[发明专利]硅中的高浓度掺杂

说明书

一种具有多个晶体硅区域的硅器件。一种晶体硅区域是掺杂的晶体硅区域。通过将氢原子引入至掺杂的5晶体硅区域内，由此所述氢以库仑力键合一些或所有的掺杂剂原子以钝化各自的掺杂剂原子从而实现钝化掺杂的晶体硅区域中的一些或所有的掺杂剂原子。钝化的掺杂剂原子可以通过加热和光照掺杂的晶体硅区域而断裂至少一些所述掺杂剂‑氢键，而且同时维持产生高浓度的中性氢原子的条件进行重新活化，由此10一些所述氢原子从所述掺杂的晶体硅区域扩散而不会重新结合至掺杂剂原子。

技术领域

本发明涉及制造太阳能电池的方法，并且特别地本发明提供了氢化硅材料的新方法。

背景技术

氢化晶体硅涉及以防止此缺陷或污染作用为少数电荷载流子的复合位点的方式将氢原子键合至硅晶格内的晶体缺陷或污染。这已知为所述特定复合位点的钝化。这对于需要长的少数载流子寿命(minority carrier lifetime)的半导体器件(装置)，如太阳能电池是很重要的并且尤其是在使用常常具有差的晶体学质量和/或纯度的廉价硅的情况下，并且因此需要钝化以使其质量达到可接受水平用于高效率太阳能电池。

低成本硅一般具有高得多的硅晶体缺陷和/或不良杂质密度。这些会降低所述硅的少数载流子寿命并且因此降低由这种材料制成的太阳能电池的效率。因此，钝化这种缺陷和污染而提高少数载流子寿命，是在使用比微电子工业常规使用的硅更低品质的硅，如由半导体级硅形成的浮区(floatzone)(FZ)晶片时能够制造高效率太阳能电池的重要组成部分。

目前，没有充分认识所述氢化方法及其潜力，商业制造的太阳能电池结构的设计对于促进氢化整个电池并不理想，这反映于对于使用标准商业级p-型晶片的技术的较差的本体寿命。

氢在整个硅中的迁移能力很大程度上受到与掺杂剂原子的相互作用的抑制。例如，在n-型硅中的平衡状态下，几乎所有的氢都处于负电荷状态(H^-)而在p-型硅中几乎所有氢都处于正电荷状态(H⁺)。然而，在各种硅极性中的这些电荷状态的氢能够导致该氢原子和各自的掺杂剂原子之间的强烈吸引作用，使得对于氢原子通过这种掺杂剂原子很难迁移。这可以导致掺杂剂原子的中和，并且因此氢不再能够在整个硅中迁移。氢在硅中的这种行为还没有得到充分的理解或在过往已被忽略，导致的后果是进行氢化的尝试相对于电池设计者所认为的情况而效果不佳。

例如，H⁺可以与离子化的硼原子(B^-)相互作用以形成中性硼-氢(B-H)配合物。类似地，H^-可以与离子化的磷原子(P⁺)相互作用以形成中性磷-氢(P-H)配合物。

硼(B)的是3价元素，其可以用于掺杂硅以便在硅晶格内呈现取代位点时会产生p-型材料。因此，这种硼原子各自会产生一个游离的“空穴”，留下具有固定负电荷的硼原子。如果原子氢引导至这种p-型区域中，并且如果氢呈现正电荷状态(H⁺)时，强静电力存在于B^-和H⁺原子之间，导致了这二者将反应以形成B-H键的高概率，因此在该位置捕获固定氢原子而同时钝化硼原子使得其在电子上作用为如同不在其中。

相反地，磷(P)是5价元素，其可以用于掺杂硅而在硅晶格内呈现取代位点时产生n-型材料。每一这种磷原子因此产生一个游离的“电子”，留下具有固定的正电荷的磷原子。如果原子氢引导至这种n-型区域，并且如果氢呈现负电荷态(H^-)时，强静电力存在于P⁺和H^-原子之间，导致二者将反应以形成P-H键的高概率，因此，在该位置捕获固定氢原子而同时钝化磷原子使得其在电子学上作用为如同不在其中。。

掺杂剂-氢配合物的解离是困难的，因为即使存在足够的热能解离配合物(例如，>150℃)，而掺杂剂原子和原子氢(对磷而言是H^-而对硼而言是H⁺)之间的库仑引力阻止了氢原子逃逸，并可能发生掺杂剂-氢配合物的快速重整。