BR112016013216B1 - Métodos de fabricação de região emissora de célula solar com o uso de implantação de íon e células obtidas - Google Patents

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Abstract

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE REGIÃO EMISSORA DE CÉLULA SOLAR COM O USO DE IMPLANTAÇÃO DE ÍON E CÉLULAS OBTIDAS Trata-se de métodos de fabricação de regiões emissoras de célula solar com o uso de implantação de íon e das células solares resultantes. Em um exemplo, um método de fabricação de regiões emissoras tipo N e tipo P alternadas de uma célula solar envolve formar uma camada de silício acima de um substrato. Átomos de impureza dopantes de um primeiro tipo de condutividade são implantados, através de uma primeira máscara de sombra, na camada de silício para formar as primeiras regiões implantadas e gerar regiões não implantadas de camada de silício. Átomos de impureza dopantes de um segundo tipo oposto de condutividade são implantados, através de uma segunda máscara de sombra, em porções das regiões não implantadas de camada de silício para formar segundas regiões implantadas e gerar regiões remanescentes não implantadas de camada de silício. As regiões não implantadas remanescentes da camada de silício são removidas com um processo de ataque químico seletivo, enquanto a primeira e a segunda regiões implantadas da camada de silício são recozidas para formar regiões emissoras de silício policristalino dopadas.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS
[0001] Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório de patente US n° 61/913.614, depositado em 9 de dezembro de 2013, estando a totalidade de seu conteúdo aqui incorporada, a título de referência.
CAMPO TÉCNICO
[0002] As modalidades da presente revelação estão no campo de energia renovável e, em particular, de métodos de fabricação de regiões emissoras de célula solar com o uso de implantação iônica e as células solares resultantes.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[0003] Células fotovoltaicas, comumente conhecidas como célula solares, são dispositivos bem conhecidos para a conversão direta de radiação solar em energia elétrica. De modo geral, as células solares são fabricadas sobre uma pastilha ou substrato semicondutor com o uso de técnicas de processamento semicondutoras para formar uma junção p-n próximo a uma superfície do substrato. A radiação solar que incide sobre a superfície, e que entra no substrato, cria pares de elétron e de orifícios no volume do substrato. Os pares de elétron e de orifícios migram para regiões dopadas p e dopadas n no substrato, gerando assim um diferencial de tensão entre as regiões dopadas. As regiões dopadas são conectadas a regiões condutivas na célula solar para direcionar uma corrente elétrica da célula para um circuito externo acoplado a ela.
[0004] A eficiência é uma importante característica de uma célula solar, já que está diretamente relacionada à capacidade de a célula solar gerar energia. Da mesma forma, a eficiência na produção de células solares está diretamente relacionada à relação custo-benefício de tais células solares. Consequentemente, técnicas para aumentar a eficiência de células solares, ou técnicas para aumentar a eficiência na fabricação de células solares, são desejáveis de modo geral. Algumas modalidades da presente revelação permitem maior eficiência de fabricação da célula solar ao fornecer processos inovadores para a fabricação de estruturas de célula solar. Algumas modalidades da presente revelação possibilitam células solares mais eficientes ao fornecerem estruturas de célula solar inovadoras.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0005] As Figuras 1A a 1E ilustram vistas em seção transversal de vários estágios na fabricação de uma célula solar, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0006] A Figura 2 é um fluxograma que lista operações em um método de fabricação de uma célula solar, como correspondendo às Figuras 1A a 1E, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0007] As Figuras 3A a 3E ilustram vistas em seção transversal de vários estágios na fabricação de uma célula solar, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0008] A Figura 4 é um fluxograma que lista operações em um método de fabricação de uma célula solar, como correspondendo às Figuras 3A a 3E, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0009] A Figura 5A ilustra esquematicamente uma vista em seção transversal de uma plataforma em linha para implante padronizado que envolve uma pastilha de deslocamento e máscara de sombra estacionária, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0010] A Figura 5B ilustra uma sequência de implante através de uma máscara de proximidade de grafite no aparelho da Figura 5A, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0011] A Figura 6A ilustra esquematicamente uma vista em seção transversal de uma plataforma em linha para implante padronizado e capeamento, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0012] A Figura 6B ilustra uma sequência de implante e capeamento através de máscaras de contato de silício no aparelho da Figura 6A, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0013] As Figuras 7A a 7G ilustram vistas em seção transversal de vários estágios na fabricação de uma célula solar, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0014] A Figura 8 é um fluxograma que lista operações em um método de fabricação de uma célula solar, como correspondendo às Figuras 7A a 7G, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0015] A Figura 9A ilustra uma vista em seção transversal de uma primeira região implantada modificada formada com o uso de um padrão de fenda alinhada com a mesma dimensão, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0016] A Figura 9B ilustra uma vista em seção transversal de uma primeira região implantada modificada formada com o uso de um padrão de fenda desalinhada com a mesma dimensão, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0017] A Figura 9C ilustra uma vista em seção transversal de uma primeira região implantada modificada formada com o uso de um padrão de fenda com dimensão menor (por exemplo, mais estreito), de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0018] A Figura 10 ilustra esquematicamente uma vista em seção transversal de uma plataforma em linha para implante padronizado que envolve uma pastilha de deslocamento e máscara de sombra estacionária, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0019] A descrição detalhada a seguir é meramente ilustrativa por natureza e não se destina a limitar as modalidades da matéria em questão ou a aplicação e usos de tais modalidades. Como usado aqui, o termo "exemplificador" significa "servir como um exemplo, caso ou ilustração." Qualquer implementação aqui descrita como exemplificadora não deve ser necessariamente considerada como preferencial ou vantajosa em relação a outras implementações. Além disso, não há intenção de limitação por qualquer teoria expressa ou implícita apresentada no campo técnico anteriormente mencionado, antecedentes, resumo ou pela descrição detalhada a seguir.
[0020] Este relatório descritivo inclui referências a "uma (1) modalidade" ou "uma modalidade". A aparição das frases "em uma (1) modalidade" ou "em uma modalidade", não se refere necessariamente à mesma modalidade. Recursos, estruturas ou características particulares podem ser combinadas de qualquer maneira adequada consistente com essa descrição.
[0021] Terminologia Os parágrafos a seguir fornecem definições e/ou contexto para termos encontrados nesta revelação (inclusive nas reivindicações anexas):
[0022] "Compreende." O termo é amplo. Conforme usado nas reivindicações anexas, este termo não exclui estrutura ou etapas adicionais.
[0023] "Configurado para." Várias unidades ou componentes podem ser descritos(as) ou reivindicados(as) como "configurados(as) para" realizar uma tarefa ou tarefas. Em tais contextos, "configurado para" é usado para conotar estrutura ao indicar que as unidades/componentes incluem estrutura que desempenha aquela tarefa ou tarefas durante o funcionamento. Como tal, pode- se dizer que a unidade/componente é configurado(a) para executar a tarefa mesmo quando a unidade/componente específico(a) não está em estado operacional no momento (por exemplo, não está ligado(a)/ativa(a)). A menção deque uma unidade/circuito/componente é "configurado(a) para" executar uma ou mais tarefas se destina expressamente a não invocar 35 U.S.C. §112, sexto parágrafo, para aquela unidade/componente.
[0024] "Primeiro," "Segundo," etc. Como usados aqui, esses termos são usados como marcadores para substantivos por eles precedidos e não implicam qualquer tipo de ordenação (por exemplo, espacial, temporal, lógica, etc.). Por exemplo, a referência a uma "primeira" célula solar não implica necessariamente que essa célula solar é a primeira célula solar em uma sequência; em vez disso, o termo "primeiro" é usado para diferenciar esta célula solar de outra célula solar (por exemplo, uma "segunda" célula solar).
[0025] "Acoplado" - A descrição a seguir se refere a elementos ou nós ou recursos que são "acoplados" entre si. Como usado aqui, a não ser que seja indicado expressamente ao contrário, "acoplado" significa que um elemento/nó/recurso está direta ou indiretamente unido a (ou direta ou indiretamente se comunica com) outro elemento/nó/recurso, e não necessariamente de maneira mecânica.
[0026] Além disso, determinada terminologia pode também ser usada na descrição a seguir com o propósito de referência apenas, e, dessa forma, não se destina a ser limitante. Por exemplo, termos como "superior", "inferior", "acima", e "abaixo" se referem a direções nos desenhos aos quais se faz referência. Termos como "frontal", "posterior", "traseiro", "lateral", "afastado do centro" e "próximo ao centro", descrevem a orientação e/ou localização de porções do componente dentro de uma estrutura de referência consistente, porém arbitrária, que é tornada clara por referência ao texto e aos desenhos associados que descrevem o componente em discussão. Tal terminologia pode incluir as palavras especificamente mencionadas acima, derivados das mesmas e palavras de importância similar.
[0027] "Inibir" - Como usado aqui, usa-se inibir para descrever um efeito de redução ou de minimização. Quando se descreve um componente ou recurso como inibidor de uma ação, movimento ou condição, ele pode impedir completamente o resultado ou efeito ou futuro estado completamente. Adicionalmente, "inibir" pode também se referir a uma redução ou diminuição do resultado, desempenho e/ou efeito que ocorreria de outro modo. Consequentemente, quando um componente, elemento ou recurso é chamado de inibidor de um resultado ou estado, ele não precisa impedir ou eliminar completamente o resultado ou estado.
[0028] São descritos aqui métodos de fabricação de regiões emissoras de célula solar com o uso de implantação de íon e as células solares resultantes. Na descrição a seguir, são fornecidos inúmeros detalhes específicos, como operações de fluxo de processo específicas, para fornecer uma compreensão total de modalidades da presente revelação. Ficará evidente para o versado na técnica que modalidades da presente revelação podem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Em outras instâncias, técnicas bem conhecidas de fabricação, como técnicas de litografia e padronização, não serão descritas em detalhes para não obscurecer desnecessariamente as modalidades da presente revelação. Ademais, deve-se entender que as várias modalidades mostradas nas figuras são representações ilustrativas e não estão necessariamente desenhadas em escala.
[0029] São descritos aqui métodos de fabricação de células solares. Em uma modalidade, um método de fabricação de regiões emissoras de tipo N e de tipo P alternadas de uma célula solar envolve formar uma camada de silício acima de um substrato. Átomos de impureza dopantes de um primeiro tipo de condutividade são implantados através de uma primeira máscara de sombra, na camada de silício para formar as primeiras regiões implantadas e gerar regiões não implantadas de camada de silício. Átomos de impureza dopantes de um segundo tipo oposto de condutividade são implantados através de uma segunda máscara de sombra, em porções das regiões não implantadas de camada de silício para formar segundas regiões implantadas e gerar regiões remanescentes não implantadas de camada de silício. As regiões não implantadas remanescentes da camada de silício são removidas com um processo de ataque químico seletivo, preservando as primeiras regiões implantadas e as segundas regiões implantadas da camada de silício. As primeiras regiões implantadas e as segundas regiões implantadas da camada de silício são recozidas para formar regiões emissoras de silício policristalinas dopadas.
[0030] Em outra modalidade, um método de fabricação de uma região emissora de uma célula solar envolve formar uma camada de silício acima de um substrato. Uma camada de carbosilano é formada sobre a camada de silício. Os átomos de impureza de dopantes são implantados, através de uma máscara de sombra, na camada de carbosilano e na camada de silício para formar regiões de silício implantado e regiões correspondentes implantadas autoalinhadas da camada de carbosilano, resultando em regiões não implantadas de camada de silício e regiões correspondentes não implantadas de camada de carbosilano. As regiões não implantadas de camada de silício e as regiões não implantadas de camada de carbosilano são removidas. As regiões implantadas da camada de carbosilano protegem as regiões implantadas da camada de silício durante a remoção. As regiões implantadas da camada de silício são recozidas para formar regiões emissoras de silício policristalinas dopadas.
[0031] Também são descritas aqui células solares. Em uma modalidade, uma célula solar de contato posterior inclui um substrato de silício monocristalino que tem uma superfície de recepção de luz e uma superfície posterior. Uma fina camada dielétrica é disposta na superfície posterior do substrato de silício monocristalino. Uma região emissora de silício policristalino é disposta sobre a fina camada dielétrica. A região emissora de silício policristalino é dopada com átomos de impureza. Uma camada de carbosilano é disposta na região emissora de silício policristalino e alinhada com a mesma. Uma estrutura de contato condutiva é disposta através da camada de carbosilano e sobre a região emissora de silício policristalino.
[0032] Uma ou mais modalidades descritas aqui fornecem um fluxo de processo simplificado para fabricar dispositivos de célula solar de contato posterior de alta eficiência envolvendo o uso de tecnologia de implante de íon para gerar uma ou ambas as camadas emissoras de polissilício N+ (por exemplo, tipicamente dopada com fósforo ou arsênico) e P+ (por exemplo, tipicamente dopada com boro). Em uma modalidade, uma abordagem de fabricação envolve o uso de implantação de íon não apenas para introduzir átomos do tipo dopante necessário em uma camada emissora, mas também para induzir alterações suficientes nas propriedades de ataque químico a úmido de uma camada superficial fina sobre ela, de modo a permitir seu uso como uma máscara durante a remoção por ataque químico a úmido seletivo de todas as regiões não implantadas de camada emissora.
[0033] Para fornecer contexto, a introdução de novas ferramentas de implante de íons de alta velocidade visando aplicações solares de alta eficiência com recursos de padronização pode ser aplicável à fabricação de células solares de contato posterior interdigitadas (IBC, interdigitated back contact). Em particular, em casos em que alterações físicas e químicas são associadas à execução de operações de implante de íons, tal implantação pode ser explorada para permitir a formação de um padrão de valetas autoalinhadas. Conforme descrito com mais detalhes abaixo, uma ou mais abordagens para obter padronização de valetas autoalinhadas são baseadas na reatividade relativamente alta de ligações Si-H durante o processo de implante, em particular, o emprego de produtos químicos para ataque a úmido mais efetivos para remover os materiais que tenham ligações Si-H não reagidas (isto é, remanescentes).
[0034] Algumas modalidades estão direcionadas a abordagens para gerar uma estrutura de célula solar de contato posterior de alta eficiência que emprega estruturas de óxido emissor/túnel de polissilício N+ e P+ comprovadas, fabricadas por meio da execução de implante de íon padronizado sob condições que promovem a perda de H, densificação e cristalização parcial de uma camada de Si amorfa e/ou uma fina camada de capeamento de carbosilano sobre uma camada intrínseca amorfa hidrogenada de silício (a-Si:H) ou camada de polissilício não dopada. O processo de implantação pode ser seguido por uma operação de ataque químico a úmido seletivo que remova tudo o que for não implantado (por exemplo, áreas não densificadas e ricas em Si-H remanescentes) empregando um processo de ataque químico alcalino com subsequente limpeza de ácido fluorídrico/ozônio (HF/O3). Em tal modalidade, uma abordagem envolve o uso de pastilhas já texturizadas em uma superfície frontal, de modo que, após a remoção por ataque químico a úmido da valeta não implantada, uma única etapa de recozimento a alta temperatura é adequada para ativar os dopantes e obter uma operação de oxidação e difusão leve de fósforo. Em outra modalidade, a seletividade por ataque químico efetiva entre as áreas com íon implantado e sem íon implantado é acentuada por meio da adição de uma fina camada à base de carbosilano sobre a superfície da camada de a-Si:H. A abordagem acima, bem como outras abordagens, serão descritas abaixo com mais detalhes.
[0035] Em um primeiro fluxo de processo exemplificador que utiliza seletividade de ataque químico induzida por implante para formação de valeta autoalinhada, as Figuras 1A a 1E ilustram vistas em seção transversal de vários estágios na fabricação de uma célula solar, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 2 é um fluxograma 200 que lista operações em um método de fabricação de uma célula solar, como correspondendo às Figuras 1A a 1E, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0036] Com referência à Figura 1A e operação correspondente 202 do fluxograma 200, um método para fabricar regiões emissoras de tipo N e de tipo P alternadas de uma célula solar envolve formar uma camada de silício amorfa 106 sobre uma fina camada dielétrica 104 disposta sobre um substrato 102.
[0037] Em uma modalidade, o substrato 102 é um substrato de silício monocristalino, como um substrato de silício cristalino dopado de tipo N simples volumoso. Entretanto, deve-se entender que o substrato 102 pode ser uma camada, como uma camada de silício multicristalina, disposta sobre um substrato de célula solar global. Em uma modalidade, a fina camada dielétrica é uma camada de óxido de silício dielétrica em túnel tendo uma espessura de aproximadamente 2 nanômetros ou menos. Em uma modalidade, a camada de silício amorfa 106 é uma camada de silício hidrogenada formada com o uso de deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition), representada por a-Si:H, que inclui ligações covalentes S-H por toda a camada. Entretanto, em uma modalidade alternativa, usa-se uma camada de silício policristalino no lugar de silício amorfo. Novamente com referência à Figura 1A, em uma modalidade, uma superfície de recepção de luz 101 do substrato 102 é texturizada, conforme mostrado e conforme descrito abaixo com mais detalhes.
[0038] Com referência à Figura 1B e operação correspondente 204 do fluxograma 200, átomos de impureza dopantes de um primeiro tipo de condutividade são implantados na camada de silício amorfo 106 para formar primeiras regiões implantadas 108, resultando em regiões não implantadas 112 da camada de silício (isto é, porções remanescentes de camada de silício amorfo 106 que não foram implantadas neste estágio no processo). Em tal modalidade, a implantação é executada através de uma primeira máscara de sombra, cujos exemplos são descritos em associação com as Figuras 5B e 6B. Em uma modalidade específica, a primeira máscara de sombra é uma máscara de sombra de grafite posicionada fora, da camada de silício amorfo 106, porém próxima à mesma.
[0039] Em uma modalidade, a implantação é executada com o uso de implantação por feixe de íon ou implantação por imersão em plasma. Em uma modalidade, esta primeira implantação fornece átomos dopantes P+ para o silício (por exemplo, átomos de boro). Em outra modalidade, entretanto, a primeira implantação fornece átomos dopantes N+ para o silício (por exemplo, átomos de fósforo ou átomos de arsênico). Em uma modalidade, as condições usadas para executar a implantação são reguladas (por exemplo, por bombardeamento de elétrons sequencial ou simultâneo) para acentuar a seletividade de ataque químico subsequente entre as regiões implantadas e não implantadas, no que diz respeito a operações posteriores descritas abaixo. Outras condições que podem ser reguladas podem incluir uma ou mais dentre polarização de substrato durante a implantação, regulação de temperatura e regulação de dose.
[0040] Novamente com referência à Figura 1B e agora à operação correspondente 206 do fluxograma 200, átomos de impureza dopantes de um segundo tipo de condutividade são implantados na camada de silício amorfo 106 para formar segundas regiões implantadas 110, resultando em regiões não implantadas 112 da camada de silício (isto é, porções remanescentes de camada de silício amorfo 106 que não foram implantadas em nenhum dos processos de implantação descritos acima). Em tal modalidade, a implantação é executada através de uma segunda máscara de sombra, cujos exemplos são descritos em associação com as Figuras 5B e 6B. Como no caso da primeira máscara de sombra, em uma modalidade específica, a segunda máscara de sombra é uma máscara de sombra de grafite posicionada fora, da camada de silício amorfo 106, porém próxima à mesma. Deve-se considerar que, dependendo dos requisitos de leiaute, a primeira máscara pode ser deslocada e usada no lugar de uma segunda máscara separada.
[0041] Como no caso para o primeiro processo de implante, em uma modalidade, a implantação é executada com o uso de implantação por feixe de íon ou implantação por imersão em plasma. Em uma modalidade, essa segunda implantação fornece átomos dopantes N+ para o silício (por exemplo, átomos de fósforo ou átomos de arsênico). Em outra modalidade, entretanto, a segunda implantação fornece átomos dopantes P+ para o silício (por exemplo, átomos de boro). Em uma modalidade, as condições usadas para executar a implantação são reguladas (por exemplo, por bombardeamento de elétrons sequencial ou simultâneo) para acentuar a seletividade de ataque químico subsequente entre as regiões implantadas e não implantadas, no que diz respeito a operações posteriores descritas abaixo. Outras condições que podem ser reguladas podem incluir uma ou mais dentre polarização de substrato durante a implantação, regulação de temperatura e regulação de dose.
[0042] Com referência à Figura 1C e operação correspondente 208 do fluxograma 200, as regiões não implantadas remanescentes 112 da camada de silício amorfo 106 são removidas, por exemplo, com um processo de ataque químico seletivo que preserva as primeiras regiões implantadas 108 e as segundas regiões implantadas 110 da camada de silício amorfo 106.
[0043] Em uma modalidade, as regiões não implantadas remanescentes 112 da camada de silício amorfo 106 são removidas com um produto para ataque químico a úmido à base de hidróxido que forma adicionalmente valetas 114 e/ou fornece texturas às porções expostas do substrato 102. Assim, em uma modalidade, visto que o posicionamento das valetas 114 é determinado pelas primeiras regiões implantadas 108 e segundas regiões implantadas 110 da camada de silício amorfo 106, as valetas 114 são formadas autoalinhadas entre as primeiras regiões implantadas 108 e as segundas regiões implantadas 110 da camada de silício amorfo 106, conforme está ilustrado na Figura 3C.
[0044] Deve-se considerar que o tempo da texturização da superfície de recepção de luz 101 e formação da valeta autoalinhada 114 pode variar. Por exemplo, em uma modalidade, a texturização da superfície de recepção de luz 101 é executada em um processo separado que precede a formação/texturização de valetas 114, conforme está representado nas figuras 1A a 1C. Entretanto, em outra modalidade, a texturização da superfície de recepção de luz 101 é executada em um mesmo processo que a formação/texturização de valetas 114. Ademais, o tempo de formação/texturização das valetas 114 pode variar em relação a um processo de recozimento usado para cristalizar as primeiras regiões implantadas 108 e as segundas regiões implantadas 110. Por exemplo, em uma modalidade, a formação/texturização de valetas 114 é executada no processo usado para remover as regiões não implantadas remanescentes 112 da camada de silício amorfo 106, conforme está ilustrado na Figura 1C. Entretanto, em outra modalidade, a formação/texturização de valetas 114 é executada a após a remoção das regiões não implantadas remanescentes 112 da camada de silício amorfo 106 e o subsequente processo de recozimento. Em uma modalidade, uma superfície texturizada pode ser aquela que tenha uma superfície com formato regular ou irregular para dispersão da luz recebida, diminuindo a quantidade de luz refletida pelas superfícies de recepção de luz e/ou expostas da célula solar.
[0045] Com referência à Figura 1D e operação correspondente 210 do fluxograma 200, as primeiras regiões implantadas 108 e as segundas regiões implantadas 112 da camada de silício amorfo 106 são recozidas para formar regiões emissoras de silício policristalino dopadas 116 e 118, respectivamente. Em uma modalidade, o recozimento é executado a uma temperatura aproximadamente na faixa de 850 a 1.100 graus Celsius por uma duração aproximadamente na faixa de 1 a 100 minutos. Em uma modalidade, é realizado um acionamento de dopante de fósforo leve durante o aquecimento ou recozimento. Modalidades adicionais podem incluir a formação de uma camada de revestimento de passivação ou antirreflexiva 120 sobre a superfície de recepção de luz 101, conforme ilustrado na figura 1D.
[0046] Deve-se considerar que, embora possa ser mais vantajoso, de modo geral, completar o ataque químico (isto é, remoção) de áreas não implantadas de camada de silício amorfo 106 antes de executar um recozimento a alta temperatura e processo de ativação, conforme é descrito acima, certas condições de implante podem resultar em reatividade intrinsecamente mais alta no ataque químico de texturização (por exemplo, como em relação a regiões não implantadas). Em tal caso, um recozimento a alta temperatura pode ser executado antes do ataque químico.
[0047] Com referência à Figura 1E, são fabricados contatos condutivos 122 e 124 para entrar em contato com a primeira 116 e a segunda 118 regiões emissoras de silício policristalino dopadas, respectivamente. Em uma modalidade, os contatos são fabricados primeiro por depósito e padronização de uma camada isolante 150, para que ela tenha aberturas, e então, formação de uma ou mais camadas condutivas nas aberturas. Em uma modalidade, os contatos condutivos 122 e 124 incluem metal e são formados por uma abordagem de deposição, litografia e ataque químico ou, alternativamente, um processo de impressão.
[0048] Em um segundo fluxo de processo exemplificador que utiliza seletividade de ataque químico induzida por implante para formação de valeta autoalinhada, as Figuras 3A a 3E ilustram vistas em seção transversal de vários estágios na fabricação de uma célula solar, de acordo com outra modalidade da presente invenção. A Figura 4 é um fluxograma 400 que lista operações em um método de fabricação de uma célula solar, como correspondendo às Figuras 3A a 3E, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0049] Com referência à Figura 3A e operação correspondente 402 do fluxograma 400, um método para fabricar regiões emissoras de tipo N e de tipo P alternadas de uma célula solar envolve formar uma camada de silício amorfa 306 sobre uma fina camada dielétrica 304 disposta sobre um substrato 302.
[0050] Em uma modalidade, o substrato 302 é um substrato de silício monocristalino, como um substrato de silício cristalino dopado de tipo N simples volumoso. Entretanto, deve-se entender que o substrato 302 pode ser uma camada, como uma camada de silício multicristalina, disposta sobre um substrato de célula solar global. Em uma modalidade, a fina camada dielétrica é uma camada de óxido de silício dielétrica em túnel que tem uma espessura de aproximadamente 2 nanômetros ou menos. Em uma modalidade, a camada de silício amorfa 306 é uma camada de silício hidrogenada formada com o uso de deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition), representada por a-Si:H, que inclui ligações covalentes S-H por toda a camada. Entretanto, em uma modalidade alternativa, em vez disso, usa-se uma camada de silício policristalino. Novamente com referência à Figura 3A, em uma modalidade, uma superfície de recepção de luz 301 do substrato 302 é texturizada, conforme mostrado e conforme descrito abaixo com mais detalhes.
[0051] Com referência novamente à Figura 3A e agora à operação correspondente 404 do fluxograma 400, uma camada de carbosilano 308 é formada na camada de silício amorfo 306. Em uma modalidade, a camada de carbosilano 308 tem uma espessura aproximadamente na faixa de 50 a 1.000 angstrons. Em uma modalidade, a camada de carbosilano 308 inclui (por exemplo, como um componente primário), uma cadeia principal tipo Si-C-Si-C alternada, sendo que a maioria das ligações remanescentes são inicialmente com hidrogênio (H). Em uma modalidade, a camada de carbosilano 308 é depositada com o uso de um mesmo aparelho empregado para gerar o filme de a-Si:H subjacente, por exemplo, por deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD) com o uso de um precursor de carbosilano adequado a temperatura relativamente baixa e níveis de potência RF. Em tal modalidade específica, a camada de carbosilano 308 é depositada em uma câmara PECVD a uma temperatura menor do que aproximadamente 200 graus Celsius e uma polarização de aproximadamente 20W a uma frequência de aproximadamente 13,56 MHz RF por uma área de superfície suficiente para acomodar/processar uma célula solar. Em uma modalidade, um precursor adequado útil para formar a camada de carbosilano 308 inclui, mas não se limita a, 1,3-disilapropano, 1,3disiabutano, 1,3,5- trisilapentano, ou 1,3,5-trisilaciclohexano. Em outras modalidades, resultados similares também podem ser obtidos utilizando-se rotas químicas alternativas para gerar materiais de carbosilano polimérico de peso molecular mais alto que existem como polímeros sólidos não voláteis, porém solúveis.
[0052] Com referência à Figura 3B e operação correspondente 404 do fluxograma 400, átomos de impureza dopantes de um primeiro tipo de condutividade são implantados na camada de carbosilano 308 e na camada de silício amorfo 306 para formar primeiras regiões implantadas 310, resultando em regiões não implantadas 312 da camada de silício (isto é, porções remanescentes de camada de silício amorfo 306 que não foram implantadas nesse estágio no processo). Adicionalmente, a implantação forma primeiras regiões implantadas autoalinhadas correspondentes 314 da camada de carbosilano 308 e resulta em regiões não implantadas 316 da camada de carbosilano 308. As primeiras regiões autoalinhadas implantadas 314 da camada de carbosilano 308 são autoalinhadas com as primeiras regiões implantadas 310 da camada de silício amorfo, já que são formadas com o uso de uma mesma máscara e em um mesmo processo de implante. Em tal modalidade, a implantação é executada através de uma primeira máscara de sombra, cujos exemplos são descritos em associação com as Figuras 5B e 6B. Em uma modalidade específica, a primeira máscara de sombra é uma máscara de sombra de grafite posicionada fora da camada de carbosilano 308, porém próxima à mesma. A distância utilizável será determinada pelo grau até o qual o feixe de íons pode ser colimado. Um espaçamento típico seria entre 50 a 250 microns, o que é quase da mesma ordem de espessura que o substrato da pastilha solar de Si. Entretanto, o espaçamento pode ser da ordem de 1.000 microns (1 mm) sob condições que minimizam o ângulo de divergência (a partir da vertical) abaixo da borda inferior da máscara.
[0053] Em uma modalidade, a implantação é executada com o uso de implantação por feixe de íon ou implantação por imersão em plasma. Em uma modalidade, esta primeira implantação fornece átomos dopantes P+ para o silício (por exemplo, átomos de boro). Em outra modalidade, entretanto, a primeira implantação fornece átomos dopantes N+ para o silício (por exemplo, átomos de fósforo ou átomos de arsênico). Em uma modalidade, as condições usadas para executar a implantação são reguladas (por exemplo, por bombardeamento de elétrons sequencial ou simultâneo) para acentuar a seletividade de ataque químico subsequente entre as regiões implantadas e não implantadas de silício amorfo, no que diz respeito a operações posteriores descritas abaixo. Outras condições que podem ser reguladas podem incluir uma ou mais dentre polarização de substrato durante a implantação, regulação de temperatura e regulação de dose.
[0054] Novamente com referência à Figura 3B e agora a uma rodada adicional da operação correspondente 406 do fluxograma 400, átomos de impureza dopantes de um segundo tipo de condutividade são implantados na camada de carbosilano 308 e na camada de silício amorfo 306 para formar segundas regiões implantadas 318, resultando em regiões não implantadas 312 da camada de silício (isto é, porções remanescentes de camada de silício amorfo 306 que não foram implantadas em nenhum dos processos de implantação descritos acima). Adicionalmente, a implantação forma segundas regiões implantadas autoalinhadas correspondentes 320 da camada de carbosilano 308 e resulta em regiões não implantadas 316 da camada de carbosilano 308. As segundas regiões autoalinhadas implantadas 320 da camada de carbosilano 308 são autoalinhadas com as primeiras regiões implantadas 318 da camada de silício amorfo, já que são formadas com o uso de uma mesma máscara e em um mesmo processo de implante. Em tal modalidade, a implantação é executada através de uma segunda máscara de sombra, cujos exemplos são descritos em associação com as Figuras 5B e 6B. Como no caso da primeira máscara de sombra, em uma modalidade específica, a segunda máscara de sombra é uma máscara de sombra de grafite posicionada fora, da camada de carbosilano 308, porém próxima à mesma.
[0055] Como no caso para o primeiro processo de implante, em uma modalidade, a implantação é executada com o uso de implantação por feixe de íon ou implantação por imersão em plasma. Em uma modalidade, essa segunda implantação fornece átomos dopantes N+ para o silício (por exemplo, átomos de fósforo ou átomos de arsênico). Em outra modalidade, entretanto, a segunda implantação fornece átomos dopantes P+ para o silício (por exemplo, átomos de boro). Em uma modalidade, as condições usadas para executar a implantação são reguladas (por exemplo, por bombardeamento de elétrons sequencial ou simultâneo) para acentuar a seletividade de ataque químico subsequente entre as regiões implantadas e não implantadas de silício amorfo, no que diz respeito a operações posteriores descritas abaixo. Outras condições que podem ser reguladas podem incluir uma ou mais dentre polarização de substrato durante a implantação, regulação de temperatura e regulação de dose.
[0056] Com referência à Figura 3C e operação correspondente 408 do fluxograma 400, as regiões não implantadas remanescentes 312 da camada de silício amorfo 306 são removidas, por exemplo, com um processo de ataque químico seletivo que preserva as primeiras regiões implantadas 310 e as segundas regiões implantadas 318 da camada de silício amorfo 306. Adicionalmente, as regiões não implantadas remanescentes 316 da camada de carbosilano 308 são removidas. Em uma modalidade, as regiões implantadas 314 e 320 da camada de carbosilano 308 protegem as regiões implantadas 310 e 318, respectivamente, da camada de silício amorfo 306 durante a remoção.
[0057] Em uma modalidade, as regiões não implantadas remanescentes 312 da camada de silício amorfo 306 e as regiões não implantadas remanescentes 316 da camada de carbosilano 308 são removidas com um produto para ataque químico a úmido à base de hidróxido que forma adicionalmente valetas 322 e/ou fornece texturas às porções expostas do substrato 302. Assim, em uma modalidade, as valetas 322 são formadas autoalinhadas entre as primeiras regiões implantadas 310 e as segundas regiões implantadas 318 da camada de silício amorfo 306, conforme está ilustrado na Figura 3C. Em uma modalidade, o tratamento por ataque químico a úmido à base de hidróxido é seguido por um tratamento de limpeza a úmido com ácido fluorídrico/ozônio (HF/O3).
[0058] Deve-se considerar que o tempo da texturização da superfície de recepção de luz 301 e formação da valeta autoalinhada 322 pode variar. Por exemplo, em uma modalidade, a texturização da superfície de recepção de luz 301 é executada em um processo separado que precede a formação/texturização de valetas 322, conforme está representado nas figuras 3A a 3C. Entretanto, em outra modalidade, a texturização da superfície de recepção de luz 301 é executada em um mesmo processo que a formação/texturização de valetas 322. Ademais, o tempo de formação/texturização das valetas 322 pode variar em relação a um processo de recozimento usado para cristalizar as primeiras regiões implantadas 310 e as segundas regiões implantadas 318. Por exemplo, em uma modalidade, a formação/texturização de valetas 322 é executada no processo usado para remover as regiões não implantadas remanescentes 312 da camada de silício amorfo 306, conforme está ilustrado na Figura 3C. Entretanto, em outra modalidade, a formação/texturização de valetas 322 é executada a após a remoção das regiões não implantadas remanescentes 322 da camada de silício amorfo 306 e do subsequente processo de recozimento. Em uma modalidade, uma superfície texturizada pode ser aquela que tem uma superfície com formato regular ou irregular para dispersão da luz recebida, diminuindo a quantidade de luz refletida pelas superfícies de recepção de luz e/ou expostas da célula solar.
[0059] Com referência à Figura 3D e operação correspondente 410 do fluxograma 400, as primeiras regiões implantadas 310 e as segundas regiões implantadas 318 da camada de silício amorfo 306 são recozidas para formar regiões emissoras de silício policristalino dopadas 324 e 326, respectivamente. Em uma modalidade, o recozimento é executado a uma temperatura aproximadamente na faixa de 850 a 1.100 graus Celsius por uma duração aproximadamente na faixa de 1 a 100 minutos. Em uma modalidade, é realizado um acionamento de dopante de fósforo leve durante o aquecimento ou recozimento. Modalidades adicionais podem incluir a formação de uma camada de revestimento de passivação ou antirreflexiva 328 sobre a superfície de recepção de luz 301, conforme ilustrado na figura 3D.
[0060] Em uma modalidade, embora não esteja ilustrado como tal na Figura 3D, após e/ou durante a remoção das porções não implantadas remanescentes 312 da camada de silício amorfo 306, as regiões implantadas 314 e 320 da camada de carbosilano 308 também podem ser removidas. Em qualquer caso, as regiões implantadas 314 e 320 da camada de carbosilano 308 devem ser adequadamente menos suscetíveis ao ataque químico que a camada de silício amorfo 306 para fornecer ao menos uma quantidade substancial de proteção das primeiras regiões implantadas 310 e das segundas regiões implantadas 318 da camada de silício amorfo 306 (por exemplo, sem erodir significativamente as regiões implantadas da camada de silício amorfo 306). Alternativamente, conforme está ilustrado na Figura 3D, as regiões implantadas 314 e 320 da camada de carbosilano 308 podem ser retidas através do processo de recozimento. Após o recozimento, as regiões implantadas 314 e 320 da camada de carbosilano 308 podem ser removidas ou podem ser retidas, sendo que uma modalidade disso é descrita abaixo.
[0061] Deve-se considerar que, embora possa ser mais vantajoso, de modo geral, completar o ataque químico (isto é, remoção) de áreas não implantadas de camada de silício amorfo 306 antes de executar um recozimento a alta temperatura e processo de ativação, conforme é descrito acima, certas condições de implante podem resultar em reatividade intrinsecamente mais alta no ataque químico de texturização (por exemplo, como em relação a regiões não implantadas). Em tal caso, um recozimento a alta temperatura pode ser executado antes do ataque químico de valeta.
[0062] Com referência à Figura 3E, são fabricados contatos condutivos 330 e 332 para entrar em contato com a primeira 324 e a segunda 326 regiões emissoras de silício policristalino dopadas, respectivamente. Em uma modalidade, os contatos são fabricados primeiro por depósito e padronização de uma camada isolante 350, para que ela tenha aberturas e, então, por formação de uma ou mais camadas condutivas nas aberturas. Em uma modalidade, os contatos condutivos 330 e 332 incluem metal e são formados por uma abordagem de deposição, litografia e ataque químico ou, alternativamente, um processo de impressão.
[0063] Novamente com referência à Figura 3E, em uma modalidade, as regiões implantadas 314 e 320 da camada de carbosilano 308 (ou pelo menos o que restou dela), são retidas na estrutura final. Em tal modalidade, os contatos 330 e 332 são formados através das regiões implantadas 314 e 320 da camada de carbosilano 308, por exemplo, por padronização das regiões implantadas 314 e 320 da camada de carbosilano 308 durante a formação da valeta de contato. Dessa forma, em uma modalidade, uma célula solar de contato posterior 399 inclui um substrato de silício monocristalino 302 que tem uma superfície de recepção de luz 301 e uma superfície posterior 303. Uma fina camada dielétrica 304 é disposta na superfície posterior do substrato de silício monocristalino 302. Uma região emissora de silício policristalino 324/326 é disposta sobre a fina camada dielétrica 304. A região emissora de silício policristalino 324/326 é dopada com átomos de impureza. Uma camada de carbosilano 314/320 é disposta e alinhada com a região emissora de silício policristalino 324/326. Uma estrutura de contato condutiva 330/332 é disposta através da camada de carbosilano 314/320 e sobre a região emissora de silício policristalino 324/326. Em uma modalidade, a camada de carbosilano 314/320 também é dopada com os átomos de impureza.
[0064] Novamente com referência às abordagens descritas em associação às Figuras 1A a 1E e 3A a 3E, em uma modalidade, uma camada a-Si:H rica em Si-H é usada como uma fonte de regiões implantadas N+ e P+ e/ou um filme à base de carbosilano rico em Si-H (por exemplo, um material que incorpore caráter substancial (-SiH2-CH2-SiH2-CH2-) ) é exposto a condições de implante de íon para ser submetido à reticulação que forma ligações Si-C adicionais. Em qualquer caso, a reatividade de uma região que contém silício é reduzida no que diz respeito ao ataque químico em condições alcalinas aquosas úteis para a remoção de materiais subjacentes de silício amorfo, policristalino ou cristalino simples. Em uma modalidade, as condições usadas para executar as etapas de implante de íons podem ser reguladas para acentuar a seletividade de ataque entre as regiões implantadas e não implantadas (por exemplo, por bombardeamento de elétrons sequencial ou simultâneo). No caso de serem usados filmes de carbosilano, tais filmes podem ser depositados com o uso de técnicas de deposição química a vapor que empregam precursores de carbosilano voláteis.
[0065] Novamente com referência às abordagens descritas em associação com as figuras 1A a 1E e 3A a 3E, em uma modalidade, um produto de ataque químico a úmido altamente seletivo pode ser empregado para remover material não implantado em relação a material implantado (por exemplo, para remover carbosilano não implantado seletivo para carbosilano implantado ou para remover silício amorfo não implantado seletivo para silício amorfo implantado). Entretanto, em outra modalidade, um material de ataque químico padronizado é usado para as áreas não implantadas. Em tal modalidade, uma pasta de ataque químico de silício imprimível em tela é disposta sobre regiões não implantadas para direcionar um processo de ataque químico para as regiões não implantadas.
[0066] Em uma modalidade, conforme descrito em resumo acima, uma máscara de sombra de grafite estacionária pode ser usada para implantação e, possivelmente, deposição de carbosilano. Como um exemplo, a Figura 5A ilustra esquematicamente uma vista em seção transversal de uma plataforma em linha para implante padronizado que envolve pastilha de deslocamento e máscara de sombra estacionária, de acordo com uma modalidade da presente revelação. A Figura 5B ilustra uma sequência de implante através de máscaras de proximidade de grafite no aparelho da Figura 5A, de acordo com uma modalidade da presente revelação. Com referência à Figura 5A, uma plataforma em linha 500 inclui uma região de entrada de pastilha 502, uma fonte de implante 504 (por exemplo, implantação de íon ou imersão em plasma) e uma região de saída 506. Uma máscara de estêncil estacionária 508, como uma máscara de grafite estacionária, é mantida em proximidade a, mas não em contato com, um substrato 510 para fornecer um substrato implantado 512. Novamente com referência às Figuras 5A e 5B, deve-se considerar que duas fontes de implante consecutivas (isto é, uma para cada tipo de dopante) podem estar incluídas em uma mesma plataforma com duas máscaras de dedo de grafite deslocadas e registradas.
[0067] Em outra modalidade, pode ser usada uma máscara de sombra de grafite móvel para implantação e, possivelmente, deposição de carbosilano. Como um exemplo, a Figura 6A ilustra esquematicamente uma vista em seção transversal de uma plataforma em linha para implante padronizado e deposição de carbosilano, de acordo com uma modalidade da presente revelação. A Figura 6B ilustra uma sequência de implante e deposição de carbosilano através de máscaras de contato de silício no aparelho da Figura 6A, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0068] Com referência à Figura 6A, um aparelho de processo em linha 600 para fabricar uma região emissora de uma célula solar inclui uma primeira estação 602 para alinhar uma máscara de estêncil 604 com um substrato 606. Uma segunda estação 608 é incluída para implantar átomos de impureza de dopante (por exemplo, boro ou fósforo) acima do substrato 606, através da máscara de estêncil 604. Uma terceira estação 610 é incluída para formar uma camada de carbosilano acima do substrato 606, através da máscara de estêncil 604. Outros aspectos do aparelho de processo em linha 600 podem incluir uma área de entrada de pastilha 612 e uma área de remoção de máscara e saída de pastilha 614.
[0069] Em uma modalidade, a máscara de estêncil 604 e o substrato 606 são movidos juntos pelo menos através da segunda 608 e terceira 610 estações. A direção de fluxo de pastilha através do aparelho de processo em linha 600 é mostrada pelas setas 650. Com referência à Figura 6B, em uma modalidade, o aparelho de processo em linha 600 permite o implante e a deposição de carbosilano em regiões de uma camada de silício 607 no substrato 606 através da máscara de estêncil 604. As regiões implantadas 607A e a camada de carbosilano 609 são autoalinhadas, visto que a camada de carbosilano é formada com o uso da mesma máscara na mesma posição que é usada para executar a implantação. Em uma modalidade, a primeira estação 602 é para alinhar a máscara de estêncil 604 como em contato com o substrato 606 ou em estreita proximidade com o mesmo. Em uma modalidade, a segunda estação 608 inclui uma câmara de implantação de imersão em plasma ou implantação de íon. Em uma modalidade, a terceira estação 610 inclui uma câmara de deposição como, mas não se limitando a, uma câmara de deposição química a vapor a baixa pressão (LPCVD, low pressure chemical vapor deposition), uma câmara de deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD), uma câmara de deposição química a vapor em plasma de alta densidade (HDPCVD, high density plasma chemical vapor deposition), ou uma câmara de deposição física a vapor (PVD, physical vapor deposition).
[0070] Em qualquer um dentre os casos descritos acima, em uma modalidade, se o carbosilano for depositado através da máscara, o material de carbosilano pode também ser depositado sobre a máscara de estêncil. Após várias passadas da máscara de estêncil através do ambiente de deposição, múltiplas camadas de material de carbosilano podem, por fim, acumular. Deve-se considerar que um número ideal de passadas pode ser determinado para equilibrar o rendimento em relação a um acúmulo excessivo de material na máscara de estêncil que pode, de alguma maneira, impactar processos de deposição posteriores. Em tal modalidade, após um certo número de passadas, o material de carbosilano acumulado é removido por ataque químico seletivo, e a máscara de estêncil pode, então, ser reutilizada.
[0071] No geral, embora certos materiais sejam especificamente descritos acima, alguns materiais podem ser prontamente substituídos por outros, sendo que essas outras modalidades permanecem dentro do espírito e escopo de modalidades da presente revelação. Por exemplo, em uma modalidade, um substrato de material diferente, como um substrato de material do grupo III-V, pode ser usado no lugar de um substrato de silício. Ademais, deve-se compreender que, quando a dopagem do tipo N+ e do tipo P+ é especificamente descrita, outras modalidades contempladas incluem o tipo de condutividade oposta, por exemplo, dopagem do tipo P+ e N+, respectivamente.
[0072] Em geral, as modalidades descritas aqui podem ser implementadas para fornecer plataformas de implante de íons com rendimento mais alto e menor custo para a fabricação de células solares do tipo (IBC) de contato posterior interdigitadas de alta eficiência. Modalidades específicas podem oferecer abordagem vantajosa para gerar valetas autoalinhadas entre as regiões emissoras formadas por implantação. Modalidades podem ser particularmente úteis para a fabricação de células solares que incorporam emissores derivados de silício amorfo (por exemplo, a-Si:H).
[0073] Dessa forma, foram revelados métodos de fabricação de regiões emissoras de célula solar com o uso de implantação de íon.
[0074] Em outro aspecto, abordagens estabelecidas para gerar padrões emissores de polissilício n+ e p+ (dopados com fósforo e boro), tipicamente se baseiam na padronização de camadas de máscara de dióxido de silício para definir e isolar os dedos emissores de polissilício subjacentes. Produtos químicos para ataque de Si com base alcalina agressiva são usados para remover todo o material de polissilício não mascarado para formar uma valeta no lugar ou causar danos em junções de polissilício p-n ricas. Na verdade, processos usados atualmente para isolamento de valeta tipicamente se estendem além da camada de polissilício depositada, através de finas camadas dielétricas subjacentes e para dentro do substrato de Si subjacente. Quando executado em um processo em batelada isotrópico (com ambos os lados da pastilha expostos ao mesmo produto químico de ataque), é particularmente oportuno completar a sequência de ataque químico com condições que criem textura de pirâmide aleatória sobre todas as superfícies de Si cristalino expostas, incluindo tipicamente toda a superfície frontal e fundos de valeta que se estendem para Si no lado posterior.
[0075] Uma ou mais modalidades adicionais descritas aqui fornecem um fluxo de processo simplificado para fabricar dispositivos de célula solar de contato posterior de alta eficiência envolvendo o uso de tecnologia de implante de íon para gerar uma ou ambas as camadas emissoras de polissilício N+ (por exemplo, tipicamente dopada com fósforo ou arsênico) e P+ (por exemplo, tipicamente dopada com boro). Em uma modalidade, uma abordagem de fabricação envolve o uso de implantação de íon para introduzir átomos do tipo dopante necessário, assim como átomos auxiliares em uma camada emissora para induzir alterações suficientes nas propriedades de ataque químico a úmido da camada emissora de modo a permitir seu uso como uma máscara durante a remoção por ataque químico a úmido seletivo de todas as regiões não implantadas de camada emissora. Uma ou mais modalidades são direcionadas a hardware e processos correspondentes para implante de íon padronizado integrado e modificação da superfície para fabricação de célula solar de alta eficiência. Uma ou mais modalidades fornecem uma abordagem eficaz que economiza operação de processamento para gerar (e isolar) emissores de dedo de silício policristalino (poliSi) dopados com N e com P separados que cobrem a parte posterior de uma célula solar de alta eficiência com o uso de tecnologia de implante de íon padronizado.
[0076] Mais particularmente, constatou-se que a implantação de íon de Boro de pilhas de polissilício prototípico/óxido em túnel, com uma dose de pelo menos 4E15 e energias entre 5 e 15 KeV, podem automaticamente conferir alta resistência a produtos químicos de ataque de Si alcalinos, incluindo condições que removem completamente todas as áreas adjacentes de material não implantado. Infelizmente, nenhuma seletividade comparável parece possível com o uso de condições de implantes de íon de fósforo úteis para dopar regiões emissoras de n+. Como alternativas às abordagens já descritas para resistência ao ataque químico induzida por implante, esquemas viáveis para proteger as regiões implantadas com P padronizadas incluem quaisquer meios para aplicar composições de máscara de ataque químico robustas muito finas exemplificados por SiN ou SiC. Conforme já descrito acima (e em conexão com as camadas de máscara de policarbosilano padronizadas mencionadas aqui), tais padrões podem ser gerados com o uso de qualquer método de deposição baseado em CVD ou PVD (ideal e altamente colimados) combinado com uma máscara de sombra, embora se possa esperar que qualquer processo sofra de instabilidade de padrão e partículas com acúmulo de filmes que se depositam sobre as superfícies da máscara e câmara. Em uma modalidade, o processo mais facilmente implementado foi aquele conceitualmente mais limpo, que envolve o implante raso de íons de Nitrogênio com energia mais baixa (2 KeV), na superfície de polissilício já implantado com P. Uma dose que oferece resistência reprodutível a ataque químico de Si com base KOH alcalina é 8E15. Desempenho quase equivalente foi também observado para implantação de íon C baseado em plasma de metano e executado, de modo similar, com baixa energia, porém com dose ligeiramente mais alta. Quando houver implementação com o uso de uma máscara de sombra "que se desloca", o "autoalinhamento" entre as etapas de implante de P e N pode ser assegurado permitindo-se que a pastilha e a máscara permaneçam presas juntas antes de uma segunda passada sob a mesma fonte de implante reconfigurada para executar N. Entretanto, a comutação entre os produtos químicos da fonte de plasma compromete o desempenho e partículas com mais probabilidade de soluções manufaturáveis envolverem etapas de implante sequenciais como parte de um fluxo de processo em linha baseado em máscaras de sombra estacionárias equilibradas sob cada fonte de feixe de íons.
[0077] Para fornecer contexto adicional, atualmente, esquemas de processamento de contato posterior interdigitado (IBC) podem ser implementados para gerar efetivamente regiões de difusão padronizadas cobertas pelas camadas de óxido dopadas. Tais estruturas são padronizadas para gerarem máscaras resistentes a ataque químico através das quais são formados os emissores dopados com N e com P isolantes de valeta, ao mesmo tempo em que a texturização do lado frontal é executado. Embora o conceito de empregar implante de íon padronizado para substituir a difusão a partir de camadas de óxido padronizadas possa parecer direto, a menos que seja combinado com uma abordagem que fornece seletividade a ataque químico autoalinhada, tal abordagem pode não ser viável para fabricar uma estrutura de célula solar de alta eficiência que tem regiões emissoras de silício policristalino dopadas. Esse pode ser particularmente o caso para abordagens que usam implantes de fósforo.
[0078] Tratando de um ou mais dentre os problemas acima, de acordo com uma modalidade da presente revelação, é formada uma estrutura de dedo unidimensional para uma célula solar que tem regiões emissoras de silício policristalino dopadas ao executar implantação de íon padronizada de fósforo (ou arsênico) e boro ligeiramente deslocadas entre si e deixando uma folga sem implante entre as mesmas. Após o implante de fósforo (ou arsênico), um segundo implante raso autoalinhado (por exemplo, através de um mesmo padrão de máscara) de íons de nitrogênio, oxigênio ou carbono (ou agrupamentos moleculares positivamente carregados contendo estes elementos) é executado. A implantação de tais espécies auxiliares (ou "caçadoras") nas mesmas regiões que o fósforo (ou arsênico), é executada a fim de modificar a superfície da região implantada e aumentar a resistência ao ataque químico a banhos de texturização alcalinos. Visto que a implantação do boro apenas aumenta substancialmente a resistência ao ataque químico, uma combinação de primeiras regiões (por exemplo, linhas implantadas) de um filme de poliSi que tem um perfil de dopante caçador raso + fósforo interdigitado com segundas regiões (por exemplo, linhas implantadas) do filme de poliSi que tem um perfil de dopante de boro, pode ser submetida a um fluxo de processo de ataque químico de textura bem estabelecido. Tal processo de ataque químico pode remover simultaneamente regiões de poliSi não implantadas (por exemplo, entre os dedos implantados) enquanto fornece textura ao lado frontal (voltado para o sol) da pastilha. Ademais, é descrita uma nova plataforma de hardware que pode executar todas as três operações de implante padronizado e alinhado em um único passe. A abordagem acima, bem como outras abordagens e plataformas de hardware, serão descritas abaixo com mais detalhes.
[0079] Em um fluxo de processo exemplificador que utiliza seletividade de ataque químico induzida por implante para formação de valeta autoalinhada, as Figuras 7A a 7G ilustram vistas em seção transversal de vários estágios na fabricação de uma célula solar, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 8 é um fluxograma 800 que lista operações em um método de fabricação de uma célula solar, como correspondendo às Figuras 7A a 7G, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0080] Com referência à Figura 7A e operação correspondente 802 do fluxograma 800, um método para fabricar regiões emissoras de tipo N e de tipo P alternadas de uma célula solar envolve formar uma camada de silício 706 sobre uma fina camada dielétrica 704 disposta sobre um substrato 702.
[0081] Em uma modalidade, o substrato 702 é um substrato de silício monocristalino, como um substrato de silício cristalino dopado de tipo N simples volumoso. Entretanto, deve-se entender que o substrato 702 pode ser uma camada, como uma camada de silício multicristalina, disposta sobre um substrato de célula solar global. Novamente com referência à Figura 7A, em uma modalidade, conforme mostrado, uma superfície de recepção de luz 701 do substrato 702 é texturizada, conforme descrito abaixo com mais detalhes. Em uma modalidade, a fina camada dielétrica é uma camada de óxido de silício dielétrica em túnel que tem uma espessura de aproximadamente 2 nanômetros ou menos.
[0082] Em uma modalidade, a camada de silício 706 é uma camada de silício amorfo. Em tal modalidade, a camada de sílica amorfo é formada com o uso de deposição química a vapor a baixa pressão (LPCVD) ou deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD). Entretanto, em uma modalidade alternativa, usa-se uma camada de silício policristalino no lugar de silício amorfo.
[0083] Com referência à Figura 7B e operação correspondente 804 do fluxograma 800, espécies de impureza dopantes de um primeiro tipo de condutividade são implantados na camada de silício 706 para formar primeiras regiões implantadas 708, resultando em regiões não implantadas 709 da camada de silício (isto é, porções remanescentes de camada de silício 706 que não foram implantadas neste estágio no processo).
[0084] Em uma modalidade, a implantação é executada com o uso de implantação por feixe de íon ou implantação por imersão em plasma. Em uma modalidade, essa primeira implantação fornece átomos dopantes N+ para o silício (por exemplo, fósforo ou átomos de arsênico). Em tal modalidade específica, implantar os átomos ou íons de fósforo ou arsênico envolve implantação para formar uma concentração de átomos de fósforo ou arsênico na camada de silício 706 aproximadamente na faixa de 1E19-1E20 átomos/cm3.
[0085] Com referência novamente à operação 804, em uma modalidade, a implantação é executada através de uma primeira máscara de sombra, cujo um exemplo é descrito em associação com a Figura 10. Em tal modalidade, as espécies de impureza dopantes do primeiro tipo de condutividade são implantadas através de uma primeira máscara de sombra que tem um primeiro padrão de fenda. Em uma modalidade específica, a primeira máscara de sombra é uma máscara de sombra de grafite posicionada fora da camada de silício 706, porém próxima à mesma.
[0086] A seguir, com referência à Figura 7C e operação correspondente 806 do fluxograma 800, espécies de impureza auxiliares são implantadas nas primeiras regiões implantadas 708 da camada de silício 706. As espécies de impureza auxiliares são diferentes das espécies de impurezas dopantes do primeiro tipo de condutividade. Adicionalmente, em uma modalidade, a região correspondente das espécies de impureza auxiliares são implantadas de modo que tenham uma profundidade na camada de silício 706 menor do que a profundidade da respectiva primeira região implantada original 708. Assim, as primeiras regiões implantadas modificadas 708' são formadas e, em uma modalidade, têm porções inferiores 752 que são regiões de fósforo apenas (ou arsênico) 752 e têm regiões superiores 750 que são regiões de fósforo (ou arsênico) junto com as espécies de impureza auxiliares, conforme está ilustrado na Figura 7C.
[0087] Em uma modalidade, as espécies de impureza auxiliares implantadas nas primeiras regiões implantadas são espécies como, mas não se limitando a, átomos ou íons de nitrogênio átomos ou íons de carbono ou átomos ou íons de oxigênio. Deve-se considerar que o termo "íons" pode incluir íons moleculares contendo um ou mais átomos da espécie dopante ligados a átomos de hidrogênio adicionais. Em uma modalidade, a espécie de impureza auxiliar é nitrogênio e é fornecida pela implantação com o uso de N2 ou NH3. Em uma modalidade, a espécie de impureza auxiliar é carbono e é fornecida pela implantação com o uso de CH4 ou um hidrocarboneto, como acetileno ou, possivelmente, metilsilano. Em uma modalidade, a espécie de impureza auxiliar é oxigênio e é fornecida pela implantação com o uso de N2O ou O2.
[0088] Em uma modalidade, a implantação é executada com o uso de implantação por feixe de íon ou implantação por imersão em plasma. Em uma modalidade, essa segunda implantação fornece, por fim, átomos de nitrogênio, átomos de carbono ou átomos de oxigênio em uma porção superior das regiões N+ da camada de silício 106. Em específica, implantar a segunda implantação forma uma concentração de átomos de nitrogênio, carbono ou oxigênio na camada de silício 106, aproximadamente na faixa de 1E19 atal modalidade 1E21 átomos/cm3. Em uma modalidade, a distribuição da espécie de impureza auxiliar está localizada predominantemente dentro dos primeiros 1.000 Angstrons abaixo da superfície da camada de silício 106.
[0089] Com referência novamente à operação 806, em uma modalidade, a implantação é executada através de uma segunda máscara de sombra, cujo um exemplo é descrito em associação com a Figura 10. Em tal modalidade, as espécies de impureza auxiliares são implantadas através de uma segunda máscara de sombra que tem o primeiro padrão de fenda. O primeiro padrão de fenda pode ser igual ou ser ligeiramente modificado em relação ao primeiro padrão de fenda acima, descrito em associação à operação 804, conforme descrito abaixo com mais detalhes. Em uma modalidade, a segunda máscara de sombra é uma máscara de sombra de grafite posicionada fora, da camada de silício 706, porém próxima à mesma.
[0090] Conforme mencionado acima, implantar espécies de impureza auxiliares nas primeiras regiões implantadas 708 pode, em uma modalidade, envolver a implantação através de uma segunda máscara de sombra que tem o primeiro padrão de fenda (isto é, o padrão de fenda usado para formar regiões originais 708). Em uma primeira modalidade, a segunda máscara de sombra tem o mesmo padrão de fenda que o primeiro padrão de fenda, e as dimensões das fendas são iguais àquelas da primeira máscara de sombra. Como um exemplo, a Figura 9A ilustra uma vista em seção transversal de uma primeira região implantada modificada 708' formada com o uso de um padrão de fenda alinhada com a mesma dimensão. A região de átomos auxiliares 750 está alinhada com a região N+ 752 na camada de silício 706.
[0091] Entretanto, a Figura 9B ilustra uma vista em seção transversal de uma primeira região implantada modificada 708' formada com o uso de um padrão de fenda desalinhada com a mesma dimensão. A região de espécies de impureza auxiliares 750' está desalinhada com a região N+ 752' na camada de silício 706. Ou seja, uma porção da região de espécies de impureza auxiliares 750' é formada dentro da região N+ 752', mas uma porção da região das espécies de impureza auxiliares 750' é formada for a da região N+ 752'. Pode ocorrer o caso em que é preferível ter a região das espécies de impureza auxiliares formada totalmente com a região N+.
[0092] Consequentemente, em uma modalidade, a Figura 9C ilustra uma vista em seção transversal de uma primeira região implantada modificada 708' formada com o uso de um padrão de fenda com dimensão menor (por exemplo, mais estreita). A região de espécies de impureza auxiliares 750" é mais estreita do que a região N+ 752" e é formada totalmente dentro da mesma. Em tal modalidade, usar uma dimensão mais estreita para a fenda na segunda máscara permite tolerância de desalinhamento sem risco de ter espécies de impureza auxiliares implantadas fora da região N+.
[0093] Com referência à Figura 7D e à operação correspondente 808 do fluxograma 800, espécies de impureza dopantes de um segundo tipo de condutividade são implantadas na camada de silício 706 para formar segundas regiões implantadas 710, resultando em regiões não implantadas 712 da camada de silício (isto é, porções remanescentes de camada de silício 706 que não tenham sido implantadas significativamente em nenhum dos processos de implantação descritos acima).
[0094] Como no caso para o primeiro e segundo processos de implante, em uma modalidade, a implantação é executada com o uso de implantação por feixe de íon ou implantação por imersão em plasma. Em uma modalidade, essa terceira implantação fornece átomos dopantes P+ para o silício (por exemplo, átomos de boro). Em tal modalidade específica, implantar os átomos ou íons de boro envolve implantação para formar uma concentração de átomos de boro na camada de silício 706 aproximadamente na faixa de 1E19 a 1E20 átomos/cm3.
[0095] Com referência novamente à operação 808, em uma modalidade, a implantação é executada através de uma terceira máscara de sombra, cujo exemplo é descrito em associação com a Figura 10. Em tal modalidade, as espécies de impureza dopantes do segundo tipo de condutividade são implantadas através de uma terceira máscara de sombra que tem um segundo padrão de fenda, diferente do primeiro padrão de fenda. Em tal modalidade, o primeiro padrão de fenda e o segundo padrão de fenda, juntos, formam um padrão de dedos interdigitados unidimensional. Como no caso da primeira e da segunda máscaras de sombra, em uma modalidade específica, a terceira máscara de sombra é uma máscara de sombra de grafite posicionada fora da camada de silício amorfo 706, porém próxima à mesma.
[0096] Com referência à Figura 7E e operação correspondente 810 do fluxograma 800, as regiões não implantadas remanescentes 712 da camada de silício 706 são removidas, por exemplo, com um processo de ataque químico seletivo que preserva as primeiras regiões implantadas 708' e as segundas regiões implantadas 710 da camada de silício amorfo 706.
[0097] Na modalidade, as espécies de impureza auxiliares fornecidas na operação 806 para formar as primeiras regiões implantadas modificadas 708', inibem o ataque químico (por exemplo, diminuem a velocidade da taxa de ataque) às primeiras regiões implantadas modificadas 708'. Em tal modalidade, as espécies implantadas auxiliares são empregadas para afetar a seletividade de ataque e são intencionalmente implantadas a energias mais baixas para obter distribuições mais rasas (por exemplo, perto da superfície). Ademais, a quantidade de tais espécies auxiliares pode ser reduzida ou mesmo completamente eliminada nas operações subsequentes de ataque químico/limpeza a úmido e/ou a seco, particularmente quando o único fator para inclui-los for inibir o ataque das regiões N+ na operação 810.
[0098] Com referência novamente às Figuras 9A e 9C, em uma modalidade, a região correspondente das espécies de impureza auxiliares está totalmente dentro da respectiva primeira região implantada original 708. Em uma modalidade particular, com referência apenas à Figura 9C, a região correspondente das espécies de impureza auxiliares tem uma largura menor do que a largura das respectivas primeiras regiões implantadas. Em qualquer caso, em uma modalidade, a largura de ataque químico resultante é determinada pela largura da região 750 ou 750" das espécies de impureza auxiliares, conforme está ilustrado nas figuras 9A e 9C. No caso da figura 9C, então, em uma modalidade, remover as regiões não implantadas remanescentes da camada de silício 706 inclui, adicionalmente, remover porções da primeira região implantada modificada 708' que não inclui a região correspondente 750" das espécies de impureza auxiliares. Para fins de comparação, com referência à Figura 9B, tal perfil de ataque químico resultante inclui uma região que tem espécies de impureza auxiliares formadas fora da região N+. É por essa razão que o uso de uma máscara de implantação de espécies de impurezas que tem dimensões mais estreitas de fendas pode ser considerado para a implantação de caçadores, conforme descrito acima.
[0099] Em uma modalidade, as regiões não implantadas remanescentes 712 da camada de silício 706 são removidas com um produto para ataque químico a úmido à base de hidróxido que remove adicionalmente porções expostas da fina camada dielétrica 704 e forma valetas 714 no substrato 702. As valetas podem ser formadas para fornecerem porções texturizadas do substrato 702 como fundos de valeta. Em uma modalidade, visto que o posicionamento das valetas 714 é determinado pelas primeiras regiões implantadas 708' e segundas regiões implantadas 710 da camada de silício 706, as valetas 714 são formadas como autoalinhadas entre as primeiras regiões implantadas 708' e as segundas regiões implantadas 710 da camada de silício amorfo 706, conforme está ilustrado na Figura 7E. Em uma modalidade, o tratamento por ataque químico a úmido à base de hidróxido é seguido por um tratamento de limpeza a úmido de ácido fluorídrico/ozônio (HF/O3).
[0100] Deve-se considerar que o tempo da texturização da superfície de recepção de luz 701 e formação da valeta autoalinhada 714 pode variar. Por exemplo, em uma modalidade, a texturização da superfície de recepção de luz 701 é executada em um processo separado que precede a formação/texturização de valetas 714, conforme está representado nas figuras 7A a 7G. Entretanto, em outra modalidade, a texturização da superfície de recepção de luz 701 é executada em um mesmo processo que a formação/texturização de valetas 714. Ademais, o tempo de formação/texturização das valetas 714 pode variar em relação a um processo de recozimento usado para cristalizar as primeiras regiões implantadas 708' e as segundas regiões implantadas 710. Por exemplo, em uma modalidade, a formação/texturização de valetas 714 é executada no processo usado para remover as regiões não implantadas remanescentes 712 da camada de silício 706, conforme está ilustrado na Figura 7E. Entretanto, em outra modalidade, a formação/texturização de valetas 714 é executada após a remoção das regiões não implantadas remanescentes 712 da camada de silício 706 e o subsequente processo de recozimento. Em uma modalidade, uma superfície texturizada (na valeta 714 ou na superfície 701) pode ser aquela que tem uma superfície com formato regular ou irregular para dispersão da luz recebida, diminuindo a quantidade de luz refletida pelas superfícies de recepção de luz e/ou expostas da célula solar.
[0101] Com referência à Figura 7F e operação correspondente 812 do fluxograma 800, as primeiras regiões implantadas 708' e as segundas regiões implantadas 710 da camada de silício 706 são recozidas para formar regiões emissoras de silício policristalino dopadas 716 e 718, respectivamente. Em uma modalidade, o recozimento é executado a uma temperatura aproximadamente na faixa de 850 a 1.100 graus Celsius por uma duração aproximadamente na faixa de 1 a 100 minutos. Em uma modalidade, é realizado um acionamento de dopante de fósforo leve durante o aquecimento ou recozimento. Modalidades adicionais podem incluir a formação de uma camada de revestimento de passivação ou antirreflexiva 720 sobre a superfície de recepção de luz 701, cujo exemplo é mostrado na Figura 7G, descrito abaixo.
[0102] Deve-se considerar que, embora possa ser mais vantajoso, de modo geral, completar o ataque químico (isto é, remoção) de áreas não implantadas de camada de silício 706 antes de executar um recozimento a alta temperatura e processo de ativação, conforme é descrito acima, certas condições de implante podem resultar em reatividade intrinsecamente mais alta no ataque químico de texturização (por exemplo, como em relação a regiões não implantadas). Em tal caso, um recozimento a alta temperatura pode ser executado antes do ataque químico.
[0103] Com referência à Figura 7G, são fabricados contatos condutivos 722 e 724 para entrar em contato com a primeira 716 e a segunda 718 regiões emissoras de silício policristalino dopadas, respectivamente. Em uma modalidade, os contatos são fabricados primeiro por meio de depósito e padronização de uma camada isolante 740, para que ela tenha aberturas e, então, por meio de formação de uma ou mais camadas condutivas nas aberturas. Em uma modalidade, os contatos condutivos 722 e 724 incluem metal e são formados por uma abordagem de deposição, litografia e ataque químico ou, alternativamente, um processo de impressão.
[0104] Com referência novamente à Figura 7G, então, em uma modalidade exemplificadora, uma célula solar de contato posterior inclui um substrato de silício monocristalino 702 que tem uma superfície de recepção de luz 701 e uma superfície posterior. Uma primeira região emissora de silício policristalino 716 é disposta acima do substrato de silício cristalino 702. A primeira região emissora de silício cristalino 716 é dopada com espécies de impurezas dopantes de um primeiro tipo de condutividade (por exemplo, átomos de fósforo ou arsênico) e inclui adicionalmente espécies de impureza auxiliares (por exemplo, átomos de nitrogênio, átomos de carbono e/ou átomos de oxigênio) diferentes das espécies de impurezas dopantes do primeiro tipo de condutividade. Uma segunda região emissora de silício policristalino 718 é disposta acima do substrato de silício cristalino 702 e está em posição adjacente, porém separada, da primeira região emissora de silício policristalino 716. A segunda região emissora de silício policristalino 718 é dopada com espécies de impurezas dopantes de um segundo tipo oposto de condutividade (por exemplo, átomos de boro). A primeira e a segunda estruturas de contato condutivas 722 e 724 são conectadas eletricamente à primeira e à segunda regiões emissoras de silício policristalino 716 e 718, respectivamente.
[0105] Em um outro aspecto, a Figura 10 ilustra esquematicamente uma vista em seção transversal de uma plataforma em linha para implante padronizado que envolve uma pastilha de deslocamento e máscara sombra estacionária, de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0106] Com referência à Figura 10, uma plataforma em linha 1000 inclui uma região de entrada de pastilha para uma pastilha de entrada tendo uma camada de silício 706. Uma primeira estação 1050 é configurada para implantar átomos de impureza dopantes de um primeiro tipo de condutividade através de uma primeira máscara de sombra e nas primeiras regiões de uma camada de material 706 disposta acima de um substrato. Uma segunda estação 1052 é configurada para implantar espécies de impureza auxiliares através de uma segunda máscara de sombra e nas primeiras regiões da camada de material 706. Uma terceira estação 1054 é configurada para implantar átomos de impureza dopantes de um segundo tipo de condutividade diferente através de uma terceira máscara de sombra e nas segundas regiões, diferentes, da camada de material 706. Em uma modalidade particular, conforme exemplificado pela pastilha de saída da figura 10, a primeira estação 1050 é configurada para implantar fósforo (ou, alternativamente, átomos de arsênico) ou íons, a terceira estação 1054 é configurada para implantar átomos ou íons de boro e a segunda estação 1052 é configurada para implantar átomos ou íons de nitrogênio (ou, alternativamente, átomos ou íons de carbono, ou átomos ou íons de oxigênio).
[0107] Novamente com referência à Figura 10, uma máscara de estêncil estacionária 1002, como uma máscara de grafite estacionária, é mantida em proximidade a, mas não em contato com o substrato durante a implantação. Embora seja mostrada como uma máscara com três padrões de fenda correspondentes, deve-se considerar que uma máscara de sombra individual será usada tipicamente para cada um dos módulos 1050, 1052 e 1054. A distância utilizável para espaçamento a partir do substrato de recepção pode ser determinada pelo grau até o qual o feixe de íons pode ser colimado. Um espaçamento típico pode estar entre 50 e 250 microns, o que é quase da mesma ordem de espessura que o substrato da pastilha solar de Si. Entretanto, o espaçamento pode ser da ordem de 1.000 microns (1 mm) sob condições que minimizam o ângulo de divergência (a partir da vertical) abaixo da borda inferior da máscara de sombra. Em uma modalidade, o padrão resultante de regiões implantadas é um padrão de dedo interdigitado unidimensional.
[0108] De acordo com uma ou mais modalidades então, a combinação de um implante de íon B padronizado, com dopagem de implante P complementar e modificação superficial por íon N rasa (para cada resistência), tem o potencial para deslocar de modo substancialmente muito mais lento metodologias menos diretas usadas atualmente para dopar, padronizar e isolar estruturas emissoras dopadas com n e p à base de polissilício. Novas plataformas que buscam integrar e alinhar duas ou mais etapas de implante de íon padronizado em sequências de processo a vácuo simples podem facilitar extremamente altos fluxos de produção, que podem substituir essencialmente cada processo entre as operações de deposição de polissilício e texturização/limpeza - incluindo etapas de deposição de matéria prima em bruto, padronização e difusão de dopante a alta temperatura e subsequente padronização de máscaras de óxido para uso na sequência de isolamento de valetas. É possível tirar vantagem de tudo isso com o uso de esquemas baseados apenas em implante capazes de formar camadas de mascaramento rasas por meio de implantação a energia mais baixa de N ou C perto da superfície. Ao permitir o ataque de Si seletivo de filmes de polissilício não implantados expostos, fluxos do processo, como aqueles descritos aqui, podem permitir abordagens simplificadas para células solares de contato posterior baseadas em regiões emissoras de polissilício que incluem um recurso de isolação de valeta, crítico para formação e isolação de emissor de polissilício n+ e p+ de alta eficiência.
[0109] Dessa forma, a introdução de novas ferramentas de implante de íons de alta eficiência visando aplicações solares de alta eficiência com recursos de padronização à fabricação de células solares de contato posterior interdigitadas (IBC). Em particular, em casos em que alterações físicas e químicas são associadas à execução de operações de implante de íons, tal implantação pode ser explorada para permitir a formação de um padrão de valetas autoalinhadas.
[0110] No geral, embora certos materiais sejam especificamente descritos acima, alguns materiais podem ser prontamente substituídos por outros, sendo que essas outras modalidades permanecem dentro do espírito e escopo de modalidades da presente revelação. Por exemplo, em uma modalidade, um substrato de material diferente, como um substrato de material do grupo III-V, pode ser usado no lugar de um substrato de silício. Em outra modalidade, é usado um substrato de silício policristalino ou multicristalino. Além do mais, deve-se compreender que, quando se descreve especificamente a ordenação de dopagem de tipo N+ e, então, dopagem de tipo P+, para regiões emissoras em uma superfície posterior de uma célula solar, outras modalidades contempladas incluem ordenação do tipo de condutividade oposta, por exemplo, dopagem de tipo P+ e, então, de tipo N+, respectivamente. Adicionalmente, embora se faça referência de maneira significativa a disposições de célula solar de contato posterior, deve-se considerar que as abordagens aqui descritas podem ter aplicação também em células solares de contato frontal. Em geral, as modalidades descritas aqui podem ser implementadas para fornecer plataformas de implante de íons com rendimento mais alto e de custo menor para a fabricação de células solares do tipo (IBC) de contato posterior interdigitadas, de alta eficiência. Modalidades específicas podem oferecer abordagem vantajosa para gerar valetas autoalinhadas entre as regiões emissoras formadas por implantação.
[0111] Dessa forma, foram descritos métodos de fabricação de regiões emissoras de célula solar com o uso de implantação de íon e as células solares resultantes.
[0112] Embora modalidades específicas tenham sido descritas acima, essas modalidades não se destinam a limitar o escopo da presente revelação, mesmo quando apenas uma única modalidade for descrita com relação a uma característica particular. Exemplos de características fornecidas na revelação destinam-se a ser ilustrativos, ao invés de restritivos, a menos que se estabeleça o contrário. A descrição acima destina-se a cobrir tais alternativas, modificações e equivalentes, conforme ficará aparente ao versado na técnica que tenha o benefício dessa revelação.
[0113] O escopo da presente revelação inclui qualquer recurso ou combinação de recursos descritos aqui (seja explícita ou implicitamente), ou qualquer generalização dos mesmos, mitigando ou não qualquer dos problemas tratados na presente invenção. Consequentemente, podem ser formuladas novas reivindicações durante o processo deste pedido (ou um pedido reivindicando prioridade ao mesmo) para qualquer uma dessas combinações de recursos. Em particular, com referência às reivindicações anexas, recursos das reivindicações dependentes podem ser combinados com aqueles das reivindicações independentes e recursos das respectivas reivindicações independentes podem ser combinados de qualquer maneira adequada e não apenas nas combinações específicas enumeradas nas reivindicações anexas.
[0114] Em uma modalidade, um método de fabricação de regiões emissoras de tipo N e de tipo P alternadas de uma célula solar, envolve formar uma camada de silício acima de um substrato. Átomos de impureza dopantes de um primeiro tipo de condutividade são implantados, através de uma primeira máscara de sombra, na camada de silício para formar as primeiras regiões implantadas e gerar regiões não implantadas de camada de silício. Átomos de impureza dopantes de um segundo tipo oposto de condutividade são implantados, através de uma segunda máscara de sombra, em porções das regiões não implantadas de camada de silício para formar segundas regiões implantadas e gerar regiões remanescentes não implantadas de camada de silício. As regiões não implantadas remanescentes da camada de silício são removidas com um processo de ataque químico seletivo, preservando as primeiras regiões implantadas e as segundas regiões implantadas da camada de silício. As primeiras regiões implantadas e as segundas regiões implantadas da camada de silício são recozidas para formar regiões emissoras de silício policristalinas dopadas.
[0115] Em uma modalidade, formar a camada de silício envolve formar uma camada de silício amorfo hidrogenada.
[0116] Em uma modalidade, formar a camada de silício amorfo hidrogenada envolve usar deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD).
[0117] Em uma modalidade, remover as regiões não implantadas remanescentes da camada de silício com o processo de ataque químico seletivo envolve usar um ataque químico à base de hidróxido para texturizar as porções expostas do substrato.
[0118] Em uma modalidade, recozer as primeiras regiões implantadas e as segundas regiões implantadas da camada de silício envolve executar um implante de dopante tipo P em baixa dose nas porções expostas do substrato.
[0119] Em uma modalidade, formar a camada de silício envolve formar a camada de silício sobre uma fina camada dielétrica disposta sobre o substrato, sendo que o substrato é um substrato de silício monocristalino.
[0120] Em uma modalidade, a implantação através da primeira e da segunda máscaras de sombra envolve implantar através de primeira e segunda máscaras de sombra de grafite, respectivamente, e a primeira e a segunda máscaras de sombra de grafite são posicionadas fora da camada de silício, porém em estreita proximidade com a mesma.
[0121] Em uma modalidade, o método envolve adicionalmente formar contatos condutivos sobre as regiões emissoras de silício policristalino dopadas.
[0122] Em uma modalidade, um método de fabricação de uma região emissora de uma célula solar envolve formar uma camada de silício acima de um substrato. Uma camada de carbosilano é formada sobre a camada de silício. Os átomos de impureza de dopantes são implantados, através de uma máscara de sombra, na camada de carbosilano e na camada de silício para formar regiões de silício implantado e regiões correspondentes implantadas autoalinhadas da camada de carbosilano, resultando em regiões não implantadas de camada de silício e regiões correspondentes não implantadas de camada de carbosilano. As regiões não implantadas de camada de silício e as regiões não implantadas de camada de carbosilano são removidas. As regiões implantadas da camada de carbosilano protegem as regiões implantadas da camada de silício durante a remoção. As regiões implantadas da camada de silício são recozidas para formar regiões emissoras de silício policristalinas dopadas.
[0123] Em uma modalidade, o método envolve adicionalmente, após o recozimento, remover as regiões implantadas da camada de carbosilano e formar contatos condutivos nas regiões emissoras de silício policristalino dopado.
[0124] Em uma modalidade, o método envolve adicionalmente formar os contatos condutivos, através das regiões implantadas da camada de carbosilano, nas regiões emissoras de silício policristalino dopadas.
[0125] Em uma modalidade, formar a camada de silício envolve formar uma camada de silício amorfo hidrogenada.
[0126] Em uma modalidade, formar a camada de silício amorfo hidrogenada e formar a camada de carbosilano envolve usar deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD).
[0127] Em uma modalidade, remover as regiões não implantadas de camada de silício e as regiões não implantadas de camada de carbosilano envolve usar um ataque químico à base de hidróxido para texturizar as porções expostas do substrato.
[0128] Em uma modalidade, formar a camada de silício envolve formar a camada de silício sobre uma fina camada dielétrica disposta sobre o substrato, e o substrato é um substrato de silício monocristalino.
[0129] Em uma modalidade, implantar através da máscara de sombra envolve implantar através de uma máscara de sombra de grafite, e a máscara de sombra de grafite é posicionadas fora da, porém em contiguidade à, camada de silício.
[0130] Em uma modalidade, uma célula solar de contato posterior inclui um substrato de silício monocristalino que tem uma superfície de recepção de luz e uma superfície posterior. Uma fina camada dielétrica é disposta na superfície posterior do substrato de silício monocristalino. Uma região emissora de silício policristalino é disposta sobre a fina camada dielétrica. A região emissora de silício policristalino é dopada com átomos de impureza. Uma camada de carbosilano é disposta e alinhada com a região emissora de silício policristalino. Uma estrutura de contato condutiva é disposta através da camada de carbosilano e sobre a região emissora de silício policristalino.
[0131] Em uma modalidade, a camada de carbosilano também é dopada com átomos de impureza.

Claims (12)

1. Método de fabricação de regiões emissoras do tipo n e do tipo p alternadas de uma célula solar, caracterizado por formar uma camada de silício (106,306,706) acima de um substrato (102, 302, 702), implantar, através de uma primeira máscara de sombra, átomos de impureza dopantes de um primeiro tipo de condutividade na camada de silício (106,306,706) para formar as primeiras regiões implantadas (108, 310, 708) e gerar regiões não implantadas (112, 312,709) de camada de silício (106, 306, 706), implantar, através de uma segunda máscara de sombra, átomos de impureza dopantes de um segundo tipo oposto de condutividade em porções das regiões não implantadas (112, 312, 709) de camada de silício para formar segundas regiões implantadas (110, 318, 710) e gerar regiões não implantadas (112, 312,712) remanescentes da camada de silício (106,306,706), remover as regiões não implantadas (112, 312, 709, 712) remanescentes da camada de silício (106,306,706) com um processo de ataque químico seletivo, preservando as primeiras regiões implantadas (108, 310, 708) e as segundas regiões implantadas (110, 318, 710), da camada de silício (106,306,706) e recozer as primeiras regiões implantadas (108, 310, 708) e as segundas regiões implantadas (110, 318, 710) da camada de silício (106,306,706) para formar regiões emissoras de silício policristalino dopadas (116, 118, 716, 718).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo a formação de uma camada de carbosilano (308) sobre a camada de silício (306), caracterizado por implantar, através da primeira máscara de sombra, átomos de impureza de dopante na camada de carbosilano (308) correspondentes implantadas autoalinhadas (314) da camada de carbosilano (308), resultando também nas correspondentes não implantadas (316) de camada de carbosilano (308), na etapa de remoção as regiões não implantadas (316) da camada de carbosilano (308) é também removida, sendo que as regiões implantadas (314) da camada de carbosilano (308) protegem as regiões implantadas da camada de silício (106, 306) durante a etapa de remoção.
3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a formação da camada de silício (106,306,706) compreender a formação de uma camada de silício amorfo hidrogenada.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a formação da camada de silício amorfo hidrogenada compreender usar deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por remover as regiões não implantadas (112,312,709,712) remanescentes da camada de silício (106,306,706) com o processo de ataque químico seletivo que compreende em usar um produto para ataque químico a úmido à base de hidróxido para texturizar as porções expostas do substrato (102, 302, 702).
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por recozer as primeiras regiões implantadas (108, 310, 708) e as segundas regiões implantadas da camada de silício (106,306,706) que compreende em executar um implante de dopante tipo P em baixa dose nas porções expostas do substrato (102, 302, 702).
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por formar a camada de silício (106,306,706) que compreende a formação da camada de silício (106,306,706) sobre uma fina camada dielétrica (104, 304, 704) disposta sobre o substrato (102, 302, 702), sendo que o substrato é um substrato de silício monocristalino.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por implantação através da primeira e da segunda máscaras de sombra que compreende em implantar através da primeira e segunda máscaras de sombra de grafite, respectivamente, sendo que a primeira e a segunda máscaras de sombra de grafite são posicionadas sequencialmente fora da camada de silício (106,306,706), porém em estreita proximidade com a mesma.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por adicionalmente compreender a formação de contatos condutivos (122, 124; 722, 724) nas regiões emissoras de silício policristalino dopadas (116, 118; 716, 718).
10. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por adicionalmente após o recozimento remover as regiões implantadas (314) da camada de carbosilano (308) e formar contatos condutivos (122, 124; 722, 724) nas regiões emissoras de silício policristalino dopadas (116, 118; 716, 718).
11. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por adicionalmente compreender os contatos condutivos (122, 124; 722, 724), através das regiões implantadas (314) da camada de carbosilano (308), nas regiões emissoras de silício policristalino dopadas (116, 118; 716, 718).
12. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por remover as regiões não implantadas (112, 312,709, 712) de camada de silício (106, 306, 706) e as regiões não implantadas (316) de camada de carbosilano (308) compreendendo o uso de um produto para ataque químico a úmido à base de hidróxido para texturizar as porções expostas do substrato.
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