CN105745764B - 用于太阳能电池和其他半导体装置的钝化的方法、设备和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种通过使用结隔离和磷硅酸盐玻璃(PSG)/硼硅酸盐玻璃(BSG)蚀刻的现有工具经由室温湿化学生长(RTWCG)工艺来钝化半导体装置的方法。半导体装置的背侧处理在单一步骤中实现了钝化和结隔离，而正侧处理同时实现了钝化、PSG/BSG蚀刻、抗反射涂层以及电势诱发衰减(PID)减缓。随后通过将钝化形成方法集成到传统太阳能制造系统中来提供一种修改的太阳能制造方法。形成的太阳能电池包括具有正面和背面的半导体基板。正面涂覆有小于50nm厚的SiOx层，且SiNx层被沉积在该SiOx层上。在背面，涂覆有另一SiOx层。实验数据显示了高的效率以及太阳能电池减缓的PID。

Description

用于太阳能电池和其他半导体装置的钝化的方法、设备和 系统
相关专利申请的交叉引用
本申请要求在35U.S.C§119(e)之下的、美国申请号为61/878,331、于2013年9月16日提交的、名称为“具有减少的电势诱发衰减的结构”的申请文件的优先权益，其申请内容通过引用方式并入本文本中。
本申请也要求在35U.S.C§119(e)之下的、美国申请号为61/929,906、于2014年1月21日提交的、名称为“用于半导体制造的组合物、用于使用该组合物的方法和由此制造的半导体产品”，其申请内容通过引用方式并入本文本中。
背景技术
太阳能产业朝着更广泛的应用面临两个驱动需求：实现增加的效率，同时降低制造成本。由于在可以专用于太阳能电力安装的屋顶或土地上，通常仅存在有限制量的空间，因此在横跨几百个太阳能电池的阵列的效率上的相对小的增加可以总计达到大的竞争性差异。
可以被限定为太阳能电池输出电功率与由太阳发出的入射辐射功率的比率的太阳能效率由多个因素来限定。首先，入射太阳光的一部分被从太阳能电池反射离开、而不是被吸收并且转化为电力。例如，裸露的硅片的表面反射红外线区域中的将近40％的入射光。这种反射损失被应用在太阳能电池中的材料的显著的带隙、主要在红外线区域中进一步恶化。
第二，即使太阳光的入射光子被吸收并且电荷载流子(电子或空穴)被生成，在电荷载流子使用之前复合(recombination)也可以发生，从而引入了复合损失。具体说，对于晶体硅(c-Si)电池而言，表面表示晶格的对称性的最大可能扰动，并且因此具有大密度的自由键，其倾向于多种复合沟道，包括辐射复合。俄歇复合(Auger recombiantion)，肖克利-里德-霍尔复合(Shockley-Read-Hall(SRH)recombiantion)。
第三，太阳能电池在扩展时段(比如20年来实现期望的返回)的稳定功率输出也许会被电势诱发衰减(PID)损害，这会发生在当太阳能模块的电压电势和漏电流在半导体材料和模块的其他元件(比如玻璃、底座和框架)之间的模块内的离子迁移率进行驱动的时候。一种理论坚持认为由电压电势驱动的离子可以聚集在负电荷表面上并且以消极的方式与p-n结交互，从而降低太阳能电池的性能。
钝化发射极和背面电池(PERC)，其包括纹理化正面、在正面和背面上用语抑制表面复合的钝化层和抗反射涂层(ARC)，可以至少部分地解决关注于太阳能电池的效率。PERC中的钝化层通常包括介电材料。在产业实践中，介电层传统上由在900℃至1200℃范围的温度处的干或湿氧气环境中的热氧化来形成。化学气相沉积(CVD)可以操作在200℃至900℃的相对低的温度范围处以获得涂层。这些高操作温度可以引起多种问题，包括高的资金成本、低输出或可能的对待被涂覆的装置的损害。此外，在其传统设计中，PERC经受电势诱发衰减(PID)的能力仍有待观察。
发明内容
本发明示例性使用太阳能电池制造技术中的现有工具来实施室温湿式化学生长(RTWCG)工艺以便利于制造高效、低成本PERC太阳能电池。
在一个示例性实施例中，方法使用结隔离(junction isolation)和磷硅酸盐玻璃(PSG)/硼硅酸盐玻璃(BSG)蚀刻太阳能电池处理工具来便利于通过室温湿式化学生长(RTWCG)工艺来制作钝化发射极和背面电池(PERC)。在这个方法中，半导体基板的背侧被暴露至第一RTWCG溶液，其被容纳在处理工具的结隔离处理罐中，以便形成背侧氧化层从而使基板的背部表面钝化。在相同的步骤期间，RTWCG溶液还可以蚀刻掉基板边缘的扩散层来获得结隔离，并且蚀刻掉表面上的任何硼硅玻璃。随着背侧处理，半导体基板的正侧暴露至第二RTWCG溶液，其被容纳在处理工具的PSG/BSG蚀刻处理罐中，以形成小于50nm的正侧氧化层，从而使基板的正面钝化。在形成背侧氧化层之前，基板正面上的任意PSG/BSG杂质还可以由第二RTWCG溶液来清理。在每个RTWCG步骤之后，通过使用去离子(DI)水来冲洗基板以移除基板上多余的化学品。方法还包括在正侧氧化层上沉积氮化硅(SiNx)层的步骤，以使得氧化硅层和氮化硅层的结合可以改善抗反射性能并且可以减缓半导体装置的电势诱发衰减(PID)。所述第一RTWCG溶液包括选自于包含H3BO4、B2O3、BI3或B2O3的组的硼源以便形成含硼背侧氧化物钝化层。
本方法中的RTWCG溶液包括含碘化合物，含氟化物酸，非氧化酸和水。在一个示例中，含氟化物酸被选择为含水氢氟酸(HF(aq))，其具有2％至50％的浓度以促进半导体基板的蚀刻。五氧化二碘(I2O5)被应用为含碘化合物以促使氧化反应从而促进氧化层的生长。I2O5溶解在HF(aq)中并且具有从每升0.3克(g/L)至每升2克(g/L)的浓度。
在另一示例性实施例中，提供了制造钝化发射极和背面电池(PERC)的方法。该方法首选在半导体基板的正面上创建倒金字塔形的纹理图案，随后经由热扩散、离子注入或激光辅助扩散工艺来对半导体进行掺杂。被掺杂的半导体基板可以随后暴露至RTWCG溶液以在基板的正面和背面上生长氧化层。而结隔离、PSG/BSG蚀刻、抗反射的部分和PID减缓可以被同时获得。氮化硅层可以被沉积在前氧化层上以进一步减少反射损失以及减缓PID效应。金属触点随后被丝网印刷在正侧上的氮化硅层上和背侧上的背部氧化层上以建立电触点。在印花筛网(printing screen)之前还包括通孔创建(via creation)以确保金属触点和半导体基板的背侧之间的电传输。伴随印花筛网，金属触点被干燥和烧制，以形成与底层半导体基板的键合。
在仍然是另一示例性实施例中，提供了一种根据上述方法制造的半导体装置。半导体装置包括具有正面和背面的半导体基板。正面涂覆有小于50nm厚度的氧化钝化层，氮化硅层沉积在该氧化钝化层上以减少光损失继而减缓PID效应，从而改善半导体装置的效率和操作能力。半导体基板的背面还涂覆有氧化层以使装置的背面钝化，从而进一步增加装置效率。
应该理解的是，前述思想和以下详细描述的附加思想(被提供为这种思想不是互相不一致的)的所有组合被视为此处描述的创造性主题的一部分。具体说，在本公开的结尾处出现的要求保护的主题的所有组合被视为此处描述的创造性主题的一部分。应该注意的是，此处明确使用的、也可以出现在通过参考引用的任意公开中的术语可以与此处公开的特定思想的意义最一致
附图说明
本领域技术人员应该理解的是，附图主要用于示例性目的并且并非旨在限制此处描述的创造性主题的保护范围。附图不必要是成比例的；在一些实例中，此处描述的创造性主题的多个方面可以被夸张地显示或在附图中被方法以便利于理解不同的特征。在附图中，相同参考字符总体上表示相同的特征(比如功能性相似的元件和/或结构上相似的元件)。
图1显示了根据一个示例性实施例的半导体装置的示意性视图。
图2显示了根据一个示例性示例的半导体装置的横截面视图。
图3A至图3C显示了沿由RTWCG工艺创建的氧化物层的深度的组份的测量结果。
图4显示了使用结隔离和PSG/BSG蚀刻的现有工具的钝化层形成的方法。
图5显示了类似在图4中显示的用于钝化层形成方法的输入和输出系统。
图6显示了根据一个示例性实施例来制造高效、低PID的太阳能电池的方法。
图7显示了根据一个示例性实施例通过使用RTWCG工艺的背侧处理的方法。
图8显示了由在半导体装置的表面上创建的氧化物层诱发的电荷载流子寿命改善的测量结果。
图9显示了经由如在图6中的方法制造的太阳能电池的电荷载流子的开路电压(Voc)和有效寿命的测量结果。
图10显示了在应力测试之后的太阳能电池的最终输出功率和任意测试之前的初始输出功率之间的比率的测量结果。太阳能电池经由类似于显示在图6中的方法来制造。
图11显示了经由类似于显示在图6中的方法来制造的太阳能电池的量子效率(QE)的测量结果。没有任何氧化物钝化层的基线样品被包括在附图中以用于进行比较。
图12显示了在850nm和1100nm波长处的有效的量子效率(EQE)的测量结果。
图13显示了相对于在正面上具有结合氧化物层和SiNx层的太阳能电池的波长的反射率的测量结果。
图14显示了使用根据一个示例性实施例的方法制造的太阳能电池的效率测量结果。
图15显示了使用根据一个示例性实施例的方法制造的太阳能电池的开路电压测量结果。
图16显示了使用根据一个示例性实施例的方法制造的太阳能电池的短路电流测量结果。
图17显示了使用根据一个示例性实施例的方法制造的太阳能电池的填充因数测量结果。
具体实施方式
钝化发射极和背面电池(PERC)
图1和图2分别显示了根据一个示例性实施例的钝化发射极和背面电池(PERC)100的示意性视图和横截面视图。所述PERC包括半导体基板103，其包括在正侧101上的n-型掺磷发射极区域140，背侧102上的p-型区域160，以及它们之间的p-n结150。在操作中，半导体基板102的正侧101朝向入射辐射，其可以为直接的太阳辐射、来自于如在太阳能热光生电(STPV)系统中的选择性发射极的再发射辐射、来自于热源的热辐射、或可以被吸收并且由PERC转换为电力的其他任意辐射。在一个示例中，正侧和背侧都可以被掺杂以构造两面的或异质结构的太阳能电池。掺杂材料可以包括磷、硼或镓。
在半导体基板的正侧101上布置有正侧钝化层132，该正侧钝化层132包括使悬空键钝化从而抑制表面复合的氧化硅(SiOx)。氧化硅层的厚度可以从大约2nm至大约50nm。氮化硅(SiNx)层120布置在正侧钝化层132上以改善抗反射性能及降低反射损失。氮化硅层可以构造为具有大约2.0至大约2.2的折射率。氧化硅和氮化硅的结合还可以有助于减缓操作中的电势诱发衰减(PID)。多个正侧金属触点(指状物)110被印刷在氮化硅层120上，但穿过氮化硅层120和正侧钝化层132以达到发射极区域140，从而将电力从太阳能电池引导出以进行使用。
正侧101可以是光滑的(如在图1和图2中所示的)或者是纹理化的(此处未示出)。在操作中，例如，由于增加的表面积和减少的光被直接从表面反射的机会，具有随机金字塔形的纹理化表面可以增加吸收。纹理可以被创建在半导体基板的表面上或正侧钝化层132上。在操作中，后者可能会导致更小的薄层电阻并且因此增加太阳能电池的效率。
在半导体基板103的背侧102上布置有背侧钝化层136，背侧金属触点170被印刷在背侧钝化层136上。背侧钝化层136图案化为具有至少一个孔以允许背侧金属触点170达到p-型区域160。可以在背侧钝化层136的生长期间或之后创建图案。例如，抵抗使钝化层生长的方式(对其不反应)的图案化掩膜可以被放置在p-型区域160之上，以使得背侧钝化层136仅在所选位置中被创建。可选地，可以首先创建均匀的钝化层。随后，例如可以由激光、蚀刻化学品、机械钻孔或公知的其他方式来开一个或多个孔。
除了正侧钝化层132和背侧钝化层136，另一氧化层可以被涂覆在基本103的边缘上以形成边缘钝化层134。在操作中，可以以与产生正侧钝化层132或背侧钝化层134的步骤相同的步骤来产生边缘钝化层134。边缘钝化层134的生长可以减少或移除在半导体基板103的边缘上的磷扩散并且因此获得边缘隔离。
类似于PERC的太阳能设计是钝化发射极背面局部扩散(PERL)的电池，其中，半导体基板103的背侧102仅围绕金属触点区域162(参见图2)局部地扩散。在操作中，这个局部扩散可以减少在背部的复合同时保持良好的电接触。
室温湿化学生长(RTWCG)工艺
正侧、背侧、和边缘钝化层可以包括氧化硅(SiOx)，其可以通过室温湿化学生长(RTWCG)工艺进行制作。RTWCG工艺包括使硅基板浸泡到生长溶液中，此后被称为RTWCG溶液，并且在硅基板和RTWCG溶液之间、在室温下(比如10℃至40℃)通过化学反应来创建氧化硅层。由于合成的氧化层是通过消耗硅基板来创建的，因此RTWCG工艺可以在单一步骤中蚀刻硅基板(比如形成选择性发射极)并且生长氧化层。
RTWCG溶液可以包括不昂贵的液体硅、碳、氟和氮先驱体的混合物以及均相催化剂以增加生长率。非侵入性碱性溶液可以被添加至RTWCG溶液以调节形成的溶液的pH值。所使用的液相前驱体可以具有技术等级纯度、比如平均大约99％。
例如，商业等级34％的H2SiF6可以被用作为一种RTWCG溶液以在硅片或其他半导体材料的基板上生长氧化层。可以通过使用商业等级的有机和无机硅资源来实现更高的生长率，嘧啶化合物(比如N-(n-Buty1)吡啶盐氯化物)、基于Fe2+、Fe3+的氧化还原水溶液、有机或无机均相共催化剂、以及包括NaF、KOH、NH4F以及HF(aq)的非侵入式添加剂。可以利用无机组分来取代RTWCG溶液的有机组分以改善形成的氧化层的介电性能。
其中，可以在硅基板上制作硅氧化(SiOx)层的、修改的RTWCG溶液可以包括含氟化物的酸性溶液和还原-氧化系统，所述还原-氧化系统包含能够促进在硅表面处的还原-氧化反应的一个或多个元素。该溶液提供了蚀刻平衡(以移除硅层)和氧化物生长(以沉积氧化硅层)。
更具体而言，RTWCG溶液可以包括A％的含碘化合物、B％的含氟化物酸、C％的非氧化性酸以及D％的水(以形成平衡至100％)，其中A的范围从大约0.01至大约0.4，B的范围从大约0.1至大约10，以及C的范围从大约1至50。
含氟化物酸可以选择于H2SiF6、NH4F、HF、NaF、H2TiF6、BaF和BF4中的至少一个。RTWCG溶液还可以包括一种或多种酸，其还可以为氟化物源。示例性的酸包括H2SiF6、HCl、HF、HNO3和H2SO4。
非氧化性酸可以包括HCl、HI、HBr、HF、H3PO4和不起到氧化剂作用的其他酸中的一个或多个。在操作中，非氧化性酸与含碘化合物相关联并且有助于使其稳定，或者与它的媒介物或由溶液中的含碘化合物形成的其他化合物相关联并且有助于使其稳定。
在努力降低成本及增加效率和RTWCG工艺的环境温和中，非金属催化剂可以被用于在n+/p c-Si和mc-Si表面上生长SiOx。可能的催化剂包括水酸溶液中的VII组氯离子、氟离子、碘离子和溴离子。例如，可以通过将五氧化二碘溶解到多种浓度的HF(aq)中以便可以实现氧化层生长的可调节速度，来调节RTWCG SiOx生长溶液。这些生长溶液与标准晶体n+/p Si太阳能电池的正侧丝网印刷金属化相兼容。形成的良好品质的氧化硅层可以实现至少一个或多个以下的目的：减少表面反射、使发射极的表面钝化以及制作良好品质的选择性发射极。可自行支配的所有含碘化合物、当溶解在酸性HF基溶液中时、可以生长SiOx膜，该SiOx膜包括但不限于碘酸(HIO3)、碘化钾(KI)以及五氧化二碘(I2O5)。
I2O5：HF RTWCG溶液，当用于太阳能电池处理时，可以与铝基背部丝网印刷触点起化学反应，这取决于丝网印刷铝浆料、退火温度以及时间。将铝触点暴露至I2O5：HF RTWCG溶液很长一段时间(比如大于1分钟)可以使铝触点恶化。硅氧化物(SiOx)层可以通常使硅基板的表面钝化2nm至大约20nm的厚度，这可以以正常生长速度在小于一分钟内被制作而成。因此，铝触点恶化在这个情形中也许不会是一个问题。然而，从RTWCG溶液形成的氧化硅层还可以用作为抗反射涂层，这也许需要更大的厚度(比如100nm或更多)并且因此需要更长的生长时间，从而诱发铝触点恶化的电势问题。
可以通过使用具有高生长速率的RTWCG溶液以缩短铝触点和RTWCG溶液之间的交互时间来实现减缓或消除潜在的铝触点恶化。可选地，可以在氧化层生长期间将保护材料覆盖在铝触点上。此外，在氧化硅层的生长之后，铝触点可以被丝网印刷，其可以被图案化为具有至少一个孔以在后续的铝触点和硅基板之间提供电传输。
使用I2O5处理太阳能电池的发射极表面：HF RTWCG溶液可以是更直接的。电池可以漂浮在生长溶液上，其中发射极正侧朝下，或生长溶液的薄膜可以仅被施加在发射极表面上。
利用溶解在不同强度的HF(aq)中的不同量的I2O5可以制定RTWCG SiOx生长溶液。I2O5的浓度的范围可以从0.3-2g/l，并且HF(aq)的浓度的范围可以从2％至50％。在没有被任何理论约束的情形下，在类似的掺杂n+硅表面上的SiOx生长速率主要取决于I2O5的浓度，并且在较少程度上取决于所使用的HF的浓度。2g I2O5的/1L 50％HF(aq)的浓度可以在大约15秒内创建130至150nm厚的金属蓝氧化物。0.3g I2O5的/1L 10％HF(aq)的浓度可以在5分钟内生长SiOx厚度。
除了HIO3、I2O5和KI，还存在相对大量的含碘化学品，其可以被用于产生用于太阳能电池和其他应用的改善品质的RTWCG SiOx层。这个列表包括但不限于：BI3、I2O4、I2O5、HI、I2O9、IF5、SiI4、PI3、P2I4、TiI4、VI3、CoI2、NiI2、AsI3、SnI4、SbI3、TeI4、PbI2、和BiI3。溶解在HF(aq)中的一种或多种含碘化学品的多种结合可以催化或共同催化SiOx层形成。
上述催化剂当被添加至几种此处描述的SiOx生长溶液时也可以增加在由其他材料制成的基板上生长的RTWCG层的品质。例如，如果AsI3被添加至VTRTWCG生长溶液，则在p-GaAs和n-GaAs基板上生长的RTWCG Ga-As-O薄膜的钝化能力可以显著地增加。此处，VTRTWCG生长溶液包括1比3体积部分的60％H2TiF6(aq)和溶解在1升10％HCl(aq)中的1比3体积部分1-5克V2O5。
RTWCG溶液还可以包含一种或多种非侵入式添加剂，比如NH4F、HF、HCl、H2O、HNO3、H2O2，和/或是硅源、比如硅胶、SiO2和其他可溶性金属硅酸盐。除其他应用之外，这些添加剂可以用于调节化学组份、调节生长溶液的pH、调节形成的氧化物层的金属和非金属杂质浓度以降低光损耗和电损耗、改变生长速率以及调节以其对非金属化发射极的表面进行深蚀刻的速率。
为了创建用于硅太阳能电池应用的优选的RTWCG SiOx生长溶液配方，RTWCG SiOx生长溶液配方包括多种金属离子Me+n/Me+(n+m)，其中，n为0至4，且m为1至4。已经成功用于增强生长溶液的生长速率且/或降低氧化物中的金属浓度的水平的一些金属或非金属离子包括但不限于：Ti、Co、V、Cr、Ni、Sr、Cu、Ce、Y、Zr、Nb、Ru、Rh、Fe、Ba、Pb、Pd、I、Br、Al、Sb、Be、Bi、Hf、Ta、W、La、Ir、Os、As、Sn、Ag和Mg。该多种金属离子的功能是作为氧化还原成分，例如K3Fe(CN)6形成Fe2+/Fe3+氧化还原系统。其他金属离子可以用作为增加RTWCG SiOx薄膜的生长速率的均相氧化催化剂成分。
可以制作高品质SiOx层的RTWCG配方可以实质上没有硅源、即在形成的层中硅元素几乎专门地来自在其上制作氧化物层的硅基板。通过“实质上不含”硅源，这意味着没有显著水平的硅源存在于RTWCG溶液中。具体说，硅源不是故意被添加，且溶液不包含硅成分。微量硅水平不会损害硅不存在于RTCWG溶液的品质，因为公认的是微量杂质也许难于移除且不影响溶液的功能。通过微量水平，硅水平按重量小于1％，或者小于0.1％。将硅源成分从RTWCG溶液消除可以导致随足够深蚀刻深度而增长的SiOx生长速率从而形成极佳的品质选择性发射极以及可以导致在形成的SiOx中膜的金属杂质浓度的降低，在其中，该发射极保存丝网印刷的正触点和背触点的完整性。
以无机成分取代RTWCG溶液中的有机成分可以通过降低金属杂质来进一步改善形成的氧化物层的品质。例如，包括5体积部分的34％的H2SiF6(aq)、1体积部分的60％H2TiF6(aq)和1体积部分的5％K3Fe(CN)6(aq)的RTWCG溶液可以制作具有可忽略的Fe杂质的SiOx层并且因此创建用于太阳能电池应用的良好电性能和介电性能。
除了制作氧化物层之外，RTWCG工艺还可以制作用于应用的导电层，应用包括但不限于制造高效低成本薄膜太阳能电池。用于导电层制作的RTWCG溶液可以包括金属氮化物、比如Bi、Ti、Co、Cu、Se和Ce以创建具有高Si-O-M(比如Si-O-Cu、Si-O-Bi、Si-O-Se)浓度的膜，其中，M是金属。选自包括基于Bi、Ti、Co、V、Ce、Al、La和Mg的氯化物和氟化物的组的金属氯化物和金属氟化物还可以被包括以促进导电层的形成。
通过RTWCG工艺形成的导电层在太阳光谱的可见区可以是透明的，并且具有大约10％的相对低加权平均反射(AWR)。Si-O-M层可以用作现有技术中的已知透明导电氧化物(TCO)的具有更高品质、低成本的替代物。没有被任何理论或操作模式的约束下，含这些化合物的RTWCG溶液看起来能够具有类似于非电解镀层的工艺，其中，非电解镀层允许金属形成在SiOx层中。
经由RTWCG工艺创建的氧化硅层由Si-O-x组成，其中，Si为硅，O为氧、且x为可以为氮、碳、氟化物或者氢。膜还可以包括微量水平的Si-O-M，其中，M为金属离子。大多数的微量金属可以被氧化或被键合至Si、N和根据通过比如X射线光电子能谱(XPS)分析的样品的组份分析的其他非金属微量杂质。
使用包括氧化还原系统、均相氧化催化剂水溶液和非侵入式无机添加剂的RTWCG溶液，根据XPS分析的多种峰，非氧化金属仅具有微量并且仅存在于层的表面处。这种表面杂质还可以通过比如在稀释的HF(aq)中短的蚀刻步骤被进一步降低。此外，在SiOx块区域中发现的几乎100％的杂质与氮、硅或氧形成稳定的化合物。这种结果适于生长在Si以及所有其他被研究的基板(比如GaAs和来自于族IV、III-V、I-II-VI的其他半导体基板)上的RTWCGSiOx膜。
图3A至图3C示出了在硅基板的不同区域中沿由RTWCG工艺创建的样品硅氧化物层的深度的组份轮廓。图3A示出了仅创建大约3nm的氧化硅的一种控制区域。图3B和图3C分别示出了大约40厚的第一处理区域和大约60nm厚的最终处理区域。
由图3A至图3C指示的，硅元素和氧元素均具有沿氧化物层的深度渐变轮廓。在表面上，硅和氧实质上具有相同的原子浓度。硅-氧比率随后朝向SiOx/Si界面增加直至在该表面以下大约5nm的平坦区为止。平坦区的深度至少一部分取决于生长时间和用于生长的RTWCG溶液的配方。在平坦区内，硅氧比率保持在1.4±0.2的实质上稳定的水平。在平坦区的下面，硅-氧进一步增加直到氧浓度减少至微量水平为止。
渐变组份轮廓的一种结果可以为渐变的折射率轮廓，其可以降低反射损失以及改善钝化效果。由于在硅和氧之间显著的折射率，氧化物层的表面可以被制造为具有大约1.2-1.3的折射率，同时靠近SiOx/Si界面的折射率可以达到3.4-3.5。
几种金属和非金属杂质，比如Fe、Ce、F、N和P还出现在组份轮廓中，但是它们具有微量水平并且因此不会倾向于以显著的方式来影响氧化物层的光学性能、介电性能或电性能。此外，XPS分析指示出这些杂质主要集中在氧化物层的表面上并且因此可以通过使用HF酸由附加蚀刻步骤进行移除。在操作中，低浓度的杂质还可以通过消除在硅基板的表面上的悬空键来增强表面结合的抑制。
从用于太阳能电池制造的PSG/BSG蚀刻和结隔离工具转化的高级钝化平台
在今天，湿法化学蚀刻工艺代表一种标准程序批处理或用于晶体硅太阳能电池的基于内联的生产线。例如，在对硅基板进行掺杂之前，SCl或O3可以用于移除有有机物，同时HCl、HF、O3或H2O2可以用于移除金属杂质。
使硅基板扩散可能会导致在基板的表面上生长的磷硅酸盐玻璃(PSG)层。PSG层可以用作为用于后续扩散步骤的掺杂剂的持续源，因此将磷掺杂区域的表面浓度固定至固溶度极限。因此，PSG蚀刻可以是制造高效太阳能电池的重要步骤并且通过HF或NH4F蚀刻来实现。硼掺杂可以导致硼硅酸玻璃(BSG)的层，其可以以相似方式进行移除。
在扩散工艺中，磷不仅扩散到期望的正面而且扩散到边缘和背面，从而在太阳能电池和正面和背面创建分流路径。针对这个原因，包括等离子体蚀刻和激光切割的多种边缘隔离技术被修改。作为标准实践，边缘结隔离或者在晶圆边缘周围的路径的移除一般地通过“硬币堆叠(coin stacking)”电池来实现。经堆叠的电池随后被放置在等离子体蚀刻腔室中以移除被暴露的边缘。然而，在这些蚀刻隔离技术中的堆叠和非堆叠也许导致工艺流程中的强烈破坏，从而增加制造成本。可选地，结隔离的内联工艺在没有堆叠和非堆叠步骤的情形下可以通过湿化学蚀刻步骤来实现，在该湿化学蚀刻步骤中，HF、HNO3和H2O的混合物用于蚀刻掉扩散层。
然而，太阳能电池可以具有纹理化表面以改善转换效率。除了减少的反射损失之外，长波光的光阱还可以是期望的，尤其是用于更薄的晶圆和带状材料。虽然单晶硅可以由碱性溶液容易地进行纹理化，但对包括具有不同方向的颗粒的多晶硅(mc-Si)进行纹理化更困难。一种有展望的技术可以是多孔硅(PS)形成，其可以通过在稀释的硝酸和氢氟酸中、在室温下蚀刻硅晶圆来实现，从而制作了适合的多孔表面层。
实施用于太阳能电池制造(更具体地是用于结隔离、PSG蚀刻和/或多孔硅蚀刻)的湿化学蚀刻的现有工具一般包括：结隔离处理罐、第一冲洗站、多孔硅蚀刻处理罐、第二冲洗站、PSG蚀刻处理罐、第三冲洗站和干燥站。每个处理罐可以被耦接至一个或多个化学容器。例如，结隔离处理罐可以被耦接至HF容器、HNO3容器或H2SO4容器。也可以包括容纳水的附加容器。多孔硅蚀刻处理罐可以被耦接至用于HF、HNO3或H2O的化工三个容器，或者用于KOH、异丙醇(IPA)和H2O的化工三个容器。PSG蚀刻储罐可以被耦接至HF容器。
一个或多个化学剂量单元可以被放置在处理罐和化学容器之间以控制和监测化学品的数量、压力和/或流速以使蚀刻工艺最优化。在上述工具中的冲洗站可以使用去离子(DI)水或超纯水来清理每个蚀刻步骤之后的硅基板。
干燥站可以使用热空气或氮气来干燥经冲洗之后的硅基板。可选地，还可以使用更高级的表面张力梯度干燥技术。表面张力梯度技术或马兰葛尼干燥(Marangonidrying)，可以使用具有比水更低的表面张力的挥发性有机化合物(比如乙醇或IPA)，其中当基板从水缓慢地取出时，该挥发性有机化合物被引入到基板的附近中。当小数量的挥发性化合物蒸气与再生水弯月面接触时，其溶解在水中并且创建表面张力梯度，该表面张力梯度使弯月面部分地收缩并且呈现明显的有限角度。这使得薄的水膜从基板流走，从而使基板干燥。此外，马兰葛尼干燥也可以在干燥工艺期间移除污染物和颗粒。
在操作中，如图4所示，用于太阳能电池的、传统结隔离和PSG蚀刻工艺410可以包括以下步骤。在步骤411，用于太阳能制造的硅基板可以被暴露至用于结隔离的化学溶液。化学溶液可以分别从容纳HF、HNO3和H2SO4的化学容器进行递送。步骤412冲洗结隔离基板来移除基板上多余的化学品，从而制备用于步骤413的基板，在其中，多孔硅蚀刻发生了以在基板的正面和背面上创建纹理。第二冲洗随后清理在步骤414中的纹理化基板，在其后跟随PSG蚀刻步骤415，PSG蚀刻步骤415通过使用来自于化学容器415a的HF将在基板的表面上的任何PSG移除。另一冲洗和干燥步骤416随后清理基板并且使基板干燥以用于进一步处理，比如金属化。
用于太阳能电池处理的上述工具可以被改进和使用，如在图4中所示，以实施用于制作钝化层的RTWCG工艺，而同时实现了结隔离、PSG蚀刻、抗反射涂层或多孔硅蚀刻等。这个修改的方法420可以简化用于太阳能电池的制造步骤并且因此降低了制造成本。
更具体地，大体上包括结隔离处理罐和容纳HF、HNO3和H2SO4的多个化学容器的结隔离单元被构造为除了结隔离之外，还使硅基板的背侧钝化。RTWCG溶液可以被放置在多个化学容器中的一个中以在硅基板的背侧上生长用于钝化的氧化硅层。由于RTWCG溶液还可以与硅基板的边缘发生反应，因此扩散的硅的层可以被蚀刻掉并且氧化硅的新层可以形成在基板边缘上，从而获得有效边缘隔离。
大体上包括PSG蚀刻处理罐和用于HF的容器的PSG蚀刻单元可以构造为除了PSG蚀刻、抗反射层涂覆和多孔硅蚀刻之外使硅基板的正侧钝化。化学容器中的HF可以由RTWCG溶液来替换以使氧化硅层在硅基板的正侧上生长以用于钝化。由于氧化硅的生长通常起始于当RTWCG溶液与清洁的硅表面接触时，因此溶液还可以用于PSG蚀刻。
此外，RTWCG溶液还可以在使正侧钝化的相同步骤中来创建用于太阳能电池的纹理化的正面，从而消除对附加多孔硅蚀刻的需要。替代传统太阳能电池制造工艺中对硅表面进行纹理化，根据一个示例性实施例的RTWCG方法可以在氧化物层表面上创建纹理同时保留硅表面的平滑度。可以在高生长速率条件下、比如大于200nm/分钟在生长步骤期间来形成纹理化的氧化物层。还可以在SiOx层的生长之后通过使用附加的(10-15秒)弱酸湿工艺步骤来执行纹理工艺。
具有光滑硅表面和纹理化氧化物层的太阳能电池可以具有几种益处，比如减少的正面复合速率和由于更少损坏的硅表面而引起的更高水平的正面钝化以及减少的硅表面积。此外，由于发射极薄片电阻率损失的减小、更低的接触电阻、更高的分流电阻以及更低的二极管理想因子，这些太阳能电池还可以具有更高的效率。
形成的氧化物层还可以至少部分地用作为协助太阳能电池保持入射太阳能的抗反射涂层(ARC)。在一个示例中，由于其分级的折射率，SiOx层单独地可以实现在6％至9％范围内的AM 1.5平均加权反射比(AWR)。在另一示例中，SiOx层可以是多层ARC的一部分，该多层ARC还可以包括更大折射率的氮化硅(SiNx)。
在操作中，一种通过使用现有的太阳能电池处理工具经由室温湿化学生长(RTWCG)工艺来促进钝化发射极和背面电池(PERC)的制造的方法420可以起始于被扩散的硅基板。在步骤421，硅基板的至少一部分可以被放置在结隔离处理罐中以允许硅基板的部分与从化学容器421a递送的RTWCG溶液之间的接触。化学容器421a可以选自于化学容器411a至411c中的任何一个。硅和RTWCG溶液之间的化学反应可以创建包括氧化硅(SiOx)的背侧钝化层。同时，基板边缘和RTWCG溶液之间的化学反应还可以移除扩散层，从而实现结隔离。伴随在步骤421中的在背侧上的RTWCG的处理，在被送到PSG蚀刻罐之前，在步骤422期间，硅基板可以在第一冲洗站中被冲洗，其中硅基板的正面可以经由第二RTWCG步骤425进行处理。第二RTWCG步骤425可以制作正侧氧化物层并且实现一个或多个以下目的：通过移除任意PSG层使硅基板清洁，使正侧钝化以及形成抗反射图层的至少一部分。第二RTWCG溶液、其可以被从太阳能电池处理工具中的化学容器415a转化来的化学容器425a进行递送，可以进一步构造为通过使用高生长速率溶液或主要将正面钝化硅基板暴露至蚀刻溶液(比如HF)来在氧化物层上创建纹理化表面。在步骤426中，第三冲洗站可以然后在移除过量RTWCG溶液来冲洗该硅基板，随后干燥站移除在之前冲洗步骤中引入的过量水。
SiOx层的总生长速度是两种竞争反应的平衡，即蚀刻硅基板的背部，以及通过表面反应的SiOx的生长。如此处使用的，SiOx厚度指代层的最终SiOx厚度。SiOx的生长速率指代在时间单位(典型地为1分钟)上生成的总的SiOx厚度。给定的SiOx厚度的生长典型地将消耗初始硅基板的更大厚度，因此生长的总SiOx层小于硅的深蚀刻。借由示例，在100nmSiOx层的形成中，150nm的Si可以被消耗。
上述方法的总生长速度可以由用于处理的RTWCG溶液的组份或由在其处化学反应发生的温度进行调节。在溶液组份侧，例如，在包含HF、HCl、碘源和水的RTWCG溶液中，增加含碘化合物可以增加生长速率，而HF对生长具有6％至50％范围内的最小化影响。在其中RTWCG溶液包括HF、HNO3和碘源的另一示例中，降低HNO3或HF的浓度可以降低生长速度和深蚀刻速度。在温度侧上，增加反应温度可以总体上增加反应速度。因此，其太阳能电池制造期间的可变生长速度如果需要可以被实现。
将太阳能处理中的现有工具转化为在上述示例性实施例中描述的用于PERC或PERL电池的高级钝化平台可以具有多个益处。首先，转化包含现有系统的几乎没有修改并且因此需要几乎零资本支出(CAPEX)。
此外，转化的系统可以在单一步骤中实现多个目的。例如，背侧钝化可以同时移除在基板边缘上的磷扩散并且实现结隔离，且正侧钝化可以可以同时创建抗反射涂层(ARC)的至少一部分，移除在基板表面上的任何PSG以及使形成的太阳能电池的正面纹理化以增加效率。这通过消除在结隔离单元、和硅多孔蚀刻处理罐以及相关的冲洗站中的额外化学容器的至少使用来简化用于太阳能电池的制造工艺。方法还提供不必要的几种热步骤，其中当氧化硅层被热扩散时，该几种热步骤通常是制造工艺的一部分。
转化的高级钝化平台还可以比先前的钝化系统(比如干燥/湿沉积系统和热/化学生长系统)更有效率。更具体而言，取决于氧化物层的应用，高级钝化平台可以制作宽范围厚度内的氧化物层，例如从大约2nm至几百纳米。高级钝化平台的生长速度还可以在宽范围内变化-从每分钟几个纳米直到高达每分钟500纳米-这至少部分地取决于RTWCG溶液的组份或操作温度。形成的氧化物层可以具有极佳的钝化效果并且延长电荷载流子的寿命以改善太阳能电池效率。
与钝化层制造的其他方法相比，根据本发明的示例性实施例的钝化系统比热和化学生长系统可以具有更宽的厚度范围、比湿沉积技术具有更好的钝化效果、比干燥沉积技术具有更低的CAPEX、比热生长方法具有更短的处理时间。总之，高级钝化系统可以通过使工艺流水线化和消除几个步骤和模块来减少总制造成本。系统还可以通过消除至少一个冲洗站(节省水)和几个热步骤(节省电力或气体)来改善环境友好。
图5显示了用于高级钝化平台(比如在图4中所示的)的输入和输出系统500。在输入端，在被发送至高级钝化平台以用于步骤520中的背侧和正侧处理之前，可以在步骤510中利用掺杂材料对半导体基板进行热扩散。可选地，掺杂材料可以经由现有技术中已知的离子注入、激光辅助掺杂或其他手段被引入到基板中。在输出端，钝化基板可以被递送以用于附加涂覆。在一个示例中，氮化硅(SiNx)的层可以经由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺被沉积在正侧氧化物层上以进一步改善形成的太阳能电池的抗反射性能。
通过RTWCG工艺制造高效太阳能电池的低成本和易于实施过程
通过RTWCG工艺的钝化方法的一种或多种益处在于其与创建了正部电触点和背部电触点的传统丝网印刷金属化的兼容。RTWCG溶液允许提供了更低接触电阻和更导电正部格栅触点的丝网印刷浆料的使用。因此，实施钝化方法的高级钝化系统可以被方便地集成到传统太阳能制造系统中。
考虑到高级钝化系统可以：(i)在原处化学地清理硅基板表面，包括使它们互连准备好的金属化表面，(ii)制作分级的折射率SiOx，该SiOx使表面钝化并且具有低AM1.5平均加权反射比，(iii)在形成的太阳能电池的正面上创建纹理以改善效率，用于钝化发射极和背面太阳能电池(PERC)的修改的制造方法600可以包括如在图6中所示的步骤。
第一步骤610可以为通过在半导体基板的正面上创建多个倒金字塔来使半导体基板纹理化。金字塔可以为周期性的或随机的，并且可以由KOH/异丙醇溶液来制作。可选地，光刻法可以被用于创建金字塔图案。在操作中，金字塔结构可以减少由反射而引起的光损失。此外，由于在金属触点和硅基板之间的最小化的接触面积，电损失还可以由这个倒金字塔结构来降低。
在表面纹理化之后，在步骤620中，众所周知的是，半导体基板可以在正侧上被掺杂或扩散有例如磷。可选地，正侧和背侧都可以被掺杂以构建双面或异质结构太阳能电池。除了磷之外，掺杂材料还可以包括硼或镓。此处可以使用多种技术。例如，磷涂层可以被施加至表面，并且被涂覆的基板可以被放置在带式炉中以使少量的磷扩散到基板中。在另一示例中，对半导体基板进行掺杂可以通过离子注入工艺来实现，在其中，含离子的掺杂材料可以被加速并且被烧制到基板中。
被掺杂的半导体基板可以随后在步骤632中被暴露至第一RTWCG溶液以用于背侧处理，包括结隔离和背侧钝化层形成，接着是步骤634中的背侧处理以移除正面上的PSG杂质并且创建用于钝化和抗反射涂层的氧化物层。这个步骤630可以由从用于太阳能电池制造、更具体而言是用于结隔离和PSG蚀刻的现有工具转化而来的高级钝化系统来实施。
被钝化的半导体基板可以随后在正侧上被涂覆有氮化硅(SiNx)的层以在步骤640中通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来创建抗反射涂层(ARC)。在一个实例中，SiNx层可以单独地用作为ARC层。在另一示例中，SiNx和氧化物层一起形成有效的ARC层。
一个或多个金属触点可以在步骤650中被丝网印刷在具有ARC层的半导体基板上以导通由太阳能电池生成的电力。现有技术中众所周知的是，正侧金属触点可以包括银(Ag)、而铝(Al)通常被用在背侧上。丝网印刷方法和在其内使用的金属浆料与RTWCG溶液相兼容以用于氧化物层形成，因此经由RTWCG工艺的丝网印刷步骤和钝化步骤可以以任意顺序进行设置。
一个或多个通孔可以被创建以促进背侧丝网印刷并且确保被印刷的金属触点可以在背侧钝化层之下与半导体基板电接触。通孔创建的一种方式被显示在图7中。半导体基板基板710可以在其背面上覆盖有一个或多个抗蚀点720。抗蚀点可以通过人工压印或者光刻法技术来创建，其中，抗蚀膜被旋转涂覆到表面上，接着通过使用辐射来进行选择性蚀刻。施加在由抗蚀点覆盖的背侧上的RTWCG工艺可以随后创建图案化氧化物层730，其仅布置在未被抗蚀点覆盖的区域中。移除抗蚀点720可以因此背侧上的半导体表面暴露以用于丝网印刷。通过丝网印刷形成的金属层740可以因此与半导体表面在抗蚀点被放置在其中的至少位置中电接触。在这个示例性实施例中，金属触点是免烧贯通的(nonfire-through)，但烧贯通触点也可以被使用。
跟随在步骤650中的金属触点的丝网印刷，半导体基板可以被放置在一个或多个炉子中以用于在步骤660中的干燥和烧制。更具体而言，金属浆料可以首先在大约150℃处被干燥以移除可以引起多余的渗气并且导致裂纹和空隙的大量溶剂。被干燥的基板随后在烧制炉中被烧制，这可以进一步分解为四个步骤。第一步骤是初始温度倾斜升温，其中浆料溶剂被挥发。第二步骤是烧尽，这可以实质上移除在300-400℃处浆料形成中使用的所有有机粘结剂。第三步骤是烧结、或烧制工艺，其可以在炉子中、在700-800℃范围之间被实现。在这个过程期间，金属与下方半导体基板形成键合以形成金属触点。干燥和烧制工艺中的最终步骤是冷却阶段。
在干燥和烧结步骤660之后的太阳能电池可以在步骤670中根据例如、它们的电学性能进行分类。由具有光滤波器的脉冲疝气灯提供的用以产生接近匹配空气质量1.5的整个太阳光谱的模拟太阳光可以被用于电学性能的检测。
修改的太阳能制造工艺还可以被进一步修改为产生钝化发射极背面局部扩散(PERL)电池。在这个工艺中，仅与背侧金属触点电接触的区域掺杂有硼。工艺的剩下部分可以实质上类似于上述描述的工艺。
由上述修改的制造工艺创建的太阳能电池可以具有如在图8至图17中示出的多种益处。除了其他之外，这些益处包括电荷载流子的长寿命(良好钝化)、高的开路电压，减缓的电势诱发衰减(PID)，高的量子效率(QE)、低的反射损失、高的短路电流以及高的填充因数(FF)。
图8显示了通过使用根据一个示例性实施例的方法制造的太阳能电池的电荷载流子寿命改善。在不具有涂覆在硅基板的正侧和背侧上的氧化物层的情形下，比较结果相对基线太阳能电池被作出。寿命改善范围从超过第一RTWCG溶液25％至超过第五RTWCG溶液200％。
图9显示了具有SiO2和SiNx层的样本太阳能电池的电荷载流子的开路电压(Voc)和有效寿命的测量结果。SiNx层具有80nm的厚度，而不同厚度的SiO2层此处被用于示出钝化效果。由电荷载流子的有效寿命指示的钝化效果当SiO2层的厚度超过8nm时达到了高原。类似地，开路电压也在实质上相似的厚度处达到高原。这种观测也可以指示出SiO2层的钝化效果和有效改善效果可以在一定阈值厚度之上饱和。在这个示例性绘图中，阈值厚度为大约8nm。
图10显示了由在样本太阳能电池中的硅基板的正侧和背侧上的SiO2层诱发的PID减缓效应的测量结果。该测量结果在加速压力测试中被取出，其中，样本在处于85℃和85％湿度的腔室中在延长的时段被烘烤以监测相对于烘烤之前的初始输出功率的它们的输出功率。最终输出功率与初始输出功率的比率指示处太阳能电池操作随时间的稳定性并且因此可以指示出PID的减缓效应，这组成了功率退化的一个源。图9大体上显示了更厚的SiO2层可以导致更高的功率比并且因此导致更好的减缓效应，直到厚度达到阈为止。在这个示例性实施例中，用于PID减缓的阈值厚度为大约10nm。
图11显示了相对于不具有SiOx层的基线电池的、具有SiOx层的样本太阳能电池的量子效率(QE)测量结果。QE可以被限定为由太阳能电池收集的载流子的数量与入射在太阳能电池上的给定能量的光子的数量的比率。量子效率可以被给定为波长的函数。如在图10中所示的，由RTWCG溶液形成的SiOx膜在大约600nm及以下的波长中促进更大的QE，以及在蓝/UV波长中具有更低的反射比。
图12显示了具有背部钝化太阳能电池样本的太阳能电池的外部量子效率(EQE)改善的测量结果。硅太阳能电池的EQE包括光损失(比如传输和反射)的效应。在这个示例性实施例中，EQE的改善发生在850nm和1050nm之间的波长范围处。
图13显示了仅具有SiNx ARC层和具有SiNx层和SiOx层的结合的太阳能电池的不同表面反射的测量结果。SiOx层趋于降低“蓝色”波长(低于大约500nm)的反射。“红色”波长中的反射比被轻微地增加，但是AWR对于使用RTWCG溶液形成的SiOx层而言保持更低。SiNx层可以被制造为具有大约2.1至2.2的折射率。
图14至17显示了根据本发明示例性实施例制造的太阳能电池的太阳能电池效率、开路电压、短路电流以及填充因数的测量结果。不具有任何SiOx层的基线样品被用于进行比较。图14显示出通过包括用于钝化的SiOx层、ARC和表面纹理化，可以增加从太阳能至电能的太阳能电池转化效率、例如从17.3至17.7％。注意到，效率的改善的一部分百分比可以横跨几百个太阳能电池和模块而引起显著的竞争性益处。图15和图16显示出，SiOx层可以分别将开路电压从大约0.624伏特改善至大约0.63伏特并且使短路电流(Isc)从8.74mA增加至8.82mA。通过添加如在图17中显示的SiOx层，可以使可以确定太阳能电池的最大功率的填充因数(FF)从例如77.65增强至大约78.6。
结论
虽然此处已经描述和示出了多种创造性实施例，但本领域技术人员容易想象多种其他方式和/或结构以执行功能和/或获得此处描述的结果和/或一个或多个益处，并且这种变型和/或修改的每一个都被认为此处描述的创造性实施例的保护范围内。更具体地，本领域技术人员容易意识到此处描述的所有参数、尺寸、材料和构造意味着是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或构造将取决于具体的、创造性教导用于其的一种或多种应用。本领域技术人员将会认知、或能够确认仅使用常规实验、此处描述的具体创造性实施例的一些等同体。因此，应该理解的是，前述实施例仅借由示例来呈现，并且落入所附权利要求及其等同体的范围内，除了具体描述和要求的之外，创造性实施例可以被实践。本公开的创造性实施例针对于此处描述的每个单个特征、系统、物品、材料、成套工具、和/或方法。此外，如果这种特征、系统、物品、材料、成套工具、和/或方法并非相互一致的，则两个或多个这种特征、系统、物品、材料、成套工具和/或方法的任意结合被包括在本公开的创造性范围内。
上述实施例可以以多种方式中的任意一种来实施。例如，设计和制作此处描述的耦接结构和衍射的光学元件的实施例可以通过使用硬件、软件或及其结合来实施。当以软件进行实施时，不管是被设置在单一计算机中或分布式多个计算中，软件代码可以在任意适合的处理器或处理器的集合上执行。
此外，应该注意的是，计算机可以以多种形式的任意一种来体现，比如机架安装式计算机、台式计算机、便携式计算机、或平板计算机。此外，计算机可以被嵌入在大体上不被视为计算机但具有适合处理能力的装置中，包括个人数字处理(PDA)、智能手机或任意其他适合的便携式或固定式电子装置。
此外，计算机可以具有一个或多个输入和输出装置。其中，这些装置可以被用于呈现用户界面。可以被用于提供用户界面的输出装置的示例包括输出的打印机或用于视觉显示的显示屏以及用于输出的扬声器或用于听觉显示的其他声音生成装置。可以用于用户界面的输入装置的示例包括键盘以及定位装置、比如鼠标、触控板和数字化板。作为另一示例，计算机可以通过语音识别或其他听觉形式接收输入信息。
这种计算机可以由一个或多个网络以任意适合的形式进行互联，包括局域网或广域网、比如企业网络、和智能网络(IN)或互联网。这种网络可以基于任意适合的技术并且可以根据任意适合的协议进行操作并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。
此处概括的多种方法或工艺(比如上述的设计和制作耦接结构和衍射的光学元件)可以被编码为软件，所述软件可以在使用多种操作系统或平台中的任何一个的一个或多个处理器上执行。此外，可以通过使用多个适合的可编程语言和/或编程或脚本工具来写入这种软件，并且所述软件还可以被编辑为可执行机器语言代码或者在框架上或虚拟机上执行的中间代码。
在这方面，多种创造性概念可以被体现为以一种或多种程序编码的计算机可读存储介质(或者多种计算机可读存储媒介)(比如计算机内存、一个或多个软盘、压缩磁盘、光盘、磁带、闪存、现场可编程门阵列中的电路构造以及其他半导体装置，或者非暂时性介质或可触摸计算机存储介质)，当在一个或多个计算机或处理器上执行时，所述一个或多个程序执行以下方法，即该方法实施上述讨论的本发明的多种实施例，以使得存储在其上的程序或多种程序可以被加载在一个或多个不同的计算机上或其他处理器上以实施如上讨论的本发明的多个方面。
术语“程序”或“软件”以一般意义在此处使用以指代任意类型的计算机代码或计算机可执行的指令的集合，其中所述指令可以被用于对计算机或其他处理器进行编程以实施如上讨论的实施例的多个方面。此外，应该注意的是，根据一个方面，当被执行时，执行本发明的方法的一个或多个计算机程序不需要驻留在单一计算机或处理器上，而可以以模块方式分布在多个不同的计算机或处理器中以执行本发明的多个方面。
计算机可执行指令可以以多种方式、比如由一个或多个计算机或其他装置执行的程序模块。大体上，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、分量、数据结果等。典型地，程序模块的功能可以与在多种实施例中被结合或如所期望的进行分布。
此外，数据结构可以以任何适合形式存储在计算机可读媒介中。为了简单说明，数据结构可以被显示为具有与数据结构中的位置相关联的字段。这种关系同样地可以在传送字段之间的关系的计算机可读介质中通过为具有位置的字段分配存储来实现。
此外，多种创造性概念可以被体现为一种或多种方法，而其示例已经被提供了。作为方法的部分而执行的动作可以以任意适合方式进行排序。因此，实施例可以构建为在其中以不同于示出的顺序执行动作，这可以包括同时执行一些动作，即使在示例性实施例中被显示为有顺序的动作。
如此处限定和使用的，所有的限定应该被理解为控制字典限定、通过参考并入的文献中的限定，和/或被限定术语的普通含义。
如此处在说明书和权利要求中使用的非限定性冠词“一个”和“一种”、除非相反地被清晰指定，否则应该被理解为意味着“至少一个”。
此处在说明书和权利要求中使用的术语“和/或”应该被理解为意味着如此结合在一起的元件的“或者或两者”，即这样一种元件，其结合地呈现在一些情形中以及分离地呈现在其他情形中。列有“和/或”的多个元件应该以相同的方式进行解释，比如如此结合在一起的“一个或多个”元件。其他元件可以可选地进行呈现而非元件具体地由“和/或”从句来识别，不管是否涉及或不涉及被具体识别的那些元件。因此，作为非限定示例，参考“A和/或”当与开放式语言比如“包括”一起使用时，在一个实施例中可以仅指代A(可选地包括除B之外的元件)；在另一实施例中，可以仅指代B(可选地包括除A之外的元件)；仍然在另一实施例中，指代A和B(可选地包括其他元件)等。
如在此处的说明书和权利要求中使用的，“或者”应该被理解为与上述限定的“和/或”具有相同的意义。例如，当对列表中的条目进行分离时，“或”或“和/或”应该被解释为是包含的，即包括至少一个，而且包括多于一个，包括元件的数字或列表，以及可选地，包括附加的未被列出的条目。仅清晰地指示出相反的术语，比如“仅其中一个”或者“精确地其中的一个”、或者当被用在权利要求中时，“由……构成”将指代包括精确的元件的数字或列表的一个元件。大体上，当以排他性术语、比如“或”、“其中的一个”、“仅其中的一个”或“精确地其中的一个”为先导时，此处使用的术语“或者”将仅被解释为指示排他性可选物(即“一个或另一个而非两者”)。当用在权利要求中时，“本质上由。。。。。。组成”具有如在专利法领域中使用的普通含义。
如此处在说明书和权利要求书中使用的，指代一列一个或多个元件的短语“至少一个”应该被理解为意味着选自于元件的列表中的任意一个或多个元件的至少一个元件，而非必须包括具体列在元件的列表中的每一个的至少一个，而且不包括在元件的列表中的元件的任意结合。除了短语“至少一个”引用的、被具体识别在元件的列表中的元件之外，这种限定还允许元件可以可选地被呈现，不管涉及或不涉及被具体识别的那些元件。因此，作为非限制示例，“A和B中的至少一个”(或者等同地，“A或B中的至少一个”或者等同地，A和/或B中的至少一个)可以在一个实施例中指代至少一个，可选地包括一个以上，A，没有B的存在(并且可选地包括除了B之外的元件)；在另一实施例中，对于至少一个，可选地包括一个以上，B，没有A的存在(并且可选地包括除了A之外的元件)；在仍然另一实施例中，对于至少一个，可选地包括一个以上，A，并且至少一个，可选地包括一个以上，B(并且可选地包括其他元件)等。
在权利要求以及上述的说明书中，所有过渡性短语比如“包含”、“包括”、“承载”、“具有”、“容纳”、“含有”、“持有”、“构成”等应该被理解为是开放性的，即意味着包括而非限制。仅过渡性短语“由……组成”、“本质上由……组成”应该分别为封闭式或半封闭式过渡性短语，如在美国专利局的专利审查程序手册、部分2111.03提出的。

Claims (28)

1.一种通过使用结隔离和磷硅酸盐玻璃(PSG)/硼硅酸盐玻璃(BSG)蚀刻太阳能电池处理工具经由室温湿化学生长(RTWCG)工艺来促进钝化发射极和背面电池(PERC)的制造的方法，所述方法包括：
(A)通过处理工具的第一化学剂量单元将第一RTWCG溶液放置在耦接到结隔离处理罐的第一容器中；
(B)将用于PERC的半导体基板的至少一部分放置在所述结隔离处理罐中并且在结隔离处理罐中允许在半导体基板的该部分和第一RTWCG溶液之间的接触以便促进背侧氧化物钝化层在所述半导体基板的背侧上的生长，从而提供背侧钝化基板，其中，由第一化学剂量单元将在结隔离处理罐中的第一RTWCG溶液从第一容器进行递送；
(C)使用去离子(DI)水将背侧钝化基板在处理工具的第一冲洗罐中进行冲洗以便提供经冲洗的背侧钝化基板；
(D)通过处理工具的第二化学剂量单元将第二RTWCG溶液放置在耦接到PSG/BSG蚀刻储罐的第二容器中；
(E)将经冲洗的背侧钝化基板放置在PSG/BSG蚀刻储罐中并且在PSG/BSG蚀刻储罐中允许经冲洗的背侧钝化基板与第二RTWCG溶液之间的接触以便促进在所述基板的正侧上的具有小于50nm厚度的正侧氧化物钝化层的生长，从而提供正侧和背侧钝化基板，其中，由所述第二化学剂量单元将在PSG/BSG蚀刻储罐中的第二RTWCG溶液从所述第二容器进行递送；并且
(F)通过使用耦接到PSG/BSG蚀刻储罐的冲洗和干燥站对所述正侧和背侧钝化基板进行冲洗和干燥，
其中，所述第一RTWCG溶液和所述第二RTWCG溶液的每个包括含碘化合物，含氟化物酸，非氧化酸和水。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述结隔离处理罐可操作地耦接至所述处理工具的第一容器、第二容器以及第三容器；
第一冲洗罐进一步耦接至与所述处理工具的第二冲洗罐可操作地耦接的多孔硅蚀刻储罐；并且
所述方法不使用处理工具的第二容器、第三容器、多孔硅蚀刻储罐和第二冲洗罐来制造PERC。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
(G)在(B)中的促进背侧氧化物钝化层在半导体基板的背侧上的生长之前，利用第一掺杂材料对所述半导体基板的背侧进行掺杂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一掺杂材料包括硼、磷或镓中的至少一个。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，(G)包括热扩散工艺、离子植入工艺或激光掺杂工艺中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
(H)在(E)中的促进正侧氧化物钝化层在半导体基板的正侧上生长之前，利用第二掺杂材料对半导体基板的正侧进行掺杂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二掺杂材料包括磷、硼或镓中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，(H)包括热扩散工艺、离子植入工艺或激光掺杂工艺中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺将氮化硅层沉积在正侧氧化物钝化层上。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
将多个金属触点丝网印刷在氮化硅层上，其中所述多个金属触点包括银(Ag)。
11.根据权利要求1所述的方法，其中(B)包括
(B1)在半导体基板的背侧上创建多个抗蚀点以便提供被掩膜的半导体基板的背侧；
(B2)将被掩膜的半导体基板的背侧暴露至所述第一RTWCG溶液以便促进背侧氧化物钝化层在半导体基板的背侧上的生长；
(B3)移除多个抗蚀点以便提供背侧钝化基板，其中，半导体基板的背侧的至少一部分没有被所述背侧氧化物钝化层覆盖。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
将多个免烧贯通金属触点丝网印刷在所述背侧氧化物钝化层上，其中，所述多个免烧贯通金属触点包括铝(Al)和银(Ag)中的至少一个，并且多个免烧贯通金属触点中的至少一个金属触点与半导体基板的背侧电接触。
13.根据权利要求1所述的方法，其中(B)还包括：
通过激光钻孔工艺在所述背侧氧化物钝化层上创建至少一个孔。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
将多个免烧贯通金属触点丝网印刷在所述背侧氧化物钝化层上，其中，所述多个免烧贯通金属触点包括铝(Al)和银(Ag)中的至少一个，并且多个免烧贯通金属触点中的至少一个金属触点通过所述至少一个孔与半导体基板的背侧电接触。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在促进背侧氧化物钝化层在所述半导体基板的背侧上的生长之前在多个地点处对半导体基板的背侧进行掺杂；并且
丝网印刷多个金属触点，其中，至少一个掺杂地点与至少一个金属触点电联通以便促进制造钝化发射极背面局部扩散(PERL)电池。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，背侧氧化物钝化层和正侧氧化物钝化层中的至少一个在内表面上具有第一折射率以及在外表面上具有第二折射率，所述内表面比所述外表面更接近半导体基板并且第一折射率大于第二折射率。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述半导体基板包括硅，并且第一RTWCG溶液和第二RTWCG溶液中的至少一个包括：
第一百分比的含碘化合物；
第二百分比的含氟化物酸；
第三百分比的非氧化酸；以及
第四百分比的水。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，
第一百分比为0.01％至0.4％；
第二百分比为0.1％至10％；
第三百分比为1％至50％；以及
第四百分比为40％至99％。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，含碘化合物包括HIO3、I2O5、HI、KI、BI3、I2O4、I2O9、IF5、SiI4、PI3、P2I4、TiI4、VI3、CoI2、NiI2、AsI3、SnI4、SbI3、TeI4、PbI2、和BiI3中的一个或多个。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述含氟化物酸包括HF、H2SiF6、NH4F、H2TiF6、BaF、BF4和NaF中的至少一个。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述非氧化酸包括HCI、HI、HBr、HF和H3PO4中的一个或多个。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半导体基板是硅基板并且并且第一RTWCG溶液和第二RTWCG溶液中的至少一个包括：
含水氢氟酸(HF(aq))，其具有从2％至50％范围的浓度以促进所述硅基板的蚀刻；
五氧化二碘(I2O5)，其溶解在所述含水氢氟酸中，所述五氧化二碘具有含水氢氟酸的从0.3克每升(g/L)至2克每升(g/L)范围的浓度，以促进在所述硅基板的表面处的氧化反应，从而促进含硅氧化物层在硅基板上的生长；以及
非侵入式添加剂，其用于控制在所述硅基板的蚀刻的第一速率和含硅氧化物层的生长的第二速率之间的平衡。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述非侵入式添加剂选自NH4F、HF、HCl、H2O、HNO3和H2O2。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一RTWCG溶液和第二RTWCG溶液中的至少一个实质上不含硅。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一RTWCG溶液包括选自于包含H3BO4、B2O3、BI3或B2O3的组的硼源以便形成含硼背侧氧化物钝化层。
26.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一RTWCG溶液和第二RTWCG溶液包括实质上相似的组份。
27.根据权利要求1所述的方法，还包括：
(K3)调整在(B)或(E)中至少一个期间的太阳能电池处理工具的操作温度以便获得可变氧化物层生长速度。
28.一种太阳能电池处理工具，在所述太阳能电池处理工具中包括：
结隔离处理罐，其可操作地耦接至多个酸容器，其中所述多个酸容器包括容纳氢氟酸(HF)的第一容器、容纳硝酸(HNO3)的第二容器以及容纳硫酸(H2SO4)的第三容器；
第一冲洗罐，其耦接至所述结隔离处理罐；
多孔硅蚀刻储罐，其耦接至所述第一冲洗罐；
第二冲洗罐，其耦接至所述多孔硅蚀刻储罐；
磷硅酸盐玻璃(PSG)/硼硅酸盐玻璃(BSG)蚀刻储罐，其耦接至所述第二冲洗罐和容纳HF的第四容器；以及
冲洗和干燥站，其耦接至所述PSG/BSG蚀刻储罐，
一种通过改装和使用太阳能电池处理工具经由室温湿化学生长(RTWCG)工艺来促进钝化发射极和背面电池(PERC)的制造的方法，所述方法包括：
(A)将第一RTWCG溶液放置在耦接至所述结隔离处理罐的第一容器、第二容器和第三容器的被选容器中；
(B)将用于PERC的半导体基板的至少一部分放置在所述结隔离处理罐中并且在所述结隔离处理罐中允许所述半导体基板的部分和在被选容器中的第一RTWCG溶液之间的接触以促进背侧氧化物钝化层在所述半导体基板的背侧上的生长，从而提供背侧钝化基板；
(C)使用去离子(DI)水来冲洗在第一冲洗罐中的所述背侧钝化基板以提供经冲洗的背侧钝化基板；
(D)将第二RTWCG溶液放置在耦接至PSG/BSG蚀刻储罐的第四容器中；
(E)将经冲洗的背侧钝化基板放置在PSG/BSG蚀刻储罐中并且在PSG/BSG蚀刻储罐中允许经冲洗的背侧钝化基板与在第四容器中的第二RTWCG溶液之间的接触以促进正侧氧化物钝化层在基板的正侧上的生长，从而提供正侧和背侧钝化基板；并且
(F)使用耦接至所述PSG/BSG蚀刻储罐的第三冲洗和干燥站来冲洗和干燥正侧和背侧钝化基板，
其中，所述方法仅使用耦接至结隔离处理罐的多个酸容器中的一个而不使用耦接至第一冲洗罐的多孔硅蚀刻储罐和耦接至所述多孔硅蚀刻储罐的第二冲洗罐来制造PERC。
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