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JP2016503964A - Indium-doped silicon wafer and solar cell using the same - Google Patents

Indium-doped silicon wafer and solar cell using the same Download PDF

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JP2016503964A JP2015550811A JP2015550811A JP2016503964A JP 2016503964 A JP2016503964 A JP 2016503964A JP 2015550811 A JP2015550811 A JP 2015550811A JP 2015550811 A JP2015550811 A JP 2015550811A JP 2016503964 A JP2016503964 A JP 2016503964A
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Abstract

チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルが提供される。太陽電池セルは、高効率および小さい光誘起劣化により特徴付けられる。Solar cells made from an indium-doped single crystal silicon wafer sliced from an ingot grown by the Czochralski method are provided. Solar cells are characterized by high efficiency and small light-induced degradation.

Description

[関連出願の相互参照]
この出願は、2012年12月31日に出願されたイタリア国特許出願第TO2012A001175号、2013年3月11日に出願された国際特許出願第PCT/EP2013/054878号、2013年3月11日に出願された国際特許出願第PCT/EP2013/054875号、および2013年6月24日に出願された米国特許出願第61/838660号に対して優先権を主張し、それらの開示はそれら全体の参照により本明細書に組み入れられる。
[Cross-reference of related applications]
This application includes Italian Patent Application No. TO2012A001175 filed on December 31, 2012, International Patent Application No. PCT / EP2013 / 054878 filed on March 11, 2013, and March 11, 2013. Claims priority to filed International Patent Application No. PCT / EP2013 / 054875 and US Patent Application No. 61/886060 filed June 24, 2013, the disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety Is incorporated herein by reference.

本分野は概して単結晶シリコンウェハ上に作製された太陽電池セルの製造に関し、より具体的にはチョクラルスキー成長単結晶シリコンインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハ上に作製された太陽電池セルに関する。   The field relates generally to the manufacture of solar cells fabricated on single crystal silicon wafers, and more specifically solar cells fabricated on indium doped single crystal silicon wafers sliced from Czochralski grown single crystal silicon ingots. Regarding cells.

半導体の電子部品の作製のための大抵のプロセスにおける出発原料である単結晶シリコンは、一般的にいわゆるチョクラルスキー(「Cz」)法により準備される。この方法では、多結晶シリコン(「ポリシリコン」)を坩堝に装填して溶融し、種結晶を溶融シリコンと接触させ、その後ゆっくり引き上げることにより単結晶を成長させる。ネックの形成が完了した後、例えば、所望のまたは目標の直径に達するまで引き上げ速度および/または溶融温度を低下させることにより結晶の直径を拡大させる。その後、減少する融液レベルを補償しながら引き上げ速度および溶融温度を制御することにより、ほぼ一定の直径を有する結晶の円柱状本体を成長させる。成長プロセスの終了間近、坩堝の溶融シリコンが無くなる前に、一般的には結晶径を徐々に縮小させてエンドコーンの末端を形成する。エンドコーンは通常、結晶引き上げ速度および坩堝に供給される熱を増加することにより形成する。直径が十分に小さくしなってから、結晶を融液から分離する。   Single crystal silicon, which is the starting material in most processes for the production of semiconductor electronic components, is generally prepared by the so-called Czochralski ("Cz") method. In this method, polycrystalline silicon (“polysilicon”) is loaded into a crucible and melted, the seed crystal is brought into contact with the molten silicon, and then slowly pulled to grow a single crystal. After the formation of the neck is complete, the crystal diameter is increased, for example, by lowering the pulling rate and / or melting temperature until the desired or target diameter is reached. Thereafter, a columnar body of crystals having a substantially constant diameter is grown by controlling the pulling speed and melting temperature while compensating for the decreasing melt level. Near the end of the growth process, before the molten silicon in the crucible disappears, the end of the end cone is generally formed by gradually reducing the crystal diameter. End cones are typically formed by increasing the crystal pull rate and the heat supplied to the crucible. After the diameter is sufficiently small, the crystals are separated from the melt.

太陽電池セルは、チョクラルスキー法により生産された単結晶シリコン基材から作製され得る。チョクラルスキー成長単結晶シリコン基材は、標準的な、すなわちバッチ(batch)チョクラルスキー法または連続チョクラルスキー法のいずれかにより成長させられ得る。太陽電池セル用途に受け入れ可能な抵抗率を達成するために、成長結晶は主にホウ素でドープされる。拡散接合スクリーン印刷太陽電池セルにおいて、ホウ素ドープシリコンウェハの使用は業界基準(または、業界標準、工業規格、industry standard)である。   Solar cells can be made from single crystal silicon substrates produced by the Czochralski method. Czochralski-grown single crystal silicon substrates can be grown by either standard, ie, batch Czochralski or continuous Czochralski methods. In order to achieve an acceptable resistivity for solar cell applications, the growth crystal is mainly doped with boron. In diffusion bonded screen printed solar cells, the use of boron doped silicon wafers is industry standard (or industry standard, industry standard).

ホウ素ドープシリコンウェハの使用は問題が無いわけではない。例えば、チョクラルスキー成長結晶の酸素不純物(一般的に坩堝に起因する)は、材料中で錯体を形成するホウ素ドーパントと相互作用する場合があることが知られている。これらの酸素錯体は、基材または完成品の太陽電池セルが光に暴露されると活性化され、少数キャリア寿命を劣化させ、それ故に完成品の太陽電池セルの効率を劣化させる。この現象は光誘起劣化(LID)と呼ばれ、ホウ素ドープ単結晶シリコンウェハ上に作製された太陽電池セルについての主な損失機構である。   The use of boron doped silicon wafers is not without problems. For example, it is known that oxygen impurities in Czochralski-grown crystals (generally due to crucibles) may interact with boron dopants that form complexes in the material. These oxygen complexes are activated when the substrate or the finished solar cell is exposed to light, which degrades the minority carrier lifetime and hence the efficiency of the finished solar cell. This phenomenon is called light induced degradation (LID) and is the main loss mechanism for solar cells fabricated on boron doped single crystal silicon wafers.

LIDの影響を最小限に抑えるために、製造業者は最適な抵抗率よりわずかに高い抵抗率を目標として各ウェハ中のホウ素ドーパント原子の量を減らす。それ故に、LIDと最適なベース抵抗との間にはトレードオフがある。その結果として、太陽電池セルの最大効率を実現することができない。   In order to minimize the effects of LID, manufacturers reduce the amount of boron dopant atoms in each wafer, targeting a resistivity slightly higher than the optimum resistivity. Therefore, there is a trade-off between LID and optimal base resistance. As a result, the maximum efficiency of the solar battery cell cannot be realized.

簡潔に言うと、それ故に、1つの態様は、チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハを含み、絶対的エアマス(または、絶対エアマス、アブソルートエアマス、absolute air mass)1.5の下でのインジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度(または、太陽分光放射照度、太陽光スペクトルの照射、solar spectral irradiance)の変換効率が少なくとも17%である太陽電池セルに関する。   Briefly, therefore, one embodiment includes an indium-doped single crystal silicon wafer sliced from an ingot grown by the Czochralski method, and includes absolute air mass (or absolute air mass, absolute air mass). ) Conversion efficiency of solar spectral irradiance (or solar spectral irradiance, solar spectral illumination, solar spectral irradiance) on the surface of an indium-doped single crystal silicon wafer under 1.5 is at least 17% The present invention relates to a solar battery cell.

他の態様は、チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハを含み、ウェハが約10Ω(オーム)・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有し、45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、相対効率が約1%以下劣化する太陽電池セルに関する。   Another embodiment includes an indium-doped single crystal silicon wafer sliced from an ingot grown by the Czochralski method, the wafer having an average bulk resistivity of less than about 10 Ω · cm and above 45 ° C. The present invention relates to a solar cell whose relative efficiency deteriorates by about 1% or less after being exposed to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a low temperature for 1 to 300 hours.

さらに他の態様は、チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハを含み、ウェハが約10Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有し、45℃より低い温度で太陽光に4時間暴露した後、相対効率が約1%以下劣化する太陽電池セルに関する。   Yet another embodiment includes an indium doped single crystal silicon wafer sliced from an ingot grown by the Czochralski method, where the wafer has an average bulk resistivity of less than about 10 Ω · cm and a temperature of less than 45 ° C. The solar battery cell has a relative efficiency of about 1% or less after being exposed to sunlight for 4 hours.

さらに他の態様は、中心軸と、中心軸に対して略垂直である前面および後面と、前面と後面との間にあり且つそれらに平行な中心面と、周縁端と、中心軸から周縁端に伸びる半径Rとを有し、少なくとも約1×1015原子/cmの平均インジウム濃度を含み、インジウム濃度が少なくとも0.75Rに亘って、約15%以下の半径方向の相対変化を有する単結晶シリコンセグメントに関する。 Still another aspect includes a central axis, a front surface and a rear surface that are substantially perpendicular to the central axis, a central surface that is between and parallel to the front surface and the rear surface, a peripheral edge, and a peripheral edge from the central axis. A radius R extending in the direction of at least about 1 × 10 15 atoms / cm 3 and having a relative change in radial direction of about 15% or less over an indium concentration of at least 0.75R. It relates to crystalline silicon segments.

他の態様は、約100μmと約1000μmとの間の厚さと、約50mmと約300mmとの間の2つの主要寸法とを有し、少なくとも約1×1015原子/cmの平均インジウム濃度を含み、インジウム濃度が2つの主要寸法のいずれか一方の長さの少なくとも75%に亘って、約15%以下の変化を有する単結晶シリコンウェハに関する。 Another embodiment has a thickness between about 100 μm and about 1000 μm and two major dimensions between about 50 mm and about 300 mm, and has an average indium concentration of at least about 1 × 10 15 atoms / cm 3. And a single crystal silicon wafer having an indium concentration having a variation of about 15% or less over at least 75% of the length of either of the two major dimensions.

さらに他の態様は、内圧を有するチャンバとチャンバ内に配置された坩堝とを含む単結晶インゴット成長装置を準備する工程と、シリコン融液を坩堝中に準備する工程と、シリコン融液の表面を流れ且つ流量を有する不活性ガスをシリコン融液の上のガス入口からチャンバの中に導入する工程と、インジウムを含む揮発性ドーパントをシリコン融液の中に導入する工程と、インジウムドーパント濃度を有するインジウムドープ単結晶シリコンインゴットを成長させる工程と、不活性ガスの流量とチャンバの内圧との比率を調整することによりインゴット中のインジウムドーパント濃度を制御する工程とを含む単結晶シリコンインゴットを成長させる方法に関する。   Still another aspect includes a step of preparing a single crystal ingot growth apparatus including a chamber having an internal pressure and a crucible disposed in the chamber, a step of preparing a silicon melt in the crucible, and a surface of the silicon melt. Introducing an inert gas having a flow and flow rate into the chamber from a gas inlet over the silicon melt, introducing a volatile dopant containing indium into the silicon melt, and having an indium dopant concentration. A method of growing a single crystal silicon ingot, comprising: growing an indium doped single crystal silicon ingot; and controlling an indium dopant concentration in the ingot by adjusting a ratio between a flow rate of an inert gas and an internal pressure of the chamber. About.

さらに他の態様は、中心軸と、周縁端と、中心軸から周縁端に伸びる半径と、質量とを有し、少なくとも約5×1014原子/cmの平均インジウム濃度と、20cmを超える軸長に亘って、約5×1014原子/cmより低いインジウム濃度の軸方向の変化とを含み、半径が約75mmより大きい単結晶シリコンインゴットに関する。 Yet another embodiment has a central axis, a peripheral edge, a radius extending from the central axis to the peripheral edge, and a mass, an average indium concentration of at least about 5 × 10 14 atoms / cm 3 , and an axis exceeding 20 cm. Relates to a single crystal silicon ingot having a radius greater than about 75 mm, including an axial change in indium concentration of less than about 5 × 10 14 atoms / cm 3 over length.

他の態様は、内圧を有するチャンバとチャンバ内に配置された坩堝と液体ドーピング装置とを含む単結晶インゴット成長装置を準備する工程と、シリコン融液を坩堝中に準備する工程と、シリコン融液の表面を流れ且つ流量を有する不活性ガスをシリコン融液の上のガス入口からチャンバの中に導入する工程と、インジウムを含む揮発性ドーパントを液体としてシリコン融液の中に導入する工程と、インジウムドーパント濃度を有するインジウムドープ単結晶シリコンインゴットを成長させる工程と、不活性ガスの流量とチャンバの内圧との比率を調整することによりインゴット中のインジウムドーパント濃度を制御する工程とを含む単結晶シリコンインゴットを成長させる方法に関する。   Another aspect includes a step of preparing a single crystal ingot growth apparatus including a chamber having an internal pressure, a crucible disposed in the chamber, and a liquid doping apparatus, a step of preparing a silicon melt in the crucible, and a silicon melt Introducing an inert gas having a flow rate over the surface of the silicon into the chamber from a gas inlet above the silicon melt, and introducing a volatile dopant containing indium into the silicon melt as a liquid; Single crystal silicon comprising growing an indium doped single crystal silicon ingot having an indium dopant concentration and controlling the indium dopant concentration in the ingot by adjusting a ratio between a flow rate of an inert gas and an internal pressure of the chamber It relates to a method for growing an ingot.

図1は、結晶成長チャンバの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a crystal growth chamber. 図2は、結晶成長チャンバに用いる液体ドーピングシステムの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a liquid doping system used in a crystal growth chamber. 図3は、図2に示されるドーピングシステムの供給管の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a supply pipe of the doping system shown in FIG. 図4は、融液の表面に向かって下げられている図2のドーピングシステムの断面図である。4 is a cross-sectional view of the doping system of FIG. 2 being lowered toward the surface of the melt. 図5は、融液の表面近傍に位置付けられた図2のドーピングシステムの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the doping system of FIG. 2 positioned near the surface of the melt. 図6は、本明細書に開示の方法により成長させた単結晶シリコンインゴットの描写である。FIG. 6 is a depiction of a single crystal silicon ingot grown by the method disclosed herein. 図7は、ある実施形態の単結晶シリコンウェハの描写である。FIG. 7 is a depiction of an embodiment of a single crystal silicon wafer. 図8A、8Bおよび8Cは、インジウムドープ単結晶シリコンウェハ上に作製した太陽電池セルおよびホウ素ドープ単結晶シリコンウェハ上に作製した太陽電池セルの太陽光スペクトル全域の光の吸収を示すグラフである。8A, 8B and 8C are graphs showing light absorption over the entire solar spectrum of solar cells fabricated on indium doped single crystal silicon wafers and solar cells fabricated on boron doped single crystal silicon wafers. 図9は、高寿命のホウ素ドープウェハにおけるライトソーキング前後両方の少数キャリア寿命を示すグラフである(P01GJ−A4)。少数キャリア寿命のデータは実施例12に記載の方法により得た。FIG. 9 is a graph showing minority carrier lifetimes both before and after light soaking in a long-life boron-doped wafer (P01GJ-A4). Minority carrier lifetime data was obtained by the method described in Example 12. 図10は、平均的な寿命のホウ素ドープウェハにおけるライトソーキング前後両方の少数キャリア寿命を示すグラフである(P00PC−C2)。少数キャリア寿命のデータは実施例12に記載の方法により得た。FIG. 10 is a graph showing minority carrier lifetimes both before and after light soaking in a boron doped wafer with an average lifetime (P00PC-C2). Minority carrier lifetime data was obtained by the method described in Example 12. 図11は、ライトソーキング前後の少数キャリア寿命を示すグラフである(210T0N)。少数キャリア寿命のデータは実施例12に記載の方法により得た。FIG. 11 is a graph showing the minority carrier lifetime before and after light soaking (210T0N). Minority carrier lifetime data was obtained by the method described in Example 12. 図12は、屋外でのライトソーキング後のホウ素系およびインジウム系の太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの規格化された太陽電池セル効率および太陽電池モジュール効率を示す箱ひげ図である。これらのデータは実施例13に記載の方法により得た。FIG. 12 is a box plot showing the normalized solar cell efficiency and solar cell module efficiency of boron-based and indium-based solar cells and solar cell modules after light soaking outdoors. These data were obtained by the method described in Example 13. 図13は、屋外でのライトソーキング後のホウ素系およびインジウム系の太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの規格化された開放電圧を示す箱ひげ図である。これらのデータは実施例13に記載の方法により得た。FIG. 13 is a box-and-whisker plot showing normalized open-circuit voltages of boron-based and indium-based solar cells and solar cell modules after light soaking outdoors. These data were obtained by the method described in Example 13. 図14は、屋外でのライトソーキング後のホウ素系およびインジウム系の太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの規格化された短絡電流を示す箱ひげ図である。これらのデータは実施例13に記載の方法により得た。FIG. 14 is a box-and-whisker diagram showing normalized short-circuit currents of boron-based and indium-based solar cells and solar cell modules after light soaking outdoors. These data were obtained by the method described in Example 13. 図15は、屋外でのライトソーキング後のホウ素系およびインジウム系の太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの規格化された曲線因子を示す箱ひげ図である。これらのデータは実施例13に記載の方法により得た。FIG. 15 is a box-and-whisker diagram showing normalized curve factors of boron-based and indium-based solar cells and solar cell modules after light soaking outdoors. These data were obtained by the method described in Example 13. 図16は、屋外でのライトソーキング後のホウ素系およびインジウム系の太陽電池セルの%相対的LIDを示す箱ひげ図である。これらのデータは実施例13に記載の方法により得た。FIG. 16 is a box-and-whisker diagram showing% relative LID of boron-based and indium-based solar cells after light soaking outdoors. These data were obtained by the method described in Example 13. 図17は、屋外でのライトソーキング後におけるホウ素系およびインジウム系の太陽電池セルの太陽電池セル絶対効率(または、絶対的太陽電池セル効率、absolute solar cell efficiency)の損失を示す箱ひげ図である。これらのデータは実施例13に記載の方法により得た。FIG. 17 is a box-and-whisker diagram showing the loss of solar cell absolute efficiency (or absolute solar cell efficiency) of boron-based and indium-based solar cells after outdoor light soaking. . These data were obtained by the method described in Example 13.

本明細書に開示のインジウムドープ単結晶シリコンセグメント、例えばウェハは、チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされる。インジウムドープ単結晶シリコンセグメントは半導体および太陽電池セルの作製に有益である。従って、いくつかの実施形態において、本開示はさらに、チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハ上に作製された太陽電池セルに関する。本開示のインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、それらの表面における太陽光の分光放射照度(例えば太陽光)の高い変換効率により特徴付けられる。本開示のインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、とりわけ、太陽光スペクトルの赤外領域の光の高い変換効率により特徴付けられる。従って、本開示のインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、絶対的エアマス1.5の下で測定した場合、少なくとも17%、少なくとも18%、少なくとも19%またはさらに少なくとも20%の太陽光の分光放射照度の変換効率が可能である。好都合なことに、本開示に係るインジウムドープ単結晶シリコンウェハの光誘起劣化は、実質的に従来のホウ素ドープの太陽電池セルのLIDより小さい。いくつかの実施形態において、太陽電池セルの相対効率は、光、例えば太陽光に暴露した後、約1%以下劣化する。絶対的光誘起劣化(absolute light induced degradation)は、0.5%より小さいこと、またいくつかのケースにおいては0.1%より小さいというように実質的には無いことが観察されている。その観点において、本開示のインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、太陽光電池セルの製造における使用に特に適する。   The indium-doped single crystal silicon segments disclosed herein, such as wafers, are sliced from ingots grown by the Czochralski method. Indium doped single crystal silicon segments are useful in the fabrication of semiconductor and solar cells. Accordingly, in some embodiments, the present disclosure further relates to solar cells fabricated on indium-doped single crystal silicon wafers sliced from ingots grown by the Czochralski method. The indium doped single crystal silicon wafers of the present disclosure are characterized by a high conversion efficiency of sunlight spectral irradiance (eg, sunlight) on their surface. The indium-doped single crystal silicon wafer of the present disclosure is characterized by, among other things, high conversion efficiency of light in the infrared region of the solar spectrum. Thus, indium doped single crystal silicon wafers of the present disclosure have a spectral irradiance of sunlight of at least 17%, at least 18%, at least 19% or even at least 20% when measured under absolute air mass 1.5. Conversion efficiency is possible. Advantageously, the light induced degradation of the indium doped single crystal silicon wafer according to the present disclosure is substantially less than the LID of conventional boron doped solar cells. In some embodiments, the relative efficiency of solar cells degrades by about 1% or less after exposure to light, eg, sunlight. It has been observed that absolute light induced degradation is substantially less than 0.5% and in some cases less than 0.1%. In that respect, the indium doped single crystal silicon wafer of the present disclosure is particularly suitable for use in the manufacture of photovoltaic cells.

いくつかの実施形態において、本開示は、チョクラルスキー成長インゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハに関する。好都合なことに、チョクラルスキー成長インゴットは、バッチCzプロセスまたは連続Czプロセスにより成長させてよい。チョクラルスキー法により成長させたシリコンインゴット中のドーパントとしてのインジウムの使用は、いくつかの課題を提示する。インジウムは高揮発性ドーパントであり、また他のドーパントと比較して極めて小さい偏析係数を有する。例えば、ホウ素の偏析係数0.8と比較して、インジウムの偏析係数は約4×10−4である。結果として、シリコン融液中のインジウムドーパント濃度は、単一のチョコラルスキーバッチ成長プロセスの間に、数桁変化し得る。成長させたインゴット中の軸方向(すなわち、インゴットの長さ方向に沿って)のドーパント濃度も、シリコン融液中のドーパント濃度が変化する結果として数桁変化し得る。インゴットから得られたウェハの抵抗率はインゴット内のウェハの位置に依存することになるため、そのような軸方向の変化は望ましくない。従って、本開示の方法により、バッチCzプロセスまたは連続Czプロセスのいずれかにおいて条件が制御され得て、単結晶シリコンインゴットの軸長に沿い且つ中心軸から縁部まで測定されたウェハの半径の長さに沿った均一なインジウムドーパントを確実にする。 In some embodiments, the present disclosure relates to an indium doped single crystal silicon wafer sliced from a Czochralski growth ingot. Conveniently, the Czochralski growth ingot may be grown by a batch Cz process or a continuous Cz process. The use of indium as a dopant in silicon ingots grown by the Czochralski method presents several challenges. Indium is a highly volatile dopant and has a very low segregation coefficient compared to other dopants. For example, the segregation coefficient of indium is about 4 × 10 −4 compared to the segregation coefficient of boron of 0.8. As a result, the indium dopant concentration in the silicon melt can vary by orders of magnitude during a single chocolate ski batch growth process. The axial dopant concentration in the grown ingot (ie, along the length of the ingot) can also change by orders of magnitude as a result of changing the dopant concentration in the silicon melt. Such axial variations are undesirable because the resistivity of the wafer obtained from the ingot will depend on the position of the wafer within the ingot. Thus, the disclosed method allows conditions to be controlled in either a batch Cz process or a continuous Cz process, with the length of the wafer radius measured along the axial length of the single crystal silicon ingot and from the central axis to the edge. Ensure uniform indium dopant along the length.

いくつかの実施形態において、単結晶シリコン基材は、単結晶シリコンインゴットのセグメント、すなわち単結晶シリコンインゴットからスライスされた部分を含む。いくつかの実施形態において、単結晶シリコン基材は単結晶シリコンウェハを含む。いくつかの実施形態において、シリコンウェハは、本明細書に記載のチョクラルスキー結晶成長法により成長させた単結晶インゴットからスライスした単結晶シリコンウェハからスライスされたウェハを含む。単結晶シリコンインゴットはチョクラルスキー結晶成長法により達成可能な公称直径を有する。一般的に、公称直径は、少なくとも約150mm、約200mmであってよく、または205mm、250mm、300mm若しくはさらに450mmのように約200mmより大きくてよい。インジウムドープ単結晶シリコンウェハは、半導体用途と関連している円形状を有するインゴットからスライスされてよく、または太陽電池セルの製造用に略正方形状を有するようにスライスされてよい。   In some embodiments, the single crystal silicon substrate includes segments of a single crystal silicon ingot, ie, a portion sliced from the single crystal silicon ingot. In some embodiments, the single crystal silicon substrate comprises a single crystal silicon wafer. In some embodiments, the silicon wafer comprises a wafer sliced from a single crystal silicon wafer sliced from a single crystal ingot grown by the Czochralski crystal growth method described herein. Single crystal silicon ingots have a nominal diameter achievable by the Czochralski crystal growth method. In general, the nominal diameter may be at least about 150 mm, about 200 mm, or greater than about 200 mm, such as 205 mm, 250 mm, 300 mm, or even 450 mm. Indium-doped single crystal silicon wafers may be sliced from ingots having a circular shape associated with semiconductor applications, or may be sliced to have a generally square shape for the production of solar cells.

いくつかの実施形態において、インジウムドープ単結晶シリコンウェハは、半導体用途向けに準備される。シリコンのスライシング技術、ラッピング技術、エッチング技術およびポリッシング技術を含む半導体製造用のウェハを準備するための標準的なプロセスと同様に、インゴット成長は、例えば、F.Shimuraの半導体シリコン結晶技術(Semiconductor Silicon Crystal Technology)(アカデミックプレス、1989年)、およびJ.Grabmaier(編)のシリコン化学エッチング(Silicon Chemical Etching)(シュプリンガーフェラーク、ニューヨーク、1982年)に開示されている(参照により本明細書に組み入れられる)。   In some embodiments, the indium doped single crystal silicon wafer is prepared for semiconductor applications. Similar to standard processes for preparing wafers for semiconductor manufacturing, including silicon slicing, lapping, etching and polishing techniques, ingot growth is described, for example, in F.C. Shimura's Semiconductor Silicon Crystal Technology (Academic Press, 1989); Grabmaier (eds.), Silicon Chemical Etching (Springer Ferrak, New York, 1982) (incorporated herein by reference).

いくつかの実施形態において、インジウムドープ単結晶シリコンウェハは、太陽電池セルの製造用に準備される。ウェハは略正方形状(図7参照)にスライスされてよい。略正方形(または、半正方形、semi−square)のセルは、円形のウェハから出発するが縁部が切断されて、多くのセルを長方形のモジュールの中により効率的に充填することができる。   In some embodiments, the indium doped single crystal silicon wafer is prepared for the production of solar cells. The wafer may be sliced into a substantially square shape (see FIG. 7). Substantially square (or semi-square) cells start from a circular wafer, but the edges are cut so that many cells can be filled more efficiently into rectangular modules.

チョクラルスキー法により準備されたインゴットは一般的に酸素不純物を含み、酸素不純物は周囲の雰囲気および坩堝の壁からシリコン融液に入り得る。結晶成長の間、溶融シリコンが坩堝を構成する石英をエッチングまたは溶解し、それにより酸素ドーピングを生じる。酸素は結晶全体に亘って分散し、また集まる場合があり、析出物または錯体を形成する。単結晶シリコンインゴットおよびそこからスライスされた単結晶シリコンウェハは、約30ppma(parts per million atomic、ASTM規格 F−121−83、またはSEMI規格 M44)以下の酸素濃度を含む場合があり、一般的に約11ppmaと約20ppmaとの間のように約20ppmaより小さい。   Ingots prepared by the Czochralski method generally contain oxygen impurities, which can enter the silicon melt from the surrounding atmosphere and crucible walls. During crystal growth, the molten silicon etches or dissolves the quartz that forms the crucible, thereby producing oxygen doping. Oxygen is dispersed throughout the crystal and may collect and form precipitates or complexes. Single crystal silicon ingots and single crystal silicon wafers sliced therefrom may contain an oxygen concentration of about 30 ppma (parts per million atomic, ASTM standard F-121-83, or SEMI standard M44), and generally Less than about 20 ppma, such as between about 11 ppma and about 20 ppma.

チョクラルスキー法により準備されたインゴットは不純物として炭素も含む場合がある。いくつかの実施形態において、単結晶シリコンインゴットおよびそこからスライスされた単結晶シリコンウェハは、約2ppma以下の濃度で炭素を含む場合がある。   Ingots prepared by the Czochralski method may also contain carbon as an impurity. In some embodiments, the single crystal silicon ingot and single crystal silicon wafer sliced therefrom may include carbon at a concentration of about 2 ppma or less.

いくつかの実施形態において、本開示は、図6に示されるインゴットのような、インジウムでドープされ、チョクラルスキー法により準備された単結晶シリコンインゴットに関する。よりさらなる実施形態において、本開示は、そのようなインゴットを成長させる方法に関する。よりさらなる実施形態において、本開示は、そのようなインジウムドープチョクラルスキー成長インゴットからスライスされたセグメントおよびウェハに関する。いくつかの実施形態において、インジウムドープ単結晶シリコン基材は、2つの主要な略平行な面(一方が基材の前面であり、他方が基材の後面である)と、前面および後面に接続する周縁端と、前面と後面との間の中心面と、中心軸から周縁端に伸びる半径Rとを含むセグメント、例えばウェハを含む。いくつかの実施形態において、単結晶シリコン基材は円形状を有する単結晶シリコンウェハを含む。ウェハの直径は一般的に、当該技術分野において知られているように、均一な直径を有するインゴットを達成するために研削されるインゴットの一部を除いたチョクラルスキー成長単結晶シリコンインゴットの直径に類似する。インゴットは一般的にウェハの直径より大きい直径に成長させ、インゴットの外側の周縁端を滑らかにするために一般的に研削が行われ、成長させたばかりのインゴットと比較して直径が減少し得る。ウェハの直径は、少なくとも約150mm、約200mmであってよく、または205mm、250mm、300mm若しくはさらに450mmのように約200mmより大きくてよく、いくつかの実施形態において約150mmと約450mmとの間であってよい。いくつかの実施形態において、単結晶シリコンウェハは、約120μmと約240μmとの間のように約100μmと約1000μmとの間の厚さを有する。特定の実施形態において、厚さは約180μmまたは約200μmであってよい。厚さは、以上に列挙した厚さより約20μm薄くまたは厚く変化してよい。   In some embodiments, the present disclosure relates to a single crystal silicon ingot doped with indium and prepared by the Czochralski method, such as the ingot shown in FIG. In yet a further embodiment, the present disclosure relates to a method of growing such an ingot. In still further embodiments, the present disclosure relates to segments and wafers sliced from such indium-doped Czochralski growth ingots. In some embodiments, the indium-doped single crystal silicon substrate is connected to two major generally parallel surfaces (one is the front surface of the substrate and the other is the back surface of the substrate) and the front and back surfaces. A segment including a peripheral edge, a central surface between the front surface and the rear surface, and a radius R extending from the central axis to the peripheral edge, such as a wafer. In some embodiments, the single crystal silicon substrate comprises a single crystal silicon wafer having a circular shape. The diameter of the wafer is typically the diameter of a Czochralski-grown single crystal silicon ingot excluding a portion of the ingot that is ground to achieve an ingot having a uniform diameter, as is known in the art. Similar to. The ingot is typically grown to a diameter that is larger than the diameter of the wafer, and grinding is generally performed to smooth the outer peripheral edge of the ingot, and the diameter can be reduced compared to the ingot that has just been grown. The wafer diameter may be at least about 150 mm, about 200 mm, or greater than about 200 mm, such as 205 mm, 250 mm, 300 mm, or even 450 mm, and in some embodiments between about 150 mm and about 450 mm. It may be. In some embodiments, the single crystal silicon wafer has a thickness between about 100 μm and about 1000 μm, such as between about 120 μm and about 240 μm. In certain embodiments, the thickness can be about 180 μm or about 200 μm. The thickness may vary about 20 μm thinner or thicker than the thicknesses listed above.

いくつかの実施形態において、中心軸と、中心軸に対して略垂直である前面および後面と、前面と後面との間にあり且つそれらに平行な中心面と、周縁端と、中心軸から周縁端に伸びる半径Rとを有するインジウムドープ単結晶シリコンインゴット(種結晶(または、種、seed)およびエンドコーンを取り除くために切断されている場合がある)またはそこからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンセグメント(例えば、ウェハ)は、少なくとも約5×1014原子/cm(約0.01ppma)または少なくとも約1×1015原子/cm(約0.02ppmaである)の平均インジウム濃度を含む。いくつかの実施形態において、平均インジウム濃度は、約1×1015原子/cm(約0.02ppma)と約1×1018原子/cm(約20ppma)との間である。いくつかの実施形態において、平均インジウム濃度は、約1×1015原子/cm(約0.02ppma)と約1×1017原子/cm(約2ppma)との間である。いくつかの実施形態において、平均インジウム濃度は、約1×1015原子/cm(約0.02ppma)と約1×1016原子/cm(約0.2ppma)との間である。 In some embodiments, a central axis, a front surface and a rear surface that are substantially perpendicular to the central axis, a central surface between and parallel to the front surface and the rear surface, a peripheral edge, and a peripheral edge from the central axis Indium doped single crystal silicon ingot (which may have been cut to remove seeds and seeds) and indium doped single crystal silicon sliced therefrom having a radius R extending to the ends The segment (eg, wafer) includes an average indium concentration of at least about 5 × 10 14 atoms / cm 3 (about 0.01 ppma) or at least about 1 × 10 15 atoms / cm 3 (about 0.02 ppma). In some embodiments, the average indium concentration is between about 1 × 10 15 atoms / cm 3 (about 0.02 ppma) and about 1 × 10 18 atoms / cm 3 (about 20 ppma). In some embodiments, the average indium concentration is between about 1 × 10 15 atoms / cm 3 (about 0.02 ppma) and about 1 × 10 17 atoms / cm 3 (about 2 ppma). In some embodiments, the average indium concentration is between about 1 × 10 15 atoms / cm 3 (about 0.02 ppma) and about 1 × 10 16 atoms / cm 3 (about 0.2 ppma).

本開示のチョクラルスキー成長法は、インジウム濃度の実質的な軸方向および半径方向の均一性があるインゴットおよびそこからスライスされたセグメントの準備を可能にする。従って、いくつかの実施形態において、インゴットまたはそこからスライスされたセグメントは、少なくとも0.75R(すなわち、インゴットまたはセグメントの半径の少なくとも75%)に亘って、約15%以下のインジウム濃度の半径方向の相対変化を有する。いくつかの実施形態において、インゴットまたはそこからスライスされたセグメントは、少なくとも0.75R(すなわち、インゴットまたはセグメントの半径の少なくとも75%)に亘って、約10%以下のインジウム濃度の半径方向の相対変化を有する。いくつかの実施形態において、インゴットまたはそこからスライスされたセグメントは、少なくとも0.95R(すなわち、インゴットまたはセグメントの半径の少なくとも95%)に亘って、約15%以下のインジウム濃度の半径方向の相対変化を有する。「半径方向の相対変化」は、ウェハの中心軸から周縁端にかけて測定した単結晶シリコンインゴットの半径の長さに沿って、ある距離に別々に位置付けられた2点の間のインジウム濃度の変化を測定し、その変化を単結晶シリコンウェハの中心軸に最も近い点で測定したインジウム濃度で割ることにより決定される。パーセンテージになるように、この計算値に100を乗じる。このパーセンテージが、本明細書の開示におけるインジウム濃度の「半径方向の相対変化」である。   The Czochralski growth method of the present disclosure allows for the preparation of ingots and segments sliced therefrom having substantial axial and radial uniformity of indium concentration. Thus, in some embodiments, the ingot or segment sliced therefrom has a radial indium concentration of about 15% or less over at least 0.75R (ie, at least 75% of the radius of the ingot or segment). Of relative change. In some embodiments, the ingot or segment sliced therefrom has a radial relative to an indium concentration of about 10% or less over at least 0.75R (ie, at least 75% of the radius of the ingot or segment). Have a change. In some embodiments, the ingot or segment sliced therefrom has a radial relative to an indium concentration of about 15% or less over at least 0.95R (ie, at least 95% of the radius of the ingot or segment). Have a change. “Radial relative change” refers to the change in indium concentration between two points located separately at a distance along the length of the radius of the single crystal silicon ingot measured from the central axis to the peripheral edge of the wafer. It is determined by measuring and dividing the change by the indium concentration measured at the point closest to the central axis of the single crystal silicon wafer. This calculated value is multiplied by 100 to be a percentage. This percentage is the “radial relative change” of the indium concentration in this disclosure.

太陽電池セル産業において、単結晶シリコンインゴットは一般的に、切断されて4つの平坦な縁部を有し、各縁部は実質的に同じ長さである。従って、太陽電池セルは略正方形状である単結晶シリコンウェハを含む。いくつかの実施形態において、単結晶シリコンウェハは略正方形状であり且つ丸い縁部を有する。太陽電池セルの業界基準の正方形状を有する単結晶シリコンウェハの描写である図7を参照されたい。正方形状の単結晶シリコンウェハは、半径Rを有する丸い縁部を含んでよく、Rは中心軸からチョクラルスキー成長単結晶シリコンインゴットの直径に基本的に等しい周縁端まで測定される。いくつかの実施形態において、単結晶シリコンウェハは、約120μmと約240μmとの間のような約100μmと約1000μmとの間の厚さを有する。特定の実施形態において、厚さは約180μmまたは約200μmであってよい。厚さは、以上に列挙した厚さより約20μm薄くまたは厚く変化してよい。インゴットの2つの主要寸法の長さ(すなわち、平面対平面)は、約100mmと約200mmとの間のような約50mmと約300mmとの間であってよい。いくつかの実施形態において、2つの主要寸法の平面対平面の寸法はそれぞれ約125mm(±0.5mm)であってよい。いくつかの実施形態において、2つの主要寸法の平面対平面の寸法はそれぞれ約156mm(±0.5mm)であってよい。丸い縁部は、約15.4mm±1.0mmのような約10mmと約20mmとの間の長さを有してよい。   In the solar cell industry, single crystal silicon ingots are typically cut and have four flat edges, each edge being substantially the same length. Accordingly, the solar battery cell includes a single crystal silicon wafer having a substantially square shape. In some embodiments, the single crystal silicon wafer is substantially square and has rounded edges. See FIG. 7, which is a depiction of a single crystal silicon wafer having an industry standard square shape of solar cells. A square-shaped single crystal silicon wafer may include a rounded edge having a radius R, where R is measured from the central axis to a peripheral edge essentially equal to the diameter of the Czochralski grown single crystal silicon ingot. In some embodiments, the single crystal silicon wafer has a thickness between about 100 μm and about 1000 μm, such as between about 120 μm and about 240 μm. In certain embodiments, the thickness can be about 180 μm or about 200 μm. The thickness may vary about 20 μm thinner or thicker than the thicknesses listed above. The length of the two major dimensions of the ingot (ie, plane-to-plane) may be between about 50 mm and about 300 mm, such as between about 100 mm and about 200 mm. In some embodiments, the two major dimension plane-to-plane dimensions may each be about 125 mm (± 0.5 mm). In some embodiments, the two major dimension plane-to-plane dimensions may each be about 156 mm (± 0.5 mm). The rounded edge may have a length between about 10 mm and about 20 mm, such as about 15.4 mm ± 1.0 mm.

上述のように、太陽電池セルの製造に用いるインジウムドープ単結晶シリコンインゴットは一般的に、図7に示されるように、インゴットからスライスされたウェハが曲線的なコーナーを有する略正方形状であるように、切断されて平坦な縁部を有する。本開示の正方形状のインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、少なくとも約5×1014原子/cm(約0.01ppma)または少なくとも約1×1015原子/cm(約0.02ppma)の平均インジウム濃度を含む。いくつかの実施形態において、平均インジウム濃度は、約1×1015原子/cm(約0.02ppma)と約1×1018原子/cm(約20ppma)との間である。いくつかの実施形態において、平均インジウム濃度は、約1×1015原子/cm(約0.02ppma)と約1×1017原子/cm(約2ppma)との間である。いくつかの実施形態において、平均インジウム濃度は、約1×1015原子/cm(約0.02ppma)と約1×1016原子/cm(約0.2ppma)との間である。正方形状のウェハは、2つの主要寸法のいずれか一方の長さの少なくとも75%に亘って、約15%以下のインジウム濃度の変化を有してよい。いくつかの実施形態において、ウェハのインジウム濃度は、2つの主要寸法両方の長さの少なくとも75%に亘って、約15%以下の変化を有する。よりさらなる実施形態において、インジウム濃度は、2つの主要寸法両方の長さの少なくとも75%に亘って、約10%以下の変化を有する。よりさらなる実施形態において、インジウム濃度は、2つの主要寸法両方の長さの少なくとも95%に亘って、約15%以下の変化を有する。 As described above, an indium-doped single crystal silicon ingot used for manufacturing a solar cell generally has a substantially square shape in which a wafer sliced from the ingot has curved corners as shown in FIG. To have a flat edge. Square indium doped single crystal silicon wafers of the present disclosure have an average indium of at least about 5 × 10 14 atoms / cm 3 (about 0.01 ppma) or at least about 1 × 10 15 atoms / cm 3 (about 0.02 ppma). Includes concentration. In some embodiments, the average indium concentration is between about 1 × 10 15 atoms / cm 3 (about 0.02 ppma) and about 1 × 10 18 atoms / cm 3 (about 20 ppma). In some embodiments, the average indium concentration is between about 1 × 10 15 atoms / cm 3 (about 0.02 ppma) and about 1 × 10 17 atoms / cm 3 (about 2 ppma). In some embodiments, the average indium concentration is between about 1 × 10 15 atoms / cm 3 (about 0.02 ppma) and about 1 × 10 16 atoms / cm 3 (about 0.2 ppma). A square wafer may have a change in indium concentration of about 15% or less over at least 75% of the length of either of the two major dimensions. In some embodiments, the indium concentration of the wafer has a variation of about 15% or less over at least 75% of the length of both two major dimensions. In an even further embodiment, the indium concentration has a change of about 10% or less over at least 75% of the length of both two major dimensions. In still further embodiments, the indium concentration has a change of about 15% or less over at least 95% of the length of both two major dimensions.

本明細書に記載のインジウムドーパントの濃度を有する単結晶シリコンウェハを含む本開示の太陽電池セルは、一般的に約10Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する。いくつかの実施形態において、平均のバルク抵抗率は約5Ω・cmより小さく、約4Ω・cmより小さく、約3Ω・cmより小さく、約1Ω・cmより小さく、またはさらに約0.5Ω・cmより小さい。   Solar cells of the present disclosure including single crystal silicon wafers having the concentration of indium dopant described herein generally have an average bulk resistivity of less than about 10 Ω · cm. In some embodiments, the average bulk resistivity is less than about 5 Ω · cm, less than about 4 Ω · cm, less than about 3 Ω · cm, less than about 1 Ω · cm, or even more than about 0.5 Ω · cm. small.

1つの実施形態のプロセスにより、インジウムドープ単結晶シリコンインゴットはチョクラルスキー法により成長させる。いくつかの実施形態において、インジウムドープ単結晶シリコンインゴットは、バッチチョクラルスキー法により成長させる。いくつかの実施形態において、インジウムドープ単結晶シリコンインゴットは、連続チョクラルスキー法により成長させる。   According to the process of one embodiment, the indium doped single crystal silicon ingot is grown by the Czochralski method. In some embodiments, the indium doped single crystal silicon ingot is grown by a batch Czochralski method. In some embodiments, the indium doped single crystal silicon ingot is grown by a continuous Czochralski method.

本開示に係るインジウムドープ単結晶シリコンインゴットは一般的にチョクラルスキー成長システムおよびボロンコフの理論(Voronkov theory)により成長させる。エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズに帰属する他の出願の中で、例えば、国際公開第WO1998/45508号;国際公開第WO1998/45509号;国際公開第WO1998/45510号;および国際公開第WO2000/022196号;を参照されたい。1つの実施形態において、チョクラルスキー成長チャンバは、坩堝と、インゴット成長の間のシリコン供給のためのシステムと、インゴット成長の間のインジウム供給のためのシステムとを含む。坩堝はシリコン結晶成長に用いる任意の既知のものであってよく、固体および液体のシリコン原料両方を含むことができる。例えば、坩堝は石英坩堝であってよく、または石英のインナーライナーを含むグラファイト坩堝であってよい。坩堝は、例えば結晶成長システムの幾何学的形状(geometry)に依存する任意の断面形状を有してもよいが、一般的には円形の断面形状を有する。坩堝は適当には、内側の成長区画および外側の供給区画を含み、これらの区画は相互に流体連通している。いくつかの実施形態において、坩堝は、壁、または坩堝を内側の区画と外側の区画とに分割する他の分離手段を含んでよい。壁は、単結晶シリコンインゴットの成長の間のシリコンおよび/またはインジウムの供給のための手段を含んでよい。   Indium doped single crystal silicon ingots according to the present disclosure are generally grown by the Czochralski growth system and Boronkov theory. Among other applications belonging to MMC Electronic Materials, for example, International Publication No. WO1998 / 45508; International Publication No. WO1998 / 45509; International Publication No. WO1998 / 45510; and International Publication No. WO2000 / 022196. No .; In one embodiment, the Czochralski growth chamber includes a crucible, a system for supplying silicon during ingot growth, and a system for supplying indium during ingot growth. The crucible may be any known one used for silicon crystal growth and can include both solid and liquid silicon raw materials. For example, the crucible may be a quartz crucible or a graphite crucible with a quartz inner liner. The crucible may have any cross-sectional shape that depends, for example, on the geometry of the crystal growth system, but generally has a circular cross-sectional shape. The crucible suitably includes an inner growth compartment and an outer feed compartment, which compartments are in fluid communication with each other. In some embodiments, the crucible may include a wall or other separation means that divides the crucible into an inner compartment and an outer compartment. The wall may include means for supplying silicon and / or indium during the growth of the single crystal silicon ingot.

いくつかの実施形態において、インジウムドープ単結晶シリコンインゴットは連続チョクラルスキー法により成長させてよい。初めの融液を形成するための、またはインゴット成長の間にシリコン融液を補充するためのシリコン源は、電子グレードシリコン、金属グレードシリコンまたはソーラーグレードシリコンを含む。シリコンは、粒状多結晶シリコンまたは多結晶チャンク(または、多結晶塊、polycrystalline chunk)として加えられてよい。インゴットを引き上げる際、シリコン融液を補充するために、シリコン供給システムは、シリコン融液が溶融シリコンで補充されるように、加えたシリコンを加熱するための手段を含んでよい。いくつかの実施形態において、シリコンは固体の形態または溶融した形態のいずれかで供給することができる。   In some embodiments, the indium doped single crystal silicon ingot may be grown by a continuous Czochralski method. Silicon sources for forming the initial melt or for replenishing the silicon melt during ingot growth include electronic grade silicon, metal grade silicon or solar grade silicon. Silicon may be added as granular polycrystalline silicon or polycrystalline chunks (or polycrystalline chunks). In order to replenish the silicon melt as the ingot is pulled up, the silicon supply system may include means for heating the added silicon so that the silicon melt is replenished with molten silicon. In some embodiments, the silicon can be provided in either a solid form or a molten form.

本開示の連続チョクラルスキー成長システムは、最初の融液のシリコンおよびインゴットを引き上げる際にシリコン融液を補充するためのシリコン両方で、坩堝にインジウムを供給するための手段をさらに含む。インジウムはシリコンの補充液とは別に供給されることができ、またはインジウムはシリコンの補充液中に供給されてよい。融液中のインジウムの相対的な濃度が比較的一定のままであることを確実にするため、さらに融液中のシリコンが成長する単結晶に凝固する際にシリコンの融液レベルが比較的一定のままであることを確実にするために、連続チョクラルスキー成長は、シリコンおよびインジウムを有するシリコン融液の連続的補充または断続的補充のいずれかが起こり得ることを含む。   The continuous Czochralski growth system of the present disclosure further includes means for supplying indium to the crucible both in the initial melt silicon and in the silicon for replenishing the silicon melt as the ingot is pulled up. Indium can be supplied separately from the silicon replenisher, or indium can be supplied in the silicon replenisher. In order to ensure that the relative concentration of indium in the melt remains relatively constant, the silicon melt level is also relatively constant when the silicon in the melt solidifies into a growing single crystal. In order to ensure that it remains, continuous Czochralski growth includes that either continuous replenishment or intermittent replenishment of the silicon melt with silicon and indium can occur.

いくつかの実施形態において、インジウムドープ単結晶シリコンインゴットを成長させる方法は、バッチチョクラルスキーを含む。バッチチョクラルスキー法において初めの融液を形成するためのシリコン原料は、電子グレードシリコン、金属グレードシリコンまたはソーラーグレードシリコンを含んでよい。シリコン原料は、例えば、粒状多結晶シリコンまたは多結晶チャンクであってよい。   In some embodiments, the method of growing an indium doped single crystal silicon ingot includes batch Czochralski. The silicon raw material for forming the initial melt in the batch Czochralski method may include electronic grade silicon, metal grade silicon or solar grade silicon. The silicon source can be, for example, granular polycrystalline silicon or polycrystalline chunks.

本明細書に記載のインジウムドープウェハおよび太陽電池セルを作製するのに適当なインジウムドープ単結晶シリコンインゴットを成長させる適当な方法を、図1〜5を参照して説明する。他の方法が本開示の範囲内で考えられる。   A suitable method for growing an indium doped single crystal silicon ingot suitable for making the indium doped wafers and solar cells described herein will be described with reference to FIGS. Other methods are contemplated within the scope of this disclosure.

本明細書に記載のインジウムドープインゴットを成長させるのに適当なチョクラルスキー成長チャンバが図1中の100に概略的に示される。成長チャンバ100は、炉108内に収容されたサセプタ106により囲われた、シリコンのような半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液104を保持するための坩堝102を含む。半導体グレード材料またはソーラーグレード材料は、断熱材112により囲われた発熱体110から供給される熱により溶融される。遮熱材または熱反射材114が融液の表面116の上に配置されてよく、成長チャンバ100内のより良好な熱分布を提供する。   A Czochralski growth chamber suitable for growing the indium doped ingots described herein is shown schematically at 100 in FIG. The growth chamber 100 includes a crucible 102 for holding a melt 104 of semiconductor or solar grade material, such as silicon, surrounded by a susceptor 106 housed in a furnace 108. The semiconductor grade material or the solar grade material is melted by the heat supplied from the heating element 110 surrounded by the heat insulating material 112. A heat shield or heat reflector 114 may be disposed over the melt surface 116 to provide better heat distribution within the growth chamber 100.

引き上げ機構(または、引き上げ装置、pulling mechanism)118が、融液104から出たインゴットを成長させるためおよび引き上げるために成長チャンバ内に備えられる。引き上げ機構は、引き上げケーブル120、引き上げケーブルの端部に配置された種ホルダーまたはチャック(または、シードチャック、chuck)122、および種ホルダーまたはチャック122に連結された結晶成長を開始するための種結晶124を含む。   A pulling mechanism (or pulling mechanism) 118 is provided in the growth chamber for growing and lifting the ingot exiting the melt 104. The pulling mechanism includes a pulling cable 120, a seed holder or chuck (or seed chuck) 122 disposed at an end of the pulling cable, and a seed crystal for starting crystal growth connected to the seed holder or chuck 122. 124.

成長チャンバ100は、不活性ガスを成長チャンバの中に導入するための1つ以上のガス入口126も含んでよい。ガス入口126は、成長チャンバ100に沿ってどこにでも配置されてよい。図1中のガス入口126は融液の表面116の上に配置される。ガス入口を通過して導入されたガスは、シリコン融液の表面および成長しているインゴットの表面を流れ、それにより不純物粒子が、単結晶が成長している界面に到達することを防ぐ。適当な不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、ネオン、それらの混合物および任意の他の適当な不活性ガスを含む。シリコン融液の表面の上の不活性ガスの流れは、シリコン融液からの化学種(species)、特にインジウムのような揮発性ドーパントの蒸発を増加させる傾向がある。遮熱材または熱反射材114により作られた通路のような、シリコン融液の上の狭い通路を通過して不活性ガスが流れる場合、この効果は増幅する。従って、ガス入口126は、流入する不活性ガスの流量を制御するための1つ以上の流量制御装置128(後述により詳しく記載)に取り付けられてよい。   The growth chamber 100 may also include one or more gas inlets 126 for introducing an inert gas into the growth chamber. The gas inlet 126 may be located anywhere along the growth chamber 100. The gas inlet 126 in FIG. 1 is located above the melt surface 116. The gas introduced through the gas inlet flows through the surface of the silicon melt and the surface of the growing ingot, thereby preventing the impurity particles from reaching the interface where the single crystal is growing. Suitable inert gases include argon, helium, nitrogen, neon, mixtures thereof and any other suitable inert gas. The inert gas flow over the surface of the silicon melt tends to increase the evaporation of species from the silicon melt, particularly volatile dopants such as indium. This effect is amplified when the inert gas flows through a narrow passage above the silicon melt, such as a passage made by a heat shield or heat reflector 114. Accordingly, the gas inlet 126 may be attached to one or more flow controllers 128 (described in more detail below) for controlling the flow rate of the incoming inert gas.

成長チャンバは、不活性ガスおよび融液から蒸発した化学種並びに成長チャンバからの不純物粒子のような流体を取り除くための1つ以上の排気口130も含んでよい。排気口130は、成長チャンバ100の内側のチャンバ圧力を調整するための1つ以上の圧力調整装置132(後述により詳しく記載する)に取り付けられてよい。排気口は、成長チャンバ100の内側のチャンバ圧力を調整する圧力調整装置132とは独立にまたは併せて運転されてよいポンプ134(後述により詳しく記載)に取り付けられてもよい。   The growth chamber may also include one or more exhausts 130 for removing fluids such as chemical species evaporated from the inert gas and melt and impurity particles from the growth chamber. The exhaust 130 may be attached to one or more pressure regulators 132 (described in more detail below) for regulating the chamber pressure inside the growth chamber 100. The exhaust may be attached to a pump 134 (described in more detail below) that may be operated independently or in conjunction with a pressure regulator 132 that regulates the chamber pressure inside the growth chamber 100.

バッチまたは連続チョクラルスキー法において、インジウムドーパントは固体または液体の状態で導入されて良い。好都合なことに、インジウムドーパントは、図2に示される液体ドーピングシステム200のような液体ドーピングシステムを用いて、液体の状態で導入されてよく、ドーピングおよび/または成長プロセスの間のインジウムドーパントの蒸発量を抑え、結果として得られるインジウムドープシリコンインゴット中のより予測可能なインジウムドーパント濃度を提供する。   In a batch or continuous Czochralski process, the indium dopant may be introduced in a solid or liquid state. Advantageously, the indium dopant may be introduced in a liquid state using a liquid doping system, such as the liquid doping system 200 shown in FIG. 2, and evaporation of the indium dopant during the doping and / or growth process. Reduce the amount and provide a more predictable indium dopant concentration in the resulting indium doped silicon ingot.

図2に示される液体ドーピングシステム200は、図1に示されるように、成長チャンバ100のような成長チャンバ内に配置されてよく、また本明細書に記載のドーピングプロセスの間、液体ドーピングシステム200を位置付けるために、図1に示される引き上げ機構118のような引き上げ機構に取り付けられたダミーシード(dummy seed)204からケーブルまたはワイヤー202により吊り下げられてよい。ダミーシード204は、単結晶インゴットを成長させるのに用いられる引き上げ機構118の種ホルダーまたはチャック122内に受容または連結される大きさおよび形状であってよい。図2に示される実施形態において、ケーブルまたはワイヤー202はモリブデンまたはタングステンから作られるが、他の材料がケーブルまたはワイヤー202に用いられてよい。ダミーシード204は、ステンレス鋼または液体ドーピングシステムの重量を支えるのに適当な任意の他の材料で作られてよい。ダミーシード204の形状および大きさが、単結晶インゴットを成長させるための引き上げ機構118に用いられる種結晶124の形状および大きさと同じまたは類似である場合には、液体ドーピングシステム200は、図1に示される成長チャンバ100のような成長チャンバに、ほとんど変更なく取り付けることができる。   The liquid doping system 200 shown in FIG. 2 may be placed in a growth chamber, such as the growth chamber 100, as shown in FIG. 1, and during the doping process described herein, the liquid doping system 200 is shown. May be suspended by a cable or wire 202 from a dummy seed 204 attached to a lifting mechanism such as the lifting mechanism 118 shown in FIG. The dummy seed 204 may be sized and shaped to be received or coupled within the seed holder or chuck 122 of the pulling mechanism 118 used to grow the single crystal ingot. In the embodiment shown in FIG. 2, the cable or wire 202 is made from molybdenum or tungsten, although other materials may be used for the cable or wire 202. The dummy seed 204 may be made of stainless steel or any other material suitable to support the weight of the liquid doping system. If the shape and size of the dummy seed 204 is the same as or similar to the shape and size of the seed crystal 124 used in the pulling mechanism 118 for growing a single crystal ingot, the liquid doping system 200 is shown in FIG. It can be attached to a growth chamber, such as the growth chamber 100 shown, with little modification.

液体ドーピングシステム200は、ドーパント208を保持するためのドーパント貯蔵装置206、およびドーパント貯蔵装置206の第1または上部の開口部210から伸びる細長い供給管300を含む。液体ドーピングシステム200は、高温用途に適当な任意の材料(例えば、耐火性セラミック、モリブデン、タングステンおよびグラファイト)で作られてよい。液体ドーピングシステム200からの不純物のリスクを最小限に抑えるため、石英が適当である。図2に示される実施形態において、液体ドーピングシステム200は単一構造(または、一体構造、単体構造、unitary construction)を有する。他の実施形態において、液体ドーピングシステム200は、別個の部品から組み立てられてよい。ドーパント貯蔵装置206は、略円柱状の本体214を規定する石英の側壁212と、本体214の断面積より小さい断面積を有する第1の開口部210を規定するテーパー状端部(または、テーパエンド、tapered end)216とを含む。テーパー状端部216は、ドーパント貯蔵装置206の最下点にドーパントを導くために円錐形状を有する。図2に示される実施形態において、テーパー状端部216の側壁212は直線的なテーパー状であるが、テーパー状端部216を規定する側壁212は、テーパー状端部216が椀型の形状を有するように内側に湾曲されてもよい。テーパー状端部216から遠位の本体214の端部は、本体214の周縁の周りに等間隔に開けられた1つ以上の穴218を含み、本明細書に記載のドーピングプロセスの間、液体ドーピングシステム200を位置付けるために、穴を通してケーブルまたはワイヤー202が挿入されて液体ドーピングシステム200を引き上げ機構118に固定する。図2に示される実施形態は4つの穴218を有するが、他の実施形態は異なる数の穴を有してよい。   The liquid doping system 200 includes a dopant storage device 206 for holding the dopant 208 and an elongated supply tube 300 extending from the first or top opening 210 of the dopant storage device 206. The liquid doping system 200 may be made of any material suitable for high temperature applications (eg, refractory ceramic, molybdenum, tungsten and graphite). Quartz is suitable to minimize the risk of impurities from the liquid doping system 200. In the embodiment shown in FIG. 2, the liquid doping system 200 has a single structure (or unitary structure, unitary structure). In other embodiments, the liquid doping system 200 may be assembled from separate parts. The dopant storage device 206 includes a quartz sidewall 212 defining a generally cylindrical body 214 and a tapered end (or tapered end) defining a first opening 210 having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the body 214. taped end) 216. The tapered end 216 has a conical shape to guide the dopant to the lowest point of the dopant storage device 206. In the embodiment shown in FIG. 2, the side wall 212 of the tapered end 216 is linearly tapered, but the side wall 212 defining the tapered end 216 has a tapered end 216 having a saddle shape. It may be curved inward to have. The end of the body 214 distal from the tapered end 216 includes one or more holes 218 spaced equidistantly around the periphery of the body 214 to allow liquid during the doping process described herein. To position the doping system 200, a cable or wire 202 is inserted through the hole to secure the liquid doping system 200 to the lifting mechanism 118. The embodiment shown in FIG. 2 has four holes 218, but other embodiments may have a different number of holes.

図3を参照すると、供給管300は、上部の開口部210からLの長さで伸びる側壁302と、上部の開口部210近傍に位置付けられた第1または上部の端部304と、上部の端部304から遠位の第2または下部の端部306とを含み、その中に形成される第2または下部の開口部308を有する。傾斜した先端部310が供給管300の下部の端部306に配置される。傾斜した先端部310は、傾斜が無い先端部に比べてより良好な、供給管の下部の端部306と融液の表面116との間の接触の可視的表示器を提供する。傾斜した先端部310はそれ故に、作業者(示されない)が融液104と液体ドーピングシステム200との間の接触を最小限に抑えるのに役立つ。   Referring to FIG. 3, the supply pipe 300 includes a side wall 302 extending L from the upper opening 210, a first or upper end 304 positioned near the upper opening 210, and an upper end. Including a second or lower end 306 distal from the portion 304 and having a second or lower opening 308 formed therein. An inclined tip 310 is disposed at the lower end 306 of the supply pipe 300. The beveled tip 310 provides a better visual indicator of contact between the lower end 306 of the supply tube and the melt surface 116 compared to the tip without the bevel. The angled tip 310 therefore helps an operator (not shown) to minimize contact between the melt 104 and the liquid doping system 200.

後述により詳しく記載するように、ドーピングプロセスの間、ドーピングシステムは、傾斜した先端部310が融液の表面116に接触するまで、融液の表面116に向かって下げられる。従って、ドーパント貯蔵装置206は、供給管300の長さLに略等しい距離で融液の表面116の上に位置付けられる。供給管300の長さLは、ドーピングの作業の間、ドーパント貯蔵装置が融液の表面116の上に、ドーパント貯蔵装置内の温度がドーパント208の融解温度のすぐ上であるような高さH(図5に示される)で位置付けられるように選択され、それによりドーパントの蒸発を最小限に抑える。   As described in more detail below, during the doping process, the doping system is lowered toward the melt surface 116 until the inclined tip 310 contacts the melt surface 116. Accordingly, the dopant storage device 206 is positioned on the melt surface 116 at a distance approximately equal to the length L of the supply tube 300. The length L of the supply tube 300 is such that during the doping operation, the height H is such that the dopant reservoir is above the melt surface 116 and the temperature in the dopant reservoir is just above the melting temperature of the dopant 208. (Shown in FIG. 5) is selected, thereby minimizing dopant evaporation.

供給管300は、供給管300の内側の側壁312により規定される内径dを有し、内径dは、液体ドーパントが供給管300を通過している際に、供給管300により囲まれた体積を液体ドーパントが実質的に占めるような大きさである。結果として、液体ドーパントの自由表面は最小化され、それにより液体ドーパントの蒸発を減らす。供給管300の内径dはまた、毛管現象が液体ドーパントの供給管300の通過を妨げないような大きさである。液体ドーパントに働く毛管力は、液体ドーパントの温度に反比例しているため、供給管300の内径dは、供給管300の下部の端部306に向かって内側に細くなってよい。   The supply pipe 300 has an inner diameter d defined by the inner side wall 312 of the supply pipe 300, and the inner diameter d is a volume surrounded by the supply pipe 300 when the liquid dopant passes through the supply pipe 300. The size is substantially occupied by the liquid dopant. As a result, the free surface of the liquid dopant is minimized, thereby reducing the evaporation of the liquid dopant. The inner diameter d of the supply tube 300 is also sized so that capillarity does not impede the passage of the liquid dopant through the supply tube 300. Since the capillary force acting on the liquid dopant is inversely proportional to the temperature of the liquid dopant, the inner diameter d of the supply pipe 300 may be narrowed inward toward the lower end 306 of the supply pipe 300.

供給管300は、供給管の側壁302の厚さおよび内径dの大きさに基づく外径Dも有する。図2に示される実施形態において、供給管300の外径Dは、上部の開口部210におけるテーパー状端部216の外径と同じである。   The supply pipe 300 also has an outer diameter D based on the thickness of the side wall 302 of the supply pipe and the size of the inner diameter d. In the embodiment shown in FIG. 2, the outer diameter D of the supply pipe 300 is the same as the outer diameter of the tapered end 216 in the upper opening 210.

供給管300の内側の側壁312は開口部210近傍で内側に伸び、供給管300を通過して固体ドーパント208が移動することを制限するように構成された第1の制限314を形成する。あるいは、第1の制限314はテーパー状端部216の内側の側壁316から形成されてよく、または第1の制限314は供給管300およびテーパー状端部216に広がってよい。第1の制限314は、供給管300を通過して固体ドーパントが移動することを妨げる大きさの直径を有する。図2および3に示される実施形態において、第1の制限は1mmの内径を有する。   The inner sidewall 312 of the supply tube 300 extends inward near the opening 210 and forms a first restriction 314 configured to restrict movement of the solid dopant 208 through the supply tube 300. Alternatively, the first restriction 314 may be formed from the inner sidewall 316 of the tapered end 216, or the first restriction 314 may extend to the supply tube 300 and the tapered end 216. The first restriction 314 has a diameter that prevents the solid dopant from moving through the supply tube 300. In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the first restriction has an inner diameter of 1 mm.

この実施形態の第2の制限318は、供給管300の下部の端部306近傍に形成され、供給管300を通過する液体ドーパントの流れを妨げ、速度を減らす。液体ドーパントの速度を減らすことにより、融液の表面116上での液体ドーパントの衝撃が低減され、それにより融液104の跳ねまたは飛び散りを減らす。さらに、供給管300の下部の端部306における液体ドーパントの流れを妨げると、融液104に導入される前に、液体ドーパントがさらに加熱される。従って、液体ドーパントは、融液104に導入される前に、融液104の温度に近い温度に加熱される。このことは、ドーパント208と融液104との間の熱衝撃を低減する。加えて、液体ドーパントの温度を上昇させることは液体ドーパントの速度を減らし、それにより、液体ドーパントが導入される際に、融液104の跳ねまたは飛び散りをさらに減らす。   The second restriction 318 of this embodiment is formed near the lower end 306 of the supply tube 300 to prevent the flow of liquid dopant through the supply tube 300 and reduce the velocity. By reducing the velocity of the liquid dopant, the impact of the liquid dopant on the surface 116 of the melt is reduced, thereby reducing the splashing or splashing of the melt 104. Further, obstructing the flow of the liquid dopant at the lower end 306 of the supply tube 300 further heats the liquid dopant before it is introduced into the melt 104. Accordingly, the liquid dopant is heated to a temperature close to that of the melt 104 before being introduced into the melt 104. This reduces the thermal shock between the dopant 208 and the melt 104. In addition, increasing the temperature of the liquid dopant reduces the speed of the liquid dopant, thereby further reducing splashing or splashing of the melt 104 as the liquid dopant is introduced.

第2の制限318はまた、供給管300に存在する液体ドーパントの流れの断面積を減らし、融液の表面116における液体ドーパントの得られる自由表面積を減らす。融液の表面116における液体ドーパントの自由表面積を減らすことにより、第2の制限318はさらに液体ドーパントの蒸発を減らす。   The second restriction 318 also reduces the cross-sectional area of the liquid dopant flow present in the supply tube 300 and reduces the resulting free surface area of the liquid dopant at the melt surface 116. By reducing the free surface area of the liquid dopant at the melt surface 116, the second restriction 318 further reduces the evaporation of the liquid dopant.

図3に示される実施形態において、第2の制限318は、供給管300の内側の側壁312が第2の制限318を形成する下部の開口部308近傍で内側に細くなるという点において、第1の制限314に類似する構成を有する。第2の制限318は供給管300の端部に向かって下方に伸び、供給管300の下部の開口部308を規定する。第2の制限318の直径は、供給管300の内径dより小さい大きさであり、供給管300の内側の側壁312から液体ドーパントに働く毛管力に液体ドーパントが打ち勝つことを可能にする程度に十分に大きい。図3に示される実施形態において、第2の制限の直径は2mmである。   In the embodiment shown in FIG. 3, the second restriction 318 is the first in that the inner sidewall 312 of the supply tube 300 narrows inward near the lower opening 308 that forms the second restriction 318. This has a configuration similar to the restriction 314. The second restriction 318 extends downward toward the end of the supply pipe 300 and defines an opening 308 at the bottom of the supply pipe 300. The diameter of the second restriction 318 is smaller than the inner diameter d of the supply tube 300 and is sufficient to allow the liquid dopant to overcome the capillary force acting on the liquid dopant from the inner side wall 312 of the supply tube 300. Big. In the embodiment shown in FIG. 3, the diameter of the second restriction is 2 mm.

図2、4および5を参照して、半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液の中に液体ドーパントを導入する液体ドーピングシステム200の使用方法を説明する。図2に示されるように、所定量のドーパント粒子208をドーパント貯蔵装置206の中に導入し、液体ドーピングシステム200を融液の表面116から離して位置付ける。テーパー状端部216は、ドーパント粒子208をドーパント貯蔵装置206の最も低い位置に向かって流す。第1の制限314は、固体ドーパント粒子208が供給管300を通過することを防ぐ。   With reference to FIGS. 2, 4 and 5, a method of using a liquid doping system 200 for introducing a liquid dopant into a melt of semiconductor grade material or solar grade material will be described. As shown in FIG. 2, a predetermined amount of dopant particles 208 is introduced into the dopant storage device 206 to position the liquid doping system 200 away from the surface 116 of the melt. The tapered end 216 causes the dopant particles 208 to flow toward the lowest position of the dopant storage device 206. The first restriction 314 prevents the solid dopant particles 208 from passing through the supply tube 300.

図4および5に示されるように、ドーパント208を融液104の中に導入するために、引き上げ機構118を介して液体ドーピングシステム200を融液の表面116近傍に下げる。供給管300の傾斜した先端部310が融液の表面116に接触するまで、液体ドーピングシステム200を下げる。融液の表面116と供給管300との間の接触のより良好な可視的表示器を提供することにより、供給管300の傾斜した先端部310は、融液の表面116近傍に液体ドーピングシステム200を位置付けることを容易にする。従って、液体ドーピングシステム200は、融液の表面116近傍に位置付けられ且つ融液104との接触(熱衝撃および変形、供給管周囲の溶融材料の凝固、並びに融液104から蒸発する一酸化ケイ素の供給管の内側の表面における堆積により、ドーピングシステムの緩やかな劣化を引き起こし得る)を最小限に抑えるように構成される。   As shown in FIGS. 4 and 5, in order to introduce the dopant 208 into the melt 104, the liquid doping system 200 is lowered to near the melt surface 116 via a pulling mechanism 118. The liquid doping system 200 is lowered until the inclined tip 310 of the supply tube 300 contacts the melt surface 116. By providing a better visual indicator of contact between the melt surface 116 and the supply tube 300, the slanted tip 310 of the supply tube 300 is positioned near the melt surface 116 in the liquid doping system 200. Makes it easy to position. Accordingly, the liquid doping system 200 is positioned near the surface 116 of the melt and is in contact with the melt 104 (thermal shock and deformation, solidification of the molten material around the supply tube, and silicon monoxide vaporized from the melt 104. The deposition on the inner surface of the feed tube is configured to minimize (which can cause gradual degradation of the doping system).

液体ドーピングシステム200を融液の表面116に向かって下げると、ドーパント貯蔵装置206の内部の温度が上昇し始める。液体ドーピングシステム200を融液の表面116近傍に位置付ける前のドーパント208が融解する可能性を低くするために、移動時間は、液体ドーピングシステム200を位置付けるための時間内で決定され得る。移動時間は、固体ドーパント粒子208を融解するのに必要な時間に基づいてよく、固体ドーパント粒子208の温度を融点まで上昇させるのに必要な時間、または

Figure 2016503964
により見積もることができ、式中、Tはドーパントの融解温度であり、Tはドーピングプロセスの開始時における固体ドーパント粒子208の温度(通常は室温)であり、cは固体ドーパント粒子208の比熱容量であり、mは固体ドーパント粒子208の全質量であり、cddは液体ドーピングシステム200の比熱容量であり、mddは液体ドーピングシステム200の質量であり、dE/dtは、融液104および成長チャンバ100の他の構成部品から固体ドーパント粒子208および液体ドーピングシステム200へのエネルギー移動の速度である。液体ドーピングシステム200を移動時間内に融液の表面116近傍に位置付けることは、液体ドーピングシステム200を融液の表面116から離して位置付けつつ、液体ドーパントが放出されることを防ぎ、それにより融液の表面116での液体ドーパントの激しい衝撃を防ぐ。供給管300の傾斜した先端部310は、融液の表面116と供給管300との間の接触のより良好な目で見える表示を提供するため、液体ドーピングシステム200を位置付けるのに必要な時間を減らす。従って、傾斜した先端部310は、作業者(示されない)が液体ドーピングシステム200を移動時間内に位置付けるのに役立つ。 As the liquid doping system 200 is lowered toward the melt surface 116, the temperature inside the dopant reservoir 206 begins to rise. In order to reduce the likelihood that the dopant 208 prior to positioning the liquid doping system 200 near the melt surface 116 will melt, the travel time may be determined within the time to position the liquid doping system 200. The travel time may be based on the time required to melt the solid dopant particles 208, the time required to raise the temperature of the solid dopant particles 208 to the melting point, or
Figure 2016503964
Can be estimated by, where, T m is the melting temperature of the dopant, T s is the temperature of the solid dopant particles 208 at the beginning of the doping process (usually room temperature), c d is the solid dopant particles 208 the specific heat capacity, m d is the total mass of the solid dopant particles 208, c dd is the specific heat capacity of a liquid doping system 200, m dd is the mass of a liquid doping system 200, dE / dt is melt The rate of energy transfer from the 104 and other components of the growth chamber 100 to the solid dopant particles 208 and the liquid doping system 200. Positioning the liquid doping system 200 in the vicinity of the melt surface 116 within the transit time prevents the liquid dopant from being released while positioning the liquid doping system 200 away from the melt surface 116, and thereby the melt. To prevent violent impact of the liquid dopant on the surface 116 of the substrate. The inclined tip 310 of the supply tube 300 provides the time required to position the liquid doping system 200 to provide a better visual indication of contact between the melt surface 116 and the supply tube 300. cut back. Thus, the inclined tip 310 helps an operator (not shown) to position the liquid doping system 200 within the travel time.

液体ドーピングシステム200を融液の表面116近傍に位置付けた後、ドーパント貯蔵装置206内部の温度は、ドーパント粒子208の融解温度に向かって上昇する。固体ドーパント粒子208が液化すると、結果として生じた液体ドーパント220は、第1の制限314および供給管300を通過して流れる。供給管300の直径dの大きさは、液体ドーパント220が供給管300を通過して流れる際に、液体ドーパント220の得られる自由表面を制限し、それにより液体ドーパント220の蒸発を最小限に抑える。   After positioning the liquid doping system 200 near the melt surface 116, the temperature inside the dopant storage device 206 increases toward the melting temperature of the dopant particles 208. As the solid dopant particles 208 liquefy, the resulting liquid dopant 220 flows through the first restriction 314 and the supply tube 300. The size of the diameter d of the supply tube 300 limits the resulting free surface of the liquid dopant 220 as the liquid dopant 220 flows through the supply tube 300, thereby minimizing the evaporation of the liquid dopant 220. .

供給管300を通過して流れる液体ドーパント220は、下部の開口部308を通過して供給管300から出て融液104に入る前に、供給管300の下部の端部306における第2の制限318により妨げられる。第2の絞り口318は、供給管300を通過する液体ドーパント220の流れを妨げ、またその速度を減少させ、それにより、融液の表面116での液体ドーパント220の衝撃、および融液104のいかなる跳ねまたは飛び散りをも低減する。さらに、供給管300の下部の端部306における液体ドーパントの流れを妨げることは、融液104に入る前に液体ドーパント220をさらに加熱する。結果として、融液に入る前に、液体ドーパント220の温度を融液104の温度に近い温度に加熱することができ、それにより液体ドーパント220と融液104との間の熱衝撃を低減する。加えて、液体ドーパント220の温度を上昇させることは、液体ドーパントの粘度を減少させ、それにより液体ドーパント220を融液104の中に導入する際、融液104の跳ねまたは飛び散りをさらに減らす。   The liquid dopant 220 flowing through the supply tube 300 passes through the lower opening 308 and exits the supply tube 300 and enters the melt 104 before a second restriction at the lower end 306 of the supply tube 300. Blocked by 318. The second throttle 318 impedes and reduces the velocity of the liquid dopant 220 through the supply pipe 300, thereby impacting the liquid dopant 220 at the melt surface 116 and the melt 104. Reduce any splashing or splashing. Further, hindering the flow of liquid dopant at the lower end 306 of the supply tube 300 further heats the liquid dopant 220 before entering the melt 104. As a result, the temperature of the liquid dopant 220 can be heated to a temperature close to that of the melt 104 before entering the melt, thereby reducing the thermal shock between the liquid dopant 220 and the melt 104. In addition, increasing the temperature of the liquid dopant 220 decreases the viscosity of the liquid dopant, thereby further reducing splashing or splashing of the melt 104 when the liquid dopant 220 is introduced into the melt 104.

0048
第2の制限318はまた、供給管300に存在する液体ドーパント流の断面積を減少させ、融液の表面116における液体ドーパント220の得られる自由表面の面積を減少させる。融液の表面116における液体ドーパント220の自由表面積を減少させることにより、第2の制限318は液体ドーパント220の蒸発を減少させる。
0048
The second restriction 318 also reduces the cross-sectional area of the liquid dopant flow present in the supply tube 300 and reduces the resulting free surface area of the liquid dopant 220 at the melt surface 116. By reducing the free surface area of the liquid dopant 220 at the melt surface 116, the second restriction 318 reduces evaporation of the liquid dopant 220.

一旦、ドーパント粒子208が液化し、および/または所定の時間が経過したら、液体ドーピングシステム200を引き上げ機構118により上昇させ、炉108から取り出す。その後にドーピングプロセスを繰り返してよく、または後の使用のために液体ドーピングシステム200を保管してよい。   Once the dopant particles 208 have liquefied and / or a predetermined time has elapsed, the liquid doping system 200 is raised by the pulling mechanism 118 and removed from the furnace 108. Thereafter, the doping process may be repeated, or the liquid doping system 200 may be stored for later use.

ドーパント208が、比較的低い融点(例えば1400℃より低い、またはさらに800℃より低い)を有する場合、上述のドーピングの方法は比較的短い時間で行うことができる。結果として、ドーパント貯蔵装置206の本体214の温度は、ドーピングプロセスの直後に、冷却工程の必要なしに、液体ドーピングシステム200を炉108から取り出すことができるように十分に低い。加えて、ダミーシード204を直ちにチャック122から取り除くことができ、単結晶インゴットを成長させるのに用いられる図1に示される種結晶124のような種結晶で置き換えることができる。   If the dopant 208 has a relatively low melting point (eg, below 1400 ° C., or even below 800 ° C.), the above doping method can be performed in a relatively short time. As a result, the temperature of the body 214 of the dopant storage device 206 is sufficiently low so that the liquid doping system 200 can be removed from the furnace 108 immediately after the doping process and without the need for a cooling step. In addition, the dummy seed 204 can be immediately removed from the chuck 122 and replaced with a seed crystal such as the seed crystal 124 shown in FIG. 1 used to grow a single crystal ingot.

例えば本明細書に記載の液体ドーピングシステムのような液体ドーピングシステムを用いて液体のインジウムを導入することは、ドーピングプロセスおよび/または成長プロセスの間のインジウムの蒸発を減らし、得られるインジウムドープシリコンインゴット中のより予測可能なインジウムドーパント濃度を提供する。   For example, introducing liquid indium using a liquid doping system, such as the liquid doping system described herein, reduces evaporation of indium during the doping and / or growth process and results in an indium doped silicon ingot. Provides a more predictable indium dopant concentration in it.

図1を参照すると、成長プロセスの間、不純物または融液により生成された蒸発した化学種を取り除き且つ成長インゴット中に不純物が包含されるリスクを減らすために、不活性ガスが、シリコン融液104の上に配置された1つ以上のガス入口126から成長チャンバの中に導入されてよい。不活性ガスは融液の表面116および成長するインゴット136の表面を流れ、それにより不純物粒子が、単結晶が成長している界面138に到達できることを防ぐ。適当な不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、ネオン、それらの混合物および任意の他の適当な不活性ガスを含む。   Referring to FIG. 1, during the growth process, an inert gas is added to the silicon melt 104 to remove evaporated species generated by the impurities or melt and reduce the risk of inclusion of impurities in the growth ingot. May be introduced into the growth chamber from one or more gas inlets 126 disposed above. The inert gas flows through the melt surface 116 and the surface of the growing ingot 136, thereby preventing impurity particles from reaching the interface 138 on which the single crystal is growing. Suitable inert gases include argon, helium, nitrogen, neon, mixtures thereof and any other suitable inert gas.

上述のように、インジウムは、ホウ素に比べて比較的高い偏析係数および高い蒸発速度を有する。シリコン融液の表面の不活性ガスの流れは、シリコン融液中のインジウムの蒸発速度を増加させる傾向があり、成長させたインゴット中の予測不可能なドーパント濃度を生じる場合がある。それ故に、成長させたインゴット中のインジウムドーパント濃度は、成長チャンバ内の他のパラメータに関連して、不活性ガスの流量を調整することにより制御され得る。とりわけ、成長させたインゴット中のインジウムドーパント濃度は、不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力とシリコン融液中のインジウムの有効蒸発速度(または、実効蒸発速度、effective evaporation rate)との間の関係に基づいて、不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との比率を調整することにより制御され得る。   As mentioned above, indium has a relatively high segregation coefficient and high evaporation rate compared to boron. The flow of inert gas on the surface of the silicon melt tends to increase the evaporation rate of indium in the silicon melt and may result in unpredictable dopant concentrations in the grown ingot. Therefore, the concentration of indium dopant in the grown ingot can be controlled by adjusting the flow rate of the inert gas in relation to other parameters in the growth chamber. In particular, the concentration of indium dopant in the grown ingot is a relationship between the flow rate of the inert gas and the inner chamber pressure and the effective evaporation rate of indium in the silicon melt (or effective evaporation rate). Can be controlled by adjusting the ratio between the flow rate of the inert gas and the inner chamber pressure.

具体的には、シリコン融液中のインジウムの有効蒸発速度と不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との間の関係は、

Figure 2016503964
のように表すことができる。式中、gはシリコン融液中のインジウムの有効蒸発速度であり、fは流入する不活性ガスの流量であり、pはチャンバの内圧であり、AおよびBはそれぞれ成長チャンバの構成に依存する係数である。従って、AおよびBが既知である場合、不活性ガスの流量とチャンバの内圧との比率は、シリコン融液中のインジウムの望ましい有効蒸発速度を得るように調整することができる。本明細書で用いられる場合、「流入する不活性ガスの流量」とは、本明細書に記載の1つ以上のガス入口を通過して成長チャンバに入る不活性ガスの全流量を意味し、体積流量、質量流量または流量測定の任意の他の適当な手段として測定される。 Specifically, the relationship between the effective evaporation rate of indium in the silicon melt, the flow rate of inert gas, and the inner chamber pressure is:
Figure 2016503964
It can be expressed as Where g * is the effective evaporation rate of indium in the silicon melt, f is the flow rate of the inert gas flowing in, p is the internal pressure of the chamber, and A and B depend on the growth chamber configuration, respectively. It is a coefficient to do. Thus, if A and B are known, the ratio of the inert gas flow rate to the chamber internal pressure can be adjusted to obtain the desired effective evaporation rate of indium in the silicon melt. As used herein, “inflowing inert gas flow rate” means the total flow rate of inert gas that passes through one or more gas inlets described herein and enters the growth chamber; It is measured as volume flow, mass flow or any other suitable means of flow measurement.

シリコン融液中のインジウムの有効蒸発速度は、インゴット成長プロセスの間の与えられた時間tにおけるシリコン融液中の望ましいインジウムドーパント濃度に基づいて選択され得る。シリコン融液中のインジウムドーパント濃度は、

Figure 2016503964
により、成長プロセスの間の経過時間と関連付けられ得る。式中、Cは成長プロセスの間の与えられた時間におけるシリコンインゴット中のインジウムドーパント濃度であり、Cl,0はシリコン融液中の初期のインジウムドーパント濃度であり、gはインジウムドーパントの有効蒸発速度であり、Hは融液の自由表面(すなわち、インゴットの断面の表面積より小さいシリコン融液の表面積)に対する融液の体積の比率である。シリコン融液中のインジウムの有効蒸発速度は、成長させたインゴット中の望ましいドーパント濃度プロファイルに基づいて選択されてもよい。例えば、固液界面における成長するインゴット中のドーパント濃度は、
Figure 2016503964
を用いて近似計算することができる。式中、Cは固液界面における凝固したインゴット中のインジウムドーパント濃度であり、kはシリコン中のインジウムの偏析係数(約4×10−4)である。シリコン融液中のインジウムの有効蒸発速度は、成長させたインゴット中の望ましい抵抗率プロファイルに基づいて選択されてもよい。例えば、インジウムドープシリコンの抵抗率は、DIN50444、SEMI MF723−0307に記載のアービンカーブのような業界基準を用いて、シリコン中のインジウムドーパント濃度と関連付けることができる。望ましい抵抗率プロファイルのために、対応するインジウムドーパント濃度プロファイルが決定されてよく、シリコン融液中の対応するインジウムドーパント濃度が決定さてよく、またシリコン融液中のインジウムの有効蒸発速度がそれに応じて選択されてよい。シリコン中のインジウムドーパント濃度を決定するためのアービンカーブの使用に加えて、またはその代替手段として、1つ以上の較正インゴット(または、較正用インゴット、キャリブレーションインゴット、calibration ingot)を作製して、インジウムドープシリコンの抵抗率とインジウムドープシリコンのインジウムドーパント濃度との間の経験的関係を決定するのに利用してよい。そのような実施形態において、インジウムドーパント濃度は、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS)または低温フーリエ変換赤外分光法(LT−FTIR)を用いて、抵抗率とは独立に測定されてよい。そのような測定技術は、シリコン中の比較的高いイオン化エネルギー(約160MeV)を有するインジウムの結果として、インジウムドープシリコン中のインジウムドーパント濃度についてより正確な値を提供し得る。独立に測定されたインジウムドーパント濃度は、上述のように、シリコン融液中のインジウムの有効蒸発速度を選択するために、測定された抵抗率の値と組み合わせて用いられてよい。 The effective evaporation rate of indium in the silicon melt can be selected based on the desired indium dopant concentration in the silicon melt at a given time t during the ingot growth process. The indium dopant concentration in the silicon melt is
Figure 2016503964
Can be associated with the elapsed time during the growth process. Where C l is the indium dopant concentration in the silicon ingot at a given time during the growth process, C l, 0 is the initial indium dopant concentration in the silicon melt, and g * is the indium dopant concentration. Effective evaporation rate, H is the ratio of the volume of the melt to the free surface of the melt (ie, the surface area of the silicon melt that is smaller than the surface area of the ingot cross section). The effective evaporation rate of indium in the silicon melt may be selected based on the desired dopant concentration profile in the grown ingot. For example, the dopant concentration in the growing ingot at the solid-liquid interface is
Figure 2016503964
Approximate calculation can be performed using Where C s is the concentration of indium dopant in the solidified ingot at the solid-liquid interface, and k is the segregation coefficient of indium in silicon (about 4 × 10 −4 ). The effective evaporation rate of indium in the silicon melt may be selected based on the desired resistivity profile in the grown ingot. For example, the resistivity of indium-doped silicon can be related to the concentration of indium dopant in silicon using industry standards such as the Irvine curve described in DIN 50444, SEMI MF723-0307. For a desired resistivity profile, a corresponding indium dopant concentration profile may be determined, a corresponding indium dopant concentration in the silicon melt may be determined, and an effective evaporation rate of indium in the silicon melt may be determined accordingly. May be selected. In addition to, or as an alternative to the use of an Irvine curve to determine the concentration of indium dopant in silicon, one or more calibration ingots (or calibration ingots, calibration ingots, calibration inots) are created, It may be used to determine an empirical relationship between the resistivity of indium doped silicon and the indium dopant concentration of indium doped silicon. In such embodiments, the indium dopant concentration may be measured independent of resistivity using, for example, secondary ion mass spectrometry (SIMS) or low temperature Fourier transform infrared spectroscopy (LT-FTIR). . Such a measurement technique can provide a more accurate value for the indium dopant concentration in indium-doped silicon as a result of indium having a relatively high ionization energy (about 160 MeV) in silicon. The independently measured indium dopant concentration may be used in combination with the measured resistivity value, as described above, to select the effective evaporation rate of indium in the silicon melt.

式2中の係数AおよびBは、成長させたインジウムドープシリコンインゴットから得られる測定に基づいて経験的に決定されてよい。例えば、係数AおよびBは、インジウムの有効蒸発速度とシリコン中のインジウムの有効偏析係数kとの間の関係を用いて決定されてよく、

Figure 2016503964
のように表される。式中、kはシリコン中のインジウムの偏析係数(約4×10−4)であり、Hは融液の自由表面に対する融液の体積の比率であり、vは結晶引き上げ装置の平均の引き上げ速度であり、δはシリコンの液体対固体の密度比である。シリコン中のインジウムの有効偏析係数kは、成長させたインジウムドープシリコンインゴットから切り出された断片から得られた測定から、
Figure 2016503964
を用いて計算されてよい。式中、Cは測定されるインゴット断片の種結晶端部におけるドーパント濃度であり(すなわち、インゴットの種結晶端部に最も近いインゴット断片の端部)、Cは測定されるインゴット断片の末端部におけるドーパント濃度であり(すなわち、インゴットの末端部に最も近いインゴット断片の端部)、mはインゴット断片の種結晶端部におけるシリコンインゴットの凝固率(solidified fraction)であり、mはインゴット断片の末端部におけるシリコンインゴットの凝固率である。式5を参照して用いられる場合、インゴットの縦軸に垂直なシリコンインゴットの所定の断面において、用語「凝固率」とは、インゴットの種結晶端部と参照する(または、基準、reference)断面との間のインゴットの質量を、インゴットを成長させるのに用いられる初期の装填量の全質量で割ったものを意味する。 The coefficients A and B in Equation 2 may be determined empirically based on measurements obtained from the grown indium doped silicon ingot. For example, coefficients A and B may be determined by using the relationship between the effective segregation coefficient k e indium effective evaporation rate and silicon indium,
Figure 2016503964
It is expressed as Where k is the segregation coefficient of indium in silicon (about 4 × 10 −4 ), H is the ratio of the volume of the melt to the free surface of the melt, and v is the average pulling speed of the crystal pulling apparatus. Δ is the density ratio of silicon liquid to solid. Effective segregation coefficient k e indium in silicon, the measurement obtained from the cut from indium-doped silicon ingot grown fragments,
Figure 2016503964
May be used to calculate. Where C a is the dopant concentration at the seed end of the ingot fragment being measured (ie, the end of the ingot fragment closest to the seed end of the ingot) and C z is the end of the ingot fragment being measured. a dopant concentration in the section (i.e., the end closest ingot fragments to the end of the ingot), m a is the solidification rate of the silicon ingot at the seed crystal end of the ingot fragments (solidified fraction), m z ingot It is the solidification rate of the silicon ingot at the end of the fragment. When used with reference to Equation 5, in a given cross section of a silicon ingot perpendicular to the longitudinal axis of the ingot, the term “solidification rate” refers to the seed end of the ingot (or reference) cross section. Divided by the total mass of the initial charge used to grow the ingot.

従って、本明細書に記載の不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との間の関係を用いて、インジウムドーパントの蒸発速度は、不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との比率を調整することにより制御され得る。その結果として、成長させたインジウムドープシリコンインゴット中のインジウムドーパント濃度も、不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との比率を調整することにより制御され得る。特定の実施形態において、不活性ガスの流量および内側のチャンバ圧力は、不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との比率が約0.05ノルマルリットル/(min・mbar)と約1.40ノルマルリットル/(min・mbar)との間、約0.10ノルマルリットル/(min・mbar)と約1.00ノルマルリットル/(min・mbar)との間、または約0.10ノルマルリットル/(min・mbar)と約0.80ノルマルリットル/(min・mbar)との間であるように調整されてよい。よりさらなる実施形態において、不活性ガスの流量は、約20ノルマルリットル/minと約200ノルマルリットル/minとの間、約30ノルマルリットル/minと約140ノルマルリットル/minとの間、または約30ノルマルリットル/minと約80ノルマルリットル/minとの間で変化してよい。よりさらなる実施形態において、成長チャンバの内圧は、約20mbarと約400mbarとの間、約30mbarと約200mbarとの間、または約30mbarと約100mbarとの間で変化してよい。本明細書で使用される場合、用語「ノルマルリットル」とは、273.15K且つ101.325kPaの基準(または、基準状態の、referenced)ガス1リットルを意味する。   Thus, using the relationship between the inert gas flow rate and the inner chamber pressure described herein, the evaporation rate of the indium dopant adjusts the ratio of the inert gas flow rate to the inner chamber pressure. Can be controlled. Consequently, the indium dopant concentration in the grown indium doped silicon ingot can also be controlled by adjusting the ratio of the inert gas flow rate to the inner chamber pressure. In certain embodiments, the flow rate of the inert gas and the inner chamber pressure is such that the ratio of the inert gas flow rate to the inner chamber pressure is about 0.05 normal liters / (min · mbar) to about 1.40 normal. Liter / (min · mbar), between about 0.10 normal liter / (min · mbar) and about 1.00 normal liter / (min · mbar), or about 0.10 normal liter / (min May be adjusted to be between mbar) and about 0.80 normal liters / (min · mbar). In still further embodiments, the flow rate of the inert gas is between about 20 normal liters / min and about 200 normal liters / min, between about 30 normal liters / min and about 140 normal liters / min, or about 30 It may vary between normal liters / min and about 80 normal liters / min. In still further embodiments, the internal pressure of the growth chamber may vary between about 20 mbar and about 400 mbar, between about 30 mbar and about 200 mbar, or between about 30 mbar and about 100 mbar. As used herein, the term “normal liters” refers to 1 liter of reference gas (referenced) at 273.15 K and 101.325 kPa.

不活性ガスと内側のチャンバ圧力との比率は、成長させたインゴット中の望ましいインジウムドーパント濃度を得る成長プロセスの前において、その間において、またはその前とその間両方において調整されてよい。不活性ガスの流量および/または内側のチャンバ圧力は、成長プロセスの間にもう一度、またはさらに成長プロセスの間に連続的に調整されてよい。不活性ガスの流量および/または内側のチャンバ圧力は、チョクラルスキー成長プロセスのリアルタイム測定に基づいて、または成長プロセスの開始に続く1回以上の所定の時間に調整されてよい。不活性ガスの流量または内側のチャンバ圧力が調整される所定の時間は、成長プロセスの開始後の経過時間、インゴットが所望の長さに達したこと、引き上げ速度が望ましい引き上げ速度に達したこと、または成長プロセスにより消費されるシリコン融液の量に基づいてよい。   The ratio of inert gas to inner chamber pressure may be adjusted before, during, or both before and during the growth process to obtain the desired indium dopant concentration in the grown ingot. The flow rate of the inert gas and / or the inner chamber pressure may be adjusted once more during the growth process or continuously during the growth process. The inert gas flow rate and / or inner chamber pressure may be adjusted based on real-time measurements of the Czochralski growth process or at one or more predetermined times following the start of the growth process. The predetermined time during which the flow rate of the inert gas or the inner chamber pressure is adjusted is the elapsed time after the start of the growth process, that the ingot has reached the desired length, that the pulling speed has reached the desired pulling speed, Alternatively, it may be based on the amount of silicon melt consumed by the growth process.

ガス入口126を通過して流れる不活性ガスの流量は、ガス入口126に取り付けられた1つ以上の流量制御装置128を用いて調整される。流量調整装置128は、質量流量調整装置、体積流量調整装置、絞り弁またはバタフライ弁のような、ガス入口9を通過して成長チャンバの中に入る不活性ガスの流量を調整するのに適当な任意の装置であってよい。流量制御装置128は自動化されてよく、または手動で制御されてよい。自動流量制御装置は、ユーザー定義の条件(例えば、所定時間の経過後)に基づいて不活性ガスの流量を調整することができる1つ以上のプログラマブルデバイス140により制御されてよい。図1に示される流量制御装置は、ユーザー定義の条件に基づいて不活性ガスの流量を調整することができるプログラマブルデバイス140により制御される自動化された質量流量制御装置である。   The flow rate of the inert gas flowing through the gas inlet 126 is adjusted using one or more flow controllers 128 attached to the gas inlet 126. The flow regulator 128 is suitable for regulating the flow of inert gas through the gas inlet 9 and into the growth chamber, such as a mass flow regulator, volumetric flow regulator, throttle valve or butterfly valve. It can be any device. The flow controller 128 may be automated or may be manually controlled. The automatic flow controller may be controlled by one or more programmable devices 140 that can adjust the flow rate of the inert gas based on user-defined conditions (eg, after a predetermined period of time). The flow controller shown in FIG. 1 is an automated mass flow controller controlled by a programmable device 140 that can adjust the flow of inert gas based on user-defined conditions.

成長チャンバ100の内圧は、成長チャンバの排気口130と流体連通している1つ以上の圧力調整装置132を用いて制御されてよい。圧力調整装置132は、成長チャンバ100内の圧力を調整するのに適当な任意の種類の装置であってよく、電子圧力制御装置、絞り弁、バタフライ弁およびボール弁を含む。圧力調整装置132は自動化されてよく、または手動で制御されてよい。自動圧力調整装置は、ユーザー定義の条件(例えば、所定時間の経過後)に基づいて成長チャンバ100内の内圧を調整することができる1つ以上のプログラマブルデバイス140により制御されてよい。圧力調整装置132を制御するのに用いられるプログラマブルデバイス140は、流量制御装置128を制御するのに用いられるプログラマブルデバイス140と別々または同じであってよい。図1に示される圧力調整装置は、ユーザー定義の条件に基づいて成長チャンバの内圧を調整することができるプログラマブルデバイス140により自動化されて制御される。   The internal pressure of the growth chamber 100 may be controlled using one or more pressure regulators 132 in fluid communication with the growth chamber exhaust 130. The pressure regulator 132 may be any type of device suitable for regulating the pressure in the growth chamber 100 and includes an electronic pressure controller, a throttle valve, a butterfly valve, and a ball valve. The pressure regulator 132 may be automated or controlled manually. The automatic pressure regulator may be controlled by one or more programmable devices 140 that can regulate the internal pressure within the growth chamber 100 based on user-defined conditions (eg, after a predetermined period of time). The programmable device 140 used to control the pressure regulator 132 may be separate or the same as the programmable device 140 used to control the flow controller 128. The pressure regulator shown in FIG. 1 is automated and controlled by a programmable device 140 that can regulate the internal pressure of the growth chamber based on user-defined conditions.

成長チャンバ100の排気口130と流体連通しているポンプ134は、不活性ガス、不純物、およびシリコン融液から蒸発した化学種(例えば、SiOおよびドーパントに関連する化学種)を成長チャンバから外に排出するために用いてよい。ポンプ134は、成長チャンバ100の内側のチャンバ圧力を調整または調節する圧力調整装置132とは独立にまたは併せて運転されてよい。ポンプ134は、ユーザー定義の条件(例えば、所定時間の経過後)に基づいて、ポンプの設定を調整することができるプログラマブルデバイス140により制御されてよい。プログラマブルデバイス140は、流量制御装置128および/または圧力調整装置132を制御するのに用いられるプログラマブルデバイスと同じ、または別々であってよい。   A pump 134 in fluid communication with the exhaust 130 of the growth chamber 100 removes inert gases, impurities, and species evaporated from the silicon melt (eg, species related to SiO and dopants) out of the growth chamber. May be used to drain. The pump 134 may be operated independently or in conjunction with the pressure regulator 132 that regulates or regulates the chamber pressure inside the growth chamber 100. The pump 134 may be controlled by a programmable device 140 that can adjust the pump settings based on user-defined conditions (eg, after a predetermined period of time). Programmable device 140 may be the same as or different from the programmable device used to control flow controller 128 and / or pressure regulator 132.

不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との比率を調整することは、インジウムドープシリコンインゴットが成長する際、融液中のインジウムの相対的な濃度が比較的一定のままであることを確実にし、さらにインジウムドープシリコンインゴット中のドーパント濃度が比較的均一であることを確実にする。   Adjusting the ratio of the inert gas flow rate to the inner chamber pressure ensures that the relative concentration of indium in the melt remains relatively constant as the indium doped silicon ingot grows. In addition, it ensures that the dopant concentration in the indium doped silicon ingot is relatively uniform.

本開示のプロセスの利点は、中心軸から周縁端606に向かって測定された半径604に沿っての半径方向の小さい変化に加えて、インゴットの中心軸602に平行な方向においてインジウムドーパント濃度の軸方向の小さい変化を有する、図6に示されるインゴット600のような商業的な大きさの単結晶シリコンインゴットの準備である。いくつかの実施形態において、インジウム濃度の軸方向の変化は、20cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約5×1014原子/cmより小さくてよく、20cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約1×1014原子/cmより小さくてよく、20cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約5×1013原子/cmより小さくてよく、またはさらに20cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約4×1013原子/cmでより小さくてよい。いくつかの実施形態において、インジウム濃度の軸方向の変化は、40cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約1×1015原子/cmより小さくてよく、40cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約5×1014原子/cmより小さくてよく、またはさらに40cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約2×1014原子/cmでより小さくてよい。いくつかの実施形態において、インジウム濃度の軸方向の相対変化は、20cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約20%より小さくてよく、20cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約10%より小さくてよく、20cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約5%より小さくてよく、またはさらに20cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約2%より小さくてよい。いくつかの実施形態において、インジウム濃度の軸方向の相対変化は、40cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約33%より小さくてよく、40cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約25%より小さくてよく、40cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約15%より小さくてよく、またはさらに40cmを超える単結晶シリコンインゴットの軸長に亘って、約10%より小さくてよい。いくつかの実施形態において、インジウムドープシリコンインゴット600の質量は、少なくとも約30kg、少なくとも約40kg、少なくとも約50kg、少なくとも約60kg、少なくとも約70kgまたは少なくとも約80kgであってよい。よりさらなる実施形態において、インジウムドープシリコンインゴット600の質量は、少なくとも約180kg、少なくとも200kgまたはさらに少なくとも220kgのように175kgを超えてよい。「軸方向の相対変化」は、単結晶シリコンインゴットの軸長に沿って、ある距離に別々に位置付けられた2点間のインジウム濃度を測定し、その変化を単結晶シリコンインゴットのシードコーンに最も近い点で測定したインジウム濃度で割ることにより決定される。パーセンテージになるように、この計算値に100を乗じる。このパーセンテージが、本明細書の開示におけるインジウム濃度の「軸方向の相対変化」である。本開示のプロセスは、シリコンインゴットの実質的な長さに亘って、インジウム濃度の軸方向の小さな相対変化を有する単結晶シリコンインゴットをもたらす。従って、実質的に均一な抵抗率、変換効率および光誘起劣化への耐性の特性を有するインジウムドープ単結シリコンウェハの母集団にスライスされ得る。 The advantages of the disclosed process include an indium dopant concentration axis in a direction parallel to the central axis 602 of the ingot, in addition to a small radial change along the radius 604 measured from the central axis toward the peripheral edge 606. 7 is a commercial sized single crystal silicon ingot preparation such as the ingot 600 shown in FIG. 6 with a small change in direction. In some embodiments, the axial change in indium concentration may be less than about 5 × 10 14 atoms / cm 3 over a single crystal silicon ingot axial length greater than 20 cm and greater than 20 cm. Over the axial length of the ingot may be less than about 1 × 10 14 atoms / cm 3 , and over the axial length of the single crystal silicon ingot over 20 cm, it may be less than about 5 × 10 13 atoms / cm 3 , Alternatively, it may be smaller at about 4 × 10 13 atoms / cm 3 over the axial length of the single crystal silicon ingot greater than 20 cm. In some embodiments, the axial change in indium concentration may be less than about 1 × 10 15 atoms / cm 3 over a single crystal silicon ingot axial length greater than 40 cm and greater than 40 cm single crystal silicon. It may be less than about 5 × 10 14 atoms / cm 3 over the axial length of the ingot, or even less than about 2 × 10 14 atoms / cm 3 over the axial length of the single crystal silicon ingot over 40 cm. It's okay. In some embodiments, the relative axial change in indium concentration may be less than about 20% over a single crystal silicon ingot axial length greater than 20 cm, and to a single crystal silicon ingot axial length greater than 20 cm. May be less than about 10%, over an axial length of a single crystal silicon ingot greater than 20 cm, may be less than about 5%, or even over an axial length of a single crystal silicon ingot greater than 20 cm. It may be smaller than 2%. In some embodiments, the axial relative change in indium concentration may be less than about 33% over a single crystal silicon ingot axial length greater than 40 cm, and to a single crystal silicon ingot axial length greater than 40 cm. May be less than about 25%, over a single crystal silicon ingot axial length greater than 40 cm, may be less than about 15%, or even over a single crystal silicon ingot axial length greater than 40 cm. It may be smaller than 10%. In some embodiments, the mass of the indium doped silicon ingot 600 may be at least about 30 kg, at least about 40 kg, at least about 50 kg, at least about 60 kg, at least about 70 kg, or at least about 80 kg. In still further embodiments, the mass of the indium doped silicon ingot 600 may exceed 175 kg, such as at least about 180 kg, at least 200 kg, or even at least 220 kg. “Relative change in the axial direction” is the measurement of the indium concentration between two points located at a certain distance along the axial length of the single crystal silicon ingot, and the change is most reflected in the seed cone of the single crystal silicon ingot. Determined by dividing by the concentration of indium measured at a close point. This calculated value is multiplied by 100 to be a percentage. This percentage is the “relative change in the axial direction” of the indium concentration in this disclosure. The process of the present disclosure results in a single crystal silicon ingot having a small axial relative change in indium concentration over a substantial length of the silicon ingot. Thus, it can be sliced into a population of indium-doped single silicon wafers having properties of substantially uniform resistivity, conversion efficiency and resistance to light-induced degradation.

単結晶シリコンインゴットは、太陽電池セル用途向けに適当な単結晶シリコンウェハまたは単結晶シリコンウェハの母集団に加工されてよい。その際、インゴットは、本明細書に説明のように、平坦な縁部を得るための切断、研削、縁の面取り、クロップおよびワイヤーソー切断を含む業界基準に従って、実質的に均一なインジウム濃度および抵抗率の特性を有する単結晶シリコンウェハの母集団に加工されてよい。切断作業は一般的に、切断工具の製造業者により提供されるガイドラインに従う。単結晶シリコンインゴットは、太陽電池セルにおける最終用途の幾何学的な要求に適合する業界基準の形状および大きさを有するインジウムドープ単結晶シリコンウェハの母集団に切断される。業界基準に従って加工およびスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、その後、再び業界基準に従ってさらに太陽電池セルに加工される。   The single crystal silicon ingot may be processed into a single crystal silicon wafer or a population of single crystal silicon wafers suitable for solar cell applications. In that case, the ingot is subjected to a substantially uniform indium concentration and in accordance with industry standards including cutting, grinding, edge chamfering, cropping and wire saw cutting to obtain a flat edge, as described herein. It may be processed into a population of single crystal silicon wafers having resistivity characteristics. The cutting operation generally follows the guidelines provided by the manufacturer of the cutting tool. Single crystal silicon ingots are cut into a population of indium doped single crystal silicon wafers having industry standard shapes and sizes that meet the geometrical requirements of end use in solar cells. The indium-doped single crystal silicon wafer processed and sliced according to industry standards is then further processed into solar cells again according to industry standards.

インジウムドープ単結晶シリコンウェハから太陽電池セルを製造するプロセスにおいて、ウェハの表面は反射を最小限に抑えるためにテクスチャリング(textured)されてよい。表面の任意の「粗化処理(roughening)」は、周囲空気に出ていくよりもむしろ、表面上で反射光が跳ね返る機会を増加させることにより反射を減らす。単結晶基材は、結晶面の面に沿ってエッチングすることによりテクスチャ加工することができる。表面が内部の原子に対して適切に配列されている場合、シリコンの結晶構造はピラミッド構造で構成される表面をもたらす。用いられる他の種類の表面テクスチャリングは、「逆ピラミッド」テクスチャリングとして知られている。このテクスチャリングスキームを用いることにより、ピラミッド構造は、表面から上方に向かってエッチングされるよりもむしろ、シリコン表面の中に下方へエッチングされる。テクスチャリングされたウェハはその後、業界基準に従って加工され、リンの拡散またはインプラントのような業界基準のプロセスによりエミッタを含み、エッジアイソレーションが後に続く。いくつかの実施形態において、反射防止コーティングが適用されてよい。太陽電池セルにおける反射防止コーティングは、カメラのレンズのような他の光学機器において用いられる反射防止コーティングと類似する。それらは、コーティングにおける干渉効果が、半導体表面からの反射波とは位相が異なる反射防止コーティングの上面からの反射波を引き起こすような膜厚を有する誘電材料の薄層からなる。これらの位相が異なる反射波は、互いに打ち消すように干渉し合い、正味ゼロの反射エネルギーをもたらす。通常用いられるコーティングは窒化ケイ素である。あるいは、硫化亜鉛/フッ化マグネシウムのような二重の層の反射防止コーティングが適用されてよい。パターン化された金属のスクリーン(例えば、銀、アルミニウム)が、スクリーン印刷によりウェハの前面および後面へ適用され、例えばアレイグリッドに有用な太陽電池セルを得るためにウェハの焼成が後に続く。   In the process of manufacturing solar cells from an indium doped single crystal silicon wafer, the surface of the wafer may be textured to minimize reflections. Any “roughening” of the surface reduces reflection by increasing the chance that reflected light bounces off the surface rather than going out into the ambient air. The single crystal substrate can be textured by etching along the plane of the crystal plane. If the surface is properly aligned with the internal atoms, the silicon crystal structure results in a surface composed of a pyramid structure. Another type of surface texturing used is known as “inverted pyramid” texturing. By using this texturing scheme, the pyramid structure is etched down into the silicon surface, rather than being etched up from the surface. The textured wafer is then processed according to industry standards, including emitters by industry standard processes such as phosphorus diffusion or implants, followed by edge isolation. In some embodiments, an antireflective coating may be applied. The antireflective coating in solar cells is similar to the antireflective coating used in other optical instruments such as camera lenses. They consist of a thin layer of dielectric material having a thickness such that the interference effect in the coating causes a reflected wave from the top surface of the antireflective coating that is out of phase with the reflected wave from the semiconductor surface. These reflected waves with different phases interfere with each other so as to cancel each other, resulting in a net zero reflected energy. A commonly used coating is silicon nitride. Alternatively, a double layer anti-reflective coating such as zinc sulfide / magnesium fluoride may be applied. Patterned metal screens (eg, silver, aluminum) are applied to the front and back surfaces of the wafer by screen printing, followed by baking of the wafer to obtain solar cells useful for example in an array grid.

本開示の太陽電池セルは、太陽光の分光放射照度の高い変換効率により特徴付けられる。太陽光の分光放射照度の変換効率は業界基準に従って測定されてよい。例えば、変換効率は、米国材料試験協会(ASTM)光起電特性評価のための地上基準スペクトル(Terrestrial Reference Spectra)と題されたASTM G173−03に記載の基準に従って測定されてよい。ASTM G173のスペクトルは、所定の大気条件の設定の下で所定の方向の表面における地上の太陽光の分光放射照度を表す。波長の関数としての電力の分布(帯域幅のW/(m・nm))は、様々な自然光源および多様なスペクトル分布を有する光の人工光源の下で測定される性能に関して、スペクトル選択性のPV材料を評価するための単一の共通基準を提供する。選択された条件は、1年間に渡るアメリカ合衆国(U.S.A)の地続きの48州についての妥当な平均であると考えられている。選択された傾斜角は、地続きのアメリカ合衆国についてほぼ平均の緯度である。受光面は、赤道に向かって37℃傾いた、太陽に対向する傾斜面として規格で規定される。(すなわち、地平線の上方に41.81°の仰角で、面法線が太陽を指す)。所定の大気条件は:
a)温度、圧力、エアロゾル密度(田園のエアロゾル量(または、負荷量、loadi
ng))、空気密度、33レイヤー(layer)に記載の分子種の密度を有する1
976年の米国標準大気
b)絶対的エアマス1.5(太陽天頂角48.19°)
c)500nmにおけるオングストローム混濁係数(eに基づく)0.084
d)1.42cm相当の全気柱水蒸気量
e)0.34cm相当の全気柱オゾン量
f)ジェット推進研究所のASTERスペクトル反射データベース(http://s
peclib.jpl.nasa.gov.)に記録の軽量土壌の地表面スペクトル
アルベド(反射率)
である。
The solar cell of the present disclosure is characterized by high conversion efficiency of sunlight spectral irradiance. The conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight may be measured according to industry standards. For example, conversion efficiency may be measured according to the criteria described in ASTM G173-03 entitled Terrestrial Reference Spectra for American Society for Testing and Materials (ASTM) photovoltaic characterization. The spectrum of ASTM G173 represents the spectral irradiance of sunlight on the ground on a surface in a predetermined direction under the setting of predetermined atmospheric conditions. The distribution of power as a function of wavelength (bandwidth W / (m 2 · nm)) is a spectral selectivity with respect to performance measured under various natural light sources and artificial light sources of light with various spectral distributions. Provides a single common standard for evaluating PV materials. The selected conditions are considered to be a reasonable average for 48 states in the United States (US) over the course of a year. The selected tilt angle is approximately the average latitude for the contiguous United States. The light receiving surface is defined by the standard as an inclined surface that is inclined by 37 ° C. toward the equator and faces the sun. (That is, the plane normal points to the sun with an elevation angle of 41.81 ° above the horizon). The prescribed atmospheric conditions are:
a) Temperature, pressure, aerosol density (country aerosol amount (or load amount, lodi)
ng)), air density, 1 having the density of molecular species described in 33 layers
976 US standard atmosphere b) Absolute air mass 1.5 (solar zenith angle 48.19 °)
c) Angstrom turbidity coefficient at 500 nm (based on e) 0.084 C
d) Total air column water vapor equivalent to 1.42 cm e) Total air column ozone equivalent to 0.34 cm f) ASTER spectral reflection database of the Jet Propulsion Laboratory (http: // s
pelib. jpl. nasa. gov. ) Ground surface spectrum of lightweight soil recorded in albedo (reflectance)
It is.

太陽電池セルの効率は、太陽光の形態の入射エネルギーに対する太陽電池セルの電気出力の比率である。地上の太陽電池セルは、AM1.5の条件下、25℃で測定される。太陽電池セルのエネルギー変換効率(η)は、セルが暴露されて電気エネルギーに変換される太陽エネルギーのパーセンテージである。太陽電池セルの効率は電気に変換される入射パワーの割合として決定され:

Figure 2016503964

Figure 2016503964
のように定義される。 The efficiency of a solar cell is the ratio of the electrical output of the solar cell to the incident energy in the form of sunlight. The ground solar cell is measured at 25 ° C. under AM1.5 conditions. The energy conversion efficiency (η) of a solar cell is the percentage of solar energy that the cell is exposed to and converted to electrical energy. Solar cell efficiency is determined as the fraction of incident power converted to electricity:
Figure 2016503964

Figure 2016503964
Is defined as follows.

式中、Pmaxは最大出力であり、Vocは開放電圧であり;Iscは短絡電流であり;FFは曲線因子であり;ηは効率である。 Where P max is the maximum output, V oc is the open circuit voltage; I sc is the short circuit current; FF is the fill factor; and η is the efficiency.

太陽電池セル効率は、慣習的にパーセンテージで表される。本開示のいくつかの実施形態において、太陽電池セルは、絶対的エアマス1.5の下で、少なくとも17%、少なくとも18%、少なくとも19%、少なくとも19.5%、少なくとも20%、少なくとも20.5%、少なくとも21%、少なくとも22%、少なくとも24%、少なくとも26%、少なくとも28%、少なくとも30%の、インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率により特徴付けられるインジウムドープ単結晶シリコンウェハを含む。   Solar cell efficiency is customarily expressed as a percentage. In some embodiments of the present disclosure, the solar cells are at least 17%, at least 18%, at least 19%, at least 19.5%, at least 20%, at least 20. 5%, at least 21%, at least 22%, at least 24%, at least 26%, at least 28%, at least 30% characterized by the conversion efficiency of solar spectral irradiance at the surface of indium doped single crystal silicon wafers Indium doped single crystal silicon wafers are included.

インジウムドープ単結晶シリコンウェハの吸収能力および太陽光スペクトルの赤外領域の光のアップコンバートに起因して、太陽光の分光放射照度の高い効率が、少なくとも一部分において達成される。とりわけ、本開示のインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、実質的に類似または等しい抵抗率を有するホウ素ドープ単結晶シリコンウェハよりも、多くの太陽光スペクトルの赤外領域の光を吸収する。いくつかの実施形態において、本開示のインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、実質的に類似または等しい抵抗率を有するホウ素ドープ単結晶シリコンウェハよりも、多くの830nmと1400nmとの間の波長範囲の光を吸収する。ホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルと比較した、インジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルのより良好な太陽光スペクトル全域の光の吸収を示すグラフである、図8A、8Bおよび8Cを参照されたい。ホウ素ドープウェハの抵抗率(約2.4Ω・cm)はインジウムドープウェハの抵抗率(約3.5Ω・cm)より低いが、インジウムドープウェハから作製された太陽電池セルの吸収は、ホウ素ドープウェハから作製された太陽電池セルの吸収より大きかった。PC1Dモデル(自由に入手可能な太陽電池セルのモデリングプログラム;ニューサウスウェールズ大学から入手可能)からの計算に基づいて、Jscの差を抵抗率で説明することはできない。別の言い方をすれば、それぞれの太陽電池セルにおけるウェハの抵抗率は、インジウムドープウェハの吸収の増加を説明できない。より低いエネルギーのIR光のより高い吸収は、ホウ素ドーパント原子と比較して、インジウムドーパント原子のより高いバンドギャップの位置に起因すると考えられる。 Due to the absorption capacity of the indium-doped single crystal silicon wafer and the up-conversion of light in the infrared region of the solar spectrum, high efficiency of solar spectral irradiance is achieved at least in part. In particular, the indium doped single crystal silicon wafer of the present disclosure absorbs more light in the infrared region of the solar spectrum than a boron doped single crystal silicon wafer having a substantially similar or equal resistivity. In some embodiments, indium doped single crystal silicon wafers of the present disclosure have more light in the wavelength range between 830 nm and 1400 nm than boron doped single crystal silicon wafers having substantially similar or equal resistivity. Absorbs. FIG. 8A is a graph showing better light absorption across the solar spectrum of solar cells made from indium doped single crystal silicon wafers compared to solar cells made from boron doped single crystal silicon wafers. 8B and 8C. Although the resistivity (about 2.4 Ω · cm) of the boron-doped wafer is lower than the resistivity (about 3.5 Ω · cm) of the indium-doped wafer, the absorption of solar cells made from the indium-doped wafer is made from the boron-doped wafer. Was greater than the solar cell absorption. Based on calculations from the PC1D model (a freely available solar cell modeling program; available from the University of New South Wales), the difference in J sc cannot be accounted for in resistivity. In other words, the resistivity of the wafer in each solar cell cannot explain the increase in absorption of the indium doped wafer. It is believed that the higher absorption of the lower energy IR light is due to the higher band gap position of the indium dopant atoms compared to the boron dopant atoms.

高効率および太陽光スペクトル全域の光の高められたアップコンバージョンに加えて、本開示のインジウムドープ単結晶シリコンウェハは、相対基準および絶対基準(absolute basis)両方における小さい光誘起劣化により特徴付けられる。この点において、45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、インジウムドープ単結晶シリコンウェハを含む太陽電池セルの相対効率は約2%以下劣化する。いくつかの実施形態において、45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、太陽電池セルの相対効率は約1%以下劣化する。いくつかの実施形態において、45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、太陽電池セルの相対効率は約0.5%以下劣化する。いくつかの実施形態において、45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、太陽電池セルの相対効率は約0.3%以下劣化する。いくつかの実施形態において、45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、太陽電池セルの相対効率は、約2%以下、または約1%以下、または約0.5%以下、または約0.3%以下劣化する。本明細書で表される場合、相対効率は、インジウムドープ単結晶シリコンウェハを照明に曝す、例えば45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露し、初期状態のウェハの効率と比較した効率の低下を測定することにより決定される。効率の差(照明後のウェハの効率が減算された初期状態のウェハの効率)を初期状態のウェハの効率で割る。本明細書で表されるパーセンテージを導くために、その計算値に100を乗じてよい。   In addition to high efficiency and enhanced upconversion of light across the solar spectrum, the indium doped single crystal silicon wafers of the present disclosure are characterized by small light-induced degradation in both relative and absolute basis. In this regard, the relative efficiency of solar cells including an indium doped single crystal silicon wafer degrades by about 2% or less after exposure to light corresponding to 0.1-10 SUN at temperatures below 45 ° C. for 1-300 hours. In some embodiments, after exposure to light corresponding to 0.1-10 SUN at temperatures below 45 ° C. for 1-300 hours, the relative efficiency of the solar cells degrades by about 1% or less. In some embodiments, after exposure to light corresponding to 0.1-10 SUN at temperatures below 45 ° C. for 1-300 hours, the relative efficiency of the solar cells degrades by about 0.5% or less. In some embodiments, after exposure to light corresponding to 0.1-10 SUN at temperatures below 45 ° C. for 1-300 hours, the relative efficiency of the solar cells degrades by about 0.3% or less. In some embodiments, after 24 hours exposure to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature below 45 ° C., the relative efficiency of the solar cells is about 2% or less, or about 1% or less, or about 0.00. 5% or less, or about 0.3% or less. As expressed herein, the relative efficiency refers to exposing the indium-doped single crystal silicon wafer to illumination, for example 24 hours exposure to light equivalent to 0.7 SUN at a temperature below 45 ° C. Determined by measuring the decrease in efficiency compared to. The difference in efficiency (the efficiency of the wafer in the initial state after subtracting the efficiency of the wafer after illumination) is divided by the efficiency of the wafer in the initial state. The calculated value may be multiplied by 100 to derive the percentages expressed herein.

インジウムドープ単結晶シリコンウェハはさらに、効率の絶対光誘起劣化が小さいことにより特徴付けられる。絶対光誘起劣化は、劣化したウェハの効率(パーセンテージで表される)を初期状態のウェハの効率(同様にパーセンテージで表される)から減算することにより決定される。いくつかの実施形態において、45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、インジウムドープ単結晶シリコンウェハを含む太陽電池セルの絶対効率(absolute efficiency)は、約0.5%以下、約0.2%以下、約0.1%以下、または約0.06%以下劣化する。いくつかの実施形態において、45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、インジウムドープ単結晶シリコンウェハを含む太陽電池セルの絶対効率は、約0.5%以下、約0.2%以下、約0.1%以下、または約0.06%以下劣化する。いくつかの実施形態において、45℃より低い温度で太陽光に4時間暴露した後、インジウムドープ単結晶シリコンウェハを含む太陽電池セルの絶対効率は、約1.0%以下、約0.5%以下、約0.2%以下、約0.1%以下、または約0.06%以下劣化する。   Indium doped single crystal silicon wafers are further characterized by low absolute light-induced degradation of efficiency. Absolute light induced degradation is determined by subtracting the degraded wafer efficiency (expressed as a percentage) from the initial wafer efficiency (also expressed as a percentage). In some embodiments, the absolute efficiency of a solar cell comprising an indium-doped single crystal silicon wafer after exposure to light corresponding to 0.1-10 SUN at a temperature below 45 ° C. for 1-300 hours is About 0.5% or less, about 0.2% or less, about 0.1% or less, or about 0.06% or less. In some embodiments, after 24 hours exposure to light equivalent to 0.7 SUN at temperatures below 45 ° C., the absolute efficiency of solar cells comprising indium doped single crystal silicon wafers is about 0.5% or less, Deterioration is about 0.2% or less, about 0.1% or less, or about 0.06% or less. In some embodiments, the absolute efficiency of a solar cell comprising an indium doped single crystal silicon wafer after exposure to sunlight at a temperature below 45 ° C. for 4 hours is about 1.0% or less, about 0.5% Hereinafter, the deterioration is about 0.2% or less, about 0.1% or less, or about 0.06% or less.

本開示を詳細に記載したため、添付の特許請求の範囲に規定の本発明の範囲から逸脱することなく、修正および変更が可能であることは明らかであろう。   Having described the disclosure in detail, it will be apparent that modifications and variations are possible without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims.

以下の実施例は非限定的である。 The following examples are non-limiting.

[実施例1 バッチチョクラルスキー法により成長させたインジウムドープ単結晶シリコンインゴット]
従来のバッチチョクラルスキー法によりインジウムドープ単結晶シリコンインゴットを成長させた。200mmより大きい直径にインゴットを成長させ、その後、業界で標準的な方法により200mmの均一な直径に研削した。
Example 1 Indium-doped single crystal silicon ingot grown by batch Czochralski method
An indium-doped single crystal silicon ingot was grown by a conventional batch Czochralski method. The ingot was grown to a diameter greater than 200 mm and then ground to a uniform diameter of 200 mm by industry standard methods.

ワイヤーソーにより約180μmと約200μmとの間の厚さを有するウェハにインゴットをスライスし、分析用にシードコーンからの長さが様々なものの中からウェハを選択した。ウェハの中心、およびウェハの縁部から6mmにおける抵抗率、ウェハの中心におけるインジウム濃度、ウェハの中心における酸素濃度、ウェハの中心における炭素濃度、および半径方向の抵抗率の変化についてウェハを試験した。DIN50444、SEMI MF723−0307に記載のアービンカーブを用いてインジウム濃度を決定した。これらのデータが以下の表1に与えられる。   The ingot was sliced into wafers having a thickness between about 180 μm and about 200 μm with a wire saw, and the wafers were selected from various lengths from the seed cone for analysis. Wafers were tested for changes in resistivity at the wafer center and 6 mm from the wafer edge, indium concentration at the wafer center, oxygen concentration at the wafer center, carbon concentration at the wafer center, and radial resistivity. The indium concentration was determined using the Irvine curve described in DIN 50444, SEMI MF723-0707. These data are given in Table 1 below.

Figure 2016503964
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[実施例2 バッチチョクラルスキー法により成長させたインジウムドープ単結晶シリコンインゴット]
バッチチョクラルスキー法によりインジウムドープ単結晶シリコンインゴットを成長させた。成長プロセスの間、本明細書に記載の方法により、不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との比率を調整して、成長インゴット中のインジウムドーパント濃度を制御した。200mmより大きい直径にインゴットを成長させ、その後、業界で標準的な方法により200mmの均一な直径に研削した。
[Example 2] Indium-doped single crystal silicon ingot grown by batch Czochralski method
An indium-doped single crystal silicon ingot was grown by the batch Czochralski method. During the growth process, the ratio of the inert gas flow rate to the inner chamber pressure was adjusted by the method described herein to control the concentration of indium dopant in the growth ingot. The ingot was grown to a diameter greater than 200 mm and then ground to a uniform diameter of 200 mm by industry standard methods.

ワイヤーソーにより約180μmと約200μmとの間の厚さを有するウェハにインゴットをスライスし、分析用にシードコーンからの長さが様々なものの中からウェハを選択した。ウェハの中心およびウェハの縁部から6mmにおける抵抗率、ウェハの中心におけるインジウム濃度、ウェハの中心における酸素濃度、ウェハの中心における炭素濃度、および半径方向の抵抗率の変化についてウェハを試験した。DIN50444、SEMI MF723−0307に記載のアービンカーブを用いてインジウム濃度を決定した。これらのデータが以下の表2に与えられる。   The ingot was sliced into wafers having a thickness between about 180 μm and about 200 μm with a wire saw, and the wafers were selected from various lengths from the seed cone for analysis. The wafers were tested for changes in resistivity at 6 mm from the wafer center and wafer edge, indium concentration at the wafer center, oxygen concentration at the wafer center, carbon concentration at the wafer center, and radial resistivity. The indium concentration was determined using the Irvine curve described in DIN 50444, SEMI MF723-0707. These data are given in Table 2 below.

Figure 2016503964
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[実施例3 バッチチョクラルスキー法により成長させたインジウムドープ単結晶シリコンインゴット]
バッチチョクラルスキー法によりインジウムドープ単結晶シリコンインゴットを成長させた。成長プロセスの間、本明細書に記載の方法により、不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との比率を調整して、成長インゴット中のインジウムドーパント濃度を制御した。200mmより大きい直径にインゴットを成長させ、その後、業界で標準的な方法により200mmの均一な直径に研削した。
Example 3 Indium-doped single crystal silicon ingot grown by batch Czochralski method
An indium-doped single crystal silicon ingot was grown by the batch Czochralski method. During the growth process, the ratio of the inert gas flow rate to the inner chamber pressure was adjusted by the method described herein to control the concentration of indium dopant in the growth ingot. The ingot was grown to a diameter greater than 200 mm and then ground to a uniform diameter of 200 mm by industry standard methods.

ワイヤーソーにより約180μmと約200μmとの間の厚さを有するウェハにインゴットをスライスし、分析用にシードコーンからの長さが様々なものの中からウェハを選択した。ウェハの中心、およびウェハの縁部から6mmにおける抵抗率、ウェハの中心におけるインジウム濃度、ウェハの中心における酸素濃度、ウェハの中心における炭素濃度、および半径方向の抵抗率の変化についてウェハを試験した。DIN50444、SEMI MF723−0307に記載のアービンカーブを用いてインジウム濃度を決定した。これらのデータが以下の表3に与えられる。   The ingot was sliced into wafers having a thickness between about 180 μm and about 200 μm with a wire saw, and the wafers were selected from various lengths from the seed cone for analysis. Wafers were tested for changes in resistivity at the wafer center and 6 mm from the wafer edge, indium concentration at the wafer center, oxygen concentration at the wafer center, carbon concentration at the wafer center, and radial resistivity. The indium concentration was determined using the Irvine curve described in DIN 50444, SEMI MF723-0707. These data are given in Table 3 below.

Figure 2016503964
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[実施例4 バッチチョクラルスキー法により成長させたインジウムドープ単結晶シリコンインゴット]
バッチチョクラルスキー法によりインジウムドープ単結晶シリコンインゴットを成長させた。成長プロセスの間、本明細書に記載の方法により、不活性ガスの流量と内側のチャンバ圧力との比率を調整して、成長インゴット中のインジウムドーパント濃度を制御した。200mmより大きい直径にインゴットを成長させ、その後、業界で標準的な方法により200mmの均一な直径に研削した。
[Example 4] Indium-doped single crystal silicon ingot grown by batch Czochralski method
An indium-doped single crystal silicon ingot was grown by the batch Czochralski method. During the growth process, the ratio of the inert gas flow rate to the inner chamber pressure was adjusted by the method described herein to control the concentration of indium dopant in the growth ingot. The ingot was grown to a diameter greater than 200 mm and then ground to a uniform diameter of 200 mm by industry standard methods.

ワイヤーソーにより約180μmと約200μmとの間の厚さを有するウェハにインゴットをスライスし、分析用にシードコーンからの長さが様々なものの中からウェハを選択した。ウェハの中心、およびウェハの縁部から6mmにおける抵抗率、ウェハの中心におけるインジウム濃度、ウェハの中心における酸素濃度、ウェハの中心における炭素濃度、および半径方向の抵抗率の変化についてウェハを試験した。DIN50444、SEMI MF723−0307に記載のアービンカーブを用いてインジウム濃度を決定した。これらのデータが以下の表4に与えられる。   The ingot was sliced into wafers having a thickness between about 180 μm and about 200 μm with a wire saw, and the wafers were selected from various lengths from the seed cone for analysis. Wafers were tested for changes in resistivity at the wafer center and 6 mm from the wafer edge, indium concentration at the wafer center, oxygen concentration at the wafer center, carbon concentration at the wafer center, and radial resistivity. The indium concentration was determined using the Irvine curve described in DIN 50444, SEMI MF723-0707. These data are given in Table 4 below.

Figure 2016503964
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比較のため、抵抗率とは独立して、SIMSおよびLT−FTIRを用いて各ウェハのインジウムドーパント濃度を測定した。これらのデータが以下の表5に与えられる。   For comparison, the indium dopant concentration of each wafer was measured using SIMS and LT-FTIR independently of the resistivity. These data are given in Table 5 below.

Figure 2016503964
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[実施例5 バッチチョクラルスキー法により成長させたインジウムドープ単結晶シリコンインゴットから得られたウェハ]
実施例3に記載の方法により成長させたインゴットから200個のウェハを選択した。ウェハは、156mm±0.5mmの主要寸法の平面対平面の長さを有していた。ウェハの対角寸法は、200mm±0.5mmであった。コーナーの長さは、15.4mm±1mmであった。ウェハの厚さは、200μm±20μmまたは180μm±20μmであった。
[Example 5] Wafer obtained from indium-doped single crystal silicon ingot grown by batch Czochralski method
200 wafers were selected from the ingots grown by the method described in Example 3. The wafer had a plane-to-plane length with major dimensions of 156 mm ± 0.5 mm. The diagonal dimension of the wafer was 200 mm ± 0.5 mm. The length of the corner was 15.4 mm ± 1 mm. The thickness of the wafer was 200 μm ± 20 μm or 180 μm ± 20 μm.

200個のウェハの抵抗率は、3.03Ω・cm〜3.5Ω・cmの範囲内であった。ウェハの酸素濃度は、14.9PPMA〜15.4PPMAの範囲内であった。ウェハの寿命は、325μs〜651μsの範囲内であった(5×1014/cmの注入レベルにおける結晶準位(または、結晶場準位、結晶レベル、crystal level)での測定;Sinton BCT400)。 The resistivity of 200 wafers was in the range of 3.03 Ω · cm to 3.5 Ω · cm. The oxygen concentration of the wafer was in the range of 14.9 PPMA to 15.4 PPMA. The lifetime of the wafer was in the range of 325 μs to 651 μs (measured at crystal level (or crystal field level, crystal level, crystal level) at an implantation level of 5 × 10 14 / cm 3 ; Sinton BCT 400) .

[実施例6 90Ω/sqのエミッタでインプラントされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハの初期状態の試験]
実施例5に記載の方法により準備したインジウムドープウェハから太陽電池セルを作製した。3.5Ω・cmの抵抗率を有するようにウェハを選択し、90Ω/sqのエミッタでインプラントした。
Example 6 Initial State Test of Indium-Doped Single Crystal Silicon Wafer Implanted with 90Ω / sq Emitter
A solar battery cell was produced from the indium-doped wafer prepared by the method described in Example 5. The wafer was selected to have a resistivity of 3.5 Ω · cm and implanted with a 90 Ω / sq emitter.

太陽電池セルを測定してそれらの初期状態の特性を決定した。結果が以下の表6に示される。   Solar cells were measured to determine their initial characteristics. The results are shown in Table 6 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

この実施例の表および以下の実施例は、太陽電池セルを比較するためのいくつかの性能特性を提供する。Vocは開放電圧、すなわち太陽電池セルから得られる最大電圧を示す。FFは太陽電池セルから得られる最大出力である曲線因子を示し、VOCとISC(短絡電流)との積に対する太陽電池セルからの最大出力の比率として定義される。効率は、太陽からの入力エネルギーに対する太陽電池セルからの出力エネルギーの比率として定義される。N因子はダイオードの理想因子を示し、1〜2の範囲であり得る。より1に近い値は、理想的な振る舞いを示す。Rは直列抵抗を示す。RSHはシャント抵抗を示す。 This example table and the following example provide several performance characteristics for comparing solar cells. V oc indicates the open circuit voltage, that is, the maximum voltage obtained from the solar battery cell. FF indicates a fill factor which is a maximum output obtained from the solar battery cell, and is defined as a ratio of the maximum output from the solar battery cell to the product of V OC and I SC (short circuit current). Efficiency is defined as the ratio of output energy from solar cells to input energy from the sun. The N factor represents the ideal factor of the diode and can be in the range of 1-2. Values closer to 1 indicate ideal behavior. R S represents a series resistance. R SH indicates a shunt resistance.

[実施例7 POCL−HNS 65Ω/sqで拡散されたインジウムドープ単結晶シリコンウェハの初期状態の試験]
実施例5に記載の方法により準備したインジウムドープウェハから太陽電池セルを作製した。3.5Ω・cmの抵抗率を有するようにウェハを選択し、POCL−HNS 65のエミッタで拡散した。
Test the initial state of Example 7 POCL 3 -HNS 65Ω / indium-doped single crystal silicon wafer which has been diffused by sq]
A solar battery cell was produced from the indium-doped wafer prepared by the method described in Example 5. The wafer was selected to have a resistivity of 3.5 Ω · cm and diffused with a POCL 3 -HNS 65 emitter.

太陽電池セルを測定してそれらの初期状態の特性を決定した。結果が以下の表7に示される。   Solar cells were measured to determine their initial characteristics. The results are shown in Table 7 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

[比較例1 連続チョクラルスキー法により成長させたホウ素ドープ単結晶シリコンインゴット]
連続チョクラルスキー法により成長させたホウ素ドープインゴットから200個のウェハを選択した。ウェハは、156mm±0.5mmの主要寸法の平面対平面の長さを有していた。ウェハの対角寸法は、200mm±0.5mmであった。コーナーの長さは、15.4mm±1mmであった。ウェハの厚さは、200μm±20μmまたは180μm±20μmであった。
[Comparative Example 1 Boron-doped single crystal silicon ingot grown by continuous Czochralski method]
200 wafers were selected from boron-doped ingots grown by the continuous Czochralski method. The wafer had a plane-to-plane length with major dimensions of 156 mm ± 0.5 mm. The diagonal dimension of the wafer was 200 mm ± 0.5 mm. The length of the corner was 15.4 mm ± 1 mm. The thickness of the wafer was 200 μm ± 20 μm or 180 μm ± 20 μm.

200個のホウ素ドープウェハの抵抗率は、約2.4Ω・cmと約2.73Ω・cmとの間であった。ウェハの酸素濃度は、約14.6PPMAであった。ウェハの寿命は、約320μsであった(5×1014/cmの注入レベルにおける結晶準位での測定;Sinton BCT400)。 The resistivity of the 200 boron doped wafers was between about 2.4 Ω · cm and about 2.73 Ω · cm. The oxygen concentration of the wafer was about 14.6 PPMA. The lifetime of the wafer was about 320 μs (measured at crystal levels at an implantation level of 5 × 10 14 / cm 3 ; Sinton BCT400).

[比較例2 90Ω/sqのエミッタでインプラントされたホウ素ドープ単結晶シリコンウェハの初期状態の試験]
比較例1に記載の方法により準備したホウ素ドープウェハから太陽電池セルを作製した。2.4Ω・cmの抵抗率を有するようにウェハを選択し90Ω/sqのエミッタでインプラントした。
[Comparative Example 2 Test of Initial State of Boron-Doped Single Crystal Silicon Wafer Implanted with 90Ω / sq Emitter]
Solar cells were prepared from the boron-doped wafer prepared by the method described in Comparative Example 1. The wafer was selected to have a resistivity of 2.4 Ω · cm and implanted with a 90 Ω / sq emitter.

太陽電池セルを測定してそれらの初期状態の特性を決定した。結果が以下の表8に示される。   Solar cells were measured to determine their initial characteristics. The results are shown in Table 8 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

[比較例3 POCL−HNS 65Ω/sqで拡散されたホウ素ドープ単結晶シリコンウェハの初期状態の試験]
比較例1に記載の方法により準備したインジウムドープウェハから太陽電池セルを作製した。2.4Ω・cmの抵抗率を有するようにウェハを選択し、POCL−HNS 65のエミッタでインプラントした。
[Comparative Example 3 Test of Initial State of Boron-Doped Single Crystal Silicon Wafer Diffused with POCL 3 -HNS 65Ω / sq]
A solar battery cell was produced from the indium-doped wafer prepared by the method described in Comparative Example 1. The wafer was selected to have a resistivity of 2.4 Ω · cm and implanted with a POCL 3 -HNS 65 emitter.

太陽電池セルを測定してそれらの初期状態の特性を決定した。結果が以下の表9に示される。   Solar cells were measured to determine their initial characteristics. The results are shown in Table 9 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

[実施例8 インジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルおよびホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルの光誘起劣化試験]
様々な性能特性の太陽電池セルの光誘起劣化を試験するために、実施例6のインジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製した太陽電池セルおよび比較例2のホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製した太陽電池セルを、45℃より低い温度で0.7SUNに相当する太陽光の分光放射照度に24時間曝した。初期の太陽電池セルの性能特性および24時間照射後の太陽電池セルの性能特性が以下の表10に示される。
[Example 8 Photoinduced degradation test of solar cell made from indium-doped single crystal silicon wafer and solar cell made from boron-doped single crystal silicon wafer]
In order to test the light-induced degradation of solar cells of various performance characteristics, solar cells made from the indium doped single crystal silicon wafer of Example 6 and solar cells made from the boron doped single crystal silicon wafer of Comparative Example 2 The cell was exposed to a spectral irradiance of sunlight corresponding to 0.7 SUN at a temperature below 45 ° C. for 24 hours. The initial solar cell performance characteristics and the solar cell performance characteristics after 24 hours of irradiation are shown in Table 10 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

インジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製した太陽電池セルおよびホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製した太陽電池セル(酸素濃度およびドーパント濃度が厳密に一致するように選択した)について、光誘起劣化の評価を行った。インジウムドープウェハから作製した太陽電池セルは、ホウ素ドープウェハから作製した太陽電池セルと比較して、照明後、大幅に小さい光誘起劣化を示した。より具体的には、インジウムドープウェハから作製した太陽電池セルの効率は、照明後、19%以上のままであり、また、ホウ素ドープセルについての約3%の相対的劣化(約0.6%の絶対的劣化(absolute degradation))と比較して、インジウムドープセルについての相対的劣化は僅か約0.4%(0.08%の絶対的劣化)であった。これらの結果から見ると、インジウムドープセルから作製した太陽電池セルは、ホウ素ドープセルから作製した太陽電池セルより大幅に小さい光誘起劣化を示した。   Photoinduced degradation was evaluated for solar cells made from indium-doped single crystal silicon wafers and solar cells made from boron-doped single crystal silicon wafers (selected so that the oxygen and dopant concentrations closely matched). It was. Solar cells made from indium-doped wafers showed significantly less light-induced degradation after illumination compared to solar cells made from boron-doped wafers. More specifically, the efficiency of solar cells made from indium doped wafers remains above 19% after illumination, and about 3% relative degradation (about 0.6% for boron doped cells). Compared to absolute degradation, the relative degradation for the indium doped cell was only about 0.4% (0.08% absolute degradation). From these results, solar cells made from indium-doped cells showed significantly less photoinduced degradation than solar cells made from boron-doped cells.

[実施例9 90〜110Ω/sqのエミッタでインプラントされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハの初期状態の試験]
インジウムドープウェハから太陽電池セルを作製した。3.4Ω・cmの抵抗率を有するようにウェハを選択し、90〜110Ω/sqのエミッタでインプラントした。
Example 9 Testing of the initial state of an indium-doped single crystal silicon wafer implanted with an emitter of 90 to 110 Ω / sq
Solar cells were prepared from indium-doped wafers. The wafer was selected to have a resistivity of 3.4 Ω · cm and implanted with an emitter of 90-110 Ω / sq.

太陽電池セルを測定してそれらの初期状態の特性を決定した。結果が以下の表11に示される。   Solar cells were measured to determine their initial characteristics. The results are shown in Table 11 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

[実施例10 90〜110Ω/sqのエミッタでインプラントされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハの初期状態の試験]
インジウムドープウェハから太陽電池セルを作製した。3.1Ω・cmの抵抗率を有するようにウェハを選択し、90〜110Ω/sqのエミッタでインプラントした。
Example 10 Initial state test of an indium-doped single crystal silicon wafer implanted with an emitter of 90 to 110 Ω / sq
Solar cells were prepared from indium-doped wafers. The wafer was selected to have a resistivity of 3.1 Ω · cm and implanted with an emitter of 90-110 Ω / sq.

太陽電池セルを測定してそれらの初期状態の特性を決定した。結果が以下の表12に示される。   Solar cells were measured to determine their initial characteristics. The results are shown in Table 12 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

[比較例4 90〜110Ω/sqのエミッタでインプラントされたホウ素ドープ単結晶シリコンウェハの初期状態の試験]
ホウ素ドープウェハから太陽電池セルを作製した。2.6Ω・cmの抵抗率を有するようにウェハを選択し、90〜110Ω/sqのエミッタでインプラントした。
[Comparative Example 4 Initial State Test of Boron-Doped Single Crystal Silicon Wafer Implanted with 90-110 Ω / sq Emitter]
Solar cells were prepared from boron-doped wafers. The wafer was selected to have a resistivity of 2.6 Ω · cm and implanted with an emitter of 90-110 Ω / sq.

太陽電池セルを測定してそれらの初期状態の特性を決定した。結果が以下の表13に示される。   Solar cells were measured to determine their initial characteristics. The results are shown in Table 13 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

[比較例5 90〜110Ω/sqのエミッタでインプラントされたホウ素ドープ単結晶シリコンウェハの初期状態の試験]
ホウ素ドープウェハから太陽電池セルを作製した。2.5Ω・cmの抵抗率を有するようにウェハを選択し、90〜110Ω/sqのエミッタでインプラントした。
[Comparative Example 5 Initial State Test of Boron-Doped Single Crystal Silicon Wafer Implanted with 90-110Ω / sq Emitter]
Solar cells were prepared from boron-doped wafers. The wafer was selected to have a resistivity of 2.5 Ω · cm and implanted with an emitter of 90-110 Ω / sq.

太陽電池セルを測定してそれらの初期状態の特性を決定した。結果が以下の表14に示される。   Solar cells were measured to determine their initial characteristics. The results are shown in Table 14 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

[実施例11 インジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルおよびホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルの光誘起劣化試験]
様々な性能特性の太陽電池セルの光誘起劣化を試験するために、実施例9および実施例10のインジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製した太陽電池セル並びに比較例4および比較例5のホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製した太陽電池セルを、45℃より低い温度で0.7SUNに相当する太陽光の分光放射照度に24時間曝した。初期の太陽電池セルの平均の性能特性および24時間照射後の太陽電池セルの平均の性能特性が以下の表15に示される。
[Example 11 Photoinduced degradation test of solar cell made from indium-doped single crystal silicon wafer and solar cell made from boron-doped single crystal silicon wafer]
In order to test the light-induced degradation of solar cells with various performance characteristics, the solar cells made from the indium doped single crystal silicon wafers of Example 9 and Example 10 and the boron doped single cells of Comparative Example 4 and Comparative Example 5 were used. Solar cells made from crystalline silicon wafers were exposed to spectral irradiance of sunlight corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C. for 24 hours. The average performance characteristics of the initial solar cells and the average performance characteristics of the solar cells after 24 hours of irradiation are shown in Table 15 below.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

インジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製した太陽電池セルおよびホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製した太陽電池セル(酸素濃度およびドーパント濃度が厳密に一致するように選択した)について、光誘起劣化の評価を行った。インジウムドープウェハから作製した太陽電池セルは、ホウ素ドープウェハから作製した太陽電池セルと比較して、照明後、大幅に小さい光誘起劣化を示した。より具体的には、ホウ素ドープセルについての約0.5%の絶対的劣化と比較して、インジウムドープウェハから作製した太陽電池セルの効率は、照明後、19%のままであるか、または19%に極めて近いままであった。これらの結果から見ると、インジウムドープセルから作製した太陽電池セルは、ホウ素ドープセルから作製した太陽電池セルより大幅に小さい光誘起劣化を示した。   Photoinduced degradation was evaluated for solar cells made from indium-doped single crystal silicon wafers and solar cells made from boron-doped single crystal silicon wafers (selected so that the oxygen and dopant concentrations closely matched). It was. Solar cells made from indium-doped wafers showed significantly less light-induced degradation after illumination compared to solar cells made from boron-doped wafers. More specifically, the efficiency of solar cells made from indium doped wafers remains 19% after illumination, compared to about 0.5% absolute degradation for boron doped cells, or 19 % Remained very close. From these results, solar cells made from indium-doped cells showed significantly less photoinduced degradation than solar cells made from boron-doped cells.

[実施例12 インジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルおよびホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルの少数キャリア寿命についての光誘起劣化の影響]
3つの異なる結晶から3つのグループのウェハを選択した。各グループのウェハは同じセグメントからのものである。各グループには4つのウェハがある。第1グループのウェハは、高寿命のホウ素ドープ連続Czセグメントからスライスした。第2グループのウェハは、平均的な寿命のホウ素ドープ連続Czセグメントからスライスした。第3グループのウェハは、インジウムドープCz結晶からスライスした。
Example 12 Influence of Photo-Induced Degradation on Minority Carrier Life of Solar Cell Made from Indium-Doped Single Crystal Silicon Wafer and Solar Cell Made from Boron-Doped Single Crystal Silicon Wafer
Three groups of wafers were selected from three different crystals. Each group of wafers is from the same segment. There are four wafers in each group. The first group of wafers was sliced from long-lived boron-doped continuous Cz segments. A second group of wafers were sliced from boron-doped continuous Cz segments with an average lifetime. A third group of wafers was sliced from indium doped Cz crystals.

全てのウェハを同時に同じ容器中でエッチングおよび洗浄をした。最初にダメージの除去が見られ、テクスチャエッチング工程により各ウェハから16ミクロン取り除いた。テクスチャエッチング後にウェハを洗浄し、最終のフッ化水素(HF)酸洗浄工程の直後にヨウ素−エタノール溶液でパッシベーションした。ウェハが屋外で6日間ライトソーキングされる(light soaked)前後のヨウ素−エタノールパッシベーションウェハについて寿命測定を行った。注入レベル寿命測定(injection level lifetime measurement)を行うTransientモードでSintonのWTC−120のウェハツールを用いた。屋外でのライトソーキング後、寿命測定を行う前と同じ方法でエッチングおよび洗浄をした。唯一の違いは、ライトソーキング後の各ウェハから約12ミクロンの材料が取り除かれたことだった。   All wafers were simultaneously etched and cleaned in the same container. Initial removal of damage was seen and 16 microns were removed from each wafer by a texture etching process. The wafer was cleaned after texture etching and passivated with an iodine-ethanol solution immediately after the final hydrogen fluoride (HF) acid cleaning step. Lifetime measurements were performed on iodine-ethanol passivation wafers before and after the wafers were light soaked for 6 days outdoors. A Sinton WTC-120 wafer tool was used in Transient mode to perform injection level life time measurement. After light soaking outdoors, etching and cleaning were performed in the same manner as before the lifetime measurement. The only difference was that about 12 microns of material was removed from each wafer after light soaking.

全3グループについての結晶セグメントの寿命および抵抗率が表16に示される。Sinton InstrumentsのBCT−400を用いて、MCD=5×1014cm−3における寿命を測定した。全4つのP01GJ−A4(高寿命、ホウ素ドープ)ウェハについて、6日間の屋外でのライトソーキング前後の注入レベル寿命が図9に示される。全4つのP00PC−C2ウェハ(平均的な寿命、ホウ素ドープ)について、6日間の屋外でのライトソーキング前後の注入レベル寿命が図10に示される。全4つの210T0Nウェハ(インジウムドープ)について、6日間の屋外でのライトソーキング前後の注入レベル寿命が図11に示される。 The crystal segment lifetime and resistivity for all three groups are shown in Table 16. Using a Sinton Instruments BCT-400, the lifetime at MCD = 5 × 10 14 cm −3 was measured. For all four P01GJ-A4 (high life, boron doped) wafers, the implantation level life before and after light soaking for 6 days outdoors is shown in FIG. For all four P00PC-C2 wafers (average lifetime, boron doped), the implant level lifetime before and after light soaking for 6 days outdoors is shown in FIG. For all four 210T0N wafers (indium doped), the implantation level lifetimes before and after light soaking for 6 days outdoors are shown in FIG.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

全12個のウェハの1×1015cm−3の注入レベル(MCD)において測定された少数キャリア寿命の比較が表17に示される。 A comparison of minority carrier lifetimes measured at 1 × 10 15 cm −3 implantation levels (MCD) for all 12 wafers is shown in Table 17.

Figure 2016503964
Figure 2016503964

インジウムドープCzウェハの少数キャリア寿命は、太陽光に6日間暴露した後に劣化しないが、一方、ホウ素ドープCCzウェハの少数キャリア寿命は劣化する。ホウ素ドープシリコンウェハおよびインジウムドープシリコンウェハに関して、少数キャリア寿命が測定可能な性能パラメータであるLID試験は、インジウムドープCzシリコンウェハおよびホウ素ドープCCzシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルについての太陽電池セル効率データと対応する。とりわけ、インジウムドープCzウェハ上に作製された太陽電池セルの効率は、光に暴露した後に劣化しないが、一方、ホウ素ドープCCz上に作製された太陽電池セルは光誘起劣化を示す。   The minority carrier lifetime of indium-doped Cz wafers does not degrade after 6 days exposure to sunlight, while the minority carrier lifetime of boron-doped CCz wafers degrades. For boron doped silicon wafers and indium doped silicon wafers, the LID test, a minority carrier lifetime measurable performance parameter, is a solar cell for solar cells fabricated on indium doped Cz silicon wafers and boron doped CCz silicon wafers. Corresponds to efficiency data. In particular, the efficiency of solar cells fabricated on indium-doped Cz wafers does not degrade after exposure to light, while solar cells fabricated on boron-doped CCz exhibit light-induced degradation.

シリコン太陽電池セルの効率は、シリコンウェハの少数キャリア寿命に関連する。以下の式は、空間電荷領域において、電荷の再結合がない理想的な半導体ダイオードに関連する。より一般的な式を作ることができるが、理想的なダイオードモデルを用いて全体の関係を明らかにできる。太陽電池セル効率は式9により与えられる。

Figure 2016503964
The efficiency of silicon solar cells is related to the minority carrier lifetime of the silicon wafer. The following equation relates to an ideal semiconductor diode with no charge recombination in the space charge region. A more general equation can be made, but the overall relationship can be revealed using an ideal diode model. Solar cell efficiency is given by Equation 9.
Figure 2016503964

式9において、Vocは太陽電池セルの開放電圧であり、Iscは短絡電流であり、FFはダイオードの曲線因子であり、Pinは太陽電池セル上の入射照明のパワー密度である。Pinは、AM1.5の太陽光スペクトルについて1kW/mである。 In Formula 9, V oc is the open circuit voltage of the solar cell, I sc is the short circuit current, FF is the fill factor of the diode, P in is the power density of the incident illumination on the solar cell. P in is a 1kW / m 2 for the solar spectrum of AM1.5.

ocは、ベースシリコンの少数キャリア拡散長と強い相関関係がある。理想的なダイオードについての開放電圧の関数は式10に与えられる。

Figure 2016503964
V oc has a strong correlation with the minority carrier diffusion length of the base silicon. The open circuit voltage function for an ideal diode is given in Equation 10.
Figure 2016503964

式10において、kはボルツマン定数であり、Tは温度であり、qは電子の電気素量(fundamental charge)、Iは照明に起因して生じる電流、Iはpn接合を仮定した太陽電池セルの飽和電流である。開放電圧は、式11に与えられる太陽電池セルの飽和電流を介して、少数キャリア拡散長と関連付けられる。

Figure 2016503964
In Equation 10, k is the Boltzmann constant, T is the temperature, q is the electron elementary charge (fundamental charge), I L is the current caused by the illumination, I 0 is the solar cell with an assumption of pn junction The saturation current of the cell. The open circuit voltage is related to the minority carrier diffusion length via the solar cell saturation current given in Equation 11.
Figure 2016503964

式11において、Aは太陽電池セルの面積であり、D、Dはそれぞれ電子および正孔の拡散係数であり、Nはアクセプタドーパント(または、ドーパントアクセプタ、dopant acceptor)の数、Nはドナードーパント(または、ドーパントドナー、dopant donor)の数、L、Lhはそれぞれ電子および正孔の拡散長である。標準的な産業の太陽電池セルにおいては、p型シリコンウェハが用いられ、高濃度にドープされたn型エミッタと接合が形成される。この電子構造のために、式11中の第2項が第1項より著しく小さくなり、無視することができる。第1項中の全ての変数はプロセスにより固定されるか、または電子の拡散長を除いて物理定数である。これはp型材料であるため、Lは少数キャリア拡散長である。このパラメータは結晶完全性の測定として用いられている。それは、少数キャリアが多数キャリアと再結合する前に、少数キャリアが結晶中を進むであろう平均の距離を表す。その値は、金属不純物、結晶欠陥(転位、空孔等)、意図的な不純物(ドーパント)および他の欠陥のような多くの結晶特性により影響される。少数キャリア拡散長は、少数キャリアの拡散係数を介して、少数キャリア寿命と関連付けられる。p型シリコン中の少数キャリアである電子についてのこの関係は、式12に示される。

Figure 2016503964
In Equation 11, A is the area of the solar cell, D e and D h are the diffusion coefficients of electrons and holes, respectively, N A is the number of acceptor dopants (or dopant acceptors), N D Is the number of donor dopants (or dopant donors), L e and Lh are the diffusion lengths of electrons and holes, respectively. In standard industrial solar cells, p-type silicon wafers are used to form junctions with heavily doped n-type emitters. Because of this electronic structure, the second term in Equation 11 is significantly smaller than the first term and can be ignored. All variables in the first term are fixed by the process or are physical constants except for the electron diffusion length. Since this is a p-type material, Le is the minority carrier diffusion length. This parameter is used as a measure of crystal integrity. It represents the average distance that minority carriers will travel through the crystal before they recombine with the majority carriers. Its value is affected by many crystal properties such as metal impurities, crystal defects (dislocations, vacancies, etc.), intentional impurities (dopants) and other defects. The minority carrier diffusion length is related to the minority carrier lifetime through the minority carrier diffusion coefficient. This relationship for electrons that are minority carriers in p-type silicon is shown in Equation 12.
Figure 2016503964

τは電子の少数キャリア寿命である。 τ e is the minority carrier lifetime of the electrons.

その結果として、より高い少数キャリア寿命を有する材料はより低い飽和電流を有するであろうし、より大きな開放電流および太陽電池セル効率につながる。   As a result, a material with a higher minority carrier lifetime will have a lower saturation current, leading to higher open current and solar cell efficiency.

より長い少数キャリア拡散長が太陽電池セル効率を改善する他の重要なメカニズムは、式10中のIの項に見ることができる。太陽電池セルの光電流(illuminated current)Iは、式13により与えられる。

Figure 2016503964
Another important mechanism to longer minority carrier diffusion length improves solar cell efficiency can be seen in the section I L in Formula 10. Photocurrent (illuminated current) I L of the solar cell is given by Equation 13.
Figure 2016503964

Gはシリコンについての電子−正孔対の生成率である。それは、結晶シリコンが光をそのように吸収するかに基づいており、スペクトルに依存する。Wは太陽電池セルの接合部の空乏領域の幅である。他の変数は既に説明した。式13は、空乏領域のいずれか一方の側において、照明に起因する電流が一拡散長以内に主に起こるということを示す。標準的な産業の太陽電池セルにおいて、空乏幅は小さく、0.5ミクロンより小さいと考えることができ、n型拡散エミッタ領域の厚さは空乏幅より小さく、照明に起因する電流発生の活性領域は、p型シリコンウェハ中へ一拡散長であろう。電子−正孔対の再結合率は、p型シリコン中の電子である少数キャリアにより決定されるであろう。このことは、太陽電池セル効率について2つの意味合いを持つ。1つ目は、式10に示されるように、Iを増加することにより、Vocが増加するだろうということである。2つ目は、少数キャリア拡散長が増加することにより、電子−正孔対を活発に生成するであろうシリコンウェハの部分が増加し、短絡電流Iscを増加するであろうということである。 G is the generation rate of electron-hole pairs for silicon. It is based on how crystalline silicon absorbs light and depends on the spectrum. W is the width of the depletion region of the solar cell junction. Other variables have already been explained. Equation 13 shows that on either side of the depletion region, the current due to illumination occurs mainly within one diffusion length. In a standard industrial solar cell, the depletion width is small and can be considered less than 0.5 microns, the thickness of the n-type diffused emitter region is smaller than the depletion width, and the active region for current generation due to illumination Will be one diffusion length into the p-type silicon wafer. The recombination rate of electron-hole pairs will be determined by minority carriers, which are electrons in p-type silicon. This has two implications for solar cell efficiency. First, as shown in Equation 10, by increasing the I L, is that it will V oc increases. Second, increasing the minority carrier diffusion length will increase the portion of the silicon wafer that will actively generate electron-hole pairs and increase the short-circuit current Isc. .

それ故に、少数キャリア拡散長は、また少数キャリア寿命を延ばすことにより、太陽電池セルのベースとして用いられるシリコンウェハの最も重要な材料特性の1つである。太陽電池セルの開放電圧VOCに関して著しい影響を有するものは、結晶完全性の測定である。また、それはベースシリコンウェハの電気的に活性な体積を増加し、太陽電池セルの開放電圧VOCおよび短絡電流ISCに寄与する。最終的に、より長い少数キャリア寿命を有するシリコンウェハは、業界基準の拡散接合スクリーン印刷太陽電池セルのように、シリコンウェハが同じ電子構造である場合、より良好な太陽電池セル効率を有する。それ故に、ホウ素をインジウムで置き換えてウェハの少数キャリア寿命を維持することにより、太陽電池セル効率は照明が原因で劣化しないだろうし、インジウムドープウェハ上に作製された太陽電池セルについては、光に暴露した後の太陽電池セルの効率がより高いだろう。 Therefore, minority carrier diffusion length is also one of the most important material properties of silicon wafers used as the base of solar cells, also by extending the minority carrier lifetime. What has a significant effect on the open circuit voltage V OC of the solar cell is a measurement of crystal integrity. It also increases the electrically active volume of the base silicon wafer and contributes to the open circuit voltage V OC and short circuit current I SC of the solar cells. Ultimately, silicon wafers with longer minority carrier lifetimes have better solar cell efficiency when the silicon wafer is the same electronic structure, such as industry standard diffusion bonded screen printed solar cells. Therefore, by replacing boron with indium to maintain the minority carrier lifetime of the wafer, solar cell efficiency will not degrade due to illumination, and for solar cells fabricated on indium doped wafers, light The efficiency of solar cells after exposure will be higher.

[実施例13 インジウムドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルおよび太陽電池モジュール並びにホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから作製された太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの少数キャリア寿命に関する光誘起劣化の影響の比較試験]
生産ライン機器を用いて(大型の産業用太陽電池セルの製造業者により)太陽電池セルの母集団を作製した。ホウ素ドープ単結晶シリコンウェハおよびインジウムドープ単結晶シリコンウェハ両方の上に太陽電池セルを作製した。Sinton Instruments FCT−400の光電流対電圧測定装置により、最初に太陽電池セルを測定した。ホウ素ドープシリコンウェハ上に作製された27個の太陽電池セルおよびインジウムドープシリコンウェハ上に作製された66個の太陽電池セルを含む合計93個の太陽電池セルを測定した。ホウ素系およびインジウム系の太陽電池セル両方について、初期の太陽電池セル効率は19.1%〜19.2%の間であった。初期の測定後、全93個の太陽電池セルを同時に屋外でライトソーキングした。ミズーリ州セント・ピーターズにおいて、秋のPM12:00から4日後のAM10:00まで、屋外に太陽電池を置くことによりライトソーキングを行った。
[Example 13: Effects of light-induced degradation on the minority carrier lifetime of solar cells and solar modules and solar cells and solar modules made from indium-doped single crystal silicon wafers Comparative test]
A population of solar cells was made (by a manufacturer of large industrial solar cells) using production line equipment. Solar cells were fabricated on both a boron doped single crystal silicon wafer and an indium doped single crystal silicon wafer. Solar cells were first measured with a photocurrent versus voltage measuring device from Sinton Instruments FCT-400. A total of 93 solar cells were measured, including 27 solar cells made on a boron-doped silicon wafer and 66 solar cells made on an indium-doped silicon wafer. The initial solar cell efficiency was between 19.1% and 19.2% for both boron-based and indium-based solar cells. After the initial measurement, all 93 solar cells were simultaneously light soaked outdoors. In St. Peters, Missouri, light soaking was conducted by placing solar cells outdoors from 12:00 PM to 10:00 AM four days later.

加えて、インジウムドープ単結晶シリコンウェハおよびホウ素ドープ単結晶シリコンウェハ上に作製された太陽電池セルから太陽電池モジュールを作製した。インジウムドープ単結晶シリコンウェハから6個のモジュールを作製した。ホウ素ドープ単結晶シリコンウェハから1個の基準モジュールを作製した。標準的なモジュール材料(MEMCシンガポールInc.)を用いてモジュールを作製した。72個の太陽電池セルから各モジュールを製造した。モジュールが約150kWhr/mの全太陽光放射照度に暴露するまで、シンガポールにおいてモジュールを屋外に置くことにより、これらのモジュールをライトソーキングした。太陽電池セルの性能を比較するために、約20kWhr/mの全太陽光放射照度に曝露した後の太陽電池モジュールの性能データを用いた。 In addition, a solar cell module was fabricated from solar cells fabricated on an indium doped single crystal silicon wafer and a boron doped single crystal silicon wafer. Six modules were made from an indium-doped single crystal silicon wafer. One reference module was made from a boron doped single crystal silicon wafer. Modules were made using standard module materials (MEMC Singapore Inc.). Each module was manufactured from 72 solar cells. These modules were light soaked by placing the modules outdoors in Singapore until the modules were exposed to a total solar irradiance of about 150 kWhr / m 2 . In order to compare the performance of the solar cells, the performance data of the solar cell module after exposure to a total solar irradiance of about 20 kWhr / m 2 was used.

ライトソーキング後、Sinton Instruments FCT−400の光電流対電圧測定装置を用いて、全93個の太陽電池セルを測定した。最も関連性のある性能パラメータの測定:太陽電池セル効率、開放電圧、短絡電流および曲線因子が各太陽電池セルの初期値に対して規格化されている。各太陽電池セルの初期値は1である。ライトソーキング後の測定は規格化された劣化を示す。ライトソーキング前後の規格化された太陽電池セル効率、開放電圧、短絡電流および曲線因子がそれぞれ図12、13、14および15に示される。比較のため、太陽電池セルについての同じ性能パラメータも含まれている。   After light soaking, a total of 93 solar cells were measured using a photocurrent versus voltage measuring device of Sinton Instruments FCT-400. Measurement of the most relevant performance parameters: solar cell efficiency, open circuit voltage, short circuit current and fill factor are normalized to the initial value of each solar cell. The initial value of each solar cell is 1. Measurements after light soaking indicate normalized degradation. The normalized solar cell efficiency, open circuit voltage, short circuit current and fill factor before and after light soaking are shown in FIGS. 12, 13, 14 and 15, respectively. For comparison, the same performance parameters for solar cells are also included.

ホウ素ドープシリコンウェハおよびインジウムドープシリコンウェハから作製された太陽電池について、ライトソーキング後の平均の規格化された性能パラメータが以下の表18に示される。図12に示される規格化された太陽電池セル効率は、インジウムドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルは1%より小さく劣化し、一方、ホウ素ドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルは2%より大きく劣化することを示す。ホウ素ドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルの劣化は、インジウムドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルより著しく大きく、それは全ての性能パラメータ;VOC,ISCおよびFFで起こる。ホウ素ドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルと比較した、インジウムドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルとの間の最大の違いは、曲線因子に見られる。これは主に、ライトソーキング後のホウ素ドープシリコンの注入レベル寿命の振る舞いの結果であり、全ての注入レベルにおいて寿命の劇的な低下を示す。 The average normalized performance parameters after light soaking for solar cells made from boron doped silicon wafers and indium doped silicon wafers are shown in Table 18 below. The normalized solar cell efficiency shown in FIG. 12 is degraded by less than 1% for solar cells fabricated on indium-doped silicon wafers, while solar cells fabricated on boron-doped silicon wafers are It shows that it deteriorates more than 2%. Degradation of solar cells fabricated on boron-doped silicon wafers is significantly greater than solar cells fabricated on indium-doped silicon wafers, which occurs with all performance parameters; V OC , I SC and FF. The greatest difference between solar cells made on indium doped silicon wafers compared to solar cells made on boron doped silicon wafers is seen in the fill factor. This is mainly a result of the implantation level lifetime behavior of boron-doped silicon after light soaking and shows a dramatic decrease in lifetime at all implantation levels.

Figure 2016503964
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加えて、太陽電池モジュールのLID性能は、太陽電池セルのデータと殆ど同じ振る舞いを示す。唯一の違いは、開放電圧において見ことができる。しかし、より長い太陽光への暴露時間(150kWhr/m)の後、太陽電池セルおよびモジュールの開放電圧のデータは接近する。 In addition, the LID performance of the solar cell module shows almost the same behavior as the data of the solar cell. The only difference can be seen in the open circuit voltage. However, after longer exposure time to sunlight (150 kWhr / m 2 ), the open-circuit voltage data for solar cells and modules approach.

量産設備で作られたホウ素ドープシリコンウェハおよびインジウムドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルは、パーセント相対LIDおよび絶対効率の損失の点からも示すことができる。光誘起劣化による損失を報告するために、太陽電池産業において両方は一般的に用いられる。ホウ素ドープシリコンウェハおよびインジウムドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルのパーセント相対LIDおよび絶対効率の損失がそれぞれ図16および17に示される。   Solar cells made on boron and indium doped silicon wafers made in mass production equipment can also be shown in terms of percent relative LID and absolute efficiency loss. Both are commonly used in the solar cell industry to report losses due to light-induced degradation. The percent relative LID and absolute efficiency loss of solar cells fabricated on boron-doped and indium-doped silicon wafers are shown in FIGS. 16 and 17, respectively.

太陽電池セルの量産ラインで製造された業界基準の拡散接合スクリーン印刷シリコン太陽電池セルの屋外でのライトソーキング試験は、インジウムドープシリコンウェハについての光誘起劣化が、ホウ素ドープシリコンウェハと比較して著しく小さいことを示す。さらに、ホウ素ドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルの劣化の大きさは著しく、一方、インジウムドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルにおいては、劣化の程度はほぼ無視できる。同じグループの太陽電池セル(ホウ素ドープシリコンウェハおよびインジウムドープシリコンウェハから作製)から作製された太陽電池モジュールも、単一の太陽電池セルと同様に機能した。インジウムドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルを含む太陽電池モジュールは、1%より小さい効率の劣化を示し、一方、ホウ素ドープシリコンウェハ上に作製された太陽電池セルを含む太陽電池モジュールは、2%より大きい効率の劣化を示した。   An outdoor light soaking test for industry standard diffusion bonded screen printed silicon solar cells manufactured on a solar cell mass production line shows that light-induced degradation for indium doped silicon wafers is significantly higher than for boron doped silicon wafers. Indicates small. Furthermore, the magnitude of degradation of solar cells fabricated on boron-doped silicon wafers is significant, while the degree of degradation is almost negligible in solar cells fabricated on indium-doped silicon wafers. Solar cell modules made from the same group of solar cells (made from boron-doped silicon wafers and indium-doped silicon wafers) functioned similarly to single solar cells. Solar cell modules that include solar cells fabricated on indium doped silicon wafers exhibit less than 1% efficiency degradation, while solar cell modules that include solar cells fabricated on boron doped silicon wafers It showed an efficiency degradation greater than 2%.

本開示の範囲から逸脱することなく、上述のプロセスにおいて様々な変更を行うことができるため、上述に含まれる全ての事項は例示として解釈され、限定的な意味に解釈されないことを意図する。さらに、本開示またはその実施形態の要素を導入する場合、冠詞「1つの(a)」、「1つの(an)」、「その(the)」および「前記(said)」は、1つ以上の要素が存在することを意味することを意図する。用語「含む(comprising)」、「含む(including)」および「有する(having)」は包括的であり、列挙された要素以外の付加的な要素が存在してよいことを意味することが意図される。   Since various changes can be made in the above-described process without departing from the scope of the present disclosure, all matters contained therein are intended to be interpreted as illustrative and not in a limiting sense. Further, when introducing elements of the present disclosure or embodiments thereof, the articles “a”, “an”, “the” and “said” may include one or more Is intended to mean that there is an element. The terms “comprising”, “including” and “having” are intended to be inclusive and mean that there may be additional elements other than the listed elements. The

この記載は、ベストモードを含む本発明を開示する実施例、および当該技術分野における任意の当業者が発明を実施すること(任意の装置またはシステムを作製することおよび使用すること、または任意の組み入れられた方法を実行することを含む)も可能にする実施例を用いる。本発明の特許を受けることができる範囲は特許請求の範囲により規定され、当業者が考えつく他の実施例を含んでよい。そのような他の実施例が特許請求の範囲の文言通りの言葉と異ならない構成要素を含む場合、またはそのような他の実施例が特許請求の範囲の文言通りの言葉と実質的ではない違いを有する均等な構成要素を含む場合、そのような他の実施例は、本特許請求の範囲内であることが意図される。   This description includes examples disclosing the invention, including the best mode, and allows any person skilled in the art to practice the invention (make and use any device or system, or any incorporation). Use of an embodiment that also allows for the implementation of the described method). The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Where such other embodiments include elements that do not differ from the literal language of the claims, or where such other embodiments are not substantially different from the literal language of the claims Such alternative embodiments are intended to be within the scope of the following claims, including equivalent components that have:

Claims (56)

チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハを含み、絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも17%である太陽電池セル。   Conversion of spectral irradiance of sunlight on the surface of indium doped single crystal silicon wafer under absolute air mass 1.5, including indium doped single crystal silicon wafer sliced from ingot grown by Czochralski method A solar cell having an efficiency of at least 17%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも18%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under an absolute air mass of 1.5 is at least 18%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも19%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under the absolute air mass 1.5 is at least 19%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも19.5%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under an absolute air mass of 1.5 is at least 19.5%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも20%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under an absolute air mass of 1.5 is at least 20%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも20.5%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under the absolute air mass 1.5 is at least 20.5%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも21%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under an absolute air mass of 1.5 is at least 21%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも22%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under an absolute air mass of 1.5 is at least 22%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも24%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under the absolute air mass 1.5 is at least 24%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも26%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under an absolute air mass of 1.5 is at least 26%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも28%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under the absolute air mass 1.5 is at least 28%. 絶対的エアマス1.5の下での前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハの表面における太陽光の分光放射照度の変換効率が、少なくとも30%である請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the conversion efficiency of the spectral irradiance of sunlight on the surface of the indium-doped single crystal silicon wafer under the absolute air mass 1.5 is at least 30%. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約10Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 1, wherein the indium-doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 10 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約5Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 1, wherein the indium-doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 5 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約4Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 1, wherein the indium-doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 4 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約3Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 1, wherein the indium-doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 3 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約1Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 1, wherein the indium-doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 1 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約0.5Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 1, wherein the indium-doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 0.5 Ω · cm. 45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、前記太陽電池セルの相対効率が約2%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the relative efficiency of the solar cell deteriorates by about 2% or less after being exposed to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 1 to 300 hours. 45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、前記太陽電池セルの相対効率が約1%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the relative efficiency of the solar cell is deteriorated by about 1% or less after being exposed to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 1 to 300 hours. 45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、前記太陽電池セルの相対効率が約2%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the relative efficiency of the solar cell deteriorates by about 2% or less after being exposed to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 24 hours. 45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、前記太陽電池セルの相対効率が約1%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the relative efficiency of the solar cell deteriorates by about 1% or less after being exposed to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 24 hours. 45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.5%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.5% or less after exposure to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 1 to 300 hours. 45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.2%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.2% or less after being exposed to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 1 to 300 hours. 45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.1%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.1% or less after being exposed to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 1 to 300 hours. 45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.5%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.5% or less after being exposed to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 24 hours. 45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.2%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.2% or less after being exposed to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 24 hours. 45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.1%以下劣化する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.1% or less after being exposed to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 24 hours. 前記インジウムドープウェハが、830nmと1400nmとの間の波長を有する光を、同じ抵抗率のホウ素ドープウェハより多く吸収する請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 1, wherein the indium-doped wafer absorbs more light having a wavelength between 830 nm and 1400 nm than a boron-doped wafer having the same resistivity. チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハを含み、前記ウェハが約10Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有し、45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、相対効率が約1%以下劣化する太陽電池セル。   Indium doped single crystal silicon wafer sliced from an ingot grown by the Czochralski method, said wafer having an average bulk resistivity of less than about 10 Ω · cm and at a temperature below 45 ° C. A solar cell whose relative efficiency deteriorates by about 1% or less after being exposed to light corresponding to 10 SUN for 1 to 300 hours. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約5Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項30に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 30, wherein the indium-doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity of less than about 5 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約4Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項30に記載の太陽電池セル。   31. The solar cell of claim 30, wherein the indium doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 4 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約3Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項30に記載の太陽電池セル。   32. The solar cell of claim 30, wherein the indium doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 3 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約1Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項30に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 30, wherein the indium-doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 1 Ω · cm. 前記インジウムドープ単結晶シリコンウェハが、約0.5Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有する請求項30に記載の太陽電池セル。   31. The solar cell of claim 30, wherein the indium doped single crystal silicon wafer has an average bulk resistivity less than about 0.5 Ω · cm. 45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.5%以下劣化する請求項30に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 30, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.5% or less after exposure to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 1 to 300 hours. 45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.2%以下劣化する請求項30に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 30, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.2% or less after being exposed to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 1 to 300 hours. 45℃より低い温度で0.1〜10SUNに相当する光に1〜300時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.1%以下劣化する請求項30に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 30, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.1% or less after exposure to light corresponding to 0.1 to 10 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 1 to 300 hours. 45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.5%以下劣化する請求項30に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 30, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.5% or less after being exposed to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 24 hours. 45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.2%以下劣化する請求項30に記載の太陽電池セル。   The solar cell of claim 30, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.2% or less after being exposed to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 24 hours. 45℃より低い温度で0.7SUNに相当する光に24時間暴露した後、前記太陽電池セルの絶対効率が約0.1%以下劣化する請求項30に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 30, wherein the absolute efficiency of the solar cell deteriorates by about 0.1% or less after being exposed to light corresponding to 0.7 SUN at a temperature lower than 45 ° C for 24 hours. 前記インジウムドープウェハが、830nmと1400nmとの間の波長を有する光を、同じ抵抗率のホウ素ドープウェハより多く吸収する請求項30に記載の太陽電池セル。   31. The solar cell of claim 30, wherein the indium doped wafer absorbs more light having a wavelength between 830 nm and 1400 nm than a boron doped wafer with the same resistivity. チョクラルスキー法により成長させたインゴットからスライスされたインジウムドープ単結晶シリコンウェハを含み、前記ウェハが約10Ω・cmより小さい平均のバルク抵抗率を有し、45℃より低い温度で太陽光に4時間暴露した後、相対効率が約1%以下劣化する太陽電池セル。   Indium doped single crystal silicon wafer sliced from an ingot grown by the Czochralski method, said wafer having an average bulk resistivity of less than about 10 Ω · cm, and less than 45 ° C. to sunlight A solar cell whose relative efficiency deteriorates by about 1% or less after time exposure. 中心軸と、前記中心軸に対して略垂直である前面および後面と、前記前面と前記後面との間にあり且つそれらに平行な中心面と、周縁端と、前記中心軸から前記周縁端に伸びる半径Rとを有し:
少なくとも約1×1015原子/cmの平均インジウム濃度を含み;
前記インジウム濃度が、少なくとも0.75Rに亘って、約15%以下の半径方向の相対変化を有する、
単結晶シリコンセグメント。
A central axis, a front surface and a rear surface that are substantially perpendicular to the central axis, a central surface between and parallel to the front surface and the rear surface, a peripheral edge, and from the central axis to the peripheral edge With an extending radius R:
An average indium concentration of at least about 1 × 10 15 atoms / cm 3 ;
The indium concentration has a relative radial change of about 15% or less over at least 0.75R;
Single crystal silicon segment.
前記インジウム濃度が、少なくとも0.95Rに亘って、約15%以下の半径方向の相対変化を有する請求項44に記載の単結晶シリコンセグメント。   45. The single crystal silicon segment of claim 44, wherein the indium concentration has a relative radial change of about 15% or less over at least 0.95R. 前記インジウム濃度が、少なくとも0.75Rに亘って、約10%以下の半径方向の相対変化を有する請求項44に記載の単結晶シリコンセグメント。   45. The single crystal silicon segment of claim 44, wherein the indium concentration has a relative radial change of about 10% or less over at least 0.75R. 前記平均インジウム濃度が、約1×1015原子/cmと約1×1017原子/cmのとの間である請求項44に記載の単結晶シリコンセグメント。 45. The single crystal silicon segment of claim 44, wherein the average indium concentration is between about 1 × 10 15 atoms / cm 3 and about 1 × 10 17 atoms / cm 3 . 約11ppmaと約20ppmaとの間の酸素濃度を有する請求項44に記載の単結晶シリコンセグメント。   45. The single crystal silicon segment of claim 44, having an oxygen concentration between about 11 ppma and about 20 ppma. 約2ppma以下の炭素濃度を有する請求項44に記載の単結晶シリコンセグメント。   45. The single crystal silicon segment of claim 44, having a carbon concentration of about 2 ppma or less. 約100μmと約1000μmとの間の厚さと、約50mmと約300mmとの間の2つの主要寸法とを有し:
少なくとも約1×1015原子/cmの平均インジウム濃度を含み;
前記インジウム濃度が、前記2つの主要寸法のいずれか一方の長さの少なくとも75%に亘って、約15%以下の変化を有する、
単結晶シリコンウェハ。
Having a thickness between about 100 μm and about 1000 μm and two main dimensions between about 50 mm and about 300 mm:
An average indium concentration of at least about 1 × 10 15 atoms / cm 3 ;
The indium concentration has a change of about 15% or less over at least 75% of the length of either of the two major dimensions;
Single crystal silicon wafer.
約120μmと約240μmとの間の厚さと、約100mmと約200mmとの間の2つの主要寸法とを有し、前記インジウム濃度が、前記2つの主要寸法両方の長さの少なくとも75%に亘って、約15%以下の半径方向の相対変化を有する請求項50に記載の単結晶シリコンウェハ。   Having a thickness between about 120 μm and about 240 μm and two major dimensions between about 100 mm and about 200 mm, wherein the indium concentration is at least 75% of the length of both of the two major dimensions. 51. The single crystal silicon wafer of claim 50 having a radial relative change of about 15% or less. 前記インジウム濃度が、前記2つの主要寸法両方の長さの少なくとも95%に亘って、約15%以下の半径方向の相対変化を有する請求項50に記載の単結晶シリコンウェハ。   51. The single crystal silicon wafer of claim 50, wherein the indium concentration has a relative radial change of about 15% or less over at least 95% of the length of both of the two major dimensions. 前記インジウム濃度が、前記2つの主要寸法両方の長さの少なくとも75%に亘って、約10%以下の半径方向の相対変化を有する請求項50に記載の単結晶シリコンウェハ。   51. The single crystal silicon wafer of claim 50, wherein the indium concentration has a relative radial change of about 10% or less over at least 75% of the length of both of the two major dimensions. 前記平均インジウム濃度が、約1×1015原子/cmと約1×1017原子/cmのとの間である請求項50に記載の単結晶シリコンウェハ。 51. The single crystal silicon wafer of claim 50, wherein the average indium concentration is between about 1 * 10 < 15 > atoms / cm < 3 > and about 1 * 10 < 17 > atoms / cm < 3 >. 約11ppmaと約20ppmaとの間の酸素濃度を有する請求項50に記載の単結晶シリコンウェハ。   51. The single crystal silicon wafer of claim 50, having an oxygen concentration between about 11 ppma and about 20 ppma. 約2ppma以下の炭素濃度を有する請求項50に記載の単結晶シリコンウェハ。   The single crystal silicon wafer of claim 50 having a carbon concentration of about 2 ppma or less.
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