TW201304162A - 製作太陽能電池背側點接觸的方法 - Google Patents

Abstract

一種在太陽能電池之背側介電質層背面形成孔洞，用以製造背側點接觸之方法。該方法的步驟包括：在該介電質層背面塗敷一層碳。將一遮罩置於該碳層上方，並以反應性離子蝕刻(RIE)將該遮罩內之該孔洞移轉至該碳層，以形成一碳遮罩。接著移除該遮罩，並以RIE將該孔洞從該碳遮罩移轉至該介電質層。該碳層接著以例如灰化方式移除。

Description

製作太陽能電池背側點接觸的方法

本案主張美國臨時申請案(Provisional Application)61/487,243號，申請日2011年5月17日之優先權，該案的全部內容併入本案作為參考。

本發明涉及一製造太陽能電池的方法，更準確的說，是關於形成孔洞以製造太陽能電池之背側點接觸之方法。

相關技術

各種太陽能電池之設計中，在背側表面皆有電接點形成，該背側表面意指該太陽能電池非用以面朝太陽之表面。美國Swason專利第4,927,770號提供一背側點接觸太陽能電池之例子。如Swason專利的圖2B所顯示，於兩護封層內須形成開口；然而，Swason並未揭示如何形成這些開口。

背側點接觸結構也使用於高效率電池，通常稱為射極鈍化背面局部擴散太陽能電池(passivated emitter and rear locally diffused-PERL)或射極鈍化及背電極太陽能電池(passivated emitted and rear cell-PERC)。在太陽能電池使用背側點接觸時，該背部表面是利用例如二氧化矽或氮化矽，或以兩者作護封。太陽能的點接觸必須穿過這些護封層。背側點接觸的尺寸及變化是否適當，將影響其功效。因此，有必要提供一種製程，以持續地且準確地在該護封層內製作該接觸用孔洞。

根據某些已知方法，是以溼式蝕刻方法，在該護封層內形成該孔洞，不過，乾式製程較之溼式蝕刻更為適用。因此，電漿蝕刻乃取代溼式蝕刻製程，用來製造該背側點接觸。

因此，的確有需要在一個持續並可重覆之方式下利用乾式製程製作孔洞，以供背側點接觸使用。

以下發明簡述提供作為對本發明數種面向及技術特徵之基本理解。發明簡述並非對本發明之廣泛介紹，也因此並非用來特別指出本發明之關鍵性或是重要元件，也非用來界定本發明之範圍。其唯一目的僅在以簡單之方式展示本發明之數種概念，並作為以下發明詳細說明之前言。

本發明之各面向提供一種方法，可在一太陽能電池之背側形成孔洞，並確保一致且準確，以供製作背側點接觸。

根據本發明之面向，該方法包括：放置一可移除之碳薄膜於該太陽能電池之背面(背側)之介電質層上方。接著，使用一遮罩界定在該碳層內之孔洞，以使該碳層功能如同一可移除之遮罩。其後將該遮罩移除，並使用該可移除之碳遮罩在該介電質層內形成該孔洞。之後，再移除該碳遮罩。

根據一實施例，本發明提供一系統，用以在太陽能電池之背面形成孔洞，用以製造背側點接觸。該系統包括一碳沈積腔室、一遮罩機械性放置腔室、一碳蝕刻腔室、一遮罩機械性移除腔室及一介電質蝕刻腔室。該介電質蝕刻腔室也可使用於碳的灰化，否則該系統可另外包括一專用的碳灰化腔室。

本發明其他的面向與特徵，將可由以下發明的詳細說明，並參照圖式，而得到更清楚的了解。但須說明，發明的詳細說明與圖式，只是用來提供本發明各種實施例非限制性的範例。本發明只能由所附的申請專利範圍加以界定。

本發明提供一種可以在太陽能電池形成一致且準確的背側點接觸用孔洞 的方法。以下將以數種實施例說明本發明的方法。該方法可用於數種太陽能電池，例如射極鈍化背面局部擴散太陽能電池(PERL)、射極鈍化及背電極太陽能電池(PERC)等。以下的一些說明中，將會使用在背側形成2層介電質層的太陽能電池，作為具體實例來說明。該太陽能電池的背側點接觸必須穿過該2層介電質層。

根據下述所揭示之實施例，一太陽能電池前側有一P-N接面，形成在其正面，及兩層介電質層，位於其背面。如圖1所示，利用一基板100製造該太陽能電池，並形成一第一介電質層105，其功能為鈍化護封層，並於其上形成一第二介電質層110。當然，若只形成單一介電質層或形成兩層以上介電質層，本發明的方法也能適用。如圖1所示，該太陽能電池之正面是用來面對太陽，而其背面或背側則用來背對太陽。

本發明提出一種想法，就是放置一遮罩在太陽能電池的背側表面上，再利用電漿在該遮罩蝕刻出孔洞。該遮罩通常是一平板，所使用的材料可為例如矽、陶瓷、石墨、碳化矽等。將該遮罩置於該太陽能電池上方。換言之，該遮罩是一與該基板分離的物理元件，而與一般使用的光阻層或其他形態的遮罩，是沈積或直接形成在該基板上不同。該遮罩是以機械方式放置在該基板上而使用。使用後可以機械方式移除。在該基板中形成孔洞的方法，可以使用電漿通過該遮罩所形成的孔洞進行蝕刻，所使用的製程條件只需相當低的偏壓電位。不過，通常在蝕刻介電質層時，須使用高能量的離子束，因而可能在該遮罩表面產生大量的熱。在該遮罩受熱升溫時會發生膨脹，而使該蝕刻用孔洞的圖形在蝕刻過程中發生偏移。

為防止該遮罩圖形在蝕刻過程中偏移，本發明使用一種兩階段遮蔽製程。 本發明使用一遮罩於碳罩內形成對準用孔洞。接著移除該遮罩，並通過該碳罩內的孔洞蝕刻該介電質層內部。因為蝕刻該碳層無需高離子能量，也不會產生大量的熱(不像蝕刻介電質)，該遮罩內之孔洞不會產生偏移即可轉移至該碳遮罩上。以該碳遮罩而言，因該碳遮罩是置於該介電質層上方，會與該介電質一起膨脹，故而不會發生偏移。

如圖1所顯示，在步驟2沈積一碳薄膜層120於該太陽能電池之背側上方。該碳膜可利用，例如化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)等方式沈積。在本發明一實施例中，是利用CVD形成該碳薄層，其方式是藉由加熱一氣體組成物，其中包括一種或多種碳氫化合物及一惰性氣體，以熱裂解在該氣體組成物內之碳氫化合物，以形成一非晶碳層。適宜的碳氫化合物包括通式CxHy之氣體，其中x範圍在2到4之間，y範圍在2到10之間。該氣體組成物可加熱至溫度約100℃到700℃之間。

更進一步參考圖1，在步驟3放置一遮罩125於該太陽能電池之背部上方，並將該遮罩與該太陽能電池一同置於電漿蝕刻腔內部。圖2顯示一遮罩之例子。該遮罩125為一極薄之平板，且有孔洞130形成於其中，孔洞之位置是當該遮罩對準該太陽能電池時，其背側點接觸所要形成的位置。該遮罩可由矽、陶瓷、石墨、碳化矽等材料製成。該遮罩可與該太陽能電池有相同尺寸及形狀，或比該太陽能電池大，以便操作。

利用電漿經由該遮罩內之孔洞130蝕刻該碳薄層，以在該碳層內形成對應孔洞135。在一實施例中，利用溴化氫(HBr)、氧(O2)及氬(Ar)之電漿以蝕刻該碳層。該步驟形成一碳硬質遮罩。接著移除該遮罩，並進入步驟4。在此步驟中，點燃電漿並經由該碳硬質遮罩內之孔洞135，在該介電質層105 及110中蝕刻出孔洞140。可利用適用於蝕刻介電質材料之電漿來蝕刻該介電質層。例如，CxFy(C2F6、CF4、C4F8等)、氧(O2)及氮(N2)電漿，即可用以蝕刻氮化矽及二氧化矽等介電質。

在步驟5移除該碳硬質遮罩。該碳硬質遮罩層可能藉由曝露於一包含氧氣之電漿下移除，該步驟可在與前述蝕刻該孔洞140之加工腔室相同或不同的加工腔室內進行。在另一實施例中，該碳硬質遮罩層可能利用由溴化氫及氧氣形成之電漿移除。換句話說，由氫(H2)形成之電漿或含氧以及一稀釋氣體，如氬氣(Ar)之組成物所形成之電漿，均可用於移除該碳硬質遮罩層。

圖3顯示本發明一實施例在太陽能電池內形成背側點接觸之孔洞之系統。在本發明一例子中，圖3之系統每一腔室可同時加工數個太陽能電池。一運輸裝置運送太陽能電池至該系統內。該太陽能電池在運送時面朝下，也就是，該太陽能電池要面對太陽之表面在運送時朝向下方。該電池進入一進料腔300，在此該電池被送入至該系統之真空環境內。該電池接著移送至處理腔室305，在該腔中在太陽能電池的背面沈積一碳層。該處理腔室可例如為一CVD腔室。其後，將該太陽能電池移送到腔室310，在此將一遮罩以機械方式放置在電池上。其後再將該電池移送至處理腔315，在腔中維持電漿以通過該遮罩內之孔洞蝕刻該碳層。該電池接著移送至腔室320，在腔中以機械方式從該電池移除該遮罩。該電池接著被移送至處理腔室325，在腔中經由該碳層內之孔洞蝕刻該介電質層。該碳層接著在處理腔室330中移除。另一種做法是將該碳層在腔室325內移除。該電池接著被移送至進料腔335，以從該運輸裝置上卸載。

經由以上說明可以了解，背側點接觸之孔洞是利用雙遮罩製程製作而成。一遮罩用以形成碳薄層內之孔洞，以製造一可移除的碳遮罩。經由該碳遮罩再 蝕刻該介電質層內之孔洞，以讓該孔洞的位置及形狀不會因熱膨脹而偏移。

本發明既已根據特定實例說明如上，但本發明並不限於上述實施例。特別是，習於斯藝之人士均可在不脫離本發明之精神與範圍之下，作出各種不同之變化及修改。本發明之範圍應由以下所附的申請專利範圍界定。

100‧‧‧基板

105‧‧‧第一介電質層

110‧‧‧第二介電質層

120‧‧‧碳薄膜層

125‧‧‧遮罩

130‧‧‧孔洞

135‧‧‧對應孔洞

300、335‧‧‧進料腔

305、315、325、330‧‧‧處理腔室

310、320‧‧‧腔室

所附的圖式納入本件專利說明書中，並成為其一部份，是用來例示數種實施例，並與本案的說明內容共同用來說明及展示本發明的原理。圖式的目的只在以圖形方式例示本發明實施例的主要特徵。圖式並不是用來顯示實際範例的全部特徵，也不是用來表示其中各元件之相對尺寸，或其比例。

圖1為根據本發明一實施例形成背側點接觸之孔洞之製程示意圖；圖2為根據本發明一實施例的遮罩示意圖；圖3顯示本發明一實施例在太陽能電池內形成背側點接觸之孔洞之系統。

300、335‧‧‧進料腔

305、315、325、330‧‧‧處理腔室

310、320‧‧‧腔室

Claims (15)

1. 一種在太陽能電池之背面介電質層內形成孔洞，以製作背側點接觸的方法，包括：運送背面有介電質層之太陽能電池至一真空加工系統內部；沈積一碳層於該介電質層上方；以機械方式放置一遮罩在該碳層上方，該遮罩有多數孔洞，排列在供該背側點接觸之位置；產生電漿以通過該遮罩之多數孔洞蝕刻該碳層；以機械方式從該太陽能電池移除該遮罩；產生電漿以經由該碳層蝕刻該介電質層；及移除該碳層。
2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該移除該碳層之步驟包括利用電漿灰化該碳層之步驟。
3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該灰化該碳層之步驟與蝕刻該介電質層在同一腔室之內執行。
4. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該灰化是在氧氣中執行。
5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中沈積該遮罩之步驟包括放置一實質上平坦的平板之步驟，其中該平板具有數個孔洞在該太陽能電池之背面。
6. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該平板是由矽、陶瓷、石墨或碳化矽製成。
7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中沈積一碳層之步驟包括在一化學氣相沈積腔室內分解一碳氫化合物氣體之步驟。
8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中該碳氫化合物氣體包括CxHy，其中x範圍在2到4之間，y範圍在2到10之間。
9. 如申請專利範圍第7項的方法，其中分解一碳氫化合物氣體之步驟包括加熱一碳氫化合物氣體至100℃到700℃之間之步驟。
10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中產生電漿以蝕刻該碳層之步驟，包括利用一溴化氫、氧氣及氬氣之組成物產生電漿的步驟。
11. 一種蝕刻太陽能電池背部，產生孔洞，以製造背側點接觸的系統，包括：一進料腔，用以引入太陽能電池進入真空環境；一碳沈積腔室，用以沈積碳層於該太陽能電池之背面上；一遮罩裝載腔室，用以機械方式放置一遮罩於該太陽能電池上方；一碳蝕刻腔室，用以通過該該遮罩，在該碳層中蝕刻孔洞；一介電質層蝕刻腔室，用以通過該碳層，在該太陽能電池之介電質層內蝕刻孔洞；一遮罩卸除腔室，用以機械方式從該太陽能電池移除該遮罩；及一卸載腔室，用以從真空環境移除該太陽能電池。
12. 如申請專利範圍第11項的系統，另包括一在該介電質層蝕刻孔洞後，移除該碳層之碳灰化腔室。
13. 如申請專利範圍第11項的系統，其中該碳沈積腔室包括一化學氣相沈積腔室。
14. 如申請專利範圍第13項的系統，其該化學氣相沈積腔室包括一電漿增強化學氣相沈積腔室。
15. 如申請專利範圍第11項的系統，其該每個碳蝕刻腔室及該介電質蝕刻腔室皆包括一反應性離子蝕刻腔室。