[发明专利]用于同时微结构化和钝化的方法和装置

说明书

技术领域

本发明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。本发明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。

背景技术

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SiN_x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。

发明内容

因此，本发明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。

根据本发明，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。

根据本发明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100μm。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。

根据本发明的方法的结果是，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SiN_x、SiO_x或SiC_x构成的钝化层的可能性。

对产生SiN_x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SiO_x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SiC_x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发明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，在本发明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1000nm的二极管激光器、波长514nm到458nm的氩离子激光器和准分子激光器(波长：157到351nm)。