ES2643645T3 - Método para controlar la modificación de la textura superficial de obleas de silicio para dispositivos de celdas fotovoltaicas - Google Patents

Método para controlar la modificación de la textura superficial de obleas de silicio para dispositivos de celdas fotovoltaicas Download PDF

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Description

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DESCRIPCION
Metodo para oontrolar la modificacion de la textura superficial de obleas de sIIIcIo para dlsposltlvos de celdas fotovoltalcas
Campo de la invencion
La invencion se refiere a un metodo y un aparato para texturizacion quimica en seco de dispositivos fotovoltaicos (FV) basados en silicio. Mas particularmente, la invencion se refiere a un metodo y a un aparato para el ataque quimico en seco de transferencia continuo en linea, a presion atmosferica, sin el uso de una descarga de plasma para crear la especie de ataque activa.
Antecedentes de la invencion
Las celdas solares son dispositivos semiconductores fotovoltaicos (FV) que convierten luz solar en electricidad. Los fotones de la luz del sol golpean los electrones sueltos de sus atomos, generando una corriente a traves del material. Estos semiconductores fotovoltaicos pueden estar hechos de silicio de cristales unicos (monocristalinos), silicio policristalino (multicristalino), silicio amorfo u otros materiales semiconductores compuestos. En terminos simples, se crea una union electrica PN en material o sustrato FT, es decir, la oblea de silicio. Este material se conecta entonces a un circuito electrico por medio del electrodo positivo y negativo. Cuando se expone a la luz solar se genera una corriente en el material FT debido a un efecto fotoelectrico.
Existen diversos metodos de procesamiento utilizados para fabricar una celda solar FT, y se requieren varias tapas de proceso de fabricacion. De particular interes para la presente invencion son las etapas de ataque, en las que una cantidad controlada de material se tiene que retirar del sustrato y de las capas depositadas, incluyendo remocion de danos de obleas, limpieza, texturizacion, pulido y eliminacion de subproductos (PSG).
La texturizacion del material de sustrato, mas particularmente el control de esta texturizacion, es dificil de conseguir. Se ha demostrado que diferentes texturas tienen diferentes propiedades de mejora para diferentes sustratos y disenos de celdas solares. En la mayoria de los disenos de celdas solares, cuando un patron de atrapamiento de luz se texturiza sobre el substrato de partida en el lado soleado de la oblea, se observa un aumento en la eficiencia de la celda. Texturizar la superficie del sustrato aumentara el area superficial y disminuira la reflectividad del material de base, capturando, por lo tanto, mas de la luz que cae sobre la superficie. Sin embargo, la textura se debe controlar y optimizar cuidadosamente para integrarla bien con las etapas posteriores en el proceso de fabricacion de celdas solares. Las texturas que se forman tienen que doparse y pasivarse facilmente, y no deben danar la vida util del soporte del sustrato de silicio de base. Estas exigencias sobre la textura para la fabricacion de celdas solares FT requieren un nivel de control sobre el proceso mucho mas alto que el que ha estado disponible anteriormente. En la tecnica anterior, por ejemplo, el uso de ataque con productos quimicos en humedo no puede proporcionar texturas optimizadas para diferentes disenos de celdas, ya que el mecanismo de ataque se define por la estructura cristalografica del sustrato que se va a atacar. Ademas, no se ofrece un ataque verdadero en una sola cara de un sustrato. Como alternativa al ataque quimico en humedo, se han propuesto algunos metodos, incluyendo el ataque con iones reactivos y otras tecnicas de ataque del silicio basadas en plasma bien conocidas para la fabricacion de dispositivos semiconductores. Estas tecnicas basadas en plasma pueden tener un efecto perjudicial sobre la vida util del soporte del silicio de base y en algunos casos no dan lugar a una textura que se pueda pasivar facilmente.
El ataque quimico en humedo es el estado actual de la tecnica para la fabricacion de celdas solares FV. Actualmente estas tecnicas se llevan a cabo mediante un proceso quimico en humedo en el que los sustratos de silicio se sumergen en una solucion acida o alcalina calentada durante un periodo de tiempo para formar patrones irregulares en la superficie del sustrato.
Los problemas asociados al ataque quimico en humedo para la produccion de celdas solares cristalinas son:
1. Durante estas etapas de ataque quimico en humedo se consumen cantidades muy grandes de agua y otros productos quimicos.
2. El proceso de ataque en humedo no es adecuado para las obleas mas finas (< 160 pm).
3. La texturizacion mediante el ataque quimico en humedo alcalino tradicional de la celda solar de silicio multicristalina mas barata no da propiedades antirreflectantes satisfactorias. Esto se debe a la naturaleza anisotropa del sustrato de silicio multicristalino.
4. El proceso de registro para la fabricacion de celdas solares de silicio multicristalino es usar una etapa adicional de ataque en humedo usando una solucion acida, por ejemplo una mezcla de HF y HN03. Esta «isotexturizacion» da lugar a una reflexion mas baja que el ataque anisotropo tradicional en sustratos multicristalinos. Sin embargo, como se indica en el punto 1, no da los mismos resultados que el ataque alcalino tradicional sobre sustratos monocristalinos. Esto deja las eficacias de conversion de celdas totales de celdas solares de silicio multicristalino a
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la zaga de las eflolenolas de conversion de las celdas solares de sIIIcIo monoorlstallno mas caras.
5. El equlpo de ataque en humedo puede ser muy grande (en el mlsmo caso de hasta 17 m de longitud) y tlene capacldad llmltada de rendimiento del proceso.
6. La eficiencia del ataque en humedo depende en gran medlda de la estructura cristalografica de la oblea y requlere dlferentes recetas de productos quimicos para la oblea de Si mono o multicristalino.
7. Lados unicos limitados del proceso en humedo que no proporciona un tratamlento superficial desacoplado.
8. El ataque en humedo necesita algunos defectos en la oblea para funcionar. No funciona partlendo de una superficie lisa.
Se han utilizado recientemente procesos sin plasma de ataque en seco para la aplicacion de limpieza en camara de vacio. Por ejemplo, como se describe en el documento US 2008142046, se uso fluor molecular (F2) se utilizo para la limpieza de nltruro de silicio (SINx) en una camara de deposicion quimica a vacio (CVD). Se suministra fluor prediluido en un gas inerte a la camara de vacio y el fluor se disocia termlcamente calentando la camara a una temperatura de entre 230 y 565 grados C. El nltruro de silicio no deseado se elimina de las superficies de la camara interior por reaccion quimica. Este proceso de limpieza de la camara de vacio es necesario para evltar la contaminacion cruzada entre procesos.
El documento US 6.500.356 (B2) describe un proceso de ataque quimico en seco que ataca selectivamente el silicio en dispositivos electronicos, sin atacar el oxido de silicio o el nltruro de silicio. La especificacion esta muy restringida a mantener el sustrato en el interior de una camara de vacio y suministrar el gas de ataque a la mlsma camara, a una presion inferior a la presion atmosferica (260 militorr (mT)).
El ataque en seco de las celdas solares FV ha estado en desarrollo durante algun tlempo. Ha habldo numerosas publicaciones que usan tecnicas tradicionales de ataque con plasma basadas en vacio. El principal problema con estos metodos es que el material FT se dana por los iones del plasma durante el proceso de ataque. Aunque se ha hecho cierto progreso en lo que respecta a esta cuestion de los danos por el plasma, la comercializacion de dichas soluciones es improbable, ya que el coste de los slstemas basados en vacio es prohibitivo y el bajo rendimiento no es adecuado para la fabricacion de celdas FT solares a gran escala.
Tambien ha habldo trabajos sobre el uso de plasma atmosferico para tratar, limpiar y, en algunos casos, modificar la superficie de dlversos sustratos. En el documento EP 0690479 se describe un metodo que utiliza una descarga de plasma atmosferico para tratar sustratos a presion atmosferica. De forma similar, el documento US 2008/0000497 A1 describe un metodo para eliminar capas que contienen productos organicos usando una descarga de plasma.
En el documento US 2008/0305643 se describe un aparato de ataque con plasma atmosferico para retlrar las capas superficiales dopadas sobre las caras posterlores de una oblea solar cristalina. De forma similar, el documento US 2010/0062608 describe un aparato para atacar selectivamente el vidrio de silicato de fosforo (PSG) formado durante el proceso de dlfuslon usando un proceso basado en plasma. Todo este estado de la tecnica se basa en trabajos que utilizan tecnologia de descarga de plasma y que usan el plasma para generar las especies activas requerldas para reallzar el trabajo sobre los sustratos.
El documento US 4803947 divulga un aparato para la deposicion de peliculas FV de Si amorfo de pelicula flna y el tratamlento de la superficie de sustratos FV utilizando una tecnica sin plasma. El documento US 4803947 hace referenda al uso de F2 para afectar una textura o «engrosamiento» en la superficie para ayudar a la absorcion de la luz. Tambien describe una serle de camaras que estan conectadas pero las reglones del proceso estan separadas por cortinas de gas de purga. Este aparato utiliza un metodo Roll-to-Roll (rodillo a rodillo) que esta limitado para uso con sustratos flexibles que pueden ser transportados y recogidos sobre rodillos. El uso de las cortinas de purga se limita a separar los espacios de reaccion del proceso dentro de un slstema cerrado mas grande que aloja todas las camaras de proceso junto con las camaras de rodillos de suministro y de recoleccion. Incluso con la capacldad de mover los sustratos libremente entre camaras de proceso, no hay produccion continua. Cuando el proceso esta completo, los rodillos tanto de despliegue como de recoleccion necesitarian cambiarse y el slstema abrlrse de alguna manera que no se describe. El engrosamlento efectuado por el uso de F2 no se reivindica para su control u optimizacion de nlnguna manera. Los niveles de flujo y la presion descritos indican que este proceso tlene lugar en un vacio, es decir, 30 SCCM a 1,5 torr. Sin embargo, este metodo no es adecuado para el procesamiento de obleas.
Por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar un proceso y un aparato para el ataque en seco/la texturizacion de obleas de celdas solares fotovoltaicas de silicio cristalino y control, que superen los problemas mencionados anteriormente.
Sumario de la invencion
El objeto de la presente invencion se define en la reivindicacion 1.
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El problema teonioo que se ha resuelto es la provision de un metodo de ataque en seco de alto rendimiento que no requiere plasma ni vaoio para ayudar al prooeso de ataque utilizando gas fluor F2 y que se realiza a presion atmosferioa. El uso de fluor elemental, que tiene una energia de union signifioativamente menor que oualquiera de los otros agentes deoapantes usadoshasta la feoha, permite el uso de una fuente de energia de potenoia muoho menor para fraooionar el fluor elemental en sus radioales aotivos. Dado que el metodo puede ejeoutarse a presion atmosferioa y puede utilizar un oonjunto de oortinas de oontenoion de gas de purga, esto permite el movimiento oontinuo de las piezas de trabajo en la la zona de ataque quimioo y a traves de ella, y permite el rendimiento muoho mayor requerido por la industria FV. El uso de fluor elemental o moleoular sin la ayuda de plasma a presion atmosferioa para el ataque en seoo de sustratos proporoiona un prooeso senoillo y efioaz para el ataque oontrolado de un sustrato o oapa depositada, dando lugar a la oreaoion de texturas y estruoturas predefinidas sobre el material de sustrato. La simplioidad y el alto nivel de oontrol sobre los tipos de texturas que se pueden lograr permiten optimizar el prooeso de fabrioaoion de oeldas global y permiten seleooionar una textura partioular para que ooinoida oon el diseno de la oelda.
En un modo de realizaoion, el deoapante se aotiva termioamente sin la ayuda de ningun plasma.
En un modo realizaoion, el ataque quimioo puede oontrolarse para proporoionar una textura predefinida sobre el sustrato que pueda integrarse faoilmente oon las otras etapas del prooeso; es deoir, se pueden pasivar faoilmente y pueden mejorar el suministro en oapaoidades de atrapamiento de luz. En el presente dooumento hemos enoontrado que la velooidad de ataque se puede oontrolar oambiando el oaudal del deoapante ouando interaotua oon el sustrato. Variando el oaudal del gas y la geometria del modulo de suministro de gas deoapante, se oonsiguen velooidades de entre aproximadamente 0,1 y 3 m/s. Los diferentes parametros geometrioos inoluyen la separaoion entre el sustrato y el material de suministro del deoapante que varia entre aproximadamente 2-40 mm. El angulo del flujo de gas en la textura se puede optimizar oon la direooion y velooidad del sustrato al pasar a traves de el. El angulo del flujo se puede variar entre aproximadamente 0-180 grados oon respeoto a la superfioie del sustrato que se esta ataoando. Ajustando ouidadosamente estos parametros, se pueden oonseguir diferentes velooidades de ataque que dan lugar a la oreaoion de diferentes texturas.
En un modo de realizaoion, el tamano de las oaraoteristioas de la textura resultante puede oontrolarse mediante la variaoion de la velooidad de ataque. El intervalo de velooidad de ataque tipioo aloanzado esta entre aproximadamente 2-40 pm/min, y texturas de suministro oon oaraoteristioas que tienen un tamano entre aproximadamente 0,1 pm y 5 pm.
En un modo de realizaoion, el modulo de suministro de gas oomprende un oonjunto de boquillas.
En un modo de realizaoion, el modulo de suministro de gas oomprende una plaoa plana oon una pluralidad de aberturas en un patron estableoido.
En un modo de realizaoion, el modulo de suministro de gas oomprende un oonjunto o fila de aberturas de longitudes diferentes o iguales. En un modo de realizaoion preferente, las aberturas oomprenden rendijas o aberturas de hueoos.
En un modo de realizaoion, el modulo de suministro de gas oomprende una rendija.
En un modo de realizaoion, un unioo reaotor puede tener uno o mas tipos de sistemas de suministro de gas para ataoar los sustratos. Los sistemas de suministro de gas pueden estar dispuestos de manera que oada uno proporoione la misma textura o una textura diferente sobre los sustratos.
En un modo de realizaoion, los diferentes modulos de suministro de gas podrian estar dispuestos para llevar a oabo etapas de ataque subsiguiente una tras otra en el mismo sustrato, proporoionando de este modo una textura adioional sobre una superfioie ya texturizada.
En un modo de realizaoion, el prooeso se lleva a oabo oomo un prooeso de transferenoia oontinuo.
En un modo de realizaoion, el prooeso se lleva sin que el sustrato se detenga en la zona del reaotor.
En un modo de realizaoion, el prooeso se lleva a oabo donde el sustrato puede detenerse una vez o multiples veoes en la zona del reaotor.
En un modo de realizaoion, el sustrato que se va a ataoar se suministra en la zona del reaotor y una vez que el prooeso de ataque se ha oompletado, el substrato se mueve entonoes afuera del reaotor en la direooion desde la oual se suministro.
En un modo de realizaoion, se puede ataoar un lado de un sustrato sin ataoar el lado opuesto.
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En un modo de realizacion, el deoapante se aplica al sustrato o capa depositada bajo presion atmosferica.
En un modo de realizacion, la region de reaccion del reactor se sella purgando cortinas de gas. En un modo de realizacion, la zona de precalentamiento se situa en el interior de las cortinas de gas de purga.
En un modo de realizacion, la textura superficial del sustrato resultante es aspera para reducir su reflectividad y aumentar la luz absorbida.
En un modo de realizacion, la textura superficial del sustrato resultante es lisa.
En un modo de realizacion, el gas decapante es fluor molecular o atomico. La concentracion de fluor puede ser cualquier concentracion en un intervalo de entre aproximadamente un 5 a un 100 %.
Cada gas de ataque puede tener su propio metodo para atacar la formacion de radicales.
En un modo de realizacion, el sustrato para el ataque puede seleccionarse del grupo que comprende una celda solar fotovoltaica, una oblea de silicio o una capa depositada sobre sustratos tales como, por ejemplo, estratificados (tejido de fibra de vidrio tejido con un aglutinante de resina epoxi que es ignifugo) de vidrio, AlTiC (aluminio, titanio, carbono), ITO (oxido de indio y estano) y FR4.
En otro modo de realizacion, esta tecnologia de ataque en seco atmosferico puede usarse conjuntamente con un proceso de micromecanizado por laser. El mecanizado/perforacion por laser dana una region del material que se esta cortando y se puede realizar un ataque en seco despues o durante el proceso de mecanizado/perforacion para eliminar/reparar las regiones danadas.
En otro modo de realizacion, este metodo puede utilizarse en la fabricacion de pantallas tactiles de sensores capacitivos, en las que una matriz de microagujeros se ataca en las PCB (placas de circuito impreso) y los estratificados epoxi reforzados con fibra de vidrio FR4 e ITO.
De acuerdo con un ejemplo de la invencion, se proporciona un aparato para modificar la estructura superficial de un sustrato de silicio o capa de silicio depositada de una manera controlable usando solo gas, adecuado para fabricar dispositivos fotovoltaicos (FV), comprendiendo el aparato:
(i) un alojamiento,
(ii) un reactor atmosferico,
(iii) al menos una camara impelente de evacuacion de gas decapante,
(iv) medios para disponer el sustrato o la capa depositada sobre un soporte movil,
(v) medios para precalentar el sustrato o la capa depositada,
(vi) medios para mover continuamente el sustrato o capa depositada para el ataque a traves del reactor atmosferico,
(vii) medios para mover continuamente el sustrato bajo un modulo de suministro del decapante en el interior del reactor aplicando al menos un decapante en forma de gas bajo presion al sustrato o capa depositada en el reactor, y
(viii) medios para controlar la velocidad de ataque del proceso;
en el que al menos uno de los gases decapantes se selecciona del grupo que comprende gases que contienen fluor y compuestos a base de cloro.
En un modo de realizacion, el gas decapante en el reactor atmosferico puede calentarse para producir radicales de base para realizar el ataque en seco.
En un modo de realizacion, el reactor atmosferico puede calentarse a una temperatura de entre aproximadamente la temperatura ambiente y 450 grados C. En la presente memoria descriptiva, debe entenderse que el termino «temperatura ambiente», abreviado a TA, significa una temperatura de entre aproximadamente 20 grados C y aproximadamente 25 grados C (de aproximadamente 68 grados F a aproximadamente 77 grados F).
En un aspecto adicional de la presente invencion, se proporciona un dispositivo que comprende un sustrato atacado mediante el metodo descrito anteriormente.
En un modo de realizacion, el dispositivo puede seleccionarse del grupo que comprende una celda solar fotovoltaica, una oblea de silicio, un sustrato de vidrio, una capa depositada sobre un sustrato de oblea (silicio amorfo, SiNx,
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SiOx),
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se comprendera mas olaramente a partir de la siguiente descripcion de un modo de realizacion de la misma, dado solamente a titulo de ejemplo, con referenda a los dibujos que se acompanan, en los que;
la figura 1 muestra un diagrama de flujo de un proceso de ataque en seco de la presente invencion;
la figura 2 muestra una vista seccionada del aparato de ataque en seco de la presente invencion;
la figura 3 ilustra una disposicion del proceso de la presente invencion para el procesamiento continuo en linea de sustratos a presion atmosferica;
la figura 4 muestra otra vista seccionada del aparato de ataque en seco de acuerdo con otro modo de realizacion de la invencion;
las figuras 5a-d ilustran imagenes SEM de imagenes de obleas de Cz-silicio pulidas de tipo <100>-n que demuestran las diversas texturas que se pueden conseguir variando el ataque;
la figura 6 ilustra datos de reflexion para diferentes texturas creadas por diferentes parametros de ataque en una unica oblea de Cz-silicio pulida de tipo <100>-n;
la figura 7 ilustra los diferentes mecanismos para conseguir el ajuste angular requerido para la corriente de flujo de gas decapante; y
la figura 8 ilustra opciones alternativas para conseguir el ajuste angular requerido para la corriente de flujo de gas decapante.
Descripcion detallada de los dibujos
La presente invencion utiliza una novedosa quimica de ataque en seco en la que el ataque no esta limitado por la estructura cristalina de la superficie que se va a atacar. Los agentes decapantes se suministran de forma controlable en forma gaseosa y se aplican a la superficie que se va a atacar a presion. No hay ningun requisito para que la zona de ataque se contenga en una camara de vacio.
La figura 1 ilustra un diagrama de flujo general del metodo de la presente invencion para modificar la estructura superficial de un sustrato de silicio o capa de silicio depositada de una manera controlable utilizando unicamente gas, adecuado para fabricar dispositivos fotovoltaicos (FV), descritos con mas detalle con respecto a las figuras 2 a
6.
Como se ilustra en las figuras 2 y 3, se proporciona un aparato para llevar a cabo el metodo de la invencion. El aparato se refiere generalmente con el numero de referenda 1 de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion. El aparato comprende un alojamiento 2 que tiene paredes 4, una cubierta 6 y un soporte 8 opuesto y en un plano paralelo a la cubierta 6. Dentro del alojamiento 2 estan situadas unas cortinas de contencion de gas de purga 10, 11 anidadas cerca de las paredes 4. La zona del reactor se define por el area dentro de las cortinas 10, 11. En el interior de esta zona, y colocadas hacia el centro del alojamiento 2, estan las camaras 14, 15 impelentes de evacuacion de gas decapante, que se yuxtaponen a las cortinas 10, 11, respectivamente. Las camaras 14, 15 impelentes de evacuacion estan conectadas entre si a traves de tuberias 17, 18 que canalizan los gases de escape desde el interior del alojamiento 2 al exterior a traves de un conducto 19.
Situado entre las camaras 14, 15 impelentes esta un reactor 20 de suministro de gas decapante. El reactor 20 de suministro emite una cortina de gas 22 desde una abertura 24 en una base 26 del reactor 20. El gas decapante se emite entonces desde la abertura 24 sobre un sustrato 30. Como se ha esbozado en los modos de realizacion, hay una serie de ajustes y configuraciones diferentes que se pueden establecer para diferentes parametros de ataque. La figura 6 muestra mas detalles a este respecto y se comenta con mas detalle a continuacion.
En uso, como se ilustra en la figura 3, multiples carriles del sustrato 30 se colocan sobre una cinta 32 transportadora y se suministran a un dispositivo 34 de calentamiento. El sustrato se precalienta a una temperatura de entre aproximadamente la temperatura ambiente y aproximadamente 450 0C antes de pasar al aparato 1. El sustrato 30 se expone al gas decapante calentado en una camara 40 del aparato 1. Una vez que el sustrato 30 se ha expuesto al gas decapante durante un periodo de tiempo predeterminado, la cinta 32 transportadora mueve el sustrato 30 atacado a traves del aparato 1 y el siguiente substrato que se va a atacar se expone al gas decapante.
Es el modo de realizacion preferente de la presente invencion usar gas fluor elemental F2 que se fracciona o energiza mediante calentamiento simple en el reactor 20 de suministro para producir radicales de base de fluor para
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realizar el ataque sobre la superflcle de Ios sustratos 30.
Haclendo referenda a la figura 4, se ilustra un reactor 101 atmosferico adaptado para realizar el metodo de la invencion. El sustrato (o capa depositada) 103 se coloca sobre un soporte 105 movil, por ejemplo un transportador de sustrato, que se adapta para moverse continuamente para suministrar el sustrato 103 a una zona 107 de calentamiento, que esta en el interior de un area 109 de reaccion. La zona de calentamiento tambien puede estar fuera del area de reaccion. El area 109 de reaccion esta sellada por las cortinas 111, 112 de purga en la entrada y la salida. Una zona 107 de precalentamiento esta situada en el interior de los limites perimetricos definidos por las cortinas de purga. La zona de precalentamiento tambien puede situarse fuera de los limites perimetricos definidos. El sustrato o capa 103 depositada se precalienta mediante un calentador 115; y se suministra posteriormente a la zona 119 del reactor quimico por el transportador 105 continuo. El transportador mueve el sustrato a traves del area 109 de reaccion de una manera controlada de tal manera que bajo una caracteristica 117 de suministro de decapante en el interior del reactor se aplica al menos un decapante en forma de gas bajo presion atmosferica al sustrato o capa depositada en el reactor.
Con referenda ahora a las figuras 5a-d; tanto 5a como 5b son imagenes SEM ilustradas de obleas de Cz-silicio pulidas de tipo <100>-n procedentes del mismo lote y atacadas con diferentes parametros usando el metodo de la presente invencion. Las imagenes demuestran claramente que se pueden conseguir diversas texturas variando los parametros de ataque de la presente invencion. En la figura 5b se muestra una estructura que tiene una textura fina en el intervalo de aproximadamente 0,1-0,2 pm y en la figura 5a se muestra una textura mas rugosa de estructuras piramidales en el intervalo de aproximadamente 3-4 pm. Los parametros que se han variado en el caso de esas obleas ilustradas en las figuras 5a y 5b son caudal de gas y el angulo en el que el gas impacta los sustratos. Todos los demas parametros permanecieron constantes, es decir, presion atmosferica, temperatura (350 grados C) y concentracion de F2 del 15 %. Las imagenes SEM ilustradas en 5c y 5d proceden de dos obleas diferentes de Cz- silicio pulidas de tipo <100>-n atacadas usando diferentes parametros. Los parametros que se ajustaron fueron el caudal de gas y el angulo en el que el gas impacta los sustratos. Las texturas resultantes son mas finas, la estructura resultante es bastante «amorfa» y del tipo que es en general dificil de pasivar.
Pueden utilizarse diferentes mecanismos para variar y controlar el suministro de gas al sustrato que se va a atacar en la zona de reaccion del aparato de la presente invencion. Hay dos mecanismos diferentes ilustrados en la figura
7, indicados como 201 a y 201 b. Un substrato 204a y 204b, un transportador 205a y 205b para llevar el sustrato 204a y 205b, respectivamente, y el modulo 202a y 202b de suministro de gas de ataque tambien se ilustran para los mecanismos 201 a y 201 b, respectivamente. Tambien se muestra un metodo para calentar el sustrato incorporado en el transportador 205a y 206b, y se le da el numero de referenda 206a y 206b, respectivamente. La figura 7 muestra las diferentes maneras en las que el gas 203a y 203b de ataque se puede dirigir sobre el sustrato 204a y 204b, respectivamente, que se va a atacar. En 201a, el transportador 205a y subsiguientemente el sustrato 204a pueden disponerse en diferentes angulos «0» con respecto al modulo 202a de suministro de gas. En 201 b, el reactor de flujo de gas, y por lo tanto el modulo 202b de suministro de gas, se pueden disponer en varios angulos «0» para conseguir las diferentes texturas. En ambos casos para 201a y 201b, la separacion entre el sustrato y el modulo 202a y 202b de suministro de gas, respectivamente, se puede ajustar a varias alturas «h».
La figura 8 ilustra opciones alternativas para ajustar el angulo en el que se suministra el gas de ataque. Como se muestra en la figura 8, un sustrato 302 pasa por debajo de los modulos 303 y 304 de suministro de gas. Ambos modulos 303 y 304 de suministro de gas se muestran en vista en planta y en vista lateral, como se indica en la figura
8. El modulo 304 de suministro de gas comprende una serie de placas 308, cada una de las cuales tiene una pluralidad de aberturas 309 formando un patron. Las placas 308 pueden moverse una con respecto a la otra en un plano que es paralelo a la superficie de la oblea. De esta manera, el angulo del canal de suministro de gas que se crea mediante la alineacion de las aberturas 309 se puede modificar y ajustar segun se requiera. Se ilustra el angulo en el que el gas 306 choca contra el sustrato 302. El mismo concepto se demuestra para el modulo 303 de suministro de gas, en el que el modulo 303 comprende un conjunto de placas 310, cada una de las cuales tiene aberturas en forma de rendijas. Las placas 310 son libres de moverse una con respecto a la otra en un plano paralelo a la superficie de la oblea y de esta manera fijar un angulo deseado de suministro de gas, como se ha descrito anteriormente para el modulo 304 de suministro de gas.
En la memoria descriptiva los terminos «comprenden, comprende, comprendido y comprender» o cualquier variacion de los mismos y los terminos «incluyen, incluye, incluido e incluir» o cualquier variacion de los mismos se consideran totalmente intercambiables y se les debe dar la interpretacion mas amplia posible y viceversa.
La invencion no se limita a los modos de realizacion descritos en lo que antecede en el presente documento sino que puede variarse tanto en la construccion como en el detalle.

Claims (8)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para modificar una estruotura superficial de un sustrato de silicio o una capa de silicio depositada a una textura deseada, adecuado para fabricar dispositivos fotovoltaicos, comprendiendo el metodo las etapas de:
    disponer el sustrato de silicio o capa de silicio depositada sobre un soporte movil;
    precalentar el sustrato de silicio o capa de silicio depositada en una zona de precalentamiento;
    mover continuamente el sustrato de silicio o capa de silicio depositada para atacar a partir de un entorno ambiental externo a traves de una cortina de contencion de gas de purga y en una camara caliente abierta de ataque a presion atmosferica;
    mover continuamente el sustrato de silicio o capa de silicio depositada a traves de la camara de ataque que comprende una caracteristica de suministro de decapante, mientras se aplica y controla un caudal de gas fluor f2 a presion atmosferica y una concentracion de entre un 5 % y un 100 % al sustrato de silicio o capa de silicio depositada para reducir la reflectividad superficial de la superficie de silicio del sustrato de silicio o capa de silicio depositada y aumentar la absorcion de luz;
    controlar un angulo entre 0 y 180 grados del gas decapante fluor F2 que se aplica a presion atmosferica; y
    mover continuamente el sustrato de silicio o capa de silicio depositada afuera de la camara de ataque abierta calentada, a presion atmosferica, y a traves de otro o del mismo conjunto de cortinas de contencion de gas de purga al entorno ambiente externo, en el que el gas decapante fluor F2 se activa termicamente sin la necesidad de ningun plasma; y en el que el gas decapante fluor F2 se aplica directamente a la superficie de silicio del sustrato o capa de silicio depositada a presion atmosferica para reducir su reflectividad superficial y aumentar la luz absorbida por el sustrato de silicio o capa de silicio depositada.
  2. 2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el proceso se lleva a cabo como un proceso de transferencia continuo.
  3. 3. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que la caracteristica de suministro de decapante en el interior de la camara se sella por cortinas de gas de purga.
  4. 4. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que la textura superficial del sustrato resultante es aspera para reducir su reflectividad y aumentar la luz absorbida.
  5. 5. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la textura superficial del sustrato resultante es lisa.
  6. 6. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que se proporciona adicionalmente oxigeno u ozono para mejorar el metodo modificando la estructura superficial del sustrato de silicio o capa de silicio depositada a una textura deseada.
  7. 7. Un metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que el sustrato para el ataque se selecciona del grupo que comprende una celda solar fotovoltaica, una oblea de silicio o una capa depositada sobre un sustrato seleccionado del grupo que comprende estratificados de vidrio, AlTiC, ITO y FR4.
  8. 8. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, realizado en ausencia de plasma.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2904634B1 (en) 2012-10-01 2020-04-08 Ultra High Vaccum Solutions Ltd. T/a Nines Engineering Combined etch and passivation of silicon solar cells
TW201500306A (zh) * 2013-05-22 2015-01-01 Corning Inc 利用玻璃載體處理可撓性薄片玻璃基板之方法
CN105848899A (zh) 2013-08-27 2016-08-10 特克尼雍研究和发展公司 用于移印的系统和方法
US20160351733A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-01 International Business Machines Corporation Dry etch method for texturing silicon and device
EP3104418B8 (de) 2015-06-08 2018-04-04 Meyer Burger (Germany) GmbH Verfahren und vorrichtung zum texturieren einer siliziumoberfläche
DE102017217713B4 (de) 2017-10-05 2022-12-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung elektrischer Kontakte auf einer Solarzelle und Solarzelle
DE102017219312A1 (de) 2017-10-27 2019-05-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. 2-stufiger Trockenätzprozess zur Texturierung kristalliner Siliziumscheiben
CN114728370B (zh) * 2019-11-08 2023-04-07 麻省理工学院 激光辅助材料相变和喷出微加工工艺
CN112928182B (zh) * 2021-01-22 2022-05-31 徐州中辉光伏科技有限公司 一种散热性能好的太阳能光伏刻蚀装置

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08327959A (ja) 1994-06-30 1996-12-13 Seiko Epson Corp ウエハ及び基板の処理装置及び処理方法、ウエハ及び基板の移載装置
US4803947A (en) 1986-01-15 1989-02-14 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus for forming deposited film
US4834020A (en) * 1987-12-04 1989-05-30 Watkins-Johnson Company Atmospheric pressure chemical vapor deposition apparatus
US5122391A (en) * 1991-03-13 1992-06-16 Watkins-Johnson Company Method for producing highly conductive and transparent films of tin and fluorine doped indium oxide by APCVD
JPH06168922A (ja) * 1992-06-25 1994-06-14 Texas Instr Inc <Ti> シリコンの気相エッチング法
JP2833946B2 (ja) * 1992-12-08 1998-12-09 日本電気株式会社 エッチング方法および装置
JPH0845833A (ja) * 1994-08-02 1996-02-16 Japan Storage Battery Co Ltd アッシング装置
US6500356B2 (en) 2000-03-27 2002-12-31 Applied Materials, Inc. Selectively etching silicon using fluorine without plasma
JP2003100717A (ja) 2001-09-21 2003-04-04 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JP2003142298A (ja) * 2001-11-07 2003-05-16 Sekisui Chem Co Ltd グロー放電プラズマ処理装置
WO2003054247A2 (en) * 2001-12-13 2003-07-03 Showa Denko K.K. Cleaning gas composition for semiconductor production equipment and cleaning method using the gas
JP4467218B2 (ja) * 2001-12-25 2010-05-26 京セラ株式会社 太陽電池用基板の粗面化法
JP2003209096A (ja) * 2002-01-16 2003-07-25 Sekisui Chem Co Ltd プラズマエッチング処理方法及びその装置
US6730600B2 (en) * 2002-09-27 2004-05-04 Agere Systems, Inc. Method of dry etching a semiconductor device in the absence of a plasma
JP2004296729A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
KR100529632B1 (ko) * 2003-10-01 2005-11-17 동부아남반도체 주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN100521120C (zh) * 2003-12-09 2009-07-29 加利福尼亚大学董事会 经表面粗化的高效（B，Al，Ga，In）N基发光二极管
JP4348176B2 (ja) * 2003-12-25 2009-10-21 積水化学工業株式会社 ドライエッチング処理装置および処理方法
DE102004062355A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-06 Siltronic Ag Verfahren zum Behandeln einer Halbleiterscheibe mit einem gasförmigen Medium sowie damit behandelte Halbleiterscheibe
US7235492B2 (en) * 2005-01-31 2007-06-26 Applied Materials, Inc. Low temperature etchant for treatment of silicon-containing surfaces
DE102005040596B4 (de) 2005-06-17 2009-02-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Entfernung einer dotierten Oberflächenschicht an Rückseiten von kristallinen Silizium-Solarwafern
US20080000497A1 (en) 2006-06-30 2008-01-03 Applied Materials, Inc. Removal of organic-containing layers from large surface areas
DE102006042329B4 (de) 2006-09-01 2008-08-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum selektiven plasmachemischen Trockenätzen von auf Oberflächen von Silicium-Wafern ausgebildetem Phosphorsilikatglas
US20080142046A1 (en) 2006-12-13 2008-06-19 Andrew David Johnson Thermal F2 etch process for cleaning CVD chambers
US8257998B2 (en) * 2007-02-15 2012-09-04 Massachusetts Institute Of Technology Solar cells with textured surfaces
KR100944340B1 (ko) * 2007-02-23 2010-03-02 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 에칭 방법 및 장치, 및 피처리물
JP2009099880A (ja) * 2007-10-19 2009-05-07 Sekisui Chem Co Ltd プラズマエッチング装置

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