CN102403215A - 等离子体织构化反应装置 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体织构化反应装置，包括：腔室，包括介质窗和腔室本体并且容纳待织构化的太阳能电池晶片；多边形感应线圈，设置在所述介质窗的外侧上部以产生用于产生等离子体的磁场；高频低功率供应单元，向所述腔室的阴极供应与处理条件相对应的高频功率；以及高频源功率供应单元，向多边形感应线圈供应高频功率。

Description

等离子体织构化反应装置
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，更具体地涉及等离子体织构化反应装置，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来增加到达太阳能电池内部的可用光的光吸收量时，该等离子体织构化反应装置可通过增加等离子体离子的密度和均匀度并适当地控制离子能量来改善制造效率和太阳能电池的质量。
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，其可以克服由化石燃料能的使用所引起的问题，诸如环境污染、高燃料成本等。
近来已经积极开展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化以减少太阳能电池表面上的光反射量以及增加到达太阳能电池内部的可用光的光吸收量。基于这一事实，在太阳能电池晶片的表面上形成尺寸为4～10μm的金字塔形。
在上述通过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，尽管需要太阳能电池晶片具有不小于200μm的厚度，但是如果通过湿式化学刻蚀对超薄晶片(厚度不大于200μm的太阳能电池晶片)进行表面织构化，则由于晶片的两面都进行刻蚀而可能导致晶片的破损。因此，难以将表面织构化应用于超薄晶片。
为此，作为湿式化学织构化的替代，等离子体织构化得到了重视。
如本领域中所公知的那样，等离子体被称为物质第四态，并且等离子体是已经部分地电离的气体。这种等离子体因粒子而具有传导性，所述粒子是电中性的而不带正电荷和负电荷并且对于电磁场敏感。就此，可以将对应用于等离子体的电磁场进行控制的技术应用于太阳能电池织构化处理。
根据天线和介电窗，可将等离子体反应装置分为电磁线圈型等离子体反应装置、平面型等离子体反应装置以及圆顶型离子体反应装置。根据电磁线圈型等离子体反应装置，由于电感值相对较高以及因高电压而发生溅射问题，因此效率可能降低。根据平面型等离子体反应装置，由于等离子体源和晶片之间的距离为短，因此难以独立地调整到达晶片表面的离子能量。根据圆顶型离子体反应装置，由于基底的面积增加，因此可能难以确保均匀的刻蚀速率。
此外，考虑到半导体晶片呈圆形，传统的平面感应耦合等离子体系统包括圆筒形感应线圈。然而，由于太阳能电池晶片呈矩形或正方形，因此当使用传统的等离子体反应装置时，可能难以确保在整个晶片上均匀刻蚀速率。
发明内容
因此，提出本发明以试图解决相关领域中所存在的问题，并且本发明的目的在于，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时，通过使用正方形感应线圈来增加等离子体离子的密度和均匀度并适当地控制离子能量。
为了达到上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种等离子体织构化反应装置，其包括：腔室，包括介质窗和腔室本体并且容纳待织构化的太阳能电池晶片；多边形感应线圈，设置在所述介质窗的外侧上部以产生用于产生等离子体的磁场；高频低功率供应单元，向所述腔室的阴极供应与处理条件相对应的高频功率；以及高频源功率供应单元，向多边形感应线圈供应高频功率。
附图说明
在阅读以下结合附图进行的详细描述之后，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是示出根据本发明实施方式的等离子体织构化反应装置的框图；
图2是示出根据本发明实施方式的被制造成多边形的感应线圈的示意图；
图3是示出根据本发明另一实施方式的感应线圈的平面图；
图4是示出根据本发明另一实施方式的感应线圈的示意图；
图5至图7A至7D是示出根据本发明另一实施方式的感应线圈的平面图；
图8是示出根据本发明另一实施方式的高频低功率供应单元的图示；
图9是示出在使用根据本发明实施方式的等离子体织构化反应装置的情况下太阳能电池晶片的反射率的试验结果的图表；以及
图10是示出在使用根据本发明实施方式的等离子体织构化反应装置的情况下太阳能电池晶片的均匀性的试验结果的图表。
具体实施方式
现将更详细地参照本发明的优选实施方式，该优选实施方式的示例在附图中示出。
图1是示出根据本发明实施方式的等离子体织构化反应装置的框图。参照图1，等离子体织构化反应装置包括腔室103、多边形感应线圈104、高频低功率供应单元108、以及高频源功率供应单元111。腔室103包括介质窗103A和腔室本体103B并且容纳待织构化的太阳能电池晶片102。多边形感应线圈104设置在介质窗103A的外侧上部以产生用于产生等离子体的磁场。高频低功率供应单元108向腔室103的阴极101供应与处理条件相对应的高频功率。高频源功率供应单元111向多边形感应线圈104供应高频功率。参考标号105表示处理模块。
由高频低功率供应单元108的高频功率发生器106产生的高频功率通过高频匹配部件107被供应到阴极101，待织构化的太阳能电池晶片102被装载在阴极101上。
与此同时，由高频源功率供应单元111的高频功率发生器109产生的高频功率通过高频匹配部件110被供应到感应线圈104，感应线圈104安装在太阳能电池晶片102上方。感应线圈104不限于具体类型的感应线圈。本发明的该实施方式采用ICP(感应耦合等离子体)感应线圈。
因而，通过供应到感应线圈104的高频电流在感应线圈104周围形成纵向磁场。由于通过磁场在等离子体中形成横向电场，因此电子被加速。被加速的电子通过穿过趋肤深度从电磁场获得能量、被引入到等离子体中、以及与被加速的粒子相碰撞，使得被引入到腔室103中的气体被离子化，导致高密度等离子体的产生。
感应线圈104呈多边形(例如，矩形或正方形)，以确保在整个呈矩形形状的太阳能电池晶片102上的均匀刻蚀速率。
图2是示出根据本发明的实施方式的被制造为呈上述形状的感应线圈的示意图，其示出了线圈以矩形缠绕3圈的结构的示例。图1中示出的感应线圈104是沿着线A-A’取得的截面，该线A-A’在图2中示出的感应线圈104中绘出。
图3是示出根据本发明另一实施方式的感应线圈的平面图，其示出了线圈在径向上缠绕以增加均匀度的结构。
图4是示出根据本发明另一实施方式的感应线圈的示意图，其示出了为了获得离子能量和离子密度的均匀性的多感应线圈的结构。多感应线圈具有这样的结构，在该结构中，具有相同形状(例如，矩形)的两组感应线圈401A和401B平行地彼此相连。流经两组感应线圈401A和401B的电流方向是相同的。组的数量不限于两个。例如，组的数量可以根据需求增加。
根据试验结果，例如，当感应线圈401A的右绕线和左绕线之间的距离‘r’与两组感应线圈401A和401B之间的间隔‘d’的比率为1时，刻蚀速率的均匀性是最高的。两组感应线圈401A和401B中的距离和间隔可以彼此相同或不同。
然而，难以将待织构化的太阳能电池晶片102安装在两组感应线圈401A和401B之间。就此而言，如图1所示，太阳能电池晶片102被装载在位于腔室103中的阴极101上，被制造为如图4所示的多感应线圈安装在太阳能电池晶片102上方。在本文中，优选的是通过对两组感应线圈401A和401B之间的间隔‘d’适当地进行调整来获得离子密度和能量分布的均匀性。
图5是示出根据本发明另一实施方式的感应线圈的平面图，其示出了一种批次式结构，该批次式结构被设计以使得多个太阳能电池晶片可同时织构化。由于布置成矩阵模式的多个感应线圈501独立地产生如上所述的与布置在阴极101上的太阳能电池晶片102有关的磁场，因此可以同时进行织构化。
图6是示出根据本发明另一实施方式的感应线圈的平面图，其示出了一种批次式结构，该批次式结构被设计以使得多个太阳能电池晶片可同时织构化。批次式感应线圈包括布置在水平方向上的多个线圈601以及布置在竖直方向上且位于线圈601下方或上方的多个线圈602。对右线圈和左线圈之间的间隔‘d’以及上线圈和下线圈之间的高度‘h’(未示出)进行调整，使得每个晶片的离子密度和离子能量可单独地被控制并且多个太阳能电池晶片可同时织构化。
图7A到图7D是示出根据本发明另一实施方式的感应线圈的平面图，其示出了这样的结构，在该结构中，在感应线圈中附加地设有感应线圈以在考虑到太阳能电池晶片的大直径(例如，300mm、450mm)的情况下获得等离子体离子密度的均匀性。
图7A是在矩形感应线圈701中附加地设有圆筒形感应线圈702的示例。图7B是在矩形感应线圈703中附加地设有矩形感应线圈704的示例。图7C是在圆筒形感应线圈705中附加地设有矩形感应线圈706的示例。图7D是在矩形感应线圈707中附加地设有矩形感应线圈708以及在矩形感应线圈708中附加地设有矩形感应线圈709的示例。
在使用具有这种结构的感应线圈的情况下，通过使用功率分配器(未示出)对从高频源功率供应单元111供应到设置在外部的感应线圈的高频功率以及从高频源功率供应单元111供应到设置在内部的感应线圈的高频功率独立地进行调整，从而可以以期望的程度确定相应区域的离子密度。
本发明不限于图7A到图7D所示的实施方式。例如，可以采用不同实施方式，其中在单个感应线圈内部顺序地设有具有同一形状或不同形状的一个或多个感应线圈。
图8是示出根据本发明另一实施方式的图1中示出的高频低功率供应单元108的图示。参照图8，高频低功率供应单元108包括多个高频功率发生器106A至106C以及多个高频匹配部件107A至107C，从而可以对离子能量的强度和密度以及自由基浓度进行调整。
在这种情况下，可以根据处理条件适当地提供从高频功率发生器106A至106C供应的高频功率。例如，高频功率发生器106A供应具有相对较低频率(2MHz)的功率，高频功率发生器106B供应具有相对较高频率(12.56MHz至13.56MHz)的功率，而高频功率发生器106C供应具有更高频率(27MHz至30MHz或60MHz)的功率。
高频功率发生器106A至106C供应具有相对较低频率的功率以提高离子能量的强度，并且供应具有相对较高频率的功率以提高离子能量的强度。
从高频功率发生器106A至106C供应的高频功率、以及从高频功率发生器109供应的高频功率在低离解区域或在高离解区域中被调整，使得离子能量的强度和密度以及自由基浓度被调整。因此，可以确保太阳能电池晶片102的高刻蚀速率、广泛的均匀性以及制程裕量。
可以根据处理条件选择性地使用多个高频功率发生器106A至106C和多个高频匹配部件107A至107C之中的高频功率发生器和高频匹配部件。
图9是示出在使用根据本发明实施方式的等离子体织构化反应装置的情况下太阳能电池晶片的反射率的试验结果的图表。参照图9，与裸晶片的光反射率在300nm至800nm波长范围内平均为31.54％的情况相比，根据本发明实施方式的太阳能电池晶片的光反射率随着织构化时间的流逝而减小且最大值小于1％。
图10是示出在使用根据本发明实施方式的等离子体织构化反应装置的情况下太阳能电池晶片的均匀度的试验结果的图表。参照图10，在通过使用一般感应线圈进行织构化的情况下，中心部分和边缘部分的均匀度出现1％或更大的差异。然而，在通过使用根据本发明实施方式的感应线圈进行织构化的情况下，中心部分和边缘部分的均匀度小于0.03％。
根据本发明的实施方式，当在制造太阳能电池的过程中通过干式刻蚀在超薄晶片的表面上进行织构化时，通过使用多边形感应线圈产生磁场，使得刻蚀均匀性从晶片的中心部分到外周部分得到了改善，导致太阳能电池的反射率降低。因此，太阳能电池的光电转换效率得到了改善。
尽管处于说明性目的对本发明的优选实施方式进行了描述，但本领域技术人员可以理解，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、增加和替换。

Claims (11)

1.一种等离子体织构化反应装置，包括：
腔室，包括介质窗和腔室本体并且容纳待织构化的太阳能电池晶片；
多边形感应线圈，设置在所述介质窗的外侧上部以产生用于产生等离子体的磁场；
高频低功率供应单元，向所述腔室的阴极供应与处理条件相对应的高频功率；以及
高频源功率供应单元，向多边形感应线圈供应高频功率。
2.根据权利要求1所述的等离子体织构化反应装置，其中，多边形至少是矩形。
3.根据权利要求1所述的等离子体织构化反应装置，其中，感应线圈包括具有径向结构的感应线圈。
4.根据权利要求1所述的等离子体织构化反应装置，其中，感应线圈包括具有多组感应线圈平行地彼此相连的结构的感应线圈。
5.根据权利要求1所述的等离子体织构化反应装置，其中，感应线圈包括具有批次式结构的感应线圈，在所述批次式结构中，多个感应线圈布置成矩阵模式以产生与相应的太阳能电池晶片有关的磁场。
6.根据权利要求1所述的等离子体织构化反应装置，其中，感应线圈包括具有批次式结构的感应线圈，在所述批次式结构中，在水平方向上布置有多个感应线圈，并且在竖直方向上布置有位于布置在水平方向上的所述多个感应线圈下方或上方的多个感应线圈。
7.根据权利要求1所述的等离子体织构化反应装置，其中，感应线圈包括具有在单个感应线圈内部顺序地设有具有同一形状或不同形状的至少一个感应线圈的结构的感应线圈。
8.根据权利要求7所述的等离子体织构化反应装置，其中，所述单个感应线圈或设在所述单个感应线圈内部的至少一个感应线圈包括多边形感应线圈或圆筒形感应线圈。
9.根据权利要求7或8所述的等离子体织构化反应装置，其中，所述单个感应线圈或设在所述单个感应线圈内部的至少一个感应线圈在高频功率分配器的控制下独立地调整放射的高频功率，以允许相应区域的离子密度以期望的程度被均匀地调整。
10.根据权利要求1所述的等离子体织构化反应装置，其中，所述高频低功率供应单元包括多个高频功率发生器和多个高频匹配部件，以调整离子能量的强度和密度以及自由基浓度。
11.根据权利要求10所述的等离子体织构化反应装置，其中，所述多个高频功率发生器产生具有同一频率或不同频率的高频功率。
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