CN105190863A - 具有交替的n掺杂区域和p掺杂区域的单片硅晶圆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单片硅晶圆(10)，其在至少一个竖直切割面上具有交替的n掺杂区域(110)和p掺杂区域(120)，所述n掺杂区域和所述p掺杂区域分别在所述晶圆的整个厚度(e)上延伸，其特征在于：所述n掺杂区域(110)和所述p掺杂区域(120)分别在切割面中具有至少1mm的宽度(L1，L2)；所述n掺杂区域(110)具有氧热施主浓度，所述氧热施主浓度不同于所述p掺杂区域(120)的氧热施主浓度；以及所述n掺杂区域(110)和所述p掺杂区域由电隔离区域(130)彼此分开。本发明还涉及制造这样的晶圆的方法。

Description

具有交替的N掺杂区域和P掺杂区域的单片硅晶圆
技术领域
本发明涉及在竖直横截面上具有交替的n掺杂区域和p掺杂区域的新型的单片硅晶圆以及其制备方法的各种变型。
这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
当前，光伏(PV)模块主要通过组装由单晶硅或多晶硅制成的电池制造而成，这些电池通常由p导电性的晶圆制造。
在大约1m2的合理尺寸的PV模块中，晶圆的标准尺寸(156mm×156mm)意味着PV模块的开路电压(Voc)被限制为几十伏。
为了尝试增大PV模块的Voc电压，已经开发了多种方式。
第一选择可以是使用晶体硅(Si)以外的材料，尤其是具有比硅的1.1eV(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(碲化镉)的材料。遗憾的是，在开路电压方面的提高是有限的，这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以及能量转换效率损失。
另一可能性将是相对于实际标准156mm×156mm减小电池的尺寸；这将可以通过增大形成该模块的串联连接的电池数来增大电压Voc的值。然而，该解决方案将使制造模块所需的处理操作更难以执行。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。
为了试图减小该可用区域的损失，可以设想到制造标准尺寸为156mm×156mm的单片晶圆以及例如通过激光烧蚀来蚀刻后验沟槽；这可以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。
最近，Pozner等人[1]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。该方法的优势是可以设想使用单片衬底的晶圆级处理制造电池。然而，关于这样的结构的实际制造而言，很多技术问题仍未得到解答，而且这样的结构的成本面临着非常高的风险。
Gatos等人[2]提议利用通过使用切克劳斯基(Czochralski)过程进行定向性凝固，而在硅晶体的生长期间非均匀掺入氧。对氧浓度的这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。
具体而言，在本领域[3]中已知，在包含氧的硅晶圆中，400℃-500℃的温度下的热退火允许形成热施主(thermaldonor，TD)，即表现为硅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，当这些热施主在p型硅中产生时，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℃的温度下进行50小时的退火因此允许获得p/n结构。
遗憾的是，浓度波动是不可控制的，通常大约100微米[2]的n区域和p区域的尺寸不能够被控制。因此，不可能限定这样的结构的输出电压，且这表示将这些结构集成到整个太阳能系统的主要障碍。而且，在子电池串联连接以获得高电压的构型中，则不可能平衡电流，这对于阵列的能量转换效率是非常大的限制。
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([2]，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[2]获得的结构中，不可能限定子电池之间的隔离电阻。这样的限制对光伏电池的能量转换效率是不利的。
发明内容
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模块的硅晶圆。
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硅晶圆以及获得这样的晶圆的方法。
更精确地说，根据本发明的第一方面，本发明涉及一种单片硅晶圆，其在至少一个竖直横截面上具有交替的n掺杂区域和p掺杂区域，所述n掺杂区域和所述p掺杂区域分别贯穿所述晶圆的厚度，其特征在于：
-所述n掺杂区域和所述p掺杂区域分别在所述横截面中具有至少1mm的宽度(L1，L2)；
-所述n掺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掺杂区域的热施主浓度；以及
-所述n掺杂区域和所述p掺杂区域由电隔离区域彼此分开。
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掺杂区域和p掺杂区域。
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。
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2kΩ·cm、有利地大于或等于10kΩ·cm的高电阻率的区域。理想地，电隔离区域可以被称为本征区，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。
根据本发明的另一方面，本发明提供了可以使从由p掺杂硅形成的晶圆容易获得这样的晶圆的方法。
因此，根据第一特定实施方式，本发明涉及一种用于制造诸如上述的晶圆的方法，所述方法至少包括以下步骤：
(i)提供由具有在1×1014cm-3和2×1016cm-3之间的空穴型载流子的浓度(p0)以及在1×1017cm-3和2×1018cm-3之间的间隙氧浓度[Oi]的p掺杂硅形成的晶圆；
(ii)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以及将整个晶圆转变为n型的全部热处理；
(iii)使在步骤(ii)结束时获得的晶圆的专用于形成所述p掺杂区域的区域进行有利于所述热施主的消除以及将所述区域从n型再转变为p型的局部热处理；以及
(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以获得所期望的晶圆。
根据第二特定实施方式，本发明涉及一种用于制造如上所述的晶圆的方法，所述方法至少包括以下步骤：
(a)提供由具有在1×1014cm-3和2×1016cm-3之间的空穴型载流子的浓度(p0)以及在1×1017cm-3和2×1018cm-3之间的间隙氧浓度[Oi]的p掺杂硅形成的晶圆；
(b)利用氢掺杂所述晶圆的专用于形成所述n掺杂区域的区域11以及专用于形成所述电隔离区域的区域13；以及
(c)使步骤(b)的所述晶圆进行有利于激活基于氢掺杂区域中的间隙氧的热施主，以及将所述区域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，以获得所期望的晶圆。
有利地，这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、以及电隔离区域的导电性和尺寸。
而且，根据本发明，如本文的其余部分所讨论的，可以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。
根据本发明的另一方面，本发明涉及一种包括如上文所限定的硅晶圆的光伏设备，尤其是光伏电池。
根据本发明的硅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1m2的合理标准尺寸的PV模块。
附图说明
在阅读下文的本发明的示例性实施方式的详细描述以及审阅附图时，应用根据本发明的晶圆以及其制造过程的其它特征、优势和方式将变得更清楚，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的硅晶圆的结构的竖直剖面图；
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；
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；
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掺杂区域(图4a)的步骤(iii)以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；以及
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(b)的掩模(图5a)以及在第二离子注入步骤中的区域12和区域13的掩模(图5b)以及在步骤(c)结束时形成的区域的分布(图5c)。
应当注意到，为了清楚，图中的各个元件未按照比例显示，且没有遵守各个部分的实际尺寸。
具体实施方式
在本文的其余部分中，除非另有指示，否则表述“包括在...和...之间”、“范围从...到...”以及“从...到...变化”是等同的，且应被理解为表示包括端值。
除非另有指示，否则表述“包含/包括一”必须被理解为表示“包含/包括至少一个”。
晶圆
在下面的描述中，参考附图1。
根据本发明的晶圆可以具有从100μm到500μm、尤其从150μm到300μm的厚度e。
其可以具有从10cm到30cm、尤其从15cm到20cm的总长度L。
根据一个特定的实施方式，根据本发明的晶圆包括在1×1017cm-3和2×1018cm-3之间、尤其在5×1017cm-3和1.5×1018cm-3之间的间隙氧浓度。该浓度考虑在硅晶圆中不以团聚体形式(热施主)存在的间隙氧的含量。
间隙氧的浓度例如可以通过傅里叶变换红外光谱学(Fouriertransforminfraredspectroscopy，FTIR)分析而获得。
如上文所述，根据本发明的硅晶圆具有交替的n掺杂区域110和p掺杂区域120，该n掺杂区域110和p掺杂区域120由电隔离区域130而彼此分开。
具体而言，该晶圆的n掺杂区域110可以彼此独立地具有从1×1014cm-3到2×1016cm-3、尤其从5×1014cm-3到5×1015cm-3的电子型载流子密度。
例如，可以通过霍尔效应测量(其允许确定掺杂类型)来确定电子型载流子的浓度。
n掺杂区域可以彼此独立地在横截面中具有从1mm到10cm、尤其从5mm到5cm的宽度L1。
该晶圆的p掺杂区域120可以彼此独立地具有从1×1014cm-3到2×1016cm-3、尤其从5×1014cm-3到5×1015cm-3的空穴型载流子密度。
例如，可以通过电阻率测量方法(例如，霍尔效应测量方法)来推断出空穴型载流子的浓度。
p掺杂区域可以彼此独立地在横截面中具有从1mm到10cm、尤其从5mm到5cm的宽度L2。
表述“彼此独立地”应被理解为表示，宽度从一个n掺杂区域至另一个n掺杂区域可能不同，或宽度从一个p掺杂区域至另一个p掺杂区域可能不同。
有利地，这些宽度L1、L2可以被调节，以考虑本领域的技术人员已知的因素。尤其是，由于n型材料对金属杂质的灵敏性通常比p型材料对金属杂质的灵敏性低，因此在n掺杂区域中的光生电流通常比在p掺杂区域中的光生电流高。因此，在晶圆的制备期间可以改变p掺杂区域和n掺杂区域的宽度L1、L2，尤其是为了使这些电流在最终的硅晶圆中尽可能地相等时。
根据本发明的晶圆的n掺杂区域110的基于氧的热施主(TD)的浓度与p掺杂区域120的基于氧的热施主的浓度不同。
从下文描述的用于制造晶圆的这些过程将明显的是，控制TD的局部浓度可以获得晶圆的交替的n导电性和p导电性。
要注意到，根据本发明的晶圆的例如在高于或等于600℃且尤其在600℃与700℃之间的温度下的全面退火，允许所有的TD溶解(也被称为TD的“消除”)以及获得再次具有均匀导电性的晶圆。该特征可以有利地用于将根据本发明的晶圆与不是通过根据本发明的方法获得的晶圆区分开。
将n掺杂区域110和p掺杂区域120分开的电隔离区域130优选地具有大于或等于2kΩ·cm、尤其是大于或等于10kΩ·cm的电阻率。
该电阻率可以通过任何常规方法测量，例如通过四点探针方法或甚至通过测量由交变磁场所感应的傅科电流的效应来测量。
根据一个特定的实施方式，每个电隔离区域130有利地在横截面中具有范围从50μm至5mm、尤其从200μm至1mm的宽度L3。
具体而言，最终的硅晶圆中的电隔离区域过长易于主动地导致将由这些晶圆形成的模块的能量效率的损失且因此导致该能量效率的降低。相反，电隔离区域过短可以被证明为不足以确保子电池(n掺杂区域和p掺杂区域)之间的良好隔离，由此还可能导致所得的模块的效率的降低。
根据一个特定的实施方式，n区域和p区域可以被布置成形成二维图案。
例如，在从上方看到的晶圆中，交替的n区域和p区域的布置可以形成棋盘格式的图案。棋盘格的方形(n区域和p区域)的边长可以在1mm和10cm、优选地在5mm和5cm之间。在该特定的实施方式的情况下，则电隔离区域130形成每个n区域和p区域的周界。该构型例如在下面的示例中实现。
当然，本发明绝不限于这样的布置；在本发明的情况下，可以设想除棋盘格图案外的各种构型(例如，矩形图案、多边形图案等)。
晶圆的制造
如上所述，根据各个变型实施方式，根据本发明的晶圆10可以由晶圆1制成，该晶圆1由在1×1014cm-3和2×1016cm-3之间的空穴型载流子的浓度p0以及在1×1017cm-3和2×1018cm-3之间的间隙氧的浓度Oi的p掺杂硅制成。
根据一个特定的实施方式，由p掺杂硅制成的晶圆1具有从5×1014cm-3到1×1016cm-3、尤其从5×1014cm-3到5×1015cm-3的空穴型载流子的浓度p0。
根据一个特定的实施方式，由p掺杂硅制成的晶圆1具有从5×1017cm-3到1.5×1018cm-3的间隙氧浓度Oi。
有利地，硅晶圆1中的间隙氧的浓度的相对变化小于40％、尤其小于20％、优选地小于10％。
这样的p掺杂硅晶圆1例如可以通过切割利用本领域的技术人员已知的技术形成的硅锭、通过熔浴的定向性凝固(尤其使用梯度凝固技术)或者通过液相外延或气相外延而获得。
如下所述的根据本发明的方法实现一个或多个激活或消除TD的步骤。
术语“激活”理解为表示形成基于间隙氧的这些热施主。它们通常在300℃到500℃的温度下的退火期间形成。这样的退火可以使氧原子结合，以形成具有更复杂的化学计量学且表现为硅中的给电子体的种类。
如此形成的热施主在室温下是稳定的，但高于600℃的温度的退火可以使它们分离，由此消除事先进行的热激活的效果。于是TD被称为是“消除的”(TD“消除”)或“溶解的”(TD“溶解”)。
根据本发明实现的激活/消除处理可以在空气气氛或惰性气氛下操作。
第一实施方式
参照附图2描述下面的该第一实施方式。
根据该第一变型，根据本发明的晶圆10可以通过至少包括以下步骤的方法获得：
(i)提供由诸如以上描述的p掺杂硅形成的晶圆1；
(ii)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以及将整个晶圆转变为n型的全部热处理；
(iii)使步骤(ii)结束时获得的晶圆1’的区域12(该区域专用于形成p掺杂区域)进行有利于热施主的消除以及将所述区域12从n型再转变为p型的局部热处理；以及
(iv)通过热处理将与p型区域连续的每个n型区域的部分13转变为电隔离区域130，以获得期望的晶圆10。
在步骤(ii)中的全部热处理可以例如通过例如在烤箱中对整个晶圆热退火而执行。
由本领域的技术人员决定调整退火条件以将整个初始晶圆1转变为n型。
例如，该退火可以在高于或等于300℃且严格低于600℃、特别地从400℃到500℃、更特别地大约450℃的温度下操作。
热退火的持续时间可以大于或等于30分钟，特别地在1小时和20小时之间，尤其是大约4小时。
在步骤(ii)结束时，所获得的由n掺杂硅形成的晶圆1’可以具有从1×1014cm-3到2×1016cm-3、特别是从5×1014cm-3到5×1015cm-3的电子型载流子含量n0。
同样，本领域的技术人员将能够调整步骤(iii)中的局部热处理的条件，以使它们有利于专用于形成p掺杂区域的晶圆的区域12中的热施主的消除以及将这些区域从n型再转变为p型。
术语“局部”理解为表示热处理仅影响晶圆的限定区域12，与影响整个晶圆的全部热处理相反。当然，晶圆的经受热处理(例如通过激光辐射的处理)的那些区域12针对所期望的最终晶圆的结构进行限定。
期望形成p型的晶圆的区域12可以处于高于或等于600℃、尤其从600℃到1000℃的温度且尤其持续至少10秒。
由本领域的技术人员决定，实施用于传递热通量且限制热的侧向传播的已知方法，以获得良好限定的n/p区域。
局部热处理可以有利地通过将待处理的区域12暴露于激光束、优选大光斑激光而操作，如果期望例如利用大约1cm的光斑尺寸照射大尺寸区域。
例如，该激光可以在大于或等于500nm、尤其从500nm到1100nm的波长下操作，从而可以使热深入传播至材料中。
调整步骤(iv)中的热处理条件以将与p型区域连续的每个n型区域的部分13转变为电隔离区域也在本领域的技术人员的能力范围内。
步骤(iv)可以有利地通过将每个部分13暴露于尤其小光斑尺寸、例如20μm到100μm宽的光斑尺寸的激光束而进行操作。
具体而言，该另外的激光处理必须比步骤(iii)中实现的激光处理更为局部化，以实现电隔离区域所需的宽度L3，且因此获得隔离质量与补偿区域的尺寸的限制之间的良好折中，该补偿区域从光伏的观点来看是不活跃的。
辐射持续时间和激光功率的参数可以被调整，以获得处理的区域13中的热施主的一部分的消除及其向高电阻率的电隔离区域的转变。
根据一个特定的实施方式，该晶圆可以在步骤(iv)之后经受表面处理，尤其是化学蚀刻处理，以去除由激光处理所产生的任何可能的加工硬化的表面区域。
可以使用任何类型的已知化学蚀刻技术。例如，可以使用由HF、HNO3和CH3COOH的混合物(该混合物也被称为CP133)形成的溶液来进行化学蚀刻。
第二实施方式
下文参照附图3描述该第二实施方式。
根据该第二变型，根据本发明的晶圆10可以通过至少包括以下步骤的方法获得：
(a)提供如上文所述的p掺杂硅的晶圆1；
(b)利用氢掺杂该晶圆的专用于形成n掺杂区域的区域11以及专用于形成电隔离区域的区域13；以及
(c)使步骤(b)的所述晶圆经受有利于激活基于氢掺杂区域11、13中的间隙氧的热施主，以及将所述区域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，以获得所期望的晶圆10。
由本领域的技术人员决定，调整步骤(b)中的区域11和区域13中的氢掺杂度，以获得步骤(c)中的区域的期望的转变，而不影响不具有氢且专用于形成最终晶圆的p区域的区域12。
优选地，进行掺杂，以使得氢在所讨论的区域中的均匀体积分布且贯穿晶圆的厚度。
根据一个特定的实施方式，步骤(b)的掺杂可以通过将氢注入到待掺杂的区域的表面中或表面下方的第一步骤(b1)，以及随后将氢扩散贯穿晶圆的厚度e的第二步骤(b2)而操作。
氢的“表面下方”注入指的是注入到从几纳米到几十纳米的深度。
可以通过常规技术来进行氢的注入，例如使用等离子体过程、尤其是等离子体增强的化学气相沉积(plasma-enhancedchemicalvapordeposition，PECVD)或微波诱导的远程氢等离子体(microwave-inducedremotehydrogenplasma，MIRHP)技术。
其可以甚至通过离子注入技术、尤其是使用技术来操作。
有利地，为了限制氢的扩散时间以及外扩散的风险，等离子体方法应用于晶圆的两面。
氢注入区域可以使用掩模(例如金属网格)进行限定，仅剩下例如待由PECVD掺杂的区域的表面可进入，如下面的示例2中所示出的。
可替选地，氢可以均匀地沉积在晶圆的整个区域上以及在期望保持p型的区域12中例如利用氢氟酸(HF)对沉积进行蚀刻。
氢掺杂度优选地在期望形成n掺杂区域的区域11中更高。
根据一个特定的实施方式，氢注入到区域11和区域13中因此可以包括：
–第一步骤：将氢注入到专用于形成n掺杂区域的区域11以及专用于形成电隔离区域的区域13的表面中或表面下方、而对专用于形成p掺杂区域的区域12掩模；以及
–第二步骤：将氢注入到专用于形成n掺杂区域的区域11的表面或表面下方、而对专用于形成p掺杂区域的区域12以及专用于形成电隔离区域的区域13掩模。
本领域的技术人员决定，调整尤其是针对晶圆1的厚度的、所注入的氢的每单位面积的浓度，以在将氢扩散贯穿晶圆的厚度之后，获得每单位体积的所期望的掺杂度。
例如，专用于形成n掺杂区域的区域11的每单位体积的掺杂度可以在1×1013cm-3和4×1013cm-3之间。专用于形成电隔离区域的区域13的每单位体积的掺杂度可以在1×1011cm-3和4×1011cm-3之间。
例如，氢扩散到待掺杂的区域(步骤(b2))可以通过将所述区域暴露于超声波、尤其使用压电式变换器来操作。
例如，可以使用在20kHz和1MHz、优选地在50kHz和500kHz之间操作的压电式变换器、在5×10-6和2×10-5之间的诱导的声学形变、以及在5分钟与120分钟之间且优选在10分钟和60分钟之间的处理时段。
可替选地，在步骤(b2)中的氢的扩散可以通过尤其在烤箱中、特别地在400℃到1000℃的温度下、持续范围从5秒到5小时的时间的对晶圆进行热退火来操作。
实际上，掺杂氢将允许使掺杂区域中的热施主的激活速率加速。因此，晶圆的全部热处理可以在有利于具有氢的区域中的热施主的选择性激活的条件下操作，而不影响不具有氢的区域。
例如，步骤(c)中的全部热处理可以通过在高于或等于300℃且严格低于600℃、尤其从400℃到500℃、更尤其大约450℃的温度下的热退火来操作。
退火的持续时间可以大于或等于30分钟，尤其在1小时和20小时之间，更尤其为大约3小时。
光伏设备
本领域的技术人员将能够实施合适的常规方法来利用根据本发明的晶圆10制造光伏电池(PV)，例如适于在n区域或p区域中形成p-n结的方法、或甚至适于形成可以使子电池串联连接的触头的方法。
优选地，在用于制造根据本发明的晶圆10的方法结束时，使用低温异质结技术(晶体硅上的非晶硅)制造光伏电池。
例如，在根据上述的任一方法变型制造晶圆10结束时，可以操作以下步骤中的一个或多个步骤：
-在该晶圆的两面的每一面上沉积本征非晶硅(通常大约5nm的厚度)以及掺杂p+或n+的非晶层的第一层；
-在所述非晶硅层的表面上沉积透明导电氧化物、尤其基于ITO的透明导电氧化物的层；以及
-在低温下尤其通过丝网印刷银浆料，在该晶圆的正面和/或背面上形成一个或多个镀膜(也称为“导电触头”)。
然而，也可以使用常规的高温技术来制造光伏电池。在实施这样的技术的情况下，需要在用于激活/消除热施主的热处理之前执行高温步骤(例如，气相扩散)。
例如，在高温技术的情况下，在用于制备晶圆的任一变型方法中实现的用于激活/消除TD的热处理之前，可以操作下列步骤中的一个或多个步骤：
-沉积一个或多个防反射层和/或钝化层；和/或
-尤其通过丝网印刷Ag或Ag/Al，在晶圆的正面和/或背面上形成一个或多个镀膜。然后，在大约800℃的内联烤箱中进行持续几秒的对镀膜进行退火的步骤。
然后，可以将根据本发明获得的PV电池进行组装，以制造常规地大约1m2且相对于由常规电池制成的模块具有较高电压的合理尺寸的光伏模块。
因此，根据本发明的另一方面，本发明涉及由根据本发明的光伏电池的阵列形成的光伏模块。
现将通过以下示例描述本发明，当然，所述以下示例是通过本发明的非限制性说明给出的。
示例
示例1
(i)P掺杂的硅晶圆
使用通过切割由利用梯度凝固技术的定向性凝固制造的晶锭而获得的220μm厚的p型硅晶圆。
该晶圆具有通过测量电阻率确定的5×1015cm-3的空穴型载流子含量以及通过FTIR分析确定的1.5×1018cm-3的间隙氧浓度。
(ii)将晶圆转变为n型
使该晶圆经受450℃的退火4小时，以激活热施主。该退火可以使晶圆从p型转变为n型，其具有由霍尔效应测量方法确定的2×1015cm-3的电子含量。
(iiii)局部热处理
然后，将该晶圆置于激光束下，使其成形为具有图4a中示出的图案。未被照射区域为期望保持n型的区域，且被照射区域12为期望切换回p型的区域。图案的尺寸为4×4cm2。
所使用的激光束具有红色/红外线的波长，以将热传递至一定深度。调节激光功率，目的是将衬底的温度提高到至少600℃，以使存在的热施主的大部分溶解且使区域再转变为p型，同时尽可能限制样本的表面的退化。
用于100μm的光束直径的30W功率是进行区带扫描的工作点的良好示例。
调节激光处理的持续时间，以允许所有的被照射区域的温度上升到高于阈值600℃且持续至少10秒，同时限制热的侧向扩散，以获得尽可能清楚的类型图案。
(iv)形成电隔离区域
使晶圆经受第二激光步骤，目的是在相反类型的各个区域之间产生特别电阻性的区域。按照该目的，在每个n型子元件的周界13周围、在1mm的宽度上(图4b中的黑色)扫描光束。
调整照射持续时间和激光功率的参数，目的是获得热施主的仅一部分已被溶解从而获得电隔离区域且因此特别电阻性的局部区域。
最后，使晶圆经受CP133(HF、HNO3、CH3COOH)化学蚀刻，以除去由激光步骤产生的任何加工硬化的表面区域。
示例2
(a)P掺杂的硅晶圆
使用具有空穴载流子含量为1×1015cm-3以及氧浓度为7×1017cm-3的200μm厚的p型硅晶圆。
事先利用CP133化学蚀刻对晶圆的表面进行抛光。
(b)氢掺杂
氢的离子注入
y根据图5a中示出的图案，进行使用置于衬底顶部的金属网格进行掩模的第一步骤。掩模区域12对应于晶圆的将保持p型的区域。暴露区域对应于晶圆的用于形成n型区域的区域11和用于形成电隔离区域的区域13。
该图案的尺寸是4×4cm2。
该第一掩模步骤之后是使用标准的设备，通过浸入等离子体中而以每单位面积4×109cm-2的剂量D1(对于200μm厚的晶圆，对应于每单位体积的剂量2×1011cm-3)进行氢的离子注入。用于该应用的氢注入能量大约为135keV。
y该第一离子注入步骤之后是如图5b示出的新的掩模步骤。则掩模区域是晶圆的将保持p型的区域12(未被注入的区域)以及晶圆的用于形成电隔离区域的那些区域(以剂量D1注入)。该第二掩模步骤之后是在能量135KeV下的以4×1011cm-2的注入剂量D2(在200μm厚的晶圆中，对应于2×1013cm-3的每单位体积剂量)的第二离子注入步骤。
氢的扩散
然后移除这些掩模，使该晶圆经受在700℃的温度下的烤箱中持续10分钟的热退火，以将所注入的氢层均匀分布在晶圆的厚度中。
(c)全部热处理
使晶圆经受450℃附近的温度下的持续3小时的时间的热退火，以将包括氢的p掺杂区域转变为n掺杂区域，如图5c中示意性示出的。
在热处理后，该晶圆具有交替的n掺杂区域和p掺杂区域，每个n区域和p区域由高电阻率的电隔离区域130分开。
参考文献：
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[3]Wijaranakula,Appl.Phys.Lett.59(1991),1608。

Claims (17)

1.一种单片硅晶圆(10)，在至少一个竖直横截面上具有交替的n掺杂区域(110)和p掺杂区域(120)，所述n掺杂区域和所述p掺杂区域分别贯穿所述晶圆的厚度(e)，其特征在于：
-所述n掺杂区域(110)和所述p掺杂区域(120)分别在所述横截面中具有至少1mm的宽度(L1，L2)；
-所述n掺杂区域(110)具有基于间隙氧的热施主浓度，所述热施主浓度不同于所述p掺杂区域(120)的热施主浓度；以及
-所述n掺杂区域(110)和所述p掺杂区域(120)由电隔离区域(130)彼此分开。
2.根据权利要求1所述的晶圆，所述晶圆包括在1×1017cm-3和2×1018cm-3之间、尤其在5×1017cm-3和1.5×1018cm-3之间的间隙氧浓度。
3.根据权利要求1或2所述的晶圆，其中，所述n掺杂区域(110)彼此独立地具有从1mm到10cm、尤其从5mm到5cm的宽度(L1)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的晶圆，其中，所述p掺杂区域(120)彼此独立地具有从1mm到10cm、尤其从5mm到5cm的宽度(L2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的晶圆，其中，所述电隔离区域(130)分别具有从50μm到5mm、尤其从200μm到1mm的宽度(L3)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的晶圆，其中，交替的所述n掺杂区域和所述p掺杂区域的布置形成二维图案，尤其是方形的边长尤其在1mm和10cm之间的棋盘格式图案，所述电隔离区域形成所述n掺杂区域和所述p掺杂区域中的每个区域的周界。
7.一种用于制造根据权利要求1到6中任一项所述的晶圆(10)的方法，所述方法至少包括以下步骤：
i)提供由具有在1×1014cm-3和2×1016cm-3之间的空穴型载流子的浓度(p0)以及在1×1017cm-3和2×1018cm-3之间的间隙氧浓度[Oi]的p掺杂硅形成的晶圆(1)；
ii)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以及将整个晶圆转变为n型的全部热处理；
iii)使在步骤(ii)结束时获得的晶圆(1’)的专用于形成所述p掺杂区域的区域(12)进行有利于所述热施主的消除以及将所述区域(12)从n型再转变为p型的局部热处理；以及
iv)通过热处理将每个n型区域的与p型区域连续的部分(13)转变为电隔离区域(130)以获得所期望的晶圆(10)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过在大于或等于300℃且严格小于600℃、尤其从400℃到500℃、更尤其大约450℃的温度下的退火来操作在步骤(ii)中的所述热处理。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，专用于形成p掺杂区的所述区域(12)在步骤iii)中达到大于或等于600℃、尤其从600℃到1000℃、尤其持续至少10秒的温度。
10.根据权利要求7到9中任一项所述的方法，其中，在步骤iii)中的所述局部热处理通过将所述区域(12)暴露于尤其具有大约1cm的光斑尺寸的激光光束下而操作。
11.根据权利要求7到10中任一项所述的方法，其中，步骤iv)通过将每个部分(13)暴露于尤其具有从20μm到100μm的光斑尺寸的激光光束下而操作。
12.一种用于制造根据权利要求1到6中任一项所述的晶圆(10)的方法，至少包括以下步骤：
a)提供由具有在1×1014cm-3和2×1016cm-3之间的空穴型载流子的浓度(p0)以及在1×1017cm-3和2×1018cm-3之间的间隙氧浓度[Oi]的p掺杂硅形成的晶圆(1)；
b)利用氢掺杂所述晶圆的专用于形成所述n掺杂区域的区域(11)以及专用于形成所述电隔离区域的区域(13)；以及
c)使步骤b)的所述晶圆进行有利于基于所述氢掺杂区域中的间隙氧激活热施主以及将所述区域(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，以获得所期望的晶圆(10)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤b)中的所述掺杂包括将氢注入到待掺杂的区域的表面中或表面下方的步骤b1)以及之后是将氢扩散穿过所述晶圆的厚度(e)的步骤b2)。
14.根据前一项权利要求所述的方法，其中，在步骤b1)中的氢的注入使用等离子体方法或使用离子注入技术执行，所述等离子体方法尤其是等离子体增强的化学气相沉积或微波诱导的远程氢等离子体方法。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，将氢扩散到待掺杂的区域的步骤b2)是通过将所述区域暴露于超声波、尤其使用压电式变换器而操作；或者通过尤其在从400℃到1000℃的温度下且持续5秒到5小时的时间的对所述晶圆的热退火而操作。
16.根据权利要求12到15中任一项所述的方法，其中，步骤c)是通过在大于或等于300℃且严格小于600℃、尤其从400℃到500℃、更尤其大约450℃的温度下退火而操作。
17.一种光伏设备，尤其是光伏电池，包括根据权利要求1到6中任一项所限定的硅晶圆。
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