[发明专利]在外延反应器中的硅衬底上外延沉积硅晶片的方法

说明书

相关申请的相互参照

本申请要求于2011年5月27日提出的申请号为61/491,152的美国临时专利申请的权益，其整体引入本文作为参考。

技术领域

本发明大体涉及硅晶片的制造，更具体地说，涉及通过外延沉积的硅晶片的制造。

背景技术

晶体硅在商业生产环境中提供具有高达约23％的太阳能电池效率η，同时在与薄膜太阳能电池（诸如CIGS,CdTe等等）相比下具有在（a）可用性、（b）环境友好性、以及（c）显示出使用寿命长和相关技术成熟性方面的优点。然而，晶体硅传统上比竞争的薄膜电池板具有较高的光伏模块成本（该模块是实际生成电力并包括保持若干太阳能电池的框架的单元，所述太阳能电池以串联方式电连接在一起，然后与变换器连接）。该成本的很大一部分来自于硅晶片的制造成本（目前厚度为～180微米），其中包括多晶硅生产、结晶块成型和切片（线锯切割结晶块并精加工所切割的晶片）的成本。

薄膜工艺（非晶硅，CIGS和CdTe）近年来引起搔动，因为其成本因耗材较少和大幅面、综合加工而潜在地低于晶体硅。然而，大体而言，薄膜光伏（PV）模块具有的效率通常比晶体硅模块的低得多。典型的单晶模块具有15-16％的效率（而某些模块可高达20％），而薄膜模块的最佳情况在目前是11％。此外，大多数薄膜工艺的成本优势没有被确实地证实。因此，晶体硅（包括单晶硅和多晶硅）赢得超过80％份额的现有光伏市场，在2010年约为14GW。（PV模块的数量通常由它们的总功率输出来计，即以瓦数计）。

低于$2.50/Wp（Wp为峰值瓦数，指的是可达到的最大功率）的PV模块总安装成本在今天是具有吸引力的，因为它在世界上许多地方代表了电网平价与适度诱因。（电网平价是指来自PV模块的每瓦成本与在电力配电网上所得的相同，其中典型的电网通过多种电源来馈给，诸如煤、石油和天然气发电站。）

制造商特别有效地降低传统晶体硅（包括单晶硅和多晶硅）技术的制造成本-硅PV模块的价格业已从2006年的超过4美元/Wp下降到2010年的约1.80美元/Wp。PV硅晶片，电池和模块的最经济高效的综合制造商具有的用于PV模块的售货成本（制造PV模块的成本，包括材料、人工和间接费用）接近1.10美元/Wp。在过去四年中的成本的降低部分是归因于以下的技术改进。

第一，由于太阳能电池厚度的减小和通过较低的锯口损耗而改善了晶片切割过程，硅的用量已经从每瓦10gm减少到每瓦约6.5gm。

第二，业已通过细线印刷、改进的前侧反射和钝化控制、较高质量（使用寿命更长）的材料等等来提高了电池效率。平均的硅电池效率业已从约14％提高到17％，且许多制造商业已发表他们的单晶硅PV电池的电池效率为18％。

第三，制造业得到更充分的整合：出现的趋势为结合硅PV模块制造过程（多晶硅、硅晶片、电池和组件）的各个部分以得到更大的成本效益，而且现在容许在世界各地接触系统集成商和安装商。例如，2010年的整合式制造导致的成本结构为PV模块给出了约1.10美元的售货成本。

很显然，在可预见的将来，单晶硅PV模块可以继续作为PV中的主要商品，并随着电网平价的达成而将可与薄膜PV技术有效地竞争，只要单晶硅PV模块生产可继续进行进一步的成本降低。然而，进一步降低成本的来源并不会立即显现出来。

PV电池和模块的成本通过使用大规模的生产设备而趋向渐近水平以及单晶硅电池效率业已达到接近19％，而电池效率的进一步提升可能仅以增加成本的方式来实现。

然而，进一步的成本降低可能来自硅成本和切片成本的显著下降，因为它们现在是模块成本结构的最大部分。硅和切片成本可通过以下各项来降低：（a）进一步降低多晶硅生产成本，（b）改进晶体生长过程和/或（c）通过高产量和低切口损耗法将硅晶片切得更薄。同样地，连续的柴氏长晶法可以提供递增的成本改进，但成本的大幅削减是不可能的。然而，将硅晶片切成小于180微米一直被较低产量和不成比例的切口损耗所困扰，因为线锯技术开始达到根本的机械极限。因此，减少硅的用量要求寻找新的技术，其可完全绕过多晶硅、结晶块和切片步骤。