[发明专利]用于生产衰减LID现象的太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于生产对LID(“光致衰退”)现象敏感度低的光电池，LID即当电池第一次曝露于光时产生的光伏转换效率的衰退。

背景技术

光伏技术发展的一个目标是降低制造成本并结合着提高效率。由于硅衬底代表着大约40%的电池成本，因此研究针对着光伏质量的硅的低成本生产线的发展，光伏质量即处于在电子工业中使用的极高质量的硅（电子产品质量的高纯度硅）与在冶金工业中使用的质量要求较低的硅（冶金质量的硅）之间的质量。因此光伏质量的晶体（单晶或多晶）硅在金属杂质（钴、铜、铁等等）中、在掺杂杂质（例如磷、砷和硼）以及在氧方面，比在电子产品质量的晶体硅中丰富。

该生产线的主要目的为能够生产并不是很贵但具有有利的转换效率的电池。这是可行的经济生产线发展的条件之一。然而，众所周知，半导体的电子特性（载荷子的寿命、扩散长度）受在原子结构中点缺陷或扩展缺陷的存在的影响。

具体来说，低成本的硅衬底对LID现象是非常敏感的，该LID现象与在光照下被激活的硼和氧复合物的形成是相关联的。这些现象导致在第一次使用电池时其光伏转换效率（在电池的输出处提供的电功率与接收的光功率的比率）的衰退。当在硅衬底中的氧和/或硼的水平高时，这种衰退是相当高的，尽管其他因素也导致了转换效率的衰退，例如在生产结束时电池的质量（电池的初始性能越差，在光照下的衰退就越严重）和其他杂质的存在（尤其是磷、碳、铝）。

标准的生产线使用掺杂硼的硅。尤其是，在用于光电池的低成本的硅衬底中，通常硼和氧的水平分别超过3.10¹⁵cm^-3和10¹⁷cm^-3。其中的LID现象特别敏感，相对于曝光前的电池的转换效率具有大约8%的转换效率的衰退。

在低成本硅生产线的背景下，因此出现了找到降低该衰退程度的解决方案的必要。

现已提出了各种技术。尤其是，已经提出了在350℃到500℃之间的退火以俘获热施主形式的氧，例如在Jan Schmidt和Karsten Bothe的文章Structure and transformation of the metastable boron-and oxygen-related defect center in crystalline silicon(publication du22janvier2004-Physical Review,B69,024107:1-8)（“亚稳态硼的结构和转换和以晶体硅为中心的氧相关缺陷”（2004年1月22日公开—物理综述，B69，024107:1-8））的B部分“Long term annealing at low temperature”（“在低温的长时间退火”）中所描述的。然而，相关联的动力学是非常缓慢的，其与用于大量生产的低成本生产线是不匹配的。应用于多晶硅的另一种解决方案使用快速退火，如在Ji Youn Lee等人的文章Improvement of charge minority-carrier lifetime in p(boron)-type Czochralski silicon by rapid thermal annealing(Progress in Photovoltaics:Research and Applications,2001;9:417-424)（“通过快速加温退火提高在p（硼）型切克劳斯基法生长硅中的少数载荷子的寿命”（光电压进展：研究与应用，2001；9:417-424））中所描述的。该解决方案能够引入影响材料的电特性的其他缺陷，尤其是将初始沉淀的杂质引入解决方案。光致“再生”技术也是已知的，其存在于光照下进行的在80℃到200℃之间的退火中，其效果将是“溶解”硼—氧缺陷。然而，实际上得到的再生效果将暂时证明：在一定时间后，转换效率再次衰退。此外，该现象因太慢而无法实现工业化。

因此存在着真实的需要去寻找用于限制LID现象的技术方案，其在转换效率上产生可靠并持久的效果，并且完全集成到大量生产的光伏生产线上去。这即是本发明的目的。