[发明专利]钝化结晶硅太阳能电池的先进平台

说明书

技术领域

本发明的实施例大体而言关于在用于形成太阳能电池装置的基板上形成层的设备及方法。本发明对结晶硅太阳能电池的制造特别有用。

背景技术

光电(PV)电池或太阳能电池系将日光转换成直流(DC)电力的装置。典型的PV电池包括厚度通常小于约0.3mm的p型结晶硅圆或p型基板，其中n型硅材料薄层设置在p型基板的顶部上。由PV电池产生的电压或光电压及产生的电流取决于p-n结的材料性质、沉积层之间的介面性质以及装置的表面积。在暴露于日光(由来自光子的能量组成)时，PV电池的p-n结产生自由电子与空穴对。形成在p-n结的耗尽区上的电场使自由电子与空穴分离，产生电压。在PV电池连接至电力负载时，自n侧至p侧的电路允许电子的流动。电功率是在电子与空穴移动穿过外部电力负载并最终再结合时产生的电流与电压的乘积。每一太阳能电池产生特定量的电功率。多个太阳能电池平铺(tile)成经定尺寸以输送期望系统功率量的模组。

在过去的十年中，PV市场已经经历年增长率大于30％的增长。一些文章已提示全球的太阳能电池电功率产能在不久的将来可能超过10GWp。已估计所有光电模块的大于90％的光电模块是基于硅晶圆的。高市场增长率结合充分降低太阳能电力成本的需求已对用于光电设备的硅晶圆生产开发造成许多严峻挑战。

存在用于制造所形成的太阳能电池的有源区及载流金属线或导体的各种方法。在低成本下制造高效率的太阳能电池对于使太阳能电池在用于大规模消费的电力生产中更具竞争力是关键的。太阳能电池的效率与电池收集由各个层中吸收的光子产生的电荷的能力直接相关。良好的前表面钝化层与后表面钝化层可有助于降低形成的太阳能电池装置中产生的电子或空穴的再结合，并重定向电子与空穴返回至太阳能电池中以产生期望的光电流。在电子与空穴再结合时，入射太阳能重发射为热或光，从而降低太阳能电池的转换效率。此外，一般而言，钝化层将具有在光穿过钝化层时最小化光反射与光吸收的期望光学性质，并具有以下的期望功能性质：“表面”钝化(surface passivate)于上设置有该钝化层的表面，“主体”钝化(bulk passivate)基板表面及相邻区域，并储存期望电荷，以“场”钝化(field passivate)于上设置有该钝化层的太阳能电池基板表面。太阳能电池上的期望钝化层的形成可极大地改良太阳能电池的效率，然而，一或更多个形成的前侧钝化层的折射指数(n)与固有的消光系数(k)需随周围的层调整以最小化光反射并提高太阳能电池装置的光吸收。然而，沉积速率且因而在设定时段中可处理的基板的最终数目对折射指数及k值以及膜的物理性质(诸如，密度)有影响。

为了应对此等挑战，大体需要满足以下太阳能电池处理要求：1)需要改善基板制造设备的拥有成本(cost of ownership；CoO)(例如，高系统产出、高机器工作时间、便宜的机器、低耗材成本)；2)需要增加每个处理周期中处理的面积(例如，降低每个Wp的处理)；及3)需要良好控制形成层及膜堆迭形成制程的品质且该品质需足以产生非常高效的太阳能电池。因此，对成本有效地形成及制造用于太阳能电池应用的硅片材存在需求。

此外，随着对太阳能电池装置的需求的持续增长，藉由增加基板产出并改良在基板上执行的沉积制程的品质来降低成本为一种趋势。然而，与在太阳能电池生产线中的生产及支援所有处理部件相关的成本却持续快速增加。为了降低此成本同时亦降低表面污染，需要设计具有高产出、改良的装置产出率、降低的基板处理步骤的数目及紧凑的系统占据面积的新颖的太阳能电池处理系统及处理顺序。

发明内容

本发明的态样大体提供用于形成太阳能电池装置的一或更多个区域的高产出基板处理系统。在处理系统的一个配置中，于包含在高产出基板处理系统内的一或更多个处理腔室内沉积并进一步处理一或更多个太阳能电池钝化层或介电层。处理腔室可为(例如)等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)腔室、低压化学气相沉积(LPCVD)腔室、原子层沉积(ALD)腔室、物理气相沉积(PVD)或溅镀腔室、热处理腔室(例如，RTA或RTO腔室)、基板重定向腔室(例如，翻转(flip)腔室)及/或其他类似的处理腔室。