[发明专利]具有高反射率加热区段的快速热焙烧红外线传送带式热处理炉

说明书

发明人：Peter G. Ragay，La Palma，CA

Richard W. Parks，Lakewood，CA

Luis Alejandro Rey Garcia，Long Beach，CA

说明书

相关申请的交互参考

本申请是于2007年6月25日提交的美国正常申请SN 11/768,067的CIP申请，现在美国专利7,805,064于2010年9月28日公告，题目为具有高强度加热区段的快速热焙烧红外线传送带式热处理炉，其相应地是于2006年6月26日提交的美国临时申请SN 60/805,856的正常申请，题目为具有包括硅基太阳能电池晶片的改进材料的热处理的高强度加热区段的红外线传送带式热处理炉，其公开在比通过引用并入，根据35美国法典119段的规定在比要求其优先权。

技术领域

本发明是针对提高的红外线传送式热处理炉，特别用于丝网印刷的硅太阳能电池晶片的金属化焙烧，其具有导致更高的加工生产能力和合成太阳能电池光电材料元件的效率的焙烧工艺和改良的高峰(spike)区域。该改良系统特征为简化的高峰区域加热室，其利用布置在与反射器间隔的红外线加热灯元件后的高反射效率平板反射器表面。可选择地，该反射器可配置为创建冷却通道，其允许该炉的有用功密度基本上增加从而红外线加热灯在超过时间延长期直到额定功率输出的100％操作而没有过热。在反射器元件的这个可选配置中，由灯产生的红外线被聚焦从而大量IR射线进入工艺区这样增加加热效果和效率。

背景技术

硅基太阳能电池的加工需要一些专门的工艺以特定顺序产生。一般地这些工艺包括单晶硅锭，其在晶体生长炉中生长或在“定向凝固”炉里浇铸成多晶块。这些工艺的结果是称为锭的长“腊肠型”单晶团或多晶块，硅的薄片用“线状锯”被从中横向切割形成粗糙的太阳能晶片。这些晶片，无论是由单晶还是多晶结合在一起形成的，随后被加工以形成在150-330微米的厚度范围内的光滑晶片。由于合适的硅不足，当前趋势是使晶片更薄，典型地180微米厚度。

完成的原始晶片进而被加工成功能的太阳能电池，能够通过光伏效应产生电。晶片加工从各种清洗和蚀刻操作开始，以产生半导体“p-n”面结型二极管的称为扩散的工艺结束。扩散在高温下在有可选的磷源的情况下发生，例如稀释的磷酸喷射液体或由气泡氮、N₂通过液体POCL₃产生的三氯氧磷(POCL₃)蒸汽。这样掺杂的Si形成光伏电池的“发射”层，一旦暴露在阳光(普通光子源)下，该层发射电子。这些电子通过烧结进入电池表面的丝网印刷的金属接触的精细网格收集，更详细的描述如下。

为了加强形成低阻丝网印刷的金属接触到下面硅p-n结发射层的能力，额外量的磷沉积到晶片的前表面。磷通过持续到30分钟的高温扩散工序被送入晶片。额外的“电活性”磷使得低阻接触形成。然而，这种接触的形成以电池效率的损失为代价。电池效率损失起源于通过吸收更高能量但短波长的光子产生在或接近表面的电子-空穴对。这些“蓝光”光子迅速重组和消失，因而消除它们对电池产生的能量的贡献。

在扩散和各种清洗和刻蚀工艺来从晶片的侧面移除不需要半导体结后，晶片被涂敷抗反射涂膜，典型地氮化硅(SiN₃)，一般通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。在这些工艺的某些之间，晶片为随后的工艺准备而在低温干燥炉里干燥。

SiN₃抗反射涂层(ARC)沉积成大约0.6微米的光的1/4波长的厚度。在ARC应用后，电池表现深蓝表面色。ARC最小化了具有0.6微米左右的波长的入射光子的反射。

ARC SiNx涂层在PECVD工艺中通过在高或低频率微波场下混合不同浓度的硅烷、SIH₄、氨、NH₃和纯氮、N₂、气体形成。氢非常快速地分离和扩散进硅晶片。氢具有修复体积缺陷的偶然效应，特别在多晶材料中。缺陷是在电子-空穴对能够重组因而减少电池效率或能量输出的地方的阱。在随后IR焙烧(见下面)期间，升高的温度(高于400℃)将导致氢扩散出晶片。这样，短的焙烧时间对于阻止这氢从晶片中“气化出”是必要的。最好氢被捕捉和保持在块体材料(特别是多晶材料的情况)中。