[发明专利]确定补偿硅样品的掺杂剂含量

说明书

技术领域

本发明涉及硅样品中和更特别地设计用于光伏工业的锭中的掺杂剂含量的确定。

背景技术

升级冶金级硅(Upgraded Metallurgical Grade Silicon)(UMG-Si)通常是以掺杂剂杂质进行补偿的(compensate)。认为硅在其含有两种类型的掺杂剂杂质：电子受体和给体时被补偿。

根据受体掺杂剂的浓度N_A和给体掺杂剂的浓度N_D，可定义若干种补偿水平，对于N_A=N_D获得完美的补偿。典型地，受体类型的杂质为硼原子和给体类型的杂质为磷原子。

图1表示在冶金级硅锭中对于位置h的硼浓度[B]和磷浓度[P]。

由于两种类型的杂质同时存在，硅的导电性类型由具有更大浓度的杂质决定。在锭的底部部分(低的h)中，硼原子的浓度大于磷原子的浓度，硅于是为p-导电性类型。另一方面，在顶部部分中，磷浓度超过硼浓度。硅于是为n-导电性类型。

在图1的实例中，在高度h_eq处，该锭因此呈现出导电性类型从p型到n型的变化。在该高度处，硼浓度和磷浓度相等这意味着硅被完美地补偿。

由UMG-Si晶片制造光伏电池需要严格控制掺杂剂含量。受体掺杂剂浓度和给体掺杂剂浓度实际上确实影响电池的电性质例如转化效率。

因此，知晓硅锭中的掺杂剂浓度特别是确定额外的纯化步骤是否必要显得重要。知晓用于制造该锭的硅原料中的掺杂剂浓度也是有用的。该信息然后使得能够优化光伏电池制造方法。

掺杂剂浓度的确定通常是由硅锭供应商在硅锭的结晶完成时进行的。可使用多种不同的技术。

专利申请CA2673621描述了用于确定补偿硅锭中的掺杂剂浓度的方法。遍及该锭的整个高度测量电阻率以检测p-导电性和n-导电性之间的转变。该转变事实上确实导致电阻率峰。然后由p-n结处电阻率的值和由经验关系式计算在该p-n结处的硼浓度和磷浓度。然后可由其通过Scheil方程推导整个锭中的掺杂剂浓度。

论文“Segregation and crystallization of purified metallurgical grade Silicon:Influence of process parameters on yield and solar cell efficiency”(B.Drevet et al.,25th European PV Solar Energy Conference and Exhibition,Valencia,2010)描述了用于确定掺杂剂浓度的另一技术。首先确定导电性类型发生变化的高度h_eq。然后，如文献CA2673621中那样测量电阻率ρ。然而，其不是在p-n转变处而是在该锭的底部端处即在对应于凝固开始的区域中测量的。然后将参数h_eq和ρ输入到Scheil方程中以确定锭中的浓度分布曲线(profile)。

然而，基于电阻率测量的这些技术不令人满意。实际上在用这些技术获得的掺杂剂浓度值和预计值之间观察到大的差异。

发明内容

观察到，存在提供用于确定补偿硅样品中的掺杂剂杂质的浓度的精确且容易实施的方法的需求。

趋于通过以下步骤满足该需求：

-提供包括给体类型的掺杂剂杂质和受体类型的掺杂剂杂质的硅锭；

-确定其中发生在第一导电性类型和相反的第二导电性类型之间的转变的该锭的第一区域的位置；

-通过霍尔效应或者通过傅立叶变换红外光谱法测量与所述第一区域不同的该锭的第二区域中的自由载流子浓度；和

-由该锭中所述第一区域的位置以及所述第二区域中自由载流子浓度确定样品中的掺杂剂杂质的浓度。

在一个优选实施方式中，所述第二区域为该锭的表示凝固开始的一端。

根据一种发展(development)，该锭的所述第一区域的位置是通过如下获得的：对该锭的多个部分进行基于氢氟酸、硝酸、和乙酸或磷酸的化学处理，使得在所述多个部分中与所述第一导电性类型和所述第二导电性类型之间的转变对应的一个上能够显露缺陷；和确定呈现所述缺陷的部分在锭中的位置。

在所述方法的一个替代实施方式中，所述硅锭包括硼原子和氧原子，和该锭的p-导电性类型的第二区域中的自由载流子的浓度是通过监测载流子寿命在光暴露下的变化而获得的。

附图说明