CN103050571B - 用于形成具有选择性射极的太阳能电池的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于形成具有选择性射极的太阳能电池的方法和装置。方法包括在基板接收表面上放置基板。基板的表面包括第一图案化重掺杂区域，第一图案重掺杂区域具有第一掺杂浓度且限定选择性射极，基板的表面还包括第二掺杂射极区域，第二掺杂射极区域具有小于第一掺杂浓度的第二掺杂浓度，其中第二掺杂射极区域环绕第一图案化重掺杂区域。此方法还包括通过使用傅里叶变换来处理经滤波的光学图像以确定第一图案化重掺杂区域的位置，通过使用从第一图案化重掺杂区域的确定的位置所接收的信息将丝网印刷掩模中的一个或多个区别性特征对准第一图案化重掺杂区域，以及在第一图案化重掺杂区域的一部分上沉积材料层。

Description

用于形成具有选择性射极的太阳能电池的方法和装置
技术领域
本发明的实施例涉及用于形成具有选择性射极的太阳能电池的方法，特别是对准选择性射极区以及丝网印刷图案以形成结晶硅基底的太阳能电池的方法。
背景技术
太阳能电池为将太阳光直接转换成电能的光伏(photovoltaic，PV)装置。近十年来，PV市场以每年超过30％的增加率成长。一些文章建议，在不久的将来全球太阳能电池的发电量将超过10亿瓦(GWp)。据估计，95％以上的太阳能模块基于硅晶片。高市场增加率结合实质上降低太阳电力成本的需求，造成对低价制造高质量太阳能电池的大量要求。因此，制造商业上有价值的太阳能电池的一个关键要素在于，通过提高设备产率以及基板产出量，来降低形成太阳能电池期望的制造成本。
典型的太阳能电池具有一个或多个的p-n结(p-njunction)。各p-n结包括半导体材料中的两个不同的区域，其中一边表示为p-型区域，而另一边表示为n-型区域。当将太阳能电池的p-n结暴露在阳光(由光子能量构成)下时，阳光会通过PV效应被直接转换为电力。太阳能电池产生特定量的电力，并铺设成模块，模块经尺寸设计以传递期望量的系统电力。太阳能模块与特定框架及连接器连结成面板。太阳能电池通常形成于硅基板上，此硅基板可为单晶硅或多晶硅基板。典型的太阳能电池包括厚度通常小于约0.3毫米(mm)的硅晶片、基板或板，且具有位于形成于基板上的p-型区域的顶端上的n-型硅薄层。
图1A及1B示意性示出在晶片11上制造的标准硅太阳能电池10。晶片11包括p-型基极区域21、n-型射极区域22以及设置于两者之间的p-n结区域23。通过在半导体中掺杂特定类型的元素(例如：磷(P)、砷(As)或锑(Sb))以使负电荷载子(电子)的数量增加，来形成n-型区域或n-型半导体。相似地，通过将三价原子加入晶格中而造成对硅晶格而言正常的四个共价键中的一者失去电子，来形成p-型区域或p-型半导体。因而，掺杂原子可接受来自邻近原子共价键的电子，以完成第四键。掺杂原子接受电子，导致邻近原子失去半个键，并造成“空穴”的形成。
当光线射入太阳能电池上时，来自入射光子的能量在p-n结区域23的两侧产生电子-空穴对。电子跨过p-n结扩散至较低能级，而空穴往相反方向扩散，在射极上产生负电荷，并在基极中累积相对应的正电荷。当电路形成于射极与基极之间，且p-n结暴露于光的某些波长下时，电流将会流动。通过半导体受光照所产生的电流流经设置于前侧18(受光侧)上的接触区，以及太阳能电池10的背侧19。如图1A所示，顶部接触区结构通常被设置成将电流供应至较大的汇流条(busbar)15的宽间距薄金属线或指状触点14。由于后接触区25不防止入射光线进入太阳能电池10，所以后接触区25并不限于形成多重薄金属线。太阳能电池10通常由电介质材料(如Si3N4)的薄层覆盖，电介质材料的薄层作为抗反射涂层(anti-reflectingcoating，ARC)16，以最小化自太阳能电池10的顶部表面22A的光反射。
丝网印刷技术(screenprinting)长久以来使用于如衣服或陶瓷的物体上的印刷设计，以及使用于电子工业中电子组件的印刷设计，例如是基板表面上的电触点或互连。目前的太阳能电池制造处理也使用丝网印刷技术。在一些应用中，期望在太阳能电池基板上丝网印刷接触线，例如指状触点14。指状触点14与基板接触，并且能够与一个或多个掺杂区域(例如n-型射极区域22)形成欧姆连接(Ohmicconnection)。欧姆接触(Ohmiccontact)是半导体装置中被制备为使装置的电流-电压曲线(I-Vcurve)为线性且对称的区域，也就是在该区域中在半导体装置的掺杂硅区与金属接触区之间没有高阻抗界面。对于太阳能电池的性能和在太阳能电池制造处理中形成的电路的稳定性而言，低阻抗且稳定的接触区是极为重要的。为了加强与太阳能电池装置的接触，典型的作法是将指状触点14设置在基板表面内形成的重掺杂区域17，以形成欧姆接触。由于所形成的重掺杂区域17的电气特性，该重掺杂区域17趋向阻挡或最小化光通量，期望最小化重掺杂区域的尺寸并同时维持这些区域的大小足以确保指状触点14能可靠地对齐并形成在重掺杂区域17上。由于基板在自动搬运装置上的位置误差引起的设置的指状触点14与其下的重掺杂区域17的不对准，基板边缘的瑕疵，基板表面上重掺杂区域17未配准与校准，和/或自动搬运装置上基板的移动，可导致较差的设备性能与低的设备效率。用于丝网印刷图案对准的检视系统在专利申请WO-A-2010/068331中已有描述。重掺杂区域17可以使用各种图案化技术产生较重和较轻的掺杂区域(例如可通过使用图案化的扩散阻挡层进行磷扩散步骤)而形成在基底表面上。背侧接触通过与基板的p-型基极区域形成欧姆接触，完成太阳能电池产生电流期望的电路以产生电流。
在本领域中，已知的做法是采用上述的丝网印刷技术，制成具有结晶硅基底的太阳能电池，实现射极22A位于太阳能电池的表面上的结构。通过使用丝网印刷技术操作在具有较低浓度(约1019atoms/cm3(个原子每立方厘米))的组成射极区域的磷掺杂层上沉积选择性射极(SE)的线图案而形成选择性射极(SelectiveEmitter)，该选择性射级的线宽通常为150毫米且为重磷掺杂或具有高浓度(约1020atoms/cm3)。SE线的节距(pitch)或相互距离(reciprocaldistance)约为1.7毫米。在基于氮化物沉积抗反射涂层((antireflectioncoatingfilm，ARC))后，通过另一丝网印刷处理在SE线的顶部上沉积期望图案的金属接触线，金属接触线一般为100毫米宽。高效率太阳能电池的研究要求金属接触线要精确对准，以覆盖SE线。因此，为了在印刷金属接触线前确定SE线的位置，需要SE线的高分辨率图像。分析图像所采取的对比机制利用不同掺杂浓度，即，被弱掺杂的射极区域包围的重掺杂SE线之间的差异一般无法被操作于可见光波长的图像分析的传统光学技术所检测到。需要有一个成功的技术，能够使用图像来控制对准动作，且此图像对不同的掺杂浓度敏感。
或者，某些制造选择性射极的处理可导致SE线和射极区域之间的地形(topographical)差异，此地形差异由不同的表面纹理或不同高度的台阶(step)所产生，这能实现执行图像分析的传统光学技术。
此外，太阳能电池可具有单晶或多晶的硅基底，由于在多晶硅中存在硅晶粒方位不同的区域，这可以改变反射光量并进而降低SE线的对比度，这也进一步增加了难度。
本发明的至少一个实施例的目的是实现一种通过光学成像能够在形成具有结晶硅基底的太阳能电池时对准丝网印刷图案射极的方法，此方法提供高分辨率图像的SE线，以便在印刷金属接触线前确定SE线的位置，使它们的对准精确且可靠，进而获得具有效率更高的太阳能电池的优点。
申请人已经设计、测试且实施本发明，以克服现有技术的缺点，并且实现上述以及其它的目的与优点。
发明内容
根据本发明的一个实施例，形成具选择性射极的太阳能电池的方法包括：在基板接收表面上放置基板，其中基板具有表面，表面包括至少第一图案化重掺杂区域，第一图案重掺杂区域形成在表面上并具有限定选择性射极的第一掺杂浓度，第二掺杂射极区域围绕第一图案化重掺杂区域，第二掺杂射极区域具有小于第一掺杂浓度的第二掺杂浓度；确定第一图案化重掺杂区域在基板上的实际位置，其中确定实际位置的步骤包括：获取表面的一部分的光学图像，对光学图像进行光学滤波；使用傅里叶变换来处理经滤波的光学图像；以及评价第一图案化重掺杂区域和第二掺杂射极区域在经滤波且傅里叶变换的光学图像中的对比度；通过使用从第一图案化重掺杂区域在基板上的确定的实际位置所接收的信息，将丝网印刷掩模中的一个或多个区别性特征对准第一图案化重掺杂区域；以及在将一个或多个区别性特征对准第一图案化重掺杂区域之后在第一图案化重掺杂区域的至少一部分上沉积材料层，以限定金属导电层。
在一些实施例中，傅里叶变换处理包括：对经光学滤波的图像进行傅里叶变换；选择并标记图像在傅里叶变换空间中属于第一图案化重掺杂区域的特征，进而过滤掉不需要的背景图像，以获得经滤波的傅里叶变换图像；对经滤波的傅里叶变换图像进行傅里叶逆变换以产生最终图像，最终图像在第一图案化重掺杂区域与第二掺杂射极区域之间具有较高的对比度。
在一些实施例中，获取表面的一部分的光学图像包括从表面接收第一波长的电磁辐射，第一波长在可见光视场的受限制子范围内。
在其它的实施例中，获取表面的一部分的光学图像包括从表面接收第一波长的电磁辐射，第一波长在红外线波长视场的受限制子范围内。
因此，傅里叶变换可应用在可见光图像及红外线图像。傅里叶变换增强选择性射极线以及围绕射极的区域之间的对比度。在红外线中，若红外线对比度不足时可有利地使用傅里叶变换处理。
根据本发明的另一实施例，根据本发明的形成具选择性射极的太阳能电池的方法包括：在基板接收表面上放置基板，其中基板具有表面，表面包括至少第一图案化重掺杂区域，第一图案重掺杂区域形成在表面上并具有限定选择性射极的第一掺杂浓度，第二掺杂射极区域围绕第一图案化重掺杂区域，第二掺杂射极区域具有小于第一掺杂浓度的第二掺杂浓度；确定第一图案化重掺杂区域在基板上的实际位置，其中确定实际位置的步骤包括：获取表面的一部分的光学图像，其包括从表面接受第一波长的电磁辐射，第一波长位于大于或等于约8微米(μm)的长波红外光谱中，评价在光学图像中第一图案化重掺杂区域和第二掺杂射极区域之间的对比度；通过使用从第一图案化重掺杂区域在基板上的确定的实际位置所接收的信息，将丝网印刷掩模中的一个或多个区别性特征对准第一图案化重掺杂区域；和在将一个或多个区别性特征对准第一图案化重掺杂区域之后在第一图案化重掺杂区域的至少一部分上沉积材料层，以限定金属导电层。
在一些实施例中，来自表面的长波红外光谱中的第一波长介于约8μm至14μm之间。
波长大于14μm一般具有更多优点，介于约8μm至14μm之间的范围在现在商业上可使用的具有上检测极限的长波红外线相机的成本与性能之间提供可接受的妥协，但是为本发明的目的，不排除使用可在更长波长下操作的相机的可能性。
在一些实施例中，根据本发明的方法包括：以图案在基板的表面上沉积第一掺杂材料，第一掺杂材料包括具有第一掺杂浓度的第一掺杂原子；加热基板和第一掺杂材料，以确定使第一掺杂材料的第一掺杂原子扩散进入表面，进而获得限定选择性射级的第一图案化重掺杂区域；在基板表面的位于沉积的第一掺杂材料之间的区域中沉积第二掺杂材料，以限定第二掺杂射极区域，第二掺杂材料包括具有第二掺杂浓度的第二掺杂原子，第二掺杂浓度低于第一掺杂浓度。
在一些变化形式中，第一掺杂原子及第二掺杂原子从包括磷、砷、锑、硼、铝和镓的元素群组中选出。
根据本发明的一些变化形式，第一掺杂原子及第二掺杂原子为相同类型的掺杂原子。
在一些实施例中，沉积在第一图案化重掺杂区域的至少一部分上的层包括导电材料，基板包括硅，第一图案化重掺杂区域的第一掺杂浓度大于约1018个原子每立方厘米(atoms/cm3)。
在一些实施例中，通过定位成邻近表面的光学检测器来实现接收电磁辐射。
在一些实施例中，获取表面的一部分的光学图像包括向表面提供的电磁辐射。
在一些实施例中，获取表面的一部分的光学图像还包括检测由第一图案化重掺杂区域的一部分以及第二掺杂射极区域反射的电磁辐射的强度的差异。
在一些实施例中，从基板的表面接收电磁辐射包括检测由设置在高于环境温度的温度下的基板所发射的红外辐射。
本发明还涉及用以形成具有选择性射极的太阳能电池的装置在一个实施例中，此装置包括：用于基板的支撑面，基板具有表面，表面包括至少第一图案化重掺杂区域，第一图案重掺杂区域形成在表面上，第一图案重掺杂区域具有第一掺杂浓度并限定选择性射极，第二掺杂射极区域围绕第一图案化重掺杂区域，第二掺杂射极区域具有小于第一掺杂浓度的第二掺杂浓度；检测器组件，其构造成获取表面的一部分的光学图像，并对光学图像进行光学滤波；沉积室，其具有丝网印刷掩模以及至少具有致动器，致动器构造成定位丝网印刷掩模；控制器，其构造成：接收经检测器组件滤波的光学图像，对经滤波的光学图像进行傅里叶变换处理，评价经滤波且经傅里叶变换处理的光学图像中的第一重掺杂区域和第二掺杂射极区域之间的对比度，和根据评价相对于第一图案化重掺杂区域来对准丝网印刷掩模的位置。
在另一实施例中，根据本发明的用以形成具有选择性射极的太阳能电池的装置包括：基板支撑面，基板具有表面，表面包括至少第一图案化重掺杂区域，第一图案重掺杂区域形成在表面上，第一图案重掺杂区域具有第一掺杂浓度并限定选择性射极，第二掺杂射极区域围绕第一图案化重掺杂区域，第二掺杂射极区域具有小于第一掺杂浓度的第二掺杂浓度；检测器组件，其构造成通过接受来自表面的第一波长的电磁辐射来获取表面的一部分的光学图像，第一波长位于大于或等于约8μm的长波红外光谱中；沉积室，其具有丝网印刷掩模以及至少具有致动器，致动器构造成定位丝网印刷掩模；控制器，其构造成：接收来自检测器组件的光学图像，评价在学图像中第一重掺杂区域和第二掺杂射极区域之间的对比度，以及根据评价相对于基板的第一图案化重掺杂区域来调整丝网印刷掩模的位置。
在变化的实施例中，根据本发明的装置包括电磁辐射源，电磁辐射源定位成朝向基板的表面发射电磁辐射。
在一些实施例中，检测器组件包括相机。
在变化的实施例中，检测器组件至少包括光学滤波器，光学滤波器设置在表面与相机之间，其中光学滤波器能够使第一波长通过光学滤波器。
附图说明
本发明的上述及其它的特征将通过以下对优选实施例的描述而显而易见，参照附图作为非限制性示例来描述优选实施例，其中：
图1A是现有技术中具有金属化互连图案的太阳能电池的等轴视图；
图1B是图1A所示的现有技术太阳能电池的侧视截面图；
图2A-2D是在用于形成太阳能电池装置的选择性射极及有源区域的处理序列期间太阳能电池基板的侧视截面图；
图3A是可与本发明的实施例一起使用以形成期望图案的多重层的系统的示意性等轴视图；
图3B是根据本发明的一个实施例的图3A中的系统的示意性俯视平面图；
图3C是根据本发明的一个实施例的丝网印刷系统的印刷巢部分的等轴视图；
图3D是转动致动器组件的一个实施例的示意性等轴视图，此转动致动器组件具有检测组件，检测组件定位成检测根据本发明的一个实施例的基板的前表面；
图4A是根据本发明的一个实施例的光学检测系统的示意性截面图；
图4B是根据本发明的一个实施例的设置于印刷巢中的光学检测系统的示意性截面图；
图5示出图2A-2D的形成有源区域的方法的流程图；
图6是制造太阳能电池时选择性射极的对准的示意图；
图7示出根据本发明的一个实施例的用于在太阳能电池的第一重掺杂区域上沉积导电层的处理序列；
图8示出使用本发明的一个或多个实施例所能获得的图像的示例；
图9示出根据本发明的一个实施例的可用以检测选择性射极的对准的处理的示例；
图10是可使用本发明的一个或多个实施例取得的图像的示例；和
图11示出可使用本发明的一个或多个实施例取得的图像的示例。
为使本发明更为了解，使用相同的组件符号来表示各图中相同的组件。在一个实施例中所公开的组件也可用于其它实施例中，而无须特别说明。
具体实施方式
本发明的实施例提供在系统中处理基板的装置及方法，此系统利用改良的图案化材料沉积处理步骤，这可以改善基板处理生产线的设备产量以及拥有成本(costofownership)。在一个实施例中，此系统为丝网印刷(screenprinting)系统，丝网印刷系统适用于在结晶硅太阳能电池生产线的一部分内进行丝网印刷处理，其中基板以期望材料进行图案化并接着在一个或多个后续反应室中进行处理。后续处理反应室可进行一个或多个烘烤步骤及一个或多个清洁步骤。虽然以下内容主要讨论在太阳能电池装置的表面上进行丝网印刷图案(如触点或互连结构)的处理，但所描述的本发明的范围并不限于这些构造。可受益于本发明的其它基板材料包括可具有有源区域的基板，此有源区域含有单晶硅、多重结晶(multi-crystalline)硅、多晶(polycrystalline)硅或其它适合的基板材料。
光学检测系统
本发明的实施例提供太阳能电池形成处理，其包括形成金属触点1432，金属触点1432位于形成于基板1410的表面上的期望图案中的第一重掺杂区1420上。在一些构造中，第一重掺杂区域1420限定选择性射极线或选择性射极区域，第一重掺杂区域1420被第二掺杂射极区域1430环绕(图2A-2D)。
本发明的一些实施例提供检测系统及支撑装置，检测系统及支撑装置用以在图案化重掺杂区域上可靠地定位相似形状或图案的金属接触结构，以容许与第一重掺杂区域1420形成欧姆接触(Ohmiccontact)。
图2D是基板1410的表面1401的截面图，基板1410具有第一重掺杂区域1420和在第一重掺杂区域1420上形成的图案化金属接触结构1432，第一重参杂区域1420限定选择性射极(SelectiveEmitter，SE)线。
金属接触结构1432(如指状触点(finger)和汇流条(busbar))形成在第一重掺杂区域1420上，使得这两个区域之间可以形成高质量的电性连接(欧姆接触)。如上所讨论，具有低阻抗以及稳定接触的高质量电触点对于太阳能电池的性能非常重要。
一般认为，在重掺杂区与轻掺杂区都形成于基板1410上、且被抗反射涂层1431(例如SiN层)覆盖后，要检测形成的第一重掺杂区域1420图案的实际对准(alignment)以及定向(orientation)是相当困难的。
因此，本发明的实施例提供方法，该方法首先检测第一图案化重掺杂区域1420的实际对准以及定向，接着使用所收集的信息在第一重掺杂区域1420的表面上形成图案化金属触点。
图4A示出光学检测系统400的一个示例，光学检测系统400构造为取得基板1410的前表面1401的至少一个光学图像，由此确认基板1410的前表面1401上形成的第一重掺杂区域1420的图案的实际对准以及定向。基于本发明的目的，术语“光学图像”是指在可见红外光或其它期望波长获得的图像。
在一些实施例中，光学检测系统400通常包括检测器组件401，检测器组件401构造成取得基板1410的前表面1401发出或反射的辐射，使得第一重掺杂区域1420相对于基板1410的其它非重掺杂区域的对准与定向可光学地被确定。
在一些实施例中，光学检测系统400包括构造成发射期望的波长的辐射的电磁辐射源(例如是辐射源403)。在一些示例中，辐射源403可包括激光、电子束、照明器、单色光源、红外(IR)光、发光二极管(LED)、LED阵列、镉汞灯(Hg-Cdlamp)、弧光灯、闪光灯、氙灯、卤素灯或其它任何适合的来源。
通过检测器组件401取得的光学图像和收集的关于对准及定向的对应数据(将于下文叙述)接着传送至系统控制器101，系统控制器101构造成调整及控制对准位置、以及通过使用图案金属化技术形成于第一重掺杂区域1420的表面上的金属触点结构1432(例如指状触点或汇流条)的丝网印刷的位置。图案金属化技术可包括丝网印刷方法，喷墨印刷处理，平版印刷处理(lithographicprocesses)、层状金属沉积(blanketmetaldeposition)处理或其它类似的图案金属化技术。在一个实施例中，利用丝网印刷系统100的丝网印刷处理将金属触点设置在基板1410的表面上，以下将参照图3A-3D一起说明。
在第一重掺杂区域1420形成在硅基板内的构造中，认为在紫外线(UV)与红外线(IR)的波长区间的波长发射的电磁辐射将被硅基板或重掺杂区优先吸收、反射或透射。所发射辐射的透射、吸收或反射的差异可产生一些可分辨的对比度，该对比度可以由检测器组件401和系统控制器101分析。在一个实施例中，期望发射波长范围在可见光区的电磁辐射，也就是波长介于400纳米(nm)到900纳米之间。在另一个实施例中，期望发射长波红外类型的光学辐射，其波长大于或等于约8μm。在一个实施例中，波长范围介于约8μm至14μm之间。由于相对于短波红外光谱，值得注意的是介于0.9μm至1.7μm之间的范围对于掺杂浓度高度敏感，因此光学辐射持续被发射，直到区域之间的期望的对比度可由检测器组件401检测到。因此，此范围特别适合于制造选择性射极，且当使用反射型的光学检测技术时，提供了较佳的光学对比度，检测器组件401的成本亦较为低廉。
在一个实施例中，辐射源403是能够提供一个或多个期望波长的发光二极管(LED)。在另一实施例中，辐射源403是经由一束光纤403B从卤素灯泡发出辐射的照明器。
在另一实施例中，辐射源403不存在或者不使用，检测器组件401构造成检测从被加热的基板1410的表面发出的红外范围内的电磁辐射，该基板的温度大于环境温度。
在一个实施例中，光学检测系统400具有辐射源403，辐射源403构造成将电磁辐射“B2”传送至基板1410的表面1401，表面1401与检测器组件401位于基板的同一侧面上。在此构造中，一个或多个发射波长将被基板1410、第一重掺杂区1420和/或第二掺杂射极区域1430的一部分反射，并沿着路径“C”传送到检测器组件410。
检测器组件401包括电磁辐射检测器、相机或其它类似的装置，这些装置与透镜配合，检测器组件构造成测量一个或多个波长的被接收电磁辐射的强度。在一个实施例中，如图4B所示，检测器组件401包括相机401A，相机401A构造成在辐射源403发射的期望波长范围内检测并解析基板表面上的区别性组件(distinctiveelements)。在一个实施例中，相机401A为InGaAs型相机，其具有冷却式CCD阵列以增强检测信号的信噪比。在一些构造中，期望通过包围或遮蔽基板1410的表面1401和相机401A之间的区域来将检测器组件401与环境光线分离。
在一个实施例中，检测器组件401也包括一个或多个光学滤波器(未示出)，这些光学滤波器设置在相机401A和基底的表面1401之间。在此构造中，一个或多个光学滤波器被选择以仅允许特定期望波长通过而到达相机401A，以减少相机401A接收到的不必要的能量的量，进而增加所检测的辐射的信噪比。一个或多个光学滤波器可以例如是向BarrAssociatesInc.或AndoverCorporation购买的带通滤波器(band-passfilter)、窄带滤波器(narrowbandfilter)、光学边缘滤波器(opticaledgefilter)、陷波滤波器(notchfilter)或宽带滤波器(widebandfilter)。在本发明的另一方面，光学滤波器增加在辐射源403与基板1410之间，以限制投射到基板上并由相机401A检测的波长。在此构造中，期望选择能提供广泛波长范围的辐射源403，并使用滤波器以限制照在基板的表面的波长。
图3A-3B分别为丝网印刷系统或系统100的一个实施例的示意性等轴视图与示意性平面图，该系统100可与本发明的实施例结合，以使用光学检测系统400在太阳能电池基板1410的表面上形成期望图案的金属触点。在一个实施例中，系统100包括引入传送带111、转动致动器组件130、丝网印刷室102以及引出传送带112。引入传送带111可构造成自例如输入传送带113的输入装置接收基板1410(即图3B的路径“A”)，并将基板1410传送至与转动致动器组件130耦接的印刷巢(printingnest)131。引出传送带112可用构造成从与转动致动器组件130耦接的印刷巢131接收处理过的基板1410，并将基板1410传送至基板移出装置，例如出口传送带114(即图3B路径“E”)。输入传送带113和出口传送带114可以是作为较大生产线的一部分的自动化的基板搬运设备。
转动致动器组件130可通过转动致动器(未示出)及系统控制器101而围绕轴线“F”转动并进行角度定位，以使得印刷巢131可在系统100内选择性地角度定位(即图3B中的路径“D1”以及“D2”)。转动致动器组件130也可具有一个或多个支撑部件，以加强对系统100中用以执行基板处理步骤的印刷巢131或其它自动化装置的控制。
在一个实施例中，转动致动器组件130包括四个印刷巢131或基板支撑件，基板支撑件各自适于在丝网印刷室102内进行丝网印刷处理期间支撑基板1410。图3B示意性示出转动致动器组件130的位置，其中一个印刷巢131处于位置“1”以自引入传送带111接收基板1410，另一印刷巢131处于丝网印刷室102内的位置“2”以使得基板1410可在基板表面接收丝网印刷图案，另一印刷巢131处于位置“3”以将处理过的基板1410传送至引出传送带112，且另一印刷巢131处于位置“4”，位置“4”是位置“1”及位置“3”之间的中间阶段。
如图3C所示出，印刷巢131通常由传送带组件139所组成，传送带组件139具有进料滚轴135、卷取滚轴(take-upspool)136、滚轮140以及一个或多个致动器148，这些致动器148耦接至进料滚轴135和/或卷取滚轴136，传送带组件139的这些部件适用于供应并维持支撑材料137，支撑材料137定位成跨过平台148。平台138通常具有基板支撑表面，在丝网印刷室102中进行丝网印刷处理期间，基板1410以及支撑材料137设置于该基板支撑表面上。在一个实施例中，支撑材料137为多孔材料，通过常规的真空产生装置(真空泵、真空发生器)将真空施加到支撑材料137的一侧，支撑材料137可容许设置于该支撑材料137另一侧的基板1410被保持在平台138上。在一个实施例中，将真空施加至形成在平台138的基板支撑表面138A中的真空口(未示出)，以使得基板可被“夹持(chuck)”到平台138的基板支撑表面138A。在一个实施例中，支撑材料137为透气材料(transpirablematerial)，该透气材料由用于如香烟的透气纸(transpirablepaper)型、或其它类似材料(例如实现相同功能的塑料或纺织材料)所组成。在一个示例中，支撑材料137为不含苯线(benzeneline)的香烟纸。
在一个构造中，致动器148耦接至或适合于接合进料滚轴135及卷取滚轴136，以使设置于支撑材料137上的基板1410的移动可在印刷巢131中精确地控制。在一个实施例中，进料滚轴135及卷取滚轴136分别适合于接收支撑材料137的长度的相对两端。在一个实施例中，致动器148分别具有一个或多个驱动轮147，驱动轮147耦接至或接触设置在进料滚轴135和/或卷取滚轴136上的支撑材料137的表面，以控制支撑材料137在平台138上的动作及位置。
在一个实施例中，请参照图3A，系统100包括检测组件200，检测组件200适合于检测位于位置“1”的印刷巢131上的中的基板1410。检测组件200可包括一个或多个相机121，相机121经定位以检测位于位置“1”的印刷巢131上的引入或处理过的基板1410。在此构造中，检测组件200包括至少一个相机121(例如是CCD相机)以及其它可检测并将检测结果传送给系统控制器101的电子组件，系统控制器101被用来分析印刷巢131上的基板1410的定向及位置。在另一实施例中，检测组件200包括上述的光学检测系统400。
丝网印刷室102适合于在丝网印刷处理期间在位于位置“2”的印刷巢131上的基板1410的表面上沉积期望图案的材料。在一个实施例中，丝网印刷室102包括多个致动器(例如，致动器102A(例如是步进电机或伺服电机))，这些致动器与系统控制器101通信、并用以调整设置在丝网印刷室102内的丝网印刷掩模102B(图3B)相对于正在印刷的基板1410的位置和/或角度定向。在一个实施例中，丝网印刷掩模102B是具有多个区别性组件102C(图3B)的金属片或金属板。在一个实施例中，区别性特征可包括孔洞、槽(slot)或其它贯穿而成的孔，以限定基板1410的表面上的丝网印刷材料(墨水或糊状物)的图案及位置。一般而言，通过使用致动器102A以及由系统控制器101从检测组件200接收的信息，将丝网印刷掩模102B定位于基板表面上的期望位置，来将待沉积于基板1410的表面上的丝网印刷图案以自动化方式对准基板1410。在另一实施例中，丝网印刷室102适合于在太阳能电池基板上沉积含金属材料或电介质材料，此太阳能电池基板具有介于约125mm至约156mm的宽度及介于约70mm至约156mm的长度。在一个实施例中，丝网印刷室102适合于在基板的表面上沉积含金属的糊状物，以在基板的表面上形成金属接触结构。
系统控制器101促进整体系统100的控制及自动化，并可包括中央处理单元(CPU，未示出)、存储器(未示出)以及支持电路(或I/O，未示出)。CPU可为任意形式的计算机处理器中的一者，并可被使用于工业环境以控制各种腔室处理及硬件(例如传送带、光学检测组件、电机、流体输送硬件等)，并可监视系统以及腔室处理(例如，基板位置、处理时间、检测器信号等)。存储器连接至CPU，且可以是一个或多个常见的存储器，例如本机或远程的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或其它任意形式的数字储存。软件指令以及数据可被编码并储存于存储器内，用以命令CPU。支持电路也连接至CPU，以常规方式支撑处理器。支持电路可包括缓冲存储器、电源供应器、时钟电路、输入/输出电路、子系统及类似的电路。程序(或计算机指令)可被系统控制器101读取，以判断哪些任务可在基板上执行。优选地，程序是可由系统控制器101读取的软件，程序包括代码以至少产生且储存基板位置的信息、各种被控制组件的移动顺序、基板光学检测系统的信息及其组合。在本发明的一个实施例中，系统控制器101包括图案识别软件，以解析第一重掺杂区域1420、第二掺杂射极区域1430、和/或对准标记或区别性特征的位置，相关信息描述于专利申请WO-A-2010/068331中，该专利申请通过引用整体结合于此。
为了在基板表面1420上形成图案化导电层之前，直接确定形成于基板表面1420上的第一重掺杂区域1420及第二掺杂射极区域1430的对准及定向，系统控制器101可使用一个或多个光学检测系统400以收集期望的数据。
图4B示出光学检测系统400的一个实施例，光学检测系统400结合于印刷巢131及光学检测组件200的一部分中。在一个实施例中，检测组件200包括相机401A，而印刷巢131包括传送带组件139、支撑材料137、平台138及辐射源403。在此构造中，辐射源403适合于发射电磁辐射“B2”至位于支撑材料137及平台138上的基板1410的表面1401，使得一个或多个发射的波长将被基板1410的一部分吸收或反射，并延着路径“C”传递至相机401A。
图3D为转动致动器组件130的一个实施例的示意性等轴视图，示出检测组件200经定位以检测设置于印刷巢131上的基板1410的表面1401。在一个实施例中，相机401A设置于基板1410的表面1401上方，使得相机401A的观察区域122可检测表面1401的至少一个区域。由照相机401A所接收的信息被用来对准丝网印刷掩模，并因此通过使用从系统控制器101传到致动器102A的指令来连续地接续将材料沉积到重掺杂区域1420。在正常的处理序列期间，在基板1410被传递至丝网印刷室102之前针对位于每个印刷巢131上的每个基板1410收集第一重掺杂区域1420和/或第二掺杂射极区域1430的位置信息。检测组件200也可包括多个光学检测系统400，光学检测系统400适合于观察位于印刷巢131上的基板1410的不同区域，以更佳地解析形成于基板上的图案。
制造具有选择性射极的太阳能电池的方法
本发明的一些实施例提供具有选择性射极的太阳能电池形成处理，其包括制造在构成选择性射极的第一重掺杂区域1420上设置并对准的金属触点结构1432(例如是指状触点及汇流条)，第一重掺杂区域1420被形成在纹理化的基板1410的前表面1401上的第二掺杂射极区1430围绕。典型的纹理化处理提供粗糙度在约1μm至约10μm之间的表面。由于沉积的金属需覆盖的表面积相对于未纹理化区域增加，在纹理化表面上沉积用于形成指状触点及汇流条的含金属材料可显著影响所形成的指状触点及汇流条的阻抗。相似地，由于掺杂原子在形成处理期间穿过的区域的表面积相对于未纹理化表面增加，纹理化表面的粗糙度也将显著地影响形成的重掺杂区域的空间分辨率。此外，如上所述，常规检测技术通常无法光学确定重掺杂区域在基板表面上的位置。因此，期望在重掺杂区域上可靠地定位指状触点及汇流条，以确保在重掺杂区域与指状触点及汇流条之间形成完全的欧姆接触。
制造选择性射极的方法
图2A-2D示出在用于形成太阳能电池装置上的有源区域的处理序列的不同阶段中太阳能电池基板1410的示意性截面图。
图5示出的处理序列对应图2A-2D的各个阶段，此处理序列可用以在例如是太阳能电池1400的太阳能电池装置的前表面1401上形成选择性射极结构。
在一个实施例中，形成的太阳能电池1400通常包括基板1410、第一重掺杂区域1420及接触层1414，接触层1414设置于基板1410的背表面1402上，背表面1402与前表面1401相反。
在一个示例中，基板1410为p-型掺杂结晶基板。
在一个构造中，接触层1414设置在p型的电介质层1411(如二氧化硅层、氮化硅层或氮氧化硅层)上，接触层1414沉积于背表面1402上。
在一个实施例中，接触层1414包括厚度介于约2000埃及约之间的金属。在一个实施例中，接触层1414为耐熔金属(refractorymetal)或耐熔金属合金的层，例如是钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钨(WN)和/或氮化钼(MoN)等。含有耐熔金属或耐熔金属合金的接触层1414因而能承受如后所述的处理序列1600中的一些高温处理步骤。然而，由于接触层1414可在执行高温处理之后才沉积，包括耐熔金属或耐熔金属合金的接触层1414并非是对本发明范围的限制。
在一些实施例中，前表面1412被纹理化(如图2A的标号1412)，以增进形成的太阳能电池1400的光捕捉(lighttrapping)能力。
如图2A及图5所示，在步骤1602中，由具有第一掺杂浓度的第一掺杂原子形成的第一掺杂材料1419被沉积于基板1410的前表面1401上。在一个实施例中，可通过使用喷墨印刷、丝网印刷、橡皮冲压(rubberstamping)或其它类似技术将第一掺杂材料1419沉积或印刷成期望的图案。
第一掺杂材料1419起初可为液体、糊状物或胶状物，第一掺杂材料1419用来形成具第一掺杂浓度的第一重掺杂区域，第一掺杂浓度一般约为1020atoms/cm3(个原子每立方厘米)。
在某些情况下，在设置第一掺杂材料1419后，将基板加热至期望温度，以确保第一掺杂材料1419维持在前表面1401上，并使第一掺杂材料1419硬化、增密和/或与前表面1401形成键。
通常，使用于硅太阳能电池制造中的n-型掺杂物为例如磷(P)、砷(As)或锑(Sb)的元素。在一个实施例中，第一掺杂材料1419为含磷的掺杂糊状物，并被沉积于基板1410的前表面1401上。基板被加热至介于约80℃及约500℃之间的温度。在另一实施例中，第一掺杂材料1419可包括从由多聚磷酸(polyphosphoricacid)、磷硅酸玻璃前驱物(phosphosillcateglassprecursor)、磷酸(H3PO4)、亚磷酸(H3PO3)、次磷酸(H3PO2)和/或其各种铵盐所组成的群组中选出的材料。在其它实施例中，第一掺杂材料1419为包括原子百分比从约6％至约30％的磷的胶状物或糊状物。
在框1602中描述的处理可借助于设置在丝网印刷系统100内的丝网印刷室102而实行，如图3A-3D所示。
如图2B及图5所示，在步骤1604中，加热基板1410以使第一掺杂材料1419扩散。在一个实施例中，基板1410被加热至高于约750℃的温度以使第一掺杂材料1419的掺杂元素扩散进入基板1410的前表面1401中，进而在基板1410内形成构成选择性射极的第一重掺杂区域1420。
每个形成的第一重掺杂区域1420因此可用作重掺杂区域，其中可在太阳能电池1400的第一重掺杂区域1420的前表面上构成良好电气连接。
在一个示例中，期望第一重掺杂区域1420具有小于约50欧姆每平方厘米(Ω/cm2)的薄层电阻。在步骤1604的一个实施例中，基板在存在氮气(N2)、氧气(O2)、氢气(H2)、空气或其组合物的情况下被加热至介于约750℃至约1300℃之间的温度，并持续1分钟至约120分钟。
在另一实施例中，基板在快速热退火室(RTA)中富氮(N2)环境内被加热至约1000℃，并持续约5分钟。
在步骤1604的另一实施例中，利用由具有第二掺杂浓度的第二掺杂原子形成的第二掺杂材料来对基板1410的前表面1401在沉积的第一掺杂材料1419之间的区域进行掺杂。第二掺杂浓度低于第一掺杂浓度。例如，第二掺杂物可为n-型掺杂物，以形成第二掺杂射极区域1430。
在一些实施例中，第一掺杂材料1419的第一掺杂原子与第二掺杂材料的第二掺杂原子为相同类型。
在一个实施例中，在驱动第一掺杂材料1419进入基板的前表面1401的处理的一部分期间，前表面暴露于含掺杂物的蒸气或气体，以形成第二掺杂射极区域1430。
在一个实施例中，在热处理期间，通过蒸发一些第一掺杂材料1419来产生含掺杂物的蒸气的至少一部分。
在另一实施例中，在热处理期间，前表面1401暴露于酸，以在n-型太阳能电池基板中形成第二掺杂射极区。
在另一实施例中，在基板在管式炉(tubefurnace)中进行热处理时，基板的前表面1401暴露于POCl3或其它期望的含掺杂剂气体。
虽然并无示出，但本领域技术人员必然将注意到，接触层1414有利地形成可靠的保护屏蔽，这防止背表面1402被任何非期望的含掺杂物蒸气所掺杂，此蒸气可用于形成第一重掺杂区域1420以及第二掺杂射极区域1430、或者是第一重掺杂区域1420与第二掺杂射极区域1430形成时的副产物。
在一个实施例中，所形成的第二掺杂射极区域1430具有约80至200欧姆每平方厘米(Ω/cm2)的薄层电阻(sheetresistance)。
可通过连接至系统100的热处理模块或第二处理模块进行在步骤1604所描述的第二掺杂材料的植入(drive-in)处理。
如图2C及图5所示，在步骤1606中，抗反射涂(ARC)层1431形成于基板的前表面1401上。
在一个实施例中，抗反射层1431包括薄钝化/抗反射层(例如氮化硅、氧化硅)。尽管图2C示出抗反射层1431为单层，此构造仅表示抗反射层的一个例子，并非用以限制本发明的范围。在一个示例中，钝化/抗反射层包括两个或更多个包括氮化硅或氧化硅的层。在步骤1606描述的抗反射层的沉积可通过设置于系统100内的第四处理模块来进行。
在一个实施例中，可使用PVD室或CVD室来沉积抗反射层。
在一个实施例中，可使用第三处理模块(例如连接至系统100的等离子体增强CVD沉积模块)来执行抗反射层形成处理。
如图2D及图5所示，在步骤1608中，在抗反射层1431上沉积图案化导电层1432。在一个实施例中，形成的导电层1432包括金属，且厚度介于约至约之间。
在一个实施例中，形成的导电层1432由含金属的糊状物形成，例如是被丝网印刷在基板的前表面1401上的含银(Ag)糊状物。
在一个实施例中，在第一重掺杂区域1420上沉积期望图案的导电层1432，以使在步骤1610进行后续热处理之后，导电层1432能与第一重掺杂区域1420形成良好的电接触。
在一个实施例中，在第一重掺杂区域1420上沉积导电层1432之前，移除设置在第一重掺杂区域1420上的抗反射涂层1431的一部分。
一般而言，将导电层1432与第一重掺杂区域1420对准及定位的处理利用确定前表面1401的一部分相对于存在于基板的前表面1401上的区别性特征的实际位置来进行对准。
如图7所示，在步骤1608的一个实施例中，使用系统100及处理序列700中的处理步骤将导电层1432丝网印刷在第一重掺杂区域1420上。处理序列700从步骤702开始，其中位于位置“1”的印刷巢131从引入传送带111接收基板1410，并将基板“夹持”在平台138上。
接着，在步骤704中，与图4B中所示类似地构造的系统控制器101与光学检测系统400利用检测到的电磁辐射来检测第一重掺杂区域1420和/或第二掺杂射极区域1430的图案，以下将详细说明。
然后，在步骤706中，转动致动器组件130将印刷巢131转动至丝网印刷室102(即，路径D1)。在步骤706中，系统控制器101以及致动器102A然后使用在步骤704期间取得的数据，将丝网印刷掩模定向并对准至在基板1410上形成的第一重掺杂区域1420，丝网印刷掩模中形成期望的丝网印刷图案。当丝网印刷掩模对准时，通过将糊状物、胶状物的导电层传送通过在丝网印刷掩模102B中形成的区别性标记，将导电层1432设置于第一重掺杂区域1420上。
接着，处理后的基板1410然后被传递至引出传送带112(即，路径D2)，以便将基板1410传递至其他后续腔室。
在步骤704的一个替代实施例中，由于在第一重掺杂区1420及第二掺杂射极区1430之间产生的对比度，光学检测组件200以及系统控制器101构造成确定形成于基板1410的表面1401上的第一重掺杂区域1420的位置及定向。在此构造中，光学检测组件200包括相机或其它类似装置，因为掺杂浓度变异，光学检测组件200能够使用环境光、或来自白炽灯或其它灯的光、或来自灯或基板本身发出的红外光来检测形成的图案。
在一个实施例中，光学检测组件200的观察区域设置为可观察并解析在表面1401上找到的第一重掺杂区域1420以及第二掺杂射极区域1430。然后，在上述步骤之后，系统控制器101使用从光学检测组件200接收的信息，控制在第一重掺杂区域1420上沉积导电层1432。
在一个实施例中，导电层1432为包括银的材料，并通过在连接至系统100的第四处理模块中使用丝网印刷处理、喷墨印刷或其它类似的处理而将导电层1432沉积成期望的图案。
在步骤1608描述的导电层沉积1432的沉积可通过设置在系统100中的第四处理模块来执行。第四处理模块可包括但不限于物理气相沉积(PVD)室、溅射室、化学气相沉积(CVD)室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室。
在步骤1610中，加热基板。在一个实施例中，基板被加热至大于400℃和/或小于约800℃的温度，以使导电层1432增密且扩散进入基板1410的前表面1401，以与第一重掺杂区域1420的一部分形成欧姆接触。
在步骤1610的一个实施例中，在存在氮气(N2)、氧气(O2)、氢气(H2)、空气或其组合的环境下，将基板加热至约400℃至约500℃之间的温度，并持续约1分钟至约120分钟的时间。
在一个实施例中，在设置在系统100内的第五处理模块中加热基板。
可替换地，设置于系统100内的热处理模块也可用以加热基板。可使用退火腔室、管式炉腔室、带式炉或任意其它适合的加热方法。
由于形成于导电层1432之间的电连接具有低接触阻抗，且不会由于“刺(spiking)”穿下方的p-型材料上形成的射级而损坏太阳能电池结，本发明所述的实施例相较于其它常规技术更具有优点。
在本文描述的构造中，使用设置于系统100中的烧制炉(firingfumace)模块，透过抗反射涂层和/或电介质层来烧制导电层1432。在一个示例中，烧制炉模块是构造成将基板加热至期望温度以使基板与形成于基板表面上的图案化金属层形成期望接触的炉。
取得用以对准选择性射极的数据
在第一实施例，在步骤704获取第一重掺杂区1420的图案提供了在可见光领域的操作，在使用控制系统101的同时，采用光学滤波器，使用光学检测系统400和基于傅里叶变换来处理由系统400取得的图像的技术。
第一实施例使用光学检测系统400，其中由辐射源403发射的电磁辐射以及由检测器组件401(例如由相机401A(图4B))接收的电磁辐射处于约400nm至约900nm之间的可见光波长。目前发现，由于纹理差异或不同高度的台阶，第一实施例在基板(特别是在第二掺杂射极区域1430中)和由第一重掺杂区1420限定的SE线之间有强烈对比时效果特别好。然而，如果存在弱自然对比度(即，不存在纹理差异或不同高度的台阶而只存在浓度差异时)，就像由第一重掺杂区域1420限定的SE线一样，本发明提出使光学滤波操作与利用傅里叶变换的图像处理相结合，用以提高对比度。在一些实施例中，滤波操作使用滤波器将照明光限制到受限的可见光谱带，而不是整个可见光谱。事实上，基板1410在受限的光谱范围内可提供良好的对比度，如果使用整个可见光范围，基板1410会不利地受到光谱的其它部分中的低对比度响应影响。在其它实施例中，滤波操作可在受限的红外范围的光谱中执行。
图8示出上述光学滤波的示例。在一个实施例中，图像a)是由检测器组件401在可使用整个可见光谱取得的明视场中获取的图像，该明视场与相应图像b)、c)、d)及e)中的蓝、绿、红及近红外场相对比。图e)代表暗视场，该暗视场可通过将光纤403B定位在由图4A及4B中的假想线所示的位置而获得。在这种情况下，蓝色滤波器(图像b)提供最佳的对比度。在任何情况下，对比度可能很差且具有低信噪比，这使得精确检测由第一重掺杂区域1420限定的SE线的位置相当困难。
为了进一步提高由第一重掺杂区域1420限定的SE线与第二掺杂射极区域1430之间的对比度，本发明提出对由检测器组件401取得且受到光学滤波的图像进行傅里叶变换(Fouriertransform，FT)处理。
在一个实施例中，傅里叶变换处理包括：(i)对经光学滤波的图像进行傅里叶变换，(ii)选择并标记第一图案化重掺杂区域1420在傅里叶变换空间中的图像的与SE线和汇流条相对应的特征，进而过滤掉不需要的背景图像，以获得经滤波的傅里叶变换图像；及(iii)对经滤波的傅里叶变换图像进行傅里叶逆变换以产生最终图像，最终图像在第一图案化重掺杂区域1420与第二掺杂射极区域1430之间具有较高的对比度。
由检测器组件401获取的原始图像的第一重掺杂区域1420限定的SE线的重复图案是有利的，因为此重复图案在已知位置上在傅里叶转换空间中产生强烈信号。这可针对傅里叶逆变换被强调显示，排除其它与SE线无关连的区域。此外，傅里叶变换处理增进并强调在基板1410上的重复结构。取得的傅里叶逆变换图像在SE线显示了更强的对比度(图9)。如果由检测器组件401取得的原始图像没有足够的信息针对给定的轴线产生强烈信号，则傅里叶变换处理可用于确定基底相对于其它轴线的角度定向。此定向信息可用来产生边缘的检测滤波器，这为具有少量区别性特征的图像改进每个区别性特征(例如汇流条的轴线)。
如上所述，若在由检测器组件401取得的图像中确定强烈的对比度，SE线的位置便可使用标准图案识别算法来辨识。如上所述，如此获得的数据在步骤706中由控制器101使用。
在第二实施例中，长波红外线的图像获取技术用于检测由第一重掺杂区域1420限定的SE线与外围的第二掺杂射极区域1430之间不同的掺杂浓度。此解决方案提供了特别应用在对准由第一重掺杂区域1420限定的SE线上的理想对比机制，且与处理或基板的变化无关。在第二实施例中，长波红外线(LWIR)大于或等于约8μm。在一些实施例中，使用的长波红外线(LWIR)介于约8μm至14μm之间。
根据本发明的第二实施例可以两种变化形式操作。
第二实施例的第一变化形式在基板1410处于环境温度以上的温度(即使仅高几摄氏度(℃))时利用检测器组件401来光学地控制基板1410(图10)。在一个实施例中，波长的范围大于或等于约8μm。在另一实施例中波长的范围介于约8μm至14μm之间。在上述波长范围中，与在可见光或短波红外线中进行检测不同，因为在给定的温度下第一重掺杂区域与第二掺杂射极区域会发出不同量的红外光，所以有可能使用由第一重掺杂区域1420限定的SE线与基板(特别是第二掺杂射极区域1430)之间的热辐射率的差异表示的对比机制。第一变化形式的优点是不需要借助于辐射源403的任何照明，故可以省略或不使用辐射源。
第二变化形式类似于标准图像获取模式，标准图像获取模式使用辐射源403来照射基板1410，其中图像是由基板反射的光所形成(图11)。如图11所示，由第一重掺杂区域1420限定的SE线与基板(特别是在第二掺杂射极区域1430中)之间的对比度看起来与图10相反。在第二变化形式中，通过两个区域在大于或等于约8μm的红外波长下反射率的差异来提供对比机制。在一些实施例中，红外光范围介于约8μm至14μm之间。在根据第一实施例的可见光波长范围内进行图像获取的情况下，由第一重掺杂区域1420限定的SE线的位置可以使用标准图案识别算法来辨识。如上所述，如此获得的数据在步骤706中由控制器101使用。

Claims (24)

1.一种形成具选择性射极的太阳能电池的方法，其包括如下步骤：
在基板接收表面上放置基板，其中所述基板具有表面，所述表面包括：
至少第一图案化重掺杂区域，所述第一图案重掺杂区域形成在所述表面上并具有第一掺杂浓度，所述第一掺杂浓度限定所述选择性射极；以及
第二掺杂射极区域，所述第二掺杂射极区域具有小于所述第一掺杂浓度的第二掺杂浓度，其中所述第二掺杂射极区域围绕所述第一图案化重掺杂区域；
确定所述第一图案化重掺杂区域在所述基板上的位置，其中确定所述位置的步骤包括：
获取所述表面的一部分的光学图像；
对所述光学图像进行光学滤波；
使用傅里叶变换来处理经滤波的光学图像；以及
评价所述第一图案化重掺杂区域和所述第二掺杂射极区域在经滤波且傅里叶变换的光学图像中的对比度，以确定所述第一图案化重掺杂区域的位置；
通过使用从所述第一图案化重掺杂区域在所述基板上的确定的位置所接收的信息，将丝网印刷掩模中的一个或多个区别性特征对准所述第一图案化重掺杂区域；以及
在所述第一图案化重掺杂区域的至少一部分上沉积材料层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用傅里叶变换来处理经滤波的光学图像的步骤包括：
通过在傅里叶变换空间中选择经滤波的光学图像的所述第一图案化重掺杂区域的特征，并过滤不需要的背景图像，以产生经滤波的傅里叶变换图像；以及
通过使用傅里叶逆变换，转换所述经滤波的傅里叶变换图像以产生最终图像，所述最终图像在所述第一图案化重掺杂区域与所述第二掺杂射极区域之间具有较高的对比度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中获取所述表面的一部分的光学图像的步骤包括：
从所述表面接收第一波长的电磁辐射，所述第一波长是可见光范围或红外线范围的受限制子范围。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述表面通过包括下列步骤的方法形成：
以图案在所述基板的所述表面上沉积第一掺杂材料，所述第一掺杂材料包括具有所述第一掺杂浓度的第一掺杂原子；
加热所述基板和所述第一掺杂材料，以使所述第一掺杂材料的所述第一掺杂原子扩散进入所述表面，进而形成所述第一图案化重掺杂区域；以及
在围绕所述第一图案化重掺杂区域的区域中沉积第二掺杂材料，以限定所述第二掺杂射极区域，所述第二掺杂材料包括具有所述第二掺杂浓度的第二掺杂原子。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述表面通过包括下列步骤的方法形成：
以图案在所述基板的所述表面上沉积第一掺杂材料，所述第一掺杂材料包括具有所述第一掺杂浓度的第一掺杂原子；
加热所述基板和所述第一掺杂材料，以使所述第一掺杂材料的所述第一掺杂原子扩散进入所述表面，进而形成所述第一图案化重掺杂区域；以及
在围绕所述第一图案化重掺杂区域的区域中沉积第二掺杂材料，以限定所述第二掺杂射极区域，所述第二掺杂材料包括具有所述第二掺杂浓度的第二掺杂原子。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中沉积在所述第一图案化重掺杂区域的所述部分上的层包括导电材料，所述基板包括硅，所述第一掺杂浓度大于1018个原子每立方厘米。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过定位成邻近所述表面的光学检测器来实现接收电磁辐射。
8.根据权利要求7所述的方法，其中从所述基板的所述表面接收电磁辐射的步骤包括在高于环境温度的温度下检测由基板所发射的红外辐射。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中获取所述表面的所述部分的光学图像的步骤包括：
提供电磁辐射，所述电磁辐射经配置以向所述表面发射辐射。
10.根据权利要求9所述的方法，其中获取所述表面的所述部分的光学图像的步骤还包括：
检测由所述第一图案化重掺杂区域的所述部分以及所述第二掺杂射极区域反射的电磁辐射的强度的差异。
11.一种形成具选择性射极的太阳能电池的方法，其包括如下步骤：
在基板接收表面上放置基板，其中所述基板具有表面，所述表面包括：
至少第一图案化重掺杂区域，所述第一图案重掺杂区域形成在所述表面上并具有第一掺杂浓度，所述第一掺杂浓度限定所述选择性射极；以及
第二掺杂射极区域，所述第二掺杂射极区域具有小于所述第一掺杂浓度的第二掺杂浓度，其中所述第二掺杂射极区域围绕所述第一图案化重掺杂区域；
确定所述第一图案化重掺杂区域在所述基板上的位置，其中确定所述位置的步骤包括：
获取所述表面的一部分的光学图像，其中获取所述光学图像的步骤包括从所述表面接受第一波长的电磁辐射，所述第一波长位于大于或等于8μm的长波红外光谱中；
评价在所述光学图像中所述第一图案化重掺杂区域和所述第二掺杂射极区域之间的对比度；
通过使用从所述第一图案化重掺杂区域在所述基板上的确定的位置所接收的信息，将丝网印刷掩模中的一个或多个区别性特征对准所述第一图案化重掺杂区域；以及
在所述第一图案化重掺杂区域的至少一部分上沉积材料层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述表面通过包括下列步骤的方法形成：
以图案在所述基板的所述表面上沉积第一掺杂材料，所述第一掺杂材料包括具有所述第一掺杂浓度的第一掺杂原子；
加热所述基板和所述第一掺杂材料，以使所述第一掺杂材料的所述第一掺杂原子扩散进入所述表面，进而形成所述第一图案化重掺杂区域；以及
在围绕所述第一图案化重掺杂区域的区域中沉积第二掺杂材料，以限定所述第二掺杂射极区域，所述第二掺杂材料包括具有所述第二掺杂浓度的第二掺杂原子。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一掺杂原子及所述第二掺杂原子各自从包括磷、砷、锑、硼、铝和镓的元素群组中选出。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述第一掺杂原子及所述第二掺杂原子为相同类型的掺杂原子。
15.根据权利要求11所述的方法，其中沉积在所述第一图案化重掺杂区域的所述部分上的层包括导电材料，所述基板包括硅，所述第一掺杂浓度大于1018个原子每立方厘米。
16.根据权利要求11所述的方法，其中通过定位成邻近所述表面的光学检测器来实现接收电磁辐射。
17.根据权利要求11所述的方法，其中获取所述表面的所述部分的光学图像的步骤包括：
向所述表面提供构造成发射辐射的电磁辐射。
18.根据权利要求17所述的方法，其中获取所述表面的所述部分的光学图像的步骤还包括：
检测由所述第一图案化重掺杂区域的所述部分以及所述第二掺杂射极区域反射的电磁辐射的强度的差异。
19.一种用以形成具有选择性射极的太阳能电池的装置，其包括：
支撑面，其构造成支撑基板；
检测器组件，其构造成获取所述基板的表面的一部分的光学图像，并构造成对所述光学图像进行滤波；
沉积室，所述沉积室具有丝网印刷掩模以及至少一个致动器，所述致动器构造成定位所述丝网印刷掩模；以及
控制器，其构造成：
接收经滤波的光学图像，
对所述经滤波的光学图像进行傅里叶变换，
评价所述经滤波的光学图像和经傅里叶变换的光学图像中的第一重掺杂区域和第二掺杂射极区域之间的对比度；以及
根据评价，相对于所述基板的第一图案化重掺杂区域来对准所述丝网印刷掩模的位置。
20.一种用以形成具有选择性射极的太阳能电池的装置，其包括：
支撑面，其构造成支撑基板；
检测器组件，其构造成通过接受来自所述基板的表面的第一波长的电磁辐射来获取所述基板的所述表面的一部分的光学图像，所述第一波长位于大于或等于8μm的长波红外光谱中；
沉积室，所述沉积室具有丝网印刷掩模以及至少一个致动器，所述致动器构造成定位所述丝网印刷掩模；以及
控制器，其构造成：
接收来自所述检测器组件的所述光学图像，
评价在所述光学图像中第一重掺杂区域和第二掺杂射极区域之间的对比度；以及
根据评价，相对于所述基板的第一图案化重掺杂区域来对准所述丝网印刷掩模的位置。
21.根据权利要求19所述的装置，还包括：
电磁辐射源，其构造成朝向所述基板的所述表面发射电磁辐射。
22.根据权利要求20所述的装置，还包括：
电磁辐射源，其构造成朝向所述基板的所述表面发射电磁辐射。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述检测器组件至少包括光学滤波器，所述光学滤波器设置在所述表面与相机之间，其中所述光学滤波器构造成使所述第一波长通过所述光学滤波器。
24.根据权利要求20所述的装置，其中所述检测器组件至少包括光学滤波器，所述光学滤波器设置在所述表面与相机之间，其中所述光学滤波器构造成使所述第一波长通过所述光学滤波器。
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