[發明專利]具有結構氧摻雜的硅及其生產方法和用途

無效

• 申請號: 00118627.2
• 申請日: 2000-06-16
• 公開（公告）號: CN1278565A
• 公開（公告）日: 2001-01-03
• 發明（設計）人: C·海斯勒;H·U·赫夫斯;W·科克;S·圖爾姆;O·布雷滕斯坦
• 申請（專利權）人: 拜爾公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;H01L31/0256
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,王其灝

本發明涉及具有高的氧含量和高的位錯密度的硅，它的生產方法和它用于太陽能電池的用途。

結晶硅是當前制造絕大多數全太陽能電池的材料，太陽能電池可以把陽光光電轉換成電能。單晶硅和多晶硅是形成用來制造太陽能電池的硅材料的兩種主要的變型。雖然單晶硅通常是從使用切克勞斯基法熔化的硅以單晶拉出的，但多晶硅的生產方法也有許多。最有效的方法是各種塊－結晶方法，其中通過鋸割固體的多晶硅塊可以獲得用于制造太陽能電池的硅片，還有各種拉膜方法和鑄膜方法，其中從熔化的材料拉出或鑄出具有最終厚度的晶片，即硅膜。拉膜方法的例子是EFG方法(邊緣確定的供膜生長法)(EP0369574A2)和RGS方法(EP0165449Al，DE4105910Al)。

太陽能電池是大面積的pn結二極管，太陽光在它的體積內產生少數電荷載流子，這些少數電荷載流子必須能夠向位于電池表面的發射極擴散，從而使這些少數電荷載流子在pn結處被電場分開，對外部電流作出貢獻。少數電荷載流子的服務壽命越長，并且因此少數電荷載流子在基極的擴散長度越大，則這種方法就越有效。因此，對于用來生產太陽能電池的硅材料的質量要附加特殊的要求：這種材料必須盡可能是不含雜質和晶體缺陷，從而可以得到少數電荷載流子的最大擴散長度。

氧在硅中通常是主要雜質，因為熔化的硅通常是在一個石英坩鍋(SiO₂)中熔化的。雖然氧作為填隙式溶解的雜質在電的方面是不活潑的，但眾所周知的是，如果由于高溫步驟引起的硅材料中的氧含量超過約8×10¹⁷個原子／cm²(J．Vanhellemont等人，J．Appl．Phys．(應用物理雜質)77(11)，5669(1995))，少數電荷載流子的壽命也要縮短，因此太陽能電池的效率也要降低。因此，到目前為止的規則一直就是氧含量超過8×10¹⁷個原子／cm²的硅材料是不適合于制造太陽能電池的。

尤其是對于高產量的拉膜方法和鑄膜方法，產生具有足夠低的氧含量的硅材料是極其困難和昂貴的。特別是對于RGS材料，為了建立足夠平滑的表面，必須向硬化的表面施加氧氣流(DE4105910A1)。結果，在RGS材料的體積中出現了相當高的氧濃度。在接近表面的硅層中，氧含量甚致于更大，并且事實上，未經處理的樣品的表面在很大程度上由一層二氧化硅層覆蓋。為了使已經離析出來的雜質固定不動，這是必然的和期望的。對于薄的硅膜，例如厚度約為300微米的RGS膜，在沒有靠近表面的氧氣作用的條件下，剛剛集中在這個薄區的金屬雜質立即又擴散回膜的內部，這里仍舊是超過1000℃的溫度。

本發明的目的是制造適于用在光電轉換中的硅，盡管它具有高的氧含量，即，允許含有這種硅的太陽能電池能達到經濟利用硅的效率水平。

現在已經發現，在光電轉換中可以使用具有高的氧濃度的硅，條件只是這種硅還有高的晶格位錯密度(下面稱為位錯)。因為高的位錯密度一般來說將導致較不適合于光電轉換的材料，所以這將更加令人驚奇。

因此，本發明涉及的硅的總氧含量為8×10¹⁷原子／cm³到1×10¹⁹原子／cm³，位錯密度為1×10⁵cm^－2到5×10⁷cm^－2。位錯密度優選的為5×10⁵cm^－2到5×10⁶cm^－2。

本發明進而涉及制造硅的方法，所說的硅的總氧含量為8×10¹⁷原子／cm³到1×10¹⁹原子／cm³，位錯密度為1×10⁵cm^－2到5×10⁷cm^－2，并且本發明還涉及包含這種硅的太陽能電池。

可以使用高產量的方法，例如鑄膜或拉膜方法，低成本地制造按照本發明的硅，并且可以使用本發明的硅在光電轉換中得到好的效果。包含按照本發明的硅的的太陽能電池和基于切克勞斯基法單晶硅(一種用于光電轉換的特別高質量的材料)的一種用相同方法處理的太陽能電池相比，在某些情況下具有較高的短路電流。