阅读说明：本技术 用于太阳能电池中交指状图案的选择性沉积 (Selective deposition of interdigitated patterns for use in solar cells ) 是由 徐孟雷 T·伯纳达 H·斯瓦拉马克瑞希楠拉达克里希楠 J·普尔曼斯 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：提供了一种用于产生太阳能电池中交指状图案的方法(100),包括：提供(S110)具有一个或多个覆盖区域以及一个或多个暴露区域的基材,所述的覆盖区域被第一钝化层堆叠体覆盖,而第一钝化层堆叠体被第一硬掩膜覆盖。包括至少一个层的第二钝化层堆叠体选择性地沉积在暴露区域上,包括在暴露区域上和硬掩模上等离子体沉积(S120)至少一个层的子层,以及以硬掩模上蚀刻速率高于暴露区域的蚀刻速率对所添加的子层进行等离子体蚀刻(S130),从而基本去除硬掩模上的子层,而在暴露区域上留下有限厚度的子层,对剩余子层进行等离子体清洁(S150),并且通过重复沉积(S120)和蚀刻(S130)步骤添加另外的子层。可以重复(S142)清洁、沉积和蚀刻,直至获得第二钝化层堆叠体的所需厚度的至少一层。(A method (100) for generating an interdigitated pattern in a solar cell is provided, comprising: providing (S110) a substrate having one or more covered regions covered by a first passivation layer stack and one or more exposed regions covered by a first hard mask. A second passivation layer stack comprising at least one layer is selectively deposited on the exposed area, a sub-layer comprising at least one layer is plasma deposited (S120) on the exposed area and on the hard mask, and the added sub-layer is plasma etched (S130) at an etch rate on the hard mask that is higher than the etch rate on the exposed area, thereby substantially removing the sub-layer on the hard mask, while leaving a limited thickness of the sub-layer on the exposed area, the remaining sub-layer is plasma cleaned (S150), and additional sub-layers are added by repeating the steps of depositing (S120) and etching (S130). The cleaning, depositing, and etching may be repeated (S142) until at least one layer of a desired thickness of the second passivation layer stack is obtained.)

用于太阳能电池中交指状图案的选择性沉积

技术领域

本公开涉及生产太阳能电池的领域。具体来说，本公开涉及使用无定形硅的选择性沉积为太阳能电池产生交指状图案的方法。

背景技术

例如，异质结交指状背接触(HJ-IBC)型硅太阳能电池可以提供高能量转化效率。为了在背接触式太阳能电池中提取电荷载体，该电池的后侧被图案化成电子和空穴接触的交指状条带或图案。

然而，该后侧交指状图案的产生可能是复杂的，并且存在太阳能电池商业化的障碍。基于光刻和/或剥离的方法可能既昂贵又难以适应实验室外的大规模生产。

因此，需要用于该太阳能电池的改进的图案化方法。

发明内容

为了至少部分满足上述需求，本公开提供了如独立权利要求中所限定的用于为太阳能电池产生交指状图案的方法。所述方法的其它实施方式在从属权利要求中有所限定。

根据本公开的一个方面，提供了用于为太阳能电池产生交指状图案的方法。该方法可以包括：提供太阳能电池的基材。基材表面可以包括一个或多个暴露区域以及一个或多个被图案化第一钝化层堆叠体覆盖的区域。可以通过硬掩模来保护图案化第一钝化层堆叠体。该方法可以包括：在(基材表面的)一个或多个暴露区域上选择性沉积至少包括第一层无定形硅(a-Si或a-Si-H)的第二钝化层堆叠体，以使得第一钝化层堆叠体和第二钝化层听堆叠体可以形成交指状图案。选择性沉积第二钝化层堆叠体可以包括步骤(1a)：使用等离子体沉积工艺在硬掩模上和(表面的)一个或多个暴露区域中添加/沉积第一层(a-Si)的子层。选择性沉积第二钝化层堆叠体可以包括步骤(1b)：使用等离子蚀刻工艺在硬掩模上和一个或多个暴露区域中对(第一层a-Si的)所添加子层进行蚀刻。硬掩模上所添加子层的蚀刻速率可以高于一个或多个暴露区域中所添加子层的蚀刻速率，由此从硬掩模上基本去除(第一层的)所添加子层，并且在一个或多个暴露区域中留下有限厚度的(第一层的)所添加子层。换句话说，硬掩模上所添加子层的蚀刻可以比一个或多个暴露区域中所添加子层的蚀刻更快，由此从硬掩模上蚀刻掉所有或几乎所有添加的子层，在一个或多个暴露区域中保留所添加子层的至少一部分(具有有限厚度)。选择性沉积第二钝化层堆叠体还可以包括步骤(1c)：使用等离子体清洁工艺清洁添加在一个或多个暴露区域中剩余子层的表面，去除(可能是)步骤1b的等离子体蚀刻工艺所残留污染物，并且通过重复步骤1a和1b在一个或多个暴露区域中添加第一层的另一个子层。可以重复步骤1c(即，子层的清洁和另外子层的添加/沉积和蚀刻)，直至在一个或多个暴露区域中/上获得所需厚度的第一层。

本文中，层的“子层”在实施方法期间有时可以具有与最终层延伸度不同的延伸度。例如，所添加子层有时也可以覆盖硬掩模，虽然最终第一层由于选择性沉积基本仅覆盖(基材表面的)一个或多个暴露区域。这可以通过不同的蚀刻速率实现，该不同的蚀刻速率将允许完全或至少几乎完全去除在实施方法期间添加/沉积在硬掩模之上的第一层的任意部分(即，仅在一个或多个暴露区域上提供第一层和第二钝化层堆叠体的选择性沉积)。此外，在一个或多个区域“中”添加/沉积子层是指有时可以直接将子层添加/沉积在基材的暴露表面上，而且还可以替代性地将子层添加/沉积在前一迭代期间添加/沉积的另一个子层上。换言之，第一子层可以直接添加在基材的暴露表面上，而例如第二、第三……子层可以替代性地添加在之前所添加的子层上，而不是直接添加在基材的表面上。

除了实现第二钝化层堆叠体的材料沉积之外，对经蚀刻子层进行清洁的步骤还可以进一步改进被第二钝化层堆叠体覆盖的基材表面的表面钝化，实现例如基材中少量载流子的寿命增加。同时，使用等离子体清洁工艺(例如不同于外部HF浸渍)可以允许通过使用例如与蚀刻步骤中所用相同的等离子体室在原位进行该清洁而不会破坏真空。这仍然维持了足够的寿命。

在一些实施方式中，所述方法还可以包括：在一个或多个暴露区域中/上获得所需第一层厚度之后，对第一层进行热退火。对第一层进行热退火可以有助于改进第一a-Si层的表面钝化质量，这可以实现例如基材中少量载流子的寿命增加。

在一些实施方式中，该热退火温度可以为200℃至250℃。

在一些实施方式中，在步骤1b中的蚀刻后，一个或多个暴露区域中剩余的所添加子层的有限厚度可以为2nm或更低。换言之，每次清洁、沉积和蚀刻的迭代可以使得第一层的厚度增加至多2nm。

在一些实施方式中，在步骤1b中的蚀刻后，一个或多个暴露区域中剩余的所添加子层的有限厚度可以为0.5nm或更高。换言之，每次清洁、沉积和蚀刻的迭代可以使得第一层的厚度增加至少0.5nm。

在一些实施方式中，(步骤1a中所用的)等离子体沉积工艺可以包括：延迟a-Si的沉积直到等离子体被激发之后。延迟a-Si的沉积直到等离子体被激发之后可以进一步提高表面钝化质量。换句话说，通过防止沉积在例如基材表面上的大量a-Si主要在激发阶段进行沉积，可以改进表面钝化质量。这可以包括降低激发阶段沉积形成的Si-H₂的浓度，Si-H₂可能对钝化质量有不利影响。这可以通过仅以较低功率(即，在等离子体沉积工艺的初始高功率激发阶段之后)沉积a-Si来实现。

在一些实施方式中，该延迟可以为1秒至5秒。

在一些实施方式中，(步骤1a中所用)等离子体沉积工艺可以包括使用SiH₄(硅烷)前体。

在一些实施方式中，一个或多个暴露区域中第一层的所需厚度可以是3nm至10nm。该厚度可以很好地对应于太阳能电池第一钝化层堆叠体中第一层的所需厚度。

在一些实施方式中，(步骤1b中所用)等离子体蚀刻工艺可以包括使用选自下组的前体：NF₃/Ar、CF_x、HB_r/Cl₂、HBr/O₂和SF₆/O₂。使用例如NF₃/Ar前体可以有助于避免蚀刻诱导的缺陷，并且/或者避免可能由其它前体(例如，例如H₂)引起的诱导缺陷的磊晶硅层(epi-Si layer)(例如多晶硅)。

在一些实施方式中，(步骤1c)中的清洁持续时间可以为10秒至30秒。

在一些实施方式中，(步骤1c)中用于清洁的功率密度可以为至少90mW/cm²。

在一些实施方式中，(步骤1c中所用)等离子体清洁工艺可以包括使用选自下组的前体：H₂、Ar、N₂O/NH₃和O₂/NH₃。

在一些实施方式中，第一a-Si层可以是第一层本征a-Si(或a-Si:H)。第二钝化层堆叠体可以包括第二层掺杂的a-Si(或a-Si:H)。第二钝化层堆叠体的选择性沉积还可以包括步骤(2a)：使用等离子沉积工艺在硬掩模上和一个或多个暴露区域中的第一层上添加/沉积第二层的子层。第二钝化层堆叠体的选择性沉积可以包括步骤(2b)：使用等离子蚀刻工艺对添加在硬掩模上和一个或多个暴露区域中第一层上的第二层子层进行蚀刻。添加在硬掩模上第二层子层的蚀刻速率可以高于添加在一个或多个暴露区域中第一层上第二层子层的蚀刻速率，由此从硬掩模上基本去除添加的第二层子层，并且在一个或多个暴露区域中留下有限厚度的添加第二层子层。第二钝化层堆叠体的选择性沉积可以包括步骤(2c)：使用等离子体清洁工艺清洁添加在一个或多个暴露区域中/上第一层上剩余第二层子层的表面，去除来自(步骤2b中)等离子体蚀刻工艺的残留污染物，并且通过重复步骤2a和2b在一个或多个暴露区域中的第一层上添加第二层的另一个子层。可以重复步骤2c，直至在一个或多个暴露区域中第一层上获得所需厚度的第二层。换言之，该方法可以包括：(使用与选择性添加第一层相同或类似的方法)在第一层(顶部)同样添加第二层。第一(本征)a-Si层(或a-Si:H)和第二(掺杂)a-Si(或a-Si:H)层可以形成第二钝化层堆叠体。第二层的掺杂可以是例如与第一钝化层堆叠体掺杂的a-Si层相反的类型(p型掺杂或n型掺杂)。

在一些实施方式中，(一个或多个暴露区域中第一层上的)第二层的所需厚度可以是5nm至35nm。该厚度可以很好地对应于太阳能电池第二钝化层堆叠体中掺杂的a-Si层的所需厚度。

本公开涉及本文提及的特征的所有可能组合，包括上面列出的特征以及将在下面参考不同实施方式描述的其它特征。本文描述的任意实施方式可以与本文同样描述的其它实施方式组合，并且本公开还涉及所有这样的组合。例如，如果添加该第二层，本文所述的与第二钝化层堆叠体第一层的选择性添加/沉积有关的所有限定也可以适用于第二钝化层堆叠体第二层的选择性添加/沉积。

附图说明

将参照附图描述示例性实施方式，其中，

图1示意性显示了根据本公开方法的多个实施方式的流程图；并且

图1b至1h示意性显示了图1a方法的实施方式中的不同步骤。

在附图中，除非另外说明，相同的编号用于相同的元件。除非明确地指出相反，否则附图仅显示了解释实施方式所必需的元件，而且为了清楚起见，可以省略或仅仅暗示其它元件。如图所示，元件和区域的尺寸为了说明的目的而被放大，并且因此提供用于说明实施方式的大致结构。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的方法(或工艺)的示例性实施方式。附图显示了现有的优选实施方式，然而但是，本发明可以许多不同的形式实施，并且不应受限于本文所述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了彻底和完整，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。

参见图1a至1h，在下文中描述了本公开的用于为交指状背接触式太阳能电池产生交指状图案的方法的实施方式。

图1a示意性显示了方法100的流程图。图1b至1h示意性显示了方法100的不同步骤。

在第一步骤S110(如图1a和1b所示)中，提供太阳能电池的基材100(例如，结晶和/或半导体基材)。例如，基材100可以是结晶硅基材，但是也可以设想可以使用其它类型的基材(例如，GaAs基材)。基材110具有一个或多个暴露区域120(即，在这些区域中基材110的表面被暴露，并且未被其它结构覆盖)。基材110还具有被图案化第一钝化层堆叠体130覆盖的一个或多个其它区域122。第一钝化层堆叠体130可以包括例如本征a-Si(或a-Si:H)层132和掺杂的a-Si(或a-Si:H)层134。掺杂类型可以是例如n型或p型。图案化第一钝化层堆叠体130继而被硬掩模136覆盖，硬掩模136倍用于例如使第一钝化层堆叠体130图案化。该硬掩模136例如可以是硅氧化物(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)、铝(Al)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)和/或其它合适材料。

为了形成太阳能电池的交指状图案，方法100将通过选择性沉积第二钝化层堆叠体来实施。如本文后续所述，交指状图案将通过第一钝化层堆叠体130和第二钝化层堆叠体形成。如图1h所示，第二钝化层堆叠体140将包括第一层142。同样设想第一钝化层堆叠体140可以包括其它层，例如在第一层142顶部产生的第二层144。例如，第一层142可以是本征a-Si(或a-Si:H)层，并且第二层144可以是掺杂类型与第一钝化层堆叠体130的掺杂a-Si层134相反的掺杂a-Si(或a-Si:H)层。下面将更详细地描述第二钝化层堆叠体的选择性沉积。

在第一步骤S120(如图1a和1c所示)中，方法100通过沉积第一层142的子层142-1来继续进行。将子层142-1沉积/添加在硬掩模136上和基材110的一个或多个暴露区域120上。子层142-1的沉积使用等离子体沉积工艺进行，如图1c的箭头150所示。在一些实施方式中，步骤S120中所用的等离子体沉积工艺可以是例如PECVD法，并且包括使用例如H₂和SiH₄。等离子体可以在等离子体激发阶段以例如135mW/cm²或类似功率密度激发。等离子体激发阶段之后可以是较低功率密度(例如，约20-45mW/cm²)的沉积阶段。在一些实施方式中，设想可以仅在等离子体激发阶段完成后将SiH₄引入沉积室，并且可以在等离子体沉积工艺的沉积阶段和等离子体激发阶段之间引入延迟。例如，这可以降低a-Si沉积层中Si-H₂的浓度，并且提供改进的钝化质量和更长的(少量)载流子寿命。例如，在激发阶段以约300W功率仅引入H₂。在延迟例如1秒至5秒后，可以将SiH₄引入室内，并且a-Si的沉积可以在例如20mW/cm²至45mW/cm²、例如25mW/cm²至32mW/cm²如27mW/cm²的功率密度下发生。仅在较低功率的沉积阶段期间形成/沉积a-Si，可以改进钝化质量，并且使得载流子寿命更长。所添加子层142-1的沉积厚度可以是例如3nm至10nm，例如5nm。

然后，该方法100开始下一步骤S130(如图1a和1d所示)，其中，使用等离子体蚀刻工艺(如箭头152a和152b所示)从硬掩模136上去除子层142-1。用于蚀刻152a掉添加在硬掩模136上子层142-1的蚀刻速率可以高于蚀刻152b掉添加在一个或多个暴露区域120上子层142-1的蚀刻速率。一旦去除硬掩模136上基本所有添加的第一层142-1，则停止蚀刻152a和152b。由于添加在一个或多个暴露区域120中子层142-1的蚀刻速率较低，有限厚度的添加子层142-1残留在一个或多个暴露区域120中。在蚀刻后，污染物160可能至少残留在一个或多个暴露区域120中所添加子层142-1表面上。在蚀刻步骤后残留的污染物可能对钝化质量有负面影响(例如，降低钝化质量)。该污染物(未显示)也可能残留在硬掩模136上。例如，等离子体蚀刻工艺152a和152b可以使用NF₃/Ar作为蚀刻前体，其可以防止或至少减少引入使用H₂作为蚀刻前体时可能存在的缺陷多晶层。NF₃/Ar的使用可以有助在基材上获得选择性沉积的纯a-Si层，由此进一步改进载流子寿命。其它可用的蚀刻前体包括：例如，CF_x(例如，CF₄和C₂F₆)、HBr/Cl₂、HBr/O₂和/或SF₆/O₂。在等离子体蚀刻工艺期间的蚀刻量取决于所沉积子层142-1的厚度。例如，可以进行蚀刻以使得在停止蚀刻后，有2nm或更少(但是仍为至少0.5nm或更多)的子层142-1剩余在一个或多个暴露区域120上。例如，如果沉积了5.5nm的a-Si(在例如30秒的沉积时间后)，在2.3毫巴压力、115mW/cm²的功率密度和约175℃的温度下，使用约25sccm/75sccm的NF₃/Ar气体混合物在10秒内可以蚀刻约4.2nm。当然，应注意参数取决于所用的具体设备，并且随后为了获得相同的结构可能需要其它参数值。如果没有相反描述，这同样适用于本文实施例所给出的所用加工参数值。

在蚀刻后，方法100移动到评估步骤S140，其中，对目前沉积的第一层142的厚度进行评估，并与最终第一层142的所需厚度进行比较在仅单次沉积和蚀刻后，似乎第一层142的厚度仍不足够，并且方法100可以随后沿S142前进以至少再次重复沉积步骤S120和蚀刻步骤S130。另一方面，如果确定第一层142的厚度与所需厚度匹配，则方法100可以离开重复循环，反而沿着S141继续同样设想可以预先决定将需要多少次迭代，并且随后评估步骤S140可以用计数步骤替代，该计数步骤简单迫使该方法在向着S141前进之前回到迭代循环中预定次数。同样可以以合适的方法决定第一层142的厚度。厚度可以进行实际测量，或者可以设想基于例如沉积和/或蚀刻步骤期间所用的气流速率、时间和功率来估算厚度。

如果决定需要进一步沉积和蚀刻(例如，通过查看现在的厚度、或通过计数目前的迭代数)，方法100可以实施等离子体清洁步骤S150(如图1a和1e所示)。等离子体清洁工艺(如箭头154所示)可以用于对剩余的所添加子层142-1表面进行清洁，去除蚀刻步骤S130后残留的污染物160。例如，等离子体清洁工艺154可以是H₂等离子体清洁工艺。其它清洁前体可以是：例如，Ar、N₂O/NH₃和O₂/NH₃。清洁是可以是：例如，10秒至30秒，例如20秒。较短的时间可能导致清洁不充分，并且较长的清洁时间可能导致沉积的a-Si被H₂等离子体损坏。清洁功率可以是例如200W或更高，取决于所用的具体设备。例如，清洁功率密度可以等于90mW/cm²或更高。可以功率密度可以改变成足以去除蚀刻步骤S130后残留在所添加子层142-1表面上的氟污染物。等离子体清洁工艺可以是不需要使用湿化学品(例如，HF浸渍)的干法。除了提供改进的钝化和载流子寿命之外，可以在与等离子体沉积和蚀刻步骤所用相同的等离子体室内进行原位等离子体清洁工艺而不会破坏真空。例如，这可以改进本方法的工业应用。清洁工艺还可以清洁硬掩模136的表面。

在清洁后，可以再次实施沉积步骤S120和蚀刻步骤S130，以进一步增加第一层142的厚度。图1f和1g中显示了步骤S120和S130的一次迭代。在图1f中，通过使用如箭头150所示的沉积工艺将另外的子层142-2沉积在硬掩模136上以及之前沉积的第一层142的剩余子层142-1上。沉积工艺150可以类似于或等同于先前执行的子层142-1沉积步骤S110中所用的沉积工艺。接着，如图1g所示，重复蚀刻步骤S130，直至基本去除硬掩模136上的子层142-2，而有限厚度的子层142-2残留在一个或多个暴露区域120中前子层142-1上。

如图1g所示，随后可以(在步骤S140中)确定第一层142的总厚度以匹配第一层142的所需厚度，并且该方法100可以离开迭代循环。虽然此处未显示，但是可以设想如果需要更大厚度的第一层142，可能需要进一步迭代。例如，如果是本征a-Si层，则第一层142的所需厚度可以是例如3nm至10nm。在附加的子层142-2的表面上可能留有污染物(例如氟化物)，但是设想可以(如果需要的话)在作为制造太阳能电池完整过程一部分的随后的清洁步骤(未显示)中去除这些污染物。

如图1h所示，第二钝化层堆叠体140也可以包括第二层144。如本文前文中所述，第二层144可以例如具有与第一钝化层堆叠体130中掺杂的a-Si层134相反的掺杂类型。例如，如果是掺杂的a-Si层，则第二层144的所需厚度可以是例如5nm至35nm。第二层144可以使用与第一层142所述的相同迭代方法，选择性沉积在第一层142上。可以使用合适的方法去除硬掩模，并且，第一钝化层堆叠体130和第二钝化层堆叠体可以形成太阳能电池的交指状图案。

在方法100的一些实施方式中，如图1a所示，该方法100可以包括退火步骤S160，该退火步骤S160在一旦评估步骤S140(或计数步骤)确定所沉积第一层142的厚度与所需厚度匹配时实施。退火温度可以是例如200℃至250℃。例如，退火期间所用气体可以包括N₂、N₂/H₂、H₂或空气。可以设想：在该方法的一些实施方式中，退火可以在选择性沉积第二钝化层堆叠体140的各层之后进行，而且退火后仅在已经选择性沉积第二钝化层堆叠体140的所有层(例如，第一层和第二层)时实施。第一层142和/或第二层144(如存在)的退火可以进一步改进钝化质量和载流子寿命。还设想退火温度取决于待退火层的数量以及类型。例如，如果仅存在第二钝化层堆叠体140的第一层142(其可以是本征a-Si层)，退火温度可以是例如200℃至250℃。如果还存在第二层144(其可以是掺杂的a-Si层)，则例如，退火可以在150℃至200℃的温度下进行。

本文所公开的方法提供了选择性沉积第二钝化层堆叠体的改进方法，当第二钝化层堆叠体与第一钝化层堆叠体结合时可以产生交指状背接触太阳能电池所需的交指状图案。通过结合迭代沉积、以不同蚀刻速率进行蚀刻以及中间清洁，该方法可以提供足够的沉积选择性(即，使得没有材料或极少的材料保留在例如用于使第一钝化层堆叠体进行图案化的硬掩模顶上)，而且还提供足够的(例如，晶体硅c-Si的)表面钝化和足够的(少量)载流子寿命。

尽管上文以特定组合描述了特征和元件，但是每个特征或元件可以单独使用而无需其它特征和元件，或者在具有或不具有其它特征和元件的各种组合中使用。这同样适用于方法和单独的方法步骤，如果没有另外明确指出，它们可以单独使用或以其他顺序组合使用。

此外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施方式的变体。即使已经参考有限数量的示例/实施方式主要描述本公开的发明构思，但是本领域技术人员容易理解，除了上文公开的示例之外的其他示例同样可以在所附权利要求限定的本发明构思的范围内。

在权利要求中，词语“包含(包括)”不排除其它元素，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除复数形式。在相互不同的从属权利要求中列举某些特征并不表示这些特征的组合不能被用于获得优势。