专利名称：用于在光伏应用中沉积微晶材料的方法和设备的制作方法
技术领域：
本申请一般涉及用于产生太阳电池的方法和设备，并且更具体地涉及用于在用于薄膜式太阳电池的衬底上沉积微晶硅层的方法和设备。
背景技术：
也称为光电转换器件或太阳电池的光伏器件是光、尤其是太阳光转换成直流电(DC)电功率的器件。针对低成本批量生产，薄膜式太阳电池特别令人感兴趣，因为其允许使 用玻璃、玻璃陶瓷或其他刚性或柔性材料作为衬底代替晶体或多晶硅。太阳电池结构、即负责或能够产生光伏效应的层序列被沉积在衬底上的薄层中。此沉积可以在大气或真空条件下进行。沉积技术在本领域中是众所周知的，诸如PVD、CVD、PECVD, APCVD等，其中的每ー个都在半导体器件的生产中使用。薄膜式太阳电池一般包括第一电极、一个或多个半导体薄膜p-i-n结以及第ニ电极，其被连续地堆叠在衬底上。姆个p-i-n结或薄膜光电转换单元包括被夹在P型层与η型层之间的i型层(P型=正掺杂，η型=负掺杂)。基本上为本征半导体层的i型层占用薄膜p-i-n结的厚度的多数，并且主要负责由太阳电池执行的光电转换。随着薄膜太阳电池被越来越多地大量生产，要求用于高效地且有效地制造此类太阳电池的集成制造过程。诸如等离子体增强化学气相沉积(“PECVD”)的常规制造过程传统上以利用用氢气或其他稀释气体高度稀释的反应物。例如，传统上用H2将硅烷(SiH4)气体稀释至按体积计10%以下的浓度，要求大量的氢气(H2)，其最終离开沉积室而不与另一反应物反应。換言之，被引入到沉积室中的大量H2的相当一部分意图仅稀释硅烷(SiH4)气体。氢气(H2)稀释剂的此相当一部分以其他方式对太阳电池的衬底上的层的形成没有贡献，并且作为要求处理的废产物被排出。对于此类过程而言，沉积期间的气体的总流量是影响泵、管道、气体供应的尺寸和要求处理的废料的主要因素之一，加剧了昂贵的生产成本。诸如上文所述的常规过程中的大的氢气(H2)体积流速的另一功能是冲走在等离子体体积中形成的含硅(Si)的产物。然而，大的氢气(H2)体积流速还夹带并从沉积室去除未离解(未完全离解)的硅烷(SiH4)。硅烷(SiH4)气体从沉积室的此提前去除促使硅烷(SiH4)气体被低效地消耗，并且要求处理将排出过量的硅烷(SiH4)气体(和部分离解硅烷(SiH4)X两个条件都増加薄膜式太阳电池的总产品成本。此外，在常规太阳电池制造过程期间在沉积室内建立的高过程压力减小了过程域中的用于分子的平均自由路径。这些提高的过程压力促进等离子体中而不是衬底上的微粒状含硅产物的生长，导致低沉积速率，这增加薄膜式太阳电池的生产所需的总时间。诸如磷化氢(PH3)和三甲基硼(B (CH3)3)的掺杂气体在根据常规制造エ艺来制备掺杂微晶硅层时负面地影响微晶硅的成核。为了抵制此类负面影响，因此传统上在与本征微晶硅的制备相比已经增加了氢气稀释和较低的总体积硅烷(SiH4)流量下制备P型和η型掺杂微晶硅层。但是除上述解决的问题之外，増加的氢气稀释导致较低的沉积速率。結果，即使太阳电池的掺杂层的厚度(几十nm)小于本征层的厚度，要沉积掺杂层所消耗的时间也对用以制造此类太阳电池的总时间要求具有显著影响。尝试克服上述问题通常涉及完全不同类型的沉积，常常涉及使用纯硅烷(SiH4)(即未稀释)进行的等离子体的产生。然而，这些不同的沉积过程由于气流稳定性的差别和硅粉俘获而要求对被设计成用于利用稀释硅烷(SiH4)的沉积过程的现有市售、大面积PECVD沉积机器进行显著修改。
发明内容
根据ー个方面，本申请涉及ー种用于生产光伏电池的沉积系统，包括沉积室，该沉积室基本上包围其中将使半导体材料沉积衬底上以在沉底上形成半导体材料的微晶层的反应空间。衬底调节器向衬底提供加热效应，向衬底提供冷却效应，或者向衬底提供加热和冷却效应以建立衬底的用于半导体材料沉积的期望温度。彼此相対的第一和第二电极以距离D分离，并被操作连接至将被激励以便将等离子体点燃并在沉积的至少一部分期间保持反应空间中的等离子体的电源。真空子系统至少部分地将沉积室抽空，并且输送子系统向反应空间引入过程气体。该过程气体包括来自半导体源的含半导体气体和来自稀释源的稀释剂。控制器被编程为控制真空子系统和输送子系统中的至少ー个的操作以在半导体材料沉积的至少一部分期间将在小于等于下式的压カ下保持负压
权利要求
1.一种用于生产光伏电池的沉积系统，所述沉积系统包括； 沉积室,其基本上包围其中半导体材料将被沉积到衬底上以在衬底上形成半导体材料的微晶层的反应空间； 衬底支撑体，其在反应空间中支撑所述衬底； 第一和第二电极，其彼此相对并以距离D分离，所述第一和第二电极被操作连接至将被激励以便将等离子体点燃并在沉积的至少一部分期间保持反应空间中的等离子体的电源； 真空子系统，其至少部分地抽空所述沉积室； 输送子系统，其向所述反应空间引入工艺气体，所述工艺气体包括来自半导体源的含半导体气体和来自稀释源的稀释剂；以及 控制器，其被编程为控制真空子系统和输送子系统中的至少一个的操作以 在小于或等于下式的压力下在半导体材料沉积的至少一部分期间保持负压
2.根据权利要求I所述的沉积系统，还包括衬底调节器，其向衬底提供加热效应或向衬底提供冷却效应，或者向衬底提供加热和冷却效应以建立用于半导体材料到衬底上的沉积的期望温度。
3.根据权利要求1-2所述的沉积系统，其中，所述第一电极包括所述衬底支撑体。
4.根据权利要求1-3所述的沉积系统，其中，由所述衬底调节器建立的衬底的期望温度在从约120°C至约280°C的温度范围内。
5.根据权利要求I- 4所述的沉积系统，其中，所述温度范围从约140°C至约220°C。
6.根据权利要求I- 5所述的沉积系统，其中，所述电源包括提供具有大于或等于35MHz的频率的RF功率的RF发生器。
7.根据权利要求6所述的沉积系统，其中，第一和第二电极中的至少一个包括基本上平面的表面，所述基本上平面的表面包括表面面积A，并且所述RF功率包括大于或等于表面面积A的O. I W每cm2的功率密度。
8.根据权利要求I- 7所述的沉积系统，其中，将所述第一和第二电极分离的距离D大于或等于约IOmm且小于或等于约30mm。
9.根据权利要求I- 8所述的沉积系统，其中，所述第一和第二电极中的至少一个包括基本上平面的表面，所述基本上平面的表面包括表面面积A，并且所述控制器进一步被编程为建立用于被引入到反应空间的工艺气体的表面面积A的约O. 03 sccm每cm2的流速。
10.根据权利要求I- 9所述的沉积系统，其中，所述控制器进一步被编程为将负压保持在大于或等于O. 8 mbar且小于或等于3. O mbar的压力。
11.根据权利要求I- 10所述的沉积系统，其中，所述控制器被编程为在半导体材料沉积的所述部分期间保持按体积计百分之七十(70%)以上的工艺气体中的含半导体气体的浓度。
12.根据权利要求I- 11所述的沉积系统，其中，所述工艺气体包括按体积计百分之七十五(75%)的作为含半导体气体的硅烷(SiH4)的和按体积计约百分之二十五(35%)的作为稀释剂的氢气(H2)。
13.根据权利要求I- 12所述的沉积系统，其中，所述输送子系统引入与稀释剂组合的掺杂剂，其中，所述掺杂剂包括将被包含在微晶层中以建立掺杂微晶层的杂质。
14.一种用于在沉积系统的沉积室中向衬底上沉积半导体材料的方法，所述沉积系统还包括以距离D分离并被操作连接至电源以便在沉积室中建立等离子体的第一和第二电极、用于至少部分地将沉积室抽空的真空子系统以及用于向沉积室引入工艺气体的输送子系统，所述方法包括 用控制器接收在半导体材料沉积的至少一部分期间将在沉积室内建立的负压，所述负压小于或等于50 mhar ■ mmD 其中，用mm来表示将所述第一和第二电极分离的距离D ； 传送压力信号，所述压力信号控制真空子系统的操作以至少部分地抽空沉积室并建立接收到的负压； 用控制器来传送等离子体信号，所述等离子体信号控制电源以激励所述第一和第二电极并在沉积室内建立等离子体；以及 传送流量信号，所述流量信号控制输送子系统的操作以向沉积室中引入含半导体气体和适当量的稀释剂以在沉积的至少一部分期间在沉积室内建立按体积计至少百分之五十(50%)的含半导体气体的浓度。
15.根据权利要求14所述的方法，所述沉积系统还包括向衬底提供加热效应和冷却效应中的一个或两个的衬底调节器； 用控制器接收用于沉积的衬底的目标温度； 传送温度信号，所述温度信号控制衬底调节器将衬底的温度提高、降低或提高和降低至接近于或近似等于目标温度的温度。
16.根据权利要求14- 15所述的方法，其中，接收到的目标温度为至少120°C且不大于 280 0C ο
17.根据权利要求14- 16所述的方法，其中，所述接收到的目标温度为至少140°C且不大于220°C。
18.根据权利要求14- 17所述的方法，其中，所述第一和第二电极中的至少一个包括基本上平面的表面，所述基本上平面的表面包括表面面积A，并且所述流量信号包括用于调整流量调节器以建立被引入反应空间的工艺气体的表面面积A的约O. 03 sccm每cm2期望流速的指令。
19.根据权利要求14- 18所述的方法，其中，所述压力信号包括将负压保持在从O. 8mbar至小于或等于3. O mbar范围内的指令。
20.根据权利要求14- 19所述的方法，还包括传送掺杂剂信号，所述掺杂剂信号控制输送子系统的操作以与稀释剂相组合地引入掺杂剂，其中，所述掺杂剂包括修改微晶层的本征导电性以建立掺杂微晶层的杂质。
全文摘要
本发明提供了一种用于生产光伏电池的沉积方法和系统。该方法包括在半导体材料沉积的至少一部分期间在反应室内保持负压。将第一和第二电极分离的距离D用mm来表示，并且大于或等于约10mm但小于或等于约30mm。在半导体材料沉积的至少一部分期间建立按体积计至少百分之五十(50%)的工艺气体中的含半导体气体的浓度。
文档编号C23C16/24GK102834546SQ201180019365
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月16日
发明者M.克林德沃特, M.库皮希 申请人:欧瑞康太阳能股份公司(特吕巴赫)