通过直拉法制造铟掺杂硅制造技术

本发明专利技术描述了一种生长单晶硅锭的方法。该方法包括以下步骤：提供单晶锭生长设备，该单晶锭生长设备包括具有内部压力的腔室和设置在该腔室内的坩埚；在该坩埚中制备硅熔体；从硅熔体上方的进气口将惰性气体引入腔室中，其中该惰性气体流过硅熔体的表面并具有一定流量；将包含铟的挥发性掺杂剂引入硅熔体中；使铟掺杂的单晶硅锭生长；以及通过调节惰性气体流量和腔室的内部压力的比率来控制硅锭中的铟掺杂剂浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】通过直拉法制造铟掺杂娃 对相关申请的交叉引用 本申请要求2012年12月31日提交的意大利申请No. T02012A001175、2013年3月 11日提交的国际申请如.？(：17^?2013/054878、2013年3月11日提交的国际申请如.？(：1'/ EP2013/054875和2013年6月24日提交的美国专利申请No. 61/838660的优先权，这些申 请的公开内容全部在此通过引用的方式并入。

总的涉及在单晶硅晶片上制作的太阳能电池的制造，更具体地涉及由从 直拉法（Czochralski)生长的单晶硅锭切片得到的铟掺杂的单晶硅晶片上制成的太阳能 电池。
技术介绍
单晶硅是半导体电子部件的多数制造方法中的原材料，通常通过所谓的直拉法 ("CZ"）制备。在这种方法中，将多晶体硅（"多晶硅"）装入坩埚并熔融，使籽晶与熔融硅 接触，然后通过缓慢提拉使单晶生长。在颈部的形成完成之后，通过例如降低提拉速率和/ 或熔体温度来使晶体直径扩大直至达到所需或目标直径。然后通过控制提拉速率和熔体温 度并同时补偿下降的熔体液位，以长成具有大致恒定直径的圆柱形晶体主体。在生长过程 快结束时，但在从坩埚中排空熔融硅之前，通常逐渐减小晶体直径以形成末端锥体形式的 尾端。通常，通过提高拉晶速率和增加对坩埚供给的热来形成末端锥体。然后当直径变得 足够小时，使晶体与熔体分离。 可由通过直拉法制造的单晶硅衬底来制作太阳能电池。直拉法生长的单晶硅衬底 能够以标准的（即，批量的）或连续的方式生长。为了实现对于太阳能电池应用可以接受 的电阻率，生长的晶体主要被掺杂硼。扩散结丝网印刷的太阳能电池采用硼掺杂的硅晶片 是行业标准。 使用硼掺杂的硅晶片并非没有问题。例如，已知直拉法生长的晶体的通常由坩埚 带来的氧杂质会与硼掺杂剂交互作用而在材料中形成复合物。当衬底或完成的太阳能电池 暴露于光时，这些氧复合物被活化，这缩短了其少数载体（即，少数载流子）使用寿命，并因 此降低了完成的太阳能电池的效率。此现象被称为光致衰退（LID)，并且是在硼掺杂的单晶 硅晶片上制作的太阳能电池的一个主要损失机制。 为了最大限度地降低LID的影响，制造商将略高于最佳的电阻率作为目标以减少 每个晶片中的硼掺杂剂原子的量。因此，在LID与最佳基极电阻之间存在权衡。结果，无法 实现太阳能电池的最尚效率。
技术实现思路
因此，简单地说，一方面针对于一种太阳能电池，该太阳能电池包括由通过直拉法 生长的锭块切出的铟掺杂的单晶硅晶片，其中在1. 5的绝对大气质量下铟掺杂的单晶硅晶 片的表面上转换太阳光谱辐照的效率为至少17%。 另一方面针对于一种太阳能电池，该太阳能电池包括由通过直拉法生长的锭块切 出的铟掺杂的单晶硅晶片，其中该晶片具有小于约lOohm-cm的平均体积电阻率，并且其中 太阳能电池的相对效率在低于45°C的温度下暴露于相当于0. 1个太阳到10个太阳的光1 小时到300小时之后降低不超过约1%。 再一方面针对于一种太阳能电池，该太阳能电池包括由通过直拉法生长的锭块切 出的铟掺杂的单晶硅晶片，其中该晶片具有小于约lOohm-cm的平均体积电阻率，并且其中 太阳能电池的相对效率在低于45°C的温度下暴露于太阳光至少4小时之后降低不超过约 1%〇 又一方面针对于一种单晶硅部段，该部段具有中心轴线、大体垂直于中心轴线的 正面和背面、位于正面和背面之间且平行于它们的中心平面、周缘以及从中心轴线延伸到 周缘的半径R，该部段包括至少约1X 1015个原子/立方厘米的平均铟浓度；其中该铟浓度 在至少0. 75R上的相对径向差异不超过约15%。 另一方面针对于一种具有约100微米到约1000微米之间的厚度和两个在约50mm 到约300mm之间的主维度的单晶硅晶片，该单晶硅晶片包含至少约1 X 1015个原子/立方厘 米的平均铟浓度；其中该铟浓度在两个主维度中的任一个的长度的至少75%上的差异不 超过约15%。 又一方面针对于一种生长单晶硅锭的方法，该方法包括以下步骤：提供单晶硅锭 生长设备，其中该生长设备包括具有一定内部压力的腔室和设置在该腔室中的坩埚；在坩 埚中制备硅熔体；将惰性气体从硅熔体上方的进气口引入到腔室中，其中该惰性气体流过 硅熔体的表面并具有一定流量；将挥发性的掺杂剂引入到硅熔体中，其中该挥发性的掺杂 剂包含铟；使铟掺杂的单晶硅锭生长，其中该铟掺杂的单晶硅锭具有一定的铟掺杂剂浓度； 以及通过调节惰性气体流量与腔室的内部压力的比率来控制锭块中的铟掺杂剂浓度。 再一方面针对于一种单晶娃锭，该单晶娃锭具有中心轴线、周缘、从中心轴线延伸 到周缘的半径、以及质量，该锭块包含每立方厘米至少约5X10 14个原子的平均铟浓度，和 在超过20厘米的轴向长度上小于每立方厘米约5X 1014个原子的轴向铟浓度差异，其中锭 块的半径大于约75毫米。 另一方面针对于一种生长单晶硅锭的方法，该方法包括以下步骤：提供单晶硅锭 生长设备，其中该生长设备包括具有一定内部压力的腔室、设置在该腔室中的坩埚和液体 掺杂装置；在坩埚中制备硅熔体；将惰性气体从硅熔体上方的进气口引入到腔室中，其中 该惰性气体流过硅熔体的表面并具有一定流量；将挥发性的掺杂剂作为液体引入到硅熔体 中，其中该挥发性的掺杂剂包含铟；使铟掺杂的单晶硅锭生长，其中该铟掺杂的单晶硅锭具 有一定的铟掺杂剂浓度；以及通过调节惰性气体流量与腔室的内部压力的比率来控制锭块 中的铟掺杂剂浓度。【附图说明】 图1是晶体生长腔室的截面图。 图2是用在晶体生长腔室中的液体掺杂系统的截面图。 图3是图2所示的掺杂系统的供给管的扩大视图。 图4是正在朝向熔体表面下降的图2的掺杂系统的截面图。 图5是定位在熔体表面附近的图2的掺杂系统的截面图。 图6是根据本文公开的方法生长的单晶硅锭的图示。 图7是一个实施例的单晶硅晶片的图示。 图8A、8B和8C是显示了在铟掺杂的单晶硅晶片上制作的太阳能电池和在硼掺杂 的单晶硅晶片上制作的太阳能电池对跨太阳光谱的光的吸收的曲线图。 图9是示出了在光辐照之前和之后的高寿命的硼掺杂晶片中的少数载体寿命的 曲线图（P01GJ-A4)。根据示例12中所述的方法来获得少数载体寿命数据。 图10是示出了在光辐照之前和之后的平均寿命的硼掺杂晶片中的少数载体寿命 的曲线图（P00PC-C2)。根据示例12中所述的方法来获得少数载体寿命数据。 图11是示出了在光辐照之前和之后的少数载体寿命的曲线图（210T0N)。根据示 例12中所述的方法来获得少数载体寿命数据。 图12是示出了标准化的太阳能电池以及硼基和铟基太阳能电池和模块在室外光 辐照之后的模块效率的箱形图。根据示例13中所述的方法来获得这些数据。 图13是示出了硼基和铟基太阳能电池和模块在室外光辐照之后的标准化的断路 电压的箱形图。根据示例13中所述的方法来获得这些数据。 图14是示出了硼基和铟基太阳能电池和模块在室外光辐照之后的标准化的短路 电流的箱形图。根据示例13中所述的方法来获得这些数据。 图15是示出了硼基和铟基太阳能电池和模块在室外光辐照之后的标准化的填充 系数的箱形图。根据示例13中所述的方法来获得这些数据。 图16是示出了硼基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生长单晶硅锭的方法，该方法包括以下步骤：提供单晶硅锭生长设备，该生长设备包括具有一定内部压力的腔室和设置在所述腔室内的坩埚；在所述坩埚中制备硅熔体；从所述硅熔体上方的进气口将惰性气体引入所述腔室中，其中所述惰性气体流过所述硅熔体的表面并具有一定流量；将挥发性的掺杂剂引入所述硅熔体中，其中所述挥发性的掺杂剂包含铟；生长铟掺杂的单晶硅锭，其中所述铟掺杂的单晶硅锭具有一定的铟掺杂剂浓度；以及通过调节惰性气体流量与所述腔室的内部压力的比率来控制硅锭中的铟掺杂剂浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·阿佩尔，R·斯卡拉，L·博纳诺，S·哈灵格尔，A·贾纳塔斯欧，V·莫瑟，M·J·宾斯，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT