用于对旨在构成光电电池的硅片进行机械纹理化的装置和方法以及所形成的硅片制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于对用于构成光电（PV）电池的硅片（4）进行纹理化的新的技术方案。可以制造这样的硅片，其表面具有深度在5至50μm之间的均匀雕刻图案。

【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对旨在构成光电电池的硅片进行纹理化的装置和方法。本专利技术还涉及所获得的娃片(silicon wafer,娃晶片),特别是多晶晶片。
技术介绍
大多数光电电池(PV)是在于洁净的室内环境下实施娃片的加工的工业部门中由单晶或者多晶硅制造的。第一步是对晶片表面进行纹理化以降低其反射率。在业界使用的标准方法中，晶锭通过线切割而被切割成晶片，晶片通过化学侵蚀进行纹理化以改善陷光(light trapping)。为了优化该方法,通常寻求具有几微米尺寸的 结构。化学侵蚀可以通过或者在酸性介质中或者在碱性介质中完成。在上述两种情况下，该技术有效地使反射率降低，但它的缺点在于它要求对相当量的化学排放物的再处理。康斯坦茨大学(University of Constance)已经提出一种替换的方式,其基于机械蚀刻(一种由具有V形线条的微机加工金属部分构成且覆盖有由金刚石耐磨涂层构成的耐磨层的结构化工具)的方法。该方法已证明了其有效性以及其不会导致可能影响PV电池能量转换率的缺陷的能力。另外，已经解决了生产率(每个晶片数秒钟的工艺持续时间)以及结构工具的磨损和破损的问题。然而，机加工(特别考虑到尖端的曲率半径)以及金刚石粉末的粒度测定的问题限制了该方法的有效性。实际操作中，蚀刻的空间分辨率依然被限定于在标准实施中的50μπι数量级的值。在就级别而言的另一端，引用由具有AFM尖端的蚀刻完成的工作是可能的。接着可能获得极其精细的图案，其表面在亚微米级上是很洁净的。然而，尖端的移动速度很慢(最好的情况下为每秒大约数百微米)并且因此与工业方法不协调。因此，没有简单和有效的方法允许硅片的高速蚀刻来形成具有数十微米数量级的特征尺寸的纹理。由于使用线锯切割锭块会导致厚度变化(在传统的用碳化硅颗粒磨蚀的方法中其为30-40 μ m数量级)的事实，问题变得更加复杂。即使使用利用金刚石颗粒的更加先进和更加昂贵的方法，要使其降到IOym深度以下似乎是困难的。另外，通常施加化学预处理，使得能够在切割之后消除冷锻区。由于基于晶粒变化的侵蚀动力学，该预处理的作用也是为了提高晶片的粗糙度。总而言之，除在例外的情况下，待纹理化的晶片的尺寸变化显著地大于10 μ m。因而，文献中提到的技术都不能使得硅片的机械纹理化具有深度为数十微米数量级的蚀刻图案。因此，本专利技术的目的在于提出一种技术方案，以在可能具有平整度缺陷在5至50 μ m之间的区域上以与PV电池厂的生产需要相适应的速度完成具有特征尺寸在5至50 μ m之间的均匀蚀刻图案的硅片的纹理化，典型地，每个硅片的纹理化持续时间为几秒钟。更加一般的目的在于提出一种可以简便且有效实施的技术方案。
技术实现思路
为了实现这个，本专利技术的目的是一种用于对旨在构成光电电池的硅片进行机械纹理化的装置，该装置包括多个碳化钨 尖端和具有多个凹槽的支撑件，该多个凹槽中的每一个均能容纳碳化钨尖端使得其可以滑动，并且包括以与所述晶片的厚度变化无关的恒定的力使多个尖端的每一个保持压靠在硅片上的装置。支撑件优选地可以容纳尖端使得它们可以自由滑动。用于保持按压的装置则有利地由每一个尖端的固有重量组成。换言之，根据本专利技术，机械蚀刻的纹理化通过使用适于对在几十微米的等级上不平整的硅片进行纹理化的压力自调节系统来完成。为了解决与平整缺陷相关的难题，本专利技术利用这样的系统，该系统中，多个蚀刻尖端自由滑动以遵循待蚀刻表面的高度变化。因而，无论待蚀刻的表面的几何高度如何，压力保持与尖端的重量相等。尖端的竖直移位由支撑件引导。可以认为使用重块蚀刻的原理是公知的，但根据该文献 (US4821250A)的解决方案通过尖端局部地应用以蚀刻沟(furrow)。然而，本专利技术所源于的问题的具体特点在于需要共同地(即同时在待蚀刻的整个表面上)对硅片进行纹理化以遵守纹理化过程的规范。因此，根据本专利技术的装置包括具有凹槽的结构部件(支撑件)，尖端插入凹槽中。这些凹槽相对彼此错开一段距离山该距离限定了蚀刻间距。凹槽彼此隔开以保证组件的机械结合性。凹槽的下部是不规则四边形，其顶点处的角度大于尖端的顶点处的角度，以允许它们可以竖直地滑动。为了获得深度为5-20 μ m数量级(其对于传统用于PV应用的深度而言是典型的)的蚀刻轮廓，在O. I至2N之间的且优选地是在O. 3至IN之间的压力是优选的。并且硅片能够经受应力是完全不显见的，但是开展的测试显示它们能够经受高至2N的压力，除非晶片具有实质的初始裂纹。另一个难题与系统的几何性阻碍有关。实际上，尖端(与具有底部LX I和高度H的平行六面体相似)的尺寸和蚀刻区A和B的尺寸的相关性由下述等式确定kX (L+el) =A 并且 nX (l+e2) =B.装置还根据下式由蚀刻间距d具体限定nXd=L+el。用于限定尺寸和整数的的字母的参考在图2和图3中示出。长度A由待纹理化的晶片的尺寸确定，通常A=15cm。为了阐明问题，通过为凹槽和间距的尺寸赋予合理的值，L=4mm，l=2mm, el=e2=lmm且蚀刻间距d为20 μ m，上面的关系式给出K=30, n=250, B=O. 75m。即使这样的B的值可能看似较大，它对于工业应用却是完全可接受的，尤其是如果对在Y方向上对齐的几个晶片进行纹理化是可能的。还有两种减小B的尺寸的可能性分几级进行纹理化，在垂直于蚀刻方向Y (见图2和图3中的方向的参照)的X方向上将工具偏移。这等于将上面等式条件nXd= (L+el),重新限定为nXd=(L+el)/j，其中j是一个整数。因此，对于给定的L的值，可通过因子j来减小η且因此减小B。然而，由于生产率的原因，这个方案中j的值大于3是不现实的。另一个减小B的选择会是减小I的尺寸，但是这样会造成在不要求不满意的高度H的情况下得到合理的质量的问题。 实际上，使用诸如密度P为3. 2kg/m3数量级的碳化硅的材料，要使底部为4X 2mm2的平行六面体达到O. 5N需要高度为将近2m，这造成了装置的体积以及尖端的脆性的显而易见的问题。这是基本问题，即使将B维持在最大值O. 75以及使用j = 5级的行纹理化都不能解决这些问题。实际上，通过保持L=4mm、el=lmm以及蚀刻间距d为20 μ m,会导致k=30以及n=50。与前面情况的2mm对照，通过保持B=O. 75m以及e2=lmm,可以使1=1. 4cm。即使在对于工业配置来说不现实的极端条件下，会有H值大于28cm，由于装置的阻碍以及尖端的脆性的问题，这会再次成为限制。金刚石(P =3. 5kg/m3)的使用导致了成本方面的问题，并且仅允许有限的改进(H的减小量仅为10%)。以与硅(金刚石以及碳化硅)相容而有名的硬质材料因此也不适于实施本专利技术。为了应对这个困难，本专利技术人决定将碳化钨作为蚀刻材料进行测试，相对于金刚石或碳化硅，其密度(大于15kg/m3)允许对其进行真正的工艺分解。并且因为钨是对少数载流子(minority carriers)的寿命极其有害的金属中的一种并且因此对PV电池的效率极其有害，所以将这种材料作为PV应用中的用于蚀刻硅片的材料来使用是完全不显见的。例如，十亿分之一(ppb，或者同等的5X1013at/cm3)数量级的含量足以使P型硅的PV电池的效率降低大于4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：让保罗·加朗代，雅基·邦西永，卢卡·费代尔佐尼，马克·皮罗，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：
国别省市：