[发明专利]不规则表面的楔形压印图案形成

说明书

背景技术

特定的处理方案和结构被公开在以Emanuel M.Sachs、James F.Bredt和马萨诸塞州技术学院的名义于2008年2月15日申请的，名称为具有绒面的太阳能电池且指定美国的PCT申请No.PCT/US2008/002058中，该申请也要求如下两项美国临时申请的优先权：2007年2月15日申请的No.US 60/901,511和2007年1月23日申请的No.US 61/011,933。所有上述PCT申请和两个美国临时申请由此都以引用的方式被完全合并于此处。这些申请中所公开的技术此处共同地被称为自对准电池(SAC)技术。

于2008年12月12日申请的序列号为No.61/201,595，名称为不规则表面的楔形压印图案形成的美国临时专利申请与此处公开的内容相关，据此要求该申请的优先权，并由此要求该临时申请61/201,595的权益，并且由此该申请以引用的方式被完全合并于此处。

于2008年4月18日申请的序列号为No.61/124,608，名称为自对准电池结构的印刷面(printing aspects)美国临时专利申请与此处公开的内容相关，据此要求该申请的优先权，并由此要求该临时申请61/124,608的权益，并且由此该申请以引用的方式被完全合并于此处。

如下是期望的：获得用于通过点和线特性在硅晶圆上形成图案以限定将被蚀刻的区域的有效方法，允许形成在光伏(PV)电池中使用的光陷阱纹理和其他形貌特征。现代的硅太阳能电池具有200μm等级的厚度，因此如下是期望的：蚀刻的特征的大小为20μm的等级或更小，以限制昂贵的用于蚀刻的硅损耗的量以及相关联的所述晶圆的机械性弱点。经济的锯形晶圆原料具有明显的表面粗糙度，因此如下是更期望的：该图案形成方法与粗糙表面相适合。

最高效的实验室PV电池利用常规的光刻形成图案来精确地限定纹理和金属化区域，但是由于成本和速率问题，这些方法通常不用于电池的工业制造中。有限的使用光刻的制造在一些情况中是可行的，但是即使在最佳环境情况中成本也将是高的，主要由于光化学所需的特定性质，引入许多工艺步骤，以及相关联的产量损失。附加的要求包括减少通过旋涂形成的薄膜中固有的抗蚀材料的极端浪费，在具有可变厚度的多晶硅衬底上聚焦曝光，以及投影光刻设备的高资金成本。

已知的非光刻图案形成方法包括软平版印刷技术和纳米压印平版印刷。软平版印刷涉及使用具有凸起的平面(raised planar)(顶部平坦的)特征的弹性模来限定微型或纳米级别上的图案。最早的软平版印刷技术涉及脆性自组装单分子层的沉积，所述单分子层受限于其抵御强蚀刻化学作用的能力。随后的软平版印刷技术涉及在模中的通道内特定聚合物的热处理或光固化，其限制了该技术的一般适用性并具有如光刻技术一样的材料成本问题。软平版印刷技术目前没有以生产规模用于工业使用。

纳米压印平版印刷是另外一种非光刻图案形成技术，其涉及聚合物薄膜借助于工具的变形，所述工具具有凸起的平面特征，所述凸起的平面特征相对于该聚合物薄膜是刚性的。其目标在于得到用于VLSI应用的20nm尺寸的超细特征，其中光学衍射效应补偿了光刻弊端。硬工具的使用限制了该技术应用于常规抛光的衬底，并且一般地，在压印后的被压印的区域内，薄残留物层出现在该衬底的表面上，其必须在后续步骤中通过在真空条件下的干法刻蚀来清除。虽然一个电子制造公司具有合格的纳米压印平版印刷技术用于制造高性能德纳米级的微芯片，但是成本和速率的制约可能阻止其用在大尺寸、较低价值的衬底上，例如太阳能电池。同样，涉及的作用力(1900psi等级)可能会使易碎的不规则多晶硅晶圆破裂。纳米压印平版印刷技术没有出现在广泛的工业使用中，也没有在其他产业中看到显著的发展。

各种印刷技术已知的，用于产生聚合物墨水的图形，包括丝网印刷，凹版印刷，胶版印刷，以及苯胺印刷，并且这些技术对于太阳能电池工艺而言是足够快的，但这些技术通常受限于75-100um或更大级别的特征尺寸，这对于形成纹理图案而言太大了。在印刷期间油墨的动态压出，也被称为“网点增大”，限制了这些工艺在尺寸下限处的质量。

上述已知的技术具有局限性，所述局限性导致他们不适合用于在标准硅太阳能电池上进行表面纹理的工业化图案形成。因此如下是期望的：获得一种能够在该PV产业中典型的多晶硅晶圆原料的不规则表面上进行微米级图案形成的低成本工艺。如下是进一步期望的：这种方法有效地利用廉价的抗蚀材料，其需要相对少的工艺步骤，并且其适用于以每秒一个晶圆级别的速度进行高速连续处理。

部分发明内容