈍化層494相鄰的第一抗反射層496，以及與第二鈍化層495相鄰的第二抗反射層497。如圖4C中所示那樣，第一抗反射層496優(yōu)選帶有正電荷，而所述第二抗反射層497帶有負(fù)電荷，以便更有效地進(jìn)行表面鈍化以及提高電池效率。第一抗反射層496和第二抗反射層497可由相同或不同的材料形成。在一個(gè)實(shí)施例中，496和497兩個(gè)層由氮化硅形成，并且所述第二抗反射層497可如下文所述那樣帶有負(fù)電荷。
[0027]在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，與太陽(yáng)能電池的發(fā)射極相鄰的鈍化層(例如鈍化層230，330或430)和與基極相鄰的鈍化層(例如鈍化層240，340或450)中的每一個(gè)包括共同的材料。類似地，抗反射涂層496和497可包括共同的材料。除其它之外，與在其正面和背面上具有不同鈍化材料和/或抗反射材料的電池相比，這允許以更具成本效益的方式來(lái)制造太陽(yáng)能電池。雖然氮化硅(Si3N4)是最優(yōu)選的，但是任何合適的電荷儲(chǔ)存材料可結(jié)合本發(fā)明來(lái)使用，包括三氧化二招(Al2O3),氧化錯(cuò)(ZrO2),和/或氧化鉿(Hf02)。正面和背面的鈍化層和/或抗反射層可部分地或全部地由單一材料形成。
[0028]正面和背面的鈍化層和/或抗反射層以及BSF可具有任何所需的大小、形狀、配置、或厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明各方面的太陽(yáng)能電池包括各自氮化硅的厚度約為800A的正面鈍化層和背面鈍化層。在另一示例性實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池包括由二氧化硅
形成的厚度為約IOnm的正面鈍化層和背面鈍化層。正面鈍化層和背面鈍化層不必具有相同的大小、形狀、配置、厚度或不必包括相同百分比的鈍化材料。
[0029]已知將氮化硅用作適于將電荷存儲(chǔ)于硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)的非易失性存儲(chǔ)器(non-volatile memories)的氮化娃層中的材料。在SONOS非易失性操作中，相對(duì)于娃基板的到控制柵極的正偏壓(positive biasing)導(dǎo)致Si3N4層存儲(chǔ)負(fù)電荷。相反，到控制柵極(control gate)的負(fù)偏壓(negative biasing)導(dǎo)致Si3N4層存儲(chǔ)正電荷。
[0030]然而在太陽(yáng)能電池中，由于不存在可施加外部偏壓以便給氮化硅鈍化層充電的柵極電極，因此必須使用不同的充電方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可存儲(chǔ)正電荷或負(fù)電荷的電荷儲(chǔ)存材料(諸如Si3N4)的多個(gè)鈍化層可施加到太陽(yáng)能電池的正面和背面(例如分別為層230和240)，以及根據(jù)需要可將帶有正電或負(fù)電的任一鈍化層施加到太陽(yáng)能電池的正面和背面。在太陽(yáng)能電池制造過(guò)程中的任何合適點(diǎn)可對(duì)太陽(yáng)能電池的正面或背面鈍化層充以正電荷或負(fù)電荷。例如，充電設(shè)備可添加到PECVD沉積工具，以便給鈍化和/或抗反射材料(例如Si3N4)原位沉積和充電。備選地，太陽(yáng)能電池可在太陽(yáng)能電池的處理過(guò)程中由獨(dú)立的工具給鈍化層充電。鈍化層也可以單獨(dú)地或同時(shí)充電。太陽(yáng)能電池的鈍化層可以任何其它合適的方式來(lái)充電。
[0031]圖5示出適于PECVD的傳統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)例。系統(tǒng)500包括腔室510、氣體入口 520和氣體出口 530。射頻電源540與一個(gè)或多個(gè)等離子體產(chǎn)生電極575處于電連通。電極570支撐太陽(yáng)能電池晶片580并與其處于電連通。
[0032]除其它之外，系統(tǒng)500可用于將鈍化層和/或抗反射層沉積到太陽(yáng)能電池580上。在這種情況下，腔室510利用氣體出口 530抽空，且包括硅烷(SiH4)和氨氣(NH3)的氣體利用氣體入口 520注入到腔室內(nèi)。將來(lái)自RF電源540的電力供應(yīng)到等離子產(chǎn)生電極575，該等離子產(chǎn)生電極575通過(guò)將硅烷/氨氣電離而產(chǎn)生等離子體590。在底部電極570 (其耦聯(lián)到電接地)和頂部電極575之間還形成電場(chǎng)，導(dǎo)致離子從等離子體590流到太陽(yáng)能電池580的表面，從而在太陽(yáng)能電池580上沉積氮化硅層。如上所述，氮化硅層可用作太陽(yáng)能電池580上的鈍化層和/或抗反射涂層。
[0033]當(dāng)?shù)鑼邮桥cN-型半導(dǎo)體材料相鄰的鈍化層/抗反射層的情況下，硅氮化物層在PECVD過(guò)程中沉積時(shí)帶有正電荷是合適的，但是在氮化硅層與P-型材料相鄰(在這種情況下，鈍化層/抗反射層應(yīng)該帶有負(fù)電荷)時(shí)，硅氮化物層在PECVD過(guò)程中沉積時(shí)帶有正電荷是通常是不合適的。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，現(xiàn)在參照?qǐng)D6，系統(tǒng)600包括直流電源610和開關(guān)620以便提供成給太陽(yáng)能電池580的鈍化層原位充電。在該實(shí)施例中，直流電源610經(jīng)開關(guān)620耦聯(lián)到電極570。該開關(guān)620可切換以便將電極570連接到電接地(以便允許利用PECVD將鈍化層沉積到太陽(yáng)能電池580上)或連接到直流電源610 (允許給沉積鈍化層原位充電)。
[0034]為了給在腔室510中利用PECVD沉積到太陽(yáng)能電池580上的頂部鈍化層和/或抗反射層(即位于太陽(yáng)能電池580表面上的遠(yuǎn)離電極570的那一層)充以負(fù)電荷，利用氣體出口 530將腔室510中來(lái)自PECVD過(guò)程的硅烷和氨氣抽空，以及將氣體(優(yōu)選為一種或多種惰性氣體，諸如氮?dú)狻鍤夂?或氦氣)注入到腔室510中以便產(chǎn)生發(fā)射紫外線(即，來(lái)自等離子體的光子能量水平至少約為3.1電子伏特)的等離子體。
[0035]雖然本發(fā)明的實(shí)施例并不限于使用氮?dú)?、氬氣?或氦氣，但是這些惰性氣體能夠更好地產(chǎn)生高能光子(與產(chǎn)生相對(duì)低能量的光子的硅烷和氨氣相比)，這反過(guò)來(lái)在太陽(yáng)能電池580的硅層(例如發(fā)射極或基極)和鈍化層/抗反射層的表面處產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這些電子-空穴對(duì)可如下所述那樣用于給電池580的抗反射層和/或鈍化層充電。雖然本發(fā)明的實(shí)施例并不限于使用產(chǎn)生具有任何特定能量水平或波長(zhǎng)的等離子體光的等離子體，但是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中產(chǎn)生的等離子體光優(yōu)選至少約為3.1eV0
[0036]一旦產(chǎn)生等離子體630，如果光子能量大于氮化硅的帶隙(例如大于約5.1eV), PJ來(lái)自等離子體630的光的高能光子在太陽(yáng)能電池580中的娃表面處和氮化娃層內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。開關(guān)620禁用接地和電極570之間的電連接，同時(shí)啟用直流電源610和電極570之間的電連接。直流電源610以預(yù)定的時(shí)間段將直流電壓脈沖施加到電極570 (本文也稱為“充電電極570)，這在充電電極570和電極575之間產(chǎn)生電場(chǎng)，從而取決于直流脈沖的極性導(dǎo)致太陽(yáng)能電池580的頂部電荷保持層(即，位于太陽(yáng)能電池580的表面上的遠(yuǎn)離充電電極570的鈍化層和/或抗反射層)充以正電荷或負(fù)電荷。
[0037]脈沖可是用于給頂部氮化硅層充以負(fù)電荷的正偏壓或負(fù)偏壓的。如果脈沖是正偏壓的，據(jù)信電子被從等離子體推出且被注入到位于太陽(yáng)能電池580的頂表面上的氮化硅層內(nèi)。如果脈沖是負(fù)偏壓的，據(jù)信在太陽(yáng)能電池表面處的光生電子被推入到頂部硅氮化物層內(nèi)。備選地，與大于氮化硅帶隙的光子能量水平(即大于約0.5eV)結(jié)合的負(fù)直流脈沖將氮化硅鈍化層中的光生空穴從頂部氮化硅鈍化層推出。因此，雖然本發(fā)明的實(shí)施例并不受到任何特定操作理論的限制，但是取決于光子的能量水平和直流脈沖的極性和持續(xù)時(shí)間，正脈沖或負(fù)脈沖可給頂部氮化硅層充以負(fù)電荷。
[0038]系統(tǒng)600還可用于給鈍化層充以正電荷。如前所述，一些鈍化材料(諸如氧化鋁)在沉積到太陽(yáng)能電池上時(shí)充以負(fù)電荷。在這種情況下，施加到電極570上的直流電壓脈沖優(yōu)選是正偏壓的。據(jù)信正偏壓的脈沖將空穴(來(lái)自通過(guò)等離子體光在太陽(yáng)能電池580的表面處產(chǎn)生的電子-空穴對(duì))推動(dòng)到鈍化材料內(nèi)，和/或?qū)㈦娮?來(lái)自通過(guò)等離子體光在鈍化層內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì))從鈍化層推動(dòng)出去，導(dǎo)致鈍化材料帶有正電荷。例如該方法也可用于將更多的正電荷(與其已經(jīng)沉積的正電荷相比)添加到氮化硅上。
[0039]在另一示范性實(shí)施例中，現(xiàn)在參照?qǐng)D7，系統(tǒng)700示出用于給太陽(yáng)能電池的一個(gè)或多個(gè)鈍化層充電的獨(dú)立系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，充電電極570電耦聯(lián)到直流電源610。系統(tǒng)700并不配置成執(zhí)行氮化硅PECVD沉積，相反只使用氮?dú)饣驓鍤鈦?lái)產(chǎn)生等離子體以及給太陽(yáng)能電池580的一個(gè)或多個(gè)鈍化層和/或抗反射層(已經(jīng)由PECVD系統(tǒng)沉積)充電。此外，系統(tǒng)700起到針對(duì)系統(tǒng)500和600的如上所述功能。系統(tǒng)700可用于提供除了適于沉積鈍化層的PECVD腔室之外的單獨(dú)充電腔室，以便制造太陽(yáng)能電池。除其它之外，這會(huì)有助于提高所制造的太陽(yáng)能電池的總體生產(chǎn)量，其原因在于PECVD腔室可用于將鈍化層淀積到第一太陽(yáng)能電池上，而系統(tǒng)700用于給第二太陽(yáng)能電池的鈍化層充電。
[0040]任何合適的直流電源可結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)使用。直流電源可配置成產(chǎn)生任何所需的電壓脈沖，并且可應(yīng)用任何所需的時(shí)間量。例如，直流脈沖的電壓可為約10伏到約5，000伏，且可施加約I微秒至約10秒的時(shí)間段。太陽(yáng)能電池580可為任何所需的配置，諸如如上所述的太陽(yáng)能電池200，300，400，475，或490的配置。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用于給由包括前述那些的任何合適材料形成的鈍化層充電。
[0041]在圖8中示出用于給太陽(yáng)能電池鈍化層充電的示例性方法。該方法可(全部地或部分地)利用包括分別在圖6和圖7中所示的系統(tǒng)600和700的任何合適系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。在該方法中，太陽(yáng)能電池設(shè)置于腔室內(nèi)且與電極(諸如充電電極570)處于電連通(810)。將硅烷和氨氣注入到腔室內(nèi)(820)，利用硅烷和氨氣產(chǎn)生等離子體(830)，以及將一個(gè)或多個(gè)鈍化層和/或抗反射層淀積到太陽(yáng)能電池上(840)。
[0042]如果太陽(yáng)能電池的一個(gè)或多個(gè)抗反射/鈍化層原位充電(例如利用圖6中的系統(tǒng)600),則將娃燒和氨氣從所述腔室抽空(850),以及將另一種氣體(例如一種或多種惰性氣體，諸如氬氣、氮?dú)夂?或氦氣)注入到腔室內(nèi)(860)。從其它氣體產(chǎn)生等離子體(870)，且以預(yù)定的時(shí)間段將直流脈沖施加到充電電極(880 )。
[0043]上面示出和描述的特定實(shí)施方式是本發(fā)明及其最佳模式的示例性實(shí)施方式，且并不意圖另外以任何方式限制本發(fā)明的范圍。事實(shí)上，為簡(jiǎn)潔起見，不對(duì)系統(tǒng)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸以及其它功能方面進(jìn)行詳細(xì)描述。各圖中所示的方法可包括更多、更少或其它步驟。此外，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以任何合適的順序來(lái)執(zhí)行所述步驟。此外，在各圖中所示的連接線用于表示各元件之間的示例性功能關(guān)系和/或物理聯(lián)接。在實(shí)際系統(tǒng)中可存在許多替代性的或另外的功能關(guān)系或物理連接。
[0044]在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可對(duì)所公開的實(shí)施例作出改變以及變型。這些和其它改變或變型意圖被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍如由以下權(quán)利要求書所表述的那樣。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其包括: (a)將太陽(yáng)能電池設(shè)置成在腔室內(nèi)部與電極處于電連通，其中所述太陽(yáng)能電池包括: 發(fā)射極； 基極; 與所述發(fā)射極相鄰的第一鈍化層；以及 與所述基極相鄰的第二鈍化層； (b)將氣體注入到所述腔室內(nèi)； (c)利用所述氣體產(chǎn)生等離子體，其中來(lái)自所述等離子體的光子具有至少約3.1電子伏特的能量水平；以及 (d)將所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的一個(gè)或多個(gè)充電到預(yù)定極性，其中所述充電包括以預(yù)定的時(shí)間段將直流電壓脈沖施加到所述電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)射極是N-型發(fā)射極，以及所述基極是P-型基極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述發(fā)射極包括N+發(fā)射極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二鈍化層遠(yuǎn)離所述電極且所述第一鈍化層靠近所述電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在直流脈沖施加到所述電極之后，第一鈍化層充以正電荷，第二鈍化層充以負(fù)電荷。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的方法，其中所述發(fā)射極是P-型發(fā)射極，以及基極是N-型基極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述發(fā)射極包括P+發(fā)射極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一鈍化層遠(yuǎn)離所述電極以及所述第二鈍化層靠近所述電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在將直流脈沖施加到所述電極之后，第一鈍化層充以負(fù)電荷，以及所述第二鈍化層充以正電荷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一鈍化層與所述發(fā)射極直接接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二鈍化層與所述基極直接接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層包含共同的鈍化材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述氣體包括惰性氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述惰性氣體包括氬氣、氮?dú)夂秃庵械囊环N或多種。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的每一個(gè)基本由氮化娃(Si3N4)構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層分別利用等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)來(lái)沉積。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述PECVD包括: 將硅烷(SiH4)和氨氣(NH3)注入到所述腔室內(nèi)；以及 利用SiH4和NH3產(chǎn)生另一等離子體。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的時(shí)間段為約I微秒到10秒。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述直流脈沖具有約10伏到約5000伏的電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述直流脈沖是正偏壓的。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述直流脈沖是負(fù)偏壓的。
22.—種系統(tǒng),其包括: 腔室，所述腔室包括: (a)配置成將氣體注入到所述腔室內(nèi)的氣體入口； (b)等離子產(chǎn)生電極； (c)電耦聯(lián)到所述等離子體產(chǎn)生電極的射頻電源，所述射頻電源配置成將交流電流施加到所述等離子產(chǎn)生電極，以便通過(guò)將氣體電離來(lái)產(chǎn)生等離子體，其中來(lái)自所述等離子體的光子具有至少約3.1電子伏特的能量水平； (d)充電電極，其配置成接納所提供的太陽(yáng)能電池，使得所述太陽(yáng)能電池和充電電極處于電連通，其中所述太陽(yáng)能電池包括: 發(fā)射極； 基極; 與所述發(fā)射極鄰近的第一鈍化層；以及 與所述基極相鄰的第二鈍化層；以及 Ce)電耦聯(lián)到所述充電電極的直流電源，由此當(dāng)所述直流電源以預(yù)定的時(shí)間段將直流電壓脈沖施加到所述充電電極時(shí)，所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的一個(gè)或多個(gè)被充電到預(yù)定極性。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括: 電耦聯(lián)到所述充電電極的開關(guān)，其中所述直流電源經(jīng)由所述開關(guān)電耦聯(lián)到所述充電電極； 其中所述開關(guān)配置成交替地啟用和禁用充電電極和電接地間的電耦聯(lián)、以及所述直流電源和充電電極間的電耦聯(lián)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的時(shí)間段為約I微秒到10秒。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述直流脈沖具有約10伏到約5000伏的電壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述直流脈沖是正偏壓的。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述直流脈沖是負(fù)偏壓的。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述氣體包括惰性氣體。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述惰性氣體包括氬氣、氮?dú)夂秃庵械囊环N或多種。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述氣體入口配置成將硅烷(SiH4)和氨氣(NH3)注入到腔室內(nèi)，其中所述射頻電源進(jìn)一步配置成將交流電流施加到所述等離子體產(chǎn)生電極，以便利用SiH4和NH3產(chǎn)生另一等離子體。
31.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，由此將直流脈沖施加到充電電極從而在充電電極與等離子體發(fā)生電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)。
32.—種方法，所述方法包括: (a)將太陽(yáng)能電池設(shè)置成在腔室內(nèi)部與電極處于電連通，其中所述太陽(yáng)能電池包括:發(fā)射極； 基極； 與所述發(fā)射極相鄰的第一鈍化層； 與所述第一鈍化層相鄰的第一抗反射涂層； 與所述基極相鄰的背面場(chǎng)(BSF);以及 與所述BSF相鄰的第二鈍化層； (b)將氣體注入到所述腔室內(nèi)； (c)利用所述氣體產(chǎn)生等離子體，其中來(lái)自所述等離子體的光子具有至少約3.1電子伏特的能量水平；以及 (d)將所述第一抗反射涂層充電到預(yù)定極性，其中所述充電包括以預(yù)定的時(shí)間段將直流電壓脈沖施加到所述電極。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述發(fā)射極是P-型發(fā)射極，以及所述基極是N-型基極。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述發(fā)射極包括P+發(fā)射極。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的每一個(gè)包含共同的鈍化材料。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方 法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的每一個(gè)基本由二氧化硅(SiO2)構(gòu)成。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述基極靠近所述電極以及所述抗反射涂層遠(yuǎn)離所述電極，并且其中在直流脈沖施加到電極之后，所述第一抗反射層充以負(fù)電荷。
38.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其還包括與第二鈍化層相鄰的第二抗反射層，其中所述第一抗反射層和所述第二抗反射層中的每一個(gè)基本由氮化硅(Si3N4)構(gòu)成。
39.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述發(fā)射極是N-型發(fā)射極，以及所述基極是P-型基極。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述發(fā)射極包括N+發(fā)射極。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的每一個(gè)包含共同的鈍化材料。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的每一個(gè)基本由二氧化硅(SiO2)構(gòu)成。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其還包括與所述第二鈍化層相鄰的第二抗反射層，其中所述第一抗反射層和所述第二抗反射層中的每一個(gè)基本由氮化硅(Si3N4)構(gòu)成。
44.權(quán)利要求43所述的方法，其中所述第一抗反射層靠近所述電極，以及所述第二抗反射涂層遠(yuǎn)離所述電極，并且其中在將直流電壓脈沖施加到電極之后，所述第二抗反射層充以負(fù)電荷。
45.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述氣體包括惰性氣體。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述惰性氣體包括氬氣、氮?dú)夂秃庵械囊环N或多種。
47.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的每一個(gè)基本由Si3N4構(gòu)成。
48.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述第一鈍化層和所述第二鈍化層分別利用等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)來(lái)沉積。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述PECVD包括: 將硅烷(SiH4)和氨氣(NH3)注入到所述腔室內(nèi)；以及 利用硅烷(SiH4)和氨氣(NH3)產(chǎn)生另一等離子體。
50.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述預(yù)定的時(shí)間段為約I微秒到10秒。
51.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述直流脈沖具有約10伏到約5000伏的電壓。
52.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述直流脈沖是正偏壓的。
53.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述直流脈沖是負(fù)偏壓的。
54.—種系統(tǒng),其包括: 腔室，所述腔室包括: (a)配置成將氣體注入到所述腔室內(nèi)的氣體入口； (b)等離子產(chǎn)生電極； (c)電耦聯(lián)到所述等離子體產(chǎn)生電極的射頻電源，所述射頻電源配置成將交流電流施加到所述等離子產(chǎn)生電極，以便通過(guò)將氣體電離來(lái)產(chǎn)生等離子體，其中來(lái)自所述等離子體的光子具有至少約3.1電子伏特的能量水平； (d)充電電極，其配置成接 納所提供的太陽(yáng)能電池，使得所述太陽(yáng)能電池和所述充電電極處于電連通，其中所述太陽(yáng)能電池包括: 發(fā)射極； 基極； 與所述發(fā)射極鄰近的第一鈍化層； 與所述第一鈍化層相鄰的第一抗反射涂層； 與所述基極相鄰的背面場(chǎng)(BSF);以及 與所述BSF相鄰的第二鈍化層；以及 Ce)電耦聯(lián)到所述充電電極的直流電源，由此當(dāng)所述直流電源以預(yù)定的時(shí)間段將直流電壓脈沖施加到所述充電電極時(shí)，所述第一抗反射層被充電到預(yù)定極性。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其還包括: 電耦聯(lián)到所述充電電極的開關(guān)，其中所述直流電源經(jīng)由所述開關(guān)電耦聯(lián)到所述充電電極； 其中所述開關(guān)配置成交替地啟用和禁用所述充電電極和電接地間的電耦聯(lián)、以及所述直流電源和充電電極間的電耦聯(lián)。
56.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的時(shí)間段為約I微秒到10秒。
57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中所述直流脈沖具有約10伏到約5000伏的電壓。
58.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中所述直流脈沖是正偏壓的。
59.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中所述直流脈沖是負(fù)偏壓的。
60.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中所述氣體包括惰性氣體。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的系統(tǒng)，其中所述惰性氣體包括氬氣、氮?dú)夂秃庵械囊环N或多種。
62.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中所述氣體入口配置成將硅烷(SiH4)和氨氣(NH3)注入到腔室內(nèi)，其中射頻電源進(jìn)一步配置成將交流電流施加到所述等離子體產(chǎn)生電極，以便利用SiH4和NH3產(chǎn)生另一等離子體。
63.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，由此將直流脈沖施加到所述充電電極從而在所述充電電極與所述等離子體發(fā)生電極`之間產(chǎn)生電場(chǎng)。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103430327SQ201280013849
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月17日
【發(fā)明者】J-M·黃 申請(qǐng)人:安泰系統(tǒng)有限公司