CN103606572B - 掺锗硅衬底、其制备方法及包括其的太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺锗硅衬底、其制备方法及包括其的太阳能电池。该掺锗硅衬底包括P型晶体硅主体，P型晶体硅主体的上表面上具有经锗掺杂形成的第一掺锗区。该掺锗硅衬底在硅衬底的至少上表面上形成掺锗区，在该掺锗区中锗原子的存在，增大了P型晶体硅主体中硼与氧或杂质铁生成B-O复合体和B-Fe复合体的反应能垒。在光照的条件下，硼与氧或杂质铁的复合反应更难进行。这样便能够有效改善太阳能电池因硼的减少而造成的光衰减问题。

Description

掺锗硅衬底、其制备方法及包括其的太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，具体而言，涉及掺锗硅衬底、其制备方法及包括其的太阳能电池。
背景技术
在太阳能电池领域，晶体硅太阳能电池占有重要地位。制作晶体硅太阳能电池前，根据晶体硅的种类，通常要对晶体硅进行掺杂。在选取掺杂剂时，首要考虑的是掺杂元素在晶体硅内部的分凝系数。分凝系数越接近于1，掺杂元素在晶体硅结晶方向上的分布浓度越均匀，所制备的太阳能电池的电性能越好。在制作P型晶体硅的过程中，通常选择分凝系数为0.8的硼元素进行掺杂。这种硼掺杂的P型晶体硅所制备的太阳能电池，在光照的条件下，P型晶体硅中的硼与残留的氧容易形成Ｂ-Ｏ复合体，P型晶体硅中的硼与杂质铁容易形成Ｂ-Fe复合体。这种Ｂ-Ｏ复合体和Ｂ-Fe复合体的产生，造成了硼原子减少。而这种硼原子减少的现象会使电池出现光衰减，降低太阳能电池的光电转换效率。
目前解决上述光衰减问题的主要方法有以下两种：
方法一：以ⅢA族中的元素代替硼作为掺杂剂，以减少复合体的产生，进而降低太阳能电池的光衰减。但这种方法所用到的ⅢA族其他元素，其在硅中的分凝系数很小（如镓在硅中的分凝系数只有0.008）。若将这种元素掺入多晶硅会造成晶体硅的电性能下降，难以利用。
方法二：将硅的同族元素锗掺入P型晶体硅中，用以增加硼与氧或杂质铁的反应能垒。目前这种方法的具体操作工艺如下：将锗元素和硼元素按适当比例掺杂到原生硅料里，将硅料装入多晶炉或直拉单晶炉内进行铸锭或拉棒。该方法主要通过控制铸锭过程中的结晶速率，或控制拉棒过程中的拉晶速率来控制锗元素和硼元素的分布浓度，最终形成锗硼混合掺杂的晶体硅。但利用这种方法时，由于锗在硅中的分凝系数很小（大约为0.33），使得形成的晶体硅中的锗元素产生了严重的偏析，使锗元素得浓度分布严重不均等。这种不均等造成了多晶硅的电阻率不均，使多晶硅的可利用部分较少，成本较高。
发明内容
本发明旨在提供一种掺锗硅衬底、其制备方法及包括其的太阳能电池，以解决现有技术中太阳能电池的光衰减问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种掺锗硅衬底，其包括P型晶体硅主体，P型晶体硅主体的上表面上具有经锗掺杂形成的第一掺锗区。
进一步地，上述P型晶体硅主体的下表面上具有经锗掺杂形成的第二掺锗区。
进一步地，上述第一掺锗区的厚度为P型晶体硅主体厚度的1/20～1；第二掺锗区的厚度为P型晶体硅主体厚度的1/30～1。
第一掺锗区中锗原子的掺杂浓度为1×10-8～1×10-4g/g，第二掺锗区中锗原子的掺杂浓度为1×10-11～1×10-4g/g。
根据本发明的另一方面，提供了一种掺锗硅衬底的制备方法，其包括以下步骤：提供P型晶体硅主体；对P型晶体硅主体的上表面进行掺锗处理，形成第一掺锗区。
进一步地，上述制备方法还包括以下步骤：在对P型硅衬底主体的上表面进行掺锗处理的同时或之后，对P型晶体硅主体的下表面进行掺锗处理，形成第二掺锗区。
进一步地，在对上述P型硅衬底主体的上表面进行掺锗处理之后对P型晶体硅主体的下表面进行掺锗处理的情形下，对P型晶体硅主体的上表面或下表面的掺锗处理分别包括：在P型晶体硅主体的待掺杂表面上沉积锗原子；升温至锗扩散温度，使所沉积的锗原子扩散，形成第一掺锗区或第二掺锗区。
进一步地，在P型晶体硅主体的待掺杂表面上沉积锗原子的步骤包括：步骤A1：在保护气气氛下，将P型晶体硅主体升温至第一温度，向P型晶体硅主体的待掺杂表面提供锗烷；步骤A2：将P型晶体硅主体所处工艺腔升温至第二温度，使锗烷分解，在P型晶体硅主体的待掺杂表面上沉积锗原子；其中，第二温度大于或等于第一温度，且第二温度大于或等于锗烷的分解温度。
进一步地，对P型晶体硅主体的上表面和下表面同时进行掺锗处理时，掺锗处理的步骤包括：使P型晶体硅主体的上表面和下表面同时裸露，并在P型晶体硅主体的裸露表面上沉积锗原子；升温至锗扩散温度，使在裸露表面上所沉积的锗原子扩散，在P型晶体硅主体形成第一掺锗区和第二掺锗区。
进一步地，在P型晶体硅主体的上表面和下表面同时沉积锗原子的步骤包括：步骤B1：在保护气气氛下，将P型晶体硅主体升温至第一温度，通入锗烷，使P型晶体硅主体的裸露表面与锗烷接触；步骤B2：将P型晶体硅主体工艺腔升温至第二温度，使锗烷分解，在P型晶体硅主体的上表面和下表面同时沉积锗原子；其中，第二温度大于或等于第一温度，且第二温度大于或等于锗烷的分解温度。
进一步地，步骤A1和步骤B1还包括在通入锗烷之前将P型晶体硅主体在第一温度下保温120～600s的过程，第一温度为250～550℃，优选为250～280℃，升温至第一温度的时间为180～1200s；第二温度为280～550℃，升温至第二温度后保持20～900s使锗烷分解；扩散温度为750～900℃，升温至扩散温度的时间为20～600s；保护气为氮气或氩气。
进一步地，锗烷在保护气的携带下通入，且所通入的锗烷为P型晶体硅主体质量的2×10-8～2×10-4，通入时间为20～300s。
根据本发明的另一方面，还提供了一种太阳能电池，包括硅衬底以及在硅衬底的上表面经磷掺杂形成的掺磷区，其中，硅衬底为上述的掺锗硅衬底，掺磷区的厚度小于、等于或大于第一掺锗区的厚度。
应用本发明掺锗硅衬底、其制备方法及包括其的太阳能电池。通过在掺锗硅衬底的至少上表面上形成掺锗区，在掺锗区中锗原子的存在，增大了P型晶体硅主体中硼与氧或杂质铁生成B-O复合体和B-Fe复合体的反应能垒。在光照的条件下，硼与氧或杂质铁的反应更难进行。这样便能够有效改善太阳能电池因硼的减少而造成的光衰减问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明一种实施方式中的掺锗硅衬底的示意图；以及
图2示出了本发明另一种实施方式中的掺锗硅衬底的示意图。
其中，10为P型晶体硅主体；110为第一掺锗区；130为第二掺锗区。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了解决背景技术中所提出的太阳能电池光衰减严重的问题，本发明发明人提供了一种掺锗硅衬底。如图1所示，该掺锗硅衬底包括P型晶体硅主体10，且P型晶体硅主体10的上表面上具有经锗掺杂形成的第一掺锗区110。
本发明所提供的上述掺锗硅衬底，在P型晶体硅主体的上表面设有一层掺锗区。该掺锗硅衬底的上表面在光照的条件下，掺锗区中的锗原子能够增大P型晶体硅主体中硼与氧或杂质铁的反应能垒。锗原子的掺入使得硼与氧或杂质铁的反应更难进行，进而使得B-O复合体和B-Fe复合体的生成率有效降低。这样便能够有效改善太阳能电池因P型晶体硅中硼原子的减少而造成的光衰减问题。
当太阳能电池处于光照环境中时，电池中晶体硅的下表面上也有可能存在一定的光照强度。为进一步改善电池的光衰减问题，在本发明的一种优选方式中，如图2所示，上述锗掺杂硅衬底中，P型晶体硅主体10的下表面上具有经锗掺杂形成的第二掺锗区130。这种锗掺杂硅衬底中，其下表面掺锗区中的锗原子亦能够降低P型晶体硅主体的下表面中B-O及B-Fe复合体的生成率。基于此，在P型晶体硅主体的下表面形成的第二掺锗区能够进一步减轻太阳能电池因P型晶体硅中硼原子的减少而造成的光衰减问题。
在本发明的教导下，本领域技术人员能够根据具体的晶体硅尺寸合理地选择两个掺锗区的厚度。本发明所提供的上述掺锗硅衬底中，优选第一掺锗区110的厚度为P型晶体硅主体10厚度的1/20～1；第二掺锗区130的厚度为P型晶体硅主体10厚度的1/30～1。
本发明所提供的上述掺锗硅衬底中，优选第一掺锗区110中锗原子的掺杂浓度为1×10-8～1×10-4g/g，第二掺锗区130中锗原子的掺杂浓度为1×10-11～1×10-4g/g。在光照的环境中，晶体硅的上表面上的光照强度比下表面上的光照强度更强。在此基础上，第一掺锗区中锗原子的掺杂浓度可以较第二掺锗区中锗原子的掺杂浓度高一些。这样有利于降低太阳能电池光衰减问题，同时保证太阳能电池的生产成本。
本领域技术人员在本发明的上述掺锗硅衬底结构的教导下，有能力选择适当的方式以获取相应的掺锗硅衬底。在本发明的一种优选实施方式中，该掺锗硅衬底的制备方法包括以下步骤：提供P型晶体硅主体10；对P型晶体硅主体10的上表面进行掺锗处理，形成第一掺锗区110。
与现有技术中在晶体硅铸锭或拉棒之前进行锗掺杂的方法相比，本发明所提供的制备方法中，掺锗处理是在晶体硅铸锭或拉棒之后进行的。由于锗原子分凝系数过低，仅为0.33左右，若将锗原子直接加入硅料中进行铸锭或拉棒，容易引起锗原子的偏析，进而导致分布不均。而本发明所提供的方法中，在已成型的P型晶体硅主体上进行掺锗处理。这种方法避免了因分凝系数过低而造成的锗原子分布不均的问题。能够使锗原子在掺锗区中的分布更加均匀，保证了掺锗硅衬底的电阻率更加均匀，同时有效改善了太阳能电池光衰减的问题。
本发明的一种优选方式中，上述制备方法还包括以下步骤：在对P型硅衬底主体10的上表面进行掺锗处理的同时或之后，对P型晶体硅主体10的下表面进行掺锗处理，形成第二掺锗区130。在P型硅衬底主体的上下表面均设置掺锗区，能够同时提高上下表面中硼与氧或铁的反应能垒。基于此，同时设置两个掺锗区能够进一步降低太阳能电池在光照环境中因硼原子减少而产生的光衰减问题。
本发明所提供的上述制备方法中，在对P型硅衬底主体10的上表面进行掺锗处理之后，对P型晶体硅主体10的下表面进行掺锗处理的情形下，一种优选的实施方式中，对P型晶体硅主体10的上表面或下表面分别进行掺锗处理的步骤包括：在P型晶体硅主体10的待掺杂表面上沉积锗原子；升温至锗扩散温度，使所沉积的锗原子扩散，形成掺锗区，其中待掺杂表面为P型晶体硅主体10的上表面时，掺锗区为第一掺锗区110，待掺杂表面为P型晶体硅主体10的下表面时，掺锗区为第二掺锗区130。
本发明所提供的上述方法中，首先将锗原子沉积在P型晶体硅主体的表面，然后使所沉积的锗原子扩散，形成了掺锗区。这种方法避免了晶体硅铸锭或拉棒过程因锗原子分凝系数过低而造成的锗原子分布不均的问题。在本发明上述的方法中，锗和硅同属于第四主族，且二者的原子大小接近。这样便能促使P型晶体硅表面富集的锗原子更大程度地向P型晶体硅主体内部扩散，且能够促使锗原子更均匀地扩散，进而提高了锗原子的掺杂效果。锗原子良好的掺杂效果能够更有效地抑制太阳能电池的光衰减。另外，分别对P型晶体硅主体的上表面和下表面进行掺锗处理，有助于合理控制两个掺锗区的掺杂厚度与掺杂浓度。鉴于使用过程中P型晶体硅主体的上表面接受的光照强度更大，位于上表面的第一掺锗区的掺杂厚度与掺杂浓度可以相应的增大。
在本发明的教导下，本领域技术人员能够合理的选择具体的锗沉积和锗扩散的方法。在一种优选实施方式中，锗原子的沉积方法，即：在P型晶体硅主体10的待掺杂表面上沉积锗原子的步骤包括：步骤A1：在保护气气氛下，将P型晶体硅主体10升温至第一温度，相P型晶体硅主体10的待掺杂表面提供锗烷；步骤A2：将P型晶体硅主体10所处工艺腔升温至第二温度，使锗烷分解，在P型晶体硅主体10的待掺杂表面上沉积锗原子；其中，第二温度大于或等于第一温度，且第二温度大于或等于锗烷的分解温度。当上述掺锗过程在扩散炉中进行时，上述的P型晶体硅主体10所处工艺腔指的是扩散炉的炉腔。
上述锗原子的沉积方法中，利用了锗烷气体的分解反应。具体的分解反应为：GeH4→Ge+2H2。将锗烷气体通入扩散炉管内，使其在高温下发生分解反应，得到锗原子。锗原子沉积到P型晶体硅主体的表面后，形成了锗原子的富集层。这种锗原子的沉积方法简单易操作，只需在常用的扩散炉中设置锗烷气源与气体通道即可。
本发明所提供的上述制备方法中，对P型晶体硅主体10的上表面和下表面同时进行掺锗处理时，掺锗处理的步骤包括：在P型晶体硅主体10的上表面和下表面同时沉积锗原子；升温至锗扩散温度，使所沉积的锗原子扩散，同时形成所述第一掺锗区110和第二掺锗区130。
相对于在P型晶体硅主体10的上表面和下表面分别进行掺锗处理而言，同时对两个表面进行掺锗处理，其操作流程更为精简。尤其是对厚度较小的P型晶体硅主体进行整体掺锗处理时，工艺较为简单，生产效率较高。
在上述制备方法的一种实施方式中，在P型晶体硅主体10的上表面和下表面同时沉积锗原子的步骤包括：步骤B1：在保护气气氛下，将P型晶体硅主体10升温至第一温度，通入锗烷，并使P型晶体硅主体10的上表面和下表面同时与锗烷接触；步骤B2：将P型晶体硅主体10所处工艺腔升温至第二温度，使锗烷分解，在P型晶体硅主体10的上表面和下表面同时沉积锗原子；其中，第二温度大于或等于第一温度，且第二温度大于或等于锗烷的分解温度。
上述锗原子的沉积方法中，只需将P型晶体硅主体上下表面同时暴露于锗烷气体中，锗烷的分解后得到的锗原子便能在上下表面同时富集。这种方法得到的掺锗硅衬底中，两个掺锗区的掺锗浓度和掺锗厚度相当。
在本发明的教导下，本领域技术人员有能力合理的拟定具体的掺锗处理过程。在一种优选地方式中，步骤A1和步骤B1还包括在通入锗烷之前将P型晶体硅主体10在第一温度下保温120～600s的过程，第一温度为250～550℃，优选为250～280℃，升温至第一温度的时间为180～1200s；第二温度为280～550℃，升温至第二温度后保持20～900s使锗烷分解；扩散温度为750～900℃，升温至扩散温度的时间为20～600s；保护气为氮气或氩气。
将P型晶体硅主体在180～1200s内升温至250～550℃，并保持120～600s，有利于促使P型晶体硅主体的温度更加均衡。均衡的P型晶体硅主体能够保证后期的锗沉积及扩散的过程更加均衡稳定，进一步保证掺锗区的浓度与厚度更加均衡。
上述方法中，将第一温度设定为250～280℃。这种在通入锗烷气体之前，将P型晶体硅主体的温度升至低于分解温度（280℃以上）的操作能够使锗烷在分解之前，更均匀地分散在待掺杂表面周围，进而保证后期所分解的锗原子均匀地沉积于待掺杂表面上。
在通入锗烷后，将温度升至280～550℃的分解温度，并保持20～900s。这样的操作能够促使锗烷在快速分解后，所形成的锗原子稳定的沉积在待掺杂表面上。
在本发明的教导下，本领域技术人员能够根据具体的掺杂程度选择合适的锗烷的通入方式和通入量。在本发明的一种优选方式中，锗烷在保护气的携带下通入，且所通入的锗烷为P型晶体硅主体10质量的2×10-8～2×10-4。在锗烷的通入过程中，将保护气通入锗烷源瓶内用以稀释锗烷并携带锗烷，这种方式有利于保证反应体系的稳定进行。
在本发明的一种实施方式中，还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括硅衬底以及在硅衬底的上表面经磷掺杂形成的掺磷区，其中，硅衬底为本发明上述中的掺锗硅衬底，掺磷区的厚度小于、等于或大于第一掺锗区110。
在本发明所提供的上述太阳能电池中，掺锗硅衬底具有第一掺锗区110的上表面进一步进行了磷掺杂形成掺磷区，即对第一掺锗区110和位于其下方的硅衬底进行磷掺杂形成掺磷区。所用的磷掺杂步骤可以采用现有技术中已有的方案进行操作。本发明所提供的掺锗硅衬底中，锗和硅同属于第四主族，且二者的原子大小接近。在此基础上，磷掺杂的步骤能够顺利进行。
本发明所提供的上述太阳能电池中，所采用的P型晶体硅主体中具有掺锗区，且掺锗区的浓度分布更加均匀。这样的太阳能电池在光照环境中，其P型晶体硅主体中的锗原子能够提高P型晶体硅主体中硼与氧或杂质铁的反应能垒。锗原子的掺入使得硼与氧或杂质铁的反应更难进行，进而使得B-O复合体和B-Fe复合体的生成率有效降低。这样便能够有效改善太阳能电池因P型晶体硅中硼原子的减少而造成的光衰减问题，进而保证了太阳能电池在长时间的使用过程中保持较高的光电转换效率。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
将2000片制绒好的P型晶体硅片（单片上表面积为24336mm2，质量为9.86g）置于扩散炉中管内，使其上表面暴露于管内。将扩散炉的温度在1200s内升至550℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.15g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至750℃，升温时间控制在600s。维持750℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片；
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池。
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为1×10-8，厚度为5000nm，为晶体硅片厚度的11/40；掺磷区的厚度为5000nm。
实施例2
将2000片制绒好的P型晶体硅片（单片上表面积为24336mm2，质量为9.87g）置于扩散炉中管内，使其上表面暴露于管内。将扩散炉的温度在180s内升至280℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.12g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至750℃，升温时间控制在600s。维持750℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片；
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池。
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为1×10-9，厚度为2500nm，为晶体硅片厚度的7/50；掺磷区的厚度为5000nm。
实施例3
将2000片制绒好的P型晶体硅片（上表面积为24336mm2，质量为9.96g）置于扩散炉中管内，使其上表面暴露于管内。将扩散炉的温度在180s内升至250℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.05g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至750℃，升温时间控制在600s。维持750℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区的硅片；重复以上步骤，对上述形成第一掺锗区的硅片的下表面进行二次掺锗。区别在于向晶体硅片的下表面通入0.04g锗烷，从而形成具有第一掺锗区和第二掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片；
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池；
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为1×10-10，厚度为1790nm，为晶体硅片厚度的1/100；第二掺锗区的掺锗浓度为10-11，厚度为1300nm，为晶体硅片厚度的7/1000；掺磷区的厚度为4300nm。
实施例4
将2000片制绒好的P型晶体硅片（上表面积为24336mm2，质量为9.34g）置于扩散炉中管内，使其上表面暴露于管内。将扩散炉的温度在180s内升至280℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.07g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至750℃，升温时间控制在600s，维持750℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区的硅片；重复以上步骤，对上述形成第一掺锗区的硅片的下表面进行二次掺锗。区别在于向晶体硅片的下表面通入0.06g锗烷，从而形成具有第一掺锗区和第二掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片；
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池；
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为1×10-8，厚度为3500nm，为晶体硅片厚度的1/50；第二掺锗区的掺锗浓度为10-9，厚度为1500nm，为晶体硅片厚度的1/125；掺磷区的厚度为4600nm。
实施例5
将2000片制绒好的P型晶体硅片（单片上表面积为24336mm2，质量为9.86g）置于扩散炉中管内，使其上表面暴露于管内。将扩散炉的温度在1200s内升至550℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.3g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至750℃，升温时间控制在600s。维持750℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片；
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池；
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为1×10-4，厚度为9000nm，为晶体硅片厚度的1/20；掺磷区的厚度为5000nm。
实施例6
将2000片制绒好的P型晶体硅片（单片上表面积为24336mm2，质量为9.86g）置于扩散炉中管内，使其上表面暴露于管内，将扩散炉的温度在1200s内升至550℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.5g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至750℃，升温时间控制在600s。维持750℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片；
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池；
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为1×10-6，厚度为120000nm，为晶体硅片厚度的2/3；掺磷区的厚度为5000nm。
实施例7
将2000片制绒好的P型晶体硅片（单片上表面积为24336mm2，质量为9.86g）置于扩散炉中管内，使其上表面暴露于管内。将扩散炉的温度在1200s内升至550℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.8g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至750℃，升温时间控制在600s。维持750℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片；
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池；
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为1×-4，厚度为180000nm，与晶体硅片厚度相等；掺磷区的厚度为5000nm。
实施例8
将2000片制绒好的P型晶体硅片（上表面积为24336mm2，质量为9.96g）置于扩散炉中管内，使其上表面与下表面同时暴露于管内。将扩散炉的温度在180s内升至250℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.35g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至900℃，升温时间控制在600s。维持900℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区和第二掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片。
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池；
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为1×10-8，厚度为9000nm，为晶体硅片厚度的1/20；第二掺锗区的掺锗浓度为1×10-8，厚度为6000nm，为晶体硅片厚度的1/30；掺磷区的厚度为4300nm。
实施例9
将2000片制绒好的P型晶体硅片（上表面积为24336mm2，质量为9.96g）置于扩散炉中管内，使其上表面与下表面同时暴露于管内。将扩散炉的温度在180s内升至250℃，此过程中通入氮气，排除炉管内空气。维持温度不变，稳定120s后。向锗烷源瓶内通入适当氮气，进而在20s内向炉管内通入锗烷（0.8g）。保持温度不变，使锗烷分解时间持续900s。使锗原子沉积在硅片的上表面；继续升温至900℃，升温时间控制在600s。维持900℃的温度1200s，得到具有第一掺锗区和第二掺锗区的硅片；向炉管通入三氯氧磷和氧气，进行磷掺杂。得到掺磷—锗硅片。
采用上述掺磷—锗硅片制备太阳能电池；
上述掺磷—锗硅片中，第一掺锗区的掺锗浓度为10-4，厚度为90000nm，为晶体硅片厚度的1/2；第二掺锗区的掺锗浓度为1×10-4，厚度为90000nm，为晶体硅片厚度的1/2；掺磷区的厚度为4300nm。
对比例1
将含有12g锗元素的锗硅合金加入硅料中，使其总量为400kg。将该含锗的硅料进行常规装料。装料后，在铸锭炉内加热-熔化-结晶-退火-冷却五个铸锭过程后出炉，形成掺锗硅锭。将该掺锗硅锭破方切片处理形成硅片。将清洗后的硅片按常规工艺制作太阳能电池。
对上述实施例与对比例中所制备的掺磷—锗硅片与其制备的太阳能电池进行表征测试。
测试方法：
功率损失：依据GB/T6495.1和GB/T6495.3，检测以上实施例和对比例中的太阳能电池运行3个月后的光电转换功率损失，用以表征太阳能电池的光衰减程度。表征结果如表一所示：
表一：
功率损失
实施例1 0.5%
实施例2 0.74%
实施例3 0.81%
实施例4 0.48%
实施例5 0.25%
实施例6 0.24%
实施例7 0.20%
实施例8 0.36%
实施例9 0.19%
对比例1 2.04%
从以上的实施例和对比例中，可以看出，本发明所提供的掺锗硅衬底中，通过在已铸锭的P型晶体硅主体表面进行掺锗处理，形成了掺锗区。此掺锗硅衬底经掺磷后，所制备的太阳能电池在长时间的工作后，其光电转换功率损失率较低。这表明，采用本发明所提供的掺锗硅衬底，能够有效降低太阳能电池在使用过程中的光衰减问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种太阳能电池，包括硅衬底，其特征在于，所述硅衬底为掺锗硅衬底，所述掺锗硅衬底包括P型晶体硅主体(10)，所述P型晶体硅主体(10)的上表面上具有经锗掺杂形成的第一掺锗区(110)，所述P型晶体硅主体(10)的下表面上具有经锗掺杂形成的第二掺锗区(130)。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺锗区(110)的厚度为所述P型晶体硅主体(10)厚度的1/20～1；所述第二掺锗区(130)的厚度为所述P型晶体硅主体(10)厚度的1/30～1。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺锗区(110)中锗原子的掺杂浓度为1×10-8～1×10-4g/g，所述第二掺锗区(130)中锗原子的掺杂浓度为1×10-11～1×10-4g/g。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括在所述掺锗硅衬底的上表面经磷掺杂形成的掺磷区，且所述掺磷区的厚度小于、等于或大于所述第一掺锗区(110)的厚度。
5.一种如权利要求1所述的掺锗硅衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供P型晶体硅主体(10)；
对所述P型晶体硅主体(10)的上表面进行掺锗处理，形成第一掺锗区(110)；
在对所述P型硅衬底主体(10)的上表面进行掺锗处理的同时或之后，对所述P型晶体硅主体(10)的下表面进行掺锗处理，形成第二掺锗区(130)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在对所述P型硅衬底主体(10)的上表面进行掺锗处理之后对所述P型晶体硅主体(10)的下表面进行掺锗处理的情形下，对所述P型晶体硅主体(10)的上表面或下表面的掺锗处理分别包括：
在所述P型晶体硅主体(10)的待掺杂表面上沉积锗原子；
升温至锗扩散温度，使所沉积的锗原子扩散，形成所述第一掺锗区(110)或所述第二掺锗区(130)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述P型晶体硅主体(10)的待掺杂表面上沉积锗原子的步骤包括：
步骤A1：在保护气气氛下，将所述P型晶体硅主体(10)升温至第一温度，向所述P型晶体硅主体(10)的待掺杂表面提供锗烷；
步骤A2：将所述P型晶体硅主体(10)所处工艺腔升温至第二温度，使所述锗烷分解，在所述P型晶体硅主体(10)的待掺杂表面上沉积锗原子；
其中，所述第二温度大于或等于所述第一温度，且所述第二温度大于或等于所述锗烷的分解温度。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述P型晶体硅主体(10)的上表面和下表面同时进行掺锗处理时，掺锗处理的步骤包括：
使所述P型晶体硅主体(10)的上表面和下表面同时裸露，并在所述P型晶体硅主体(10)的裸露表面上沉积锗原子；
升温至锗扩散温度，使在所述裸露表面上所沉积的锗原子扩散，在所述P型晶体硅主体(10)形成所述第一掺锗区(110)和所述第二掺锗区(130)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述P型晶体硅主体(10)的上表面和下表面同时沉积锗原子的步骤包括：
步骤B1：在保护气气氛下，将所述P型晶体硅主体(10)升温至第一温度，通入锗烷，使所述P型晶体硅主体(10)的裸露表面与锗烷接触；
步骤B2：将所述P型晶体硅主体(10)所处工艺腔升温至第二温度，使所述锗烷分解，在所述P型晶体硅主体(10)的上表面和下表面同时沉积锗原子；
其中，所述第二温度大于或等于所述第一温度，且所述第二温度大于或等于锗烷的分解温度。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述步骤A1还包括在通入所述锗烷之前将所述P型晶体硅主体(10)在所述第一温度下保温120～600s的过程，所述第一温度为250～550℃，升温至所述第一温度的时间为180～1200s；
所述第二温度为280～550℃，升温至所述第二温度后保持20～900s使所述锗烷分解；所述扩散温度为750～900℃，升温至所述扩散温度的时间为20～600s；
所述保护气为氮气或氩气。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述步骤B1还包括在通入所述锗烷之前将所述P型晶体硅主体(10)在所述第一温度下保温120～600s的过程，所述第一温度为250～550℃，升温至所述第一温度的时间为180～1200s；
所述第二温度为280～550℃，升温至所述第二温度后保持20～900s使所述锗烷分解；所述扩散温度为750～900℃，升温至所述扩散温度的时间为20～600s；
所述保护气为氮气或氩气。
12.根据权利要求7或9所述的方法，其特征在于，所述锗烷在所述保护气的携带下通入，且通入的所述锗烷的质量为所述P型晶体硅主体(10)质量的2×10-8～2×10-4，通入时间为20～300s。
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