CN109524500A - 沉积硅原料的方法、硅晶片、太阳能电池和光伏模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及沉积硅原料的方法、硅晶片、太阳能电池和光伏模块。一种沉积经掺杂的硅原料的方法可以包括：将包含硅的第一气体引入反应器室；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到反应器室内的表面上。可以通过该方法获得的经掺杂的硅原料可以用于获得硅晶片、太阳能电池和/或PV模块。

Description

沉积硅原料的方法、硅晶片、太阳能电池和光伏模块
技术领域
多种实施方式总体上涉及一种用于制备硅原料的方法，通过一种方法获得的硅晶片和通过一种方法获得的PV模块。
背景技术
硅原料，例如，经掺杂的硅，用于光电学中以制备太阳能电池。大多数硅原料掺杂有硼。然而，硼可以与氧一起形成硼-氧络合物，这可能降低太阳能电池的性能。
制备经掺杂的硅原料的常用方法是向在坩埚中的熔融硅中添加掺杂剂。这种方法的可能问题出现在控制掺杂剂的量、以及因此在控制经掺杂的硅中掺杂剂的浓度和经掺杂的硅中掺杂剂的分布的误差范围内。
发明内容
根据一实施方式，一种沉积经掺杂的硅原料的方法包括：将包含硅的第一气体引入反应器室；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室。该方法还包括将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅沉积到反应器室内的表面上。
根据一个实施方式，经掺杂的硅原料可以通过一种方法获得，该方法包含：将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。
根据一个实施方式，一种硅晶片可以通过一种方法获得，该方法包括制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料。该方法可以包括：将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。此外，该方法可以包括：至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；以及将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片。
根据一个实施方式，一种太阳能电池可以通过一种方法获得的，该方法包括制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料。该方法可以包括：将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。此外，该方法可以包括：至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；并且将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片。该方法还可以包括：在所述一个或多个晶片上或内形成发射极。
根据一个实施方式，一种光伏模块(PV模块)可以通过一种方法获得，该方法包括制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料。该方法可以包括：将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。该方法还可以包括：至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；并且将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片。此外，该方法可以包括：在所述一个或多个晶片上或内形成发射极以制备一个或多个太阳能电池；以及电接触所述一个或多个太阳能电池。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种沉积经掺杂的硅原料的方法，所述方法包括：
将包含硅的第一气体引入反应器室；以及
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到反应器室内的表面上。
2.根据条款1所述的方法，
其中所述第二气体包含镓；
其中所述第二气体以使得在所沉积的经掺杂的所述硅原料中的镓的浓度大于3×1017原子/cm3这样的量引入。
3.根据条款1所述的方法，
其中所述第二气体包括一种或多种组分，所述一种或多种组分选自：三氯化镓；三甲基镓；三乙基镓；三甲基铟；三乙基铟；及其组合。
4.根据条款1所述的方法，
其中在将所述第二气体引入所述反应器室之前，将所述第二气体加热至高于200℃的温度。
5.根据条款1所述的方法，
其中所述第一气体和所述第二气体作为混合物引入所述反应器室。
6.根据条款5所述的方法，
其中所述第一气体中的至少一部分暴露于材料以在进入所述反应器室之前在另一反应器室中产生所述第二气体。
7.根据条款1所述的方法，
其中所述第一气体和所述第二气体被分别引入所述第一反应器室中。
8.通过一种方法获得的经掺杂的硅原料，该方法包含：
将包含硅的第一气体引入反应器室中；
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。
9.根据条款8所述的经掺杂的硅原料，
其中所述第二气体包括镓；
其中所述第二气体以使得在所沉积的所述经掺杂的硅原料中的镓的浓度大于3×1017原子/cm3这样的量引入。
10.根据条款8所述的经掺杂的硅原料，
其中所述第二气体包括一种或多种组分，所述一种或多种组分选自：三氯化镓；三甲基镓；三乙基镓；三甲基铟；三乙基铟；及其组合。
11.根据条款8所述的经掺杂的硅原料，
其中在将所述第二气体引入所述反应器室之前，所述第二气体具有高于200℃的温度。
12.根据条款8所述的经掺杂的硅原料，
其中所述第一气体和所述第二气体作为混合物引入所述反应器室。
13.根据条款12所述的经掺杂的硅原料，
其中所述第一气体中的至少一部分暴露于材料以在进入所述反应器室之前在另一反应器室中产生所述第二气体。
14.根据条款8所述的经掺杂的硅原料，
其中所述第一气体和所述第二气体被分别引入所述第一反应器室中。
15.通过一种方法获得的硅晶片，该方法包括：
根据一种方法制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料，该方法包括：
将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上；
至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；
降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；以及
将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片。
16.根据条款15所述的硅晶片，
其中经掺杂的所述硅原料根据垂直梯度凝固法或直拉单晶制造法结晶。
17.通过一种方法获得的太阳能电池，该方法包括：
根据一种方法制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料，该方法包括：
将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上；
至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；
降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；
将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片；以及
在所述一个或多个晶片上或内形成发射极。
18.根据条款17所述的太阳能电池，
其中经掺杂的所述硅熔体根据垂直梯度凝固法或直拉单晶制造法结晶。
19.通过一种方法获得的光伏模块，该方法包括：
根据一种方法制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料，该方法包括：
将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上；
至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；
降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；
将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片；
在所述一个或多个晶片上或内形成发射极以制备一个或多个太阳能电池；以及
电接触所述一个或多个太阳能电池。
20.根据条款19所述的光伏模块，
其中经掺杂的所述硅原料根据垂直梯度凝固法或直拉单晶制造法结晶。
附图说明
在附图中，相同的附图标记在不同视图中通常指代相同的部件。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在图解本发明的原理上。在下面的描述中，参考以下附图描述了本发明的多种实施方式，其中：
图1示出了沉积硅原料的方法；
图2示出了用于制备一个或多个硅晶片的方法；
图3示出了用于制备一个或多个太阳能电池的方法；
图4示出了用于制备PV模块的方法；
图5A和图5B分别示出了用于制备经掺杂的硅原料的反应器；
图6示出了另一种用于制备经掺杂的硅原料的反应器；
图7A示出了经掺杂的硅原料；
图7B示出了硅晶片；
图7C示出了太阳能电池；和
图7D示出了PV模块。
具体实施方式
以下详细描述参考了附图，附图通过图解的方式示出了可以实践本发明的具体细节和实施方式。
本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或图例”。本文描述为“示例性”的任何实施方式或设计不必然被解释为比其他实施方式或设计更优选或更具优势。
关于在侧面或表面“上方”形成的所沉积的材料中使用的词语“上方”可以在本文中用于表示所沉积的材料可以“直接”形成在所指的侧面或表面“上面”，例如直接接触所指的侧面或表面。关于在侧面或表面“上方”形成的所沉积的材料中使用的词语“上方”可以在本文中用于表示所沉积的材料可以“间接”形成在所指的侧面或表面“上面”，其中一个或多个附加层被布置在所沉积的材料和所指的侧面或表面之间。
本公开的一个方面(例如，如关于附图中的一个所描述的)是用掺杂剂(如镓和/或铟)制备经掺杂的硅原料，其中镓和/或铟和硅在制备过程中处于气相，例如化合物中的每一种都使得能从气相制备经掺杂的硅。
示例和/或实施方式的另一方面(例如，如关于附图中的一个所描述的)是用镓和/或铟掺杂的硅原料制备一个或多个硅晶片、一个或多个太阳能电池和/或一个或多个PV模块。术语经掺杂的硅原料可以指用于制备硅锭、晶片、太阳能电池和PV模块的经掺杂的硅。然而，经掺杂的硅也可以以其它方式使用，例如，不作为原料。此外，术语硅原料可以理解为在熔化之前的(经掺杂的)硅/原硅，而不是经熔融的硅，例如硅锭形式的硅。
图1示意性地示出了用于沉积硅原料的方法100。方法100可用于获得经掺杂的硅原料。
在102中，方法100可以包括将包含硅的第一气体引入反应器室中。
第一气体可包含化合物，所述化合物包含硅，例如三氯硅烷TCS。包含硅的化合物可用于在工艺温度下将硅以气相保持。第一气体可以是混合物，例如第一气体可包括氢气和/或氯化氢(HCl)。为了将第一气体或其组分中的一种以气相保持，可将第一气体保持在高温下，例如，高于其组分中的一种的单独沸点。
反应器室可以是反应器的一部分，例如，用于所谓的西门子工艺或流化床反应器FBR的反应器。反应器室可包括用于引入第一气体、第二气体和任选的其他辅助气体的必要界面。反应器可包括控制器，例如控制质量流量控制器、管道、阀门等，以控制气体混合物的量、温度、比率和将第一气体(和第二气体和任选的辅助气体)引入反应器室的时间。反应器可包括加热器，其用于加热反应器室和/或加热反应器室内的组件，例如上面沉积硅的载体/表面。加热器/加热系统可以由反应器的控制器控制。此外，反应器可包括冷却系统，例如以冷却反应器室的侧壁。在多种示例中，反应器/反应器室可以使用电流/电压来加热反应器/反应器室的组件，例如，加热材料和/或材料表面，硅被沉积在该材料和/或材料表面上。对于这些情况，反应器/反应器室可包括必要的电触点，并且反应器的控制器可以配置成控制电流/电压。反应器/反应器室的示例在图5A、图5B和图6中示出。
在104中，方法100可以包括将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入反应器室中。
第二气体可包括一种或多种组分，该一种或多种组分选自：三氯化镓、三甲基镓、三乙基镓、三甲基铟、三乙基铟及其组合。第二气体的组分，例如各个分子的有机部分或氯部分，可以从反应器室排出。镓和铟可用于掺杂硅以实现电空穴-导电性或p-导电性。硅可以掺杂镓或掺杂铟。此外，可以使用镓和铟的组合。包括反应器室的反应器可包括控制器，该控制器控制将被引入反应器室的第二气体的量(例如每次的速率/数量)。
可以以这样的速率(例如由控制器控制)将第二气体引入反应器室中，使得经掺杂的硅沉积在反应器室中的表面上，其中掺杂剂分布在所沉积的硅中；在一个非限制性实施方式中，掺杂剂在沉积的硅中的分布是均匀分布。此外，可以应用增大或减小的速率来实现掺杂剂在硅中的不均匀分布。
在106中，方法100可以包括将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到反应器室内的表面上。根据第一气体和第二气体的组分，可发生将硅沉积在反应器室内的表面上的化学反应。在所谓的西门子工艺中，反应可以以反应式表示为：
SiHCl3+H2→Si+3HCl。
用于西门子工艺的氢气可以包括在第一气体中，第二气体和/或反应器/反应器室可以具有用于将第三气体(在这种情况下为氢气)引入反应器室中的界面。第三气体可用作化学反应的辅助气体和/或用于缓和反应的辅助气体，例如，通过控制反应器室中的气氛，例如通过将惰性气体如氩气引入反应器室中，以控制反应/处理时间。第三气体也可以是两种或更多种气体的混合物。
反应器室中的表面可以是载体的表面，例如，载体可以是可以附接到保持器的晶片、块、棒和/或丝状物，例如反应器室内的卡盘。一个或多个载体可以在反应器室内。此外，表面可以是颗粒的表面。例如，诸如硅尘之类的粉尘/粉末可能会(例如在非限制性实施方式中通过反应器室的另一个界面并且以由控制器控制的速率)被引入反应器室并且经掺杂的硅沉积在颗粒上/或颗粒的表面上。
硅，尤其是用于制备太阳能电池的硅原料，可以通过以下方式掺杂：在坩埚中熔化硅并添加掺杂剂，且随后降低熔体的温度以使(经掺杂的)硅结晶。向硅熔体中加入适量的掺杂剂以设定结晶硅的电导率和其他参数(例如，电荷载流子寿命)包括潜在风险和相应的误差范围。此外，这包括掺杂剂在熔体中溶解之前可能蒸发的问题。另一个问题涉及掺杂剂在熔体中的分布。为了实现均匀分布，必须使熔体运动，例如，搅拌熔体，或者在熔体中使用对流运动，这可能花费大量时间来实现均匀分布。
根据方法100制备经掺杂的硅，例如，用作待熔化的原料的经掺杂的硅原料可以解决这些问题中的一个或多个。根据方法100的所沉积的硅原料可能已经被均匀掺杂，这意味着在稍后的熔化中不必添加其他掺杂剂。沉积使得能调节(具有低误差范围)硅中掺杂剂的浓度。而且，当硅熔化时，掺杂剂已经均匀分布，并且不必应用延迟时间来使掺杂剂通过熔体或搅拌对流/扩散。镓和铟相对于其他掺杂剂(例如硼)的确具有低偏析系数。在处于结晶过程中的熔体中，这意味着掺杂剂不太可能被引入固体结晶相中并且更可能停留在熔体的流体相中。因此，当整个熔体结晶时，导致固体硅中掺杂剂的不均匀分布。
在多种非限制性示例中，所沉积的经掺杂的硅原料中的镓浓度大于3×1017原子/cm3，例如在3×1017原子/cm3至2×1018原子/cm3的范围内。在也在后面的示例中描述的多种实施方式中，如果硅原料例如在例如用于直拉单晶(Czochralski)结晶工艺的坩埚中熔化，以产生单晶硅和/或多晶硅，则在这种情况下可以通过将未掺杂的硅和经掺杂的硅熔化在一起来对硅原料掺杂。经掺杂的硅原料中的掺杂剂分布在熔体中，熔体中掺杂剂的总浓度低于经掺杂的硅中的掺杂剂浓度。因此，经掺杂的硅原料必须具有相应高的掺杂浓度，以便随后在熔体和最终的晶体硅中实现一定的掺杂。在镓作为掺杂剂的情况下，由于例如硅中的镓的偏析系数而难以实现如此高的掺杂。通过经由以气相引入镓而进行镓掺杂，可以实现这种高掺杂
图2示意性地示出了用于制备一个或多个硅晶片的方法200。可以提供方法200以获得一个或多个硅晶片。
方法200的部分202、204和206可以与方法100的部分102、104和106相同。方法200可以被理解为方法100的扩展。
在202处，可以将包含硅的第一气体引入反应器室中，并且在204处，可以将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入反应器室中。在206处，掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积在反应器室内的表面上。
在208处，掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料至少部分地熔化。在一示例中，经掺杂的硅原料沉积在载体上，并且所沉积的硅原料与载体一起熔化，例如，载体可包含硅或基本上由硅组成。在多种示例中，从载体上除去所沉积的硅原料。在经掺杂的硅原料沉积在颗粒表面上的情况下，颗粒生长并且将这些熔化。所沉积的硅原料可以与其他材料一起熔化，例如，可以添加额外的硅原料。载体和/或另外的硅原料可以是经掺杂的或未掺杂的，例如，可以与所沉积的硅用相同的掺杂剂掺杂。
在210处，降低经掺杂的硅的温度以使经掺杂的硅结晶，例如，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭。可以根据多种已知方法进行熔化和结晶。举例而言，经掺杂的硅在坩埚中熔化并通过直拉单晶制造法(Czochralski method)或垂直梯度凝固法(Vertical GradientFreeze method)实现结晶。结晶的硅可以进行进一步处理，例如，结晶的硅可以采用区域熔化法处理。
在212处，可以将结晶的经掺杂的硅(例如，固体硅锭)切割成一个或多个晶片。举例而言，可以将结晶的硅切割成锭或其他形式，然后切割成晶片。切割可以通过已知方法实现，例如通过(金刚石)线锯实现。在切割之后，可以对一个或多个晶片进行化学和/或机械清洁处理。
图3示意性地示出了用于制备一个或多个太阳能电池的方法300。
方法300的部分302、304和306可以是与方法200的部分202、204和206和/或方法100的部分102、104和106相同的部分。方法300可以被理解为方法100或方法200的扩展。
在302处，将包含硅的第一气体引入反应器室中，并且在304处，将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入反应器室中，并且在306处，将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积在反应器室内的表面上。在308处，掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料至少部分地熔化，并且在310处，降低经掺杂的硅的温度以使经掺杂的硅结晶，例如，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭。在312处，将结晶的经掺杂的硅切割成一个或多个晶片。
在314处，可以在一个或多个晶片上和/或中形成发射极。太阳能电池的原理依赖于电荷的分离，例如用二极管实现。在晶片上和/或晶片内形成发射极可以理解为在晶片上和/或晶片内形成具有相反掺杂剂的区域。在镓和/或铟作为p-掺杂剂的情况下，发射极可以由n-掺杂剂形成，例如由磷形成。可以将n掺杂的硅沉积到晶片上和/或可以将n掺杂剂引入到晶片中以产生具有n掺杂(或至少净n掺杂)的区域。通过形成发射极，产生二极管，并且原理上，产生太阳能电池。这种太阳能电池可以经受几种其他方法处理，例如涂层和施加电触点。
图4示意性地示出了用于制备PV模块的方法400。可以提供方法400以获得PV模块。
部分402、404和406可以是与方法300的部分302、304和306，方法200的部分202、204和206和/或方法100的部分102、104和106相同的部分。方法400可以被理解为方法100、方法200和/或方法300的扩展。
在402处，将包含硅的第一气体引入反应器室中，并且在404处，将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入反应器室中，并且在406处，将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积在反应器室内的表面上。在408处，将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料至少部分地熔化，并且在410处，降低经掺杂的硅的温度以使经掺杂的硅结晶，例如，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭。在412处，将结晶的经掺杂的硅切割成一个或多个晶片。并且在414处，形成一个或多个晶片上和/或内的发射极以制备一个或多个太阳能电池。
在416处，电接触一个或多个太阳能电池。例如，两个或更多个太阳能电池也可以电耦合在一起。在一示例中，电触点被施加到一个或多个太阳能电池，并且两个或更多个太阳能电池可以通过耦合相应的电触点而电耦合在一起。可以使用串联或并联连接将两个或更多个太阳能电池耦合在一起。通过电接触一个或多个太阳能电池，产生光伏(PV)模块。电触点可以布置在PV模块上，以将PV模块耦合到负载。PV模块可以包括框架/外壳以保护两个或更多个太阳能电池。
图5A示意性地示出了用于制备经掺杂的硅原料的反应器500。
反应器500可用于至少部分地实施方法100、200、300和400。方法100、200、300和400的上下文中的陈述和反应器500的上下文中的陈述可以分别对应。
反应器500可以包括反应器室502。在反应器室502中，示出了可以单独地/分开地或组合地存在于反应器室502中的用于沉积硅原料的表面504、506、508和510的不同示例。表面504可以是载体的表面，例如，由保持器(未示出)保持的载体的表面。载体可以具有任何几何形式，例如调节到反应器几何形状的形式，气体在反应器中流动和/或调节到所沉积的硅的预期形式，用于随后的熔化。载体可包括经掺杂或未掺杂的硅或基本上由经掺杂或未掺杂的硅组成。附加地，或者代替载体，表面还可以是颗粒(例如，在灰尘或粉末中的颗粒)的一个/多个表面506。如同载体，颗粒可包括经掺杂或未掺杂的硅或基本上由经掺杂或未掺杂的硅组成。颗粒会通过与第一气体和/或第二气体的界面分开的另一界面被引入反应器室502中。反应器室502(例如，由反应器500的控制器(未示出)控制)可包括用以产生和/或稳定反应器室502中的颗粒流的装置，例如，流量控制器。
附加地或代替载体，表面还可以是棒的表面508和/或丝状物的表面510。棒，例如也可以是块，并且丝状物可以相应于载体具有调节到工艺的形式和/或反应器500的几何形式，并且可以包括经掺杂或未掺杂的硅或基本上由经掺杂或未掺杂的硅组成。
载体、棒和/或丝状物可以机械和电耦合到反应器室502，例如，反应器室502的界面。电流/电压(例如由反应器500的控制器(未示出)控制)可以施加到载体、棒和/或丝状物以加热相应的材料以在相应的表面504、508和510处实现升高的温度。此外，加热可以通过反应器室(502)内的加热器(未示出)或从反应器室502的一个或多个侧壁进行。在多种实施方式中，如果表面包括颗粒的表面506，则可以应用在反应器室502内或外的加热器。
(例如根据方法100、200、300和400的)第一气体可以存储在第一储存器512内，而(例如根据方法100、200、300和400的)第二气体可以存储在第二储存器514中。可以通过反应器室502的管道和/或界面将第一气体和第二气体引入反应器室502中。引入反应器室502的第一气体和第二气体的数量和/或速率可以由反应器500的控制器控制，例如，控制器可以使用质量流量控制器。
在多种示例中，第一气体和/或第二气体可分别是不同气体的混合物。在这些示例中，贮存器512和/或贮存器514可以分别被理解为混合室，在其中实现第一气体和/或第二气体的组分被引入反应器室502中。
在这些和其他多种示例中，使用反应器室502的两个界面分别将第一气体和第二气体引入反应器室502中。取决于气体的化学组成和可能的第一气体和第二气体(或相应气体的一种或多种组分中的至少一种)之间的化学反应，不同的界面可以用于降低通向反应器室502的供应系统/供应管内这种反应的风险。在多种实施方式中，利用不同的界面，可以单独控制引入反应器室502中的第一气体和第二气体的数量和速率。
反应器室502还可以包括另一个界面，例如，第三界面以引入附加的气体，例如辅助气体，用于第一气体和第二气体的化学反应，以沉积硅。举例而言，氢可以通过第三界面引入反应器室502中，氢例如由第三储存器(未示出)供应，并且引入反应器室502的附加气体的速率和数量也可以由反应器500的控制器控制。
在多种示例中，第二气体是在第一贮存器512和/或第二贮存器514中产生。例如金属镓或镓粉末可以在第二贮存器514中，并且可以将气体(例如在非限制性实施方式中的HCl)引入第二贮存器514中以产生气相的三氯化镓，例如通过以下化学反应产生：
2Ga+6HCl→2GaCl3+3H2。
在多种非限制性示例中，第一贮存器512和第二贮存器514可以由相应的加热器加热，例如，加热器由反应器500的控制器控制，以产生或保持第一气体和第二气体或各个组分的气相。
图5B示意性地示出了用于制备经掺杂的硅原料的反应器550。
可以提供作为反应器500的反应器550以至少部分地实施方法100、200、300和400。方法100、200、300和400的上下文中的陈述与在反应器500的上下文中的陈述可以分别对应。反应器550涉及反应器500的另一种实现方式。反应器500的上下文中的具有相同附图标记的组件的陈述也适用于此。
反应器500和反应器550之间的区别在于第一气体和第二气体不分别引入反应器室502中。换句话说，第一气体和第二气体可以通过相同的界面引入反应器室502，即同时引入反应器室502。第一室552可以是第一气体或第二气体的贮存器，或者第一室552可以作为混合室提供，以根据反应器室502中的处理所需的组成产生第一气体或第二气体。在多种实施方式中，第二室554可以是第一气体或第二气体的贮存器，或者第二室554可以作为混合室提供，以根据反应器室502中的处理所需的组成产生第一气体或第二气体。
第一气体或第二气体从第一室552引入第二室554，在第二室554将第一气体或第二气体混合到相应的其他气体中并作为混合物一起引入反应器502中。通过将气体作为混合物引入反应器室502，反应器室502仅需要一个界面。在多种实施方式中，例如通过反应器550的控制器控制，第一气体和第二气体的混合物的组成可以在进入反应器室502之前进行控制。这种控制器还可以配置成在第一气体和/或第二气体引入第一室552和/或第二室554时控制第一气体和/或第二气体的数量/速率。
在多种示例中，材料556被施加在第二室554中。材料556可用于从第一气体产生第二气体。在多种实施方式中，第一气体可以包含HCl，并且材料556可以是镓，并且通过如图5A的上下文中所述的化学反应，可以产生三氯化镓。通过控制(例如通过反应器500的控制器控制)第一气体到材料556的量/速率、第二贮存器554内的压力和/或温度，可以控制产生第二气体的化学反应。因此，可以控制第一气体和第二气体的混合物的组成。这可以提供第二气体不需要作为气相储存在容器中的效果。而且，第二气体可能需要一定的温度以保持在气相中，例如，需要超过200℃的温度，并且这在第二气体在该工艺中直接产生的情况下可以更好地控制。
在多种示例中，反应器500和反应器550以及相应的气体可根据西门子工艺配置。
图6示意性地示出了用于制备经掺杂的硅原料的另一反应器600。反应器600可用于至少部分地实施方法100、200、300和400。方法100、200、300和400的上下文中的陈述可适用于反应器600的上下文。
图6示意性地示出了流化床反应器(FBR)600的一个示例。在多种实施方式中，可以使用其他FBR反应器。在反应器室602中，可以存在颗粒606，例如经掺杂或未掺杂的硅。通过界面610，可以将根据方法100、200、300和/或400的第一气体和/或第二气体引入反应器室602中。为了保持概貌，在该示例中仅示出了作为用于第一气体和/或第二气体的储存器的室608和界面610。在多种示例中，一个或多个界面和一个或多个室可以在反应器600中实现。举例而言，反应器600/反应器室602可以包括根据图5A和/或图5B的室/贮存器和界面，以将第一气体、第二气体和任选的辅助气体/第三气体引入反应器室602，其可以代替室608和界面610来实现。因此，在图5A和/或图5B的上下文中描述的陈述和组件也可以应用于反应器600。
可以通过界面612将可能的附加/辅助气体(例如氢气和/或惰性气体)引入反应器室602以控制反应器室602内的压力。根据FBR反应器的原理，第一气体、第二气体和可能的附加/辅助气体在颗粒606之间流动；所述气体可以通过界面604供应到反应器室602。通过在颗粒606之间流动，反应器室中的介质(颗粒606加气体)表现得类似于流体。在颗粒的表面上，沉积经掺杂的硅，并且颗粒606生长。根据工艺条件，经一定程度生长的颗粒618可以通过界面616从反应器室602中除去。由于反应器室602中的介质表现类似于流体，较大的颗粒/在其上生长有经掺杂的硅的颗粒618可能下沉到反应器室602的底部。
图7A示意性地示出了经掺杂的硅原料702。经掺杂的硅原料702可以通过方法100获得，并且可以在如图5A、5B和6的上下文中描述的反应器中产生。
图7B示意性地示出了硅晶片704。例如，硅晶片704可以通过方法200获得，并且用于硅晶片704的经掺杂的硅原料可以通过方法100获得，并且在如图5A、5B和6的上下文中所述的反应器中产生。
图7C示意性地示出了太阳能电池706。例如，太阳能电池706可以通过方法300使用硅晶片获得，硅晶片可以通过方法200获得，并且用于硅晶片的经掺杂的硅原料可以通过方法100获得，并且在如图5A、5B和6的上下文中所述的反应器中产生。太阳能电池706包括具有第一掺杂(例如p掺杂)的主体区712和具有另一掺杂(例如相反的掺杂，如n掺杂)的发射区710。
图7D示意性地示出了PV模块714。PV模块714可以包括第一太阳能电池716和第二太阳能电池718。在其他示例中，PV模块可以具有介于1到100之间、1和50之间和/或1和32之间的多个太阳能电池。例如，两个太阳能电池716和718可以通过方法300使用通过方法200获得的硅晶片获得，通过方法100获得用于硅晶片的经掺杂的硅原料，并且在如图5A、5B和6的上下文中所述的反应器中产生。PV模块714可以具有框架和/或外壳722以保护太阳能电池716、718。两个太阳能电池716、718可以通过耦合720彼此电耦合。PV模块714可以包括耦合到两个太阳能电池716、718的电触点724，以实现两个太阳能电池716、718电耦合到PV模块714外部的负载。
在下文中，描述了若干示例和实施方式。
示例1是用于沉积硅原料的方法。该方法可以包括将包含硅的第一气体引入反应器室并将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入反应器室中，并将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到反应器室内的表面上。
示例2，示例1的主题可任选地包括，如果第二气体包含镓，则第二气体以这样的量引入使得沉积的经掺杂的硅原料中的镓的浓度大于3×1017原子/cm3。
示例3，示例1和/或示例2的主题可任选地包括包括一种或多种组分的第二气体，该一种或多种组分选自：三氯化镓；三甲基镓；三乙基镓；三甲基铟；三乙基铟；及其组合。
示例4，示例1至3中任一项的主题可任选地包括在将第二气体引入反应器室之前将第二气体加热至高于200℃的温度。
示例5，示例1至4中任一项的主题可任选地包括将第一气体和第二气体作为混合物引入反应器室中。
示例6，示例5的主题可任选地包括第一气体的至少一部分在进入反应器室之前暴露于材料以在另一反应器室中产生第二气体。
示例7，示例1至4中任一项的主题可任选地包括将第一气体和第二气体分别引入第一反应器中。
示例8是通过一种方法获得的经掺杂的硅原料，该方法包括将包含硅的第一气体引入反应器室中并将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入反应器室中，并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积在反应器室内的表面上。
示例9，示例8的主题可任选地包括：如果第二气体包含镓，则第二气体以这样的量引入使得沉积的经掺杂的硅原料中的镓的浓度大于3×1017原子/cm3。
示例10，示例8和/或示例9的主题可任选地包括包括一种或多种组分的第二气体，所述一种或多种组分选自：三氯化镓；三甲基镓；三乙基镓；三甲基铟；三乙基铟；及其组合。
示例11，示例8至10中任一项的主题可任选地包括：在将第二气体引入反应器室之前，第二气体具有高于200℃的温度。
示例12，示例8至1中任一项的主题可任选地包括：将第一气体和第二气体作为混合物引入反应器室中。
示例13，示例12的主题可任选地包括：第一气体中的至少一部分暴露于材料以在进入所述反应器室之前在另一反应器室中产生第二气体。
示例14，示例8-11中任一项的主题可任选地包括：将第一气体和第二气体分别引入第一反应器中。
示例15是通过一种方法获得的硅晶片。该方法可以包括通过以下操作来制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料：将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。该方法还可以包括至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；并且降低经掺杂的硅的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭并将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片。
示例16，示例15的主题可任选地包括：根据垂直梯度凝固法或直拉单晶制造法使经掺杂的硅原料结晶。
示例17，示例15或示例16的主题可任选地包括：经掺杂的硅原料可通过根据示例1至7中任一项所述的方法制备。
示例18，示例15或示例16的主题可任选地包括：可以根据示例8至14中的任一个获得经掺杂的硅原料。
示例19是通过一种方法获得的太阳能电池。该方法包括：将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。该方法还可以包括至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；并且降低经掺杂的硅的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭。此外，该方法可以包括将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片；并且在所述一个或多个晶片上或内形成发射极。
示例20，示例16的主题可任选地包括：根据垂直梯度凝固法或直拉单晶制造法使经掺杂的硅原料结晶。
示例21，示例20或示例21的主题可任选地包括：经掺杂的硅原料可通过根据示例1至7中任一项所述的方法制备。
示例22，示例20或示例21的主题可任选地包括：可以根据示例8至14中的任一个获得经掺杂的硅原料。
示例23是通过一种方法获得的PV模块，该方法包括：将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；并且将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。该方法还可以包括至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；并且降低经掺杂的硅的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭。此外，该方法可以包括将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片；并且在所述一个或多个晶片上或内形成发射极以制备一个或多个太阳能电池；以及电接触所述一个或多个太阳能电池。
示例24，示例23的主题可任选地包括：根据垂直梯度凝固法或直拉单晶制造法使掺杂的硅原料结晶。
示例25，示例23或示例24的主题可任选地包括：经掺杂的硅原料可通过根据示例1至7中任一项所述的方法制备。
示例26，示例23或示例24的主题可任选地包括：可以根据示例8至14中的任一个获得经掺杂的硅原料。
尽管已经参考特定实施方式具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的多种改变。因此，本发明的范围由所附权利要求指示，并且因此旨在涵盖落入权利要求的等同方案的含义和范围内的所有改变。

Claims (10)

1.一种沉积经掺杂的硅原料的方法，所述方法包括：
将包含硅的第一气体引入反应器室；以及
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到反应器室内的表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述第二气体包含镓；
其中所述第二气体以使得在所沉积的经掺杂的所述硅原料中的镓的浓度大于3×1017原子/cm3这样的量引入。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中所述第二气体包括一种或多种组分，所述一种或多种组分选自：三氯化镓；三甲基镓；三乙基镓；三甲基铟；三乙基铟；及其组合。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中在将所述第二气体引入所述反应器室之前，将所述第二气体加热至高于200℃的温度。
5.根据权利要求1所述的方法，
其中所述第一气体和所述第二气体作为混合物引入所述反应器室。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中所述第一气体中的至少一部分暴露于材料以在进入所述反应器室之前在另一反应器室中产生所述第二气体。
7.通过一种方法获得的经掺杂的硅原料，该方法包含：
将包含硅的第一气体引入反应器室中；
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上。
8.通过一种方法获得的硅晶片，该方法包括：
根据一种方法制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料，该方法包括：
将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上；
至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；
降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；以及
将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片。
9.通过一种方法获得的太阳能电池，该方法包括：
根据一种方法制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料，该方法包括：
将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上；
至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；
降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；
将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片；以及
在所述一个或多个晶片上或内形成发射极。
10.通过一种方法获得的光伏模块，该方法包括：
根据一种方法制备掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料，该方法包括：
将包含硅的第一气体引入反应器室中；以及
将包含镓或铟中的至少一种的第二气体引入所述反应器室；以及
将掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料沉积到所述反应器室内的表面上；
至少部分地熔化所述掺杂有镓或铟中的至少一种的硅原料；
降低经掺杂的硅熔体的温度，以使经掺杂的硅结晶成固体硅锭；
将所述固体硅锭切割成一个或多个晶片；
在所述一个或多个晶片上或内形成发射极以制备一个或多个太阳能电池；以及
电接触所述一个或多个太阳能电池。
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