CN102315070A - 用于太阳能电池的等离子体织构化装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于太阳能电池的等离子体织构化装置包括：基座，具有啮合突出部，当在阴极上方使晶片对准以用于等离子体织构化时，所述啮合突出部用于防止安装在基座内的晶片向外滑动或来回移动；聚焦环，当进行等离子体织构化工序时，聚焦环用于约束等离子体；以及夹具，该夹具以具有向下的斜面的方式放置于聚焦环的内表面上，并且具有连接至聚焦环的一端以及背对该端的另一端，夹具形成尖角并用于挤压和支撑晶片的周边部分。

Description

用于太阳能电池的等离子体织构化装置
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能电池的等离子体织构化技术，尤其涉及一种用于太阳能电池的等离子体织构化装置和方法，当在太阳能电池晶片上通过干式刻蚀进行等离子体织构化以通过减少太阳能电池表面的光反射量的方法来增加太阳能电池内部可用光的光吸收量时，上述等离子体织构化装置和方法可以避免由于硅的热膨胀而导致的晶片翘曲。
背景技术
太阳能电池是将光能转化为电能的光电元件。太阳能电池被认为是清洁能源，其能够克服由使用矿物燃料能源引起的问题，诸如环境污染、高燃料成本等。
通常，将<100>或<111>晶向的P型硅片用作太阳能电池的半导体衬底。P型硅片的厚度约为200μm。
最近，已经积极展开研究以提高太阳能电池的光电转换效率。作为提高太阳能电池光电转换效率的一种方式，在太阳能电池晶片上进行湿式化学织构可以减少太阳能电池表面的光反射量，并增加太阳能电池内部可用光的光吸收量。基于这一事实，在太阳能电池晶片表面上形成尺寸为4～10μm的金字塔形构造。
在通过上述湿式化学刻蚀进行表面织构化的情况下，太阳能电池晶片的两面均被刻蚀。通常，需要太阳能电池晶片的厚度不低于200μm，如果通过湿式化学刻蚀对超薄晶片(厚度不超过200μm的太阳能电池晶片)进行表面织构化，则晶片两面都进行刻蚀可能会造成晶片的破损。因此，表面织构化难以用于超薄晶片。
基于这一原因，可以将等离子体织构化看作湿式化学织构化的替代。然而，当进行等离子体织构化时，由于硅的热膨胀，晶片11很可能发生翘曲，如图1所示。从而对太阳能电池的器件性能、可靠性和后续加工产生不利影响，造成太阳能电池的劣化。
同时，如果通过干式刻蚀对太阳能电池晶片进行表面织构化，由于仅对太阳能电池片的一面进行刻蚀，因此即使对厚度不超过200μm的超薄太阳能电池晶片通过干式刻蚀进行表面织构化，也可以避免晶片的破损。
为了通过干式刻蚀对太阳能电池晶片的表面进行表面织构化，可以将晶片放置在真空腔室内的阴极装置上。此时，在通过作为主要用于半导体制造过程中的电漂浮法的ESC(静电充电)固定太阳能电池晶片的情况下，对阴极装置与太阳能电池晶片充电而导致的粘性可能使太阳能电池发生破损。另外，当将太阳能电池晶片放置在基座上并随后进行干式刻蚀时，等离子体的离子反应的热膨胀系数可能使太阳能电池晶片发生翘曲。上述事实导致一个问题，即半导体衬底的中央部分和周边部分的刻蚀一致性很可能下降。
发明内容
因此，本发明试图解决相关领域所存在的问题，并且本发明的目的是提供一种用于太阳能电池的等离子体织构化装置和方法，当通过干式刻蚀对相对薄的太阳能电池的超薄晶片进行织构化时，上述用于太阳能电池的等离子体织构化装置和方法可以避免太阳能电池晶片因等离子体的离子反应的热膨胀而发生翘曲，并且可以避免降低太阳能电池晶片的刻蚀均匀度。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于太阳能电池的等离子体织构化装置，包括：基座，具有啮合突出部，当在阴极上方使晶片对准以用于等离子体织构化时，所述啮合突出部用于防止安装在基座内的晶片向外滑动或来回移动；聚焦环，当进行等离子体织构化工序时，聚焦环用于约束等离子体；以及夹具，该夹具以具有向下的斜面的方式放置于所述聚焦环的内表面上，并且具有连接至所述聚焦环的一端以及背对该端的另一端，夹具形成尖角并用于挤压和支撑晶片的周边部分。
为了达到上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种用于太阳能电池的等离子体织构化方法，包括以下步骤：(a)当将晶片安装在基座中并将晶片移至等离子体刻蚀器装载锁定装置的位置时，使用具有啮合突出部的基座以防止用于进行等离子体织构化工序的晶片向外滑动或来回移动；(b)将基座移入真空腔室内；(c)升高顶杆并在阴极上方使基座对准；(d)降低与聚焦环形成为一体的夹具，并且通过形成于夹具一端上的尖角端挤压和支撑晶片的周边部分；以及(e)将气体引入真空腔室内，产生等离子体，并开始织构。
附图说明
在阅读下面结合附图进行的详细说明后，本发明的上述目的以及其他特征和优点将变得更加显而易见，其中：
图1是示出了在用于太阳能电池的传统等离子体织构化装置中出现的晶片翘曲现象的示意图；
图2是示意性地示出了根据本发明一个实施方式的用于太阳能电池的等离子体织构化装置的立体图；
图3是示出了根据本发明一个实施方式的用于太阳能电池的等离子体织构化装置的平面图；
图4是沿图2的线A-A截取的纵向截面图；
图5和图6是示出了晶片、夹具以及聚焦环相互配合的工作状态的示意图；
图7是示出了根据本发明的基座的平面图；以及
图8是根据本发明另一实施方式的、用于太阳能电池的等离子体织构化方法的流程图。
具体实施方式
现将更详细地参考本发明的优选实施方式，其示例在附图中示出。在整个附图和说明书中所使用的相同的参考标号将对应于相同或相似的部件。
图2是示意性地示出了根据本发明一个实施方式的用于太阳能电池的等离子体织构化装置的立体图，图3是示出了根据本发明一个实施方式的用于太阳能电池的等离子体织构化装置的平面图，图4是沿图2的线A-A截取的纵向截面图。参考图2至4，根据本发明一个实施方式的用于太阳能电池的等离子体织构化装置包括阴极21、基座22、晶片23、聚焦环24、夹具25以及陶瓷绝缘环26。
图4是根据本发明的用于太阳能电池的等离子体织构化装置的纵向截面图，示出了将晶片23移入腔室内并完成了进行织构化工序的准备的状态。
啮合突出部29向上形成于基座22的周边部分，晶片23待安装在基座22中。基于这种事实，当晶片23移入腔室内时，啮合突出部29的存在避免了晶片23向外滑动或来回移动并且将晶片23保持在固定状态。啮合突出部29可以完全地或部分地沿基座22的四边形成。
聚焦环24用于增加刻蚀晶片23周边部分的等离子体的浓度。具有向下的斜面的夹具25连接至聚焦环24的内表面。夹具25用于挤压和支撑晶片23的周边部分，晶片23安装在基座22中并在阴极21上方对准。
虽然图4示例性地示出了夹具25在基座22的啮合突出部29上挤压和支撑晶片23的周边部分，但在啮合突出部29部分地沿基座22的四边形成的情况下，夹具25的形成于啮合突出部29之间的多个部分可以挤压和支撑晶片23的周边部分，但不包括晶片23的与啮合突出部29对应的周边部分。
参考图2和图3，在连接至聚焦环24内表面并具有向下的斜面的夹具25中，夹具25的限定高度的部分连接至聚焦环24，夹具25另一端的尖锐部分挤压和支撑晶片23的周边部分。
虽然夹具25的向下的斜面的角度被具体地限定，但优选将该角度设置为不大于45°。如果该角度太大，则离子轨道可能导致晶片23的周边部分不能被有效刻蚀。另外，优选将聚焦环24的高度设置为不高于20mm。
虽然夹具25可以挤压和支撑晶片23的整个周边部分，但可以设想在另一实施方式中，在基座22的尺寸比晶片23小的情况下，夹具25仅可以挤压和支撑晶片23在其下方放置有基座22的周边部分。
晶片23包括厚度不超过200μm的超薄晶片。如上所述，由于夹具25挤压和支撑晶片23的周边部分，因此即使等离子体的离子反应导致温度升高，也可以避免晶片23出现翘曲现象。
晶片23的中央部分和周边部分中的刻蚀均匀度的改变取决于聚焦环24的高度和夹具25的向下的斜面。利用这一事实，可以确保对晶片23进行均匀织构，从而可以提高太阳能电池的光电转换效率。
作为参考，晶片23的周边部分具有带状部，自晶片23的边缘测量，该带状部的宽度约为1mm。因为在用以去除掺杂工序中产生的薄PSG(磷硅玻璃)层的刻蚀工序完成之后，需对晶片23的周边部分进行激光切割以用于边缘隔离，所以即使夹具25挤压和支撑晶片23的周边部分，也不会造成不利影响。
当晶片23移入用于等离子体织构化的腔室内并装载在阴极21上方时，升高基座顶杆28以支撑晶片23。此时，图5和图6示出了晶片23、夹具25以及聚焦环24相互配合的工作状态。
当使用用于太阳能电池的超薄晶片时，不仅晶片在等离子体处理过程中可能频繁发生翘曲，而且离子充电还可能导致晶片在织构化过程中频繁发生破损。图7对实现根据本发明的基座的一个示例进行了说明，所述基座用于稳定地控制晶片23从而防止晶片23发生破损。换言之，由于铝和陶瓷具有优异的热传导性能以确保快速冷却，故优选使用铝和陶瓷作为基座22的材料，并且用A1203或Y203涂覆基座22以抑制微粒的产生。此外，优选地，使基座22的表面变得粗糙以防止晶片23滑动。
下面将参考图8描述根据本发明的另一实施方式的用于太阳能电池的等离子体织构化方法。
首先，工作人员将准备进行等离子体织构化工序的晶片23放置在基座22上(S1)。基座22具有啮合突出部29，用于防止晶片23向外滑动或来回移动。
其后，将其内安装有晶片23的基座22装载入盒体(未示出)内并且将基座22移至等离子体刻蚀器装载锁定装置的位置(S2)。
驱动抽吸装置以使腔室内部保持真空环境以用于进行等离子体织构化处理(S3)。
在完成抽吸操作并使腔室内部保持真空环境后，传送机器臂(未示出)将其内安装有晶片23的基座22移入腔室内(S4)。
如图4所示，因为啮合突出部29形成于基座22的周边部分上，所以当晶片23移入腔室内时，啮合突出部29的存在可以防止晶片23向外滑动或来回移动并将晶片23保持在固定状态。
在这种状态下，如图5和图6所示，升高聚焦环顶杆27和基座顶杆28。在基座顶杆28支撑起基座22后，在阴极21上方使基座22对准(S5)。
随即降低夹具25以放置于基座22上，并挤压和支撑在阴极21上方对准的晶片23的周边部分(S6)。
在夹具25以这种方式挤压和支撑晶片23的周边部分的情况下，将气体引入腔室并产生等离子体，以此开始织构化(S7)。
聚焦环24用于约束等离子体。此外，因为连接至聚焦环24的夹具25挤压和支撑晶片23的周边部分，所以可以防止晶片23的周边部分翘曲，并且可以均匀地进行织构(S8)。
如果通过上述一系列流程完成了晶片23的等离子体织构化，则通过相反的过程使晶片23返回其原始位置(S9和S10)。
虽然在上文中举例说明了本发明应用于太阳能电池的织构化，但应当注意，只要可将热应力或机械应力施加于薄晶片，本发明可以不限于上述应用并可以应用于LED、CVD等。
由上文的描述中显而易见的是，根据本发明的等离子体织构化装置与方法具有如下优点：在太阳能电池的制造过程中，当通过干式刻蚀织构超薄晶片的表面时，因为晶片的周边部分由夹具挤压的方式支撑，所以能够防止晶片翘曲，并且由于晶片的中央部分和周边部分的刻蚀均匀度的增加，使得通过织构晶片表面而制造的太阳能电池的反射率减小，从而可以提高太阳能电池的光电转换效率。
此外，由于夹具和聚焦环彼此结合并通过与阴极装置的顶杆的操作连锁进行工作，故可以简化等离子体织构化装置的结构和由该装置进行的工序。
尽管已经基于示例性的目的对本发明的优选实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应当理解，在不偏离本发明所附权利要求中所公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、增加和替换。

Claims (7)

1.一种用于太阳能电池的等离子体织构化装置，包括：
基座，具有啮合突出部，当在阴极上方使晶片对准以用于等离子体织构化时，所述啮合突出部用于防止安装在所述基座内的晶片向外滑动或来回移动；
聚焦环，当进行等离子体织构化工序时，所述聚焦环用于约束等离子体；以及
夹具，所述夹具以具有向下的斜面的方式放置于所述聚焦环的内表面上，并且具有连接至所述聚焦环的一端以及背对所述端的另一端，所述夹具形成尖角并用于挤压和支撑所述晶片的周边部分。
2.根据权利要求1所述的等离子体织构化装置，其中所述晶片包括厚度不大于200μm的超薄晶片。
3.根据权利要求1所述的等离子体织构化装置，其中所述基座的啮合突出部被形成为完全或部分对应所述晶片的周边部分。
4.根据权利要求1所述的等离子体织构化装置，其中所述基座由铝和陶瓷形成。
5.根据权利要求1所述的等离子体织构化装置，其中所述基座涂覆有Y203。
6.根据权利要求1所述的等离子体织构化装置，其中所述夹具的向下的斜面的角度不大于45°。
7.根据权利要求1所述的等离子体织构化装置，其中所述夹具挤压和支撑所述晶片的宽度不超过1mm周边部分。
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