CN109983559B - 提高用于光伏器件的晶圆性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于处理硅晶圆的方法，其使得能够通过利用晶体缺陷的性质来提高性能。该方法包括以下步骤：在硅的表面附近形成具有晶体缺陷的硅层；将器件的至少一部分在暴露于氢原子中，以使氢原子向具有晶体缺陷的区域迁移并沿晶体缺陷进入硅中；以及通过在将硅暴露于小于10mW/cm2的照射强度的同时对硅进行热处理来控制位于晶体缺陷处的氢原子的电荷态，当缺陷在晶圆的p型区域中时，使其为正；而当缺陷在晶圆的n型区域处时，使其为负。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于制造光伏器件的方法。尤其是，本发明涉及用于提高光伏器件的效率的制造方法。
背景技术
硅是用于制造现今的商用光伏(PV)电池的主要半导体材料。商用PV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，在硅晶圆中形成p-n结。
整个PV电池中的电活性缺陷影响电荷载流子的寿命，致使性能降低。这些缺陷可能与晶圆的质量有关，或者可能在制造期间产生。
晶圆成本与晶圆质量之间存在显着的折衷。目前，生产主要由更低质量、更低成本的多晶硅晶圆主导，其实现比单晶硅晶对应物更低的效率。然而，多晶硅晶圆的更低的成本使其在光伏市场能够占有大份额。这种晶圆具有一系列不同类型的使性能降低的晶体缺陷，诸如位错、晶界以及一系列其它缺陷。可以降低这种晶体缺陷的密度或严重性的晶圆制造技术将会增加晶圆的成本，导致了目前的市售晶圆范围，其中，针对具有更低密度和/或更低严重性的晶体缺陷的晶圆，价格更高。因为氢钝化是一种低成本、易于实施的工艺，所以其已经被使用了几十年以减少晶体缺陷的影响。在文献中充分证明，只有活性或原子氢能够与缺陷键合以引起它们的钝化。然而，文献中也充分证明在硅晶圆内的大部分氢是与原子氢平衡的分子形式(Herring，C，Johnson，NM&Van de Walle，CG 2001，Energy levelsof isolation interstitial hydrogen in silicon，Physical Review B，vol.64.)(Pritchard，RE，Tucker，JH，Newman，RC&Lightowlers，EC 1999，Hydrogen molecules inboron-doped crystalline silicon Semicond.Sci.Technol.vol.14.)。然而，利用近来先进的氢化技术，改变原子氢的电荷态并且使其能够转移到其它位置，因此将需要更多的分子氢解离成原子氢以恢复平衡，从而使得这种分子氢储备一旦被解离可用于有助于潜在的缺陷钝化。
发明内容
根据一个方面，本发明提供用于处理硅晶圆的方法，该方法包括以下步骤：
(a)在硅的表面附近形成具有晶体缺陷的硅层，晶体缺陷延伸穿过硅层的厚度至少10％；
(b)将器件的至少一部分暴露于氢原子中，以使氢原子向具有晶体缺陷的区域迁移并沿晶体缺陷进入硅中；
(c)通过在将硅暴露于小于10mW/cm2的照射强度中的同时对硅进行热处理，控制位于晶体缺陷处的氢原子的电荷态，当缺陷在晶圆的p型区域中时，使电荷态为正，当缺陷在晶圆的n型区域处时，使电荷态为负。
在一些实施方式中，将步骤(b)和(c)组合成单个步骤。
在实施方式中，步骤(c)包括以下步骤：通过在将硅暴露于小于1mW/cm2的照射强度的同时对硅进行热处理来控制位于晶体缺陷处的氢原子的电荷态。
在实施方式中，步骤(c)包括以下步骤：通过在将硅暴露于小于0.1mW/cm2的照射强度的同时对硅进行热处理来控制位于晶体缺陷处的氢原子的电荷态。
在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：控制所述晶圆的温度。例如，在过程(c)期间，可以将温度保持在包括在100℃至500℃之间的范围中。
在实施方式中，所述方法还包括以下步骤：控制在硅中的载流子注入水平。
在实施方式中，所述方法还包括以下步骤：控制在具有晶体缺陷的区域附近的背景有意掺杂浓度。
在实施方式中，该方法还包括以下步骤中的一个或更多个：
(i)通过照射增加载流子注入水平；
(ii)通过施加外部电场以使光伏电池结正向偏置来增加载流子注入水平；
(iii)利用能够将H-转换成H0的亚带隙光子照射晶圆；
(iv)在100℃至500℃的范围内的温度将足够的原子氢热扩散至具有缺陷的区域中，使得在一个或更多个区域中的局部原子氢浓度超过有意背景掺杂浓度以引起H0的自动生成；
(v)在100℃至500℃的范围内的温度保持步骤(i)、(ii)、(iii)或(iv)或这些步骤的任何组合至少2秒，优选地8秒，并且更优选地超过1分钟，以促进包括晶体硅区域的整个硅层的氢钝化，从而提高包括晶体硅区域的整个硅层的质量。
实施方式的优点在于，使得能够防止在晶圆表面的高浓度氢，(该高浓度氢可能减少氢向硅晶圆的扩散流动)。这提供了一种用于将更大量的氢(尤其是原子氢)扩散至硅中的机制，更大量的氢又可以钝化在包含硅晶圆的材料内的缺陷，导致更高的晶圆质量。
在一些实施方式中，以深深地渗入硅晶圆的方式形成缺陷，或者在一些情况下，直接穿过晶圆以使在硅晶圆内深处能够扩散更大量的氢。
重要的是，通过将氢原子保持在带电状态，减小了氢从缺陷迁移离开的可能性。当氢处于中性电荷态时，由于其扩散性在所有方向上都足够高，所以氢从缺陷移开的可能性更高。
在目前的硅钝化技术中，采取步骤来将氢保持在中性状态以增强其扩散性。申请人已经发现，相反，将氢保持在其带电状态使得在晶圆中能够利用有意产生的缺陷来驱动氢穿过硅材料。
在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：控制在硅中的载流子注入水平。这可以通过将晶圆保持在暗处或利用足以在硅材料中产生电子-空穴对的能量控制辐射强度来实现。
此外，可以通过将温度保持在给定范围内来控制注入水平。尤其是，所述方法可以包括以下步骤：将晶圆的温度保持在包括在100℃至500℃之间的范围内。这使得原子氢能够沿着缺陷足够快速地扩散并且避免氢中性电荷态部分的热生成过度增加。
此外，所述方法可以包括以下步骤：将在具有晶体缺陷(原子氢沿着该晶体缺陷扩散)的区域附近的背景有意掺杂浓度维持在期望的间隙原子氢的浓度(通常为514原子/cm3)之上。这最小化了中性电荷态的氢的自动生成。
附图说明
从以下通过仅示例的方式，参照附图对本发明实施方式的描述，将清楚地理解本发明的特征和优点，其中：
图1和图2是示出了根据实施方式处理硅晶圆所需步骤的流程图。
具体实施方式
本发明的实施方式涉及光伏器件和晶圆的处理领域，例如用于制造光伏器件的硅晶圆。尤其是，实施方式涉及结合制造工艺以提高硅晶圆和光伏器件的质量。
本公开涉及所有晶体和多晶硅太阳能电池，其通过将氢扩散或注入或驱使进入硅材料的缺陷区域并且优选地将该氢中的一些从一个或更多个外部氢源耦合到硅材料的深处来利用复合位点(recombination)和/或缺陷的氢钝化。
一种具有一个或更多个氢源的硅太阳能电池，所述氢源能够将氢热扩散至在晶圆表面附近具有晶体缺陷的硅晶圆的一个或更多个表面中。这些缺陷优选地相对于表面穿过硅晶圆延伸至少10％，其中，当缺陷位于p型硅内时，在缺陷附近的有意净背景掺杂至少为1e15掺杂剂/cm3，并且在n型硅中至少为3e14掺杂剂/cm3。如果氢源是例如PECVD沉积氮化硅的电介质层，则可能需要针对介电涂覆的晶圆(或部分装配式太阳能电池)的预热步骤，以使在电介质层内的氢原子热释放。
随后将晶圆热加热到由氢源的性质确定的温度，以使原子氢能够优选地从源层或气体或等离子体扩散至在晶圆表面的晶体缺陷区域中。随后将晶圆保持在100℃至500℃的温度范围内，同时基本保持在黑暗中(暴露于小于10mW/cm2的照度，并且优选地小于1mW/cm2，并且理想地小于0.1mW/cm2)以确保在p型区域内的几乎所有原子氢都是H+，而在n型区域内的几乎所有原子氢都是H-。对氢电荷态的这种控制使氢能够优选地沿晶体缺陷扩散，这是由于这些氢原子沿着缺陷区域具有比硅晶体更高的扩散性。虽然与原子氢相比，分子氢不太可能显着移动，但是在针对给定的温度和注入水平的任何给定位置，众所周知的是，分子氢将根据需要由原子氢形成或者解离成原子氢以维持平衡浓度(Herring，C，Johnson，NM&Van de Walle，CG 2001，Energy levels of isolation interstitial hydrogen insilicon，Physical Review B，vol.64.)(Pritchard，RE，Tucker，JH，Newman，RC&Lightowlers，EC 1999，Hydrogen molecules in boron-doped crystalline siliconSemicond.Sci.Technol.vol.14.)。
这意味着当大量氢从外部氢源进入缺陷硅时，某一部分将形成分子氢。然后，该分子氢用作氢的储存，当原子氢从那个位置(例如沿着晶体缺陷)扩散离开时，这些氢将解离成原子氢以保持平衡，然后这些解离的原子氢也能够作为原子氢扩散。
在将温度保持在100℃至500℃的范围内同时，晶体缺陷内和沿晶体缺陷累积足够的原子氢之后，随后使用一个或更多个工艺来增加在晶体缺陷附近的氢中性电荷态(H0)部分，以增强其反应性来促进在晶体区域内晶体缺陷的钝化，并且大大增加其扩散性，因此氢可以从晶体缺陷的区域逃逸到非晶体缺陷区域或少晶体缺陷区域，以对任何复合位点进行钝化。用于增加在晶体缺陷附近的氢中性电荷态(H0)部分的方法可以包括以下工艺的一个或更多个：
(a)通过照射晶圆提高在硅内的注入水平；
(b)通过施加外部电场以使太阳能电池二极管正向偏置，提高在硅内的注入水平；
(c)利用亚带隙光子照射晶圆，亚带隙光子能够将H-转换成H0，但是同时由晶体硅区域最小程度地吸收；
(d)在100℃至500℃的范围内的温度，在黑暗中(或小于1mW/cm2光强度)继续前一过程，以将附加的原子氢热扩散至晶体缺陷区域，使得在一个或更多个区域中的局部化原子氢浓度超过有意背景掺杂浓度，以致使H0自动生成。
本发明可以被分解为三个连续的阶段，第一阶段是在硅晶圆的表面有意提供诸如晶界和位错的晶体缺陷，以便以增加的速率和量从相邻的氢源将原子氢耦合或转移进入硅晶圆。合适的氢源包括：包含有氢的表面电介质层、或者含氢的等离子体或气体，该表面电介质层例如可以是由PECVD、溅射或者ALD沉积。一些氢源可能需要初始活化步骤以使原子氢可用于随后扩散到硅表面中，例如预热含氢的PECVD氮化硅层，以从氮化硅层内氢原子的键中热释放氢原子。晶体缺陷的重要性在于，处于适当的电荷态的氢原子沿晶体缺陷比在非缺陷晶体硅中具有更高的扩散性，因此使在这种缺陷区域内的原子氢能够更快地从表面扩散开并且更深地进入硅，而不是以倾向于阻塞或阻止氢从氢源进一步扩散到硅中的方式在硅表面累积。最终的结果是，这种缺陷的存在可以使更大量的原子氢能够快速渗入到硅晶圆中，并且其它条件相同，这种缺陷的密度越高，氢进入硅晶圆的总扩散越大。
实际上，任何从晶圆表面渗入到硅晶圆中并且具有合适的并置氢源的晶体缺陷在被加热时可以加速原子氢扩散到硅晶圆中。可以以许多方式形成合适的缺陷，例如通过对硅施加应力以引起位错，在晶圆表面处或甚至以促进其传播到晶圆表面的方式在晶圆内更深处形成。在许多情况下，在晶锭的形成工艺期间可以形成合适的晶体缺陷，例如利用晶界和位错，它们可以潜在地传播通过整个晶锭并且因此在锯切之后穿过各个单独的晶圆。因此，晶锭生长过程也可以影响或控制这些缺陷的密度。另一个例子是单晶硅的铸造，其可以在凝固期间在硅内产生很大的应力，从而可以形成位错，并且然后可能潜在地传播彻底穿过完成凝固过程的晶锭的顶部。晶体缺陷的密度也可能受到硅的凝固速率以及晶锭生长期间某些杂质的存在的显着影响。硅晶圆的机械应力也可以被用于形成从表面渗入到硅中的合适的晶体缺陷。也可以使用化学处理，例如通过蚀刻表面以形成易于形成晶体缺陷的区域，晶体缺陷例如由浸入HF基溶液中同时照射形成的多孔硅。对表面的合适的化学处理的另一个例子是在高温下氧化硅表面，这导致氧化物层在冷却时将硅表面置于张力下，这是因为硅晶圆具有比氧化物层更高的热膨胀系数。已知硅在张力下非常弱，因此如果氧化物层比大约300nm更厚，则易于错位。这种位错可以很容易从表面渗入到在硅内的深处，通常沿着<1,1,1>面传播。通过粗糙化硅表面，例如在氧化硅表面之前通过化学织构化或等离子体蚀刻或者机械刻划硅表面，可以进一步增强产生晶体缺陷的能力。当这种氧化物层用于将硅表面置于张力下时，表面的这种粗糙化用于将应力集中在局部区域中。
引入渗入彻底穿过硅晶圆的合适晶体缺陷的最有效方法之一是通过在晶锭生长或晶圆形成期间形成晶界。通过接种晶体生长或以适当的速率冷却熔融硅来使期望尺寸的晶体成核和生长，可以以任何期望的密度以及在任何期望位置潜在地形成晶界。
本发明的第二阶段可选地可以被分解为两个连续的步骤。第一步涉及将器件的至少一部分暴露于氢原子中，使得氢原子朝向具有晶体缺陷的区域迁移并沿着晶体缺陷迁移到硅中。第二步涉及控制氢原子的电荷态，以使氢的大部分优选地沿晶体缺陷扩散，以随后钝化这些缺陷并且使更多的氢能够扩散至晶圆表面并渗入到硅晶圆内更深处。这是通过利用晶体缺陷沿着晶体缺陷的方向为大多数元素提供增强的扩散性的能力来实现的。对于在非缺陷硅中具有相对差的扩散性的元素，扩散性的增强程度通常更大，使得氢原子的H+和H-电荷态相对于H0为优选的，以增强沿着晶体缺陷的扩散。为了确保当缺陷在p型硅中时，几乎所有的氢都处于正电荷态H+，当缺陷经过n型硅时，几乎所有的氢都处于负电荷态H-，必须对硅进行足够地高度掺杂、保持在500℃以下以及低水平注入，例如将其保持在黑暗中(<1mW/cm2照度)。为了进行足够地高度掺杂，对于在p型区域内的缺陷或部分缺陷，有意净掺杂需要高于1e14原子/cm3，并且优选地高于1e15原子/cm3，而对于在n型区域内的缺陷或部分缺陷，有意净掺杂需要高于5e13原子/cm3，并且优选地高于3e14原子/cm3。
因此，当增强氢沿晶圆的晶体缺陷的扩散时，需要在100℃至500℃的范围内，优选地在225℃至425℃的范围内，并且理想地在300℃至400℃的范围内的温度进行，同时保持晶圆在黑暗中(在光强度<1mW/cm2，并且理想地<0.1mW/cm2)，并且持续一段时间使足够的原子氢能够在晶体缺陷区域内并且从晶圆表面到所需的深度累积。取决于氢源的性质，有时该热处理优选地被分为两部分进行，其中，一个温度被用于使氢从氢源(例如含氢的电介质层)更好的扩散，并且然后，相对于扩散至非缺陷区域，一个不同的温度用于增强沿晶体缺陷的扩散是更好的，但同时实现足够的可制造的产量。除了增加扩散性，温度增加还有两个好处；首先，当原子氢扩散离开时，在该位置处的分子氢解离成原子氢以恢复平衡；以及，其次，文献中充分证明，更高的温度会使平衡偏向于原子氢相对于分子的更高浓度(Voronkov,VV&Falster,R2017，Formation,dissociation,and diffusion of varioushydrogen dimers in silicon,Phys.Status Solidi B,vol.254.)(Herring,C,Johnson，NM&Van de Walle,CG 2001,Energy levels of isolation interstitial hydrogen insilicon,Physical Review B,vol.64.)(Pritchard,RE,Tucker,JH,Newman,RC&Lightowlers,EC 1999,Hydrogen molecules in boron-doped crystalline siliconSemicond.Sci.Technol.vol.14.)，在这两种情况下，由解离的分子产生的原子氢用作更高扩散活性的氢的附加来源。
一旦足够的氢已经沿多个晶体缺陷扩散并且在多个位置累积足够的量，则随后的第三阶段可以被用于增加氢的中性电荷态H0的浓度，为了使氢原子能够键合到不同的缺陷，并且从而钝化它们。例如，在p型硅中，在晶体缺陷内几乎所有的氢都是H+，通过将氢转换成H0的方式的电子的提供然后增加了氢与电子的反应性，使氢更容易与先前引起复合的缺陷化学键合并且钝化该缺陷。可以使用几种方法来增加氢的中性电荷态H0的浓度。一个示例是以至少20mW/cm2并且优选地高于200mW/cm2并且理想地高于2W/cm2的强度照射晶圆，同时加热到100℃至500℃的范围内的温度，以促进在晶体缺陷内大部分复合源的钝化，并且随后原子氢中的一些扩散离开晶体缺陷区域，以促进氢钝化在整个晶圆中的其它复合源(例如由硼氧化物缺陷或多种的污染物引起的)。
第二个示例是通过应用外部电场以使太阳能电池二极管正向偏置来提高在硅内的注入水平，优选地还在至少100℃的高温以加速该过程。如果晶圆是n型或具有n型区域，则第三个示例是利用具有至少10mW/cm2并且优选地高于100mW/cm2并且理想地高于1W/cm2强度的亚带隙光子照射晶圆以将H-的至少一部分转化为H0，但是同时最小程度地由晶体硅吸收，而将晶圆同时加热到100℃至500℃的范围内的温度，以促进在晶体缺陷内的大部分复合源的钝化以及随后的一些原子氢扩散远离晶体缺陷区域，从而促进氢钝化整个晶圆中其它复合源(例如由氧相关缺陷或各种其它污染物引起)。第四个示例是将晶圆加热到100℃至500℃的范围内的温度，并且优选地是在300℃至450℃的范围内，并且理想地在400℃至450℃的范围内，同时保持晶圆在黑暗中(在光强度<1mW/cm2，并且理想地<0.1mW/cm2)，以使足够的附加原子氢能够从在表面的氢源热扩散至晶体缺陷区域并且沿着晶体缺陷区域扩散，从而使在一个或更多个区域中的局部的原子氢浓度超过有意背景掺杂浓度以致使H0自动生成。H0的自动生成的概念在其它地方进行了描述，并且例如在p型硅中，涉及在晶体缺陷区域内的H+氢原子用作施主掺杂剂，以反掺杂或钝化有意背景p型掺杂，使在晶体缺陷的至少一些局部区域中，足够的原子氢能够累积，使得原子氢的浓度变得与有意背景p型掺杂的浓度相当或者甚至超过有意背景p型掺杂的浓度，因此有效地去除或消除或钝化p型掺杂。在平衡时费米能级的相应移动引起氢原子部分电荷态分布的显着变化，显着地增加H0和H-两者的浓度，因此促进了晶体缺陷的钝化(这在p型材料中利用H+是不可能的)。由于H0还具有比H+或H-高许多数量级的扩散性，H0能够通过扩散到具有更低氢浓度和更少晶体缺陷的区域，而相对容易地从高晶体缺陷区域逃逸，例如远离或离开晶界或位错簇中，其中，氢已经累积到其它区域，然后在这些区域可以发生氢钝化。H0从这些区域离开导致H0的耗尽，导致H0的进一步自动生成以及其向更低浓度的周围区域的扩散，直到原子氢的浓度下降到低于有意背景掺杂的浓度为止。此时，不再有足够的氢原子用作施主以补偿大多数p型掺杂，并且费米能级的位移有利于增加H+部分和减少H0部分。
对于具有部分(或完全)位于n型硅内的晶体缺陷，也可以发生等同的情况，不同的是，在这种情况下，氢原子转变成H-并且因此用作受主原子，反掺杂n型掺杂。同样，利用足够的氢原子，实际上所有的n型掺杂都可以被有效地中和或钝化，移位费米能级以再次增加H0部分。这再次被称为H0的自动生成，再次使随后容易利用H0钝化晶体缺陷，并且然后使剩余的H0能够扩散到具有更低氢浓度的其它区域中以钝化任何类型的可能引起复合的缺陷或污染物。
本发明的实施方式提供了一种具有一个或更多个氢源的硅太阳能电池，所述氢源能够将氢热扩散至硅晶圆的一个或更多个表面中，在晶圆表面附近具有晶体缺陷，所述晶体缺陷相对于表面延伸至少部分(10％)穿过硅晶圆，其中，在缺陷附近的有意净背景掺杂在p型区域中至少为1e15掺杂剂/cm3，在n型区域中至少为3e14掺杂剂/cm3，将硅晶圆加热到100℃至500℃的范围内的温度，使原子氢能够优选地扩散至在晶圆表面的晶体缺陷区域并且沿着晶体缺陷扩散，同时基本保持在黑暗中(暴露于小于1mW/cm2的照度)以确保在p型区域内的几乎所有原子氢都是H+，而在n型区域内的几乎所有原子氢都是H-。
在一些实施方式中，在晶体缺陷内以及沿晶体缺陷累积足够的原子氢之后，同时将温度保持在100℃至500℃的范围内，使用一个或更多个工艺来增加在晶体缺陷附近的氢中性电荷态(H0)部分，所述工艺包括以下一个或更多个工艺：
(a)通过照射提高注入水平
(b)通过应用外部电场以使太阳能电池二极管正向偏置来提高注入水平
(c)利用能够将H-转换成H0的亚带隙光子照射晶圆
(d)继续在100℃至500℃的范围内的温度将足够的原子氢热扩散至晶体缺陷区域，使在一个或更多个区域中的局部的原子氢浓度超过有意背景掺杂浓度，以致使H0自动生成。
(e)将(a)、(b)、(c)或(d)或这些的任何组合保持在100℃至500℃的温度范围内至少2秒，并且优选地是8秒以及更优选地超过1分钟以促进晶体硅区域的氢钝化以提高它们的质量。
现在参照图2，其示出了根据实施方式的过程的流程图200。在这个示例中，使用定向铸造技术来凝固掺硼硅锭，产生小颗粒的晶体硅，并且因此产生大量晶界形式的晶体缺陷。将晶锭切成砖状，然后切成晶圆。对p型多晶晶圆进行酸蚀刻以去除损伤和织构化。然后将晶圆进行磷扩散以形成80-100Ω/□的n型发射极，接着进行HF浸渍以去除磷硅酸盐玻璃并进行后蚀刻以去除后侧的扩散。前侧涂有75nm的PECVD SiNx:H作为用于表面钝化、抗反射涂层和氢源的电介质。分别将铝和银触点丝网印刷在后表面和前表面上。在约800℃烧制电池以共同形成金属触点，同时还从氮化硅中氢的键释放氢。然后在400℃在黑暗中(利用<1mW/cm2照射)将电池退火16分钟。所增加的温度使氢在电介质内的扩散性增加，使其能够扩散到硅中，优选地扩散到硅中的晶体缺陷中。低照度使氢主要保持在多数电荷态，在n型发射极中保持H-，并且在p型整体中保持H+，以使在晶体区域内的扩散最小化，从而使氢能够沿晶体缺陷或晶界扩散。保持所述温度和低照度16分钟，使氢能够沿着晶界更深地进入硅中，并且当它移动得更深时，使更多的氢能够从电介质扩散进入，并且更多的分子氢解离成原子氢，使大浓度的氢能够在晶界内以及沿晶界延伸彻底穿过晶圆累积。一旦氢在整个晶界中被捕获，在300℃将电池进行退火，同时利用1W/cm2照度照射，以将晶界中捕获的氢中的一些转化为H0，以增强晶体硅晶粒内的扩散性以及增加反应性以使氢与在晶界或晶体硅晶粒内的缺陷键合，从而增强整个晶圆的钝化。
在另一个实例中，本发明可以被应用于激光掺杂、选择性发射极、电镀PERC电池。使用单晶接种辅助铸造技术来凝固硼掺杂的硅锭，形成“铸造单晶”硅锭。这种技术能够从晶锭的底部到顶部形成位错网络，从而一旦将晶锭切成砖状然后切成晶圆，就能使晶体缺陷穿透晶圆的整个厚度。2Ω-cm的p型铸造单晶圆经过切割损伤去除，然后进行碱性织构化。然后对该晶圆进行磷扩散以形成100-120Ω/□的n型发射极，接着进行HF浸渍以去除磷硅酸盐玻璃并进行后蚀刻以去除后侧的扩散。在大约75nm的PECVD SiNx:H之前，利用10nm的热氧化物钝化前侧和后侧，在晶圆的每一侧设置氢源。前表面是利用磷源进行激光掺杂，以同时在电介质中形成接触开口，并重掺杂开口，形成选择性发射极。后侧经激光图案化以形成电介质的接触开口。将铝丝网印刷在后侧并在共晶温度577℃以上烧制以形成后金属触点，同时还从氮化硅层中氢的键释放氢。然后利用镍基层对电池进行光诱导镀覆。在400℃下在黑暗中(<1mW/cm2照射)将电池退火10分钟以烧结镍并形成硅化镍。所述温度还使电介质内氢的扩散性增加，使其能够从每一侧扩散到硅中，优选地进入硅中的位错以及其它晶体缺陷中。低照度使氢主要保持在多数电荷态，在n型发射极中保持H-，而在p型体中保持H+，以使在晶体区域内的扩散最小化，从而使氢能够沿晶体缺陷或晶界扩散。保持所述温度和低照度10分钟，使氢能够沿着晶界更深地进入硅中，并且当它移动得更深时，使更多的氢能够从电介质中扩散进来，并且更多的分子氢解离成原子氢，使大浓度的氢能够在晶界内以及沿晶界延伸彻底穿过晶圆累积。在该过程结束时，将照射增加到100mW/cm2，以将在晶界中捕获的一些氢转化为H0，以增强晶体硅晶粒内的扩散性以及增加反应性，使氢与在晶界或晶体硅晶粒内的缺陷键合，从而增强整个晶圆的钝化。然后，通过利用块状铜金属进行光诱导电镀并且然后进行银覆盖来完成电池。
本领域技术人员还将理解，在不脱离如广泛描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对如具体实施方式中所示的本发明进行多种变更和/或修改。因此，本发明的实施方式在所有方面都被认为是例示性的而不是限制性的。
这里使用的用语“包含”(及其语法变体)以“具有”或“包括”的包含性意义使用，而不是以“仅由......组成”的意义使用。
Claims (9)
1.一种用于处理硅光伏电池的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供晶体硅衬底，所述硅衬底在所述硅衬底的表面附近包括晶体缺陷，所述晶体缺陷延伸穿过所述硅衬底的厚度至少10％；
(b)将所述硅衬底的至少一部分暴露于氢原子中，以使氢原子向具有所述晶体缺陷的区域迁移并沿所述晶体缺陷进入所述硅衬底中；以及
(c)通过在将所述硅衬底暴露于小于10mW/cm2的照射强度的同时对所述硅衬底进行热处理来控制位于所述晶体缺陷处的氢原子的电荷态，当所述缺陷在所述硅衬底的p型区域中时，使所述电荷态为正，当所述缺陷在所述硅衬底的n型区域时，使所述电荷态为负。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将步骤(b)和(c)组合成单个步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(c)包括以下步骤：通过在将所述硅衬底暴露于小于1mW/cm2的照射强度的同时对所述硅衬底进行热处理来控制位于所述晶体缺陷处的氢原子的电荷态。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(c)包括以下步骤：通过在将所述硅衬底暴露于小于0.1mW/cm2的照射强度的同时对所述硅衬底进行热处理来控制位于所述晶体缺陷处的氢原子的电荷态。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：控制所述硅衬底的温度。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法在过程(c)期间还包括以下步骤：将所述硅衬底的环境的温度保持在100℃至500℃之间的范围中。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：控制所述硅衬底中的载流子注入水平。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：控制具有所述晶体缺陷的区域附近的有意背景掺杂浓度。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤中的一个或更多个：
(i)通过照射增加载流子注入水平；
(ii)通过施加外部电场以使所述光伏电池的结正向偏置来增加载流子注入水平；
(iii)利用能够将H-转换成H0的亚带隙光子照射所述硅衬底；
(iv)在100℃至500℃的范围内的温度下将足够的原子氢热扩散至具有所述缺陷的区域中，使得一个或更多个区域中的局部原子氢浓度超过有意背景掺杂浓度以引起H0的自动生成；
(v)在100℃至500℃的范围内的温度下保持步骤(i)、(ii)、(iii)或(iv)或这些步骤的任何组合至少2秒，以促进所述晶体缺陷的氢钝化，从而提高所述硅衬底的质量。
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