用于制备具有大晶粒的再结晶硅衬底的方法 |
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| 申请号 | CN201480053567.3 | 申请日 | 2014-09-24 | 公开(公告)号 | CN105723525B | 公开(公告)日 | 2017-10-24 |
| 申请人 | 原子能与替代能源委员会; | 发明人 | 让-马里·勒布伦; 让-保罗·加朗代; 让-米歇尔·米西安; 赛琳·帕斯卡; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于制备平均晶粒尺寸大于或等于20μm的 硅 衬底的方法，至少包括以下步骤：(i)提供 多晶硅 衬底，所述多晶硅衬底的平均颗粒尺寸小于或等于10μm；(ii)使所述衬底在至少1000℃的 温度 下经受整体均匀的塑性 变形 ；(iii)使所述衬底经受被 定位 在多个被称为外部应 力 区的衬底区(3)中的塑性变形，在两个连续的区(3)之间的间距为至少20μm，衬底的局部变形严格地大于在步骤(ii)中执行的整体变形，步骤(iii)能够与步骤(ii)相继地或者同时地执行；以及(iv)在严格高于步骤(ii)中使用的温度的温度下，使在步骤(iii)中获得的衬底经受固相再结晶 热处理 ，以便获得期望的所述衬底。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制备平均晶粒尺寸大于或等于20μm的硅衬底(10)的方法，所述方法至少包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于制备具有大晶粒的再结晶硅衬底的方法技术领域背景技术[0003] 目前，光伏电池主要由多晶硅或单晶硅制成。制备晶体硅最常见的途径涉及来自液态硅浴的锭的定向固化。这些锭然后被切割成可以转化成光伏电池的晶圆。遗憾地，锭的锯切导致硅损失(“截口损失”)约50％。出于明显的原因，材料的这种与锯切有关的损失不利于产率。 [0004] 作为通过锯切锭制造晶圆的替选，已经开发了着眼于以通常厚度在100μm和500μm之间变化的晶圆或带的形式直接生产硅的技术(限边送膜生长，带防止脱落和在衬底上的带生长)。然而，这些方法不完全令人满意，尤其是它们带来的关于成本和/或工艺控制问题。 [0005] 克服硅损失的问题的另一方式是实施液相外延或汽相外延(LPE或VPE)技术。这些技术允许通过在衬底上的生长利用中等成本和高生长率(通常从0.1μm/min至5μm/min)获得厚度为数十微米以及良好结晶质量的层。 [0006] 遗憾地，如果要获得充分质量的层，则常规外延方法需要昂贵的待使用的单晶衬底。 [0007] 然而，如果降低成本，则必须找到一种用多晶硅衬底(即，被称为“低成本”衬底)代替单晶硅衬底的途径。 [0008] 为了生产该多晶硅的衬底，基于硅粉末的烧结，近来已经提出了两种技术。第一种技术是基于在模具中粉床的热压[1]；第二种技术是基于热烧结而没有挤压，即，被称为自然烧结[2]。然而，为了允许有效烧结，起始晶粒必须被亚微米尺寸化，以及在工艺期间的熟化不可以获得尺寸大于2μm的晶粒，即使在1350℃下多个小时之后[3]。对于在光伏应用中实现这些衬底，如此小的尺寸是禁止的。 [0009] 为了改正该缺点以及获得具有与光伏应用相容的较大颗粒尺寸的衬底，已经提出多种液相颗粒再结晶方法。例如，Reber等[4]提出了所谓的ZMR(区熔再结晶)方法，其为利用红外灯或通过激光辐射加热烧结的晶圆的表面，以便表面上熔化约10μm至20μm的厚度的硅，液态硅然后在冷却时再结晶成毫米尺寸的颗粒。然而，ZMR技术造成生产量和污染的问题，这是因为需要非常高的温度来熔化硅。 [0010] 关于固相再结晶方法，利用热变形步骤和再结晶热处理的结合的技术在冶金领域中是已知的。就硅来说，已实施了该技术[5]，其中其允许获得与光伏应用相容的尺寸的晶粒。然而，需要非常长的时间(比约10小时更长)来再结晶硅，即使在约1300℃的高温下进行再结晶热处理。该速率与光伏行业的产率要求是不相容的。 发明内容[0011] 因此，仍然需要提供便宜的高产率的用于制备适于光伏应用的薄硅层的外延的大晶粒多晶硅衬底的方法。 [0012] 本发明的目的在于恰好满足该需要。 [0013] 因此，根据本发明的第一方面，其涉及一种用于制备具有大于或等于20μm的平均晶粒尺寸的硅衬底的方法，其至少包括以下步骤： [0014] (i)提供多晶硅衬底，其平均颗粒尺寸小于或等于10μm； [0015] (ii)在至少1000℃的温度下，使所述衬底经受整体且均匀的塑性变形； [0017] 步骤(iii)可能与步骤(ii)相继地或者同时进行；以及 [0018] (iv)在严格高于步骤(ii)中执行的温度的温度下，使在步骤(iii)结束时获得的衬底经受固相再结晶热处理，以便获得期望的所述衬底。 [0019] 发明人已经发现，令人惊讶地，通过结合热的整体塑性变形的步骤(ii)与局部变形的步骤(iii)，利用具有减少的持续时间的再结晶处理可以获得所需的大晶粒衬底。对比而言，单独考虑的两个塑性变形步骤(ii)和步骤(iii)中的每个步骤单独地不允许以与光伏应用相容的速率实现所需的再结晶。 [0020] 在下文中，在本发明的方法的步骤(iv)结束时获得的硅衬底将更简单地称为“再结晶衬底”。 [0021] 根据本发明的另一方面，本发明涉及一种硅衬底，其具有20μm或更大的平均晶粒尺寸且能够通过如上文所限定的方法来获得。 [0022] 根据本发明的该再结晶衬底尤其在其至少一个侧面上在竖向横截面中具有以间距(d)彼此隔开的连续的凹槽，该间距(d)大于或等于20μm，在平行于衬底的厚度的方向上所测量的凹槽的深度为至少5μm且特别是20μm至100μm。 [0024] 在阅读示例性实施方式的以下具体描述以及在观察附图时，根据本发明的应用工艺和再结晶硅衬底的其他特征、优点和方法将变得更明显，其中： [0025] -图1示意性地以剖面图示出根据在实施例1中说明的一个具体实施方式的用于制备根据本发明的再结晶硅衬底的方法的各个步骤；以及 [0026] -图2示意性地以剖面图示出在本发明的方法的步骤(iv)结束时的再结晶硅衬底的结构(以整体示出再结晶衬底(10)，以及具有凹槽(4)的衬底水平面的结构的放大图)。 具体实施方式[0027] 应该注意，为了清楚起见，在图1和图2中的各种元件没有成比例示出，各个部分的实际尺寸没有被遵守。 [0028] 在下文中，表述“包括在…和…之间”、“范围从…至…”以及“从…至…变化”是等同的且应理解为包括端值，除非另外说明。 [0029] 除非另外说明，否则表述“包括/包含一”以及“限定一”必须被理解为“包括/包含至少一”以及“限定至少一”。 [0030] 步骤(i)：多晶硅衬底 [0031] 如上所述，本发明的方法应用具有10μm或更小的平均颗粒尺寸的多晶硅衬底，在下文中被称为“起始衬底”。 [0032] 在本发明的上下文中，术语“衬底”是指具有至少两个基本平行侧面的固态基础结构。在本发明的方法中实现的衬底尤其可以采取晶圆的形式。其尤其可以为立方体、方形或矩形基底的形状。 [0033] 在下文中，除非另外说明，否则当在水平位置(即，在与地球重力的方向(即，在称为竖向方向的方向上)垂直的方向上)中观测晶圆类型的衬底时，表征该晶圆类型衬底。 [0034] 优选地，起始衬底的尺寸被选择使得在本发明的方法结束时所获得的再结晶衬底具有所需的尺寸，特别是适于光伏应用的尺寸。 [0035] 在本发明的方法的步骤(i)中所应用的起始衬底例如在竖向横截面上可具有在5cm至25cm之间的宽度。起始衬底的长度可大于或等于其宽度以及特别是在其宽度的1倍至其宽度的5倍之间。 [0036] 起始衬底具有的厚度可以大于或等于100μm，特别是在100μm至1000μm之间以及更特别地在200μm至500μm之间。 [0037] 根据一个具体实施方式，起始硅衬底具有的平均颗粒尺寸为5μm或更小，以及特别地在0.1μm和2μm之间。 [0038] 平均颗粒尺寸可以通过扫描电镜(SEM)和图像分析来测定，图像分析允许测定所观测的颗粒的面积，平均颗粒尺寸于是对应于该面积的平方根。 [0039] 该硅衬底在本发明的方法的步骤(i)中实施之前，例如通过烧结可以被制备，尤其是由硅颗粒的粉末或者通过压实硅颗粒的粉末所获得的预成型体通过烧结来制备。 [0040] 在本领域中通常已知如何调节烧结技术以及烧结的条件，例如在所用的硅粉末的颗粒尺寸方面，以获得所需的多晶硅起始衬底。 [0041] 烧结例如可以在加载或不加载的情况下来进行，加载为在热处理期间对样品施加外力，以便促进其致密化。 [0042] 根据一个特别优选的实施方式，起始衬底通过自然烧结技术来制备，换句话说没有加载。该自然烧结技术有利地使得避免与加载有关的污染问题从而获得与光伏应用相容的良好纯度的衬底。 [0043] 举例而言，在本发明的方法的步骤(i)中所应用的硅衬底可以利用在文献WO 2012/049300[2]中所述的烧结技术而制备，该技术有利地使得获得具有可控密度和孔隙度的衬底。 [0044] 起始衬底例如可具有小于或等于40％的孔隙度以及特别是在0和20％之间的孔隙度。孔隙度可以利用阿基米德密度方法来测量。 [0045] 步骤(ii)：整体且均匀的塑性变形 [0046] 在本发明的方法的第二步骤(ii)中，起始衬底经受实施热引起的整体且均匀的第一塑性变形步骤。 [0047] 表述“使衬底经受变形”理解成指以下事实：外部应力至少被施加到衬底的一个部分，使得在所述衬底的两点之间的距离可逆地和/或不可逆地改变。外部应力通常包括施加运动，例如，通过衬底的至少一侧与合适的装置(例如，辊、牵引工作台或压缩工作台)接触。外部应力甚至可以通过使待变形的衬底暴露到辐射(例如，激光辐射)而施加。 [0048] 来自变形步骤的硅衬底的变形包括可逆的变形分量(称为弹性分量)以及不可逆的变形分量(称为塑性分量)。在根据本发明的方法的衬底中生成的变形的情况下，由于弹性分量相对于塑性分量非常小甚至可以忽略，故根据本发明的方法所施加的变形可以被视为塑性变形。 [0049] 术语“整体的”应该被理解为是指以下事实：在步骤(ii)中的塑性变形产生在至少95％的衬底体积中，特别是至少99％的衬底体积中。 [0050] 术语“均匀的”被理解为是指以下事实：在步骤(ii)中所制备的衬底的塑性变形在变形的衬底的体积中基本是恒定的。 [0052] 利用外部应力，可以更特别地执行整体变形步骤(ii)，外部应力包括向衬底的至少一侧以及优选地衬底的所述一侧的区域的至少80％、特别是至少90％或者甚至全部施加运动。 [0054] 在本发明的方法的步骤(ii)结束时衬底的变形的均匀性例如可以通过变形的局部测量来验证，例如，利用激光技术测量样品的几何尺寸上的变化，或者利用X射线衍射所测量的原子平面位移场的测量。在本领域中已知用于测量样品的几何尺寸上的变化的X射线拓扑技术和激光技术。 [0055] 在至少1000℃的温度下加热执行根据本发明的方法的衬底的整体塑性变形的步骤(ii)。 [0056] 优选地，其在1200℃或更低的温度下、以及特别是在1100℃和1200℃之间的温度下、更特别地约1150℃的温度下执行。更特别地，表述“在X的温度下执行的步骤”应该被理解为是指在烘箱中执行的步骤，该烘箱的工作温度被设定至设定值X。 [0057] 在金属成形的领域中，本领域的技术人员知道如何实施适于引起衬底的整体且均匀变形的技术。 [0058] 衬底的变形的步骤(ii)例如可以通过简单的压缩、槽型模(channel die)压缩、双轴压缩、简单牵引、双轴牵引、简单剪切或者通过轧制来执行。在这些技术中，由于其实施的简易性，轧制是特别优选的。 [0059] 根据一个特别优选的实施方式，因此通过热轧制执行根据本发明的步骤(ii)。 [0060] 如图1中示意性地示出，通过在辊的两个轧制辊筒之间完全引入步骤(i)的衬底(1)可以执行轧制，以便降低衬底的厚度。在轧制辊筒之间的衬底的一个道次(pass)构成变形步骤，被称为“轧制道次”。整体变形的步骤(ii)可包括仅一个或多个轧制道次。在执行多个轧制道次的情况下，所施加的总塑性变形由在第一轧制道次之前的起始衬底(1)的厚度和在最后一个轧制道次之后的厚度来计算。 [0061] 优选地，利用由氮化硅(Si3N4)或碳化硅(SiC)制成的轧制辊筒，实施热轧制。由于碳化硅含有较少量的杂质，因此由碳化硅制成的辊被优选使用。在接触轧制辊筒的表面时硅衬底被污染的风险因此被有利地限制。 [0062] 在本发明的步骤(ii)结束时所获得的衬底在下文中被称为“整体变形的衬底”。 [0064] 根据一个具体实施方式，在本发明的方法的步骤(ii)结束时衬底的整体变形具有在1％至20％之间、特别是在5％至10％之间、以及更特别地在5％至9％之间的均匀塑性变形。 [0065] 通过考虑实施变形的实验条件，例如，通过测量施加在衬底的一侧或两侧上的运动，利用本领域的技术人员已知的方法可以估算塑性变形的程度。 [0066] 常规地，变形可以通过以下量来测量：εp＝1-h/h0，其中h0是在变形之前在步骤(i)中的衬底的初始厚度，以及h是本发明的方法的步骤(ii)结束时整体变形的衬底的厚度。 [0067] 尺寸h0和h可以通过常规方法来测量，例如，使用激光测量方法。 [0068] 当满足以下条件(A)时，在步骤(ii)结束时衬底的整体变形可以被认为是均匀的： [0069] [0070] 其中： [0071] - 表示塑性变形，例如通过激光在衬底的被称为测量区i的一个部分中局部测量的塑性变形。可在整体变形的衬底的表面上随机地选择测量区，或者测量区可规则地分布在整体变形的衬底的表面上。所述测量区中的每一者的面积可以在1μm2和50μm2之间，或者甚至在2μm2和20μm2之间。 [0072] -n对应于执行测量的测量区的数量，优选地n≥5，或者甚至n≥10；以及[0073] - 是在衬底的n个测量区中所测量的变形的算术平均值。 [0074] 步骤(iii)：局部的塑性变形 [0075] 如图1中所示的在本发明的方法的第三步骤(iii)中，衬底经受第二塑性变形。与整体且均匀的塑性变形的步骤(ii)相比，该变形步骤(iii)被局部化至衬底的多个预置区(3)，这些区在下文中被称为“外部应力区”。 [0076] 当塑性变形的步骤被称为“局部化”时，这是指外部应力被施加到衬底的表面的许多限定区(3)，这些区被定位在衬底的至少一个侧面上，且与被称为影响衬底的全部的“整体”变形相比，主要影响衬底的位于所述区(3)下方的部分。在衬底的一个侧面的表面上的外部应力的区域(3)的总面积特别表示所述侧面的小于10％的面积。 [0077] 换而言之，在局部变形的所述步骤(iii)期间，衬底的机械行为的分析建模或数值建模(例如，使用软件程序CASTEM(应用有限元方法))导致在衬底的体积中的非均匀变形场，即，包含变形梯度的场。 [0078] 换而言之，用于整体且均匀的变形的如上文所限定的均匀标准(A)决不满足在步骤(iii)结束时所获得的变形衬底。 [0079] 在外部应力对应于通过接触施加的运动的情况下，外部应力的区(3)通过衬底的侧面的被施加运动的区域来限定。在外部应力对应于辐射(例如激光辐射)与硅的相互作用的情况下，外部应力区对应于通过辐射源射出的光束与相遇的衬底的一侧的相交处所限定的区域。 [0080] 根据本发明的方法的局部变形的步骤(iii)的特征之一，在外部应力的两个连续区(3)之间的在竖向横截面中所测量的间距(e)至少是20μm。 [0081] 优选地，两个连续区(3)以距离e隔开，该距离e大于或等于80μm，特别是大于或等于100μm，尤其是大于或等于150μm，以及优选地在200μm和2000μm之间。 [0082] 根据一个特别优选的实施方式，变形步骤(iii)被定位于在衬底的一个侧面上规律地隔开的区(3)。换而言之，在两个连续区之间的距离(e)对于衬底的所有区(3)基本上是相同的。 [0083] 根据外部应力的应用方式，区(3)可以是不同的形状以及例如是方形、圆盘、椭圆、条带等的形状。 [0084] 优选地，区(3)是从衬底的一个边缘至另一个边缘在其长度或宽度上彼此平行延伸的条带或条纹(stripe)的形状。这些条带或条纹尤其可以在竖向横截面上具有宽度，该宽度小于100μm以及特别在2μm和50μm之间。 [0085] 局部变形的步骤(iii)可以在不同温度下执行，尤其取决于变形的实施方式(压缩、剪切、激光辐射等)。 [0086] 根据第一特别优选的变型实施方式，局部变形的步骤(iii)在高于或等于1000℃、尤其在1100℃和1200℃之间的温度下执行。 [0087] 根据一个具体实施方式，其可以在与整体变形的步骤(ii)中实施的温度相同的温度下执行。 [0088] 根据第二变型实施方式，在严格低于1000℃、以及特别是在400℃和800℃之间、以及更特别地在500℃和800℃之间的温度下执行局部变形的步骤(iii)。 [0089] 相对于热执行的局部变形的步骤，冷执行的局部变形的步骤有利地允许生成较高密度的晶体缺陷(特别是位错)。通过高位错密度所产生的残留弹性能量因此增大，由此在步骤(iv)的衬底的再结晶期间有利地促进加速的再结晶以及在最终衬底中的狭窄的晶粒分散度。 [0090] 根据第一实施方式，局部变形的步骤(iii)可以通过一个或多个压缩操作来执行，例如，单轴压缩操作和/或一个或多个剪切操作，其中，剪切应力被施加到所述区(3)的表面，例如，利用一个或多个尖端。 [0091] 压缩操作可包括利用所述一个或多个尖端压缩预置区(3)，使得尖端不可逆地局部地改变衬底的侧面的凸起。具体而言，被压缩的衬底区在压缩操作结束时具有的形状基本上互补于用来施加压缩的尖端的形状。当没有连续地或者与压缩操作同时执行剪切操作时，尖端被移动以便脱离衬底而没有在局部变形的衬底上平移。 [0092] 剪切操作更具体地包括将所述一个或多个尖端放置成与所述区(3)接触，然后在与衬底的侧面中的一个侧面平行的至少一个方向上移动所述一个或多个尖端，以引入剪切变形。 [0093] 根据一个特别优选的实施方式，使用梳状物执行局部变形的步骤(iii)。梳状物由多个硬的尖端形成，这些尖端通过固定架被连接到一起且以距离(e’)与彼此规律地隔开，该距离(e’)等于在两个连续区(3)之间的距离(e)。 [0094] 利用梳状物施加的局部塑性变形因此允许在衬底中形成具有所需的空间周期性的非均匀变形场，该周期通过梳状物的尖端的间距而限定。 [0095] 梳状物可包括至少两个、优选地至少五个以及特别是至少十个尖端。 [0096] 优选地，尖端由比硅硬的材料制成，换言之，比硅硬的材料是维氏硬度大于或等于250MPa或者相当于25.5Hv的材料，例如，氮化硅或碳化硅，优选地碳化硅。 [0097] 根据第一具体实施方式，利用梳状物，通过所述区(3)的表面的压缩的至少一个步骤，执行变形步骤(iii)。该压缩步骤可包括利用梳状物单轴压缩表面。 [0098] 优选地，施加在梳状物上使得梳状物的尖端从其与区(3)接触的位置压缩衬底的表面的以u表示的竖向压缩运动，可以更特别地为大于或等于5μm以及特别是在20μm和100μm之间。 [0099] 梳状物甚至可以平移以便引入有利于位错形成的最大剪切。 [0100] 因此，根据第二具体实施方式，通过在区(3)的表面上平移梳状物的至少一个操作，执行变形步骤(iii)，以引入剪切变形。 [0101] 当然，前述两个具体实施方式可以被组合，局部变形的步骤(iii)可包括压缩操作和剪切操作两者。 [0102] 本领域的技术人员将能够调节梳状物的压缩和/或平移的步骤的实施条件以获得所需的局部变形。 [0104] 激光辐射优选地具有一个或多个大于或等于100nm以及尤其在400nm至5000nm范围内的波长。 [0105] 优选地，利用小光斑尺寸的激光(例如，从1μm至20μm以及优选地从2μm至5μm)，执行激光处理。 [0106] 多个激光辐射发射源可以被实施，例如以形成梳状的光束，该光束彼此规律地隔开以便同时辐射各个区(3)。可替选地，通过使各个区(3)连续地暴露到激光辐射，可以执行步骤(iii)。 [0107] 如上文所述，在本发明的方法的步骤(iii)中所产生的衬底的局部变形严格地大于在步骤(ii)中所执行的整体且均匀的变形。 [0108] 可以理解，表述“衬底的局部塑性变形”是指衬底的位于外部应力的所述区(3)下方的部分的塑性变形。 [0109] 根据一个具体实施方式，本发明的方法的步骤(iii)结束时衬底的局部塑性变形(相当于塑性变形εp)严格地大于20％，特别是在30％和60％之间以及更特别地约50％。 [0110] 该塑性变形对应于在外部应力的区下方的最大的衬底变形值。该值代表通过衬底在其初始状态和在所施加的全部变形(变形总和)结束时获得的状态之间所经历的变形水平。 [0111] 根据本发明的方法的一个变型实施方式，整体变形(ii)和局部变形(iii)的步骤在步骤(i)的衬底上同时执行。它们于是限定被称为结合的变形步骤的步骤(ii’)。 [0112] 通过在辊的两个辊筒(roll)之间传递衬底，可以执行该结合的变形步骤(ii’)，该辊通常具有旋转的总体圆柱体的形状，两个辊筒中的至少一个包括相对于轧制辊筒的轧制轴线朝向外部径向延伸的凸出部。 [0113] 凸出部例如可采用半球截面、齿、平行于辊筒轴线放置的肋条、从辊筒径向突出的环状轴环等的形式。当然，为了将运动施加到衬底的局部区(3)，在两个凸出部之间的间距被适当地选择。 [0114] 优选地，利用齿状的辊的辊筒，执行步骤(ii’)。 [0115] 步骤(iv)：再结晶 [0116] 在本发明的方法的步骤(iv)中，在步骤(iii)结束时获得的局部变形的衬底和整体变形的衬底经受固相再结晶热处理(也称为热退火)，以获得所需的再结晶衬底。 [0117] 该再结晶热处理有利于优先在被定位于外部应力的区(3)下方的局部变形衬底部分中的晶粒的生长，以及有利于代替变形的颗粒在整体变形的衬底的剩余体积中的晶粒的生长。 [0118] 通过对于本领域的技术人员已知的任何退火技术，可以执行该再结晶热处理，以及在光伏电池的生产中常规地实施再结晶热处理，例如，在在线(in line)烘箱中。 [0119] 在严格高于用于实施在步骤(ii)中的变形的温度的温度下，执行再结晶热处理。优选地，再结晶热处理在高于步骤(ii)中实施的温度至少50℃、特别是高于步骤(ii)中实施的温度至少100℃或甚至至少150℃的温度下执行。 [0120] 本领域的技术人员将知道如何调节热退火的条件(特别是持续时间和温度方面)以获得所需的再结晶衬底。 [0121] 具体而言，在1200℃或更高的温度下、特别是在1250℃和1400℃之间的温度下以及更特别地约1350℃的温度下，可以执行在步骤(iv)中的热处理。 [0122] 根据一个具体实施方式，该热处理步骤被执行持续的时长为5小时或更短以及特别是在30分钟和2小时之间的时长。 [0123] 在本发明的方法的步骤(iv)结束时，再结晶衬底尤其可具有高于80％、尤其高于90％、特别是高于99％或者甚至基本上等于100％的再结晶度。 [0124] 衬底的再结晶度可以通过电子背散射衍射(EBSD)技术来评价，例如，利用扫描电镜(SEM)。 [0125] 根据一个具体实施方式，在变形步骤(ii)和(iii)都被热执行的情况下，步骤(ii)、步骤(iii)和/或步骤(iv)可有利地在在线烘箱中执行，因此促进高的产率。 [0126] 再结晶的衬底 [0127] 如上所述，根据本发明的另一方面，本发明还涉及能够通过如上所述的方法获得的称为“再结晶衬底”的衬底。 [0128] 根据一个具体实施方式，如图2中所示，再结晶衬底(10)包括在其侧面中的至少一者上的连续的凹槽(4)，该连续的凹槽在竖向横截面上彼此以距离(d)隔开，该距离(d)大于或等于20μm，在平行于衬底的厚度的方向上所测量的凹槽的深度为至少5μm。 [0129] 所述凹槽(4)更特别地可具有在20μm和100μm之间的在平行于衬底的厚度的方向上所测量的深度。 [0130] 优选地，凹槽(4)彼此规律地隔开；换言之，在两个连续凹槽之间的距离(d)对于所有凹槽基本上是相同的。 [0131] 这些凹槽对应于与根据本发明的方法的局部变形的步骤(iii)有关的剩余的衬底变形。 [0132] 凹槽例如可对应于通过在步骤(iii)中所采用的用以压紧衬底的表面的梳状物的尖端而在衬底中所产生的浅表标记。 [0133] 在根据本发明的再结晶衬底中的凹槽尤其可以采用沟槽的形式，该沟槽在其长度或宽度上从衬底的一个边缘延伸至另一边缘。 [0134] 优选地，在竖向横截面中两个连续的凹槽(4)以距离(d)隔开，该距离(d)大于或等于80μm，特别是至少100μm，优选地至少150μm以及更优选地在200μm和2000μm之间。 [0135] 如图2中所示，被称为衬底(41)的位于凹槽下方的那些部分(即，其在垂直于包含凹槽的侧面的方向上位于凹槽的下方)的“剩余的孔隙度”的孔隙度严格地低于剩余的衬底(10)的孔隙度。 [0136] 例如，从SEM显微相片可以在视觉上观测到这些孔隙度变化。 [0137] 该特征可有利地用来区分根据本发明的再结晶衬底与不是通过根据本发明的方法所获得的衬底。 [0138] 根据本发明的方法再结晶的衬底在竖向横截面上以及在两个凹槽之间，可尤其呈现出穿过其厚度的局部化晶界(50))，该晶界尤其与两个连续的凹槽(4)基本上等距。 [0139] 根据一个具体实施方式，根据本发明的方法再结晶的衬底的各个晶粒延伸恰好穿过衬底的厚度，如图2中所示。 [0140] 根据本发明的再结晶衬底的晶粒尺寸大于或等于20μm。具体而言，晶粒尺寸可以在50μm和2000μm之间以及尤其在100μm和300μm之间。利用扫描电镜(SEM)，颗粒的平均尺寸可以通过电子背散射衍射(EBSD)技术来测量。 [0141] 优选地，在步骤(iv)结束时再结晶衬底的平均晶粒尺寸与步骤(i)的起始衬底的平均颗粒尺寸的比率在2和10000之间、特别是在5和2500之间、以及更特别地在50和1000之间。 [0142] 如上所述，根据本发明的再结晶衬底特别是很好地适用于作为基础衬底实施用于通过外延形成薄硅膜以用于光伏应用。 [0143] 因此，根据本发明的另一方面，本发明涉及一种光伏装置，特别是光伏电池，其包括如上文所述的再结晶硅衬底。 [0145] 现通过以下实施例描述本发明，当然，这些实施例通过本发明的非限制说明给出。 [0146] 实施例 [0147] (i)起始衬底 [0148] 所用的衬底是具有1cm2的侧面和400μm厚度的硅晶圆。根据在文献WO2012/049300[2]中描述的自然烧结技术，通过在1350℃下烧结硅颗粒的粉末3小时而预先获得硅晶圆。 [0149] 硅晶圆具有约14％的孔隙度(通过阿基米德密度法测量)和在0.2μm和1μm之间的颗粒尺寸(通过扫描电镜(SEM)测量)以及0.6μm的平均颗粒尺寸。 [0150] (ii)整体塑性变形 [0151] 通过在两个碳化硅辊筒之间的通道，通过在1150℃下热轧，使晶圆经受整体变形。 [0152] 通过在变形之前和之后的部分的几何尺寸的激光测量所评估的塑性变形是约7％。 [0153] 利用以下惯例测量该变形： [0154] εp＝1-h/h0，其中h0是衬底的初始厚度以及h是变形后衬底的厚度。 [0155] (iii)局部的塑性变形 [0156] 在1150℃的温度下，通过在衬底的侧面区上移动碳化硅梳状物，晶圆于是经受局部变形，这些区以约250μm隔开。 [0157] 通过局部激光测量所评估的衬底的局部变形部分(在局部变形操作期间被定位在通过梳状物的尖端所产生的凹槽下方的部分)的变形是约40％。 [0158] (iv)再结晶热处理 [0159] 变形的晶圆然后在1350℃下热处理3小时，完全被再结晶化。 [0160] 硅的完全再结晶通过在再结晶之前和之后晶圆的EBSD(背散射电子的衍射图案)被确认。 [0161] 结果 [0162] 观测到晶粒的生成以及它们从衬底的40％变形部分的生长。通过扫描电镜(SEM)所测量的在变形区周围所形成的晶粒的平均尺寸是215μm。 [0163] 参考文献： [0164] [1]WO 2004/093202； [0165] [2]WO 2012/049300； [0166] [3]Lebrun等，J.Am.Ceramic.Soc.，1-9(2012)，DOI：10.1111/j.1551-2916.2011.05052.x.； [0167] [4]Reber等，Crystalline silicon thin film solar cells–recent results at Fraunhoffer ISE，Solar Energy，77(2004)865-875； [0168] [5]Schins等；J.Materials Science，16(1981)，3153-3160。 |
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