专利名称：用于制作效率稳定的光电单元的方法
用于制作效率稳定的光电单元的方法本发明涉及一种用于制造效率稳定的光电单元的方法。具体而言，本 发明涉及一种制造基于掺杂硼的含氧硅衬底的太阳能电池或其中封装该 太阳能电池的光电模块的方法。太阳能电池用来将光直接转换成电能。为此，具有相对应的相对掺杂的区域形成于p型或ii型半导体上。产生pn结。在膝光时产生通过由pn 结形成的电势梯度在空间上分离的电荷载流子对。以这一方式分离的电荷 载流子然后可以扩散到太阳能电池的表面并且通过在外部电路形成的金 属接触供应到外部电路。晶体硅是常用来制造太阳能电池的半导体。有多晶硅和单晶珪之分。 由于单晶硅没有充当杂质并且因此作为复合中心的晶界，所以它具有比多晶硅更高的材料质量从而用其形成的太阳能电池的潜在的效率更高。然 而，由于提4i^单晶需要能量密集的另外的处理步稞，所以单晶硅的制造 成本比多晶珪更高。如今，主要使用两种晶体提拉方法来制作单晶硅。通过浮区(float -zone, FZ)法制作的硅晶片质量最高但是成本最高且主要用在电子领 域中。直拉(Czochralski， Cz)法成^/低、因此适于用于大规模生产 太阳能电池。在直拉法中，在坩锅中使硅熔化。使单晶籽晶与熔化物接触、 然后通过緩慢地离开熔化物向上提拉该晶体。在这种情况下，来自熔化物 的硅在(籽)晶的表面上结晶，并形成圆柱单晶体，该圆柱单晶体通常可 以具有为30cm的直径和数米的长度。这一单晶体然后被切成约 200-300mjii厚的晶片。如今，用于制造太阳能电池的p半导体型的Cz硅由于工艺技术的优 势而通常掺杂有硼.为此，在Cz方法过程中在硅熔化物中溶解硼。由于 其良好的溶解性，硼结合于从熔化物提拉的硅晶体中。获得很大程度同质 的掺杂硼的硅晶体。在常规Cz方法中，从通常包括石英(硅氧化物)的坩锅中释放的氧 常常溶解于硅熔化物中。氧同样地结合于硅晶体中。当照明由Cz硅制作的太阳能电池和/或向该太阳能电池施加外部电压时，在太阳能电池中生成过量少数载流子并且电流在太阳能电池中流 动。在这种情况下，与用于掺杂的硼原子一起结合于硅中的氧原子看起来 形成可以充当电活性杂质并且可能负面地影响太阳能电池的电特性的缺陷。由于形成这样的缺陷，所以Cz珪衬底的材料质量在太阳能电池的最 初工作时间内恶化而太阳能电池的效率降低直至它在某最^Hi达到饱和。 这一现象被称为Cz硅的"载流子引起的退化"，它是于1972年发现的并 且迄今为止仍然是大力研究的对象。在约lxl016cm-3的有利的硼浓度和5xl017cnT3 — 10xl0"cm3的Cz硅 的典型氧浓度的情况下，太阳能电池在工作条件之下的效率在数小时内通 常退化多达3%绝对值。在Cz硅太阳能电池中常常观察到的1%绝对值 的损失已经代表在16.5%的效率的多于6%相对值的损失，其中16.5%的 效率是作为基于Cz硅的工业制造的太阳能电池在退化之前的典型值。硼 和/或氧浓度越高，则在太阳能电池的初始工作过程中的退化和随&造成 的效率损失越大。迄今为止在现有技术中已知大致两种关于如何减少或避免退化的主 要方式。第一方式基于最小化Cz方法过程中的珪熔化物的氧污染。为此， 开发了所谓MCz (Magnetic Czochralski，磁直拉)法，由此通过复杂的 磁场技术在晶体的生产过程中避免了珪熔化物与石英蚶锅之间的接触，从 而降低氧含量并且因此减少退化。然而，由于制it^来更复杂，所以MCz 硅比普通Cz硅昂贵得多。另 一方式是基于减少硅晶体中的硼含量。计算已经表明通过使用硼浓 度约为lxlO"cm-s的硅衬底可以实现太阳能电池的最佳效率。为了减少在 这些硼含量出现的较大的退化，目前在太阳能电池的工业生产中常常使用 硼含量较低的Cz珪衬底。因此减少了退化，而虽然太阳能电池紧接在制 造之后的效率低于掺杂浓度约为lxiO"cm-s时的效率，但是在退化之后仍 可实现较高的稳定的效率。为了完全避免退化问题，目前也在尝试用其它掺杂物如镓来取代硼。 然而，镓由于它在硅中的可溶解性而具有;feU舉实现整个晶体中的均匀分布 这一决定性的弊端。因此，预计在产业规模上会有大量不合格品，从而不 能认为这一变化形式到目前为止在产业上可行。另一过程涉及到使用磷作为掺杂物并且因此使用n型硅作为衬底原 料。然而，这样的衬底原料在现有光电产业中并不常用并且将需要修改整 个生产过程。已经确定Cz硅的退化可通过所谓的退火步骤来逆转。在这样的退火 步骤中，将Cz硅晶片或已经加工的太阳能电池加热数分钟达到范围在 230'C附近的温度。观察到通过这样的退火步骤可以再次实现在退化之前 太阳能电池的初始效率或硅衬底中的初始少数载流子扩散长度。在退化过 程中形成的硼-氧缺陷由于退火步骤而明显消失。因此称之为亚稳缺陷。 然而观察到退火的太阳能电池在照明时或在电流流过电池时，即在比如通 常出现的条件之下，例如在太阳能电池的工作过程中再次退化。因而退火 的状态在处于工作条件之下的太阳能电池中看起来不稳定。关于退化和目前为止对用以避免退化的解决方案所进行的尝试而到 目前为止，见察到的结果的概述，参考Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2000; 8; 537-547。可能需要避免上述问题。具体而言，可能需要提供一种用于制造光电单元的方法，其中可以高7JC平地稳定该光电单元的效率。这一需要可以通过如权利要求1中所述的方法来实现。在从属权利要 求中说明了有利实施例。提出一种根据本发明用于制造光电单元如例如单个太阳能电池或整个太阳能电^K块的方法，该方法包括以下步骤制##杂硼的含氧硅衬 底并且在珪衬底的表面上形成发射极层。根据本发明的方法的特征因此在 于它包括附加的稳定处理步骤，该步骤包括将处理时间过程中的衬底的温 度保持在可选温度范围内，并且在处理时间过程中在硅衬底中生成过量少 数电荷栽流子。在这一情况下温度范围具有约50。C的温度下限和约为 230'C的温度上限。在根据本发明的方法中使用的硅衬底可以是例如硼掺杂浓度约为 lxl0"cn^至3xl0"cm-s的Cz硅晶片。根据制作^Ht,这样的晶片具有 例如5xl0"cm^至3xl0"cm-s的特定的氧浓度.然而，也可以使用其它掺 杂硼的含氧珪衬底，如例如在支撑衬底上由气相或液相沉积的多晶硅晶片 或珪层。为了在太阳能电池中产生电荷载流子分离所需的电势梯度，根据本发 明在硅衬底的表面上形成发射极。这是通常包括与衬底的半导体类型相反 的半导体类型的区域。掺杂硼的硅通常为p型半导体。例如可以通过将n常在800。C以上的温度进行该扩散。然而还有可能使用其它用于产生n掺杂层的方法。例如，可以在衬底表面上由气相或液相沉积附加的n掺杂层。 另夕卜，该层不允许完全地覆盖衬底表面。只要n掺杂层覆盖衬底表面在硅 衬底的前部和/或后部处的部分区域即可。可替代地，掺杂硼的硅衬底例如如果它用磷过度补偿则也可以是n 型半导体。在这一情况下，发射极是p掺杂区并且可以例如通过硼或铝的 内扩散或内融合来产生。例如，如果发射极和衬底具有非常不同的能带结 构以至于在它们的界面处建立了实现所需电势梯度的能带弯曲，则也可以 实现这两个区域是相同半导体类型的情况。如下文详细所述，可以用各种方式在稳定处理步骤过程中在硅衬底中 生成过量少数载流子。例如，除了主^l赖于掺杂物浓度的平衡栽流子浓 度之外，还可以通过啄光或通过施加外部电压使电流经过光电单元、在电 子可用作为少数载流子的p型硅衬底中生成过量少数载流子。与此同时、即在处理时间内，衬底的温度必须保持于前述温度范围内。 随着处理时间增加，效率稳定的效果逐渐地增加。处理时间越久，则光电 单元在后续工作中保持稳定的效率越高。在本文中，如果处理时间被暂时 中断则看起来无关紧要。例如，用来生成过量少数栽流子的衬底照明或外 部电压的施加可以暂时中断而随后恢复。温度也可以暂时降低到50。C以 下。只有衬底被保持于温度范围中并且在衬底中生成过量少数栽流子的整 个处理持续时间对于实现的效率稳定的效果才是重要的。已经确定可以在更短的处理时间内通过增加衬底温度来实现根据本 发明的方法所要实现的稳定光电单元效率这一所期望的效果。温度下限因 此优选地选择为90'C、更优选为130'C、甚至更优选为160。C。还已经确 立随着温度接近上限230r，效率稳定的效果有所降低。因此，温度范围 的上限优选地选择为210'C、更优选为190'C、甚至更优选为180'C。根据一个实施例，根据本发明的方法还包括在珪衬底上形成电接触的 步骤，其中生成过量少数载流子的步骤包括向接触施加外部电压。换而言 之，电接触形成于要制造的太阳能电池上，并且这些电接触然后又用来向 太阳能电池施加电压。优选地在以硅衬底和n掺杂层形成的pn节的导电 方向上施加电压。由于施加的电压，少数栽流子因此经由pn结的空间电 荷区注入到分别相对的半导体类型的区域中。根据本发明的方法的效率稳 定的效果随着导电方向上的电压增加而增加。该电压可以选择为高于0.4伏、优选为高于太阳能电池在正常^Mt中功率点最大时的电压、例如高于 0.6伏，并且更优选为高于太阳能电池在正常操作中的开路电压、例如高于0.7伏。在这点上太阳能电池的正常操作应当理解为在标准条件之下 (25'C、 AMl,5频i普的照明)的操作。优选地，在施加外部电压过程中基本上不照明硅衬底、即在通过施加 外部电压而产生的电流来注入过量少数载流子的前述实施例中，可以在黑 暗中进行稳定处理步骤。在所需温度范围中加热已经具有接触的太阳能电 池并且向接触施加外部电压就足够了。因此，对于这一实施例而言不需要 要求大量空间的昂贵设备。太阳能电池可以在适当温度受控室中以节省空 间的方式堆叠于彼此之上并且只需连接到廉价的电压源。该方法如果应用于已经连接的光电模块则特别地有利。在这一情况 下，多个太阳能电池一般在模块内一部分串联而一部分并联地互联。模块 本身可以具有易于从外#触的电接触。因而将整个模块连接到以下外部 电压源就足够了 ，该外部电压源的电压对应于将向单个电池施加的所需电 压乘以在模块内串联连接的太阳能电池的数目。特别关注经济性的根据本 发明方法的一个实施例因此是可能的，由此加工好的、准备工作的太阳能 模块在最终交付到终端客户之前通过例如在适当温度受控室中存放它们 而又将对应电压施加预定处理时间来进行稳定处理步骤。除了用于太阳能 模块的普通制作方法之外根据本发明的稳定处理步骤所另外造成的成本 因此是最少的。根据本发明的方法因此是经济的，因为可以用最少的增加 的成本来对所制造的太阳能模块实现稳定的效率，该增加的成本与在最初 数个工作小时内明显退化的传统太阳能模块相比而言从长期来看高出约 0.5-2 %的绝对值。根据本发明的方法的又一实施例，生成过量少数载流子的步骤包括照 明珪衬底。例如，可以4加工好的太阳能电池中用作面向太阳的侧的侧 来照明硅衬底。如果用于照明的光的光子能量高于硅的能带间隙，则通过 照明在硅中生成过量少数栽流子。优选地4吏用波长小于U80nm而辐射强 度高于1000\￥/1112的光来进行照明。因而传统灯如卣素灯可用于照明。在这一实施例中，根据本发明的方法无需使硅衬底电接触。例如可以 在向太阳能电池施加电接触之前进行稳定处理步骤.然而在这一情况下必 须注意保证在后续金属化过程中不使用可能抵消稳定效果的基本上高于 200'C的温度。例如，可以通过金属接触的气相沉积来实现金属化。根据本发明的方法的又一 实施例，根据以下条件来选择将衬底保持于 可选温度范围内的以分钟为单位测量的处理时间t:<formula>formula see original document page 0</formula>其中T是在处理时间过程中以摄氏度为单位的可选温度范围的平均温度， a、 b、 c和x是常数。对于在不照明光电单元而施加外部电压的同时进行稳定处理步骤的 情况，y是以A/cii^为单位的在电池中产生的电流的电流密度。处理时间 t优选地i^择为4吏得其对于a=4.247xl0_14、 b=0.00286、 c=0.887和x=12550 满足上述方程式。申请人所进行的实验已经揭示用这一最少的处理时间实 现了光电单元效率的充^l定。与传统的、退化的、非稳定的太阳能电池 相比，该稳定的太阳能电池具有以下开路电压，该开路电压被增加了通过 退火可获得的开路电压的最大增加量的约50%。如果处理时间被选择为 更长使得对于a=3.272xl014、 b=0.00352、 c=0.934和x=12800而言满足上 述不等式则实现了更好的效率稳定。因此可以实现开路电压近似75 %的 增加。对于通过照明光电单元而不施加外部电压来进行稳定处理步骤的其 它情况，y是以kW/mZ为单位的照明强度。处理时间t优选地选择为使得 其对于a=2.298xlOu、 b=0.399、 c=1.722和x=11100而言满足上述方程式。 申请人:所进行的实验已经揭示用这一最少的处理时间实现了光电单元效 率的充分稳定。与传统的、退化的、非稳定的太阳能电池相比，该稳定的 太阳能电池具有以下开路电压，该开路电压被增加了通过退火可获得的开 路电压的最大增加量的约50%。如果处理时间被选择为更长使得对于 3=5.355x10-"、 b=0.355、 c=1.349和x=11100而言满足上述不等式则实现 了更好的效率稳定。因此可以实现开路电压近似75%的增加。如前文已经提到的，该方法的效率稳定效果随着处理时间增加而增 加。针对处理时间t的指定限制往往是从经济上确定的限制而不是从技术 上确定的限制并且被选择为使得可以在从经济方面可接受的处理时间内 实现最好的可能的效率稳定效果。申请人所进行的研究已经揭示了在选择 为对应高的如140'C以上的处理温度、用30分钟的处理时间或在甚至更 高的温度、用20分钟的处理时间可实现令人满意的效率稳定。从经济方面希望处理时间尽可能短。稳定步骤的延长仍在稳定的效率 上产生少量改进，但是这不再与由此造成的增加的成本成比例。因此优选 将处理时间选择为短于一天、优选地短于五个小时并且甚至更优选地短于一个小时。根据又一实施例，才艮据本发明的方法包括处理温度在230n以上的最 后高温处理步骤，其中稳定处理步骤在高温处理步骤之后。高温处理步骤 可以是比如在光电单元、特别是太阳能电池的制造中通常使用的任何处理 步猓。例如，它可以包括用以形成n掺杂层的前述扩散步骤。然而，这一 扩散步骤通常不是最后的高温处理步骤。随后可以是其它处理，在该其它 处理中例如金属接触被施加到硅衬底、然后烧制在其中的金属化处理步骤 可以是最后的高温处理步骤。在太阳能电池的工业生产中，通常使用丝网 印制方法中的含金属的粘粘物将金属接触印制到硅衬底上并且在600 °C 以上的温度烧制到衬底中。根据当前知识，为了根据本发明的方法运作， 即为了稳定效率，在最后的高温处理步骤之后进行将衬底保持于提升的温 度范围中并同时生成过量少数载流子这一步骤是有必要的或至少是有利 的，因为另一高温处理步骤，即将衬底加热到高于230'C可能抵消通过处 理而实现的效率稳定效果。然而处理时间紧接在最后的高温步骤之后并不 重要。在最后的高温步骤之后，例如在将衬底的温度设置为前述温度范围 并且生成过量少数载流子之前，最初在200。C以下可以进行任何其它温度 步骤。根据另一实施例，根据本发明的方法包括在模块中封装硅衬底的步 骤，其中稳定处理步骤在封装步骤之后。换而言之，该方法用来制造太阳 能电,块，其中加工好的、准备工作的太阳能电池在提升的温度进行处 理以及生成过量少数载流子之前封装于模块中。这一实施例具有可以同时为多个太阳能电池进行稳定处理步骤这一 优势。然而，必须注意保证在稳定处理步骤内适当地选择温度范围，即不 损坏模块。例如在180。C的温度以上，由于所用焊料液化，所以用来连接 单独的太阳能电池的线缆变得脱离。在约140。C以上的温度可能破坏模 块，因为常用的EVA层压薄膜在这样的温度以上受到破坏。根据本发明的又一方面，提出 一种用于稳定包括硼掺杂的含氧硅衬底 的光电单元的效率的方法。在这一情况下，对加工好的传统光电单元如太 阳能电池或整个太阳能模块进行上述稳定处理步骤并且由此稳定于与通 过退化实现的效率近似对应的效率。前述制造方法实施例的特征也可以适 当地应用于这一稳定方法。根据本发明的又一方面，提出 一种包括掺杂硼的含氧珪衬底的光电单 元，该光电单元具有效率稳定状态，其中该光电单元具有比如可以通过退火来实现的高效率，其中太阳能电池的效率在照明之下相对地下降不到5 %、优选为相对地下降不到2%。例如可以通过上述制造方法来获得# 据 本发明的光电单元。本领域技术人员可从以下优选实施例和附图中推断出本发明的更多 细节、特征和优点。
图1示出了可以用来解释根据本发明的方法的工作模式的三态模型。图2示出了给出当在黑暗中在太阳能电池中引入电流时，在45'C与 85。C之间的各种处理温度作为稳定处理步骤的处理时间的函数的测量结 果的曲线图，这些测量结果与根据本发明制造的太阳能电池的绝对效率变 化有关。图3示出了给出当不施加外部电压时在120"C的处理温度和在约 1000\￥/1112的照明之下作为稳定处理步骤的处理时间的函数的测量结果的 曲线图，这些测量结果与根据本发明制造的太阳能电池的效率变化有关。下文将参照图1提出一种可以用来证实根据本发明的方法所实现的 效率稳定效果的模型。然而注意在撰写本专利申请之时尚未详细地理解导 致根据本发明的方法所实现的效率稳定的确切因果关系。提出的模型和为 了支持这一模型而给出的测量结果因此不应当以任何方式限制由所附权 利要求限定的保护范围。迄今为止在简化模型中对于掺杂硼的含氧Cz硅已知两个不同状态。 如图1中的(A)所给出的第一状态在下文中称之为"退火状态"。在这一 状态下表现为没有或很少由硼和氧造成的杂质，或这些杂质为电非活性， 其中硼和氧促进复合并且因此造成太阳能电池效率劣化。在状态(A)中， 在硅晶体中包含的氧仅微弱地充当复合活跃中心。由于通常紧接在退火 (即在黑暗中消除退化的温度处理)之后测量状态(A)，所以称之为"退 火"。如图1中的(B)所给出的第二状态称之为"退化状态"。假定退化由 形成了空隙间氧和替代的硼形成合成物这一缺陷而触发。在照明时或在比 如太阳能电池的正常操作过程中的典型情况，即特别是在50。C以下温度 有电流时发生硼-氧合成物的形成。与状态(A)对照，退化状态(B)强 烈M现出复合活跃杂质，这些杂质决定性地减少少数载流子的有效扩散 长度并且因此是造成太阳能电池的电特性劣化的原因。本专利申请的申请人所进行的研究表明除了这两个已知状态之外，在Cz硅中也存在另一状态(C)。这一状态在下文中将称之为"再生状态"。 在这一状态下，与在状态(A)下一样没有出现或出现很少复合活跃中心 或这些为电非活性。与退火状态(A)对照，根据目前的发现再生状态(C) 在照明之下或在电流流动时在太阳能电池的后续工作过程中在时间上是 稳定的。根据本发明的方法示出了一种将光电单元从退化状态(B)转移到再 生状态(C)的方式，其中太阳能电池的电特性再次恢复直至与初始或退 火状态(A)基本上对应的水平。对另外的第三状态、即从至今已知的二态模型到这里提出的三态模型 这一转变的假设看来是有必要的，因为申请人所进行的研究揭示了太阳能 电池"知道"它是处于可退化的退火状态(A)下还是处于稳定的再生状 态(C)下。这看起来即使对于新引入的再生状态(C)而言没有与其组 成有关的具体的^b !UL现，也需要存在微观上不同的状态(A)和(C)。由于相似的电特性，还没有进行对状态(A)和(C)的直接区分。态，在状态(A)下的所有缺陷必须转移到状态(B)、即必须4吏太阳能电 池退化。如果现在将退化的最终状态与从退火状态(A)完全退化的状态 (即在200'C以上的退火步骤之后)做比较，则偏差为对状态(A)和(C ) 的组的测量。单个的状态(A)、 (B)和(C)看起来能够根据照明、电流和温度 条件部分地相互转变。在本文中，从(A)到(B)的转变称之为退化。 从(B)到(A)的转变称之为退火。比如可以通过才艮据本发明的方法来 实现的从(B)到(C)的转变称之为再生。目前为止尚未在实验上观察 到从(C)直接到(B)的逆转变。根据申请人在工作条件之下进行的研 究，根据本发明的方法所制造的太阳能电池就其效率而言至少在137个小 时以上稳定，该效率基本上保持于退火状态的水平。因此假设再生状态 (C)很大程度上在时间上稳定。从再生状态(C)到退火状态(A)的 转变可以通过通常进行10至30分钟、在约230。C的退火步骤来实现并且 也称之为退火。尚未在实验上观察到从(A)直接到(C)的逆转变。从(A)到(B)的反应路径(退化)可以通过照明和/或引入的电流 来激发而且具有较强的温度依赖性。因此将它描述为热辅助的。根据目前 为止的发现，从(B)到(A)和从(C)到(A)的退火反应是完全热激 活的，即随着温度升高反应加强。如果在这一情况下没有强加新的退化，则系统可以以某一温度-时间的结合关系完全地转移到状态(A)。从(B) 到(C)的再生反应表现为热辅助的、即它表现为通过照明和/或引入的电 流来激活，但是在更高的温度i^快得多。在单个的状态之间的转变相互竟争。根据目前的发现，哪个转变占优 势主^l赖于温度条件并且可能依赖于过量少数栽流子的浓度。在比如为 根据本发明的方法而选择的a这样的条件之下，从退化状态(B)到再 生状态(C)的转变占优势。越多的硅晶体转移到状态(C),则相对应的 太阳能电池的效率越广泛地被稳定。比如以下参照在图2和图3中描绘的曲线图所示的研究提供了关于根 据本发明的方法的效率稳定效果如何依赖于处理^t的关系。图2示出了当在黑暗中在20mA/cii^的电流流动时再生所研究的太阳可以看出近似在零时间实现的退化和相关联的效率损失在再生处理时间 的过程中被再次近似地恢复，而所选再生温;^高，再生i^得越快。更 多研究已经表明这一效果在高达160 'C以上的更高温度也表现为继续。在 50。C以下温度观察不到明显的再生。再生在65'C进展m^慢，而即使在 160小时之后，因退化所致的效率损失仅近似减半。而在85'C广泛再生仍 需要80小时以上，在110。C在仅约2小时之后就出现，在140。C这一时间 减小到约40分钟，而在160'C测量到约25分钟(在图2中没有描绘针对 110。C、 140'C和160。C的测量)。当光照太阳能电池而不是如在上述情况下那样在黑暗中让电流经过 它时观察到类似效果。在这一情况下确定了实现特定的再生所需要的处理 时间基本上与照明强度成比例。十倍强度的光源可以近似地以8倍加速稳 定处理过程。该比例性表现为保持到至少1000\￥/1112的光照强度，在更强 的照明之下该加速降低并JL^现为达到饱和。图3示出了测量结果，该测量结果示出了作为处理时间的函数的才艮据 本发明制造的太阳能电池的效率。使用卤素灯以约1000\￥/1112在120'C照 明太阳能电池。没有施加外部电压。可以看出在约35分钟后实现了几乎 全部再生。关于温度依赖性，确定了根据本发明的方法的再生效果表现为从约 1卯'C的温度降低。目前将这一点解释如下从退化状态(B)或从再生 状态(C)到可退化的退火状态(A)的转变所致的竟争从这一温度增加，因而系统不再主要地移到再生状态(c)，也部分地移到非稳定的退火状态(A)。目前为止尚未观察到无需经由退化状态(B)迂回而从退火状态(A) 到再生状态(C)的直接再生。如果除了维持于提升的温度(如在图2和 图3所示研究中那样)之外还造成少数栽流子过量，则观察到太阳能电池 起初从退火初始状态(A)开始退化，但是然后在稳定处理步骤的进一步 过程中继续地恢复并且转变到再生状态(C )。然而，前述工作原理可以用来推断如何可以确定加工好的太阳能电池 是否是使用根据本发明的方法来制造的根据本发明制造的太阳能电池在 上述效率稳定的再生状态(C)下。然而，它可以通过温度约为230。C的 退火步骤转移到非稳定的退火状态(A)。如果在该退火步骤之后，所研 究的太阳能电池在后续正常工作过程中退化到对于同一太阳能电池的原 有稳定效率以下的效率，因而可以确定太阳能电池最初是使用根据本发明 的方法来制造的并且关于其效率^l:稳定的。最后说明根据本发明的方法的示例实施例，其中稳定步骤结合于用于 制造太阳能电池的传统方法中。起初使商业上可用的Cz硅晶片受到蚀刻和清理以去除通过切割Cz 硅晶体在晶片中产生的表面切割损坏。然后通过POCb将n导电发射极 层扩散到晶片的表面中。然后使用含银的厚膜粘粘物和对应几何形状的丝 网通过丝网印制来将网格前部接触印制到发射极层上。在厚膜粘粘物在连 续的熔炉中干燥之后，将含铝的厚膜粘粘物印制到晶片的后侧上以形成后 部接触。然后在连续的熔炉中在700与卯O'C之间的温度将前部和后部接 触烧制到晶片表面中。在这一最后的高温步骤之后，太阳能电池在原则上 工作准备就绪，即它具有分离由光生成的电荷栽流子对而需要的pn结以 及用以传送这样分离的电荷载流子对的前部和后部接触。现在使工作准备就绪的太阳能电池进行根据本发明的稳定处理步骤。 在这一情况下，在热板上放置并且加热太阳能电池到例如160'C的温度。 同时，太阳能电池由在其前侧的卣素灯照明，从而在太阳能电池中生成过 量少数栽流子。太阳能电池在这一状态下保持约30分钟。然后太阳能电 池可冷却并且被供应以进行进一步处理，例如在模块中布线和封装。在一个替代实施例中，工作准备就绪的太阳能电池经由焊接到其前部 和后部接触上的接触带与其它太阳能电池串联连接并且使用EVA膜(ethylene vinyl acetate,乙烯-醋酸乙烯脂)封装到模块中。接触带电连 接到用于模块的连接。模块的连接然后连接到外部电压源，该电压源的电 压被选择为使得向串联连接的各太阳能电池施加约0.7伏的电压。然后例 如在140'C将设置在电压下的模块存放在适当加热的室中约一个小时。
权利要求
1.一种用于制造效率稳定的光电单元的方法，包括以下步骤提供掺杂硼的含氧硅衬底；在所述硅衬底的表面上形成发射极层；其特征在于所述方法还包括稳定处理步骤，所述稳定处理步骤包括在处理时间过程中将所述衬底的温度保持在具有50℃的温度下限和230℃的温度上限的可选温度范围内；以及在所述处理时间过程中在所述硅衬底中生成过量少数电荷载流子。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中所述温度下限为90'C、优选为 130'C、更优选为160'C，且其中所述温度上限为210°C、优选为1卯。C、 更优选为180'C。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，还包括在所述珪衬底上形成电 接触的步骤，其中所述生成过量少数载流子的步骤包括向所述接触施加外 部电压。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中在以所述硅衬底和所^L射极 层形成的pn结的导电方向上施加所述电压。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其中所述施加的电压高于0.4V、 优选为高于0.6V而更优选为高于0.7V。
6. 根据权利要求3、 4或5所述的方法，其中在施加所述外部电压过 程中基本上不照明所^衬底。
7. 根据权利要求3至6中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底 保持于所述可选温度范围内的以分钟为单位的所述处理时间t通过下式给 出， /〖f十Wce即、"■■■■其中T是在所述处理时间过程中以。C为单位的所述可选温度范围的 平均温度，y是以A/cn^为单位的由所逸沲加的电压带来的经过所述光电 单元的电流密度，ia=4.247xl014、 b=0.00286、 c=0.887和x=12550,优 选为a=3.272xl014、 b=0.00352、 c=0.934和x=12800。
8.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其中所述生成所述过量少数栽流子的步骤包括照明所述硅衬底。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中使用波长短于1180nm的光来 进行所述照明。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其中使用辐射强度高于10W/m2 、 优选为高于100W/m2而更优选为高于1000W/m2的光来进行所述照明。
11. 根据权利要求1至10中任一权利要求所述的方法，其中所述衬 底保持于所述可选温度范围内的以分钟为单位的所述处理时间t通过下式 给出、 a a<formula>formula see original document page 3</formula>其中T是在所述处理时间过程中以。C为单位的所述可选温度范围的 平均温度，y是以kW/n^为单位的辐射强度，且a-2.298xl011、 b=0.399、 c=1.722和x=11100，并且优选为a=5.355xl0"、 b=0.355、 c=1.349和 x=11100。
12. 根据任一前述权利要求所述的方法，还包括处理温度在230'C以 上的最后高温处理步骤，其中所述稳定处理步骤在所述高温处理步骤之后。
13. 根据任一前i^利要求所述的方法，还包括将所^衬底封** 模块中的步骤，其中所述稳定处理步骤在所述封装步骤之后。
14. 一种用于稳定包括掺杂硼的含氧硅衬底的光电单元的效率的方 法，该方法包括以下步骤在处理时间过程中将所述光电单元的温度保持在具有50°C、优选为 90r、更优选为130'C并且进而更优选为160'C的温度下限和230'C、优 选为210'C、更优选为1卯'C并且进而更优选为180'C的温度上限的可选 温度范围内；以及在所述处理时间过程中在所述光电单元中生成过量少数载流子。
15. —种具有效率稳定状态的包括掺杂硼的含氧硅衬底的光电单元， 其中所述光电单元具有比如可以通过退火来实现的高效率，其特征在于所 述太阳能电池的效率在照明时相对地下降不到5%、优选为相对地下降不 到2%。
全文摘要
提出一种用于制造效率稳定的光电单元的方法。该方法包括以下步骤制备掺杂硼的含氧硅衬底；在硅衬底的表面上形成发射极层；以及稳定处理步骤。该稳定处理步骤包括在处理时间过程中将衬底的温度保持在具有50℃、优选为90℃、更优选为130℃并且进而更优选为160℃的温度下限和230℃、优选为210℃、更优选为190℃并且进而更优选为180℃的温度上限的可选温度范围内；以及例如通过照明衬底或通过施加外部电压在处理时间过程中在硅衬底中生成过量少数电荷载流子。这一方法也可以用来制造具有以下效率的光电单元如太阳能电池或太阳能模块，该效率稳定于比没有使用稳定处理步骤而制造的光电单元的效率值更高的值。
文档编号H01L31/18GK101405875SQ200780009663
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月21日 优先权日2006年3月21日
发明者伊霍尔·梅尔尼克, 吉绍·黑恩, 梅尔廷·克斯, 贡纳尔·舒伯特, 阿克塞尔·埃尔古特 申请人:康斯坦茨大学