TW201721724A - 鈍化半導體基板中缺陷的方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用於鈍化半導體基板，特別是矽基太陽電池，之缺陷的一種方法與一種裝置。根據該方法，在第一處理階段中對該基板施加電磁輻射，其中施加於該基板的輻射至少具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2的強度。在此過程中可導致該基板之加熱，亦可實施調溫。隨後，在該第一處理階段之後的溫度保持階段中用電磁輻射照射該基板，其中施加於該基板的輻射主要具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2的強度；同時透過與被一冷卻裝置所冷卻的塗層發生接觸，來冷卻該基板之背離該電磁輻射之輻射源的一面。該裝置具有包含長條形處理室的連續爐，該處理室具有至少三個先後配置的區（第一處理區、溫度保持區及冷卻區）及至少一用於容置該基板且用於輸送該基板穿過所述區的輸送單元。該裝置還具有至少一第一輻射源，該第一輻射源能夠將電磁輻射照射至該輸送單元之位於該第一處理區內的區域，且該第一輻射源適於至少產生小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2的強度；以及至少一第二輻射源，該第二輻射源能夠將電磁輻射照射至該輸送單元之位於該溫度保持區內的區域，且該第二輻射源適於至少產生小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2的強度。至少一第一冷卻單元與該輸送單元之位於該溫度保持區內的區域發生導熱接觸。

Description

鈍化半導體基板中缺陷的方法與裝置
本發明是有關於鈍化半導體基板，特別是用於光伏組件的矽基半導體基板中的缺陷的一種方法與裝置。
光伏組件用於將光直接轉化成電能。為此而在p型或n型半導體上構建具有相應反向摻雜的區域，即形成p-n接面。用光照射時，產生被p-n接面形成之電位差所空間分離的電荷載子對。隨後可使得這些隔開之電荷載子穿過半導體並輸入一外部電路。
亦稱太陽電池之光伏組件通常將晶態矽用作半導體，其中將聚晶或多晶矽（Poly-Si）與單晶 矽（Mono-Si）區別開來。通常用Mono-Si能達到更高效率，但與Poly-Si相比，Mono-Si之製造方法的成本較高且耗能。在常用之丘克拉斯基法中，通常還採用硼摻雜來產生p型半導體。在製造過程中不可避免的是，亦會有氧原子嵌入矽晶體。
但硼原子在與氧原子結合後會形成雜質中心，其可能對太陽電池的電特性造成負面影響。特別是在硼及/或氧濃度較高時發現，太陽電池的效率大幅下降。在太陽電池被長時間照射時尤為如此，因為如此便將硼-氧絡合物作為複合中心而活化。故將此種情形稱為“light-Induced Degradation”（光致衰減）。其他缺陷，如在Poly-Si中愈來愈多地出現的晶體缺陷及金屬雜質，亦可能在工作條件下大幅降低太陽電池的效率。
在單晶CZ-Si中之光致衰減的難題在技術方面已為人所知並在DE 10 2006 01920 A1中已得到詳細闡述。該案還提出一種用硼摻雜來穩定Si太陽電池之效率的方法，其中在50-230℃溫度條件下用波長小於1180 nm的光照射基板。該照射導致剩餘電荷載子的產生且特別是導致矽晶體所含氫H之電性狀態的變化。特別是增大了氫原子之中性（H0 ）種的濃度，該濃度能夠鈍化晶體結構中的不帶電缺陷，如硼-氧缺陷。類似的過程亦在多晶矽中實施並導致缺陷的鈍化。
上述方法導致矽太陽電池之效率的穩定，但為達到長期穩定性非常費時。發明人發現，有利者是採用遠大於DE 10 2006 01920 A1所提出之輻射強度來產生電荷載子（並完全形成隨後需要鈍化的雜質中心），但其中較大的輻射強度亦可能造成溫度難題，儘管該案已將大於DE 10 2006 01920 A1所給出之溫度納入考慮。
基於該已知方法，本發明之目的在於，提供用於鈍化矽中缺陷（例如半導體基板的再生）的改進型方法與裝置。
本發明用以達成上述目的之解決方案為請求項1或2所述的一種方法與請求項12所述的一種裝置。
本文提出一種鈍化半導體基板，特別是矽基太陽電池，之缺陷的第一方法，包括以下步驟：在加熱階段中至少藉由電磁輻射來加熱該基板，其中施加於該基板的輻射至少具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度；在該加熱階段之後的溫度保持階段中用電磁輻射照射該基板，其中施加於該基板的輻射主要具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度；透過在該溫度保持階段中與被一冷卻裝置所冷卻的塗層發生接觸，來冷卻該基板之背離該電磁輻射之輻射源的一面。此處“主要小於1200 nm的波長”表示：透過大於1200 nm的波長來產生該輻射的總強度的小於40%。較佳採用450-1200 nm的波長。本發明之該方法中的鈍化此一概念特別是亦包括再生，該方法的優點在於在初始階段進行迅速加熱以及能夠在溫度保持階段中以較大的強度進行照射，其中透過主動的接觸式冷卻來防止基板因輻射而過熱。此外，至少在該溫度保持階段中，該輻射主要限制於所述波長之產生電荷載子的範圍。溫度保持階段此一概念並非絕對地描述某個恆定的溫度，確切言之，在該階段中，溫度的進一步（但程度不大）提高或者降溫亦屬可能之舉。確切言之，此處指的是將基板溫度保持在某個溫度範圍內。
在一種鈍化半導體基板，特別是矽基太陽電池，之缺陷的第二方法中，包括以下步驟：在將電磁輻射施加於該基板期間，在第一處理階段中透過與一經調溫的塗層發生接觸來對該基板進行調溫，其中施加於該基板的輻射至少具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度；在該第一處理階段之後的溫度保持階段中用電磁輻射照射該基板，其中施加於該基板的輻射主要具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度；透過在該溫度保持階段中與被一冷卻裝置所冷卻的塗層發生接觸，來冷卻該基板之背離該電磁輻射之輻射源的一面。本發明之第二方法中的鈍化此一概念特別是亦包括再生，該第二方法的優點在於在初始階段以較大的強度進行照射，其中該經調溫的塗層使得該基板獲得或保持期望溫度。該第一方法的出發點在於，必須首先將基板加熱至溫度保持階段的溫度，而該第二方法的出發點在於，加熱並非必要之舉，而是在基板溫度方面可能存在不同的出發情況。有鑒於此，該例如被具有期望溫度之介質流過的調溫單元可對基板進行加熱、保持該溫度或者對基板進行冷卻，具體視基板受到處理時的溫度而定。舉例而言，若基板來自火焰爐處理，因而具有較高溫度，則需要保持溫度乃至對基板進行冷卻。若基板來自倉庫，其通常不具較高溫度，則需要使其升溫。因此，該調溫單元可以與基板之入口溫度無關的方式在該第一處理階段結束時達到某個溫度。除此之外，前述之優點亦適用於該第二方法。
根據該第二方法的一種實施方式，在該第一處理階段中，用主要具有小於1200 nm的波長之電磁輻射來照射該基板。
較佳在該溫度保持階段之後實施冷卻階段，在該冷卻階段中，在仍用主要具有小於1200 nm的波長之電磁輻射來照射該基板期間，至少透過與被一冷卻裝置所冷卻的塗層發生接觸來冷卻該基板。採用主動的接觸式冷卻後，即使在仍將輻射施加於基板的情況下，亦能達到良好的冷卻效果，其中該輻射可在冷卻階段中大幅降低。例如可將該輻射降至3000瓦/m2 乃至1000瓦/m2 。
在一種實施方式中，在該加熱階段中，該電磁輻射具有波長為大於1200 nm的輻射主要部分，其中此處主要包括至少50%的總強度部分。除產生主要具有小於1200 nm的波長之電荷載子外，此處亦使用主要用於加熱基板的大於1200 nm的波長。若例如透過太陽電池上的金屬塗層來相應地吸收＞1200 nm的輻射，則用輻射功率進行加熱的效果通常好於其他加熱方式，如加熱板。
較佳地，該加熱階段及/或該溫度保持階段中的電磁輻射的強度為至少9000瓦/m2 ，特別是至少10000瓦/m2 。發明人發現，較高的輻射強度在處理速度及完全鈍化方面較為有利。該強度主要受到可用光源及最高溫度的限制，基板在理想情況下不應超過該最高溫度。
該輻射在該加熱階段中的強度可高於在該溫度保持階段中的強度，特別是高出至少1.3倍。該輻射在該溫度保持階段中的強度亦可高於在該冷卻階段中的強度，特別是亦高出至少1.3倍。強度的此種梯度適用於以下情形但非必要之舉：若不採用此種梯度則會面臨過熱，或者必須對冷卻進行細分。
為針對性地進行調溫，可在該加熱階段中額外地透過與被一調溫裝置所調溫的塗層發生接觸來對該基板進行調溫。
可將同一類型的輻射源應用於該加熱階段、該溫度保持階段及/或該冷卻階段，而在該溫度保持階段及/或該冷卻階段中，較佳將該輻射源的至少一部分光譜濾出，使得入射至基板的輻射主要具有小於1200 nm的波長。替代地，亦可將不同類型的輻射源應用於該加熱階段、該溫度保持階段及/或該冷卻階段。
該裝置適於鈍化半導體基板，特別是矽基太陽電池，之缺陷且具有以下：具有長條形處理室的連續爐，該處理室包括至少三個區，所述區依次配置為加熱區、溫度保持區及冷卻區；至少一用於容置該基板且用於輸送該基板先後穿過該處理室之所述區的輸送單元；至少一用於電磁輻射的第一輻射源，該第一輻射源如此地與該處理室之加熱區相鄰配置，使其能夠將電磁輻射照射至該輸送單元之位於該加熱區內的區域，且該第一輻射源適於至少產生小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度；至少一用於電磁輻射的第二輻射源，該第二輻射源如此地與該處理室之溫度保持區相鄰配置，使其能夠將電磁輻射照射至該輸送單元之位於該溫度保持區內的區域，且該第二輻射源適於至少產生小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度；至少一第一冷卻單元，其配置在該處理室之溫度保持區內且與該輸送單元之位於該溫度保持區內的區域發生導熱接觸。此種裝置適於有益地實施前述方法且即使在溫度保持區內亦能用較高強度進行照射，而不存在基板過熱的危險。
較佳地，該裝置具有至少一用於電磁輻射的第三輻射源，該第三輻射源如此地與該處理室之冷卻區相鄰配置，使其能夠將電磁輻射照射至該輸送單元之位於該冷卻區內的區域，且該第三輻射源適於至少產生小於1200 nm的波長；以及至少一第二冷卻單元，其配置在該處理室之冷卻區內且與該輸送單元之位於該冷卻區內的區域發生導熱接觸。採用上述方案後，即使在基板冷卻期間亦能進一步進行照射。
為降低基板加熱效果，至少部分地將並非主要用來產生電荷載子的輻射濾出。為此，在該第二及/或第三輻射源與該處理室之間設有若干構件，所述構件將該第二及/或第三輻射源之指向該處理室的輻射的至少一部分，特別是波長範圍大於1200 nm的輻射，濾出。
為迅速進行初始加熱，該裝置還可具有至少一加熱單元，其配置在該處理室之加熱區內且與該輸送單元之位於該加熱區內的區域發生導熱接觸。
在一種實施方式中，該輸送單元具有受到該處理室之所述區環繞式導引的輸送帶，該輸送帶在該處理室中與至少一板狀元件發生滑動接觸，其中該至少一板狀元件至少與以下單元中的一個發生導熱接觸：該第一冷卻單元、該第二冷卻單元及該加熱單元。如此便能在按區進行加熱/冷卻的同時輸送基板。較佳地，該輸送帶至少部分地在該至少一板狀元件中（例如在該板狀元件中之凹處中）被容置及導引。在一種方案中，至少在該加熱區及該溫度保持區內設有並非處於導熱接觸的獨立板狀元件。
為提供足夠高的冷卻功率，該第一冷卻單元及/或該第二冷卻單元為液冷式單元。
在一種實施方式中，該第一、第二及/或第三輻射源具有至少一鹵素燈及/或氣體放電燈，該至少一鹵素燈及/或氣體放電燈適於在相應區內，在該輸送單元之位於該區內的區域上產生至少9000瓦/m2 ，特別是至少10000瓦/m2 的強度。此類燈能夠在可接受的效率下實現所需的強度，特別是能夠輕易達到20000瓦/m2 的強度。亦可採用其他用於在所要求的波長範圍內達到所需強度的輻射源。
該第一、第二及第三輻射源中的至少兩個可為不同類型之輻射源。特別是在該冷卻區之區域內可設置另一類型之輻射源，因為該冷卻區所需強度較小。該冷卻區內特別是可用具有小於1200 nm的固有波長範圍的LED工作。
下文所用之相對性概念，如左、右、上、下，皆以附圖為準且即使在描述較佳配置方案的情況下亦不對本申請構成任何限制。相關表述大體上亦將+/-10%，較佳+/-5%的偏差包含在內。
圖1示出用於半導體基板2，特別是用於矽基太陽電池，的再生裝置1。再生裝置1主要由殼體單元5、輸送單元7、照射單元9與調溫單元11構成。
殼體單元5具有外殼體13及內殼體機構14。外殼體13主要由兩個U形殼體組件16、17構成，該二殼體組件由適宜之耐溫且不透光的材料（如鋁或優質鋼）構成。所述殼體組件16、17之U形的側邊如此地相疊，使得在其間形成一截面大體呈矩形的容置室19。所述殼體組件16、17呈長條形，從而在所述殼體組件16、17之間形成一長條形容置室。所述殼體組件可按適宜方式彼此可轉動地配置，以便對容置室19進行側向接觸。如圖所示，所述殼體組件16、17在容置室19的整個長度範圍內延伸，亦可設有多個殼體組件，使得沿縱向設有該容置室之分割。
內殼體機構14配置在該長條形容置室19內且主要由多個水平隔離組件21、22、23及24以及豎向隔離組件26、27、28及29構成。
由此，水平隔離組件將殼體組件16內部中的上區域與下方之區域隔開。該上區域形成上冷卻通道，下文將對此進行詳細說明。處於下方且與該水平隔離組件21間隔一定距離地配置有第二水平隔離組件22。該第二水平隔離組件在該上殼體組件之側邊之間的分區內延伸且被豎向隔離組件26、27承載在此位置中。位於水平隔離組件21與水平隔離組件22之間的區域形成中央冷卻通道31，在豎向隔離組件26、27的側向上形成側冷卻通道32。在該水平隔離組件下方且與其間隔一定距離地配置有另一水平隔離組件23，其中該距離主要取決於豎向隔離組件26、27。在所述水平隔離組件22、23之間形成燈容置腔33，其同時亦用作冷卻通道，下文將對此進行詳細說明。該燈容置腔在側向上被豎向隔離組件26、27限制。該豎向隔離組件對燈輻射而言是透明且在某些情形下可具過濾功能，下文將對此進行詳細說明。
水平隔離組件23主要被豎立在下殼體組件17之底部上的豎向隔離組件28、29承載。
如圖所示，所述水平及豎向隔離組件在容置室19的整個長度範圍內延伸，但需要指出的是，所述隔離組件可對應於殼體組件16、17而在容置室19的縱向上被分割。此種分割特別是用S1至S4表示。例如亦可使得水平隔離組件22與豎向隔離組件26、27一體成型。亦可採用隔離組件的其他組合，所述隔離組件構成一個單元。
在豎向隔離組件26、27之下端與下殼體組件17之側邊之間還設有水平隔離組件24，其限定該側冷卻通道32的下方。在水平隔離組件23、下殼體組件17之基底與豎向隔離組件28、29之間形成處理室34。
下面對輸送單元7進行詳細說明。輸送單元7具有透過若干轉向輥/驅動輥37受到環繞式導引的輸送帶36。輸送帶36形成一上輸送段與一下回行段。輸送帶36透過轉向輥/驅動輥37如此地配置。使得所述段部大體水平定向且穿過處理室34。
轉向輥/驅動輥37以可在相應末端上對輸送帶36之上輸送段進行裝料或卸料的方式配置在該容置室外部。在圖1所示視圖中，在左側實施裝料，在右側實施卸料。因而在圖1之視圖中，基板2如圖2中的箭頭所示自左向右穿過處理室34。
輸送帶36主要由金屬絲網（如V2A優質鋼）構成且在處理室34中被底板40導引且至少部分地容置在該底板中。特別是在底板40中設有若干縱槽，其容置該金屬絲網的部分從而實施側向導引。在所述縱槽中，該金屬絲網貼靠在底板40上，並在其上方摩擦，其中在輸送帶36（金屬絲網）與底板40之間達到良好的熱接觸。為此而可增設下壓件或其他構件，以免輸送帶36與底板40分離。
以產生儘可能小的磨損的方式來選擇底板及金屬絲網的材料。該底板例如可由石墨構成，且必須具有較高強度，以便承載該輸送帶及其所容置的基板2。此外，底板40必須針對製程所用溫度具有耐溫性。石墨在耐溫性、承載能力以及在較小摩擦係數方面皆屬適宜。作為替代材料，例如亦可採用鋁。在底板40及輸送帶36上方部分地實施調溫（供熱/散熱），因而所述組件之良好的導熱性較為有利。
底板40在處理室34的整個長度範圍內延伸。此處亦可且有益地沿縱向設有分割，下文將對此進行詳細說明。
例如亦可在區域S1至S4內設有分割。
照射單元9主要由多個橫向於容置室19之縱向延伸的筆燈（Stablampe）42構成。所述筆燈42穿過豎向隔離組件26、27且例如被其保持在水平方向上。筆燈42的主要部分穿過被豎向隔離組件22、23及豎向隔離組件26、27限制的燈容置腔33。所述筆燈可在其末端上按相關領域通常知識者所熟知的方式而被電接觸。例如可將鹵素燈及高壓氣體放電燈用作筆燈。在能夠在期望光譜範圍內提供足夠光強度的情況下，亦可採用例如基於LED或雷射的燈類型，下文將對此進行詳細說明。此時，當然需要相應改變燈的形狀。
該實施例中使用的是形式為筆燈42的鹵素燈或高壓氣體放電燈。如圖所示，所述筆燈在燈容置腔33的整個長度範圍內大體均勻地彼此間隔一定距離且配置。但視光強度的具體要求亦可在處理室34中相應改變所述距離。所述筆燈42在其發射之光強度方面可調，下文將對此進行詳細說明。
調溫單元11主要由加熱板46、冷卻板47至51與風扇52構成。加熱板46在處理室34之入口區域內配置在底板40下方且與其發生導熱接觸。該入口區域形成該處理室的第一區段並用S1表示。加熱板46可被熱介質流過，或者以其他適宜方式而被可控地加熱。該加熱板特別是可具電阻加熱組件。加熱板46為可選組件，可視第一區段S1之區域內的燈具的配置方案及控制方案而不設置加熱板。
與該第一區段S1相鄰地，該處理室具有第二區段S2。在該第二區段中，在底板40下方配置有與其發生導熱接觸的冷卻板47。在沿輸送帶36之輸送方向相繼配置的其他區段S3及S4中設有相應的冷卻板48及49。上冷卻通道內的其他冷卻板50及51設置在區段S1及S2中。可選地，視需要亦可在上冷卻通道30內設有其他冷卻板。
冷卻板47至49在一面上具有用於容置冷卻劑管路的曲折狀凹處，該冷卻劑管路可被冷卻劑（如冷卻液）流過。各冷卻板彼此分離地被流過，亦可次級地流過多個冷卻板。通常反向於輸送帶36之輸送方向流過冷卻板。亦可採用擰緊後的冷卻曲折部或者其他配置方案。
在處理室34之出口區域上方設有風扇52，其例如抽吸環境空氣並反向於輸送帶之輸送方向穿過上冷卻通道30、中央冷卻通道31、側冷卻通道32及亦用作冷卻腔的燈容置腔地進行鼓風。在圖1所示視圖中，此點示意性地用相應的流動箭頭表示。如此便在所述通道中對相應區域進行空氣冷卻。在入口末端上設有相應之抽吸件，其配置為至少部分地對處理室34進行抽吸，參閱圖1所示視圖。
下面對該裝置的工作方式及本發明之再生方法進行詳細說明。
本文結合具有硼-氧缺陷的單晶太陽電池來對該方法進行描述，透過中性氫原子（H0 種）或帶負電荷的氫原子（H- 種）來鈍化硼-氧缺。該方法亦適於鈍化其他缺陷，特別是多晶矽中的晶體缺陷。
首先在入口末端上（圖1左側）將基板2裝載至輸送帶36。其中將兩個基板2並排地裝載至該輸送帶。當然，亦可設置輸送帶的另一佔用方案。正如相關領域通常知識者所瞭解的那樣，佔用方案主要與裝置1的大小及基板的大小相關。
隨後，在處理室34中輸送所述基板且所述基板先後穿過區段S1、S2、S3及S4並受到再生。
在區段S1之區域內，對基板2施加筆燈42之電磁輻射。在此過程中透過筆燈42自上而下地對基板2進行照射，其中以大於8000瓦/m2 （Watt/m2 ），特別是大於9000瓦/m2 ，較佳大於12000瓦/m2 的強度進行極強的照射。水平隔離組件23在該區域內較佳對筆燈42的整個光譜而言是大體透明。在此過程中所產生之較強輻射可將基板2加熱至較高溫度。可選地，亦可透過一加熱單元，如可選之加熱單元46來對此種加熱進行輔助，該加熱單元例如對底板及與該底板發生接觸的輸送帶進行加熱。加熱板46特別是在以下情況下較為有利：單憑筆燈42之電磁輻射不足以進行快速加熱。
基板2亦可在區段S1之入口便具較高溫度且無需進行進一步加熱乃至需要進行基板冷卻。此種情形特別是可能出現於以下情況：基板例如基本上直接自火焰爐-為燒製電接點-而進入本發明之再生裝置1的區段S1。在火焰爐的出口，所述基板之溫度通常尚為400℃或更高，其中亦可採用較低溫度，具體視火焰爐之冷卻段的具體設計方案而定。在此種情形下，例如可設置調溫單元來替代加熱板46，該調溫單元作用於底板40及與該底板發生接觸的輸送帶36及該輸送帶上的基板2。此種調溫單元例如可被一具有大體可控之溫度的介質流過，以便視需要對該基板進行供熱或散熱。
在區段S1之末端上，所述基板2應以與其入口溫度無關的方式，具有較佳高於230℃，特別是高於250℃，例如為250-280℃的溫度。需要升溫時，通常在區段S1中使用所述筆燈的整個波長譜來進行加熱，可選地可用加熱板46來對此種加熱進行輔助。如此便能進行迅速加熱從而整體上縮短處理時間。利用照射來大幅加熱會迅速形成複合活化之硼-氧缺陷，特別是會在此時間點上將所有硼-氧缺陷完全活化。此外還在基板2中產生剩餘電荷載子並將通常形式為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原子更適於積聚在基板2內之中性或帶正電荷的缺陷或缺陷位置上並持久性地進行鈍化（此舉亦稱再生）。
此類效果即使在以下情況下亦會產生：基板2在區段S1中無需加熱或僅需輕度加熱，甚至需要進行冷卻。即使在以上情況下，在區段S1進行照射亦能迅速形成複合活化之硼-氧缺陷以及其他前述效果。特別是在無需進行實質性加熱的情況下，可如此地選擇或調節照射方式，使得初級輻射以小於1200奈米的輻射譜入射至基板2，因為此種輻射（連同溫度）對此類效果起主要作用。
隨後，使得基板2穿過處理室34之區段S2，其中將自上而下地傳輸至基板2的燈功率仍保持在大於8000瓦/m2 ，較佳大於9000瓦/m2 的範圍內。為防止基板2被較大的輻射功率進一步加熱，自下而上地對所述基板進行冷卻。透過冷卻板47來實現此點，該冷卻板在該區域內對用來承載輸送帶36的底板40進行冷卻。輸送帶36與底板40存在直接接觸，如此便能對基板2進行相應之背面冷卻。在該區域內不期望對基板2進行進一步加熱，確切言之是進行溫度平穩化（平穩在某個溫度範圍內）。用於再生硼-氧缺陷的較佳溫度範圍為大於230℃至300℃。鈍化多晶矽時，該溫度範圍亦可高於300℃。故在該區域內，透過在該區域內構建為濾板的豎向隔離組件23來將燈輻射的一部分光譜濾出。特別是可將範圍為＞1200奈米的波長濾出。低於此範圍的波長有助於產生剩餘電荷載子，而高於此範圍的波長則不會有助於產生剩餘電荷載子，而是主要有助於加熱。在區段S2內，設置Δn（照射所產生的剩餘電荷載子）與溫度T間的輪廓（profile）。該輪廓可針對不同太陽電池類型而有所不同並能透過相應的預試驗而測定。對每個太陽電池類型而言皆存在Δn與T的最佳輪廓，該輪廓主要取決於氫含量、擴散率（雜質、缺陷）及相關領域通常知識者所瞭解的類似因素。照射所產生的Δn與太陽電池本身（在主體中及兩個表面上的複合）相關。特別是較差的太陽電池為獲得期望Δn而需要較強的照射。
如前所述，可在預試驗中測定Δn與T的最佳輪廓。唯有按本發明之方式將冷卻與加熱相結合並視情況例如在區段S2至S4中透過水平隔離組件23來設置過濾器，方能在既有之光源條件下剛好實現該最佳輪廓。
在第二區段中仍用＞8000瓦/m2 的較強照射進行工作，因而需要進行主動的背面冷卻，以免基板之溫度高於期望水平。因此，在底板下方配置有溫度感應器，其在所述基板的兩個軌跡之間較佳居中地量測底板40之溫度。底板40之底面溫度與基板2之溫度間的相應差異大體是已知，因而可透過相應之計算來實施溫度控制。眾所周知，該差異主要取決於輸送帶36之速度及筆燈42之燈功率，二者通常保持不變。
存在基板2過熱的危險時，可降低燈功率。燈功率的反應時間很短，故可用來進行快速控制。例如在以下情況下會迅速發生過熱：輸送帶36之移動速度例如因缺陷而變慢，或者在接連之基板2之間產生過大間距，或者輸送帶36之照射處於常見照射的範圍以外。其他因素亦可能造成過熱，但可透過對筆燈進行相應控制來避免此種過熱。
基於較大的輻射功率，在區段S2中，在上冷卻通道中同樣設有另一冷卻板51，以便防止殼體的升溫幅度過大。
該照射實現了Δn與T的期望輪廓，從而在基板內達到儘可能完全的再生（鈍化缺陷）。
亦可在區段S3中實施此種處理。但在當前之實施方式中，區段S3中的輻射功率可能已經有所降低，特別是降至小於8000瓦/m2 的範圍。在輸送所述基板穿過區段S3的過程中，仍將所述基板保持在該期望之Δn溫度輪廓上。在區段S4中，進一步降低輻射功率，在照射時將所述基板主動冷卻，特別是冷卻至低於攝氏150°的溫度水平。在除區段S4以外的不同區段中，允許採用最大輻射功率，除非存在過熱危險。在S4中，唯有末端上之溫度可能低於150℃時，方需要降低輻射功率。
隨後可在處理室34之出口上以適宜方式將基板2卸料。
在整個處理期間，透過風扇51 i流動空氣原理來冷卻上冷卻通道、中央冷卻通道、燈容置通道及側冷卻通道。根據區段S3及S4中之燈功率的強度，較佳可在該區域內之上冷卻通道中增設冷卻板，以免外殼體13發生過熱。在基板2穿過處理室34期間，該裝置1首先透過處於上方之筆燈42的照射而將所述基板有效活化。此外還對基板2進行調溫。該調溫可指透過所述處於上方之筆燈42進行主動的強力輻射加熱，以及透過加熱板46進行可選的額外之接觸式加熱，其中在此情形下較佳採用該燈輻射的整個光譜，以便達到迅速加熱的效果。但根據基板2的入口溫度，該調溫亦可包括保持該溫度、輕微加熱或者冷卻所述基板2，例如透過一調溫單元，其被調節至某個大體恆定的溫度，來實現此點。
而在區段S2至S4中是對背面進行接觸式冷卻，以便對透過仍以較大功率工作的筆燈進行之加熱加以抑制。為此，在該輻射入射至基板2前，額外地將大於約1200奈米的波長範圍濾出。可在水平隔離組件23（其在此可構建為濾板）之區域內實施此點。亦可將所述筆燈容置在相應之濾管中，或者設置特殊輻射源，其在小於1200奈米的期望輻射譜中進行發射。其中所述輻射源需要提供大於8000瓦/m2 的足夠光強度。可透過不同機構，如該風扇或額外的冷卻板50、51，來使得裝置1之處於處理室34以外的不同區域達到期望溫度。
在該實施方式中，底板40在所有區段中皆構建為石墨板。所述底板亦可在不同區段中採用不同構建方案。特定言之，例如可在區段S1中設置石墨板，在其他區段中設置鋁板。如此便能視情況降低冷卻板46至48的所需冷卻功率。特別是在輸送帶並非被完全佔用的情況下，石墨板可能被筆燈42過度加熱，如此便需要額外地進行冷卻。而在該區域內的底板構建為鋁板的情況下，其會反射相當大一部分燈輻射且其自身的加熱程度有所降低。需要在區段S1中進行迅速加熱時，底板對輻射的吸收是無害的。有鑒於此，該輸送帶在工作期間採用非常緊密的佔用方案，且基於良好的滑動特性，目前較佳採用石墨為底板40。
此外，在裝置1之入口區域內設有感應器，其對基板在輸送帶36上的佔用狀況進行偵測。特別是在接連之間壁之間產生較大空隙的情況下，可透過對筆燈42進行相應控制來防止底板40被過度加熱。特別是在接連之基板之間距例如因裝料機構故障而較大時，可降低輻射功率。
本文是結合了實施為連續爐的本發明之裝置來描述本發明之方法。亦可與該裝置分離地，例如在一靜止爐（如RTP設備）中實施該方法。在此情形下，例如可透過亦可稱作Shutter的活動過濾組件，來將光譜過濾為Δn(H0 )活化之範圍。
上文結合本發明之較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，但本發明並非僅限於該具體實施方式。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧基板
5‧‧‧殼體單元
7‧‧‧輸送單元
9‧‧‧照射單元
11‧‧‧調溫單元
13‧‧‧外殼體
14‧‧‧內殼體機構
16‧‧‧殼體組件
17‧‧‧殼體組件
19‧‧‧容置室
21‧‧‧水平隔離組件
22‧‧‧水平隔離組件
23‧‧‧水平隔離組件
24‧‧‧水平隔離組件
26‧‧‧豎向隔離組件
27‧‧‧豎向隔離組件
28‧‧‧豎向隔離組件
29‧‧‧豎向隔離組件
30‧‧‧上冷卻通道
31‧‧‧中央冷卻通道
32‧‧‧側冷卻通道
33‧‧‧燈容置腔
34‧‧‧處理室
36‧‧‧輸送帶
37‧‧‧轉向輥/驅動輥
40‧‧‧底板
42‧‧‧筆燈
46‧‧‧加熱板/加熱單元
47‧‧‧冷卻板
48‧‧‧冷卻板
49‧‧‧冷卻板
50‧‧‧冷卻板
51‧‧‧冷卻板
52‧‧‧風扇
S1‧‧‧區段
S2‧‧‧區段
S3‧‧‧區段
S4‧‧‧區段
下面結合附圖對本發明進行詳細說明。圖中： 圖1為本發明之再生裝置的縱截面圖； 圖2為圖1所示再生裝置沿圖1中之線A/A的截面圖；及 圖3為圖1所示再生裝置沿圖1中之線B/B的截面圖。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧基板
5‧‧‧殼體單元
7‧‧‧輸送單元
9‧‧‧照射單元
11‧‧‧調溫單元
13‧‧‧外殼體
16‧‧‧殼體組件
17‧‧‧殼體組件
19‧‧‧容置室
21‧‧‧水平隔離組件
22‧‧‧水平隔離組件
23‧‧‧水平隔離組件
36‧‧‧輸送帶
37‧‧‧轉向輥/驅動輥
40‧‧‧底板
42‧‧‧筆燈
46‧‧‧加熱板，加熱單元
47‧‧‧冷卻板
48‧‧‧冷卻板
49‧‧‧冷卻板
50‧‧‧冷卻板
51‧‧‧冷卻板
52‧‧‧風扇
S1‧‧‧區段
S2‧‧‧區段
S3‧‧‧區段
S4‧‧‧區段

Claims (24)

  1. 一種鈍化半導體基板，特別是矽基太陽電池，之缺陷的方法，包括以下步驟： 在第一處理階段中，至少藉由電磁輻射來加熱基板，其中施加於所述基板的輻射至少具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度； 在所述加熱階段之後的溫度保持階段中，用電磁輻射照射所述基板，其中施加於所述基板的輻射主要具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度； 透過在所述溫度保持階段中與經冷卻裝置冷卻的塗層發生接觸，來冷卻所述基板之背離所述電磁輻射之輻射源的一面。
  2. 一種鈍化半導體基板，特別是矽基太陽電池，之缺陷的方法，包括以下步驟： 在將電磁輻射施加於基板期間，在第一處理階段中透過與經調溫的塗層發生接觸來對所述基板進行調溫，其中施加於所述基板的輻射至少具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度； 在所述第一處理階段之後的溫度保持階段中，用電磁輻射照射所述基板，其中施加於所述基板的輻射主要具有小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度； 透過在所述溫度保持階段中與經冷卻裝置冷卻的塗層發生接觸，來冷卻所述基板之背離所述電磁輻射之輻射源的一面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中在所述第一處理階段中，用主要具有小於1200 nm的波長之電磁輻射來照射所述基板。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中在所述溫度保持階段之後實施冷卻階段，在所述冷卻階段中，在仍用主要具有小於1200 nm的波長之電磁輻射來照射所述基板的期間，至少透過與經冷卻裝置冷卻的塗層發生接觸來冷卻所述基板。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中在加熱階段中，所述電磁輻射具有波長為大於1200 nm的輻射主要部分。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中所述第一處理階段及/或所述溫度保持階段中的電磁輻射的強度為至少9000瓦/m2 ，特別是至少10000瓦/m2 。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中所述輻射在所述第一處理階段中的強度高於在所述溫度保持階段中的強度，特別是高出至少1.3倍。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中在所述加熱階段中額外地透過與經加熱裝置加熱的塗層發生接觸來對所述基板進行加熱。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中將同一類型的輻射源應用於所述第一處理階段及所述溫度保持階段，其中至少在所述溫度保持階段中，將所述輻射源的一部分光譜濾出，使得入射至所述基板的輻射主要具有小於1200 nm的波長。
  10. 如前述申請專利範圍中任一項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中在所述第一處理階段、所述溫度保持階段及/或所述冷卻階段中，透過不同類型的輻射源來照射所述基板。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項所述的鈍化半導體基板之缺陷的方法，其中在所述第一處理階段中，至少部分地透過與經加熱裝置加熱的塗層發生接觸來對所述基板進行加熱。
  12. 一種用於再生半導體基板，特別是矽基太陽電池的裝置，具有以下： 具有長條形的處理室的連續爐，所述處理室包括至少三個區，所述區依次配置為第一處理區、溫度保持區及冷卻區； 至少一輸送單元，用於容置基板且用於輸送所述基板先後穿過所述處理室之所述區； 至少一用於電磁輻射的第一輻射源，所述第一輻射源與所述處理室之所述第一處理區相鄰配置，使得所述第一輻射源能夠將電磁輻射照射至所述輸送單元之位於所述第一處理區內的區域，且所述第一輻射源適於至少產生小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度； 至少一用於電磁輻射的第二輻射源，所述第二輻射源與所述處理室之所述溫度保持區相鄰配置，使得所述第二輻射源能夠將電磁輻射照射至所述輸送單元之位於所述溫度保持區內的區域，且所述第二輻射源適於至少產生小於1200 nm的波長及至少8000瓦/m2 的強度； 至少一第一冷卻單元，其配置在所述處理室之所述溫度保持區內且與所述輸送單元之位於所述溫度保持區內的區域發生導熱接觸。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的用於再生半導體基板的裝置，所述用於再生半導體基板的裝置還具有調溫單元，所述調溫單元配置在所述處理室之所述第一處理區內且與所述輸送單元之位於加熱區內的區域發生導熱接觸。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中所述調溫單元為加熱單元。
  15. 如申請專利範圍第12至14項中任一項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中所述第一處理區構建為加熱區。
  16. 如申請專利範圍第12至15項中任一項所述的用於再生半導體基板的裝置，所述裝置還具有以下： 至少一用於電磁輻射的第三輻射源，所述第三輻射源與所述處理室之所述冷卻區相鄰配置，使得所述第三輻射源能夠將電磁輻射照射至所述輸送單元之位於所述冷卻區內的區域，且所述第三輻射源適於至少產生小於1200 nm的波長； 至少一第二冷卻單元，其配置在所述處理室之所述冷卻區內且與所述輸送單元之位於所述冷卻區內的區域發生導熱接觸。
  17. 如申請專利範圍第12至15項中任一項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中在所述第一輻射源、所述第二輻射源及/或所述第三輻射源中的至少一個與所述處理室之間設有過濾單元，所述過濾單元將所述第二輻射源及/或所述第三輻射源之指向所述處理室的輻射的至少一部分，特別是波長範圍大於1200 nm的輻射，濾出。
  18. 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述的用於再生半導體基板的裝置，所述用於再生半導體基板的裝置還具有至少一加熱單元，所述至少一加熱單元配置在所述處理室之所述加熱區內且與所述輸送單元之位於所述加熱區內的區域發生導熱接觸。
  19. 如申請專利範圍第10至13項中任一項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中所述輸送單元具有受到所述處理室之所述區環繞式導引的輸送帶，所述輸送帶在所述處理室中與至少一板狀元件發生滑動接觸，其中所述至少一板狀元件至少與以下中的一者發生導熱接觸：所述第一冷卻單元、所述第二冷卻單元及所述加熱單元。
  20. 如申請專利範圍第14項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中所述輸送帶至少部分地容置在所述至少一板狀元件中並受到導引。
  21. 如申請專利範圍第14或15項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中至少在所述加熱區及所述溫度保持區內設有並非處於導熱接觸的獨立板狀元件。
  22. 如申請專利範圍第10至16項中任一項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中所述第一冷卻單元及/或所述第二冷卻單元為液冷式單元。
  23. 如申請專利範圍第10至17項中任一項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中所述第一輻射源、所述第二輻射源及/或所述第三輻射源包括鹵素燈及/或氣體放電燈中的至少一者，所述鹵素燈及/或氣體放電燈中的至少一者適於在相應區內的所述輸送單元之位於所述區內的區域上產生至少9000瓦/m2 ，特別是至少10000瓦/m2 的強度。
  24. 如申請專利範圍第10至18項中任一項所述的用於再生半導體基板的裝置，其中所述第一輻射源、所述第二輻射源及所述第三輻射源中的至少兩者為不同類型之輻射源。
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