用于同时微结构化和钝化的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于通过液体射流引导激光工艺使含硅固体同时微结构化和钝化方法。通过激光实现固体表面的局部加热，同时在液体射流中包含用于钝化固体表面的前驱体。本发明专利技术还涉及一种用于同时微结构化和钝化的装置。该方法尤其用在太阳能电池的生产中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于通过液体射流导引激光工艺使含硅固体同时微结构化和钝化的方法。通过激光束实现固体表面的局部加热，同时在液体射流中包含钝化固体表面的前驱体。本专利技术还涉及一种用于同时微结构化和钝化的装置。所述方法尤其用在生产太阳能电池中。
技术介绍
从现有技术已知固体的微结构化，其中例如当前也利用液体射流导引激光的激光工艺或蚀刻工艺是已知的。随后，接着在附加步骤中使先前的结构化表面进行钝化。例如， 这可以通过在管式炉中进行SiNx的PECVD(等离子体增强化学气相淀积)淀积或热氧化来实现。然而，在这之前通常需要清洁步骤。由此必须处理整个晶片并且晶片上已经存在的所有元件必须符合处理条件，例如温度。其结果是，金属化之后，不再可能在管式炉中进行氧化。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是消除现有技术中已知的缺点，且提供一种结构化和钝化的方法，该方法使工艺管理更有效且更灵活。采用具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求14的特征的装置实现此目的。 其它从属权利要求公开了有利的扩展。根据本专利技术，提供一种用于使含硅固体同时微结构化和钝化的方法，其中液体射流被导引到固体的待结构化的区域上，该液体射流朝向固体表面且包括至少一个用于钝化固体表面的前驱体，激光束结合到液体射流中，其结果是由激光束局部加热固体表面，因此固体表面至少在待结构化的区域中被结构化，且因结构化而由前驱体形成的自由表面键饱和且因此在固体表面的结构化区域上形成钝化层。根据本专利技术的方法基于结合有激光束的液体射流，激光束导引在液体射流中，该液体射流优选地直径小于或等于100 μ m。该激光束也在液体射流的撞击点撞击固体表面， 且局部地加热固体。采用此方式，在固体表面的此区域中产生熔化以及可能气化固体所需的温度。如果液体射流中的载体液体撞击熔化的固体，则所述载体液体被热分解，且冷却后其组分使固体的表面键饱和及同时形成封闭层。根据本专利技术的方法的结果是，由于通过使用短脉冲激光辐射，优选地使用脉冲小于15ns的激光辐射，实现了表面熔化物的快速再凝固且因此避免由液体射流移动熔化物， 因此避免了局部微结构化期间对固体造成晶体损伤。特别地，如果载体液体基本上包括化学元素氢、氧、氮或碳，则可以利用在热固体表面上热分解该载体液体以使自由表面键饱和且外延地生长钝化层。基本上，存在产生由SiNx、SiOx或SiCx构成的钝化层的可能性。对产生SiNx钝化层来说，前驱体优选地选自铵盐、亚硝酸的碱盐、有机溶剂或水溶剂尤其是水中的N2O以及它们的混合物，所述铵盐尤其是亚硝酸铵、硝酸铵、氢氧化铵或氯化铵。对产生由SiOx钝化层形成的钝化层来说，前驱体优选地选自水、无机酸、有机酸、 带有氧化剂的BHF (氢氟酸)以及它们的混合物，无机酸尤其是硝酸、盐酸或过硫酸且以稀释形式，有机酸尤其是过乙酸、三氯乙酸或甲酸。对产生SiCx钝化层来说，前驱体优选地选自甲酸、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇和它们的混合物。优选地，所述基片选自硅、玻璃、含硅陶瓷和它们的复合系统。此外，优选地液体射流还可以具有添加剂，添加剂例如为用于清洁结构化区域的清洁剂，诸如盐酸。这使得能够在根据本专利技术的方法中添加附加的清洁步骤而不对本方法造成干扰。优选地，使用尽可能为层流的液体射流执行所述方法。激光束在液体射流中通过全反射以非常有效的方式被导引，使得液体射流执行光导的功能。例如可以通过喷嘴单元中的窗口实现激光束的结合，窗口方向垂直于液体射流的喷射方向。该窗口由此还能够设置成用于聚焦激光束的透镜。可选择地或者附加地，还可以使用独立于窗口的透镜聚焦激光束或形成激光束。因此，在本专利技术的特别简单的实施方式中，喷嘴单元可以设计成使得液体自垂直于喷射方向的一侧或多侧供应。优选地，可用如下类型的激光器各种固体激光器，特别是商业上常用的波长1064nm、532nm、355nm、266nm和213nm 的Nd-YAG激光器、波长小于IOOOnm的二极管激光器、波长514nm到458匪的氩离子激光器和准分子激光器(波长157到351nm)。随着波长的降低，微结构化的质量趋向提高，因为激光在表面层中引起的能量逐渐地越来越集中在表面上，这引起热影响区域减小，且与此相关地，减小了对材料的晶体损伤，尤其是减小了对钝化层下面的掺杂磷的硅的晶体损伤。在此上下文中，证明了脉冲长度为飞秒或纳秒范围的蓝色激光和接近紫外线(UV) (例如355nm)范围的激光特别有效。特别地，通过使用短波激光，还存在在硅中直接产生电子/空穴对的选择，该电子/空穴对能够用于在镍淀积期间进行电化学处理(光化学激活)。因此，除上文已描述的采用磷酸对镍离子进行氧化还原处理外，硅中的例如通过激光产生的自由电子能够有助于直接还原表面上的镍。此电子/空穴的产生能够通过在结构化处理期间以规定波长(具体是接近λ < 355nm的UV)对样本持久照射而被持久地维持，且随后能够促进金属核形成过程。为此目的，能够使用太阳能电池的特性以通过p-n结将多余的电荷载流子分开且因此为η型导电面充负电。 优选地，液体射流具有最大为500 μ m的直径，特别地具有最大为100 μ m的直径。更优选的是，采用液体射流实现钝化之后，对固体表面的钝化区域执行烧结。特别地，为此目的使用在混合气体下的烧结。根据本专利技术的方法特别适合于硅太阳能电池的结构化，且这里特别适合于太阳能电池的边缘隔离。首先，表面能够由包含在作用于该表面的液体射流中的激光束局部地熔化或者移除。接着，通过在液体射流中使用合适的载体液体，在该表面上产生薄钝化层。采用此钝化层，一方面降低了再结合活性，且另一方面施加了绝缘层。该绝缘层例如在背面接触电池的情况下是有利的或对工艺链中随后的金属化步骤来说是有利的。用于执行所描述类型的方法的装置能够被设置成包括具有用于结合激光束的窗口的喷嘴单元、供液和喷嘴开口，喷嘴单元通过导向装置固定，导向装置受控地、优选地自动地将喷嘴单元导引在待结构化的表面层上方。此外，所述装置一般还包括激光束源，该激光束源的光出口面对应窗口安置且例如可以由光导的一端提供。可选择地或附加地，用于执行根据本专利技术的方法的装置可能包括用于产生液体射流的喷嘴和激光源，所述喷嘴和激光源分别由一个导向装置定位或者由一个共同的导向装置定位，以将喷嘴和激光源导引在待结构化的表面层的相同区域上方。具体实施例方式参照随后的示例意欲更详细地说明根据本专利技术的方法，而不希望将根据本专利技术的方法限制于本文示出的具体实施方式。示例 1对于前端切断发射器和随后淀积薄SiNx钝化层来说，浓度为3mol/l的亚硝酸铵的水溶液用作载体液体。使用波长为1064nm、波束功率为76瓦特的Nd:YAG激光器作为激光源。基片相对于液体射流的移动速度是100mm/S。射流直径是80 μ m。示例 2用于前端切断发射器、随后淀积薄SiNx层的第二实施方式提供全氟萘烷 (perfluorodecaline)作为氮源的溶剂。由此，以0. lmol/1的浓度溶解在该液体中的笑气 (N2O)用作氮源。波长为1064nm且波束功率为76瓦特的Nd: YAG激光器用作激光源。基片相对于液体射流的移动速度是200mm/s。射流直径是80 μ m。示例 3用于前端切断发射器、随后淀积薄SiOx层的一个实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于使含硅固体同时微结构化和钝化的方法，在所述方法中，射向所述固体的表面且包括至少一个用于钝化所述固体的表面的前驱体的液体射流射到所述固体的待结构化的区域上，激光束结合到所述液体射流中，结果是所述固体的表面被所述激光束局部地加热且因此所述固体的表面至少在待结构化的区域内被结构化，且由于结构化由前驱体形成的自由表面键饱和并因此在所述固体的表面的结构化区域上形成钝化层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：库诺·梅耶，
申请(专利权)人：弗劳恩霍弗应用技术研究院，
类型：发明
国别省市：DE