CN108369970A - 钝化半导体衬底中缺陷的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的一种方法与一种装置。根据该方法，在第一处理阶段中对该衬底施加电磁辐射，其中施加于该衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度。在此过程中可导致该衬底的加热，亦可实施调温。随后，在该第一处理阶段之后的温度保持阶段中用电磁辐射照射该衬底，其中施加于该衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；同时通过与被一冷却装置所冷却的涂层发生接触，来冷却该衬底的背离该电磁辐射的辐射源的一面。该装置具有包含长条形处理室的连续炉，该处理室具有至少三个先后配置的区(第一处理区、温度保持区及冷却区)及至少一用于容置该衬底且用于输送该衬底穿过所述区的输送单元。该装置还具有至少一第一辐射源，该第一辐射源能够将电磁辐射照射至该输送单元的位于该第一处理区内的区域，且该第一辐射源适于至少产生小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；以及至少一第二辐射源，该第二辐射源能够将电磁辐射照射至该输送单元的位于该温度保持区内的区域，且该第二辐射源适于至少产生小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度。至少一第一冷却单元与该输送单元的位于该温度保持区内的区域发生导热接触。

Description

钝化半导体衬底中缺陷的方法与装置
本发明涉及钝化半导体衬底，尤其涉及光伏组件的硅基半导体衬底中的缺陷的一种方法与装置。
光伏组件用于将光直接转化成电能。为此而在p型或n型半导体上构建具有相应反向掺杂的区域，即形成p-n接面。用光照射时，产生被p-n接面形成的电位差所空间分离的电荷载子对。随后可使得这些隔开的电荷载子穿过半导体并输入一外部电路。
亦称太阳电池的光伏组件通常将晶态硅用作半导体，其中将聚晶或多晶硅(Poly-Si)与单晶硅(Mono-Si)区别开来。通常用Mono-Si能达到更高效率，但与Poly-Si相比，Mono-Si的制造方法的成本较高且耗能。在常用的丘克拉斯基法中，通常还采用硼掺杂来产生p型半导体。在制造过程中不可避免的是，亦会有氧原子嵌入硅晶体。
但硼原子在与氧原子结合后会形成杂质中心，其可能对太阳电池的电特性造成负面影响。特别是在硼和/或氧浓度较高时发现，太阳电池的效率大幅下降。在太阳电池被长时间照射时尤为如此，因为如此便将硼-氧络合物作为复合中心而活化。故将此种情形称为“Light-Induced Degradation(光致衰减)”。其他缺陷，如在Poly-Si中愈来愈多地出现的晶体缺陷及金属杂质，亦可能在工作条件下大幅降低太阳电池的效率。
在单晶CZ-Si中的光致衰减的难题在技术方面已为人所知并在DE10 2006 01920A1中已得到详细阐述。该案还提出一种用硼掺杂来稳定Si太阳电池的效率的方法，其中在50-230℃温度条件下用波长小于1180nm的光照射衬底。该照射导致剩余电荷载子的产生且特别是导致硅晶体所含氢H的电性状态的变化。特别是增大了氢原子的中性(H0)种的浓度，该浓度能够钝化晶体结构中的不带电缺陷，如硼-氧缺陷。类似的过程亦在多晶硅中实施并导致缺陷的钝化。
上述方法导致硅太阳电池的效率的稳定，但为达到长期稳定性非常费时。发明人发现，有利者是采用远大于DE10 2006 01920 A1所提出的辐射强度来产生电荷载子(并完全形成随后需要钝化的杂质中心)，但其中较大的辐射强度亦可能造成温度难题，尽管该案已将大于DE10 2006 01920 A1所给出的温度纳入考虑。
基于该已知方法，本发明的目的在于，提供用于钝化硅中缺陷(例如半导体衬底的再生)的改进型方法与装置。
本发明用以达成上述目的的解决方案为请求项1或2所述的一种方法与请求项12所述的一种装置。
本文提出一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的第一方法，包括以下步骤：在加热阶段中至少通过电磁辐射来加热该衬底，其中施加于该衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；在该加热阶段之后的温度保持阶段中用电磁辐射照射该衬底，其中施加于该衬底的辐射主要具有小于1200nn的波长及至少8000瓦/m2的强度；通过在该温度保持阶段中与被一冷却装置所冷却的涂层发生接触，来冷却该衬底的背离该电磁辐射的辐射源的一面。此处“主要小于1200nm的波长”表示：通过大于1200nm的波长来产生该辐射的总强度的小于40％。较佳采用450-1200nm的波长。本发明的该方法中的钝化此一概念特别是亦包括再生，该方法的优点在于在初始阶段进行迅速加热以及能够在温度保持阶段中以较大的强度进行照射，其中通过主动的接触式冷却来防止衬底因辐射而过热。此外，至少在该温度保持阶段中，该辐射主要限制于所述波长的产生电荷载子的范围。温度保持阶段此一概念并非绝对地描述某个恒定的温度，确切言之，在该阶段中，温度的进一步(但程度不大)提高或者降温亦属可能之举。确切言之，此处指的是将衬底温度保持在某个温度范围内。
在一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的第二方法中，包括以下步骤：在将电磁辐射施加于该衬底期间，在第一处理阶段中通过与一经调温的涂层发生接触来对该衬底进行调温，其中施加于该衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；在该第一处理阶段之后的温度保持阶段中用电磁辐射照射该衬底，其中施加于该衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；通过在该温度保持阶段中与被一冷却装置所冷却的涂层发生接触，来冷却该衬底的背离该电磁辐射的辐射源的一面。本发明的第二方法中的钝化此一概念特别是亦包括再生，该第二方法的优点在于在初始阶段以较大的强度进行照射，其中该经调温的涂层使得该衬底获得或保持期望温度。该第一方法的出发点在于，必须首先将衬底加热至温度保持阶段的温度，而该第二方法的出发点在于，加热并非必要之举，而是在衬底温度方面可能存在不同的出发情况。有鉴于此，该例如被具有期望温度的介质流过的调温单元可对衬底进行加热、保持该温度或者对衬底进行冷却，具体视衬底受到处理时的温度而定。举例而言，若衬底来自火焰炉处理，因而具有较高温度，则需要保持温度乃至对衬底进行冷却。若衬底来自仓库，其通常不具较高温度，则需要使其升温。因此，该调温单元可以与衬底的入口温度无关的方式在该第一处理阶段结束时达到某个温度。除此之外，前述的优点亦适用于该第二方法。
根据该第二方法的一种实施方式，在该第一处理阶段中，用主要具有小于1200nm的波长的电磁辐射来照射该衬底。
较佳在该温度保持阶段之后实施冷却阶段，在该冷却阶段中，在仍用主要具有小于1200nm的波长的电磁辐射来照射该衬底期间，至少通过与被一冷却装置所冷却的涂层发生接触来冷却该衬底。采用主动的接触式冷却后，即使在仍将辐射施加于衬底的情况下，亦能达到良好的冷却效果，其中该辐射可在冷却阶段中大幅降低。例如可将该辐射降至3000瓦/m2乃至1000瓦/m2。
在一种实施方式中，在该加热阶段中，该电磁辐射具有波长为大于1200nm的辐射主要部分，其中此处主要包括至少50％的总强度部分。除产生主要具有小于1200nm的波长的电荷载子外，此处亦使用主要用于加热衬底的大于1200nm的波长。若例如通过太阳电池上的金属涂层来相应地吸收＞1200nm的辐射，则用辐射功率进行加热的效果通常好于其他加热方式，如加热板。
较佳地，该加热阶段和/或该温度保持阶段中的电磁辐射的强度为至少9000瓦/m2，特别是至少10000瓦/m2。发明人发现，较高的辐射强度在处理速度及完全钝化方面较为有利。该强度主要受到可用光源及最高温度的限制，衬底在理想情况下不应超过该最高温度。
该辐射在该加热阶段中的强度可高于在该温度保持阶段中的强度，特别是高出至少1.3倍。该辐射在该温度保持阶段中的强度亦可高于在该冷却阶段中的强度，特别是亦高出至少1.3倍。强度的此种梯度适用于以下情形但非必要之举：若不采用此种梯度则会面临过热，或者必须对冷却进行细分。
为针对性地进行调温，可在该加热阶段中额外地通过与被一调温装置所调温的涂层发生接触来对该衬底进行调温。
可将同一类型的辐射源应用于该加热阶段、该温度保持阶段和/或该冷却阶段，而在该温度保持阶段和/或该冷却阶段中，较佳将该辐射源的至少一部分光谱滤出，使得入射至衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长。替代地，亦可将不同类型的辐射源应用于该加热阶段、该温度保持阶段和/或该冷却阶段。
该装置适于钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷且具有以下：具有长条形处理室的连续炉，该处理室包括至少三个区，所述区依次配置为加热区、温度保持区及冷却区；至少一用于容置该衬底且用于输送该衬底先后穿过该处理室的所述区的输送单元；至少一用于电磁辐射的第一辐射源，该第一辐射源如此地与该处理室的加热区相邻配置，使其能够将电磁辐射照射至该输送单元的位于该加热区内的区域，且该第一辐射源适于至少产生小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；至少一用于电磁辐射的第二辐射源，该第二辐射源如此地与该处理室的温度保持区相邻配置，使其能够将电磁辐射照射至该输送单元的位于该温度保持区内的区域，且该第二辐射源适于至少产生小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；至少一第一冷却单元，其配置在该处理室的温度保持区内且与该输送单元的位于该温度保持区内的区域发生导热接触。此种装置适于有益地实施前述方法且即使在温度保持区内亦能用较高强度进行照射，而不存在衬底过热的危险。
较佳地，该装置具有至少一用于电磁辐射的第三辐射源，该第三辐射源如此地与该处理室的冷却区相邻配置，使其能够将电磁辐射照射至该输送单元的位于该冷却区内的区域，且该第三辐射源适于至少产生小于1200nm的波长；以及至少一第二冷却单元，其配置在该处理室的冷却区内且与该输送单元的位于该冷却区内的区域发生导热接触。采用上述方案后，即使在衬底冷却期间亦能进一步进行照射。
为降低衬底加热效果，至少部分地将并非主要用来产生电荷载子的辐射滤出。为此，在该第二和/或第三辐射源与该处理室之间设有若干构件，所述构件将该第二和/或第三辐射源的指向该处理室的辐射的至少一部分，特别是波长范围大于1200nm的辐射，滤出。
为迅速进行初始加热，该装置还可具有至少一加热单元，其配置在该处理室的加热区内且与该输送单元的位于该加热区内的区域发生导热接触。
在一种实施方式中，该输送单元具有受到该处理室的所述区环绕式导引的输送带，该输送带在该处理室中与至少一板状元件发生滑动接触，其中该至少一板状元件至少与以下单元中的一个发生导热接触：该第一冷却单元、该第二冷却单元及该加热单元。如此便能在按区进行加热/冷却的同时输送衬底。较佳地，该输送带至少部分地在该至少一板状元件中(例如在该板状元件中的凹处中)被容置及导引。在一种方案中，至少在该加热区及该温度保持区内设有并非处于导热接触的独立板状元件。
为提供足够高的冷却功率，该第一冷却单元和/或该第二冷却单元为液冷式单元。
在一种实施方式中，该第一、第二和/或第三辐射源具有至少一卤素灯和/或气体放电灯，该至少一卤素灯和/或气体放电灯适于在相应区内，在该输送单元的位于该区内的区域上产生至少9000瓦/m2，特别是至少10000瓦/m2的强度。此类灯能够在可接受的效率下实现所需的强度，特别是能够轻易达到20000瓦/m2的强度。亦可采用其他用于在所要求的波长范围内达到所需强度的辐射源。
该第一、第二及第三辐射源中的至少两个可为不同类型的辐射源。特别是在该冷却区的区域内可设置另一类型的辐射源，因为该冷却区所需强度较小。该冷却区内特别是可用具有小于1200nm的固有波长范围的LED工作。
下面结合附图对本发明进行详细说明。图中：
图1为本发明的再生装置的纵截面图；
图2为图1所示再生装置沿图1中的线A/A的截面图；及
图3为图1所示再生装置沿图1中的线B/B的截面图。
下文所用的相对性概念，如左、右、上、下，皆以附图为准且即使在描述较佳配置方案的情况下亦不对本申请构成任何限制。相关表述大体上亦将+/-10％，较佳+/-5％的偏差包含在内。
图1示出用于半导体衬底2，特别是用于硅基太阳电池的再生装置1。再生装置1主要由壳体单元5、输送单元7、照射单元9与调温单元11构成。
壳体单元5具有外壳体13及内壳体机构14。外壳体13主要由两个U形壳体组件16、17构成，该二壳体组件由适宜的耐温且不透光的材料(如铝或优质钢)构成。所述壳体组件16、17的U形的侧边如此地相叠，使得在其间形成一截面大体呈矩形的容置室19。所述壳体组件16、17呈长条形，从而在所述壳体组件16、17之间形成一长条形容置室。所述壳体组件可按适宜方式彼此可转动地配置，以便对容置室19进行侧向接触。如图所示，所述壳体组件16、17在容置室19的整个长度范围内延伸，亦可设有多个壳体组件，使得沿纵向设有该容置室的分割。
内壳体机构14配置在该长条形容置室19内且主要由多个水平隔离组件21、22、23及24以及竖向隔离组件26、27、28及29构成。
由此，水平隔离组件将壳体组件16内部中的上区域与下方的区域隔开。该上区域形成上冷却信道，下文将对此进行详细说明。处于下方且与该水平隔离组件21间隔一定距离地配置有第二水平隔离组件22。该第二水平隔离组件在该上壳体组件的侧边之间的分区内延伸且被竖向隔离组件26、27承载在此位置中。位于水平隔离组件21与水平隔离组件22之间的区域形成中央冷却信道31，在竖向隔离组件26、27的侧向上形成侧冷却通道32。在该水平隔离组件下方且与其间隔一定距离地配置有另一水平隔离组件23，其中该距离主要取决于竖向隔离组件26、27。在所述水平隔离组件22、23之间形成灯容置腔33，其同时亦用作冷却通道，下文将对此进行详细说明。该灯容置腔在侧向上被竖向隔离组件26、27限制。该竖向隔离组件对灯辐射而言是透明且在某些情形下可具过滤功能，下文将对此进行详细说明。
水平隔离组件23主要被竖立在下壳体组件17的底部上的竖向隔离组件28、29承载。
如图所示，所述水平及竖向隔离组件在容置室19的整个长度范围内延伸，但需要指出的是，所述隔离组件可对应于壳体组件16、17而在容置室19的纵向上被分割。此种分割特别是用S1至S4表示。例如亦可使得水平隔离组件22与竖向隔离组件26、27一体成型。亦可采用隔离组件的其他组合，所述隔离组件构成一个单元。
在竖向隔离组件26、27的下端与下壳体组件17的侧边之间还设有水平隔离组件24，其限定该侧冷却通道32的下方。在水平隔离组件23、下壳体组件17的基底与竖向隔离组件28、29之间形成处理室34。
下面对输送单元7进行详细说明。输送单元7具有通过若干转向辊/驱动辊37受到环绕式导引的输送带36。输送带36形成一上输送段与一下回行段。输送带36通过转向辊/驱动辊37如此地配置。使得所述段部大体水平定向且穿过处理室34。
转向辊/驱动辊37以可在相应末端上对输送带36的上输送段进行装料或卸料的方式配置在该容置室外部。在图1所示视图中，在左侧实施装料，在右侧实施卸料。因而在图1的视图中，衬底2如图2中的箭头所示自左向右穿过处理室34。
输送带36主要由金属丝网(如V2A优质钢)构成且在处理室34中被底板40导引且至少部分地容置在该底板中。特别是在底板40中设有若干纵槽，其容置该金属丝网的部分从而实施侧向导引。在所述纵槽中，该金属丝网贴靠在底板40上，并在其上方摩擦，其中在输送带36(金属丝网)与底板40之间达到良好的热接触。为此而可增设下压件或其他构件，以免输送带36与底板40分离。
以产生尽可能小的磨损的方式来选择底板及金属丝网的材料。该底板例如可由石墨构成，且必须具有较高强度，以便承载该输送带及其所容置的衬底2。此外，底板40必须针对制程所用温度具有耐温性。石墨在耐温性、承载能力以及在较小摩擦系数方面皆属适宜。作为替代材料，例如亦可采用铝。在底板40及输送带36上方部分地实施调温(供热/散热)，因而所述组件的良好的导热性较为有利。
底板40在处理室34的整个长度范围内延伸。此处亦可且有益地沿纵向设有分割，下文将对此进行详细说明。
例如亦可在区域S1至S4内设有分割。
照射单元9主要由多个横向于容置室19的纵向延伸的笔灯(Stablampe)42构成。所述笔灯42穿过竖向隔离组件26、27且例如被其保持在水平方向上。笔灯42的主要部分穿过被竖向隔离组件22、23及竖向隔离组件26、27限制的灯容置腔33。所述笔灯可在其末端上按相关领域技术人员所熟知的方式而被电接触。例如可将卤素灯及高压气体放电灯用作笔灯。在能够在期望光谱范围内提供足够光强度的情况下，亦可采用例如基于LED或激光的灯类型，下文将对此进行详细说明。此时，当然需要相应改变灯的形状。
该实施例中使用的是形式为笔灯42的卤素灯或高压气体放电灯。如图所示，所述笔灯在灯容置腔33的整个长度范围内大体均匀地彼此间隔一定距离且配置。但视光强度的具体要求亦可在处理室34中相应改变所述距离。所述笔灯42在其发射的光强度方面可调，下文将对此进行详细说明。
调温单元11主要由加热板46、冷却板47至51与风扇52构成。加热板46在处理室34的入口区域内配置在底板40下方且与其发生导热接触。该入口区域形成该处理室的第一区段并用S1表示。加热板46可被热介质流过，或者以其他适宜方式而被可控地加热。该加热板特别是可具电阻加热组件。加热板46为可选组件，可视第一区段S1的区域内的灯具的配置方案及控制方案而不设置加热板。
与该第一区段S1相邻地，该处理室具有第二区段S2。在该第二区段中，在底板40下方配置有与其发生导热接触的冷却板47。在沿输送带36的输送方向相继配置的其他区段S3及S4中设有相应的冷却板48及49。上冷却通道内的其他冷却板50及51设置在区段S1及S2中。可选地，视需要亦可在上冷却通道30内设有其他冷却板。
冷却板47至49在一面上具有用于容置冷却剂管路的曲折状凹处，该冷却剂管路可被冷却剂(如冷却液)流过。各冷却板彼此分离地被流过，亦可次级地流过多个冷却板。通常反向于输送带36的输送方向流过冷却板。亦可采用拧紧后的冷却曲折部或者其他配置方案。
在处理室34的出口区域上方设有风扇52，其例如抽吸环境空气并反向于输送带的输送方向穿过上冷却信道30、中央冷却信道31、侧冷却信道32及亦用作冷却腔的灯容置腔地进行鼓风。在图1所示视图中，此点示意性地用相应的流动箭头表示。如此便在所述信道中对相应区域进行空气冷却。在入口末端上设有相应的抽吸件，其配置为至少部分地对处理室34进行抽吸，参阅图1所示视图。
下面对该装置的工作方式及本发明的再生方法进行详细说明。
本文结合具有硼-氧缺陷的单晶太阳电池来对该方法进行描述，通过中性氢原子(H0种)或带负电荷的氢原子(H-种)来钝化硼-氧缺。该方法亦适于钝化其他缺陷，特别是多晶硅中的晶体缺陷。
首先在入口末端上(图1左侧)将衬底2装载至输送带36。其中将两个衬底2并排地装载至该输送带。当然，亦可设置输送带的另一占用方案。正如相关领域通常知识者所了解的那样，占用方案主要与装置1的大小及衬底的大小相关。
随后，在处理室34中输送所述衬底且所述衬底先后穿过区段S1、S2、S3及S4并受到再生。
在区段S1的区域内，对衬底2施加笔灯42的电磁辐射。在此过程中通过笔灯42自上而下地对衬底2进行照射，其中以大于8000瓦/m2(Watt/m2)，特别是大于9000瓦/m2，较佳大于12000瓦/m2的强度进行极强的照射。水平隔离组件23在该区域内较佳对笔灯42的整个光谱而言是大体透明。在此过程中所产生的较强辐射可将衬底2加热至较高温度。可选地，亦可通过一加热单元，如可选的加热单元46来对此种加热进行辅助，该加热单元例如对底板及与该底板发生接触的输送带进行加热。加热板46特别是在以下情况下较为有利：单凭笔灯42的电磁辐射不足以进行快速加热。
衬底2亦可在区段S1的入口便具较高温度且无需进行进一步加热乃至需要进行衬底冷却。此种情形特别是可能出现于以下情况：衬底例如基本上直接自火焰炉-为烧制电接点-而进入本发明的再生装置1的区段S1。在火焰炉的出口，所述衬底的温度通常尚为400℃或更高，其中亦可采用较低温度，具体视火焰炉的冷却段的具体设计方案而定。在此种情形下，例如可设置调温单元来替代加热板46，该调温单元作用于底板40及与该底板发生接触的输送带36及该输送带上的衬底2。此种调温单元例如可被一具有大体可控的温度的介质流过，以便视需要对该衬底进行供热或散热。
在区段S1的末端上，所述衬底2应以与其入口温度无关的方式，具有较佳高于230℃，特别是高于250℃，例如为250-280℃的温度。需要升温时，通常在区段S1中使用所述笔灯的整个波长谱来进行加热，可选地可用加热板46来对此种加热进行辅助。如此便能进行迅速加热从而整体上缩短处理时间。利用照射来大幅加热会迅速形成复合活化的硼-氧缺陷，特别是会在此时间点上将所有硼-氧缺陷完全活化。此外还在衬底2中产生剩余电荷载子并将通常形式为H+的H原子活化，使其更多地以H0及H-的形式存在。在此形式中，所述H原子更适于积聚在衬底2内的中性或带正电荷的缺陷或缺陷位置上并持久性地进行钝化(此举亦称再生)。
此类效果即使在以下情况下亦会产生：衬底2在区段S1中无需加热或仅需轻度加热，甚至需要进行冷却。即使在以上情况下，在区段S1进行照射亦能迅速形成复合活化的硼-氧缺陷以及其他前述效果。特别是在无需进行实质性加热的情况下，可如此地选择或调节照射方式，使得初级辐射以小于1200纳米的辐射谱入射至衬底2，因为此种辐射(连同温度)对此类效果起主要作用。
随后，使得衬底2穿过处理室34的区段S2，其中将自上而下地传输至衬底2的灯功率仍保持在大于8000瓦/m2，较佳大于9000瓦/m2的范围内。为防止衬底2被较大的辐射功率进一步加热，自下而上地对所述衬底进行冷却。通过冷却板47来实现此点，该冷却板在该区域内对用来承载输送带36的底板40进行冷却。输送带36与底板40存在直接接触，如此便能对衬底2进行相应的背面冷却。在该区域内不期望对衬底2进行进一步加热，确切言之是进行温度平稳化(平稳在某个温度范围内)。用于再生硼-氧缺陷的较佳温度范围为大于230℃至300℃。钝化多晶硅时，该温度范围亦可高于300℃。故在该区域内，通过在该区域内构建为滤板的竖向隔离组件23来将灯辐射的一部分光谱滤出。特别是可将范围为＞1200纳米的波长滤出。低于此范围的波长有助于产生剩余电荷载子，而高于此范围的波长则不会有助于产生剩余电荷载子，而是主要有助于加热。在区段S2内，设置Δn(照射所产生的剩余电荷载子)与温度T间的轮廓(profile)。该轮廓可针对不同太阳电池类型而有所不同并能通过相应的预试验而测定。对每个太阳电池类型而言皆存在Δn与T的最佳轮廓，该轮廓主要取决于氢含量、扩散率(杂质、缺陷)及相关领域通常知识者所了解的类似因素。照射所产生的Δn与太阳电池本身(在主体中及两个表面上的复合)相关。特别是较差的太阳电池为获得期望Δn而需要较强的照射。
如前所述，可在预试验中测定Δn与T的最佳轮廓。唯有按本发明的方式将冷却与加热相结合并视情况例如在区段S2至S4中通过水平隔离组件23来设置过滤器，方能在既有的光源条件下刚好实现该最佳轮廓。
在第二区段中仍用＞8000瓦/m2的较强照射进行工作，因而需要进行主动的背面冷却，以免衬底的温度高于期望水平。因此，在底板下方配置有温度传感器，其在所述衬底的两个轨迹之间较佳居中地量测底板40的温度。底板40的底面温度与衬底2的温度间的相应差异大体是已知，因而可通过相应的计算来实施温度控制。众所周知，该差异主要取决于输送带36的速度及笔灯42的灯功率，二者通常保持不变。
存在衬底2过热的危险时，可降低灯功率。灯功率的反应时间很短，故可用来进行快速控制。例如在以下情况下会迅速发生过热：输送带36的移动速度例如因缺陷而变慢，或者在接连的衬底2之间产生过大间距，或者输送带36的照射处于常见照射的范围以外。其他因素亦可能造成过热，但可通过对笔灯进行相应控制来避免此种过热。
基于较大的辐射功率，在区段S2中，在上冷却通道中同样设有另一冷却板51，以便防止壳体的升温幅度过大。
该照射实现了Δn与T的期望轮廓，从而在衬底内达到尽可能完全的再生(钝化缺陷)。
亦可在区段S3中实施此种处理。但在当前的实施方式中，区段S3中的辐射功率可能已经有所降低，特别是降至小于8000瓦/m2的范围。在输送所述衬底穿过区段S3的过程中，仍将所述衬底保持在该期望的Δn温度轮廓上。在区段S4中，进一步降低辐射功率，在照射时将所述衬底主动冷却，特别是冷却至低于摄氏150°的温度水平。在除区段S4以外的不同区段中，允许采用最大辐射功率，除非存在过热危险。在S4中，唯有末端上的温度可能低于150℃时，方需要降低辐射功率。
随后可在处理室34的出口上以适宜方式将衬底2卸料。
在整个处理期间，通过风扇51i流动空气原理来冷却上冷却信道、中央冷却信道、灯容置信道及侧冷却信道。根据区段S3及S4中的灯功率的强度，较佳可在该区域内的上冷却信道中增设冷却板，以免外壳体13发生过热。在衬底2穿过处理室34期间，该装置1首先通过处于上方的笔灯42的照射而将所述衬底有效活化。此外还对衬底2进行调温。该调温可指通过所述处于上方的笔灯42进行主动的强力辐射加热，以及通过加热板46进行可选的额外的接触式加热，其中在此情形下较佳采用该灯辐射的整个光谱，以便达到迅速加热的效果。但根据衬底2的入口温度，该调温亦可包括保持该温度、轻微加热或者冷却所述衬底2，例如通过一调温单元，其被调节至某个大体恒定的温度，来实现此点。
而在区段S2至S4中是对背面进行接触式冷却，以便对通过仍以较大功率工作的笔灯进行的加热加以抑制。为此，在该辐射入射至衬底2前，额外地将大于约1200纳米的波长范围滤出。可在水平隔离组件23(其在此可构建为滤板)的区域内实施此点。亦可将所述笔灯容置在相应的滤管中，或者设置特殊辐射源，其在小于1200纳米的期望辐射谱中进行发射。其中所述辐射源需要提供大于8000瓦/m2的足够光强度。可通过不同机构，如该风扇或额外的冷却板50、51，来使得装置1的处于处理室34以外的不同区域达到期望温度。
在该实施方式中，底板40在所有区段中皆构建为石墨板。所述底板亦可在不同区段中采用不同构建方案。特定言之，例如可在区段S1中设置石墨板，在其他区段中设置铝板。如此便能视情况降低冷却板46至48的所需冷却功率。特别是在输送带并非被完全占用的情况下，石墨板可能被笔灯42过度加热，如此便需要额外地进行冷却。而在该区域内的底板构建为铝板的情况下，其会反射相当大一部分灯辐射且其自身的加热程度有所降低。需要在区段S1中进行迅速加热时，底板对辐射的吸收是无害的。有鉴于此，该输送带在工作期间采用非常紧密的占用方案，且基于良好的滑动特性，目前较佳采用石墨为底板40。
此外，在装置1的入口区域内设有传感器，其对衬底在输送带36上的占用状况进行检测。特别是在接连的间壁之间产生较大空隙的情况下，可通过对笔灯42进行相应控制来防止底板40被过度加热。特别是在接连的衬底之间距例如因装料机构故障而较大时，可降低辐射功率。
本文是结合了实施为连续炉的本发明的装置来描述本发明的方法。亦可与该装置分离地，例如在一静止炉(如RTP设备)中实施该方法。在此情形下，例如可通过亦可称作Shutter的活动过滤组件，来将光谱过滤为Δn(H0)活化的范围。
上文结合本发明的较佳实施方式对本发明进行了详细说明，但本发明并非仅限于该具体实施方式。

Claims (24)

1.一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的方法，包括以下步骤：
在第一处理阶段中，至少通过电磁辐射来加热衬底，其中施加于所述衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；
在所述加热阶段之后的温度保持阶段中，用电磁辐射照射所述衬底，其中施加于所述衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；
通过在所述温度保持阶段中与经冷却装置冷却的涂层发生接触，来冷却所述衬底的背离所述电磁辐射的辐射源的一面。
2.一种钝化半导体衬底，特别是硅基太阳电池的缺陷的方法，包括以下步骤：
在将电磁辐射施加于衬底期间，在第一处理阶段中通过与经调温的涂层发生接触来对所述衬底进行调温，其中施加于所述衬底的辐射至少具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；
在所述第一处理阶段之后的温度保持阶段中，用电磁辐射照射所述衬底，其中施加于所述衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；
通过在所述温度保持阶段中与经冷却装置冷却的涂层发生接触，来冷却所述衬底的背离所述电磁辐射的辐射源的一面。
3.根据权利要求2所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述第一处理阶段中，用主要具有小于1200nm的波长的电磁辐射来照射所述衬底。
4.根据权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述温度保持阶段之后实施冷却阶段，在所述冷却阶段中，在仍用主要具有小于1200nm的波长的电磁辐射来照射所述衬底的期间，至少通过与经冷却装置冷却的涂层发生接触来冷却所述衬底。
5.根据权利要求1所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在加热阶段中，所述电磁辐射具有波长为大于1200nm的辐射主要部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中所述第一处理阶段和/或所述温度保持阶段中的电磁辐射的强度为至少9000瓦/m2，特别是至少10000瓦/m2。
7.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中所述辐射在所述第一处理阶段中的强度高于在所述温度保持阶段中的强度，特别是高出至少1.3倍。
8.根据权利要求1所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述加热阶段中额外地通过与经加热装置加热的涂层发生接触来对所述衬底进行加热。
9.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中将同一类型的辐射源应用于所述第一处理阶段及所述温度保持阶段，其中至少在所述温度保持阶段中，将所述辐射源的一部分光谱滤出，使得入射至所述衬底的辐射主要具有小于1200nm的波长。
10.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述第一处理阶段、所述温度保持阶段和/或所述冷却阶段中，通过不同类型的辐射源来照射所述衬底。
11.根据前述权利要求中任一项所述的钝化半导体衬底的缺陷的方法，其中在所述第一处理阶段中，至少部分地通过与经加热装置加热的涂层发生接触来对所述衬底进行加热。
12.一种用于再生半导体衬底，特别是硅基太阳电池的装置，具有以下：
具有长条形的处理室的连续炉，所述处理室包括至少三个区，所述区依次配置为第一处理区、温度保持区及冷却区；
至少一输送单元，用于容置衬底且用于输送所述衬底先后穿过所述处理室的所述区；
至少一用于电磁辐射的第一辐射源，所述第一辐射源与所述处理室的所述第一处理区相邻配置，使得所述第一辐射源能够将电磁辐射照射至所述输送单元的位于所述第一处理区内的区域，且所述第一辐射源适于至少产生小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；
至少一用于电磁辐射的第二辐射源，所述第二辐射源与所述处理室的所述温度保持区相邻配置，使得所述第二辐射源能够将电磁辐射照射至所述输送单元的位于所述温度保持区内的区域，且所述第二辐射源适于至少产生小于1200nm的波长及至少8000瓦/m2的强度；
至少一第一冷却单元，其配置在所述处理室的所述温度保持区内且与所述输送单元的位于所述温度保持区内的区域发生导热接触。
13.根据权利要求12所述的用于再生半导体衬底的装置，所述用于再生半导体衬底的装置还具有调温单元，所述调温单元配置在所述处理室的所述第一处理区内且与所述输送单元的位于加热区内的区域发生导热接触。
14.根据权利要求13所述的用于再生半导体衬底的装置，其中所述调温单元为加热单元。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的用于再生半导体衬底的装置，其中所述第一处理区构建为加热区。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的用于再生半导体衬底的装置，所述装置还具有以下：
至少一用于电磁辐射的第三辐射源，所述第三辐射源与所述处理室的所述冷却区相邻配置，使得所述第三辐射源能够将电磁辐射照射至所述输送单元的位于所述冷却区内的区域，且所述第三辐射源适于至少产生小于1200nm的波长；
至少一第二冷却单元，其配置在所述处理室的所述冷却区内且与所述输送单元的位于所述冷却区内的区域发生导热接触。
17.根据权利要求12至15中任一项所述的用于再生半导体衬底的装置，其中在所述第一辐射源、所述第二辐射源和/或所述第三辐射源中的至少一个与所述处理室之间设有过滤单元，所述过滤单元将所述第二辐射源和/或所述第三辐射源的指向所述处理室的辐射的至少一部分，特别是波长范围大于1200nm的辐射，滤出。
18.根据权利要求10至12中任一项所述的用于再生半导体衬底的装置，所述用于再生半导体衬底的装置还具有至少一加热单元，所述至少一加热单元配置在所述处理室的所述加热区内且与所述输送单元的位于所述加热区内的区域发生导热接触。
19.根据权利要求10至13中任一项所述的用于再生半导体衬底的装置，其中所述输送单元具有受到所述处理室的所述区环绕式导引的输送带，所述输送带在所述处理室中与至少一板状元件发生滑动接触，其中所述至少一板状元件至少与以下中的一者发生导热接触：所述第一冷却单元、所述第二冷却单元及所述加热单元。
20.根据权利要求14所述的用于再生半导体衬底的装置，其中所述输送带至少部分地容置在所述至少一板状元件中并受到导引。
21.根据权利要求14或15所述的用于再生半导体衬底的装置，其中至少在所述加热区及所述温度保持区内设有并非处于导热接触的独立板状元件。
22.根据权利要求10至16中任一项所述的用于再生半导体衬底的装置，其中所述第一冷却单元和/或所述第二冷却单元为液冷式单元。
23.根据权利要求10至17中任一项所述的用于再生半导体衬底的装置，其中所述第一辐射源、所述第二辐射源和/或所述第三辐射源包括卤素灯和/或气体放电灯中的至少一者，所述卤素灯和/或气体放电灯中的至少一者适于在相应区内的所述输送单元的位于所述区内的区域上产生至少9000瓦/m2，特别是至少10000瓦/m2的强度。
24.根据权利要求10至18中任一项所述的用于再生半导体衬底的装置，其中所述第一辐射源、所述第二辐射源及所述第三辐射源中的至少两者为不同类型的辐射源。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180803

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