CN101836299B - 用于薄膜太阳能应用的微晶硅沉积 - Google Patents

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Abstract

如权利要求所述的本发明的实施例涉及一种薄膜多结太阳能电池以及用于形成该太阳能电池的方法与设备。在一个实施例中提供了一种在基板上方形成薄膜多结太阳能电池的方法。该方法包括：在反应区中放置基板；将混合气体提供至反应区，其中所述混合气体包括含硅化合物和氢气；以第一沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第一区域；以高于第一沉积速率的第二沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第二区域；以及以低于第二沉积速率的第三沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第三区域。

Description

用于薄膜太阳能应用的微晶硅沉积
技术领域
本发明的实施例大体上涉及一种太阳能电池以及形成该太阳能电池的方法和设备。更特别地，本发明的实施例涉及一种薄膜多结太阳能电池以及形成该太阳能电池的方法和设备。
背景技术
结晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池是太阳能电池的两种类型。结晶硅太阳能电池一般使用单晶基板(即，纯硅的单晶基板)或多晶硅基板(即，多晶或多晶硅)。在硅基板上沉积额外的膜层以改善光的捕获能力、形成电路以及保护器件。薄膜太阳能电池利用在适当的基板上沉积的材料的薄层来形成一或多个p-i-n结。适当的基板包括玻璃、金属和聚合物基板。
微晶硅膜(μC-Si)是用于形成太阳能电池的薄膜的一种类型。微晶硅膜的传统沉积工艺的沉积速度很慢，这不利地降低了制造产量并提高了制造成本。
因此，需要一种沉积微晶硅膜的改进方法。
发明内容
如权利要求所述的本发明的实施例涉及一种薄膜多结太阳能电池以及用于形成该太阳能电池的方法与设备。在一个实施例中提供了一种在基板上方形成薄膜多结太阳能电池的方法。该方法包括：在反应区中放置基板；将混合气体提供至反应区，其中所述混合气体包括含硅化合物和氢气(H2)；以第一沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第一区域；以高于第一沉积速率的第二沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第二区域；以及以低于第二沉积速率的第三沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第三区域。
在另一实施例中提供了一种在基板上方形成薄膜多结太阳能电池的方法。该方法包括：形成第一p-i-n结以及在第一p-i-n结上方形成第二p-i-n结。所述第一p-i-n结通过以下步骤形成：形成p型非晶硅层，在p型非晶硅层上方形成本征型非晶硅层，以及在本征型非晶硅层上方形成第一n型硅层。所述第二p-i-n结通过以下步骤形成：形成p型微晶硅层，在p型微晶硅层上方形成本征型微晶硅层，以及在本征型微晶硅层上方形成第二n型硅层。所述本征型微晶硅层通过以下步骤形成：以第一沉积速率形成本征型微晶硅层的第一区域，以高于第一沉积速率的第二沉积速率形成本征型微晶硅层的第二区域，以及以低于第二沉积速率的第三沉积速率形成本征型微晶硅层的第三区域。在特定实施例中，第一n型硅层是n型非晶/微晶硅层。在特定实施例中，第一n型硅层是微晶硅层。在特定实施例中，第二n型硅层是非晶硅层或微晶硅层。
附图说明
为了能够具体地理解本发明的上述特征的方式，将参看其中的一些在附图中示出的实施例对上文所简要概括的本发明进行更具体的描述。然而应当注意到，附图仅示出了本发明的典型实施例，由于本发明还允许其它等同效果的实施例，因此附图并不被认为是对发明范围的限制。
图1是朝向光或太阳辐射的基于微晶硅的薄膜太阳能电池的示意图。
图2是表示根据本发明的一个实施例形成本征微晶硅层的工艺步骤的流程图。
图3是朝向光或太阳辐射的多结太阳能电池的示意图。
图4是进一步包括种子层的图3的多结太阳能电池的示意图。
图5是进一步包括种子层和非晶硅势垒层的图3的多结太阳能电池的示意图。
图6是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室的一个实施例的示意截面图，在该PECVD腔室中可以沉积太阳能电池的一或多层太阳能膜。
图7是具有多个处理腔室的处理系统的一个实施例的示意俯视图。
图8根据本发明的一个实施例描绘了沉积的本征微晶硅层的特性。
为了便于理解，在可能的情况下用相同的参考数字表示附图中共有的相同部件。应当理解一个实施例的部件和/或工艺步骤可以有益地合并到其它实施例中，而不需要额外的表述。
具体实施方式
如权利要求所描述的本发明的实施例涉及一种薄膜多结太阳能电池以及用于形成该太阳能电池的方法和设备。薄膜太阳能电池一般包括一或多个p-i-n结。p-i-n结一般包括p掺杂硅层或p型层和n掺杂硅层或n型层，本征层夹在p型层与n型层之间。本征层一般包括未掺杂的半导体层。在特定实施例中，本征层包括约
Figure GSB00000675512700031
至
Figure GSB00000675512700032
厚的微晶硅层。用现有方法，大约需要1个小时来沉积这种尺寸的微晶硅层。然而，用本发明的方法，本征型微晶硅层的沉积时间可以减少20-30分钟，而不明显的损害下方的层。
尽管是参考具体的太阳能电池结构进行讨论，但应当理解这种沉积本征型微晶硅层的方法也可以用于沉积其它结构，例如以下文献中所公开的结构：2007年2月6日提交的Choi等人的美国专利申请序列号No.11/671,988，名称为MULTI-JUNCTION SOLAR CELLS AND METHODS ANDAPPARATUSES FOR FORMING THE SAME，2007年1月18日提交的Choi等人的美国专利申请序列号No.11/624,677，名称为MULTIJUNCTIONSOLAR CELLS AND METHODS AND APPARATUSES FOR FORMING THESAME，以及2006年6月23日提交的Choi等人的美国专利申请序列号No.11/426,127，名称为METHODS AND APPARATUS FOR DEPOSITING AMICROCRYSTALLINE SILICON FILM FOR PHOTOVOLTAIC DEVICES，在与本公开不冲突的情况下援引这些专利的全部内容作为参考。
图1是朝向光或太阳辐射的基于微晶硅的薄膜太阳能电池的示意图。太阳能电池100包括使用本文中所述的方法形成的本征型微晶硅层124。太阳能电池100包括基板102，例如玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它适合的基板，在该基板上方形成薄膜。太阳能电池100还包括在基板102上方形成的第一透明导电氧化物(TCO)层110、在第一TCO层110上方形成的p-i-n结120、在p-i-n结120上方形成的第二TCO层140以及在第二TCO层140上方形成的背金属层150。为了改善光的散射，可选的是，可以用湿法、等离子体、离子和/或机械处理使基板和/或形成在基板上的一或多层薄膜纹理化。例如，在图1示出的实施例中，可以将第一TCO层110纹理化，在所述第一TCO层110上面随后形成的薄膜将与所述薄膜下的表面形状基本相同。
第一TCO层110和第二TCO层140各自都可以包括氧化锡、氧化锌、氧化铟锡、单宁酸镉(cadmium stannate)及其组合或者其它合适材料。可以理解的是，TCO材料还可以包括额外的掺杂物或成份。例如，氧化锌可以另外包括诸如铝、镓、硼等掺杂物以及其它合适的掺杂物。氧化锌优选包含5％或更低的掺杂原子百分比，更优选包含2.5％或更低的铝原子百分比。
p-i-n结120可以包括p型微晶硅层122、在p型微晶硅层122上方形成的本征型微晶硅层124以及在本征型微晶硅层124上方形成的n型硅层126。在特定实施例中，p型微晶硅层122可以形成为约
Figure GSB00000675512700041
至约
Figure GSB00000675512700042
的厚度。在特定实施例中，本征型微晶硅层124可以形成为约
Figure GSB00000675512700043
至约
Figure GSB00000675512700044
的厚度，例如约
Figure GSB00000675512700045
至约
Figure GSB00000675512700046
的厚度。在特定实施例中，n型硅层126可以形成为约
Figure GSB00000675512700047
至约
Figure GSB00000675512700048
的厚度。在特定实施例中，n型硅层126是n型非晶硅层或n型微晶硅层。
背金属层150可以包括但不限于从Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt及其合金或其组合构成的组中选择的材料。可以进行其它处理以形成太阳能电池100，例如激光划片(laser scribing)工艺。可以在背金属层150上方提供其它膜、材料、基板和/或封装以完成太阳能电池。可以将太阳能电池互连以形成模块，然后可以连接这些模块以形成阵列。
图2是表示根据本发明的一个实施例的用于沉积本征型微晶硅层的工艺步骤的流程图200。在步骤210，在反应区中放置基板。在步骤220，将包括含硅气体和氢气的混合气体提供给反应区。在步骤230，以第一沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第一区域。在步骤240，以高于第一沉积速率的第二沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第二区域。在步骤250，以低于第二沉积速率的第三沉积速率在基板上形成本征型微晶硅层的第三区域。
在步骤210，在反应区中放置基板102。基板可以包括玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它适合的基板，在该基板上方形成薄膜。在特定实例中，可由玻璃制造商提供已经含有了第一TCO层110的基板102。也可以在基板102上形成p型微晶硅层122。
在步骤220，将包括含硅气体和氢气的混合气体提供给反应区。合适的硅基气体包括但不限于硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)及其组合。在特定实施例中，还可以给反应区提供例如氩和氦等惰性气体。在特定实施例中，可以将诸如氩和氦等惰性气体提供给反应区，而不是氦。
在步骤230，以第一沉积速率在基板102上形成本征型微晶硅层124的第一区域。本征型微晶硅层的第一区域的厚度在约0与约
Figure GSB00000675512700051
之间，例如约
Figure GSB00000675512700052
与约
Figure GSB00000675512700053
之间，再例如约与约
Figure GSB00000675512700055
之间。可以按约
Figure GSB00000675512700056
至约
Figure GSB00000675512700057
的低沉积速率沉积第一区域，例如约至约的低沉积速率。本征型微晶硅层124的第一区域起到用于先前沉积的p型微晶硅层122的缓冲层的作用。在步骤240进行高RF功率沉积期间，以低沉积速率沉积的第一区域保护了PI界面。已经发现，在p型层上直接使用高沉积速率(例如，
Figure GSB000006755127000510
)沉积i型微晶硅层会损害下方的p型层。可以通过以约1000sccm至约3000sccm(例如，约1500sccm)的流速提供含硅气体，以约100000sccm至约300000sccm(例如，约150000sccm)的流速提供氢气，以及供应约0.2Watts/cm2至约0.6Watts/cm2(例如，约0.45Watts/cm2)的RF功率，来形成第一区域。
在步骤240，以高于第一沉积速率的第二沉积速率，在基板102上形成i型微晶硅层的第二区域。本征型微晶硅层的第二区域的厚度在约
Figure GSB000006755127000511
与约
Figure GSB000006755127000512
之间，最好在约
Figure GSB000006755127000513
与约
Figure GSB000006755127000514
之间。可以按高于约
Figure GSB000006755127000515
的沉积速率沉积第二区域，例如约
Figure GSB000006755127000516
与约
Figure GSB000006755127000517
之间或约
Figure GSB000006755127000518
与约
Figure GSB000006755127000519
之间的沉积速率。起到缓冲层作用的第一区域的存在使得能够用较高的RF功率和较高的沉积速率来沉积第二区域。可以通过以约1000sccm至约6000sccm(例如，约3000sccm)的流速提供含硅气体，以约200000sccm至约600000sccm(例如，约300000sccm)的流速提供氢气，以及供应约0.6Watts/cm2至约1.3Watts/cm2(例如，约0.9Watts/cm2)的RF功率，来形成第二区域。
在步骤250，以低于第二沉积速率的第三沉积速率，在基板上形成本征型微晶硅层124的第三区域。本征型微晶硅层124的第三区域的厚度在约0与约之间，例如约
Figure GSB000006755127000521
与约之间，再例如约
Figure GSB000006755127000523
与约
Figure GSB000006755127000524
之间。可以按至约
Figure GSB000006755127000526
的沉积速率沉积第三区域，例如约
Figure GSB000006755127000527
至约
Figure GSB000006755127000528
的沉积速率。第三区域起到用于先前沉积的本征型微晶硅层124的第二区域的钝化层的作用。以高沉积速率沉积的第二区域由大的微晶硅结晶组成，这些大的微晶硅结晶形成不平整的表面。在第二区域的不平整表面上直接沉积n型硅层126可能会产生不平整的n型硅层126，并因此使得很难均匀地沉积随后的层。因此，以低沉积速率沉积本征型微晶硅层的第三区域可以得到具有更平整表面的本征型微晶层，因而可以均匀地沉积随后的层。可以通过以约1000sccm至约3000sccm(例如，约1500sccm)的流速提供硅烷气体，以约100000sccm至约300000sccm(例如，约150000sccm)的流速提供氢气，以及供应约0.2Watts/cm2至约0.6Watts/cm2(例如，约0.45Watts/cm2)的RF功率，来形成第三区域。本征微晶硅层的一个实施例具有如图8中所列出的特性。
图3是朝向光或太阳辐射的多结太阳能电池的示意图。太阳能电池300包括用本文中所述的方法形成的本征型微晶硅层(i型μc-Si层)334。太阳能电池300包括基板302，例如玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它适合的基板，在基板上方形成薄膜。太阳能电池300还包括在基板302上方形成的第一透明导电氧化物(TCO)层310、在第一TCO层310上方形成的第一p-i-n结320、在第一p-i-n结320上方形成的第二p-i-n结330、在第二p-i-n结330上方形成的第二TCO层340、以及在第二TCO层340上方形成的背金属层350。为了通过降低光的反射来改善光的散射，可选的是，可以使用湿法、等离子体、离子和/或机械处理将基板和/或形成在基板上的一或多层薄膜纹理化。
第一TCO层310和第二TCO层340各自都可以包括氧化锡、氧化锌、氧化铟锡、单宁酸镉及其组合或者其它合适材料。可以理解的是，TCO材料还可以包括额外的掺杂物或成份。例如，氧化锌可以另外包括诸如铝、镓、硼等掺杂物以及其它合适的掺杂物。氧化锌优选包含5％或更低的掺杂原子百分比，更优选包含2.5％或更低的铝原子百分比。在特定实例中，可由玻璃制造商提供已经含有了第一TCO层310的基板302。
第一p-i-n结320可以包括p型非晶硅层322、在p型非晶硅层322上方形成的本征型非晶硅层324、以及在本征型非晶硅层324上方形成的第一n型硅层326。在特定实施例中，p型非晶硅层322可以形成为约至约
Figure GSB00000675512700062
的厚度。在特定实施例中，本征型非晶硅层324可以形成为约
Figure GSB00000675512700063
至约
Figure GSB00000675512700064
的厚度。在特定实施例中，第一n型硅层326可以形成为约
Figure GSB00000675512700065
至约
Figure GSB00000675512700066
的厚度。在特定实施例中，第一n型硅层326是包括n型非晶硅和n型微晶硅的双层结构，该n型非晶硅沉积在本征型非晶硅层324上。在特定实施例中，第一n型硅层326包括微晶硅。
第二p-i-n结330可以包括p型微晶硅层332、在p型微晶硅层332上方形成的本征型微晶硅层334、以及在本征型微晶硅层334上方形成的第二n型硅层336，其中第二n型硅层是微晶硅或非晶硅。在特定实施例中，p型微晶硅层332可以形成为约
Figure GSB00000675512700071
至约
Figure GSB00000675512700072
的厚度。在特定实施例中，可以用本文中描述的方法使本征型微晶硅层334形成为约至约的厚度，例如约
Figure GSB00000675512700075
至约
Figure GSB00000675512700076
的厚度。在特定实施例中，第二n型硅层336可以形成为约至约
Figure GSB00000675512700078
的厚度。在特定实施例中，第二n型硅层336是非晶硅层。在特定实施例中，第二n型硅层336是微晶硅层。
背金属层350可以包括但不限于从Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt及其合金或其组合构成的组中选择的材料。可以进行其它处理以形成太阳能电池300，例如激光划片处理。可以在背金属层350上方提供其它膜、材料、基板和/或封装，以完成太阳能电池。可以将太阳能电池互连以形成模块，随后可以连接这些模块以形成阵列。
太阳辐射被p-i-n结320、330的本征层吸收，并转化为电子-空穴对。在p型层与n型层之间产生的、跨越本征层延展的电场使电子流向n型层，并使空穴流向p型层，从而产生电流。由于非晶硅和微晶硅吸收太阳辐射的不同波长，于是第一p-i-n结320包括本征型非晶硅层324，而第二p-i-n结330包括本征型微晶硅层334。这样，由于太阳能电池300俘获了太阳辐射光谱中的更多部分，因此该太阳能电池300更有效率。由于非晶硅具有比微晶硅大的带隙，所以按照使太阳辐射首先照射到本征型非晶硅层324、然后照射到本征型微晶硅层334的方式，来堆叠非晶硅的本征层和微晶硅的本征层。没有被第一p-i-n结320吸收的太阳辐射继续照射到第二p-i-n结330上。
在一方面，太阳能电池300不需要利用在第一p-i-n结320与第二p-i-n结330之间的金属隧道层。第一p-i-n结320的第一n型硅层326与p型微晶硅层332具有足够的导电性来提供隧道结，以允许电子从第一p-i-n结320流至第二p-i-n结330。
图4是进一步包括种子层(seed layer)360的图3的多结太阳能电池的示意图，种子层360形成在p型微晶硅层332与本征型微晶硅层334之间。在特定实施例中，种子层360可以形成为约
Figure GSB00000675512700081
至约
Figure GSB00000675512700082
的厚度，例如约
Figure GSB00000675512700083
至约
Figure GSB00000675512700084
的厚度，再例如约
Figure GSB00000675512700085
至约
Figure GSB00000675512700086
的厚度。种子层360被认为可以帮助在p型微晶硅层与本征型微晶硅层334之间提供更好的接触粘结和界面质量。可以用具有约1∶100至约1∶20000的基于硅烷的气体与H2的比例的混合气体来控制种子层的低沉积速率，例如1∶200至1∶1500的气体比例，再例如1∶1000的气体比例，其它的工艺参数与i型μC-Si层334沉积基本类似。在另一实施例中，i型μC-Si层334沉积可以包括四个沉积工艺步骤：沉积种子层的第一步骤，以及如本文中所述的用于沉积i型体(bulk)μC-Si层334的第二、第三和第四步骤。第一步骤的种子层沉积工艺具有相对较低的沉积速率，例如低于
Figure GSB00000675512700087
该相对较低的沉积速率是通过具有约1∶100至约1∶2000的基于硅烷的气体与H2的比例的混合气体来控制的，例如1∶200至1∶1500的气体比例，再例如1∶1000的气体比例。
图5是进一步包括形成在p型微晶硅层332与种子层360之间的非晶硅势垒层370的图3的多结太阳能电池的示意图。在特定实施例中，非晶硅势垒层370可以形成为约
Figure GSB00000675512700088
至约
Figure GSB00000675512700089
的厚度，例如约至约
Figure GSB000006755127000811
的厚度。非晶硅势垒层370被认为起到掺杂扩散的势垒层的作用，从而防止了诸如硼的掺杂物对本征型微晶硅层334的污染。尽管是利用种子层360进行了描述，但是应当理解的是，也可以在没有种子层360的结构中使用非晶硅势垒层370。
图6是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室的一个实施例的示意截面图，在该PECVD腔室中可以沉积太阳能电池的一或多层太阳能膜，太阳能电池例如是图1中的太阳能电池100以及图3、图4和图5中的太阳能电池300。适合的等离子体增强化学气相沉积腔室包括可从加州圣塔克拉拉市的AKT美国公司获得的AKT 4300 PECVD和AKT 60k。
应当理解的是，可以利用其它沉积腔室、包括来自其它制造商的沉积腔室来实施本发明。
腔室600一般包括室壁602、底部604、喷头610和基板支撑件630，这些部件限定了反应区606。通过阀门608可以进入反应区606，从而将诸如基板601等基板运入和运出腔室600。基板支撑件630包括用于支撑基板的基板接收面632和连接到举升系统636以上升和下降基板支撑件630的导杆634。可选用地，可以在基板601的周边的上方设置遮蔽件633。举升销638可移动地穿过基板支撑件630设置，以将基板移向以及移离基板接收面632。基板支撑件630还可包括加热和/或冷却部件639，以使基板支撑件630保持在期望温度。基板支撑件630还可包括接地装置631，以在基板支撑件630的周边提供RF接地。接地装置的例子在2000年2月15日授权给Law等人的美国专利6,024,044以及2006年12月20日提交的Park等人的美国专利申请11/613,934中公开，在与本公开不冲突的情况下援引这两份专利的全部内容作为参考。
通过悬架614，在喷头610的周边处将喷头610连接到背板612。喷头610还可通过一或多个中央支撑体616连接到背板，以帮助防止喷头610的下凹和/或控制喷头610的直度/曲度。气源620连接到背板612，以通过背板612和通过喷头610将气体提供至基板接收面632。真空泵609连接到腔室600，以以将反应区606控制在期望压力。RF功率源622连接到背板612和/或喷头610，以将RF功率提供给喷头610，由此在喷头和基板支撑件之间产生电场，从而在喷头610和基板支撑件630之间由气体生成等离子体。可以利用多种RF频率，例如约0.3MHz至约200MHz的频率。在一实施例中，以13.56MHz的频率提供RF功率源。喷头的例子在以下专利文件中公开：2002年11月12日授权给White等人的美国专利6,477,980、2006年11月17日公开的Choi等人的美国专利公开20050251990、以及2006年3月23日公开的Keller等人的美国专利公开2006/0060138，在与本公开不冲突的情况下援引这些专利的全部内容作为参考。
还可在气源与背板之间连接远程等离子体源624，例如电感耦合远程等离子体源。在基板处理的间隔期间，可将清洁气体提供到远程等离子体源624，以生成远程等离子体，并将该远程等离子体用于清洁腔室部件。还可由提供给喷头的RF功率源622来激发清洁气体。适合的清洁气体包括但不限于NF3、F2和SF6。远程等离子体源的例子在1998年8月4日授权给Shang等人的美国专利5,788,778中公开，在与本公开不冲突的情况下援引该专利作为参考。
用于例如图1的太阳能电池100、以及图3、图4和图5中的太阳能电池300的一或多层硅层的沉积方法可以包括在图6的处理腔室或其它合适腔室中的如下沉积参数。将具有10000cm2或10000cm2以上、优选具有40000cm2或40000cm2以上、更优选具有55000cm2或55000cm2以上表面积的基板提供至腔室。应当理解在处理之后，该基板可被切割以形成较小的太阳能电池。
在一实施例中，可将加热和/或冷却部件639设定为在沉积时提供约400℃或更低的基板支撑件温度，优选提供约100℃至约400℃的温度，更优选提供约150℃至约300℃的温度，例如约200℃的温度。
在沉积时，在放置在基板接收面632上的基板的上表面与喷头610之间的距离可以在约400mil与约1200mil之间，最好是在约400mil与约800mil之间。
提供硅基气体和氢气(H2)，以用于硅膜的沉积。适合的硅基气体包括但不限于硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)及其组合。p型硅层的p型掺杂物均可以包括III族元素，例如硼或铝。最好是用硼作为p型掺杂物。含硼源的例子包括三甲基硼(TMB或B(CH3)3)、乙硼烷(B2H6)、BF3、B(C2H5)3以及类似的化合物。最好是用TMB作为p型掺杂物。n型硅层的n型掺杂物均可以包括V族元素，例如磷、砷或锑。最好是用磷作为n型掺杂物。含磷源的例子包括磷化氢以及类似的化合物。通常与诸如氢、氩、氦和其它适合的化合物等载气一起来提供掺杂物。在本文所公开的处理方式中，提供了氢气的总流速。因此，若将氢气作为载气提供，例如用于掺杂物，则应当从氢气的总流速中减去载气的流速，以确定应当将多少额外的氢气提供给腔室。
沉积诸如图3-5的硅层322的p型非晶硅层的特定实施例可以包括按约20∶1或更低的比例提供氢气与含硅气体的混合气体。可以按约10sccm/L至约200sccm/L的流速提供硅烷气体。可以按约100sccm/L至约1000sccm/L的流速提供氢气。可以按约0.5sccm/L至约1sccm/L的流速提供三甲基硼。即，若按在载气中0.5％的摩尔或体积浓度提供三甲基硼，则按约100sccm/L至约200sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。可以按约100sccm/L至200sccm/L的流速提供甲烷。本公开中的流速表示为每腔室内容积的sccm。腔室内容积被定义为气体可以占据的腔室内部的容积。例如，腔室600的腔室内容积是通过背板612、以及通过腔室的室壁602和底部604所限定的容积减去其中被喷头组件(即，包括喷头610、悬架614、中央支撑体615)以及基板支撑组件(即，基板支撑件630、接地装置631)所占据的容积。可为喷头提供约15mW/cm2至约200mW/cm2的RF功率。本公开中的RF功率表示为每基板面积提供给电极的瓦特。例如，对于提供给喷头以处理具有220cm×260cm尺寸的基板的10385W的RF功率，该RF功率可以是10385W/(220cm×260cm)＝180mW/cm2。腔室的压力保持在约0.1Torr与20Torr之间，最好保持在约1Torr与约4Torr之间。p型非晶硅层的沉积速率可以为约或更高。可以使用甲烷或诸如C3H8、C4H10、C2H2的其它含碳化合物来改善p型非晶硅层的窗口(window)特性(例如，降低太阳辐射的吸收)。这样，可通过本征层吸收更多的太阳辐射量，从而改善电池效率。
沉积诸如图3-5的硅层324的本征型非晶硅层的特定实施例包括按约20∶1或更低的比例提供氢气与含硅气体的混合气体。可以按约100sccm/L至约200sccm/L的流速提供硅烷气体。可以按约100sccm/L至约3000sccm/L的流速提供氢气。可为喷头提供约15mW/cm2至约250mW/cm2的RF功率。腔室的压力可以保持在约0.1Torr与20Torr之间，最好保持在约0.5Torr与约5Torr之间。本征型非晶硅层的沉积速率可以为约
Figure GSB00000675512700112
或更高。
沉积诸如图3-5的第一n型硅层326的n型硅层的特定实施例包括按约1000∶1或更低的比例提供氢气与硅气体。可以按约1sccm/L至约250sccm/L的流速提供硅烷气体。可以按约100sccm/L至约5000sccm/L的流速提供氢气。可以按约0.005sccm/L至约0.15sccm/L的流速提供磷化氢。即，若按在载气中0.5％的摩尔或体积浓度提供磷化氢，则按约1sccm/L至约30sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。可为喷头提供约15mW/cm2至约1000mW/cm2的RF功率。腔室的压力可以保持在约0.1Torr与20Torr之间，最好保持在约0.5Torr与约12Torr之间。第一n型硅层326的沉积速率可以为约
Figure GSB00000675512700113
或更高。
沉积诸如图3-5的层332或图1的层122的p型微晶硅层的特定实施例可以包括按约200∶1或更高的比例提供氢气与含硅气体的混合气体。可以按约1sccm/L至约20sccm/L的流速提供硅烷气体。可以按约100sccm/L至约6000sccm/L的流速提供氢气。可以按约0.005sccm/L至约0.05sccm/L的流速提供三甲基硼。即，若按在载气中0.5％的摩尔或体积浓度提供三甲基硼，则可以按约1sccm/L至约10sccm/L的流速提供掺杂物/载气混合物。可为喷头提供约50mW/cm2至约1000mW/cm2的RF功率。腔室的压力可以保持在约1Torr与100Torr之间，优选保持在约3Torr与约20Torr之间，更优选保持在4Torr与约12Torr之间。p型微晶硅接触层的沉积速率可以为约
Figure GSB00000675512700114
或更高。p型微晶硅接触层具有约20％至约80％的结晶率，最好为约50％至约70％的结晶率。
沉积诸如图3-5的硅层334的本征型微晶硅层的特定实施例可以按照上文与本征型微晶硅层124相关的描述那样来实现。
沉积诸如图3-5的第二n型硅层336的n型非晶或微晶硅层的特定实施例可以包括按约5∶1或更高的比例提供氢气与含硅气体的混合气体。可以按约100sccm/L至约300sccm/L的流速提供硅烷气体。可以按约100sccm/L至约2000sccm/L的流速提供氢气。可以按约0.05sccm/L至约1.5sccm/L的流速提供磷化氢。即，若按在载气中0.5％的摩尔或体积浓度提供磷化氢，则按约10sccm/L至约300sccm/L的流速提供掺杂物/载气。可为喷头提供约100mW/cm2至约900mW/cm2的RF功率。腔室的压力可以保持在约1Torr与100Torr之间，优选保持在约3Torr与约20Torr之间，更优选保持在3Torr与约12Torr之间。n型微晶或非晶硅接触层的沉积速率可以为约
Figure GSB00000675512700121
或更高。在特定实施例中，n型微晶硅层具有约20％至约80％的结晶率，最好为约50％至约70％的结晶率。
图7是具有多个处理腔室731-737的处理系统700的一个实施例的示意俯视图，例如图6的PECVD腔室600或其它能够沉积硅膜的适合腔室。处理系统700包括连接到负载锁定室710与处理腔室731-737的传输室720。负载锁定室710让基板能够在系统外部的周围环境与传输室720和处理腔室731-737的内部的真空环境之间传输。负载锁定室710包括容纳一或多个基板的可抽真空区。在运送基板进入系统700时，对可抽真空区抽气，在运送基板离开系统700时，令可抽真空区通气。传输室720具有设置在其中的至少一个真空机械手722，该真空机械手722适合于在负载锁定室710与处理腔室731-737之间传输基板。图7中示出了7个处理腔室；然而该系统可以具有任何适当数量的处理腔室。
在本发明的特定实施例中，一个系统700被配置为沉积多结太阳能电池的包含本征型非晶硅层的第一p-i-n结，例如图3-5的第一p-i-n结320。处理腔室731-737中的一个被配置为沉积第一p-i-n结的p型硅层，而其余的处理腔室731-737的每一个均被配置为沉积本征型非晶硅层和n型硅层两者。可以在相同腔室中沉积第一p-i-n结的本征型非晶硅层和n型硅层，而在沉积步骤之间不进行任何的钝化处理。因此，基板通过负载锁定室710进入系统，被真空机械手送入配置为沉积p型硅层的专用处理腔室，被真空机械手送入配置为沉积本征型硅层和n型硅层两者的其余处理腔室的其中之一，以及被真空机械手送回到负载锁定室710。在特定实施例中，与在单个腔室中形成本征型非晶硅层和n型硅层的时间相比，利用处理腔室处理基板以形成p型硅层的时间大约快4倍或4倍以上，更好的是可快15倍或15倍以上。因此，在沉积第一p-i-n结的系统的特定实施例中，p腔室与i/n腔室的比率为1∶4或更高，更好地为1∶6或更高。包括提供处理腔室的等离子体清洁的时间在内的系统吞吐能力为每小时约20个基板或更高。
在本发明的特定实施例中，一个系统700被配置为沉积多结太阳能电池的包含本征型微晶硅层的第二p-i-n结，例如图3-5的第二p-i-n结330。处理腔室731-737中的一个被配置为沉积第一p-i-n结的p型硅层，而其余的处理腔室731-737的每一个均被配置为沉积本征型微晶硅层和n型硅层两者。可以在相同腔室中沉积第二p-i-n结的本征型微晶硅层和n型硅层，而在沉积步骤之间不进行任何的钝化处理。
因此提供了沉积微晶硅膜的改进方法。该方法有利地提高了太阳能电池中的微晶硅层的沉积速率，而没有明显地损害下方的层。提高的沉积速率降低了具有微晶硅层的太阳能电池的处理时间，并且在降低制造成本的同时提高了制造产量。
尽管前文所述涉及了本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设计出本发明的其它或进一步的实施例，而本发明的范围由随后的权利要求所确定。例如，以水平位置示出了图4的处理腔室。应当理解在本发明的其它实施例中，处理腔室可以在任何的非水平位置，例如垂直位置。例如，已经参考图7的多处理腔室群集工具描述了本发明的实施例。应当理解本发明的实施例也可以用连续(in-line)系统和连续/群集系统的混合来实施。例如，已经参考被配置为形成第一p-i-n结和第二p-i-n结的第一系统描述了本发明的实施例。应当理解在本发明的其它实施例中，可以在单个系统中形成第一p-i-n结和第二p-i-n结。例如，已经参考适合于沉积本征型层和n型层两者的处理腔室描述了本发明的实施例。应当理解在本发明的其它实施例中，可以用不同的腔室沉积本征型层和n型层。应当理解在本发明的其它实施例中，可以用处理腔室沉积p型层和本征型层两者。

Claims (15)

1.一种在基板上方形成薄膜多结太阳能电池的方法，包括：
形成第一p-i-n结，包括：
在所述基板上方形成p型非晶硅层；
在所述p型非晶硅层上方形成本征型非晶硅层；和
在所述本征型非晶硅层上方形成第一n型硅层；以及
在所述第一p-i-n结上方形成第二p-i-n结，包括：
形成p型微晶硅层；
在所述p型微晶硅层上方形成非晶硅势垒层；
在所述非晶硅势垒层上方形成本征型微晶硅层，其中形成所述本征型微晶硅层包括：
以第一沉积速率形成所述本征型微晶硅层的第一区域；
以高于所述第一沉积速率的第二沉积速率，在所述本征型微晶硅层的第一区域上方形成所述本征型微晶硅层的第二区域；和
以低于所述第二沉积速率的第三沉积速率，在所述本征型微晶硅层的第二区域上方形成所述本征型微晶硅层的第三区域；以及
在所述本征型微晶硅层上方形成第二n型硅层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一沉积速率在
Figure FSB00000675512600011
与
Figure FSB00000675512600012
之间，其中所述第二沉积速率在
Figure FSB00000675512600013
与
Figure FSB00000675512600014
之间，其中所述第三沉积速率在
Figure FSB00000675512600015
与
Figure FSB00000675512600016
之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一p-i-n结的p型非晶硅层形成为在
Figure FSB00000675512600017
与之间的厚度，其中所述第一p-i-n结的本征型非晶硅层形成为在
Figure FSB00000675512600019
与
Figure FSB000006755126000110
之间的厚度，其中所述第一p-i-n结的n型硅层形成为在
Figure FSB000006755126000111
与
Figure FSB000006755126000112
之间的厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二p-i-n结的p型微晶硅层形成为在
Figure FSB000006755126000113
与
Figure FSB000006755126000114
之间的厚度，其中所述非晶硅势垒层形成为在
Figure FSB000006755126000115
与
Figure FSB00000675512600021
之间的厚度，其中所述第二p-i-n结的本征型微晶硅层形成为在与
Figure FSB00000675512600023
之间的厚度，其中所述第二n型硅层形成为在
Figure FSB00000675512600024
与
Figure FSB00000675512600025
之间的厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一p-i-n结是在第一处理系统中形成的，所述第一处理系统包括第一处理腔室和第二处理腔室。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一p-i-n结的p型非晶硅层是在所述第一处理系统的第一处理腔室中形成的，其中所述本征型非晶硅层和所述n型硅层是在所述第一处理系统的第二处理腔室中形成的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二p-i-n结的p型微晶硅层是在第二处理系统的第一处理腔室中形成的，其中所述第二p-i-n结的本征型微晶硅层和第二n型硅层是在所述第二处理系统的第二腔室中形成的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一n型硅层包括微晶硅，所述第二n型硅层是n型非晶硅层或n型微晶硅层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一n型硅层是包括n型非晶硅层和n型微晶硅层的双层结构，其中所述n型非晶硅层沉积在所述本征型非晶硅层上。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一p-i-n结形成在氧化锡透明导电氧化物层的上方。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述本征型微晶硅层的第一区域形成为在
Figure FSB00000675512600026
与
Figure FSB00000675512600027
之间的厚度，其中所述本征型微晶硅层的第二区域形成为在
Figure FSB00000675512600028
与之间的厚度，其中所述本征型微晶硅层的第三区域形成为在
Figure FSB000006755126000210
与
Figure FSB000006755126000211
之间的厚度。
12.一种在基板上方形成薄膜多结太阳能电池的方法，包括：
形成第一p-i-n结，包括：
在所述基板上方形成p型非晶硅层；
在所述p型非晶硅层上方形成本征型非晶硅层；和
在所述本征型非晶硅层上方形成第一n型硅层；以及
在所述第一p-i-n结上方形成第二p-i-n结，包括：
形成p型微晶硅层；
在所述p型微晶硅层上方形成本征型微晶硅层，其中形成所述本征型微晶硅层包括：
在所述p型微晶硅层上方形成种子层；
以第一沉积速率形成所述本征型微晶硅层的第一区域；
以高于所述第一沉积速率的第二沉积速率，在所述本征型微晶硅层的第一区域上方形成所述本征型微晶硅层的第二区域；和
以低于所述第二沉积速率的第三沉积速率，在所述本征型微晶硅层的第二区域上方形成所述本征型微晶硅层的第三区域；和
在所述本征型微晶硅层上方形成第二n型硅层。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述p型微晶硅层和所述种子层之间形成非晶硅势垒层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一沉积速率在
Figure FSB00000675512600031
与
Figure FSB00000675512600032
之间，其中所述第二沉积速率在
Figure FSB00000675512600033
与
Figure FSB00000675512600034
之间，其中所述第三沉积速率在
Figure FSB00000675512600035
与
Figure FSB00000675512600036
之间。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述本征型微晶硅层的第一区域形成为在
Figure FSB00000675512600037
与
Figure FSB00000675512600038
之间的厚度，其中所述本征型微晶硅层的第二区域形成为在
Figure FSB00000675512600039
与
Figure FSB000006755126000310
之间的厚度，其中所述本征型微晶硅层的第三区域形成为在
Figure FSB000006755126000311
与
Figure FSB000006755126000312
之间的厚度。
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