專利名稱：等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于太陽能電池的等離子體織構(gòu)化技術(shù)，更具體地涉及等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，當(dāng)在太陽能電池晶片上通過干式刻蝕進(jìn)行等離子體織構(gòu)化以通過減少太陽能電池表面的光反射量來增加到達(dá)太陽能電池內(nèi)部的可用光的光吸收量時(shí)，該等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置可通過增加等離子體離子的密度和均勻度并適當(dāng)?shù)乜刂齐x子能量來改善制造效率和太陽能電池的質(zhì)量。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將光能轉(zhuǎn)化為電能的光電元件。太陽能電池被認(rèn)為是清潔能源，其可以克服由化石燃料能的使用所引起的問題，諸如環(huán)境污染、高燃料成本等。近來已經(jīng)積極開展研究以提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。作為提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的一種方式，在太陽能電池晶片上進(jìn)行濕式化學(xué)織構(gòu)化以減少太陽能電池表面上的光反射量以及增加到達(dá)太陽能電池內(nèi)部的可用光的光吸收量?；谶@一事實(shí)，在太陽能電池晶片的表面上形成尺寸為4 10 μ m的金字塔形。在上述通過濕式化學(xué)刻蝕進(jìn)行表面織構(gòu)化的情況下，太陽能電池晶片的兩面均被刻蝕。通常，盡管需要太陽能電池晶片具有不小于200 μ m的厚度，但是如果通過濕式化學(xué)刻蝕對(duì)超薄晶片(厚度不大于200μπι的太陽能電池晶片)進(jìn)行表面織構(gòu)化，則由于晶片的兩面都進(jìn)行刻蝕而可能導(dǎo)致晶片的破損。因此，難以將表面織構(gòu)化應(yīng)用于超薄晶片。為此，作為濕式化學(xué)織構(gòu)化的替代，等離子體織構(gòu)化得到了重視。如本領(lǐng)域中所公知的那樣，等離子體被稱為物質(zhì)第四態(tài)，并且等離子體是已經(jīng)部分地電離的氣體。這種等離子體因粒子而具有傳導(dǎo)性，所述粒子是電中性的而不帶正電荷和負(fù)電荷并且對(duì)于電磁場敏感。就此，可以將對(duì)應(yīng)用于等離子體的電磁場進(jìn)行控制的技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池織構(gòu)化處理。根據(jù)天線和介電窗，可將等離子體反應(yīng)裝置分為電磁線圈型等離子體反應(yīng)裝置、 平面型等離子體反應(yīng)裝置以及圓頂型離子體反應(yīng)裝置。根據(jù)電磁線圈型等離子體反應(yīng)裝置，由于電感值相對(duì)較高以及因高電壓而發(fā)生濺射問題，因此效率可能降低。根據(jù)平面型等離子體反應(yīng)裝置，由于等離子體源和晶片之間的距離為短，因此難以獨(dú)立地調(diào)整到達(dá)晶片表面的離子能量。根據(jù)圓頂型離子體反應(yīng)裝置，由于基底的面積增加，因此可能難以確保均勻的刻蝕速率。此外，考慮到半導(dǎo)體晶片呈圓形，傳統(tǒng)的平面感應(yīng)耦合等離子體系統(tǒng)包括圓筒形感應(yīng)線圈。然而，由于太陽能電池晶片呈矩形或正方形，因此當(dāng)使用傳統(tǒng)的等離子體反應(yīng)裝置時(shí)，可能難以確保在整個(gè)晶片上均勻刻蝕速率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提出本發(fā)明以試圖解決相關(guān)領(lǐng)域中所存在的問題，并且本發(fā)明的目的在于， 當(dāng)在太陽能電池晶片上通過干式刻蝕進(jìn)行等離子體織構(gòu)化時(shí)，通過使用正方形感應(yīng)線圈來增加等離子體離子的密度和均勻度并適當(dāng)?shù)乜刂齐x子能量。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置， 其包括腔室，包括介質(zhì)窗和腔室本體并且容納待織構(gòu)化的太陽能電池晶片；多邊形感應(yīng)線圈，設(shè)置在所述介質(zhì)窗的外側(cè)上部以產(chǎn)生用于產(chǎn)生等離子體的磁場；高頻低功率供應(yīng)單元，向所述腔室的陰極供應(yīng)與處理?xiàng)l件相對(duì)應(yīng)的高頻功率；以及高頻源功率供應(yīng)單元，向多邊形感應(yīng)線圈供應(yīng)高頻功率。


在閱讀以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述之后，本發(fā)明的上述目的、以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的被制造成多邊形的感應(yīng)線圈的示意圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的感應(yīng)線圈的平面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的感應(yīng)線圈的示意圖；圖5至圖7A至7D是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的感應(yīng)線圈的平面圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的高頻低功率供應(yīng)單元的圖示；圖9是示出在使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置的情況下太陽能電池晶片的反射率的試驗(yàn)結(jié)果的圖表；以及圖10是示出在使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置的情況下太陽能電池晶片的均勻性的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將更詳細(xì)地參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，該優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中示
出ο圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置的框圖。參照圖1，等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置包括腔室103、多邊形感應(yīng)線圈104、高頻低功率供應(yīng)單元108、以及高頻源功率供應(yīng)單元111。腔室103包括介質(zhì)窗103A和腔室本體10 并且容納待織構(gòu)化的太陽能電池晶片102。多邊形感應(yīng)線圈104設(shè)置在介質(zhì)窗103A的外側(cè)上部以產(chǎn)生用于產(chǎn)生等離子體的磁場。高頻低功率供應(yīng)單元108向腔室103的陰極101供應(yīng)與處理?xiàng)l件相對(duì)應(yīng)的高頻功率。高頻源功率供應(yīng)單元111向多邊形感應(yīng)線圈104供應(yīng)高頻功率。參考標(biāo)號(hào) 105表示處理模塊。由高頻低功率供應(yīng)單元108的高頻功率發(fā)生器106產(chǎn)生的高頻功率通過高頻匹配部件107被供應(yīng)到陰極101，待織構(gòu)化的太陽能電池晶片102被裝載在陰極101上。與此同時(shí)，由高頻源功率供應(yīng)單元111的高頻功率發(fā)生器109產(chǎn)生的高頻功率通過高頻匹配部件110被供應(yīng)到感應(yīng)線圈104，感應(yīng)線圈104安裝在太陽能電池晶片102上方。感應(yīng)線圈104不限于具體類型的感應(yīng)線圈。本發(fā)明的該實(shí)施方式采用ICP(感應(yīng)耦合等離子體)感應(yīng)線圈。因而，通過供應(yīng)到感應(yīng)線圈104的高頻電流在感應(yīng)線圈104周圍形成縱向磁場。由于通過磁場在等離子體中形成橫向電場，因此電子被加速。被加速的電子通過穿過趨膚深度從電磁場獲得能量、被引入到等離子體中、以及與被加速的粒子相碰撞，使得被引入到腔室103中的氣體被離子化，導(dǎo)致高密度等離子體的產(chǎn)生。感應(yīng)線圈104呈多邊形(例如，矩形或正方形)，以確保在整個(gè)呈矩形形狀的太陽能電池晶片102上的均勻刻蝕速率。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的被制造為呈上述形狀的感應(yīng)線圈的示意圖， 其示出了線圈以矩形纏繞3圈的結(jié)構(gòu)的示例。圖1中示出的感應(yīng)線圈104是沿著線A-A’ 取得的截面，該線A-A’在圖2中示出的感應(yīng)線圈104中繪出。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的感應(yīng)線圈的平面圖，其示出了線圈在徑向上纏繞以增加均勻度的結(jié)構(gòu)。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的感應(yīng)線圈的示意圖，其示出了為了獲得離子能量和離子密度的均勻性的多感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)。多感應(yīng)線圈具有這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，具有相同形狀(例如，矩形)的兩組感應(yīng)線圈401A和401B平行地彼此相連。流經(jīng)兩組感應(yīng)線圈401A和401B的電流方向是相同的。組的數(shù)量不限于兩個(gè)。例如，組的數(shù)量可以根據(jù)需求增加。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，例如，當(dāng)感應(yīng)線圈401A的右繞線和左繞線之間的距離‘r’與兩組感應(yīng)線圈401A和401B之間的間隔‘d’的比率為1時(shí)，刻蝕速率的均勻性是最高的。兩組感應(yīng)線圈40IA和401B中的距離和間隔可以彼此相同或不同。然而，難以將待織構(gòu)化的太陽能電池晶片102安裝在兩組感應(yīng)線圈401A和401B 之間。就此而言，如圖1所示，太陽能電池晶片102被裝載在位于腔室103中的陰極101上， 被制造為如圖4所示的多感應(yīng)線圈安裝在太陽能電池晶片102上方。在本文中，優(yōu)選的是通過對(duì)兩組感應(yīng)線圈401A和401B之間的間隔‘d’適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)整來獲得離子密度和能量分布的均勻性。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的感應(yīng)線圈的平面圖，其示出了一種批次式結(jié)構(gòu)，該批次式結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)以使得多個(gè)太陽能電池晶片可同時(shí)織構(gòu)化。由于布置成矩陣模式的多個(gè)感應(yīng)線圈501獨(dú)立地產(chǎn)生如上所述的與布置在陰極101上的太陽能電池晶片102 有關(guān)的磁場，因此可以同時(shí)進(jìn)行織構(gòu)化。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的感應(yīng)線圈的平面圖，其示出了一種批次式結(jié)構(gòu)，該批次式結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)以使得多個(gè)太陽能電池晶片可同時(shí)織構(gòu)化。批次式感應(yīng)線圈包括布置在水平方向上的多個(gè)線圈601以及布置在豎直方向上且位于線圈601下方或上方的多個(gè)線圈602。對(duì)右線圈和左線圈之間的間隔‘d’以及上線圈和下線圈之間的高度‘h’ (未示出)進(jìn)行調(diào)整，使得每個(gè)晶片的離子密度和離子能量可單獨(dú)地被控制并且多個(gè)太陽能電池晶片可同時(shí)織構(gòu)化。圖7A到圖7D是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的感應(yīng)線圈的平面圖，其示出了這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在感應(yīng)線圈中附加地設(shè)有感應(yīng)線圈以在考慮到太陽能電池晶片的大直徑(例如，300mm、450mm)的情況下獲得等離子體離子密度的均勻性。圖7A是在矩形感應(yīng)線圈701中附加地設(shè)有圓筒形感應(yīng)線圈702的示例。圖7B是在矩形感應(yīng)線圈703中附加地設(shè)有矩形感應(yīng)線圈704的示例。圖7C是在圓筒形感應(yīng)線圈 705中附加地設(shè)有矩形感應(yīng)線圈706的示例。圖7D是在矩形感應(yīng)線圈707中附加地設(shè)有矩形感應(yīng)線圈708以及在矩形感應(yīng)線圈708中附加地設(shè)有矩形感應(yīng)線圈709的示例。
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在使用具有這種結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈的情況下，通過使用功率分配器(未示出)對(duì)從高頻源功率供應(yīng)單元111供應(yīng)到設(shè)置在外部的感應(yīng)線圈的高頻功率以及從高頻源功率供應(yīng)單元111供應(yīng)到設(shè)置在內(nèi)部的感應(yīng)線圈的高頻功率獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整，從而可以以期望的程度確定相應(yīng)區(qū)域的離子密度。本發(fā)明不限于圖7A到圖7D所示的實(shí)施方式。例如，可以采用不同實(shí)施方式，其中在單個(gè)感應(yīng)線圈內(nèi)部順序地設(shè)有具有同一形狀或不同形狀的一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)線圈。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖1中示出的高頻低功率供應(yīng)單元108的圖示。參照圖8，高頻低功率供應(yīng)單元108包括多個(gè)高頻功率發(fā)生器106A至106C以及多個(gè)高頻匹配部件107A至107C，從而可以對(duì)離子能量的強(qiáng)度和密度以及自由基濃度進(jìn)行調(diào)整。在這種情況下，可以根據(jù)處理?xiàng)l件適當(dāng)?shù)靥峁母哳l功率發(fā)生器106A至106C供應(yīng)的高頻功率。例如，高頻功率發(fā)生器106A供應(yīng)具有相對(duì)較低頻率QMHz)的功率，高頻功率發(fā)生器106B供應(yīng)具有相對(duì)較高頻率(12. 56MHz至13. 56MHz)的功率，而高頻功率發(fā)生器 106C供應(yīng)具有更高頻率U7MHz至30MHz或60MHz)的功率。高頻功率發(fā)生器106A至106C供應(yīng)具有相對(duì)較低頻率的功率以提高離子能量的強(qiáng)度，并且供應(yīng)具有相對(duì)較高頻率的功率以提高離子能量的強(qiáng)度。從高頻功率發(fā)生器106A至106C供應(yīng)的高頻功率、以及從高頻功率發(fā)生器109供應(yīng)的高頻功率在低離解區(qū)域或在高離解區(qū)域中被調(diào)整，使得離子能量的強(qiáng)度和密度以及自由基濃度被調(diào)整。因此，可以確保太陽能電池晶片102的高刻蝕速率、廣泛的均勻性以及制
程裕量?？梢愿鶕?jù)處理?xiàng)l件選擇性地使用多個(gè)高頻功率發(fā)生器106A至106C和多個(gè)高頻匹配部件107A至107C之中的高頻功率發(fā)生器和高頻匹配部件。圖9是示出在使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置的情況下太陽能電池晶片的反射率的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。參照圖9，與裸晶片的光反射率在300nm至 SOOnm波長范圍內(nèi)平均為31. %的情況相比，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的太陽能電池晶片的光反射率隨著織構(gòu)化時(shí)間的流逝而減小且最大值小于1%。圖10是示出在使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置的情況下太陽能電池晶片的均勻度的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。參照圖10，在通過使用一般感應(yīng)線圈進(jìn)行織構(gòu)化的情況下，中心部分和邊緣部分的均勻度出現(xiàn)或更大的差異。然而，在通過使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的感應(yīng)線圈進(jìn)行織構(gòu)化的情況下，中心部分和邊緣部分的均勻度小于 0. 03%。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，當(dāng)在制造太陽能電池的過程中通過干式刻蝕在超薄晶片的表面上進(jìn)行織構(gòu)化時(shí)，通過使用多邊形感應(yīng)線圈產(chǎn)生磁場，使得刻蝕均勻性從晶片的中心部分到外周部分得到了改善，導(dǎo)致太陽能電池的反射率降低。因此，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到了改善。盡管處于說明性目的對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不偏離所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以進(jìn)行各種修改、增加和替換。
權(quán)利要求
1.一種等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，包括腔室，包括介質(zhì)窗和腔室本體并且容納待織構(gòu)化的太陽能電池晶片；多邊形感應(yīng)線圈，設(shè)置在所述介質(zhì)窗的外側(cè)上部以產(chǎn)生用于產(chǎn)生等離子體的磁場；高頻低功率供應(yīng)單元，向所述腔室的陰極供應(yīng)與處理?xiàng)l件相對(duì)應(yīng)的高頻功率；以及高頻源功率供應(yīng)單元，向多邊形感應(yīng)線圈供應(yīng)高頻功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，多邊形至少是矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，感應(yīng)線圈包括具有徑向結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，感應(yīng)線圈包括具有多組感應(yīng)線圈平行地彼此相連的結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，感應(yīng)線圈包括具有批次式結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈，在所述批次式結(jié)構(gòu)中，多個(gè)感應(yīng)線圈布置成矩陣模式以產(chǎn)生與相應(yīng)的太陽能電池晶片有關(guān)的磁場。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，感應(yīng)線圈包括具有批次式結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈，在所述批次式結(jié)構(gòu)中，在水平方向上布置有多個(gè)感應(yīng)線圈，并且在豎直方向上布置有位于布置在水平方向上的所述多個(gè)感應(yīng)線圈下方或上方的多個(gè)感應(yīng)線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，感應(yīng)線圈包括具有在單個(gè)感應(yīng)線圈內(nèi)部順序地設(shè)有具有同一形狀或不同形狀的至少一個(gè)感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，所述單個(gè)感應(yīng)線圈或設(shè)在所述單個(gè)感應(yīng)線圈內(nèi)部的至少一個(gè)感應(yīng)線圈包括多邊形感應(yīng)線圈或圓筒形感應(yīng)線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，所述單個(gè)感應(yīng)線圈或設(shè)在所述單個(gè)感應(yīng)線圈內(nèi)部的至少一個(gè)感應(yīng)線圈在高頻功率分配器的控制下獨(dú)立地調(diào)整放射的高頻功率，以允許相應(yīng)區(qū)域的離子密度以期望的程度被均勻地調(diào)整。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，所述高頻低功率供應(yīng)單元包括多個(gè)高頻功率發(fā)生器和多個(gè)高頻匹配部件，以調(diào)整離子能量的強(qiáng)度和密度以及自由基濃度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，其中，所述多個(gè)高頻功率發(fā)生器產(chǎn)生具有同一頻率或不同頻率的高頻功率。
全文摘要
一種等離子體織構(gòu)化反應(yīng)裝置，包括腔室，包括介質(zhì)窗和腔室本體并且容納待織構(gòu)化的太陽能電池晶片；多邊形感應(yīng)線圈，設(shè)置在所述介質(zhì)窗的外側(cè)上部以產(chǎn)生用于產(chǎn)生等離子體的磁場；高頻低功率供應(yīng)單元，向所述腔室的陰極供應(yīng)與處理?xiàng)l件相對(duì)應(yīng)的高頻功率；以及高頻源功率供應(yīng)單元，向多邊形感應(yīng)線圈供應(yīng)高頻功率。
文檔編號(hào)H05H1/10GK102403215SQ20101057348
公開日2012年4月4日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者樸根周, 金基洪 申請人:森美材料有限公司