CN102203955B - 制造太阳能电池的技术 - Google Patents

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Abstract

一种制造太阳能电池的技术。在一特定的例示性实施例中，所述技术可以包括在太阳能电池的上方设置罩幕，所述罩幕包括多个条状物，其中所述多个条状物彼此相间隔以定义出至少一狭缝；将所需物种的带状离子束导向所述太阳能电池，以离子植入所述太阳能电池的一部分，其中所述太阳能电池的所述部分由所述罩幕的所述至少一狭缝所定义；以及定向所述带状离子束，使所述带状离子束的较长剖面尺寸在一平面上与所述狭缝垂直。

Description

制造太阳能电池的技术
相关申请案
本申请案主张优先权为2008年11月20日于美国所申请的标题为“Virtual Mask”的美国临时专利申请号61/116,342，其完整揭示内容在此并入本文参考。
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池基板的制造，尤其涉及一种使用罩幕来制造太阳能电池的方法与设备。
背景技术
离子植入是将改变导电性的杂质引入基板的一种技术。所需的杂质材质会在离子源中被离子化且被萃取。接着，所萃取的离子会被操纵成离子束并被加速至预定能量，以及被导向基板并进行植入。在对基板进行回火后，离子会配置在基板的晶格中，以形成具有所需导电性的区域。
太阳能电池是使用硅基板的装置的一个实例。太阳能电池提供无污染且使用免费自然资源的存取能源(equal-access energy)，且其在各个国家都有越来越重要的趋势。任何能够降低制造或生产高性能太阳能电池的成本的方法，或者是任何能够有效地提升高性能太阳能电池的方法，对于全球使用太阳能电池的普及化会有积极的影响。此举将会使此干净能源技术能够被更广泛的使用。
太阳能电池可能需要进行掺杂，以改善其效率。此掺杂可以是对整个太阳能电池表面进行全面性掺杂(blanket doping)，或者是仅对太阳能电池表面的特定区域进行选择性掺杂(selective doping)。在过去，是使用含掺质的玻璃或胶体(paste)来对太阳能电池进行掺杂，其中玻璃或胶体在加热后会使掺质扩散至太阳能电池中。然而，这些制程无法提供足够的精确度(precision)以对电池的不同区域进行选择性掺杂。此外，若是存在有孔洞、气泡或者是污染物，则可能使全面性掺杂有不均匀掺杂的现象发生。
掺杂可以改良电池，其中太阳能电池的表面包括收集光电流的导体网状物。增加位于这些格网线下方的掺质剂量将会降低串联电阻与提升太阳能电池的效率。藉由全面性掺杂可以增加整体剂量或者是分布于整个表面的剂量，然而，也会相对地增加表面再结合(surface recombination)与降低太阳能电池的效率。因此，能够掺杂出一系列窄条纹(narrowstripes)的能力将有助于太阳能电池的生产。
由于离子植入能够对太阳能电池进行精确的掺杂与选择性掺杂，因此离子植入对太阳能电池而言具有许多优点。然而，太阳能电池的选择性掺杂可能需要使掺质形成特定图案(pattern)，也就是离子只会植入太阳能电池基板的特定区域。在以前，仅对基板的特定区域进行植入可以藉由使用光阻来达成。然而，由于使用光阻会需要进行额外的制程步骤，因此会增加太阳能电池生产的额外成本。此外，若待植入的区域为相当小时，使用光阻也会遭遇到困难。因此，此领域需要一种太阳能电池基板的改良式植入，且特别是一种使用罩幕的太阳能电池基板的改良式植入。
发明内容
揭示一种制造太阳能电池的技术。在一特定的例示性实施例中，所述技术可以包括在太阳能电池的上方(upstream of the solar cell)设置罩幕，所述罩幕包括多个条状物，其中所述多个条状物彼此相间隔以定义出至少一狭缝；将所需物种的带状离子束导向所述太阳能电池，以离子植入所述太阳能电池的一部分，其中所述太阳能电池的所述部分由所述罩幕的所述至少一狭缝所定义；以及定向所述带状离子束，使所述带状离子束的较长剖面尺寸(cross-section dimention)在一平面上与所述狭缝垂直。
根据此特定例示性实施例的另一方面，所述方法可以更包括于所述罩幕与所述太阳能电池之间提供一间隙，所述间隙具有第一预定距离。
根据此特定例示性实施例的又一方面，所述方法可以更包括对由所述罩幕的所述至少一狭缝所定义的所述太阳能电池进行离子植入，而不对位在所述多个条状物下方的所述太阳能电池的另一部分进行离子植入。
根据此特定例示性实施例的再一方面，所述方法可以更包括提供接地电压至所述罩幕的所述条状物。
根据此特定例示性实施例的其他方面，所述离子可以包含硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)、碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)以及碲(Te)中至少一者。
根据此特定例示性实施例的其他方面，所述罩幕可以更包括第一条状支撑件与第二条状支撑件，以及其中各个所述条状物为导线，且所述第一条状支撑件与所述第二条状支撑件维持所述导线的张力。
根据此特定例示性实施例的另一方面，所述导线包括金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、硅(Si)、锡(Sn)、钨(W)、铅(Pb)以及碳纤维中至少一者。
根据此特定例示性实施例的又一方面，所述导线可以包括石英、碳化硅以及氮化硅中至少一者。
根据另一特定例示性实施例，所述技术可以实现为用以制造太阳能电池的离子植入机，所述离子植入机包括：离子源，用以产生离子；基板支撑件，用以支撑所述太阳能电池；至少一束线构件，用以将离子操纵成带状离子束，以及将所述带状离子束导向所述太阳能电池；以及位于太阳能电池上方的罩幕，所述罩幕包括第一条状支撑件与第二条状支撑件以及多个条状物，所述多个条状物彼此相间隔，以定义出沿着所述条状物的至少一狭缝，其中所述第一条状支撑件与所述第二条状支撑件维持所述条状物的张力。
根据此特定例示性实施例的另一方面，各个条状物可以包括导线。
根据此特定例示性实施例的又一方面，所述条状物可以包括金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、硅(Si)、锡(Sn)、钨(W)、铅(Pb)以及碳纤维中至少一者。
根据此特定例示性实施例的再一方面，所述条状物可以包括石英、碳化硅以及氮化硅中至少一介电材料。
根据另一特定例示性实施例，所述技术可以实现为用以制造太阳能电池的罩幕，所述罩幕可以包括：第一条状支撑件与第二条状支撑件，彼此以第一预定距离相间隔；以及多个条状物，彼此以第二预定距离相间隔，以定义出沿着所述条状物的至少一狭缝，其中所述第一条状支撑件与所述第二条状支撑件维持所述条状物的张力。
根据此特定例示性实施例的另一方面，各个条状物可以包括导线。
根据此特定例示性实施例的又一方面，所述条状物可以包括金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、硅(Si)、锡(Sn)、钨(W)、铅(Pb)以及碳纤维中至少一者。
根据此特定例示性实施例的再一方面，所述条状物可以包括金属导线。
根据此特定例示性实施例的又一方面，所述条状物可以包括石英、碳化硅以及氮化硅中至少一者。
接下来将参照例示性实施例与附图来详细说明本发明。虽然下文是以参照示性实施例来描述本发明，但本发明不限于此。藉由本发明的教示，所属领域中技术人员应能理解其他执行方式、润饰以及实施例以及其他领域的使用都涵盖在本发明的范畴中，以及本发明具有显著的效用。
附图说明
通过解析孔389的离子312会被导向至角度校正磁体394。角度校正磁体394可以将离子312由发散离子束转化成带状离子束312，带状离子束312具有实质上平行的离子轨道。为了清楚表达与简单表示的目的，本发明是着重于介绍带状离子束植入机。然而，所属领域中技术人员应理解本发明亦涵盖使用点状束的离子植入机。在一实例中，沿着z轴行进的带状离子束312可以在x轴的方向(水平方向)上具有长尺寸(long dimension)，以及在y轴的方向(垂直方向)上具有短尺寸(shortdimension)。在另一实施例中，沿着z轴行进的带状离子束312可以在y轴的方向上具有长尺寸，以及在x轴的方向上具有短尺寸。在其他实施例中，带状束312可以具有其他尺寸。通过角度校正磁体394的离子束312接着被导向束线离子植入系统300的终端台311。在一些实施例中，离子束312在通过角度校正磁体394之后，可以藉由束线离子植入系统300的光学加速或减速单元对离子束312进行加速或减速。
在终端台311中，可以将一或多个基板138放置在离子束路径中，使得离子312可以导入基板138，或在一些情况下，离子312可以植入基板138。为了控制植入制程，终端台311可以包含各种构件。举例来说，终端台311可以包含支撑基板138的平台(platen)395。平台395亦可以(诸如)控制基板138的温度，以结合热离子植入或冷离子植入。为了结合冷离子植入，可以将基板138维持在低于室温的温度下，较佳为低于273°K。为了结合热离子植入，可以将基板138维持在高于室温的温度下，较佳为高于293°K。除了平台395以外，本发明的束线离子植入系统300可以包含预冷及/或预热台(未显示)，在进行离子植入之前，基板138可以在其上进行预冷或预热。
终端台311亦可以包含基板扫描器(未显示)，例如转板(roplat)，其可将基板138置于离子束312的路径中。除了置放基板138以外，基板扫描器可以将基板138移转/转动成相对于离子束为较适当的方向。在一实施例中，可以将基板138定向成实质上垂直于离子束312。在此方向中，离子312可以实质上为0°的入射角导入至基板138(诸如与垂直基板138的虚轴之间的夹角实质上为0°)。在另一实施例中，可以将基板138定向在一角度，使离子312不是以实质上为0°的入射角导入。在一些实施例中，离子312可以固定的植入角度导入。在其他实施例中，离子312可以不同角度导入。例如，可以将基板138定位在第一角度。在植入期间，可以将基板138转动(或倾斜)至一角度(此角度不是第一角度)。在本发明中，亦可在所需速度下转移基板138，以控制植入离子的剂量。
终端台311亦可包括自动化基板处理设备，以将基板138载入至终端台311或自终端台311移除。终端台311亦可包括剂量量测系统与电子流枪。所属领域中技术人员应理解可以净空离子束路径。
在一些实施例中，终端台311亦可包括罩幕100，罩幕100与基板138邻近。罩幕100可以包括至少一狭缝，以将离子导入至基板138的所选的一或多个区域。罩幕100可由平台395及/或基板扫描器支撑。在另一实施例中，罩幕100可以由罩幕支架(mask holder)399支撑，其中罩幕支架399配置在平台395及/或基板扫描器上。在又一实施例中，罩幕100可以由罩幕支架399支撑，其中罩幕支架399与平台395及/或基板扫描器分离且独立于平台395及/或基板扫描器。此分离且独立存在的罩幕支架399可以将罩幕100定向成相对于离子束312及/或基板138具有不同角度。可以将致动器(未显示)耦接至罩幕支架399，以转动或倾斜罩幕100。在另一实施例中，罩幕100可以由基板138支撑。
请参照图3，所显示为根据本发明一实施例的用以制造太阳能电池的罩幕100的详细视图。此图未依照实际尺寸显示。罩幕100包括多个条状物101，多个条状物101定义出一或多个狭缝102。如图所示，条状物101由第一条状支撑件402与第二条状支撑件404支撑。虽然未显示于图中，但在一实施例中，罩幕100亦可以包括至少一侧面支撑件，以维持第一条状支撑件402与第二条状支撑件404之间的距离。在另一实施例中，也可以藉由一些其他构件来维持第一条状支撑件402与第二条状支撑件404之间的距离，这些其他构件例如是罩幕支架399或终端台311的壁。
条状物101可以是由各种材料所制成。在一实施例中，条状物101可以具有高柔性值(compliance value)。此类条状物的例子可以包括细导线(thin wire)或线(string)，其包含诸如金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、硅(Si)、锡(Sn)、钨(W)、铅(Pb)、石墨及/或合金或上述的组合。在另一实施例中，条状物101可以具有高刚度(stiffness)及/或硬度值。此类条状物的例子可以包括陶瓷或诸如石英、碳化硅及氮化硅等介电材料。在又一实施例中，条状物101的材料较佳为能够耐苛刻条件(诸如高温)的材料，其中苛刻条件为与植入相关的条件。若使用导线形式或线形式的条状物，则条状物102可以维持足够高的张力。因此，在此制程中，即使离子植入会导入热应力，条状物仍可维持其形状、型态以及方位、距离。.
同时，在一实施例中，条状支撑件402、404可以由电性导体材料所制成。在另一实施例中，各个支撑件402、404由电性绝缘材料所制成。若条状物101与条状支撑件402、404由电性导体材料所制成，则至少一支撑件402、404及/或至少一条状物101可以是接地的。若条状物101与条状支撑件402、404由电性绝缘材料所制成，则条状物101与条状支撑件402、404可以仍保持电性浮置(electrically floating)状态。
如图2所示，包括条状物101与条状支撑件402、404的罩幕100可以配置在基板138的上方。在本实施例中，罩幕100可以与基板138相距约100mm或更少。在另一实施例中，罩幕100可以位在比基板138的上方还要更远的地方。可选地，在其他实施例中，罩幕100甚至可以接触基板138。将罩幕100定位成与基板138相间隔，使罩幕100可以
此外，若罩幕100为电性导电的且接地，则亦可能提供离子束的电荷中性化(charge neutralization of the beam)，而无需配置诸如等离子流枪(plasma flood gun)等电荷中性化构件。
请参照图4，所显示为根据本发明一实施例的用以制造太阳能电池的技术。在本实施例中，可以将罩幕100设置在基板138的上方。在本实施例中，罩幕100可以与图3所示的罩幕相似。在基板138与罩幕100的上方，离子312可以在离子源380中产生。所产生的离子312可以带状离子束312的形式被导向基板138。即使带状束是较佳的，但本发明亦包括点状束。如图所示，一部分的离子312可以通过狭缝102并植入至基板138，以形成植入区103。
如图3所示，若将经水平调整的带状离子束312定向成实质上与狭缝102垂直，则离子312可以在水平方向(x轴)上为0°的角度接近基板。离子可以形成植入区103，且植入区103可以在水平方向上具有尺寸di，其中尺寸di实质上等于狭缝在水平方向上的尺寸da。即使罩幕100与基板138相间隔，仍可以在水平方向上形成实质上均匀且清楚界定的植入区103。因此，即使系统200无法在一方向(诸如垂直方向)上进行调整，罩幕100使得此离子植入系统200是可用的。此外，罩幕100不需要与基板138接触，使得基板138与罩幕100的运动是彼此独立的。此优点可以提升用以制造太阳能电池的技术的效率。
在本发明中，揭示了一种用以制造基板(诸如太阳能电池)的新技术。本文所用的术语与词语是用以描述名词而非用以限定，且使用这些术语与词语并非用来排除任何与所显示或所述的(或其中一部分)特征等同的图或名词。亦应理解的是，在权利要求所定义的范畴内，有可能进行各种润饰。也有可能进行其他润饰、更动以及替代。因此，前文所述仅是范例，而非用以限制本发明。

Claims (16)

1.一种制造太阳能电池的方法，包括：
在太阳能电池的上方设置罩幕，所述罩幕包括多个条状物，其中所述条状物彼此相间隔以定义出至少一狭缝；
将所需物种的带状离子束导向所述太阳能电池，以将离子植入所述太阳能电池的一部分，其中所述太阳能电池的所述部分由所述罩幕的所述狭缝所定义；以及
定向所述带状离子束，使所述带状离子束的较长剖面尺寸在一平面上与所述狭缝垂直。
2.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的方法，还包括：
于所述罩幕与所述太阳能电池之间提供一间隙，所述间隙具有第一预定距离。
3.根据权利要求2所述的制造太阳能电池的方法，还包括：
对由所述罩幕的所述狭缝所定义的所述太阳能电池进行离子植入，而不对位在所述条状物下方的所述太阳能电池的另一部分进行离子植入。
4.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的方法，还包括：
提供接地电压至所述罩幕的所述条状物。
5.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的方法，其中所述离子包含硼、铝、镓、铟、铊、碳、硅、锗、锡、铅、氮、磷、砷、锑、铋以及碲中至少一者。
6.根据权利要求1所述的制造太阳能电池的方法，其中所述罩幕还包括第一条状支撑件与第二条状支撑件，以及其中各个所述条状物为导线，且所述第一条状支撑件与所述第二条状支撑件维持所述导线的张力。
7.根据权利要求6所述的制造太阳能电池的方法，其中所述导线包括金、银、铂、铁、镍、铜、铝、锌、硅、锡、钨、铅以及碳纤维中至少一者。
8.根据权利要求6所述的制造太阳能电池的方法，其中所述导线包括石墨、石英、碳化硅以及氮化硅中至少一者。
9.一种离子植入机，用以制造太阳能电池，所述离子植入机包括：
离子源，用以产生离子；
基板支撑件，用以支撑所述太阳能电池；
至少一束线构件，用以将所述离子操纵成带状离子束，以及将所述带状离子束导向所述太阳能电池；以及
位于所述太阳能电池上方的罩幕，所述罩幕包括第一条状支撑件与第二条状支撑件以及多个条状物，所述条状物彼此相间隔，以定义出沿着所述条状物的至少一狭缝，其中所述第一条状支撑件与所述第二条状支撑件维持所述条状物的张力。
10.根据权利要求9所述的离子植入机，其中各个所述条状物包括导线。
11.根据权利要求9所述的离子植入机，其中所述条状物包括金、银、铂、铁、镍、铜、铝、锌、硅、锡、钨、铅以及碳纤维中至少一者。
12.根据权利要求9所述的离子植入机，其中所述条状物包括石英、碳化硅以及氮化硅中至少一介电材料。
13.一种罩幕，用以制造太阳能电池，所述罩幕包括：
第一条状支撑件与第二条状支撑件，彼此以第一预定距离相间隔；以及
多个条状物，彼此以第二预定距离相间隔，以定义出沿着所述条状物的至少一狭缝，其中所述第一条状支撑件与所述第二条状支撑件维持所述条状物的张力，所述条状物包括石英、碳化硅以及氮化硅中至少一者。
14.根据权利要求13所述的罩幕，其中各个所述条状物包括导线。
15.根据权利要求13所述的罩幕，其中所述条状物包括金、银、铂、铁、镍、铜、铝、锌、硅、锡、钨、铅以及碳纤维中至少一者。
16.根据权利要求13所述的罩幕，其中所述条状物包括金属导线。
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