[发明专利]用于光伏电池制造的晶圆分级和分类

说明书

技术领域

本发明涉及用于对半导体材料(例如用于光伏电池制造的晶圆)进行分级并可选地将分级后的晶圆分为数量更小的类别的方法和装置。但应了解，本发明并不限于这一特定领域的使用。

相关申请

本申请要求2011年11月7日提交的澳大利亚临时专利申请No2011904618的优先权，其内容通过引用的方式并入本文中。

背景技术

本说明书中对现有技术的任何讨论不应被视为承认该现有技术已广为公知或构成本领域公知常识的一部分。

基于光伏(PV)电池的商用晶圆通常由10×10cm²至22×22cm²的硅晶圆制成。如图1所示，通常为1×1×0.7m³尺寸的铸型多晶硅块2(也称为晶锭)被锯成排列为砖柱4(通常称为晶砖)的方形(10×10cm²至22×22cm²)，进而再被锯成单个晶圆6，每个晶圆通常为120-250μm厚。晶锭通常被锯成4×4或5×5的晶砖。通过用于多晶硅和单晶硅晶锭生长的不同技术，PV电池可由多晶硅或单晶硅制成。

在硅的结晶和晶锭生长期间，出现多种缺陷，包括杂质、夹杂物和结构上的缺陷(如缀饰位错和非缀饰位错以及晶界)。由于这些缺陷通常是复合活性的，即，它们作为电子和空穴复合的场所，缩减了少数载流子寿命，因此它们在晶砖和晶圆中的分布和密度对PV电池和晶圆制造商是有重大意义的。

在一些制造工艺中，不同的晶锭以及同一晶锭中的掺杂水平是可改变的。因此，晶圆可具有不同的掺杂度，并且该不同的掺杂度对由这种晶圆制成的PV电池的效率或性能有影响。

由于PL强度对少数载流子寿命的依赖性，使用已公布的PCT专利申请WO 2007/041758 A1和WO 2011/079354 A1中描述的装置而得到的带间光致发光(PL)的成像已被证明对于显露硅晶圆中的富含杂质的区域和复合活性缺陷是有用的。沿晶砖侧面的PL测量法也被证明能够显露出富含缺陷或杂质的区域，该PL测量可用于晶圆切割导引。用于描述硅晶块和晶圆样本的其他已知技术包括：用于确定夹杂物(如碳化硅和氮化硅)的密度和位置的红外(IR)传输法，用于确定在一点或多点处的本底掺杂密度的电阻率测量法，以及诸如瞬态或准稳态光电导(QSSPC)和测量在一点或多点处的有效的或限于表面的少数载流子寿命的微波光电导衰退法(μ-PCD)等技术。

已公布的PCT专利申请WO 2009/121133 A1讨论了如下构思：获得硅晶圆的PL图像，进而评估缺陷(如位错)的密度并将该信息用于包括检查新进晶圆质量等多种用途，将晶圆分为质量库，改善体硅铸造工艺，以及预测由该晶圆制成的PV电池的一个或多个工作参数。但由相对位错密度和开路电压之间的近似相关性可知，在这一预见性方面有待于作出明显的改进。

一些复合活性缺陷和杂质可在PV电池制造期间被除去或减少，例如，在发射极扩散步骤或背敷金属过程中进行去疵，或在氮化硅工艺步骤中进行氢钝化，与此同时，在晶锭结晶期间产生的许多缺陷仍留存在硅中并限制电池效率。此外，一些类型的缺陷可能在退火期间被激活而在电池制造期间变为复合活性的。因此，通过整个PV电池供应链对晶砖或晶圆中缺陷的分布、密度和类型的进一步理解是有价值的。

由此，半导体材料(例如，晶圆)的特性在某种程度上成为由其产生的光伏器件的性能和/或效率的预测器。但还存在大量其他因素能够影响光伏器件性能和效率，其中重要的在于制作PV器件的特定电池线的类型和情况。为了便于说明，可将同一半导体晶圆提供到两条不同的电池线上，并且所产生的PV器件可具有极为不同的性能特性。

此外，本领域技术人员应了解，对于电池制造商来说，非常期望具有一致的原材料或至少能够将原材料(即，进入电池线的晶圆)的变化最小化。更为期望的是，所有的电池具有将开始晶圆的固有限制(特别是就性能限制的缺陷而言)考虑在内的最高可能效率。

发明内容

本发明的一个目的在于克服或减轻现有技术的至少一个缺点，或者提供有益的可供选择的替代方案。以一优选方式，本发明的一个目的在于基于一个或多个测量法的晶圆特性提供对硅晶圆分级的协议。以一优选方式，本发明的另一目的在于，提供用于测量体状和晶圆状硅中的缺陷的分布、强度、密度或类型并且用于使用该信息来提供硅PV电池的改进性能的改进方法。

在第一方面，本发明提供一种对用于制造光伏电池的半导体材料的多个样本进行分级的方法，所述方法包括：