具有交替的n掺杂区域和p掺杂区域的单片硅晶圆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及在竖直横截面上具有交替的n渗杂区域和P渗杂区域的新型的单片娃 晶圆W及其制备方法的各种变型。
[0002] 运样的晶圆在制造光伏模块和光伏电池的情况下是特别有利的。
【背景技术】
[0003] 当前，光伏（PV)模块主要通过组装由单晶娃或多晶娃制成的电池制造而成，运些 电池通常由P导电性的晶圆制造。
[0004] 在大约Im2的合理尺寸的PV模块中，晶圆的标准尺寸（156mmX156mm)意味着PV 模块的开路电压（V。。）被限制为几十伏。
[000引为了尝试增大PV模块的V。。电压，已经开发了多种方式。
[0006] 第一选择可W是使用晶体娃（Si)W外的材料，尤其是具有比娃的1.IeV(电子伏） 宽的能带隙的半导体，诸如晶体Si上的非晶Si等材料（称为异质结技术）或者甚至诸如 CdTe(蹄化儒）的材料。遗憾的是，在开路电压方面的提高是有限的，运是因为使用过宽能 带隙（〉2eV)的半导体导致光子吸收量显著下降W及能量转换效率损失。
[0007] 另一可能性将是相对于实际标准156mmX156mm减小电池的尺寸；运将可W通过 增大形成该模块的串联连接的电池数来增大电压V。。的值。然而，该解决方案将使制造模块 所需的处理操作更难W执行。而且，出于互连目的而保持形成PV模块的电池之间的间隙的 需求导致可用区域（即，允许电载流子的光生的区域）的损失。当实现大数量的较小电池 时，该区域损失是重大的。最后，除非使用背部接触电池技术，否则该解决方案造成与金属 化和互连有关的难题。 阳00引为了试图减小该可用区域的损失，可W设想到制造标准尺寸为156mmX156mm的 单片晶圆W及例如通过激光烧蚀来蚀刻后验沟槽；运可W具有有效地产生多个较小电池的 效果。然而，蚀刻过程易于导致弱化晶圆，并因此导致机械强度的问题。而且，子电池之间 的隔离问题是复杂的，尤其是对于高的隔离电阻需要用于目标应用的情况。最后，如上文所 述，除非使用RCC技术，否则该解决方案造成金属化和互连的问题。
[0009] 最近，Pozner等人W通过对电池的串联连接进行建模，设想到电池的p-n结平面 是竖直的，与结平面是水平的常规的晶圆构型相反。该方法的优势是可W设想使用单片衬 底的晶圆级处理制造电池。然而，关于运样的结构的实际制造而言，很多技术问题仍未得到 解答，而且运样的结构的成本面临着非常高的风险。
[0010] Gatos等人W提议利用通过使用切克劳斯基（Czoc虹alski)过程进行定向性 凝固，而在娃晶体的生长期间非均匀渗入氧。对氧浓度的运些波动的起因知之甚少，但是 Gatos等人使用该原理来通过热退火获得交替的n/p导电性的结构。 W11] 具体而言，在本领域W中已知，在包含氧的娃晶圆中，400°C-500°C的溫度下的热 退火允许形成热施主（thermaldonor,TD)，即表现为娃中的给电子体的氧的小的团聚体 (通常由3到20个氧原子的结合而形成）。因此，当运些热施主在P型娃中产生时，它们可 导致材料补偿及其导电性变化。电子的逸出取决于氧的局部浓度，对从与凝固方向平行地 切割切克劳斯基晶锭获得的晶圆例如在450°C的溫度下进行50小时的退火因此允许获得 p/n结构。
[0012] 遗憾的是，浓度波动是不可控制的，通常大约100微米W的n区域和P区域的尺 寸不能够被控制。因此，不可能限定运样的结构的输出电压，且运表示将运些结构集成到整 个太阳能系统的主要障碍。而且，在子电池串联连接W获得高电压的构型中，则不可能平衡 电流，运对于阵列的能量转换效率是非常大的限制。
[0013] 而且，从技术角度看，晶圆的表面上的各种子电池之间的尺寸变化（巧]，图1)引 入表示关于光伏电池的制造方面的主要缺点的复杂性。最后，在Gatos等人W获得的结构 中，不可能限定子电池之间的隔离电阻。运样的限制对光伏电池的能量转换效率是不利的。
【发明内容】
[0014] 因此，需要提供适于制造高开路电压且最小化非活性区域（即，不允许聚集光生 载流子的区域）的PV模块的娃晶圆。
[0015] 本发明的目的准确地旨在提供允许消除上述缺点的新型的单片娃晶圆W及获得 运样的晶圆的方法。
[0016] 更精确地说，根据本发明的第一方面，本发明设及一种单片娃晶圆，其在至少一个 竖直横截面上具有交替的n渗杂区域和P渗杂区域，所述n渗杂区域和所述P渗杂区域分 别贯穿所述晶圆的厚度，其特征在于：
[0017] -所述n渗杂区域和所述P渗杂区域分别在所述横截面中具有至少Imm的宽度 化1，Lz);
[0018] -所述n渗杂区域具有基于间隙氧的热施主（TD)浓度，所述热施主浓度不同于所 述P渗杂区域的热施主浓度；W及
[0019] -所述n渗杂区域和所述P渗杂区域由电隔离区域彼此分开。
[0020] 在本文的其余部分中，除非另有说明，否则是在其水平位置中观察晶圆时对晶圆 进行表征的。因此，尤其是，该晶圆被限定为具有在水平放置的晶圆的竖直横截面中的贯穿 该晶圆的厚度的交替的n渗杂区域和P渗杂区域。
[0021] 表述"热施主"或更简单的缩写"TD"将在下文表示基于间隙氧的热施主。
[0022] 表述"电隔离区域"被理解为表示具有高电阻率、尤其大于或等于化Q?cm、有利 地大于或等于IOkQ^cm的高电阻率的区域。理想地，电隔离区域可W被称为本征区，即晶 圆中的电子型载流子的浓度和空穴型载流子的浓度相似的区域。
[0023] 根据本发明的另一方面，本发明提供了可W使从由P渗杂娃形成的晶圆容易获得 运样的晶圆的方法。
[0024] 因此，根据第一特定实施方式，本发明设及一种用于制造诸如上述的晶圆的方法， 所述方法至少包括W下步骤： 阳02引 a)提供由具有在IXIQi4Cm嘴2X10I6Cm3之间的空穴型载流子的浓度（P。）W 及在1X10"cm呀R2X10I8Cm3之间的间隙氧浓度[0J的P渗杂娃形成的晶圆；
[0026]m)使步骤（i)的所述晶圆进行有利于激活基于间隙氧的热施主W及将整个晶 圆转变为n型的全部热处理；
[0027](iii)使在步骤（ii)结束时获得的晶圆的专用于形成所述P渗杂区域的区域进行 有利于所述热施主的消除W及将所述区域从n型再转变为P型的局部热处理；W及 [002引 （iv)通过热处理将与P型区域连续的每个n型区域的部分转变为电隔离区域W获 得所期望的晶圆。
[0029] 根据第二特定实施方式，本发明设及一种用于制造如上所述的晶圆的方法，所述 方法至少包括W下步骤：
[0030] (a)提供由具有在lXl〇i4cm嘴2X10I6Cm3之间的空穴型载流子的浓度（P。）W 及在1X10"cm郝2X10IScm3之间的间隙氧浓度阳1]的P渗杂娃形成的晶圆；
[0031] 化）利用氨渗杂所述晶圆的专用于形成所述n渗杂区域的区域11W及专用于形成 所述电隔离区域的区域13 及
[0032] (C)使步骤化）的所述晶圆进行有利于激活基于氨渗杂区域中的间隙氧的热施 主，W及将所述区域11从P型转变为n型并将所述区域13转变为电隔离区域的全部热处 理，W获得所期望的晶圆。
[0033] 有利地，运些方法通过热施主的局部浓度的控制而允许精确地控制所形成的n区 域和P区域的尺寸、化及电隔离区域的导电性和尺寸。
[0034] 而且，根据本发明，如本文的其余部分所讨论的，可W制造例如具有棋盘格布置的 交替的n区域和P区域的布置的二维结构，由此有利地允许在晶圆中形成的串联的子电池 的数量进一步增大。
[0035] 根据本发明的另一方面，本发明设及一种包括如上文所限定的娃晶圆的光伏设 备，尤其是光伏电池。
[0036] 根据本发明的娃晶圆被分成多个具有受控尺寸的子电池，其有利地允许制造具有 增大的开路电压、同时保持大约lm2的合理标准尺寸的PV模块。
【附图说明】
[0037] 在阅读下文的本发明的示例性实施方式的详细描述W及审阅附图时，应用根据本 发明的晶圆W及其制造过程的其它特征、优势和方式将变得更清楚，其中：
[0038] 图1示意性地示出了根据本发明的娃晶圆的结构的竖直剖面图；
[0039] 图2示意性地示出了根据第一实施方式的、用于制造根据本发明的晶圆的过程的 各个步骤；
[0040] 图3示意性地示出了根据第二实施方式的、用于制造根据本发明的晶圆的过程的 各个步骤；
[0041] 图4示出了从上方观看的且对于示例1的方法的，在用于形成P渗杂区域（图4a) 的步骤（iii)W及用于形成电隔离区域（图4b)的步骤（iv)中利用晶圆的激光照射的区 域12;化及
[0042] 图5示出了从上方观看的且对于示例2的方法的，在第一离子注入步骤中的晶圆 的区域12的步骤化）的掩模（图5a)W及在第二离子注入步骤中的区域12和区域13的 掩模（图5b)W及在步骤（C)结束时形成的区域的分布（图5c)。
[0043] 应当注意到，为了