[发明专利]用于多层图案的印刷的闭环反馈控制的方法和装置

说明书

技术领域

本发明的实施例一般地涉及用于在衬底表面的所需区域上形成图案化层的方法和装置。具体来说，根据本发明的方法可以用在用于通过在衬底上进行多层印刷来产生多层图案的系统中，不论该多层印刷是通过丝网印刷、喷墨印刷、激光印刷还是其它类似类型的印刷。

背景技术

太阳能电池是将太阳光直接转化为电功率的光伏(PV)设备。PV市场近十年来已经经历了以超过30％的年增长率的增长。一些文章指出全世界的太阳能电池发电量在不久的将来可能超过10GWp。据估计，所有太阳能模块中超过95％为基于硅晶圆。高市场增长率连同对实质上减少太阳能电池成本的需要导致了对于廉价地形成高质量太阳能电池来说的若干严重挑战。因此，制造具有商业利益的太阳能电池的一个主要因素在于通过改进设备产率和增加衬底生产量来降低形成太阳能电池所需要的制造成本。

太阳能电池通常具有一个或多个p-n结。每个p-n结包括半导体材料内两个不同的区域，其中一侧被表示为p型区域，而另一侧被表示为n型区域。当太阳能电池的p-n结曝露于太阳光(由来自光子的能量构成)时，太阳光通过PV效应直接转化为电力。太阳能电池产生特定量的电功率，并被平铺成大小适于传递所需量的系统功率的模块。太阳能模块由特定框架和连接器接合为面板。太阳能电池通常形成于硅衬底上，该硅衬底可以是单晶或多晶硅衬底。典型的太阳能电池包括硅晶圆、衬底或薄片，薄片通常小于约0.3mm厚，在形成于衬底上的p型区域顶部上具有薄n型硅层。

图1A和图1B示意性描绘制造于晶圆2上的标准硅太阳能电池1。晶圆2包括p型基极区域3A、n型发射极区域3B和设置于这两者之间的p-n结区域4。n型区域或n型半导体是通过向半导体掺杂某些类型的元素(例如，磷(P)、砷(As)或锑(Sb))以增加负电荷载流子(即，电子)的数量来形成。类似地，p型区域或p型半导体是通过将三价原子添加到晶格从而导致失去来自硅晶格常见的四个共价键中的一个的电子来形成。因此，掺杂剂原子可以接受来自相邻原子共价键的电子以完成第四个键。掺杂剂原子接受电子，引起失去来自相邻原子的一个键的一半并导致形成“空穴”。

当光落到太阳能电池上时，来自入射光子的能量在p-n结区域4的两侧上产生电子空穴对。电子扩散经过p-n结而到达低能级，而空穴在相反方向上扩散，从而在发射极上形成负电荷并且在基极中积累相应的正电荷积累。当在发射极与基极之间形成电路并且p-n结曝露于某些光波长时，电流将流动。半导体在被照射时产生的电流流过设置于太阳能电池1的正面5A(即，光接收侧)和背面5B中的触点。如图1A所示的顶部接触结构通常被配置为宽间距的薄金属线或将电流供应给较大母线(bus bar)7的指状物6。背部触点8通常被限制为形成在多个薄金属线中，因为背部触点8不会阻止入射光照到太阳能电池1上。太阳能电池1通常覆盖有薄介电材料(如Si₃N₄)层，以用作抗反射涂层9或ARC，以最小化来自太阳能电池1的顶表面10的光反射。

丝网印刷长期以来用于物体(如布料或陶瓷)上的印刷设计中，并且用在用于在衬底表面上印刷电气组件设计(如电触点或互连)的电子工业中。当前技术水平的太阳能电池制造过程也使用丝网印刷过程。在一些应用中，需要在太阳能电池衬底上丝网印刷接触线(如指状物6)。指状物6与衬底接触，并适应于形成与一个或多个掺杂区域(例如，n型发射极区域3B)的欧姆接触。欧姆接触是半导体设备上已经制备成使得设备的电流电压(I-V)曲线为线性且对称的区域，即，在半导体设备的掺杂硅区域与金属接触之间不存在高电阻界面。低电阻的稳定的接触对于太阳能电池的性能和形成于太阳能电池制造过程中的电路的稳定性来说非常关键。

重掺杂区域11可以使用多种图案化技术以产生不同掺杂区域来形成在衬底表面上，例如，通过使用图案化扩散屏障执行磷扩散步骤。背面接触通过与衬底的p型基极区域形成欧姆接触而完成了太阳能电池产生电流所需的电路。为了增强与太阳能电池设备的接触，通常将指状物6定位在形成于衬底表面内的重掺杂区域11上，以形成欧姆接触。由于所形成的重掺杂区域11因其电学性质而趋向于阻挡或最小化能穿过其的光量，所以希望最小化重掺杂区域11的尺寸，同时也使得这些区域足够大以确保指状物6能够可靠地对准并形成于重掺杂区域11上。