[发明专利]硅中的热处理

说明书

提供了处理具有含有内部氢源的晶体硅区域的器件的方法。所述方法包括：i)将封装材料施加于所述器件的每个前表面和后表面以形成叠层；ii)向所述叠层施加压力并加热所述叠层以使所述封装材料粘结至所述器件；和iii)冷却所述器件，其中所述加热步骤或冷却步骤或二者在光照下完成。

技术领域

本发明涉及制造太阳能电池的方法，具体而言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缺陷或污染物起到少数电荷载流子(minority chargecarrier)的重新结合(recombination)位点作用的方式将氢原子键合到硅晶格内的晶体学缺陷或污染上。这就是所谓的特别重新结合位点(particular recombination site)的钝化(passivation)。这对于需要较长的少数载流子(minority carrier)寿命的半导体器件，如太阳能电池以及特别是在使用常常具有较差的晶体学质量和/或纯度的廉价硅，因此需要钝化以使质量达到高效率太阳能电池可接受水平的情况下，是很重要的。

低成本硅一般具有高得多的硅晶体学缺陷和/或不希望杂质的密度。这些会降低所述硅的少数载流子寿命并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物以改善少数载流子寿命，是在使用比微电子工业常规使用的那些，如由半导体级硅形成的浮区(floatzone)(FZ)晶片更低品质硅时能够制造高效率太阳能电池的重要部分。

目前，在没有完全了解氢化过程及其潜力的情况下，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是不理想的，对于使用标准商业级p-型晶片的技术，这反映在较差的本体(bulk)寿命。

氢在整个硅内移动的能力通过与掺杂剂原子的相互作用而显著抑制。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，在相应的硅极性中这些电荷状态的氢能够导致所述氢原子和相应的掺杂剂原子之间的强烈吸引，使得对于所述氢原子而言很难移开(move past)这种掺杂剂原子。这能够导致所述掺杂剂原子的中和，因此所述氢不再能够在整个硅内移动(movethroughout the silicon)。氢在硅中的这种行为还没有被很好地理解或在过往已忽略，结果是对于氢化的尝试比电池设计者所认为的情况更低效。

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

硼(B)的是3价元素，其能够用于掺杂硅以在硅晶格内的取代位点采用时产生p-型材料。因此，每个这种硼原子会产生一个游离的“空穴”，留下具有固定负电荷的硼原子。如果将原子氢引导至这种p-型区域中，并且如果所述氢采用(take on)正电荷状态(H⁺)时，强静电力存在于所述B^-和H⁺原子之间，导致了这二者将反应以形成B-H键的较高可能性，因此在该位置处捕获所述氢原子，同时失活(deactivate)所述硼原子使得它在电子学上起作用，就像它不再在那里一样。

相反，磷(P)的是5价元素，其能够用于掺杂硅以在所述硅晶格内的取代位点上采用时产生n-型材料。因此每个这种磷原子产生一个游离的“电子”，留下具有固定正电荷的磷原子。如果将原子氢引导至这种n-型区域，并且如果所述氢采用负电荷态(H^-)时，强静电力存在于所述P⁺和H^-原子之间，导致了这两者将反应以形成P-H键的较高可能性，因此，在该位置处捕获所述氢原子并同时失活所述磷原子，使得它在电子学上起作用，就像它不再在那里一样。