CN103582955A - 抑制硅晶片中少数载流子寿命下降的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了抑制硅晶片中的少数载流子寿命下降的方法。该方法包括将晶片骤冷以提高硅晶片中纳米沉淀物的密度和纳米沉淀物消耗填隙原子的速率。
Description
相关申请交叉引用
本申请要求2011年6月3日提交的美国临时申请No.61/493,119和2012年6月1日提交的美国非临时申请No.13/486,463的利益，通过引用将其全部内容并入本文中。
背景
本公开内容的领域涉及抑制所用硅晶片中少数载流子寿命下降的方法。特别是，本公开内容的领域涉及用于降低少数载流子寿命下降缺陷本身的浓度的有效且具有成本效率的方法。
太阳能电池，特别是基于通过Czochralski方法生长的含硼p-型单晶硅晶片而生产的电池，以及通常在较小程度上，通过浇铸生长的多晶晶片在暴露于光下时或者当在暗处将少数载流子注入电池中时性能下降。该性能下降继续直至实现远低于初始效率的稳定效率。CZ晶片基电池的效率损失可以高达约10%或更多。Czochralski太阳能电池中的该效率损失限制了高效硅电池的潜能以及单晶硅在工业中的使用，因为Czochralski电池的生产通常比多晶硅基电池更昂贵。
发现该降解可通过将晶片在低温下退火几分钟，例如在约200℃下退火而至少临时反转；然而，通过低温退火实现的效率提高在随后照射时损失。报告了该下降可通过在50℃至约230℃的低温退火期间将过量电子注入晶片中(例如通过照射晶片)而永久性反转；然而，为了在这些条件下发生永久性恢复，低温退火必须进行较长时间(例如几十小时)。
仍需要永久性抑制太阳能电池中与光致降解有关的下降缺陷的商业上可行的方法。
概述
本公开内容的一方面涉及抑制硅晶片中与下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法。该晶片包含至少约1013个原子/cm3的浓度的硼。下降缺陷由快速扩散组分和含二聚氧组分组成。将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物。将硅晶片以冷却速率R1从T1冷却至温度T2。将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3。R1:R2比为至少约2:1。
本公开内容的另一方面涉及抑制硅晶片中与下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法。该晶片包含至少约1013个原子/cm3的浓度的硼。下降缺陷由快速扩散组分和含二聚氧组分组成。将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以使下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物成核。将硅晶片以至少约100℃/sec的冷却速率R1从T1冷却至温度T2。
本公开内容的另一方面涉及硅晶片。硼以至少约1013个原子/cm3的浓度存在于晶片中。与包含快速扩散组分和含二聚氧组分的下降缺陷有关的晶片的少数载流子寿命下降通过将硅晶片加热至足以使下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物成核的温度T1而抑制。将硅晶片以冷却速率R1从T1冷却至温度T2。将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3，同时照射晶片，R1:R2比为至少约2:1。
存在关于本公开内容的上述方面指出的特征的各种细化。还将其它特征并入本公开内容的上述方面中。这些细化和其它特征可单独或以任何组合存在。例如，下文关于本公开内容的所述实施方案中任一个讨论的各个特征可单独或以任何组合并入本公开内容的上述方面中的任一个中。
详述
不愿受具体理论束缚，认为含硼和氧的晶片中少数载流子寿命的下降涉及少数载流子寿命下降缺陷(“MCLD”，在本文中也称为“下降缺陷”)的存在。认为该少数载流子寿命下降缺陷由两种组分组成—快速扩散组分(“FDC”)和含二聚氧组分(“DOCC”)，快速扩散组分例如为填隙硼、填隙铜或填隙镍，含二聚氧组分例如为氧的二聚物(O2)或取代硼与该二聚物的配合物(BsO2)。下降缺陷可由填隙硼和氧二聚物组成(BiO2)；然而，应当指出下降缺陷可以为快速作用组分(Bi、Cui或Nii)与含氧组分(O2或BsO2)的任何组合。应当指出，认为硼形成导致少数载流子寿命下降的基本机制的一部分且硼作为快速作用组分或含氧组分形成缺陷的一部分。就这点而言，本申请应不限于特定的下降缺陷。如本文所用，“快速扩散组分”或“含氧组分”指形成导致少数载流子寿命损失的少数载流子寿命下降缺陷的各个组分。
在冷却至室温的硅晶片中，认为快速扩散组分(FDC)的布居(population)通常为在结合于纳米沉淀物(NPPT)中和/或与含二聚氧组分(DOCC)结合之间分布。快速扩散组分与含二聚氧组分的结合组合形成如上所述少数载流子寿命下降缺陷(MCLD)。认为结合在NPPT中的布居的比例不贡献于少数载流子寿命下降，因为它不被认为是MCLD布居的一部分。根据本公开内容的实施方案，MCLD缺陷可通过将FDC从MCLD缺陷布居快速转移至纳米沉淀物NPPT，由此降低或消除体系中的MCLD布居而有效且具有成本效率地溶解。
在稳态下，存在以下一般反应：
反应常数可以为常数使得在适度温度(认为约200℃而不产生少数带电载流子)下，体系中存在非常少的FDC(非常少的键断裂)。MCLD的浓度基本不变。
通过将少数带电载流子引入体系中，MCLD的电荷状态和反应(1)中的逆向反应可能被阻挡，使得FDC不能与DOCC反应形成MCLD。以此方式仅正向反应，其中MCLD溶解形成FDC和DOCC；热释放的FDC现在不能与DOCC重组以再形成MCLD：
MCLD→FDC+DOCC (2)。
根据本公开内容的实施方案，为了降低MCLD的浓度，将FDC从体系中除去以防止稍后与DOCC重组和形成MCLD。这可通过根据以下反应促进FDC与它们自由结合的纳米沉淀物结合而实现，这是由于FDC的快速扩散性质：
FDC→NPPT (3)。
在过量少数带电载流子条件下，热释放的FDC—其现在受到实质地抑制以防与DOCC再结合—扩散通过体系直至它们接触它结合的NPPT。
因此，FDC的浓度可降低。该降低的结果是经由反应(2)由MCLD来源产生更多FDC—其然后还四处扩散直至它们也被NPPT截留，再次降低FDC的浓度，再次导致来自MCLD来源的更多释放的FDC。这可进行直至所有FDC从MCLD抽送至NPPT中，因此实质上降低或甚至实质上消除少数载流子寿命下降缺陷的布居。
根据本公开内容的实施方案，反应(3)进行的速率可通过产生与通常存在的相比更高的数量密度(N)与半径(R)的乘积NR而提高。这至少部分地设置FDC下沉到NPPT中的时间常数。认为设置FDC到NPPT中的下沉速率的时间常数设置了MCLD溶解掉的速率的时间常数。
不愿受任何特定理论束缚，发现NR乘积可通过在较高温度下溶解以后形成NPPT时的温度的冷却速率设置。根据本公开内容的实施方案，这可通过使用通过该温度的较大冷却速率使得下沉和MCLD溶解的时间常数非常小而控制。因此，随后或同时少数带电载流子注入溶解方法可较快地进行(例如在太阳能电池生产方法内)。
根据本公开内容的方法，将含硼硅晶片退火以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物。然后以与通常存在的相比实质上更高的数量密度(N)与半径(R)的乘积NR将晶片快速冷却通过发生这些快速扩散组分的纳米沉淀物退火的温度范围以形成新的纳米沉淀物分布。纳米沉淀物的这一新分布是试样中更有效的永久恢复的基础。对纳米沉淀物而言提高的NR乘积导致在过量电子的条件下(例如在照射下)逗留在永久恢复温度范围内期间下降缺陷浓度更快的降低。下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物的安装分布消耗从下降缺陷中取出的实质部分的残余快速扩散组分，由此降低下降缺陷的浓度，引发少数载流子寿命的永久恢复。即，当下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物在晶片中形成时，通过使用高数量密度的纳米沉淀物作为快速扩散组分的接收器使晶片的填隙快速扩散组分贫化而使晶片经受永久减活工艺(例如低温退火，同时产生少数带电载流子)以防止寿命下降缺陷的形成。
就这点而言，发现降解的永久损失可不仅包括下降缺陷从活性态转变成潜伏态，而且包括潜伏态的真密度的消除或降低。下降缺陷的浓度越低，可产生的活性下降缺陷越少。认为发生永久恢复，因为少数带电载流子的引入导致从下降缺陷中抽送快速扩散组分以将生长中的纳米沉淀物分布于晶片中。
就这点而言，发现降解中心的快速扩散组分在永久减活处理期间可通过这些快速扩散组分的纳米沉淀物消耗的速率常数不取决于形成配合物的快速扩散组分的初始浓度，更尤其是不取决于填隙快速扩散组分原子，而是取决于将晶片从退火温度T1冷却通过形成降解中心的快速扩散组分的纳米沉淀物时的温度范围时的速率。具体而言，发现下沉速率与沉淀物密度(N)和沉淀物半径(R)的乘积成比例，且N和R如下与填隙快速扩散组分原子的初始浓度(Ci)和冷却速率(q)成比例：
N～q3/2/Ci 1/2 (1)，
R～Ci 1/2/q1/2 (2)。
因此，永久减活处理期间填隙快速扩散组分的下沉速率(以及与它一起的潜在缺陷密度的速率)如下所示主要与冷却速率成比例：
下沉速率～NR～(q3/2＊Ci 1/2)/(Ci 1/2＊q1/2)～q(3)。
因此，下沉速率与冷却速率成正比。因此，通过将p型含硼半导体晶片快速冷却通过纳米沉淀物成核的温度，乘积NR可按比例提高，由此提高永久减活处理期间消耗填隙快速扩散原子的速率，因此更快地降低降解中心的浓度以及因此更快地永久性抑制少数载流子寿命的下降。
在用于永久性恢复少数载流子寿命和太阳能电池效率的本公开内容的一个或多个实施方案中，在第一步骤S1中，将含硼硅晶片热退火至足以溶解降解中心的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物且在纳米沉淀物的退火温度以上的温度T1。就这点而言，应当理解尽管经受用于抑制本公开内容的少数载流子寿命下降的方法的硅晶片在本文中可称为单晶硅晶片(即通过Czochralski方法生长的铸锭切片)，但是也可使用多晶硅晶片。另外，上述工艺步骤可应用于取向生长硅层或者甚至应用于漂浮区(FZ)(如果氧掺杂的话)单晶硅晶片而不受限。另外，经受本公开内容的一个实施方案的降解抑制方法的含硼晶片可以为已并入所生产的太阳能电池(即具有其中形成的p-n结的电池)中的晶片、光伏组件或太阳能电池生产中一个或多个中间步骤生产的晶片结构。作为选择，含硼晶片可以为仍必须经受太阳能电池生产方法的单机晶片(stand alone wafer)。
就这点而言，尽管晶片描述为常用于太阳能电池应用中的p型晶片，但是在一些特定实施方案中，晶片可含有比在本领域中通常分类为“p型”的晶片中的p型掺杂剂的密度更小的p型掺杂剂数量密度(例如，比对p-晶片而言典型的更小的数量密度)。不管总p型掺杂浓度，经受本公开内容的实施方案的方法的晶片含有至少约1013个硼原子/cm3。在其它实施方案中，晶片含有至少约1014个硼原子/cm3、至少约1015个硼原子/cm3、至少约1016个硼原子/cm3或甚至至少约1017个硼原子/cm3(例如约1013个硼原子/cm3至约1018个硼原子/cm3、约1013个硼原子/cm3至约1017个硼原子/cm3、约1014个硼原子/cm3至约1017个硼原子/cm3或约1015个硼原子/cm3至约1018个硼原子/cm3)。除硼外，晶片可含有其它p型掺杂剂如铝和镓。总p型掺杂量可使得晶片分类为p-、p、p+、p++型晶片，或者可具有比如上所述p-掺杂晶片更小的浓度。晶片中的氧浓度可在对Czochralski生长的硅而言典型的范围内，例如约5×1017个硼原子/cm3至约9×1017个原子/cm3或甚至约5×1016个硼原子/cm3至约3×1018个原子/cm3的浓度。应当理解上述硼、p型掺杂剂和氧浓度是示例性的并可使用其它浓度而不偏离本公开内容的范围。在一些实施方案中，可将晶片用一种或多种n型掺杂剂(例如磷、砷、锑或其组合)反向掺杂，其中p型掺杂剂和n型掺杂剂的相对浓度使得晶片可表征为如上所述p型晶片。
硅晶片可具有约150mm、约200mm、约300mm、约450mm或更大的直径。可将起始晶片抛光、蚀刻和/或搭接或者这些操作可在应用根据本公开内容永久抑制少数载流子寿命下降的方法以后进行。进一步指出，本公开内容的实施方案可包括任何太阳能电池或可生产太阳能电池的晶片，而不管它们的形状和/或尺寸，例如包括多晶铸造晶片和“假正方形”CZ晶片。
热处理S1涉及将晶片加热至足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物以及下降缺陷本身的温度T1并在该温度下退火较短的时间。认为降解中心的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物在至少约650℃的温度下溶解，并可在约600℃、约550℃或甚至500℃的温度下溶解。因此，T1可以为至少约500℃、至少约600℃、至少约650℃、至少约700℃，或者约500℃至约1300℃、约500℃至约1150℃、约500℃至约1000℃、约500℃至约850℃、约500℃至约750℃或约600℃至约750℃。晶片通常在该温度T1或以上保持至少约1秒，通常至少几秒(例如至少约3秒、至少约5秒等)或甚至几十秒(例如至少约20秒、至少约30秒、至少约40秒等)，甚至至多约60秒。
优选，热退火S1形成现有工艺步骤如太阳能电池生产工艺步骤的一部分，其包括加热p型晶片。作为选择或者另外，热退火步骤S1可在例如大量市售炉(例如带式炉)中的任一个中，或者在快速热退火(“RTA”)炉中进行，其中将晶片通过成排的高功率灯单独地加热。可将晶片在步骤S1中从形成部分常规工艺步骤的中间温度或者从室温起加热。在一些实施方案中，将晶片加热至足以溶解快速扩散组分的纳米沉淀物的温度，而不将温度保持在中间温度(例如连续温度提高直至达到所需温度)。可将晶片在大量不同的环境或气氛中退火，包括对太阳能电池生产而言典型的那些，包括例如含有氢气和对硅呈惰性的气体(例如稀有气体如氩气)的环境。下文所述工艺步骤S2和S3可以在类似的环境中进行。
当热退火步骤S1完成时，在步骤S2中将晶片以至少约100℃/sec的冷却速率R1从T1快速冷却至第二温度T2，其中优选至少约200℃/sec的冷却速率以导致形成各自具有标称半径R的快速扩散组分的纳米沉淀物的高数量密度N。在一些实施方案中，冷却速率可以为至少约250℃/sec、至少约500℃/sec、至少约750℃/sec或甚至至少约1000℃/sec。应当理解不需要将晶片以恒定速率从T1冷却至T2。冷却速率R在冷却期间可以为恒定或变化的以导致形成高数量密度的纳米沉淀物N。一般而言，将晶片以比所述最小值更大的速率冷却，其中最大冷却速率为如果超过的话晶片的完整性可能受损时的那些(例如晶片中可形成变位时的温度)。一般而言，将晶片以速率R1从T1冷却至T2，所述速率R1比常规加工中典型的常规冷却速率更高(例如高于对快速热退火操作而言典型的冷却速率)。即，常规快速热退火炉通常由于非常高的热梯度和通过光子释放而提供的另外冷却而从高温如1200℃快速冷却至约650℃或甚至600℃。然而，为了在600℃以下(例如600至约300℃或更低)的温度下实现该快速冷却速率，可应用其它冷却方法。
在步骤S2中用于快速冷却晶片的合适设备通常包含受热器，其通过热的传导性传递将热从晶片快速传递至受热器。合适的设备可包括热板，其包含在冷却期间热接触晶片的一个或多个表面的表面。在一些实施方案中，热板通过使板与冷冻剂接触而冷却。在一些实施方案中，将晶片部分或完全浸没在流体中以将晶片快速冷却。作为选择或者另外，设备可使用温度小于晶片的冷却环境以将晶片快速冷却。
冷却步骤S2导致下降缺陷的快速扩散组分的原子变得在晶片中过饱和。通过以超过常规方法的速率冷却，纳米沉淀物的数量密度(乘积NR)可相对于涉及较慢冷却速率的方法提高，由此实质上提高快速扩散组分的纳米沉淀物的NR乘积数量密度。
一般而言，T2比约T1小至少约50℃，或者比T1小至少约100℃、至少约150℃、至少约200℃、至少约250℃或甚至至少约300℃。T2可以小于约500℃、小于约450℃、小于约400℃、小于约350℃、小于约300℃或甚至小于约250℃(例如约150℃至约450℃或约250℃至约400℃)。优选，T2尽可能低，因为晶片在T1与T2之间快速冷却，其导致加工时间降低；然而，T2应足够高以容许晶片在下文所述步骤S3中经受效率损失的永久抑制。
就这点而言，应当理解可进行热退火步骤S1和快速冷却步骤S2而不产生少数带电载流子(即不照射晶片或者将电流施加于晶片上)；然而，应当理解少数带电载流子可在热退火步骤和/或冷却步骤期间产生而不受限。热退火步骤S1和快速冷却步骤S2导致快速扩散组分的原子形成NR乘积大于常规方法的分布，其容许相对较短的永久恢复方法S3如下文所述应用。
在第三步骤S3中，少数带电载流子在约室温(约25℃)至约250℃(例如约室温至约200℃、约室温至约150℃、约室温至约100℃、约50℃至约250℃或约50℃至约150℃)的温度下产生以永久性地抑制载流子寿命下降。在一个实施方案中，少数带电载流子在将晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3时产生。就这点而言，发现热退火步骤S1和冷却步骤S2容许永久减活步骤S3进行相对于常规永久减活处理(例如美国专利公开No.2010/0243036所述减活方法，通过引用将其所有相关和一致目的并入本文中)更短的时间。
不愿受任何特定理论束缚，认为永久恢复可由阻断填隙快速扩散组分通向下降缺陷的正常路径的少数载流子(例如电子)产生，从而将这些填隙快速扩散组分抽送到快速扩散物种的纳米沉淀物中，从而容许快速扩散组分填隙被纳米沉淀物消耗。由于认为下降缺陷与快速扩散组分和含氧组分平衡地存在，填隙快速扩散组分被纳米沉淀物消耗导致少数载流子下降缺陷的永久贫化。通过将晶片从步骤S1的退火温度T1快速冷却，沉淀物密度(N)与纳米沉淀物半径(R)的乘积可提高，这提高填隙快速扩散组分被纳米沉淀物消耗的速率(例如填隙快速扩散组分快速消耗，因为相对大量的快速扩散组分的纳米沉淀物充当接收器，从而消耗填隙快速扩散组分)。因此，本公开内容的永久恢复方法可进行相对于常规方法更短的时间而不具有载流子寿命下降的永久抑制的相应损失，由此提高加工产量。就这点而言，应当理解如本文所用“永久恢复”指少数载流子寿命下降的抑制，其实质上延续所得光伏电池的正常寿命。
在本公开内容的几个实施方案中，T3小于约250℃，在其它实施方案中，小于约200℃、小于约150℃、小于约100℃、小于约50℃或约200℃至约室温(例如约25℃)、约150℃至约25℃、约100℃至约25℃或约150℃至约50℃。温度T2与T3之间的冷却速率R2应足够低以容许晶片实现载流子寿命下降的永久抑制。通过进行热退火步骤S1和冷却步骤S2，步骤S3中的冷却速率R2通常可以小于永久抑制载流子寿命下降的常规方法中所用冷却速率，其中将晶片在一定温度下保持一定时间(例如至多几个小时)并冷却回环境温度(即使用几℃/分钟的冷却速率)。典型的冷却速率R2包括容许产生足量少数载流子以抑制少数载流子降解的冷却速率，例如小于约10℃/sec、小于约5℃/sec、小于约1℃/sec、小于约0.5℃/sec或甚至小于约0.1℃/sec。冷却速率应足够高以必然降低产量。可使用至少约0.01℃/sec、至少约0.1℃/sec或甚至至少0.5℃/sec的典型的最小冷却速率R2。在几个实施方案中，冷却速率R2为约0.01℃/sec至约10℃/sec、约0.1℃/sec至约10℃/sec、约0.5℃/sec至约10℃/sec或约0.1℃/sec至约5℃/sec。
就这点而言，应当理解未必将晶片以温度T2与T3之间的通常均匀速率冷却。例如，可将晶片保持在T2下或者保持在T2与T3之间的任何温度下一定时间(例如约30秒至约15分钟)，然后冷却(例如冷却至约环境温度)。因此，R2(和上述R1)表示时间平均冷却速率，包括将晶片保持在温度T2下和/或T2与T3之间的其它温度下的时间(即R2为T2-T3除以将晶片从T2冷却至T3时的时间)。
在本公开内容的一些特定实施方案中，可在永久抑制步骤S3以后使晶片经受其它加工(即器件制造)，其可能需要在S3完成时将晶片加热。在这些实施方案中，可将晶片保持在温度T2下一定时间以完成永久抑制步骤S3，然后加热至T2以上以完成其它热加工步骤。在这类实施方案中，认为R2为约0，且T2通常等于T3。在其中在永久抑制步骤S3以后进行进一步加工(即器件制造)的实施方案中，其它加工步骤优选不将晶片加热至约650℃以上或者甚至600℃以上的温度，因为该加热可导致沉淀物溶解并损失永久降解抑制。
一般而言，冷却速率R2小于冷却速率R1以容许晶片在步骤S3期间实现重组中心的永久减活。例如R1:R2比可以为至少约2:1。在其它实施方案中，R1:R2比为至少约3:1、至少约5:1、至少约10:1、至少约20:1、至少约50:1，或者约2:1至约200:1、约2:1至约150:1、约10:1至约150:1或约20:1至约150:1。
少数带电载流子可在步骤S3期间通过直射能够在晶片上的硅中产生电子的任何光而产生。对于波长短于约1.1μm的光，可将晶片以至少约50mW/cm2，在其它实施方案中，至少约100mW/cm2或甚至约200mW/cm2的强度照射。应当指出也可使用波长长于约1.1μm的光；然而，在一些实施方案中，光应以相对于较短波长光更高的功率或更长的时间应用(例如至少约500mW/cm2或甚至至少约1,000mW/cm2)。在一个或多个实施方案中，照射借助位于带式炉内或者快速热退火设备的加热灯提供。可优选照射晶片的所有表面以流入少数带电载流子；然而，在本公开内容的一个或多个实施方案中，仅照射晶片的正面。
作为选择或者除照射外，少数带电载流子可在步骤S3中通过将电流施加在晶片上而产生。一般而言，该电流可通过在具有在p层与n层之间形成的pn结的晶片上或晶片内形成n型层(例如通过植入、扩散或沉积离散层如外延层)而施加。将电流施加在pn结上以将少数载流子供入掺杂有p型掺杂剂的晶片区域中。施加在晶片上的电压可以为至少约0.4伏或甚至至少约0.7伏。电流可通过将电流施加在制造的光伏电池上，或者甚至施加在制造的光伏组件上而施加在p型晶片上。应当理解少数载流子未必在将晶片从T2冷却至T3的整个时间期间产生。
在本公开内容的一个或多个特定实施方案中，T1为至少约600℃，T2为小于约250℃，R1为至少约100℃/sec，T3为约环境温度(例如约25℃)且R2为小于约5℃/sec。
本发明下降抑制方法的效果可通过本领域技术人员已知的任何方法测定。典型的方法包括(1)通过使电池暴露于光下小的时间期间(例如小于约1毫秒或甚至小于约200微秒)而测量包含含硼晶片的太阳能电池的效率，(2)使电池暴露于光下更长的时间(例如至少1小时，更通常几小时或几天，或者甚至一个或多个月)以试图降低性能，和(3)在步骤2中暴露于光下以后测量效率。如果效率损失是可忽略或小的(例如小于约10%效率损失，或者如在其它实施方案中，小于约5%、小于约1%或小于约0.5%效率损失)，则实现降解的永久抑制。
当介绍本公开内容或其优选实施方案的元素时，冠词“一种/一个(a或an)”、“该(the)”和“所述”意指存在一种或多种该元素。术语“包含”、“包括”和“具有”意欲为包含的，且意指可存在不同于所列元素的其它元素。
由于可不偏离本公开内容的范围而作出以上设备和方法的各种变化，意欲以上描述中所含以及附图中所示所有问题应当理解为说明性而不是限定性意义。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.抑制包含硼的硅晶片中与少数载流子寿命下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法，其中硼以至少约1013个原子/cm3的浓度存在于晶片中，下降缺陷包含快速扩散组分和含二聚氧组分，所述方法包括：
将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物；
将硅晶片以至少约100℃/sec的冷却速率R1从T1冷却至温度T2；和
将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3，其中R1:R2比为至少约2:1。
2.根据权利要求1的方法，其中在加热步骤期间溶解的预先存在的纳米沉淀物由硼、铜、镍或其组合组成。
3.根据权利要求1的方法，其中在加热步骤期间溶解的预先存在的纳米沉淀物由硼组成。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中R1:R2比为至少约3:1、至少约5:1、至少约10:1、至少约20:1、至少约50:1，或者约2:1至约200:1、约2:1至约150:1、约10:1至约150:1或约20:1至约150:1。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时产生少数带电载离子。
6.根据权利要求5的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过照射晶片而产生少数带电载离子。
7.根据权利要求5的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过将电流施加于晶片上而产生少数带电载离子。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中R1为至少约200℃/sec、至少约250℃/sec、至少约500℃/sec、至少约750℃/sec或甚至至少约1000℃/sec。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中T1为至少约500℃、至少约600℃、至少约650℃、至少约700℃，或者约500℃至约1300℃、约500℃至约1150℃、约500℃至约1000℃、约500℃至约850℃、约500℃至约750℃或约600℃至约750℃。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中T2小于约500℃、小于约450℃、小于约400℃、小于约350℃、小于约300℃、小于约250℃、约150℃至约450℃或约250℃至约400℃。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中T3小于约250℃、小于约200℃、小于约150℃、小于约100℃、小于约50℃、约200℃至约室温、约150℃至约25℃、约100℃至约25℃或约150℃至约50℃。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中R2小于约10℃/sec、小于约5℃/sec、小于约1℃/sec、小于约0.5℃/sec、小于约0.1℃/sec、至少约0.01℃/sec、至少约0.1℃/sec、至少约0.5℃/sec、约0.01℃/sec至约10℃/sec、约0.1℃/sec至约10℃/sec、约0.5℃/sec至约10℃/sec或约0.1℃/sec至约5℃/sec。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中晶片包含第二p型掺杂剂，其中第二p型掺杂剂选自Al、Ga及其组合。
14.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中硅晶片为单晶硅晶片。
15.根据权利要求1-14中任一项的方法，其中硅晶片为通过Czochralski方法生长的铸锭切片。
Claims (56)
1.抑制包含硼的硅晶片中与少数载流子寿命下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法，其中硼以至少约1013个原子/cm3的浓度存在于晶片中，下降缺陷包含快速扩散组分和含二聚氧组分，所述方法包括：
将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物；
将硅晶片以冷却速率R1从T1冷却至温度T2；和
将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3，其中R1:R2比为至少约2:1。
2.根据权利要求1的方法，其中在加热步骤期间溶解的预先存在的纳米沉淀物由硼、铜、镍或其组合组成。
3.根据权利要求1的方法，其中在加热步骤期间溶解的预先存在的纳米沉淀物由硼组成。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中R1:R2比为至少约3:1、至少约5:1、至少约10:1、至少约20:1、至少约50:1，或者约2:1至约200:1、约2:1至约150:1、约10:1至约150:1或约20:1至约150:1。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时产生少数带电载离子。
6.根据权利要求5的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过照射晶片而产生少数带电载离子。
7.根据权利要求5的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过将电流施加于晶片上而产生少数带电载离子。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中R1为至少约100℃/sec、至少约200℃/sec、至少约250℃/sec、至少约500℃/sec、至少约750℃/sec或甚至至少约1000℃/sec。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中T1为至少约500℃、至少约600℃、至少约650℃、至少约700℃，或者约500℃至约1300℃、约500℃至约1150℃、约500℃至约1000℃、约500℃至约850℃、约500℃至约750℃或约600℃至约750℃。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中T2小于约500℃、小于约450℃、小于约400℃、小于约350℃、小于约300℃、小于约250℃、约150℃至约450℃或约250℃至约400℃。
11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其中T3小于约250℃、小于约200℃、小于约150℃、小于约100℃、小于约50℃、约200℃至约室温、约150℃至约25℃、约100℃至约25℃或约150℃至约50℃。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中R2小于约10℃/sec、小于约5℃/sec、小于约1℃/sec、小于约0.5℃/sec、小于约0.1℃/sec、至少约0.01℃/sec、至少约0.1℃/sec、至少约0.5℃/sec、约0.01℃/sec至约10℃/sec、约0.1℃/sec至约10℃/sec、约0.5℃/sec至约10℃/sec或约0.1℃/sec至约5℃/sec。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中晶片包含第二p型掺杂剂，其中第二p型掺杂剂选自Al、Ga及其组合。
14.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中硅晶片为单晶硅晶片。
15.根据权利要求1-14中任一项的方法，其中硅晶片为通过Czochralski方法生长的铸锭切片。
16.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中硅晶片形成太阳能电池的一部分。
17.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中硅晶片为单机晶片。
18.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中将硅晶片加热至温度T1是太阳能电池生产方法的一部分，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物。
19.根据权利要求1-18中任一项的方法，其中T1为至少约600℃，T2小于约250℃，R1为至少约100℃/sec，T3为约25℃且R2小于约5℃/sec。
20.抑制包含硼的硅晶片中与下降缺陷有关的少数载流子寿命下降的方法，其中硼以至少约1013个原子/cm3的浓度存在于晶片中，下降缺陷包含快速扩散组分和含二聚氧组分，所述方法包括：
将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以溶解下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物；和
将硅晶片以至少约100℃/sec的冷却速率R1从T1冷却至温度T2。
21.根据权利要求20的方法，其中在加热步骤期间溶解的纳米沉淀物由硼、铜、镍或其组合组成。
22.根据权利要求20的方法，其中在加热步骤期间溶解的纳米沉淀物由硼组成。
23.根据权利要求20-22中任一项的方法，其中将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3，同时在将晶片从T2冷却至T3时产生少数带电载离子。
24.根据权利要求23的方法，其中R1:R2比为至少约2:1、至少约3:1、至少约5:1、至少约10:1、至少约20:1、至少约50:1，或者约2:1至约200:1、约2:1至约150:1、约10:1至约150:1或约20:1至约150:1.
25.根据权利要求24的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过照射晶片而产生少数带电载离子。
26.根据权利要求24的方法，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过将电流施加于晶片上而产生少数带电载离子。
27.根据权利要求24-26中任一项的方法，其中T3小于约250℃、小于约200℃、小于约150℃、小于约100℃、小于约50℃、约200℃至约室温、约150℃至约25℃、约100℃至约25℃或约150℃至约50℃。
28.根据权利要求24-27中任一项的方法，其中R2小于约10℃/sec、小于约5℃/sec、小于约1℃/sec、小于约0.5℃/sec、小于约0.1℃/sec、至少约0.01℃/sec、至少约0.1℃/sec、至少约0.5℃/sec、约0.01℃/sec至约10℃/sec、约0.1℃/sec至约10℃/sec、约0.5℃/sec至约10℃/sec或约0.1℃/sec至约5℃/sec.
29.根据权利要求20-28中任一项的方法，其中T1为至少约500℃、至少约600℃、至少约650℃、至少约700℃，或者约500℃至约1300℃、约500℃至约1150℃、约500℃至约1000℃、约500℃至约850℃、约500℃至约750℃或约600℃至约750℃。
30.根据权利要求20-29中任一项的方法，其中T2小于约500℃、小于约450℃、小于约400℃、小于约350℃、小于约300℃、小于约250℃、约150℃至约450℃或约250℃至约400℃。
31.根据权利要求20-30中任一项的方法，其中R1为至少约200℃/sec、至少约250℃/sec、至少约500℃/sec、至少约750℃/sec或甚至至少约1000℃/sec。
32.根据权利要求20-31中任一项的方法，其中晶片包含第二p型掺杂剂，第二p型掺杂剂选自Al、Ga及其组合。
33.根据权利要求20-32中任一项的方法，其中硅晶片为单晶硅晶片。
34.根据权利要求20-33中任一项的方法，其中硅晶片为通过Czochralski方法生长的铸锭切片。
35.根据权利要求20-34中任一项的方法，其中硅晶片形成太阳能电池的一部分。
36.根据权利要求20-34中任一项的方法，其中硅晶片为单机晶片。
37.包含硼的硅晶片，其中硼以至少约1013个原子/cm3的浓度存在于晶片中，其中与包含快速扩散组分和含二聚氧组分的下降缺陷有关的晶片的少数载流子寿命下降通过如下方法抑制：
将硅晶片加热至温度T1，所述温度T1足以使下降缺陷的快速扩散组分的纳米沉淀物成核；
将硅晶片以冷却速率R1从T1冷却至温度T2；和
在照射晶片时将硅晶片以冷却速率R2从T2冷却至温度T3，其中R1:R2比为至少约2:1。
38.根据权利要求37的硅晶片，其中下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物由硼、铜、镍或其组合组成。
39.根据权利要求37的硅晶片，其中下降缺陷的快速扩散组分的预先存在的纳米沉淀物由硼组成。
40.根据权利要求37的硅晶片，其中R1:R2比为至少约3:1、至少约5:1、至少约10:1、至少约20:1、至少约50:1、约2:1至约200:1、约2:1至约150:1、约10:1至约150:1或约20:1至约150:1。
41.根据权利要求37-40中任一项的硅晶片，其中在将晶片从T2冷却至T3时产生少数带电载离子。
42.根据权利要求41的硅晶片，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过照射晶片而产生少数带电载离子。
43.根据权利要求41的硅晶片，其中在将晶片从T2冷却至T3时通过将电流施加于晶片上而产生少数带电载离子。
44.根据权利要求37-43中任一项的硅晶片，其中R1为至少约100℃/sec、至少约200℃/sec、至少约250℃/sec、至少约500℃/sec、至少约750℃/sec或甚至至少约1000℃/sec。
45.根据权利要求37-44中任一项的硅晶片，其中T1为至少约500℃、至少约600℃、至少约650℃、至少约700℃、约500℃至约1300℃、约500℃至约1150℃、约500℃至约1000℃、约500℃至约850℃、约500℃至约750℃或约600℃至约750℃.
46.根据权利要求37-45中任一项的硅晶片，其中T2小于约500℃、小于约450℃、小于约400℃、小于约350℃、小于约300℃、小于约250℃、约150至约450℃或约250至约400℃.
47.根据权利要求37-46中任一项的硅晶片，其中T3小于约250℃、小于约200℃、小于约150℃、小于约100℃、小于约50℃、约200℃至约室温、约150℃至约25℃、约100℃至约25℃或约150℃至约50℃。
48.根据权利要求37-47中任一项的硅晶片，其中R1为至少约100℃/sec、至少约200℃/sec、至少约250℃/sec、至少约500℃/sec、至少约750℃/sec或甚至至少约1000℃/sec。
49.根据权利要求37-48中任一项的硅晶片，其中R2小于约10℃/sec、小于约5℃/sec、小于约1℃/sec、小于约0.5℃/sec、小于约0.1℃/sec、至少约0.01℃/sec、至少约0.1℃/sec、至少约0.5℃/sec、约0.01℃/sec至约10℃/sec、约0.1℃/sec至约10℃/sec、约0.5℃/sec至约10℃/sec或约0.1℃/sec至约5℃/sec.
50.根据权利要求37-49中任一项的硅晶片，其中晶片包含第二p型掺杂剂，其中第二p型掺杂剂选自Al、Ga及其组合。
51.根据权利要求37-50中任一项的硅晶片，其中硅晶片为单晶硅晶片。
52.根据权利要求37-51中任一项的硅晶片，其中硅晶片为通过Czochralski方法生长的铸锭切片。
53.根据权利要求37-52中任一项的硅晶片，其中硅晶片形成太阳能电池的一部分。
54.根据权利要求37-52中任一项的硅晶片，其中硅晶片为单机晶片。
55.根据权利要求37-54中任一项的硅晶片，其中将硅晶片加热至温度T1是太阳能电池生产方法的一部分，所述温度T1足以溶解预先存在的纳米沉淀物。
56.根据权利要求37-55中任一项的硅晶片，其中T1为至少约600℃,T2小于约250℃，R1为至少约100℃/sec，T3为约25℃且R2小于约5℃/sec。
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