抑制硅晶片中少数载流子寿命下降的方法技术

公开了抑制硅晶片中的少数载流子寿命下降的方法。该方法包括将晶片骤冷以提高硅晶片中纳米沉淀物的密度和纳米沉淀物消耗填隙原子的速率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉引用本申请要求2011年6月3日提交的美国临时申请N0.61/493，119和2012年6月I日提交的美国非临时申请N0.13/486, 463的利益，通过引用将其全部内容并入本文中。背景本公开内容的领域涉及抑制所用硅晶片中少数载流子寿命下降的方法。特别是，本公开内容的领域涉及用于降低少数载流子寿命下降缺陷本身的浓度的有效且具有成本效率的方法。太阳能电池,特别是基于通过Czochralski方法生长的含硼p_型单晶娃晶片而生产的电池，以及通常在较小程度上，通过浇铸生长的多晶晶片在暴露于光下时或者当在暗处将少数载流子注入电池中时性能下降。该性能下降继续直至实现远低于初始效率的稳定效率。CZ晶片基电池的效率损失可以高达约10%或更多。Czochralski太阳能电池中的该效率损失限制了高效硅电池的潜能以及单晶硅在工业中的使用，因为Czochralski电池的生产通常比多晶硅基电池更昂贵。发现该降解可通过将晶片在低温下退火几分钟，例如在约200°C下退火而至少临时反转；然而，通过低温退火实现的效率提高在随后照射时损失。报告了该下降可通过在50°C至约230°C的低温退火期间将过量电子注入晶片中(例如通过照射晶片)而永久性反转；然而，为了在这些条件下发生永久性恢复，低温退火必须进行较长时间(例如几十小时)。仍需要永久性抑制太阳能电池中与光致降解有关的下降缺陷的商业上可行的方法。概述本公开内容的一方面涉及抑制硅晶片中与下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法。该晶片包含至少约IO13个原子/cm3的浓度的硼。下降缺陷由快速扩散组分和含二聚氧组分组成。将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物。将硅晶片以冷却速率R1从T1冷却至温度T2。将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T30 R1: R2比为至少约2:1。本公开内容的另一方面涉及抑制硅晶片中与下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法。该晶片包含至少约IO13个原子/cm3的浓度的硼。下降缺陷由快速扩散组分和含二聚氧组分组成。将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以使下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物成核。将硅晶片以至少约100°C /sec的冷却速率R1从T1冷却至温度T2。 本公开内容的另一方面涉及硅晶片。硼以至少约IO13个原子/cm3的浓度存在于晶片中。与包含快速扩散组分和含二聚氧组分的下降缺陷有关的晶片的少数载流子寿命下降通过将硅晶片加热至足以使下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物成核的温度T1而抑制。将硅晶片以冷却速率R1从T1冷却至温度T2。将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3,同时照射晶片，R1: R2比为至少约2:1。存在关于本公开内容的上述方面指出的特征的各种细化。还将其它特征并入本公开内容的上述方面中。这些细化和其它特征可单独或以任何组合存在。例如，下文关于本公开内容的所述实施方案中任一个讨论的各个特征可单独或以任何组合并入本公开内容的上述方面中的任一个中。详述不愿受具体理论束缚，认为含硼和氧的晶片中少数载流子寿命的下降涉及少数载流子寿命下降缺陷(“MCLD”，在本文中也称为“下降缺陷”)的存在。认为该少数载流子寿命下降缺陷由两种组分组成一快速扩散组分(“FDC”)和含二聚氧组分(“D0CC”)，快速扩散组分例如为填隙硼、填隙铜或填隙镍，含二聚氧组分例如为氧的二聚物(O2)或取代硼与该二聚物的配合物(Bs02)。下降缺陷可由填隙硼和氧二聚物组成(BiO2);然而，应当指出下降缺陷可以为快速作用组分他、Cui或Nii)与含氧组分(O2或BsO2)的任何组合。应当指出，认为硼形成导致少数载流子寿命下降的基本机制的一部分且硼作为快速作用组分或含氧组分形成缺陷的一部分。就这点而言，本申请应不限于特定的下降缺陷。如本文所用，“快速扩散组分”或“含氧组分”指形成导致少数载流子寿命损失的少数载流子寿命下降缺陷的各个组分。在冷却至室温的硅晶片中，认为快速扩散组分(FDC)的布居(population)通常为在结合于纳米沉淀物(NPPT)中和/或与含二聚氧组分(DOCC)结合之间分布。快速扩散组分与含二聚氧组分的结合组合形成如上所述少数载流子寿命下降缺陷(MCLD)。认为结合在NPPT中的布居的比例不贡献于少数载流子寿命下降，因为它不被认为是MCLD布居的一部分。根据本公开内容的实施方案，MCLD缺陷可通过将FDC从MCLD缺陷布居快速转移至纳米沉淀物NPPT，由此降低或消除体系中的MCLD布居而有效且具有成本效率地溶解。在稳态下，存在以下一般反应:MCLD ^ FDC + DOCC (I).反应常数可以为常数使得在适度温度(认为约200°C而不产生少数带电载流子)下，体系中存在非常少的FDC (非常少的键断裂)。MCLD的浓度基本不变。通过将少数带电载流子引入体系中，MCLD的电荷状态和反应(I)中的逆向反应可能被阻挡，使得FDC不能与DOCC反应形成MCLD。以此方式仅正向反应，其中MCLD溶解形成FDC和DOCC ;热释放的FDC现在不能与DOCC重组以再形成MCLD:MCLD — FDC+D0CC (2)。根据本公开内容的实施方案，为了降低MCLD的浓度，将FDC从体系中除去以防止稍后与DOCC重组和形成MCLD。这可通过根据以下反应促进FDC与它们自由结合的纳米沉淀物结合而实现，这是由于FDC的快速扩散性质:FDC — NPPT(3)。在过量少数带电载流子条件下，热释放的FDC—其现在受到实质地抑制以防与DOCC再结合一扩散通过体系直至它们接触它结合的NPPT。因此，FDC的浓度可降低。该降低的结果是经由反应⑵由MCLD来源产生更多FDC—其然后还四处扩散直至它们也被NPPT截留，再次降低FDC的浓度，再次导致来自MCLD来源的更多释放的FDC。这可进行直至所有FDC从MCLD抽送至NPPT中，因此实质上降低或甚至实质上消除少数载流子寿命下降缺陷的布居。根据本公开内容的实施方案，反应(3)进行的速率可通过产生与通常存在的相比更高的数量密度(N)与半径(R)的乘积NR而提高。这至少部分地设置FDC下沉到NPPT中的时间常数。认为设置FDC到NPPT中的下沉速率的时间常数设置了 MCLD溶解掉的速率的时间常数。不愿受任何特定理论束缚，发现NR乘积可通过在较高温度下溶解以后形成NPPT时的温度的冷却速率设置。根据本公开内容的实施方案，这可通过使用通过该温度的较大冷却速率使得下沉和MCLD溶解的时间常数非常小而控制。因此，随后或同时少数带电载流子注入溶解方法可较快地进行(例如在太阳能电池生产方法内)。根据本公开内容的方法，将含硼硅晶片退火以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物。然后以与通常存在的相比实质上更高的数量密度(N)与半径(R)的乘积NR将晶片快速冷却通过发生这些快速扩散组分的纳米沉淀物退火的温度范围以形成新的纳米沉淀物分布。纳米沉淀物的这一新分布是试样中更有效的永久恢复的基础。对纳米沉淀物而言提高的NR乘积导致在过量电子的条件下(例如在照射下)逗留在永久恢复温度范围内期间下降缺陷浓度更快的降低。下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物的安装分布消耗从下降缺陷中取出本文档来自技高网...

【技术保护点】
抑制包含硼的硅晶片中与少数载流子寿命下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法，其中硼以至少约1013个原子/cm3的浓度存在于晶片中，下降缺陷包含快速扩散组分和含二聚氧组分，所述方法包括：将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物；将硅晶片以冷却速率R1从T1冷却至温度T2；和将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3，其中R1:R2比为至少约2:1。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.03 US 61/493,119;2012.06.01 US 13/486,4631.抑制包含硼的硅晶片中与少数载流子寿命下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法，其中硼以至少约1013个原子/Cm3的浓度存在于晶片中，下降缺陷包含快速扩散组分和含二聚氧组分，所述方法包括: 将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物； 将硅晶片以冷却速率R1从T1冷却至温度T2 ;和 将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3，其中R1: R2比为至少约2:1。2.根据权利要求1的方法，其中在加热步骤期间溶解的预先存在的纳米沉淀物由硼、铜、镍或其组合 组成。3.根据权利要求1的方法，其中在加热步骤期间溶解的预先存在的纳米沉淀物由硼组成。4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中R1= R2比为至少约3: 1、至少约5: 1、至少约10: 1、至少约20: 1、至少约50:1，或者约2:1至约200: 1、约2:1至约150: 1、约10:1至约150:1 或约 20:1 至约 150:1。5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时产生少数带电载离子。6.根据权利要求5的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过照射晶片而产生少数带电载离子。7.根据权利要求5的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过将电流施加于晶片上而产生少数带电载离子。8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中R1为至少约100°C/sec、至少约200°C /sec、至少约250°C /sec、至少约500°C /sec、至少约750°C /sec或甚至至少约100CTC /sec。9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中T1为至少约500°C、至少约600°C、至少约650°C、至少约700°C，或者约500°C至约1300°C、约500°C至约1150°C、约500°C至约1000°C、约 500°C至约 850°C、约 500°C至约 750°C或约 600°C至约 750°C。10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中T2小于约500°C、小于约450°C、小于约400°C、小于约350°C、小于约300°C、小于约250°C、约150°C至约450°C或约250°C至约400。。。11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中T3小于约250°C、小于约200°C、小于约150°C、小于约100°C、小于约50°C、约200°C至约室温、约150°C至约25°C、约100°C至约25°C或约 150°C至约 50°C。12.根据权利要求1-11中任一项的方法,其中R2小于约10°C/sec、小于约5°C /sec、小于约 1°C /sec、小于约 0.5°C /sec、小于约 0.1°C /sec、至少约 0.01°C /sec、至少约 0.1°C /sec、至少约 0.5°C /sec、约 0.01 °C /sec 至约 10°C /sec、约 0.I°C /sec 至约 10°C /sec、约0.5°C /sec 至约 10°C /sec 或约 0.1°C /sec 至约 5°C /sec。13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中晶片包含第二 p型掺杂剂，其中第二 P型掺杂剂选自Al、Ga及其组合。14.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中硅晶片为单晶硅晶片。15.根据权利要求1-14中任一项的方法，其中硅晶片为通过Czochralski方法生长的铸锭切片。16.根据权利要求1-15中任一项的方法,其中娃晶片形成太阳能电池的一部分。17.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中硅晶片为单机晶片。18.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中将硅晶片加热至温度T1是太阳能电池生产方法的一部分，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物。19.根据权利要求1-18中任一项的方法，其中T1为至少约600°C，T2小于约250°C，R1为至少约IOO0C /sec, T3为约25。。且R2小于约5°C /sec。20. 抑制包含硼的硅晶片中与下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法，其中硼以至少约IO13个原子/cm3的浓度存在于晶片中，下降缺陷包含快速扩散组分和含二聚氧组分，所述方法包括: 将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物；和 将硅晶片以至少约100°C /sec的冷却速率R1从T1冷却至温度T2。21.根据权利要求20的方法，其中在加热步骤期间溶解的纳米沉淀物由硼、铜、镍或其组合组成。22.根据权利要求20的方法，其中在加热步骤期间溶解的纳米沉淀物由硼组成。23.根据权利要求20-22中任一项的方法，其中将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3,同时在将晶片从T2冷却至T3时产生少数带电载离子。24.根据权利要求23的方法，其中R1= R2比为至少约2: 1、至少约3: 1、至少约5: 1、至少约10:1、至少约20:1,至少约50:1,或者约2:1至约200:1、约2:1至约150:1、约10:1至约150:1 或约 20:1 至约 150:1.25.根据权利要求24的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过照射晶片而产生少数带电载离子。26.根据权利要求24的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过将电流施加于晶片上而产生少数带电载离子。27.根据权利要求24-26中任一项的方法，其中T3小于约250°C、小于约200°C、小于约150°C、小于约100°C、小于约50°C、约200°C至约室温、约150°C至约25°C、约100°C至约25°C或约 150°C至约 50°C。28.根据权利要求24-27中任一项的方法，其中R2小于约10°C/sec、小于约5°C /sec、小于约1°C /sec、小于约0.5°C /sec、小于约0.1°C /sec、至...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·法尔斯特，V·V·沃龙科夫，
申请(专利权)人：MEMC新加坡私人有限公司，
类型：
国别省市：