TWI295856B - - Google Patents

Download PDF

Info

Publication number
TWI295856B
TWI295856B TW090119901A TW90119901A TWI295856B TW I295856 B TWI295856 B TW I295856B TW 090119901 A TW090119901 A TW 090119901A TW 90119901 A TW90119901 A TW 90119901A TW I295856 B TWI295856 B TW I295856B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
solar cell
single crystal
crystal wafer
wafer
oxygen
Prior art date
Application number
TW090119901A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Abe
Original Assignee
Shinetsu Handotai Kk
Shinetsu Chemical Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinetsu Handotai Kk, Shinetsu Chemical Co filed Critical Shinetsu Handotai Kk
Application granted granted Critical
Publication of TWI295856B publication Critical patent/TWI295856B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1295856 A7 B7 五、發明説明（！） 技術領域 本發明係關於使用作爲太陽能電池胞之材料有用的矽 單結晶晶圓之太陽能電池胞的製造方法以及太陽能電池胞 0 背景技術 作爲製造太陽能電池胞之際的材料，在使用矽單結晶 之情形，與轉換效率之提升一齊地製造成本的降低成爲大 的課題。 以下，說明作爲太陽能電池胞用之材料，使用矽單結 晶之技術背景。 開始，以構成太陽電池之基板材料爲基礎，說明太陽 電池之特性。如以其基板材料爲基礎來分類太陽電池，大 略分別可舉：「砂結晶系太陽電池」「非晶質砂系太陽電 池」「化合物半導體系太陽能電池胞」之3種，進而，在 矽結晶系太陽能電池胞中有：「單結晶系太陽電池」與「 多結晶系太陽電池」。其中，作爲太陽電池最爲重要的特 性之轉換效率高的太陽電池爲「化合物半導體系太陽電池 」，其轉換效率達到接近25%。但是，化合物半導體系太陽 電池製作成爲其之材料的化合物半導體非常困難，在太陽 電池基板的製造成本面，在普及於一般上有問題，其用途 變成受到限制。 又，此處所爲「轉換效率」係指：表示「對於射入太 陽電池之光的能量，藉由太陽電池轉換爲電氣能量而可以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' 一 _4_ —--------------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1295856 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2) 取出之能量的比例」之値而以百分率（％ )表示之値（也稱 爲光電轉換效率）。 化合物半導體系太陽電池之下一個轉換效率高的太陽 電池爲砂單結晶系太陽電池，其之發電效率在2 〇 %前後，具 有接近化合物半導體系太陽電池之轉換效率，太陽電池基 板也可以比較容易供給之故，成爲普及於一般之太陽電池 的主力。進而，轉換效率在5〜15%程度之不及前述的2種 太陽能電池胞者，由於太陽電池基板材料的製造成本便宜 之點’矽多結晶系太陽電池或非晶質矽系太陽電池等也被 實用化。 接著’簡單說明一般的矽單結晶系太陽能電池胞的製 造方法。首先，爲了獲得成爲太陽能電池胞的基板之矽晶 圓’藉由捷克拉斯基法（以下，有記爲CZ法、Czochralski 法）或浮動帶熔解法（以下，有記爲FZ法、FLoating zone 法），製造圓柱狀的矽單結晶的矽錠。進而，切割此矽錠 ’加工爲例如厚度300 // m程度之薄晶圓，以藥液蝕刻晶圓 表面’去除表面上的加工變形，獲得成爲太陽能電池胞之 晶圓（基板）。於此晶圓施以不純物（摻雜物）之擴散處 理’於晶圓之單側形成pn接合面後，於兩面加上電極，最 後，在太陽光之射入側表面加上減少由於光的入射之光能 量的損失用之反射防止膜，完成太陽能電池胞。 最近，太陽電池以環境問題爲背景，作爲綠色能量之 一 ’其需要正逐漸擴大，但是，與一般的商用電力比較， 能量成本高變成其的普及的障礙。在降低矽結晶太陽電池 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ♦ -項再填」 裝· 、τ -5- 1295856 A7 B7 五、發明説明（3) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 之成本上’於降低基板的製造成本外，有必要更提高其之 轉換效率。因此，於矽單結晶系太陽電池之基板藉由將所 S胃製作半導體兀件用之電子用並不適用、或在單結晶棒之 中無法成爲產品之圚錐部份、尾巴部份等當成原料使用， 以進行降低基板材料的成本。但是，此種原料的供應不安 定，量也有限度，如考慮今後的矽單結晶系太陽電池的區 要’在此種方法中，很難安定生產必要量的太陽電池基板 〇 又，於太陽電池中，爲了獲得更大電流，製造更大面 積的太陽能電池胞很重要。獲得製造大面積的太陽能電池 胞用之基板材料之大直徑矽晶圓之方法以可以容易製造大 直徑的矽單結晶，被製造之單結晶的強度也優異之CZ法爲 適合。因此，太陽電池用矽結晶之製造以藉由CZ法者成爲 主流。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，另一方面，成爲矽單結晶系太陽電池的基板材料 之矽晶圓其之特性之一的基板壽命（以下，有記爲Life time 、LT)之値如不在10// s以上，無法利用爲太陽電池基板， 進而，爲了獲得轉換效率高的太陽能電池胞，要求基板壽 命以在200 // s以上爲佳。 但是，以現在的單結晶棒製造方法的主流之CZ法所製 作的單結晶在·加工爲太陽能電池胞之際，如對太陽能電池 胞照射強光，引起太陽電池基板的壽命的降低’產生光劣 化之故，無法獲得充分的轉換效率，在太陽電池之性能面 也被要求做改善。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " -6- 1295856 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4) 利用此CZ法矽單結晶以製作太陽能電池胞之時，如對 太陽能電池胞照射強光，壽命降低、引起光劣化之原因知 道爲由於存在於單結晶基板中的硼與氧氣的影響。現在作 爲太陽能電池胞被使用之晶圓的導電型以P型爲主流，通常 在此P型晶圓硼作爲摻雜物被添加著。而且，成爲此晶圓之 _材料的單結晶棒雖可以藉由CZ法（包含磁場下上拉法（ Magnetic field applied CZ法，以下，有記爲MCZ法。））、 或FZ法而製造，但是在FZ法中，單結晶棒的製造成本比CZ 法高之外，如前述般地，由於CZ法容易製造大直徑的矽單 結晶之故，現在還是以比較低成本可以製造大直徑的單結 晶之CZ法被製造。 但是，在藉由CZ法被製造之結晶中’存在商濃度之氧 氣，因此，由於P型CZ法矽單結晶中的硼與氧氣，存在對壽 命特性造成影響，產生光劣化之問題點。 爲了解決此種問題點，本申請人於先前之申請中，提 案作爲P型之摻雜劑，代替B(硼）而使用Ga(鎵）（ PCT/00/02850 )。如此藉由以Ga爲摻雜劑，可以防止由於B 與氧氣之壽命的降低。 但是，儘管以Ga爲摻雜劑，排除B與氧氣之影響，依據 被製造之太陽能電池胞，有壽命降低、太陽能電池胞之特 性產生偏差。此種特性之偏差爲導致太陽能電池胞製造之 成品率之降低或太陽電池模組整體之轉換效率的降低。 發明之揭示 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） --------批衣------1T (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1295856 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5) 本發明係有鑑於此種問題點而被完成者，目的在於： 在利用CZ矽單結晶晶圓製造太陽能電池胞之情形，藉由利 用不會使壽命降低之CZ矽單結晶晶圓，以獲得特性偏差少 之太陽能電池胞。 爲了解決上述問題點，本發明係一種由CZ矽單結晶晶 圓形成太陽能電池胞之太陽能電池胞的製造方法，其特徵 爲·作爲該砂單結晶晶圓，使用初期格子間氧氣濃度在 15ppma以下之CZ砍單結晶晶圓。 如此，初期格子間氧氣濃度如在15ppma(JEIDA :日本 電子工業振興協會規格）以下，氧氣析出在製作太陽能電池 胞之熱處理中幾乎不會發生，可以獲得避免由於BMD之壽 命降低之太陽能電池胞，能夠製造特性之偏差少的良好的 太陽能電池胞' 在此情形，前述CZ矽單結晶晶圓以以Ga爲摻雜劑之p型 矽單結晶晶圓爲佳。 如此，藉由代替硼以Ga爲p型矽單結晶晶圓之摻雜劑， 不單BMD，由於硼與氧氣存在之光劣化也可以防止。 在此情形，前述Ga之濃度以3xl015〜5xl017atoms/cm3爲 佳。 如此，Ga之濃度如在3xl015atoms/cm3以上，可以抑制 由於太陽能電池胞之內部電阻增加，電力被消費，轉換效 率降低，如在5xl017atoms/cm3以下，可以防止少數載子被 Ga原子捕獲，壽命降低之所謂的俄歇（Auger )再結合現象 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------IT (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1295856 A7 B7 五、發明説明（6) 而且，依據本發明之方法被製造之太陽能電池胞例如 係以CZ矽單結晶晶圓所製作之太陽能電池胞，其特徵爲： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) CZ矽單結晶晶圓的格子間氧氣濃度在15ppma以下。 如此，太陽能電池胞如以格子間氧氣濃度在15ppma以 下之CZ矽單結晶晶圓所製作，氧氣析出幾乎不會發生在製 作太陽能電池胞之熱處理，又，格子間氧氣濃度也不太高 ’可以抑制起因於氧氣原子本身之壽命的降低，變成太陽 能電池胞之特性偏差少者。 又，本發明之太陽能電池胞係以CZ矽單結晶晶圓所製 作之太陽能電池胞，其特徵爲：CZ矽單結晶晶圓中的BMD 密度在5xl08/cm3以下。 如此，CZ矽單結晶晶圓中的BMD密度如在5xl08/cm3以 下’能夠提供：可以防止壽命急遽降低，太陽能電池胞之 轉換效率也維持高水準，特性偏差少之太陽能電池胞。 在此情形，構成前述太陽能電池胞之CZ矽單結晶晶圓 以以Ga爲摻雜劑之P型矽單結晶晶圓爲佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如此，如果P型矽單結晶晶圓之摻雜劑不是硼，而爲Ga ，可以防止由於硼與氧氣存在所導致之光劣化。 在此情形，前述Ga之濃度以3xl015〜5xl017atoms/cm3爲 佳。 如此，如Ga之濃度在3xl015以上，可以抑制由於太陽能 電池胞之內部電阻增加，電力被消費，轉換效率降低，如 在5xl017atoms/cm3以下，可以防止少數載子被Ga原子捕獲 ，壽命降低之所謂的俄歇再結合現象。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9- 1295856 A7 ______ B7_ _ 五、發明説明（7) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如上述般地，如依據本發明之太陽能電池胞之製造方 法以及太陽能電池胞，可以獲得特性偏差少之太陽能電池 胞’能夠獲得高效率、低成本之太陽電池。 實施發明用之最好形態. 以下，進一步說明本發明。 本發明者們思考即使在被包含在太陽能電池胞被製作 之C Z政單結晶晶圓的格子間氧氣以及晶圓塊中的氧氣析出 物的結晶缺陷（以下，稱爲BMD(Bulk Micro Defects))不與 硼共存之情形，也有可能對太陽能電池胞之轉換效率造成 影響，刻意硏究之結果而想到本發明。 在CZ矽單結晶之情形，利用石英製坩堝提升單結晶之 故，不可避免地氧氣（格子間氧氣）被帶入提升結晶中。 被包含在提升之後（as-grown)之結晶或由此結晶被製作之 CZ矽單結晶晶圓之格子間氧氣濃度被稱爲初期格子間氧氣 濃度，於含有此種格子間氧氣之CZ矽單結晶晶圓中，在後 製程如被施加熱處理，知道氧氣析出物析出於該晶圓塊中 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 〇 在此情形，由於氧氣與硼存在，如前述般地，轉換效 率之光劣化產生，此問題如先前之申請案般地，藉由將摻 雜物由硼變更爲Ga而被解決。但是，如以Ga爲摻雜物，並 非沒有壽命降低，依據被製造之太陽能電池胞，有：壽命 降低、太陽能電池胞之特性產生偏差者。 本發明者們推測此原因爲起因於被包含在矽單結晶晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 1295856 A7 B7 五、發明説明（8) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圓之格子間氧氣的濃度之高低。關於Ga，Ga濃度一變高， 少數載子接近Ga之頻度變高，知道會引起由於被Ga捕獲， 壽命降低之所謂的俄歇再結合現象。另一方面，氧氣原子 中雖然不知道此種效果，此被認爲係氧氣原子使矽的格子 常數變大，影響少數載子的移動度。 但是，習知上，關於此種太陽能電池胞被形成之矽單 結晶晶圓中的初期格子間氧氣濃度或構成被製作之太陽能 電池胞之矽單結晶晶圓中的BMD，完全未被考慮之故，於 太陽能電池胞之特性乃產生偏差。 .因此，本發明者們改變Ga被摻雜之矽單結晶晶圓中的 氧氣濃度，測定壽命。圖1係關於氧氣濃度不同之3種的Ga 摻雜矽單結晶晶圓，顯示電阻率，即Ga摻雜量與壽命之關 係圖。如圖1所示般地，即使爲相同之Ga摻雜量，知道氧氣 濃度愈高之晶圓，壽命愈減少。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，依據製作太陽能電池胞之製程（熱處理），有在 太陽能電池胞之矽單結晶晶圓的晶圓塊中產生微小的氧氣 析出物等之BMD。BMD在LSI等之半導體裝置製作製程中， 作用爲捕獲成爲有害之重金屬污染物等之吸氣劑側之故， 成爲CZ砂單結晶晶圓之優點之一。 低是，本發明者們推測此BMD可能對少數載子之壽命 帶來不好影響。因此，本發明者們調查此BMD密度與晶圓 塊中的少數載子之壽命的關係。圖2係顯示矽單結晶晶圓之 BMD密度與壽命之關係圖。測定之結果，如圖2所示般地， 知道BMD密度如超過5xl〇Vcm3，壽命急遽降低。因此，製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1295856 A7 B7 五、發明説明（9) 造太陽能電池胞被使用之CZ矽單結晶晶圓以壽命長者在轉 換效率面優異之故，儘可能使太陽電池形成後之BMD降低 ’可以預想以密度在5xl08/cm3以下爲佳。 由這些事實’很明確地，不管作爲摻雜劑之硼的存在 的有無，製作太陽能電池胞之矽單結晶晶圓中的格子間氧 氣就格子間氧氣本身或作爲微小之氧氣析出物，對太陽能 電池胞之壽命造成影響。 而且’關於CZ矽單結晶晶圓之初期氧氣濃度與由於熱 處理條件之氧氣析出量的關係，初期氧氣濃度在 15ppma(JEIDA)以下，知道幾乎不會引起氧氣析出（參考阿 部孝夫著，培風館發行，先進電子序列1-5「矽」、p. 195， 圖8.1)。因此，如係初期氧氣濃度在i5ppma以下之CZ矽單 結晶晶圓’熱處理後對轉換效率成爲有害之氧氣析出物幾 乎不會發生之故，合適作爲使用於太陽能電池胞之製造的 CZ矽單結晶晶圓。 本發明係基於此種基本思想，檢討諸條件之結果而完 成者。 以下，更詳細說明本發明，但是本發明並不限定於這 些0 在使之進入初期格子間氧氣濃度爲1 5ppma以下之本發 明的濃度範圍，如使用習知上以CZ法被慣用之方法即可。 例如，藉由坩堝旋轉數之減少、導入氣體流量的增加、氣 氛壓力之降低、矽熔液的溫度分布、以及對流之調整等手 段，可以簡單成爲上述氧氣濃度範圍。又，在lOppma程度 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 -12- I-------------IT----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1295856 A7 B7 五、發明説明（10 或其以下之氧氣濃度提升之情形，如依據施加磁場而提升 之所謂的MCZ法，約可以降低氧氣濃度至7ppma程度。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用矽單結晶晶圓之一般的太陽能電池胞之製作製程 主要係施以pn接合形成工程、電極形成工程、反射防止膜 形成工程，太陽能電池胞被形成。在pn接合形成工程中， 通常藉由於P型之矽單結晶晶圓表面導入η型不純物，pn接 合被形成，在那時之不純物導入上，使用：氣體擴散法、 固相擴散法、離子植入法等，.數100°C至100(TC或其以上之 溫度的熱處理被進行。又，電極形成工程爲藉由蒸鍍法、 電鍍法、印刷法等，形成成爲電極之金屬的工程，被施加 數l〇(TC程度之熱處理。進而，在反射防止膜形成工程中， 藉由CVD(chemical vapor deposition :化學氣相沈積）法或 PVD(physical vapor deposition :物理氣相沈積）法等，堆積 膜被形成，在那之時，也被施加數100°C〜800°C程度之熱 處理。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於這些之各工程中，關於使用哪一個手法，即使用哪 種熱處理條件，有依存於種種的太陽能電池胞固有的製造 條件之事項。因此，爲了決定被使用於製作本發明之BMD 密度在5U08/cm3以下之太陽能電池胞的矽單結晶晶圓的初 期氧氣濃度，預先界定各太陽能電池胞之製造的熱處理條 件’藉由實驗求得依存於該熱處理後之BMD密度與被使用 於製作太陽能電池胞之矽單結晶晶圓之初期氧氣濃度之關 係’決定BMD密度成爲5xl08/cm3以下之矽單結晶晶圓中的 初期氧氣濃度即可。 本纸張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） -13- 1295856 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 爲了藉由於矽單結晶晶圓施以熱處理，氧氣析出物被 形成，於該熱處理溫度中，氧氣過飽和存在，以及成爲析 出物被形成之核（析出核）的微小的氧氣析出物或金屬不 純物等存在爲其條件。 析出核雖在as-grown之矽晶圓中也存在，藉由650〜900 °C程度之溫度的熱處理，過飽和之氧氣成爲微小之氧氣析 出物，如此析出核也被形成。此種析出核成長，爲了成爲 大的氧氣析出物，需要900〜1100°C之溫度的熱處理。在900 °C以下之熱處理中，氧氣之擴散慢之故，成長上需要極爲 長的時間，大的氧氣析出物不易產生，在超過1100°C之溫 度中，析出核再熔解、消滅之故，析出物無法形成。 因此，利用CZ矽單結晶晶圓以形成太陽能電池胞之熱 處理全部如超過1100°C，雖可以使BMD密度變成極小，但 是實際上，如前述般地，主要使用1000°C以下之低溫製程 。即，以此種製程，太陽能電池胞被形成之階段中，雖然 大尺寸的氧氣析出物未被形成，但是至少在成爲析出核之 微小的氧氣析出物被形成之溫度的熱處理被施加之故，此 種析出核之發生成爲壽命降低之要因。 另一方面，作爲太陽能電池胞之形成熱處理溫度，在 900〜l.l〇〇°C程度之高溫被採用之情形，氧氣析出物之尺寸 變大，壽命之降低也變大之故，防止本發明之BMD密度在 5x103/cm3以下之太陽能電池胞的壽命降低的效果變得更大 ，更有效果。 太陽能電池胞被形成後之BMD密度之測定可以藉由 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 •項再填. 裝- -訂 t 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 1295856 A7 B7 五、發明説明（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇PP(optical Percipitate profiler)法或劈開晶圓，選擇性蝕刻 該劈開面而測定。在BMD尺寸小之情形，例如，施加1000 °C、1 6小時之熱處理，可以檢測之尺寸爲止地，使氧氣析 出物成長後加以測定即可。 又，所謂0PP法係應用諾曼斯基式之微分干涉顯微鏡者 ，首先，將由光源出來之雷射光以偏光稜鏡分離爲2條之 正交的90°相位不同之直線偏光的光束，由晶圓鏡面側使之 射入。此時1個之光束如穿過缺陷，相位移位產生，產生 與另一個之光束的相位差。在晶圓裏面透過後藉由偏光分 析儀檢測此相位差以檢測缺陷者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，爲了防止太陽能電池胞之光劣化，作爲矽單結晶 晶圓之P型摻雜劑，以摻雜3xl015〜5xl017atoms/cm3(電阻率5 〜0.1Ω · cm)之Ga爲佳。在Ga濃度小於3xl015atoms/cm3之情 形，晶圓的電阻率變成高至必要以上，由於太陽電池之內 部電阻，電力被消費，會有轉換效率降低之情形。又，在 Ga濃度大於5xl017atoms/cm3之情形，晶圓之電阻率極端降低 之故，於晶圓內部會有發生由於俄歇再結合之少數載子的 壽命之降低之故。 爲了製造Ga被添加之CZ矽單結晶晶圓，於坩堝內之矽 熔液添加Ga後，使矽熔液接觸種結晶，一面使其旋轉一面 提升即可。在此情形，對坩堝內之熔液的Ga之添加，可以 藉由將預先育成添加高濃度之Ga的矽結晶，粉碎此高濃度 Ga摻雜矽結晶而製作之摻雜劑，基於計算只添加適當量於 矽熔液，可以摻雜正確量之Ga。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 1295856 A7 B7 五、發明説明（y 以下，舉出本發明之實施例以及比較例而具體說明， 但是本發明並不限定於這些。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (實施例1〜3、比較例1 ) 藉由通常之C Z法，提升初期格子間氧氣濃度約14 p p m a 之砂單結晶晶圓（Ga摻雜、摻雜劑濃度約1 χ 1 Ο16 a to ms/cm3 )(實施例1)。又，利用MCZ法，提升初期氧氣濃度約 1 〇 P p m a (B摻雜、摻雜濃度約1 X 1 016 a t 〇 m s / c m 〇以及約8 p p m a ( (Ga摻雜、摻雜劑濃度約lxl〇16 at〇ms/cm3)之矽單結晶晶 圓.（實施例2、3)。 進而，作爲比較，藉由通常之CZ法，提升初期氧氣濃 度約20ppma ( Ga摻雜、摻雜劑濃度約lxlO16 atoms/cm3 )之 矽單結晶晶圓，由這些單結晶製作直徑l50mm、結晶方位< 1〇〇>之鏡面硏磨晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 利用微波- PCD法（光傳導度衰減法）測定這4種的晶 圓的壽命後，實際不形成太陽能電池胞，作爲假定太陽能 電池胞之製作製程之熱處理，施加800°C、30分鐘（pn接合 形成工程）+ 600°C、30分鐘（電極形成工程）+ 700°C、60 分鐘（反射防止膜形成工程）之3 P皆段的熱處理後，再度 測定壽命，進而，爲了使BMD成長爲可以檢測之尺寸，進 行1000°C、16小時之熱處理，藉由OPP法，測定BMD密度。 其結果：實施例1〜3之晶圓的壽命在熱處理前後都顯 示500 //秒以上之良好的値，見不到由於熱處理之壽命的降 低。又，BMD密度任何一種也都在lxl08/cm3以下。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~~~ -16- 1295856 A7 B7 五、發明説明（） 14 另一方面，比較例1之晶圓的壽命，可以見到由於熱處 理約20%程度之降低，BMD密度約爲lxl09/cm3。 又，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態 係顯示例，具有實質上與本發明之專利申請範圍所記載之 技術思想相同之構成，達成同樣之效果者不管爲何種東西 ’都被包括在本發明之技術範圍內。 圖面之簡單說明 第1圖係顯示關於氧氣濃度不同之3種的Ga摻雜矽單結 晶晶圓，電阻率與壽命之關係圖。 第2圖係顯示矽單結晶晶圓之BMD密度與壽命之關係圖 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17-

Claims (1)

  1. I ABCC
    7、申請專利範圍 第901 19901號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國93年9月3 日修正 1 · 一種太陽能電池胞之製造方法，其係由CZ矽單結晶 晶圓形成太陽能電池胞之太陽能電池胞的製造方法，其特 徵爲： 作爲前述CZ矽單結晶晶圓，使用初期格子間氧氣濃度 在15ppma以下之CZ矽單結晶晶圓， 製造CZ砂單結晶晶圓中的BMD密度在5xl08/cm3以下者 2 .如申請專利範圍第丨項記載之太陽能電池胞之製造 方法，其中前述CZ矽單結晶晶圓係以Ga爲摻雜劑之p型矽單 結晶晶圓。 3 ·如申請專利範圍第2項記載之太陽能電池胞之製造 方法’其中前述Ga之濃度爲3xl015〜5xl017atoms/cm3。 4 · 一種太陽能電池胞，其特徵爲： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由如申請專利範圍第1至第3項之其中1項記載之製 造方法而被製造。 5 · —種太陽能電池胞，其係以CZ矽單結晶晶圓所製作 之太陽能電池胞，其特徵爲： CZ矽單結晶晶圓中的格子間氧氣濃度在15ppma以下， CZ矽單結晶晶圓中的BMD密度在5xl08/cm3以下。 6 ·如申請專利範圍第5項記載之太陽能電池胞，其中 構成則述太陽能電池胞之C Z砂單結晶晶圓係以G a爲慘雜劑 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1295856 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 之p型砂單結晶晶圓。 7 .如申請專利範圍第6項記載之太陽能電池胞，其中 前述 Ga 之濃度爲 3xl0]5〜5xlO]7atoms/cm3。 ---------41^— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -2- 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐)
TW090119901A 2000-08-15 2001-08-14 TWI295856B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000246306A JP2002057351A (ja) 2000-08-15 2000-08-15 太陽電池セルの製造方法および太陽電池セル

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TWI295856B true TWI295856B (zh) 2008-04-11

Family

ID=18736647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW090119901A TWI295856B (zh) 2000-08-15 2001-08-14

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6830740B2 (zh)
EP (1) EP1313150A4 (zh)
JP (1) JP2002057351A (zh)
KR (1) KR100870526B1 (zh)
AU (2) AU2001277718B2 (zh)
TW (1) TWI295856B (zh)
WO (1) WO2002015284A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI382544B (zh) * 2008-09-16 2013-01-11 Nexpower Technology Corp 太陽能光學模組

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002076400A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法
US7759158B2 (en) * 2005-03-22 2010-07-20 Applied Materials, Inc. Scalable photovoltaic cell and solar panel manufacturing with improved wiring
CN101305454B (zh) * 2005-11-07 2010-05-19 应用材料股份有限公司 形成光致电压接点和连线的方法
US20080057220A1 (en) * 2006-01-31 2008-03-06 Robert Bachrach Silicon photovoltaic cell junction formed from thin film doping source
US7749869B2 (en) * 2008-08-05 2010-07-06 International Business Machines Corporation Crystalline silicon substrates with improved minority carrier lifetime including a method of annealing and removing SiOx precipitates and getterning sites
US7858427B2 (en) * 2009-03-03 2010-12-28 Applied Materials, Inc. Crystalline silicon solar cells on low purity substrate
TWI472049B (zh) * 2009-12-14 2015-02-01 Ind Tech Res Inst 太陽能電池的製造方法
JP5338702B2 (ja) * 2010-02-12 2013-11-13 信越化学工業株式会社 太陽電池の製造方法
US20130089944A1 (en) * 2010-06-11 2013-04-11 Amtech Systems, Inc. Solar cell silicon wafer process
MY159737A (en) 2010-09-03 2017-01-31 Gtat Ip Holding Llc Silicon single crystal doped with gallium, indium, or aluminum
KR20120047583A (ko) 2010-11-04 2012-05-14 삼성전자주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
JP5583053B2 (ja) * 2011-02-28 2014-09-03 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 シリコンウェーハの熱処理方法
US20120319157A1 (en) * 2011-06-14 2012-12-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device
JP5590002B2 (ja) * 2011-10-12 2014-09-17 信越半導体株式会社 金属汚染評価方法及びエピタキシャルウェーハの製造方法
US9099578B2 (en) 2012-06-04 2015-08-04 Nusola, Inc. Structure for creating ohmic contact in semiconductor devices and methods for manufacture
WO2013152054A1 (en) * 2012-04-02 2013-10-10 Nusola Inc. Photovoltaic cell and process of manufacture
US20130255774A1 (en) * 2012-04-02 2013-10-03 Nusola, Inc. Photovoltaic cell and process of manufacture
CN105008595B (zh) 2012-12-31 2018-04-13 Memc电子材料有限公司 通过直拉法制造铟掺杂硅
JP5938113B1 (ja) * 2015-01-05 2016-06-22 信越化学工業株式会社 太陽電池用基板の製造方法
KR102626492B1 (ko) * 2016-11-14 2024-01-17 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 고광전변환효율 태양전지의 제조 방법 및 고광전변환효율 태양전지
MX2022001459A (es) * 2019-08-09 2022-06-08 Leading Edge Equipment Tech Inc Oblea con regiones de baja concentracion de oxigeno.

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06211598A (ja) 1993-01-19 1994-08-02 Nippon Steel Corp シリコン単結晶およびその熱処理方法
JPH06271384A (ja) 1993-03-19 1994-09-27 Sumitomo Metal Ind Ltd 単結晶引き上げ方法
EP0733726A3 (en) * 1995-03-24 1997-05-02 Koji Izunome Growing silicon single crystal with a uniform distribution of doping in the longitudinal or radial direction
KR100240023B1 (ko) * 1996-11-29 2000-01-15 윤종용 반도체 웨이퍼 열처리방법 및 이에 따라 형성된 반도체 웨이퍼
EP0949360A1 (en) * 1998-04-07 1999-10-13 Shin-Etsu Handotai Company Limited Process for producing a silicon single crystal by Czochralski method.
JP2000031153A (ja) * 1998-07-13 2000-01-28 Shin Etsu Handotai Co Ltd Ｓｉウエーハ及びその製造方法
DE60026286T2 (de) 1999-05-28 2006-11-09 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. MIT Ga DOTIERTER CZOCHRALSKI-EINKRISTALL UND WAFER UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
DE19927604A1 (de) 1999-06-17 2000-12-21 Bayer Ag Silicium mit strukturierter Sauerstoffdotierung, dessen Herstellung und Verwendung
US6313398B1 (en) * 1999-06-24 2001-11-06 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Ga-doped multi-crytsalline silicon, Ga-doped multi-crystalline silicon wafer and method for producing the same
JP2001064007A (ja) 1999-06-24 2001-03-13 Shin Etsu Chem Co Ltd Ｇａ添加多結晶シリコンおよびＧａ添加多結晶シリコンウエーハ並びにその製造方法
JP2001267610A (ja) 2000-03-17 2001-09-28 Hitachi Ltd 太陽電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI382544B (zh) * 2008-09-16 2013-01-11 Nexpower Technology Corp 太陽能光學模組

Also Published As

Publication number Publication date
KR100870526B1 (ko) 2008-11-26
US6830740B2 (en) 2004-12-14
JP2002057351A (ja) 2002-02-22
AU2001277718B2 (en) 2006-07-06
KR20030027026A (ko) 2003-04-03
WO2002015284A8 (fr) 2002-07-18
WO2002015284A1 (fr) 2002-02-21
EP1313150A4 (en) 2006-06-14
AU7771801A (en) 2002-02-25
EP1313150A1 (en) 2003-05-21
US20030177976A1 (en) 2003-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI295856B (zh)
AU779183B2 (en) CZ single crystal doped with Ga and wafer and method for production thereof
JP4723071B2 (ja) シリコン結晶及びシリコン結晶ウエーハ並びにその製造方法
KR100788988B1 (ko) 에피텍셜 웨이퍼용 실리콘 단결정 웨이퍼, 에피텍셜웨이퍼 및 이들의 제조방법 그리고 평가방법
Kraiem et al. High performance solar cells made from 100% UMG silicon obtained via the PHOTOSIL process
Zhang et al. Designing functional Σ13 grain boundaries at seed junctions for high-quality cast quasi-single crystalline silicon
WO2001016408A1 (fr) Plaquette de silicium epitaxiale
JP4607304B2 (ja) 太陽電池用シリコン単結晶及び太陽電池用シリコン単結晶ウエーハ並びにその製造方法
JP2007142370A (ja) 太陽電池用シリコン単結晶基板および太陽電池素子、並びにその製造方法
Taishi et al. Influence of crystalline defects in Czochralski-grown Si multicrystal on minority carrier lifetime
Srinivasa et al. Effect of ingot variability on performance of silicon heterojunction solar cells
JP4383639B2 (ja) Ｇａドープシリコン単結晶の製造方法およびＧａドープシリコン単結晶、並びにこれから作製されたシリコン単結晶太陽電池
JP4607307B2 (ja) 太陽電池用シリコン単結晶及び太陽電池用シリコン単結晶ウエーハ並びにその製造方法
CN111733455B (zh) 共含锗和氮杂质的单晶硅片、其制备方法以及包含所述硅片的集成电路
US20220325438A1 (en) Wafer with regions of low oxygen concentration
Kim et al. Fast pulling of n-type Si ingots for enhanced si solar cell production
JP4002721B2 (ja) Ｇａドープ太陽電池用シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法
TW576876B (en) Silicon wafer and method for producing the same
US20190006190A1 (en) Fz silicon and method to prepare fz silicon
Nakamura et al. Dependence of Properties for Silicon Heterojunction Solar Cells on Wafer Position in Ingot
JP2005129602A (ja) 太陽電池セルの製造方法及び太陽電池セル
Nagaoka et al. Group-V doping impact on Cd-rich CdTe single crystals grown by traveling-heater method
Saito et al. Characterization of polycrystalline Si silicon sheet grown by die casting combined with the Bridgman technique

Legal Events

Date Code Title Description
MK4A Expiration of patent term of an invention patent