[发明专利]加速掺杂硅中缺陷形成、稳定电池性能、制造电池的方法和电池

说明书

本公开提供了加速掺杂硅中缺陷形成、稳定电池性能、制造电池的方法和电池，尤其提供一种用于加速掺杂硅中的缺陷的形成的方法。将掺杂硅区域暴露于高强度电磁辐射，以提供显著过剩的多数载流子并且促进缺陷形成的高速率，以允许有效的硅钝化。

技术领域

本发明总体上涉及用于处理包含掺杂硅的半导体材料的方法。具体地，本发明涉及用于在硅太阳能电池中形成电活性缺陷并且使电活性缺陷钝化的方法。

背景技术

硅是用于制造现今市售太阳能电池的主要半导体材料。市售太阳能电池中的大多数由单晶或多晶硅晶圆制成。例如，通过在p型硅晶圆中扩散n型原子而在硅晶圆中形成p-n结。

大量太阳能电池是使用掺杂硼的晶圆(p型)来制造。引入硅材料中的硼原子往往会形成硼-氧(B-O)复合物。这些复合物在被暴露于诸如可见光的辐射时可形成电活性缺陷。类似地，已知多晶晶圆包含各种各样的金属杂质，这些金属杂质随后可改变形式并引入复合中心。遍及太阳能电池的电活性缺陷影响电荷载流子的寿命，从而造成性能降低。

已经在本领域中使用技术来减少p型硅太阳能电池中的缺陷的影响。然而，这些技术只应用于硅中已经存在的缺陷。因此，在该处理之后形成的任何缺陷仍将不利地影响太阳能电池效率。例如，已知p型Czochralski(Cz)硅太阳能电池遭受光致衰退(LID)，LID可以在操作的首个24-48小时期间导致高达3％绝对值的效率的降低。类似地，已证实多晶硅太阳能电池遭受类似的光致性能衰退，虽然相比于Cz晶圆，在时间上慢得多。

在典型的太阳能电池处理条件下，这些缺陷中的很多尚未形成。因此，这些技术一般需要用数小时或甚至数天来使硅材料稳定。这通常与高产量太阳能电池制造环境不符。

例如，美国专利No.8,263,176描述了使用高温来稳定太阳能电池性能的技术。根据美国专利No.8,263,176，光源可大致将稳定化处理过程加速至高达8倍。然而，在比1000W/m²更强的照射下，加速度减小并达到饱和。最终的稳定化过程在温度为160℃的热板上执行。同时，对太阳能电池进行照射，以生成过剩少数载流子。在进行进一步处理(例如在模块中进行布线和封装)之前，将太阳能电池保持在该状态下大约30分钟其它。

在本领域中，需要能够通过更快速地形成电活性缺陷来使硅材料稳定的处理和设备。

发明内容

根据第一方面，本发明提供一种用于加速掺杂硅中的缺陷的形成的方法，该方法包括以下步骤：

以使得具有高于硅的带隙的能量的光子提供至少3suns的辐射强度的方式，将所述掺杂硅的一部分暴露于电磁辐射；以及

其中，在暴露于电磁辐射期间，以使得在暴露的部分中维持高于该暴露的部分的有效掺杂浓度的10％的最小过剩多数载流子浓度的方式，选择辐射源的一个或更多个参数。

硅的暴露的部分可以包括n掺杂区域和p掺杂区域。这些区域将具有不同的有效掺杂浓度。在暴露期间，在每个掺杂区域处高于有效掺杂浓度的10％的最小过剩多数载流子浓度被维持。

在实施方式中，所述辐射使得具有高于硅的带隙的能量的光子在暴露时间段期间提供至少10suns、30suns、50suns或70suns的辐射强度。

在掺杂硅中，在至少3suns的辐射强度下，最小过剩多数载流子浓度可以被维持达暴露持续时间的至少90％，并且最小过剩多数载流子浓度可以是硅的有效掺杂浓度的至少两倍。

在一些实施方式中，该方法包括基于与暴露的硅的区域处的有效掺杂浓度或多数载流子浓度的比例或二次关系来选择辐射的大小的步骤。可以按使得到达暴露的部分的总光子密度高于5×10¹⁷光子/cm²/s的方式来选择辐射的大小。