硅太阳电池的改进的氢化制造技术

本发明专利技术涉及硅太阳电池的改进的氢化，提供一种硅光伏结装置的氢化方法，硅光伏结装置包括形成至少一个p-n结的p-型硅半导体材料和n-型硅半导体材料。方法包括：i)确保氢必须从其扩散通过的任何硅表面磷扩散层具有1x1020原子/cm3或更小的峰值掺杂浓度以及氢必须从其扩散通过的硅表面硼扩散层具有1x1019原子/cm3或更小的峰值掺杂浓度；ii)提供装置的每个表面能获取的一个或多个氢源；以及iii)将所述装置或所述装置的局部区域加热至至少40℃，同时用至少一个光源同时照射装置的全部的至少一些和/或有利地装置的全部，借此，具有在硅内生成电子空穴对的足够能量的所有入射光子(换言之，能级在1.12eV的硅的带隙之上的光子)的累积功率为至少20mW/cm2。

【技术实现步骤摘要】
本申请是国家申请号为201380038918.9的进入中国国家阶段的国际申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及硅太阳电池的制造，并且更具体地，本专利技术提供一种给硅太阳电池氢化的新方法。
技术介绍
晶体硅的氢化涉及以防止缺陷或污染作为少数载流子的重组位点的方式将氢原子结合到硅晶格内的结晶缺陷或污染。这已知为特定重组位点的钝化处理。这对于需要长少数载流子寿命的半导体装置(如太阳能电池)是重要的，尤其是使用结晶质量通常较差和/或纯度不佳的廉价硅，因此需要钝化来使质量达到高效率太阳能电池的可接受水平。一般而言，低成本硅具有更高密度的硅结晶缺陷和/或多余的杂质。这些使得硅的少数载流子寿命降低并且因此减小了由这种材料制成的太阳能电池的效率。因此，当使用比微电子工业日常使用的质量较低的硅时，诸如由半导体级硅形成的悬浮区熔(float zone)(FZ)晶片，钝化这种缺陷和污染以提高少数载流子寿命是能够制作高效率太阳能电池的重要部分。现有商业太阳能电池不能利用酸碱度钝化目前，在没有完全了解氢化法及其潜能的情况下，商业制备的太阳能电池结构的设计不能够理想地便于对整个单元氢化，并且这体现在使用标准商品级p-型晶片的技术的本体寿命不佳。掺杂原子的交互使得氢在整个硅中移动的能力被大大地抑制。例如，在平衡状态中，在n-型硅中几乎所有的氢气处于负电荷状态并且在p-型硅中几乎所有的氢处于正电荷状态。然而，硅的相应极性中的这些状态可导致掺杂原子的中和反应，并且不再能在整个硅中移动。氢在硅中的这样的性能没有被理解或者过去一直被忽视，结果是在氢化上所做的尝试远远没有电池设计者已经认为那样有效。例如，Yt可与电离硼原子(B\)相互作用从而形成中性的硼氢(BH)配合物。类似地，H-可与电离磷原子(P+)相互作用从而形成中性的磷-氢(PH)配合物。掺杂氢配合物的离解是困难的，因为即使存在足够的热能来离解配合物，掺杂原子与原子氢之间的库仑引力(H-为磷以及H+为硼)妨碍氢原子逸出，并且可能很快再形成掺杂氢配合物。现可以看出过去氢化不良的主要原因包括：发射极中的重掺杂阻挡氢深入地穿透硅；一个或两个表面没有氢源；铝合金区域作为阱；无法实现氢原子的正确充电状态来便于将它们结合到某些类型的缺陷和杂质；以及无法捕获氢。传统的丝网印刷太阳能电池在工业制造上占主要地位，然而，它们的许多特征限制适当地氢化硅的能力。首先，氢源只在晶片的单面上。因为该氢源一般以SiOxNy-Hz或SiNx-Hy电介质的形式位于前表面，由于发射极内的重掺杂区域，被释放到硅中的氢尽力使得深入到晶片的本体中。另一种限制是由于大大未掩蔽的金属-硅界面作为除去氢离子的阱。一旦氢离子在振荡中断区域内，诸如二氢化物结合的部位消灭氢离子，从而形成到那时不能与硅结合来钝化缺陷的稳定的氢分子。这种效果在背面铝接触点尤其强烈，这对几乎所有的商业制备的电池是常见的。在接触点的锻烧过程中，熔融铝合金直接靠着非扩散硅，从而无法达到阻挡氢气所以熔融区域作为移去大量氢气的阱。使用选择性发射极的最新的丝网印刷电池通过使用允许氢气更容易地进入本体并且在金属下方也具有帮助隔离金属-硅界面的较重掺杂的主要轻掺杂发射极来克服这些问题中的一些。然而，它们仍苦于与铝合金相关以及没有后氢源的局限性，加上发射极中的峰值掺杂仍在允许氢原子容易穿透的优选水平之上。此外，即使氢原子的浓度达到很好地钝化硅材料的适合水平，在400℃以上的热过程之后的降温过程中，仍不会尝试生成针对氢气的优选充电状态来增强其结合某些缺陷的能力或者防止重组位点再活化的任何尝试。类似地，使用与激光掺杂选择性发射极(LDSE)技术具有类似属性的技术的Pluto电池在前触点下方具有有助于将氢与金属-硅界面隔离的局部重掺杂。Pluto电池也具有使得氢容易从前表面上的电介质氢源穿透到硅晶片的轻掺杂发射极。然而，Pluto电池中磷的表面浓度仍过高而不能达到最佳状态。Pluto电池在后面也没有氢源并被后接触点以及熔融铝合金作为氢的阱的相同问题困扰。此外，即使氢原子的浓度达到很好地钝化硅材料的适合水平，在400℃以上的热过程之后的降温过程中，仍不会尝试生成针对氢气的优选充电状态来增强其结合某些缺陷的能力或者防止重组位点再活化的任何尝试。Sunpower的商业电池具有后汇接点，依靠使用高质量的晶片，因此在没有氢化的情况下达到良好性能。然而，在任何情况下它们的电池结构和处理不会有助于晶片氢化。Sunpower电池没有尝试用钝化层帮助氢容易地穿透到任一表面从而至少部分地起到阻挡氢的作用。此外，Sunpower没有试图提供背面氢源，但即使有，大部分背面是重掺杂的，这也会在后面防止氢从氢源进入。此外，对这些电池进行非常高的温度处理不会有助于保留氢化所需的氢。此外，即使氢原子的浓度达到很好地钝化硅材料的适合水平，在400℃以上的热过程之后的降温过程中，仍不会尝试生成针对氢气的优选充电状态来增强其结合某些缺陷的能力或者防止重组位点再活化的任何尝试。具有本征薄层(HIT)电池的Sanyo的异质结也使用少数载流子寿命比标准商业p-型晶片高很多的晶片。然而，由于HIT电池结构基于在电池的两个表面上都具有非晶硅，在任何情况下晶片的氢化都不可能；据广泛报道，氢化所需的温度将会使非晶硅的质量以及晶体硅表面的钝化严重降级。‘Yingli’的Panda电池是基于高质量n-型晶片的另一种商业电池，因此在没有氢化的情况下达到良好性能。但在任何情况下，虽然很少知道这种新电池的表面涂层以及表面上是否具有与硅接触的合适的氢源，但该电池在两个表面(前面的p+以及后面的n+)具有高掺杂，这无论如何也会阻止氢从任一表面进入硅晶片。CSG Solar的薄膜电池设计是可能在两个表面上具有氢源的商业技术，但非晶硅的所需结晶是这样长并高温的处理，其将所有的氢气从邻近于玻璃表面放置的源驱赶到外部。那么这导致邻近玻璃的硅氮化层和玻璃本身作为使其从硅的其它侧通过的任何氢的阱。补充一下，电池结构在前后都使用阻挡大部分氢进入硅的重掺杂表面，所以多数从未到达需要钝化的硅。此外，即使氢原子的浓度达到很好地钝化硅材料的适合水平，在400℃以上的热过程之后的降温过程中，仍不会尝试生成针对氢气的优选充电状态来增强其结合某些缺陷的能力或者防止重组位点再活化的任何尝试。
技术实现思路
根据第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理硅以用于制造具有至少一个整流结的光伏装置的方法，所述方法包括将所述装置的至少一个区域加热至至少100℃，接着冷却所述装置，同时用至少一个光源同时照射所述装置的至少一部分，借此，具有在所述硅内产生电子空穴对的足够能量的所有入射光子的累积功率为至少20mW/cm2。

【技术特征摘要】
2012.05.21 AU 20129020901.一种处理硅以用于制造具有至少一个整流结的光伏装置的方法，所
述方法包括将所述装置的至少一个区域加热至至少100℃，接着冷
却所述装置，同时用至少一个光源同时照射所述装置的至少一部分，
借此，具有在所述硅内产生电子空穴对的足够能量的所有入射光子
的累积功率为至少20mW/cm2。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热的步骤利用现有氢源
进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个整流结包括至少
一个p-n结。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置的所述加热被设为至
少140℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置的所述加热被设为至
少180℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置的所述加热被设为至
少200℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述照射包括照射整个所述装
置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述冷却的期间改变照射从
而控制在给定电荷状态中的氢的量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述装置的所述冷却的期间
维持或者改变照射，直至温度降低至低于预定阈值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述装置的所述冷却的期间
维持或者改变照射，直至温度降至低于100℃。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在冷却所述装置的同时照
射所述装置以在冷却期间维持氢电荷状态，其使之前束缚氢的缺陷
的再活化最小化，从而在加热所述装置之后的冷却时期期间控制少
数载流子浓度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述装置上已执行氢化处理
之后，在大于200℃的温度下执行处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述装置上已执行氢化处理
之后，在大于200℃的温度下执行所述处理之后，冷却所述装置，
并且在所述装置冷却时继续利用现有氢源对所述装置照射。
14.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯图尔特·罗斯·文哈姆，菲利普·乔治·哈默，布雷特·杰森·哈拉姆，阿德莱恩·苏吉安托，凯瑟琳·艾米丽·尚，宋立辉，吕珮玄，艾利森·马里·文哈姆，林·迈，张子文，徐光琦，马修·布鲁斯·爱德华兹，
申请(专利权)人：新南创新私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU