穩定樹枝狀網膜晶體生長的方法和系統的製作方法
2023-04-23 06:39:16 4
專利名稱：穩定樹枝狀網膜晶體生長的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及樹枝狀網膜晶體(dendritic Web crystal)生長的系統和方法。更具體地講，本發明涉及穩定樹枝狀網膜晶體生長的系統和方法。
長久以來已公認，樹枝狀網膜帶晶體使它們本身成為太陽能電池的近乎理想的基體，因為它們具有高的化學純度、低的結構缺陷密度、矩形形狀、以及較精細的晶粒尺寸。此外，由樹枝狀網膜矽製成的太陽能電池享有高達17.3％的光能至電能的轉換效率，這可與採用諸如浮區法的昂貴過程及其它熟知的複雜過程獲得的矽的高效率相比較。
圖1展示了樹枝狀網膜矽晶體10的示意圖，其形狀為從容納於坩堝12中的矽熔融物14引出的作為單晶的矽帶或薄層。為使網膜矽晶體10在晶體生長過程期間固化，將矽熔融物14保持於比坩堝12內的矽凝固點(1412℃)低幾度。矽晶體10通常通過在頂部樹枝狀晶體晶種22上以約1.5cm/min的速度向上牽拉而生長。所得的樹枝狀網膜矽晶體10包含被矽樹枝狀晶體18限定的矽網膜部分16。網膜部分16通常約3至6cm寬，厚度與常規方形樹枝狀晶體18相比約為100μm，而常規方形樹枝狀晶體18通常約厚為700μm。為了維持上述的晶體生長，樹枝狀晶體支撐結構應在矽熔融物14的表面之下的尖樹枝狀晶體末端20處不斷地再生。
不幸的是，普通的樹枝狀網膜晶體生長過程具有若干缺點。例如，普通的樹枝狀網膜晶體生長過程難於商業化，因為它們是「亞穩的」，並遭受晶體生長的過早中斷。雖然，偶爾可生長出長度超過約5m，寬度在約3與約6cm之間的樹枝狀網膜晶體，但是，生長環境中少量的隨機擾動常常會過早地中斷晶體的生長。結果，按普通方法的大多數晶體常常在1-2小時後就停止生長，這時晶體的長度約在1至2m之間，或遠小於長度5m或更長的商業要求。這樣，普通晶體生長技術不能重複地提供足夠長的晶體。
作為另一個實例，與晶體生長的過早中斷相關聯的附加成本及浪費的時間使普通網膜晶體生長過程成為不符需要。晶體生長過早中斷之後，操作者要花1至2個小時配置樹枝狀網膜晶體生長系統以開始生長下個晶體。因此，昂貴的勞動力價格和時間被花費於重新開始晶體生長上。
作為又一個實例，當採用普通網膜晶體生長技術時，大多數晶體在瞬態而不是在穩態條件下生長。在約3cm寬度下開始的晶體由於瞬態條件，在長度幾米之後，逐漸加寬至約5與約6cm之間。完成的晶體必須修剪，以便沿整個長度具有一致的寬度。這樣，由普通技術生產的網膜晶體帶製成的現時的太陽能電池是在以浪費昂貴的額外網膜晶體表面的代價下進行的。
因此，需要一種穩定樹枝狀網膜晶體生長的系統和方法，它能商業化，而沒有上述普通方法的缺點。
本發明提出一種改進的樹枝狀網膜晶體生長的系統和方法，它基本克服了上述晶體生長過早中斷的問題。在一個方面，本發明提出樹枝狀網膜晶體生長的方法，該方法包括裝載熔融物；從熔融物生長樹枝狀網膜晶體；在生長樹枝狀網膜晶體的步驟期間，補充熔融物；和在生長樹枝狀網膜晶體的步驟期間，對熔融物施加磁場。
本發明的樹枝狀網膜晶體可以是矽或鍺晶體。因此，在本發明的一個實施例中應用的熔融物至少包含選自由矽和鍺組成的組合中的一種材料。在本發明的一個實施例中，熔融物還包含錫。
對熔融物施加磁場的步驟包括提供這樣的磁場強度，它使支撐網膜晶體的樹枝狀晶體能在熔融物表面之下不斷地再生。磁場強度一般可大於或等於約400高斯，最好可在約400與約2500高斯之間。
按本發明的一個實施例，生長的步驟包括從熔融物牽拉矽晶種晶體。樹枝狀網膜晶體在大於或等於約1.5cm/min的速率下牽拉，最好在大於或等於1.8cm/min的速率下牽拉，以確保樹枝狀網膜矽晶體的生長不會過早地中斷。
補充熔融物的步驟包括向熔融物供應矽晶片。晶片供應率一般大於或等於0.20g/min，最好大於或等於0.4g/min。
在本發明的一個實施例中，施加磁場的步驟包括產生一個垂直於網膜晶體平面而指向的磁場。替而代之的是，在本發明的另一實施例中，磁場在水平方向平行於網膜晶體平面而指向。在本發明的又另一實施例中，磁場位於垂直方向，並垂直於熔融物的平面。
根據另一方面，本發明提出一種樹枝狀網膜生長裝置。此裝置包括(1)坩堝，該坩堝包含用於接收晶片以便於熔融物補充的供應室和設計用於保存樹枝狀網膜生長用的熔融物的生長室；以及(2)磁場發生器，它設計成在樹枝狀網膜生長期間提供磁場。
本發明的裝置還包括生長爐，而上述坩堝被設置在生長爐內。按照本發明的一個實施例，磁場發生器包括電磁鐵或永久磁鐵，它安裝在生長爐的外側。本發明的磁場發生器可以是安裝在生長爐外側的超導磁鐵。在磁極部件起本發明的磁場發生器作用的實施例中，磁極部件至少有一部分是位於生長爐的外側。
根據本發明的一個實施例，磁場發生器被設計成用以產生垂直於網膜晶體平面而指向的磁場，而磁場發生器用以產生足夠強度的磁場而消耗的功率被降低。替而代之的是，在本發明的另一實施例中，磁場發生器被設計成用以產生沿水平方向指向，並平行於網膜晶體的平面的磁場。磁場發生器也可設計成用以產生位於垂直方向，並垂直於網膜熔融物平面的磁場。
在又另一方面，本發明提出製造樹枝狀網膜晶體所應用的方法，該方法包括裝載熔融物；從熔融物生長樹枝狀網膜晶體；在生長樹枝狀網膜晶體的步驟期間，補充熔融物；和在生長樹枝狀網膜晶體的步驟期間，對熔融物施加磁場。對熔融物施加磁場的步驟可包括提供這樣的磁場強度，它使支撐網膜晶體的樹枝狀晶體得以在熔融物表面之下不斷地再生。
本發明的這些和其它特點將在以下的本發明詳細說明中結合下圖加以更詳細的闡述。
本發明藉助附圖，通過示例，而不是限制，加以展示，其中圖1展示了根據普通技術，從矽熔融物生長的樹枝狀網膜矽晶體的橫截面圖；圖2展示了應用普通技術生長的樹枝狀網膜矽晶體的樹枝狀晶體厚度相對樹枝狀晶體長度的圖表；圖3表示按本發明的一個實施例提出的用於穩定樹枝狀網膜矽晶體生長的系統的橫截面圖；圖4表示沒有液態熔融物的空坩堝的頂視圖，該坩堝應用於圖3的系統中；圖5表示生長設備的截斷透視圖，在此生長設備中實現了按本發明一個實施例提出的圖3所示的樹枝狀網膜矽晶體的生長；圖6表示生長爐的截斷透視圖，該生長爐已將圖5的按本發明的一個實施例提出的、具有磁熔融物穩定的生產樹枝狀網膜矽晶體用的生長設備包含於其中；圖7展示了按本發明生長的樹枝狀網膜矽晶體的樹枝狀晶體厚度相對樹枝狀晶體長度的圖表。
現在將參考附圖所示的目前的最佳實施例，對本發明加以詳細說明。在以下說明中，陳述了無數特定細節以便提供本發明的詳盡了解。但對本技術的技術人士而言，顯然本發明在實踐時可以不具有若干或所有這些特定細節。例如，本發明的系統和方法提供的優點適用於，但不限於樹枝狀網膜矽晶體的生長。包含鍺在內的樹枝狀網膜晶體也可應用本發明的方法和系統加以生長。在其它例子中，熟知的方法步驟和/或結構未加詳細說明，以便不必要地模糊了本發明。
雖然樹枝狀網膜晶體生長過程已知有35年了，且對太陽能電池的應用具有上述優點，但此技術由於其亞穩本性而沒有商業活力。樹枝狀網膜晶體生長過程的商業化的受阻是由於所應用的普通樹枝狀網膜晶體生長系統不能確認晶體生長過早中斷的理由。此外，商業上有活力的大塊晶體生長過程的原理，諸如喬格拉斯基(Czochralski)、浮區法以及勃立得曼(Bridgman)，對樹枝狀網膜晶體生長過程的幫助很少或沒有幫助，因為大塊晶體生長過程享有穩定的晶體生長而不遭受晶體生長的過早中斷。大塊晶體生長過程的穩定性至少部分是由於這一事實，即相當可觀質量的大塊晶體是從大的熔融物/晶體交界面區域向外生長的。可觀的晶體質量使大塊晶體生長過程變得對熔融物/晶體交界面的溫度波動較不敏感。因此，大塊晶體生長過程中大的晶體質量起著熱平穩器的作用。
然而，本發明認識到，由樹枝狀網膜技術進行的薄帶晶體的生長不具有此熱平穩器的優點。相反，為了維持樹枝狀網膜晶體生長，在熔融物中插入約5mm的兩根細的、針形樹枝狀晶體必須不斷形成。這些樹枝狀晶體太小了，以致不能為網膜晶體提供足夠的熱平穩器以經受熔融物的溫度波動。結果，樹枝狀晶體的小質量以及小的熔融物/晶體交界面區域不能提供足夠的熱平衡器以抵消熔融物流體中對流流動引起的溫度波動。這樣，樹枝狀網膜晶體生長的穩定性要大大低於大塊晶體生長的穩定性。
在不打算受理論約束的同時，本發明發現，熔融物中的對流晶胞的渾沌運動引起隨機溫度波動以及物理攪動，從而導致晶體生長過程的過早中斷。如下文將解釋的，容納液態熔融物的坩堝通常劃分成供給腔，它在晶體生長期間接收補充晶片；以及生長腔，生長的晶體由此引出。同時進行的從熔融物生長晶體和供給晶片以補充熔融物對液態矽熔融物設置了相反的要求。在生長著的晶體附近，液體應冷卻至其熔點以下(過冷)，以便將熔融物成分不斷地凝固成晶體。而在生長著的晶體的引出位置的不遠處，液態矽應加熱至其熔點以上，從而供給的晶片將補充熔融物。
雖然坩堝包含隔板以分隔供給和生長腔，但已確定隔板單獨不能提供穩定的晶體生長所要求的熱絕緣。按照本發明，向熔融物施加磁場能在晶體生長過程期間有效地提供生長與供給腔之間所要求的附加熱絕緣。在足夠強度的磁場下，從熱的供給腔至冷的生長腔的對流傳熱被顯著地抑制。這樣，磁場的應用產生一種阻尼，它有效地抑制從供給腔至生長腔的對流傳熱，從而減輕了晶體生長過程期間供給熔融物的艱巨性。
為了正確地評價磁場不存在時隨機溫度波動對晶體生長的影響，重要的是認識到樹枝狀晶體厚度能提供生長著的浸沒的樹枝狀晶體附近的熔融物溫度的可靠標記。當圍繞著生長著的樹枝狀晶體的熔融物的局部溫度下降時，樹枝狀晶體變成厚一些，而當局部溫度上升時，樹枝狀晶體變得薄一些。這樣，每一樹枝狀晶體的實時厚度(當晶體生長時)可採用例如攝象機及圖像分析軟體加以測量和記錄，以產生有效局部熔融物溫度的記錄。
圖2提供了樹枝狀晶體厚度相對樹枝狀晶體長度變化的示例性圖表，此時晶體在長度為280cm時中斷。如圖2所示，在中斷之前，樹枝狀晶體的厚度在約580至約880μm之間變化。若干樹枝狀晶體的測量揭露，為維持生長的樹枝狀晶體厚度的操作「窗口」大致為300μm寬，中心粗略地位於圖2例子中的約700μm處。此300μm寬的樹枝狀晶體厚度窗口對應約3℃寬的溫度窗口，在此窗口內晶體能生長。相信，圖2中的晶體當樹枝狀晶體變得太細時就中斷，因為這些樹枝狀晶體附近的熔融物變得太熱了。在足夠高的溫度下，樹枝狀晶體不再再生它們自身，因此，網膜晶體的支撐結構喪失。圖2中的晶體中斷，因為「拉出太熱」(在圖2中以「POTH」表示)，本技術公認，此時的樹枝狀晶體的厚度約為550μm。
本發明提出，當生長著的晶體的樹枝狀晶體的厚度趨近預定的上限時，這預示局部熔融物溫度變得太冷了，晶體處於在兩個界限的樹枝狀晶體之間形成一個附加的、不需要的樹枝狀晶體的危險中。此第三樹枝狀晶體在此技術中一般稱為「第三者」，它打亂了薄膜板部分的生長，並常常引起網膜部分喪失其單晶結構。因此，生長著的晶體冒過早中斷的風險。例如，當圖2的樹枝狀晶體變成厚為880μm時，這預示晶體由於在此時形成第三者而處於過早中斷的危險中。
300μm的整個操作窗口，如圖2所示，消耗於280cm晶體的生長期間。對應熔融物溫度變化的樹枝狀晶體厚度的如此變化是典型的，且大部分不能由晶體爐操作員加以控制。本發明提出，這些變化是網膜生長過程中內在的隨機性的反映，是晶體在隨機長度下中斷的原因。本質上，通過給定時間區間(如10分鐘)晶體生長將維持的或然率是一個常數，而與晶體至此時生長的長度無關。這樣的隨機性引起網膜晶體過早、不可預測地中斷及排除晶體「任意」地生長。
在與上述缺點作鬥爭的努力中，本發明在一個實施例中提出一種過程，它在於向樹枝狀網膜晶體由此生長的熔融物施加一個有足夠強度的DC磁場。作用於熔融物的磁場將樹枝狀網膜晶體生長過程從亞穩定區域移動至穩定區域，從而能穩態地生長長的晶體。
圖3表示根據本發明一個實施例提出的穩定樹枝狀網膜矽晶體生長的系統100。示於圖3的樹枝狀晶體118、網膜部分116、樹枝狀晶體晶種122以及熔融物表面之下的尖端部120的結構基本與圖1所示的相同。
請參看圖3，晶體生長期間，坩堝112將熔融物114包含於生長腔內，將熔融物128包含於供給腔內。隔板126中的一個小孔(為有利展示而未予表示)允許熔融的矽從供給腔流向生長腔。熔融物114保持於足夠涼的溫度，使其得以低於其熔點(過冷)，以便連續地將熔融物成分凝固成晶體。相反，熔融物128加熱至其熔點以上，從而供給的晶片將在坩堝112內熔融。一對磁場發生器124位於坩堝112和生長著的樹枝狀網膜晶體的兩側。磁場發生器124能貫穿熔融物114施加DC磁場，以便有效地抑制不利的對流。
通過將磁場發生器124靠近或圍繞圖3的系統加以適當放置，磁場或水平地或垂直地指向。在水平方向，所產生的磁場可在熔融物沿X方向而指向，即平行於或在網膜晶體平面中；或沿Y方向而指向，即垂直於網膜晶體的平面。在垂直方向，磁場沿Z方向而定向。請參看圖3，在X方向，磁場射落在樹枝狀晶體118上，在Y方向，磁場射落在網膜部分116的表面上，而在Z方向，磁場射落在當樹枝狀晶體晶種122從熔融物向外拉出時的樹枝狀晶體晶種122上。
在具體實現本發明時，為確定磁場在哪個方向指向較好，可考慮若干因素。例如，產生於水平方向的磁場可根據需優化的是磁鐵的性能或功率消耗而優先選取或平行於、或垂直於網膜晶體的平面。平行於網膜晶體平面的磁場可提供高的性能，如增加牽拉速度、較高的供給率和較大的穩定性，其代價是較高的功率要求。相反，相同強度但垂直於網膜晶體平面的磁場可在降低的功率消耗下有效地起作用，但代價是性能較差。
作為另一實例，允許磁場發生器之間有較小間隙的指向可通過磁場發生器的磁場線圈提供降低的功率消耗。為有效地抑制熔融物的對流，磁場強度通常大於或等於400高斯，最好在約400與約2500高斯之間。
需要的磁場可由磁場發生器，諸如電磁鐵如常規的鐵芯磁鐵和超導磁鐵，或由永久磁鐵來建立。磁場發生器可根據晶體生長過程是如何實施的而放置於不同的位置上。在採用生長爐的那些實施例中，如圖6的實施例，永久磁鐵可以安裝在生長爐的內側，或代之的是永久磁鐵安裝在生長爐的外側。此外，在採用超導磁鐵的那些實施例中，超導磁鐵一般安裝在生長爐的外側。但是在最佳實施例中，示於圖3的系統的各種部件由基本不受磁場存在幹擾的材料建成。
圖4表示了一臺空坩堝112′的頂視圖，即不容納圖3所示的液態熔融物114和128。根據一個實施例，坩堝112′包括生長腔132，生長著的晶體由此引出，它設置在接收補充晶片的兩個供給腔130之間。本技術的那些技術人員將認識到，生長腔不一定夾在兩個供給腔之間，在另一實施例中，生長腔可設置在單供給腔的鄰近。
凝固與熔融之間的平衡可以是不穩定的，適度的調節加熱器功率可妥協生長條件或供給條件。在企圖找到熔融與供給條件之間的適當平衡時，隔板126提供這些腔之間的熱絕緣的某種辦法。但是，如上所述，隔板126單獨提供的熱絕緣不足以確保同時的生長和供給。為此目的，本發明施加一個足夠強度的磁場以加強晶體生長期間矽晶片能供給至熔融物中的速率。
圖5表示生長設備150作為一個實施例的實例，它已將圖4所示的坩堝結構包含於其中。這樣，圖5的樹枝狀網膜晶體110、坩堝112、網膜部分116、樹枝狀晶體118、矽熔融物114以及樹枝狀晶體晶種122的結構基本相同於圖3所示的結構。如下文將說明的，生長設備150限定熔融物114中及其周圍的溫度，並提供晶片的供給，以便在晶體生長期間進行熔融物補充。樹枝狀網膜晶體從容納於石英坩堝112中的生長室184的熔融物114，通過鉬(Mo)蓋170和罩174中的蝴蝶結形的窄縫而抽出。
晶體生長期間，熔融物114的恆定深度是由熔融物成分的補充加以保持的，補充的熔融物成分通常具有晶片形式，它們通過供給孔178而進入供給室180。深度通常在約7與約15mm之間，最好在約7與8mm之間。反射雷射束(為簡化示圖而未表示)滲透雷射窄縫182有效地監視晶體生長過程期間熔融物表面與生長設備150表面的距離。為了設置所示實施例中的晶片供給率，最好應用熔融物水平檢測系統。
電阻加熱器158、160、162、164和168圍繞生長設備150的部件而放置，把足夠的熱能通過基座166傳遞給生長設備150的部件及生長著的樹枝狀網膜晶體以確保在晶體生長期間將它們保持於適當的溫度。如前所述，供給室180內側的溫度保持在熔融物成分的熔點以上，而生長室184內側的溫度保持在熔融物成分的熔點以下的溫度。供給室180與生長室184之間的熱絕緣被放置於室之間的隔板，如石英隔板所促進。石墨熱絕緣體(為簡化示圖而未予表示)還包圍著大部分生長設備150，以阻止不利的熱損失。罩174用於減少從灼熱的蓋170散發出的熱損失；修整網膜110的垂直溫度剖面；並有效地冷卻網膜，以控制的方式將熱應力降至最小。
圖6表示按本發明一個實施例提出的局部熔融物穩定系統，該系統包括電磁鐵，它已結合於標準的電阻加熱樹枝狀網膜晶體生長爐200中(此後將稱作「生長爐」以便於討論)。生長爐200包括殼體202，用於放置生長設備236，該生長設備236基本相似於圖5的生長設備150。生長爐200製成裝備有晶片供給管204，此晶片供給管204通常在室溫下便於將晶片，如1mm的矽晶片，通過生長設備中的供給孔供入於生長設備236的供給室中。但是，磁場發生器234，其中之一示於圖5中，包括極部件，它們連接至磁場線圈238，通至生長爐200的內側，並恰好在絕緣體216的外側終止。位於生長設備左側的磁極部件和線圈的相應一半未表示，以便簡化示圖。在此實施例中，磁場在網膜平面內水平地指向。
根據本發明所示的實施例，極部件234可延伸至爐殼體202中，並恰好至石墨絕緣物216的外側，以便在給定功率損耗下增加磁場強度。極部件234的直徑約為12英寸，極部件234之間的最終間隙例如約為19英寸。在此實施例中，在熔融物的中心獲得的磁場強度約為2000高斯，在磁場線圈238中所要求的功率損耗約為20kW。但是，其它結構的極部件、殼件和絕緣體也可以。
本發明的一個實施例提出一種方法，它包括在例如圖5中的坩堝內裝載熔融物。樹枝狀網膜晶體應用本技術那些技術人員熟知的普通技術加以生長或牽拉。當熔融物成分隨著晶體生長而消耗時，向坩堝供入晶片以補充熔融物成分。然後，足夠強度的磁場在結晶生長過程期間施加至熔融物上。熔融物至少包含選自由矽和鍺構成的組合中的一種材料，在某些實施例中，還包含錫。例如，熔融物除少量攙雜質外可包含純矽或鍺，或矽和錫，或鍺和錫。根據本發明，對熔融物施加磁場能有效地使浸沒於熔融物表面之下的兩根樹枝狀晶體部分連續地再生。
圖7展示了按照本發明應用圖6所示的裝置生長的矽樹枝狀網膜晶體的樹枝狀晶體厚度相對樹枝狀晶體長度的圖表。當磁場強度約2000高斯，牽拉速率約1.53cm/min時，圖7的網膜晶體生長至37.7m，這在生長的當時是迄今生產的最長的樹枝狀網膜晶體，它超過先前已知的23m的記錄。但是，圖7展示了樹枝狀晶體厚度在網膜晶體通常為250cm長度部分上的變化，即從約530μm變化至約660μm，該網膜晶體的寬度約3.8cm，平均厚度約113μm。按照本發明，晶體生長得到穩定，因為如圖7所示，約130μm的厚度變化範圍小於可利用的300μm窗口的一半。值得回想一下，如圖2所示，按普通技術生長的晶體消耗整個300μm的窗口，並由於熱的原因(POTH或第三者)而過早地中斷。
本發明提出，用於樹枝狀網膜晶體生長的磁性熔融物穩定化大大降低對流，並能提供普通樹枝狀網膜晶體生長系統和方法所不能實現的無數優點。例如，施加磁場能顯著抑制從灼熱的供給腔至涼的生長腔的對流傳熱，因而有效地提供了供給腔與生長腔之間的附加熱絕緣。採用此方法可將供給腔保持於適當的高溫，而不幹擾生長室中的生長條件。因此，本發明提出的晶體生長的特徵在於具有平衡的質量單位流量，這是在晶片供給率匹配晶體生長或牽拉速度時獲得的。這樣，本發明的熔融物不斷和完全地得到補充。
作為另一個實例，本發明能在晶體生長期間得到更高的晶片供給率。通常在沒有磁場時為適應速率均為約0.2g/min的生長和供給，發現一組窄狹的熱條件組。按本發明，應用位於網膜平面中的水平磁場能大大加寬同時適應生長和供給的條件組。在晶體生長期間供給率高達約0.4g/min和更高，這幾乎是無磁場時能獲得的兩倍或更高。更高的牽拉速度和用於熔融物的晶片供給率轉化成本發明的更高的晶體生長過程的總體生產率。這樣，就獲得了更健全的樹枝狀網膜晶體生長過程。
作為又另一實施例，本發明的樹枝狀網膜晶體生長提供更高的牽拉速度，而這在應用普通方法時不能實現。樹枝狀網膜晶體生長技術的那些技術人士將公認，名詞「牽拉速度」指網膜晶體生長過程期間，生長著的網膜晶體從熔融物向外牽拉的速度。與目前的1.5cm/min的牽拉速度相比，本發明的系統和過程實現了高達約1.8cm/min或更高的牽拉速度。
作為又另一實例，本發明提出的晶體生長能提供更薄和更光滑的樹枝狀晶體。更薄的樹枝狀晶體是有利的，因為在樹枝狀晶體被切下以製作太陽能電池時，浪費或丟棄的網膜晶體量較少。具有更光滑的樹枝狀晶體是有利的，因為由光滑樹枝狀晶體引起的結構缺陷(位錯)要少於由粗糙(「有皺紋的」)樹枝狀晶體引起的結構缺陷(位錯)。由粗糙樹枝狀晶體引起的位錯具有從樹枝狀晶體傳布進入網膜部分的風險，從而惡化網膜部分的電性能，網膜部分起著太陽能電池生產中基底材料的作用。
因此，已描述的用於樹枝狀網膜生產的新穎過程和系統是值得讚賞的。在此領域中的那些技術人員將看到，在文中給出思想的同時，存在無數修改方案和等同物，它們包含於文中披露的發明中。結果，本發明不受前述示範性實施例的限制，而只由下述權利要求限定。
權利要求
1．一種樹枝狀網膜晶體生長方法，該方法包括裝載熔融物；從所述熔融物生長樹枝狀網膜晶體；在生長所述樹枝狀網膜晶體的所述步驟期間，補充所述熔融物；和在生長所述樹枝狀網膜晶體的所述步驟期間，對所述熔融物施加磁場。
2．如權利要求1的方法，其特徵在於，所述熔融物至少包含選自由矽和鍺組成的組合中的一種材料。
3．如權利要求2的方法，其特徵在於，所述熔融物還包含錫。
4．如權利要求1的方法，其特徵在於，所述對所述熔融物施加磁場的步驟包括提供這樣的磁場強度，它使支撐網膜晶體的樹枝狀晶體能在熔融物表面之下不斷地再生。
5．如權利要求4的方法，其特徵在於，所述對熔融物施加磁場的步驟包括在兩個樹枝狀晶體於熔融物表面之下不斷再生時提供所述磁場。
6．如權利要求1的方法，其特徵在於，磁場大於或等於約400高斯。
7．如權利要求6的方法，其特徵在於，磁場在約400與約2500高斯之間。
8．如權利要求1的方法，其特徵在於，所述生長步驟包括從所述熔融物牽拉矽晶種晶體，且樹枝狀網膜晶體在大於或等於約1.5cm/min的速率下牽拉，以確保樹枝狀網膜矽晶體的生長不會中斷。
9．如權利要求8的方法，其特徵在於，晶體牽拉速率大於或等於約1.8cm/min。
10．如權利要求1的方法，其特徵在於，所述補充所述熔融物的步驟包括在大於或等於0.20g/min的速率下向所述熔融物供應矽晶片。
11．如權利要求10的方法，其特徵在於，矽晶體在大於或等於0.4g/min的速率下向熔融物供應矽晶片。
12．如權利要求1的方法，其特徵在於，所述施加磁場的步驟包括產生一個垂直於網膜晶體的平面指向的磁場。
13．如權利要求1的方法，其特徵在於，所述施加磁場的步驟包括產生一個在水平方向平行於網膜晶體平面的磁場。
14．如權利要求1的方法，其特徵在於，所述施加磁場的步驟包括產生一個位於垂直方向並垂直於熔融物平面的磁場。
15．如權利要求1的方法，其特徵在於，所述樹枝狀網膜晶體是矽晶體。
16．一種樹枝狀網膜晶體生長裝置，此裝置包括坩堝，該坩堝包含用於接收晶片以便於熔融物補充的供應室，還包含用於保存樹枝狀網膜生長用的熔融物的生長室；和磁場發生器，它設計成在樹枝狀網膜生長期間提供磁場。
17．如權利要求16的裝置，其特徵在於，該裝置還包括生長爐，而所述坩堝被設置在所述生長爐內。
18．如權利要求17的裝置，其特徵在於，磁場發生器是安裝於生長爐的外側的永久磁鐵。
19．如權利要求17的裝置，其特徵在於，磁場發生器是安裝於生長爐的外側的超導磁鐵。
20．如權利要求17的裝置，其特徵在於，磁場發生器包括磁極部件，這些磁極部件至少有一部分位於生長爐的外側。
21．如權利要求16的裝置，其特徵在於，磁場發生器包括電磁鐵或永久磁鐵。
22．如權利要求16的裝置，其特徵在於，電磁鐵被設計成用以產生垂直於網膜晶體平面的磁場，而電磁鐵用以產生足夠強度的磁場而消耗的功率被降低。
23．如權利要求16的裝置，其特徵在於，電磁鐵被設計成用以產生沿水平方向指向，並平行於網膜晶體的平面的磁場。
24．如權利要求16的裝置，其特徵在於，電磁鐵被設計成用以產生位於垂直方向，並垂直於網膜熔融物平面的磁場。
25．應用一種方法製造的一種樹枝狀網膜晶體，該方法包括裝載熔融物；從所述熔融物生長樹枝狀網膜晶體；在生長所述樹枝狀網膜晶體的所述步驟期間，補充所述熔融物；和在生長所述樹枝狀網膜晶體的所述步驟期間，對所述熔融物施加磁場。
26．如權利要求25的樹枝狀網膜晶體，其特徵在於，所述向熔融物施加磁場的步驟包括提供這樣的磁場強度，它使支撐網膜晶體的樹枝狀晶體得以在熔融物表面之下不斷地再生。
全文摘要
說明了用於樹枝狀網膜生長的方法。此方法包括裝載熔融物；從熔融物生長樹枝狀網膜晶體；在生長樹枝狀網膜晶體的步驟期間，補充熔融物；和在生長樹枝狀網膜晶體的步驟期間，對熔融物施加磁場。還說明了穩定樹枝狀網膜生長用的裝置。該裝置包括坩堝，此坩堝包含用於接收晶片以便於熔融物補充的供應室和用於保存樹枝狀網膜生長用的熔融物的生長室。該裝置還包括磁場發生器，它設計成在樹枝狀網膜生長期間提供磁場。
文檔編號C30B15/30GK1318113SQ99811066
公開日2001年10月17日 申請日期1999年7月28日 優先權日1998年8月14日
發明者丹尼爾·L·邁耶, 格雷戈裡·T·諾伊格鮑爾, 愛德華·V·馬庫加, 羅伯特·P·斯託爾, 菲利普·J·辛普森, 賈拉勒·薩拉米 申請人:埃伯樂太陽能公司