钝化半导体衬底中缺陷的方法与装置制造方法及图纸

本文描述了用于钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的一种方法与一种装置。根据该方法，在第一处理阶段中对该衬底施加电磁辐射，其中施加于该衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度。在此过程中可导致该衬底的加热，亦可实施调温。随后，在该第一处理阶段之后的温度保持阶段中用电磁辐射照射该衬底，其中施加于该衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；同时通过与被一冷却装置所冷却的涂层发生接触，来冷却该衬底的背离该电磁辐射的辐射源的一面。该装置具有包含长条形处理室的连续炉，该处理室具有至少三个先后配置的区(第一处理区、温度保持区及冷却区)及至少一用于容置该衬底且用于输送该衬底穿过所述区的输送单元。该装置还具有至少一第一辐射源，该第一辐射源能够将电磁辐射照射至该输送单元的位于该第一处理区内的区域，且该第一辐射源适于至少产生小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；以及至少一第二辐射源，该第二辐射源能够将电磁辐射照射至该输送单元的位于该温度保持区内的区域，且该第二辐射源适于至少产生小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度。至少一第一冷却单元与该输送单元的位于该温度保持区内的区域发生导热接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钝化半导体衬底中缺陷的方法与装置本专利技术涉及钝化半导体衬底，尤其涉及光伏组件的硅基半导体衬底中的缺陷的一种方法与装置。光伏组件用于将光直接转化成电能。为此而在p型或n型半导体上构建具有相应反向掺杂的区域，即形成p-n接面。用光照射时，产生被p-n接面形成的电位差所空间分离的电荷载子对。随后可使得这些隔开的电荷载子穿过半导体并输入一外部电路。亦称太阳电池的光伏组件通常将晶态硅用作半导体，其中将聚晶或多晶硅(Poly-Si)与单晶硅(Mono-Si)区别开来。通常用Mono-Si能达到更高效率，但与Poly-Si相比，Mono-Si的制造方法的成本较高且耗能。在常用的丘克拉斯基法中，通常还采用硼掺杂来产生p型半导体。在制造过程中不可避免的是，亦会有氧原子嵌入硅晶体。但硼原子在与氧原子结合后会形成杂质中心，其可能对太阳电池的电特性造成负面影响。特别是在硼和/或氧浓度较高时发现，太阳电池的效率大幅下降。在太阳电池被长时间照射时尤为如此，因为如此便将硼-氧络合物作为复合中心而活化。故将此种情形称为“Light-InducedDegradation(光致衰减)”。其他缺陷，如在Poly-Si中愈来愈多地出现的晶体缺陷及金属杂质，亦可能在工作条件下大幅降低太阳电池的效率。在单晶CZ-Si中的光致衰减的难题在技术方面已为人所知并在DE10200601920A1中已得到详细阐述。该案还提出一种用硼掺杂来稳定Si太阳电池的效率的方法，其中在50-230℃温度条件下用波长小于1180nm的光照射衬底。该照射导致剩余电荷载子的产生且特别是导致硅晶体所含氢H的电性状态的变化。特别是增大了氢原子的中性(H0)种的浓度，该浓度能够钝化晶体结构中的不带电缺陷，如硼-氧缺陷。类似的过程亦在多晶硅中实施并导致缺陷的钝化。上述方法导致硅太阳电池的效率的稳定，但为达到长期稳定性非常费时。专利技术人发现，有利者是采用远大于DE10200601920A1所提出的辐射强度来产生电荷载子(并完全形成随后需要钝化的杂质中心)，但其中较大的辐射强度亦可能造成温度难题，尽管该案已将大于DE10200601920A1所给出的温度纳入考虑。基于该已知方法，本专利技术的目的在于，提供用于钝化硅中缺陷(例如半导体衬底的再生)的改进型方法与装置。本专利技术用以达成上述目的的解决方案为请求项1或2所述的一种方法与请求项12所述的一种装置。本文提出一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的第一方法，包括以下步骤：在加热阶段中至少通过电磁辐射来加热该衬底，其中施加于该衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；在该加热阶段之后的温度保持阶段中用电磁辐射照射该衬底，其中施加于该衬底的辐射主要具有小于1200nn的波长及至少8000瓦/m2的强度；通过在该温度保持阶段中与被一冷却装置所冷却的涂层发生接触，来冷却该衬底的背离该电磁辐射的辐射源的一面。此处“主要小于1200nm的波长”表示：通过大于1200nm的波长来产生该辐射的总强度的小于40％。较佳采用450-1200nm的波长。本专利技术的该方法中的钝化此一概念特别是亦包括再生，该方法的优点在于在初始阶段进行迅速加热以及能够在温度保持阶段中以较大的强度进行照射，其中通过主动的接触式冷却来防止衬底因辐射而过热。此外，至少在该温度保持阶段中，该辐射主要限制于所述波长的产生电荷载子的范围。温度保持阶段此一概念并非绝对地描述某个恒定的温度，确切言之，在该阶段中，温度的进一步(但程度不大)提高或者降温亦属可能之举。确切言之，此处指的是将衬底温度保持在某个温度范围内。在一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的第二方法中，包括以下步骤：在将电磁辐射施加于该衬底期间，在第一处理阶段中通过与一经调温的涂层发生接触来对该衬底进行调温，其中施加于该衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；在该第一处理阶段之后的温度保持阶段中用电磁辐射照射该衬底，其中施加于该衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；通过在该温度保持阶段中与被一冷却装置所冷却的涂层发生接触，来冷却该衬底的背离该电磁辐射的辐射源的一面。本专利技术的第二方法中的钝化此一概念特别是亦包括再生，该第二方法的优点在于在初始阶段以较大的强度进行照射，其中该经调温的涂层使得该衬底获得或保持期望温度。该第一方法的出发点在于，必须首先将衬底加热至温度保持阶段的温度，而该第二方法的出发点在于，加热并非必要之举，而是在衬底温度方面可能存在不同的出发情况。有鉴于此，该例如被具有期望温度的介质流过的调温单元可对衬底进行加热、保持该温度或者对衬底进行冷却，具体视衬底受到处理时的温度而定。举例而言，若衬底来自火焰炉处理，因而具有较高温度，则需要保持温度乃至对衬底进行冷却。若衬底来自仓库，其通常不具较高温度，则需要使其升温。因此，该调温单元可以与衬底的入口温度无关的方式在该第一处理阶段结束时达到某个温度。除此之外，前述的优点亦适用于该第二方法。根据该第二方法的一种实施方式，在该第一处理阶段中，用主要具有小于1200nm的波长的电磁辐射来照射该衬底。较佳在该温度保持阶段之后实施冷却阶段，在该冷却阶段中，在仍用主要具有小于1200nm的波长的电磁辐射来照射该衬底期间，至少通过与被一冷却装置所冷却的涂层发生接触来冷却该衬底。采用主动的接触式冷却后，即使在仍将辐射施加于衬底的情况下，亦能达到良好的冷却效果，其中该辐射可在冷却阶段中大幅降低。例如可将该辐射降至3000瓦/m2乃至1000瓦/m2。在一种实施方式中，在该加热阶段中，该电磁辐射具有波长为大于1200nm的辐射主要部分，其中此处主要包括至少50％的总强度部分。除产生主要具有小于1200nm的波长的电荷载子外，此处亦使用主要用于加热衬底的大于1200nm的波长。若例如通过太阳电池上的金属涂层来相应地吸收＞1200nm的辐射，则用辐射功率进行加热的效果通常好于其他加热方式，如加热板。较佳地，该加热阶段和/或该温度保持阶段中的电磁辐射的强度为至少9000瓦/m2，特别是至少10000瓦/m2。专利技术人发现，较高的辐射强度在处理速度及完全钝化方面较为有利。该强度主要受到可用光源及最高温度的限制，衬底在理想情况下不应超过该最高温度。该辐射在该加热阶段中的强度可高于在该温度保持阶段中的强度，特别是高出至少1.3倍。该辐射在该温度保持阶段中的强度亦可高于在该冷却阶段中的强度，特别是亦高出至少1.3倍。强度的此种梯度适用于以下情形但非必要之举：若不采用此种梯度则会面临过热，或者必须对冷却进行细分。为针对性地进行调温，可在该加热阶段中额外地通过与被一调温装置所调温的涂层发生接触来对该衬底进行调温。可将同一类型的辐射源应用于该加热阶段、该温度保持阶段和/或该冷却阶段，而在该温度保持阶段和/或该冷却阶段中，较佳将该辐射源的至少一部分光谱滤出，使得入射至衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长。替代地，亦可将不同类型的辐射源应用于该加热阶段、该温度保持阶段和/或该冷却阶段。该装置适于钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷且具有以下：具有长条形处理室的连续炉，该处理室包括至少三个区，所述区依次配置为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的方法，包括以下步骤：在第一处理阶段中，至少通过电磁辐射来加热衬底，其中施加于所述衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；在所述加热阶段之后的温度保持阶段中，用电磁辐射照射所述衬底，其中施加于所述衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；通过在所述温度保持阶段中与经冷却装置冷却的涂层发生接触，来冷却所述衬底的背离所述电磁辐射的辐射源的一面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.23 DE 102015012323.81.一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的方法，包括以下步骤：在第一处理阶段中，至少通过电磁辐射来加热衬底，其中施加于所述衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；在所述加热阶段之后的温度保持阶段中，用电磁辐射照射所述衬底，其中施加于所述衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；通过在所述温度保持阶段中与经冷却装置冷却的涂层发生接触，来冷却所述衬底的背离所述电磁辐射的辐射源的一面。2.一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的方法，包括以下步骤：在将电磁辐射施加于衬底期间，在第一处理阶段中通过与经调温的涂层发生接触来对所述衬底进行调温，其中施加于所述衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；在所述第一处理阶段之后的温度保持阶段中，用电磁辐射照射所述衬底，其中施加于所述衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；通过在所述温度保持阶段中与经冷却装置冷却的涂层发生接触，来冷却所述衬底的背离所述电磁辐射的辐射源的一面。3.根据权利要求2所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述第一处理阶段中，用主要具有小于1200nm的波长的电磁辐射来照射所述衬底。4.根据权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述温度保持阶段之后实施冷却阶段，在所述冷却阶段中，在仍用主要具有小于1200nm的波长的电磁辐射来照射所述衬底的期间，至少通过与经冷却装置冷却的涂层发生接触来冷却所述衬底。5.根据权利要求1所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在加热阶段中，所述电磁辐射具有波长为大于1200nm的辐射主要部分。6.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中所述第一处理阶段和/或所述温度保持阶段中的电磁辐射的强度为至少9000瓦/m2，特别是至少10000瓦/m2。7.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中所述辐射在所述第一处理阶段中的强度高于在所述温度保持阶段中的强度，特别是高出至少1.3倍。8.根据权利要求1所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述加热阶段中额外地通过与经加热装置加热的涂层发生接触来对所述衬底进行加热。9.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中将同一类型的辐射源应用于所述第一处理阶段及所述温度保持阶段，其中至少在所述温度保持阶段中，将所述辐射源的一部分光谱滤出，使得入射至所述衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长。10.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述第一处理阶段、所述温度保持阶段和/或所述冷却阶段中，通过不同类型的辐射源来照射所述衬底。11.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述第一处理阶段中，至少部分地通过与经加热装置加热的涂层发生接触来对所述衬底进行加热。12.一种用于再生半导体衬底，特别是硅基太阳电池的装置，具有以下：具有长条形的处理室的连续炉，所述处理室包括至少三个区，所述区依次配置为第一处理区、温度保持区及冷却区；至少一输送单元，用于容置衬底且用于输送所述衬底先后穿过所述处理室的所述区；至少一用于电磁辐射的第一辐射源，所述第一辐射源与所述处理室的所述第一处理区相邻配置，使得所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤玛斯·沛尔瑙，彼得·博科，汉斯彼得·艾尔塞，沃尔夫冈·谢菲勒，安德利斯·里查，奥拉夫·罗默，沃尔夫冈·乔斯，
申请(专利权)人：商先创国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE