用于制造包括多个竖向结的单块硅晶圆的方法.pdf

本发明涉及一种用于制造包括多个竖向结(2)的单块硅晶圆(10)的方法，多个竖向结具有n掺杂区和p掺杂区的交替，该方法至少包括以下步骤：(i)提供液浴(100)，该液浴包括硅、至少一种n型掺杂剂和至少一种p型掺杂剂；(ii)以在方向(I)上定向地凝固该硅，改变其对流-扩散参数以使交替n掺杂硅层(101)和p掺杂硅层(102)的生长交替；以及(iii)平行于该方向(I)，切割在步骤(ii)结束时所获得的多层结构的薄片(104)，从而获得预期的所述晶圆(10)。

1.  一种用于制造具有竖向多结(2)的单块硅晶圆(10)的方法，所述竖向多结(2)呈现n掺杂区和p掺杂区的交替，所述方法至少包括以下步骤：
i)提供液浴(100)，所述液浴(100)包含硅、至少一种n型掺杂剂和至少一种p型掺杂剂；
ii)通过改变对流-扩散参数以使n掺杂硅层(101)和p掺杂硅层(102)的生长交替，以在方向(I)上定向地凝固所述硅；以及
iii)平行于所述方向(I)，切割在所述步骤ii)完成时所获得的多层结构的薄片(104)，从而获得预期的所述晶圆(10)。

2.  如权利要求1所述的方法，其中，利用拉晶法，特别地利用切克劳斯基拉晶法或布里奇曼拉晶法，来进行凝固所述硅的所述步骤ii)。

3.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述p型掺杂剂选自硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、锌(Zn)及其混合物，特别地为硼。

4.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述n型掺杂剂选自磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、锡(Sn)及其混合物，特别地为锑。

5.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述p型掺杂剂为硼且所述n型掺杂剂为锑。

6.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述步骤ii)包括：在n掺杂硅层(101)和p掺杂硅层(102)的生长之间，生长中间层(103)，所述中间层(103)呈现大于或等于80Ω·m的电阻率，特别地大于或等于400Ω·m的电阻率，优选地大于或等于2000Ω·m的电阻率。

7.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助所述硅的凝固速率的变化来进行步骤ii)中的所述对流-扩散参数的变化，特别地，所述凝固速率的变化至少在有利于所述n掺杂硅的生长的值V₁和有利于所述p掺杂硅的生长的值V₂之间。

8.  如前一项权利要求所述的方法，其中，利用拉晶法进行步骤ii)中的所 述硅的凝固，借助拉晶速度的控制来调整所述硅的所述凝固速率。

9.  如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，通过根据循环V₁-V₃-V₂-V₃-的重复改变所述硅的所述凝固速率来进行所述步骤ii)，V₁是有利于所述n掺杂硅的生长的速率，V₂是有利于所述p掺杂硅的生长的速率，以及V₃是有利于所述中间层的生长的速率且为V₁和V₂之间的中间值。

10.  如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，借助所述液浴的搅动程度的变化来进行步骤ii)中的所述对流-扩散参数的变化，特别地，所述搅动程度的变化至少在有利于所述n掺杂硅的生长的值B₁和有利于所述p掺杂硅的生长的值B₂之间。

11.  如前一项权利要求所述的方法，其中，使用搅动系统调整所述液浴的所述搅动程度，特别地，通过使用交变磁场的切克劳斯基型拉晶法中晶体和/或坩埚的强制旋转，旋转或滑动机械叶片、螺旋桨或圆盘，来调整所述液浴的所述搅动程度。

12.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述步骤ii)期间，将固体或液体形式的硅以使得其能够补偿随着硅的凝固所述液浴中的n掺杂剂和p掺杂剂的富集的量添加到所述液浴中。

13.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，调整在步骤ii)中对于所述n掺杂硅和所述p掺杂硅的凝固的各自的时间，使得在所述步骤ii)完成时所形成的所述n掺杂层(101)和所述p掺杂层(102)彼此独立地呈现至少2mm的厚度，特别地从2mm到10cm的厚度，更特别地从5mm到5cm的厚度。

14.  一种具有竖向多结(2)的单块硅晶圆(10)，所述竖向多结(2)在至少一个竖向切割平面上呈现n掺杂区(11)和p掺杂区(12)的交替，每个所述区在所述晶圆的整个厚度(e)上延伸且在所述切割平面上具有至少2mm的宽度(L₁、L₂)。

15.  如前一项权利要求所述的晶圆，其特征在于，所述晶圆根据如权利要求1至13中任一项所限定的方法而形成。

16.  如权利要求14或15所述的晶圆，其中，所述n掺杂区(11)彼此独 立地呈现从10¹⁴cm^-3到10¹⁷cm^-3的电子型电荷载流子密度，特别地从5×10¹⁴cm^-3到5×10¹⁶cm^-3的电子型电荷载流子密度。

17.  如权利要求14至16中任一项所述的晶圆，其中，所述n掺杂区彼此独立地在所述切割平面上呈现从2mm到10cm的宽度(L₁)，特别地从5mm到5cm的宽度(L₁)。

18.  如权利要求14至17中任一项所述的晶圆，其中，所述p掺杂区(12)彼此独立地呈现从10¹⁴cm^-3到10¹⁷cm^-3的空穴型电荷载流子密度，特别地从5×10¹⁴cm^-3到5×10¹⁶cm^-3的空穴型电荷载流子密度。

19.  如权利要求14至18中任一项所述的晶圆，其中，所述p掺杂区彼此独立地在所述切割平面上呈现从2mm到10cm的宽度(L₂)，特别地从5mm到5cm的宽度(L₂)。

20.  如权利要求14至19中任一项所述的晶圆，其中，所述n掺杂区(11)和所述p掺杂区(12)通过至少一个中间区(13)而彼此分离，所述中间区(13)呈现大于或等于80Ω·m的电阻率，特别地大于或等于400Ω·m的电阻率，优选地大于或等于2000Ω·m的电阻率。

21.  如权利要求20所述的晶圆，其中，所述中间区(13)中的每个中间区在所述切割平面上呈现从50μm到5mm的宽度(L₃)，特别地从100μm到500μm的宽度(L₃)。

22.  如权利要求14至21中任一项所述的晶圆，其中，所述晶圆呈现从100μm到500μm的厚度(e)，特别地从150μm到300μm的厚度(e)。

23.  如权利要求14至22中任一项所述的晶圆，其中，所述晶圆在所述切割平面上呈现从10cm到30cm的总长度(L)，特别地从15cm到20cm的总长度(L)。

24.  一种光伏设备，包括根据权利要求14至23中任一项所限定的硅晶圆。

25.  一种光伏系统，包括多个串联和/或并联连接的如权利要求24所述的光伏设备，从而允许调整与所述系统相关联的逆变器的输入电压。

用于制造包括多个竖向结的单块硅晶圆的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造具有竖向p-n多结的单块硅晶圆的新方法。
背景技术
在创造光伏电池和模块的环境中，这样的晶圆是特别有利的。
目前，光伏模块(PV)大多数是用单晶硅电池或多晶硅电池的组装制造的，通常用具有电导率p的晶圆生产这些电池。
在尺寸合理的PV模块(达到m²的程度)中，对于晶圆的尺寸标准(156mm×156mm)意味着PV模块的开路电压(V_oc)被限制为几十伏。
已经研究各种途径，以试图增大PV模块的电压V_oc。
第一选择可以在于使用除晶体硅(Si)以外的材料，尤其是呈现大于硅的1.1eV(电子伏)的带隙幅度的半导体，例如，从所谓的异质结技术获得的晶体Si上非晶Si类型的材料，或者甚至CdTe(碲化镉)类型的材料。遗憾的是，在开路电压方面的改善受到限制，这是因为具有过高带隙(>2eV)的半导体的使用导致所吸收的光子的量的显著减少和能量转换效率的损失。
另一可能的将是，相比于当前的156mm×156mm的标准，减小电池的尺寸，这使得通过串接形成模块的更大数量的电池，可以增大电压V_oc的值。然而，该解决方案会使处理模块创造的操作更加困难。此外，保持形成PV模块的电池之间用以连接的空间的需求导致有用表面面积的损失(即允许电载流子的光生作用)。伴随更大数量的较小尺寸的电池的实施，表面面积的这种损失更大。
为了试图降低有用表面面积的这种损失，可以考虑生产标准尺寸156mm×156mm的单块晶圆，并且凭经验地蚀刻沟槽(例如通过激光消融)，这会具有有效地创造多个更小尺寸的电池的效果。然而，蚀刻工艺很可能引起晶圆的脆化，从而引起机械强度问题。此外，子电池之间的隔离问题是复杂的，尤其是 如果针对目标应用需要显著的绝缘电阻。
Gatos等人(US 4,320,247)提出了利用根据切克劳斯基(Czochralski)方法通过定向性凝固所获得的p型硅晶体中本身存在的氧浓度波动，以在晶体的切割和通过基于氧气的热施主的热焙烧的激活之后获得p/n结构的晶圆。热施主(通过在400℃-500℃的温度的热焙烧而可在硅晶圆中生成的氧气的小的附聚物)充当电子供体，因此可以引起材料的补偿及其导电性的变化。遗憾的是，氧浓度波动且因此最终晶圆中的n区和p区的尺寸(通常达到大约一百微米的程度)难以控制。
最近，Pozner等人(“Progress in Photovoltaics”，20(2012),197)已经通过建模设想出具有竖向p-n结平面的电池的串接，与结平面是水平的传统晶圆的配置不同。该方法的益处是能够设想出在单块衬底上用于生产电池的集合类型的工艺。然而，关于这种结构的实际生产、其成本以及非常高的风险的几个技术问题仍未得到解决。
发明内容
因此，依然需要一种可用于制造适于生产具有高开路电压的PV模块且使不活跃的表面(即不允许光生载流子的聚集的表面)最小化的晶圆的方法。
本发明恰好旨在解决该需要。
更特别地，本发明提出了一种用于制造具有竖向p-n多结的单块硅晶圆的方法。
因此，根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于制造具有竖向多结的单块硅晶圆的方法，上述竖向多结呈现n掺杂区和p掺杂区的交替，该方法至少包括如下步骤：
(i)提供液浴，所述液浴包含硅、至少一种n型掺杂剂和至少一种p型掺杂剂；
(ii)通过改变对流-扩散参数以使n掺杂硅层和p掺杂硅层的生长交替，以在方向I上定向地凝固所述硅；以及
(iii)平行于所述方向I，切割在步骤(ii)完成时所获得的多层结构的薄片，从而获得预期的所述晶圆。
在该文本中的下文中，通常包括一种或多种p型掺杂剂(或一种或多种n型掺杂剂)的硅层或硅区将被更简化地称为“p掺杂”(或“n掺杂”)层或区。
与文献US 4,320,247中所描述的方法不同，n掺杂区因此在硅的定向凝固期间形成，并且绝不源于基于间隙氧的热施主的通过焙烧的后续激活。
在该文本中的下文中，除了另有指示外，否则当在其水平位置上观察时，描述晶圆的特征。
因此，特别地，该晶圆被限定成在水平定位的晶圆的竖向切割平面上呈现“竖向”结。
根据本发明的另一方面，本发明涉及一种具有竖向多结的单块硅晶圆，特别地根据前文所限定的方法获得的晶圆，所述晶圆在至少一个竖向切割平面上呈现n掺杂区和p掺杂区的交替，这些区中的每个区都在该晶圆的整个厚度上延伸且在切割平面上具有至少2mm的宽度。
本发明还涉及包括这样的硅晶圆的光伏设备，尤其涉及包括这样的硅晶圆的光伏电池。
有利地，被划分成多个更小尺寸的子电池的根据本发明的硅晶圆可以生产呈现增大的开路电压、同时保持达到m²的程度的合理标准尺寸的PV模块。
通过示例性应用，如在该文本中下文所阐述的，这些高电压的PV模块允许PV系统中的PV模块的组件的新配置，更特别地，允许光伏设施中的PV模块与逆变器之间的电压电平的标准化。
因此，根据本发明方面中的另一方面，本发明还涉及光伏系统，该光伏系统包括多个串联和/或并联连接的如前文所限定的光伏设备，从而允许调整与所述系统相关联的逆变器的输入电压。
附图说明
通过阅读本发明的示例性实施方式的以下详细描述以及研究附图，根据本 发明的方法、硅晶圆和光伏设备的其它特征、优势和应用模式将变得更明显，附图中：
-图1以横截面示意性且部分地示出在本发明的方法的步骤(ii)期间所形成的多层结构。
-图2在竖向切割平面上示意性示出根据本发明的硅晶圆的结构。
-图3示意性示出被再分成六个子电池且产生3.6V的电压的根据本发明的PV电池(图3a)和产生0.6V的电压的传统PV电池(图3b)的架构。
-图4示出传统PV设施的示例性配置，其包括15个串联的PV模块的一条链(模块规格：7A_MPP；31V_MPP，217W_c，其中，A_MPP表示在25℃的温度下的最大功率电流，V_MPP表示在25℃的温度下的最大功率电压，以及W_c表示在25℃的温度下的最大功率)。
-图5示出利用从本发明的PV电池制造的PV模块设想的两种新配置(模块规格：1.75A_MPP；122V_MPP，216W_c)：引起366V_MPP的DC母线电压的三个模块的五条链的配置(图5a)；和引起610V_MPP的母线电压的五个模块的三条链的配置(图5b)。
在图4和图5中，传统地，A_MPP用于表示在25℃的温度下的最大功率电流，V_MPP用于表示在25℃的温度下的最大功率电压。
-图6示出传统PV逆变器的架构(图6a)和根据本发明所允许的逆变器的新架构(图6b)。
应当注意，为了清楚起见，图中的不同元件并未按比例示出，未遵守不同部分的实际尺寸。
具体实施方式
在该文本中的下文中，表达“位于…与…之间”、“从…到…”和“从…变化到…”是等同的且意图指的是包括界限，除非另有规定。
除非另有指示，否则表达“包括/包含”应当被理解成指的是“包括/包含至少一个”。
晶圆的制造
步骤(i)：液浴
如前文所述，本发明的方法的步骤(i)在于提供液浴，也被称为“熔体”浴，该液浴包含硅、至少一种n型掺杂剂和至少一种p型掺杂剂。
一种或多种所述p型掺杂剂可以选自于硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、锌(Zn)及其混合物。
优选地，p型掺杂剂为硼。
更特别地，一种或多种p型掺杂剂可以以从每立方厘米5×10¹⁵个原子到每立方厘米10¹⁷个原子、特别地从每立方厘米10¹⁶个原子到每立方厘米4×10¹⁶个原子的比例存在于液浴中。
一种或多种所述n型掺杂剂可以选自于磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、锡(Sn)及其混合物。
优选地，n型掺杂剂为锑。
更特别地，一种或多种n型掺杂剂可以以从每立方厘米10¹⁶个原子到每立方厘米5×10¹⁸个原子、特别地从每立方厘米10¹⁷个原子到每立方厘米10¹⁸个原子的比例存在于液浴中。
优选地，p型掺杂剂为硼且n型掺杂剂为锑。
显然，对于本领域技术人员来说，可改变在本发明的方法的步骤(i)中所实施的液浴的体积，尤其根据所期望的硅晶圆的尺寸进行改变。
在本发明的方法的步骤(i)中所实施的液浴的制备落在本领域技术人员的常识内。
例如，可以通过以固相混合硅、n型掺杂的硅晶圆和p型掺杂的硅晶圆和/或n掺杂的硅晶圆和p掺杂的硅晶圆，之后将所有物质加热到高于硅的熔点的温度，来预先形成液浴。
根据特定实施方式，使用搅拌系统在本发明的方法的步骤(ii)中的实施之前，搅动液浴，例如利用磁力搅拌、通过振动台的搅拌等来实现，以便确保浴的良好均匀性，尤其是n型掺杂剂和p型掺杂剂在液态硅中的良好分散。
可以在石英坩埚或石墨坩埚(可能覆盖有一层SiC)中产生所述液浴。已知坩埚能经受加热至高到足以获得液浴的温度。
步骤(ii)：硅的定向凝固
在本发明的方法的第二步骤中，通过改变对流-扩散参数以使n掺杂硅层和p掺杂硅层的生长交替，来在方向I上定向地凝固硅。
通常，定向凝固方法涉及拉晶法或基于包含在容器(特别地，坩埚)中的液浴在低于其熔点下、从其一端开始、直至其凝固的逐步冷却的方法。
可以利用本领域技术人员已知的任何拉晶法来执行根据本发明的方法的定向凝固的步骤(ii)，例如利用切克劳斯基拉晶法或者甚至所谓的布里奇曼(Bridgman)方法来执行。
也可以利用梯度冷却法(也称为“梯度冻结”)来执行该步骤(ii)。
安装适合于所选的生长方法的装置落在本领域技术人员的常识内。
优选地，利用拉晶法执行硅的定向凝固的步骤(ii)。
更特别地，生长方向I可以平行于容器的纵轴。容器的纵轴表示连接所述容器的截面(包括容器的壁)的所有质心的线。该纵轴可以是对于该容器的对称轴。
对于给定种类的用Δ表示的对流-扩散参数可以用如下关系限定：
Δ＝V_Iδ/D
其中：
-V_I代表在方向I上测量的生长速度，也就是说，硅的液/固界面的蔓延速度；
-D是所关注的物质的扩散系数；和
-δ是在液/固界面的前面的溶质边界层的厚度。
不想被理论约束，根据如下关系，给定物质的有效分配系数k_eff(被限定为包含在固体中的浓度与在浴中远离界面的浓度的比率)直接取决于对流-扩散参数Δ：
k_eff＝k/(1-(1-k)Δ)，
其中，k为相态图所给出的所关注的物质的热力学的分配系数。
因此，根据本发明，可以通过关于所实施的n掺杂剂和p掺杂剂控制对流-扩散参数的值来获得n掺杂硅或p掺杂硅的生长。更具体地，包含在固体中的掺杂剂的含量由有效分配系数k_eff与该掺杂剂在浴中的浓度的乘积给出，在方法的开始设置该掺杂剂在浴中的浓度。
根据本发明的第一变型实施方式，可以借助硅的凝固速率的变化来执行在步骤(ii)中的对流-扩散参数的变化，特别地，硅的凝固速率的变化至少在有利于n掺杂硅的生长的值V₁与有利于p掺杂硅的生长的值V₂之间。
由于n型掺杂剂和p型掺杂剂不具有相同的扩散系数，因此当凝固速率从V₁变化到V₂时，它们的对流-扩散参数将不遵循相同的变化，从而将可获得n材料和p材料的交替生长。
本领域技术人员能够分别调整凝固速率V₁和V₂的值，从而允许n掺杂硅和p掺杂硅的生长。
而且，本领域技术人员的常识包括如何调节用于改变凝固速率的生长方法的操作参数和条件。
作为示例，在利用拉晶法(例如利用切克劳斯基拉晶法)的硅的凝固的背景下，可以通过拉晶速度的控制来调整凝固速率，如在以下示例中所阐述的。
根据本发明的第二变型实施方式，可以借助液浴的搅动程度的变化来执行在步骤(ii)中的对流-扩散参数的变化，特别地，液浴的搅动程度的变化至少在有利于n掺杂硅的生长的值B₁与有利于p掺杂硅的生长的值B₂之间。
实际上，如在J.P.Garandet等人的文章“Scaling analysis of the solute boundary layer in the idealized growth configurations”(“Journal of Crystal Growth”106(1990)437-444，North Holland)中所报道的，液浴的搅动程度对溶质边界层的厚度δ的值具有直接影响。
由于n型掺杂剂和p型掺杂剂不具有相同的扩散系数，因此当搅动程度从B₁变化到B₂时，它们的对流-扩散参数将不遵循相同的变化，从而将可获得n材料和p材料的交替生长。
本领域技术人员能够实施用于调整液浴的搅动程度的适合方法，从而允许n 掺杂硅或p掺杂硅的生长。
例如，可以通过使用交变磁场的切克劳斯基型拉晶法中晶体和/或坩埚的强制旋转、旋转或滑动机械叶片、螺旋桨或圆盘，来调整搅动程度。
下文中参考图1，图1示意性且部分地示出在本发明的方法的步骤(ii)期间的给定时刻的系统的状态。
在容器1中进行凝固，该容器1例如可以为石英坩埚或石墨坩埚。将液浴100与处于固态的硅分离的液/固界面200沿方向I蔓延。
根据本发明所形成的多层结构(也称为“铸块”)呈现出一系列n掺杂层101和p掺杂层102。
调整步骤(ii)中的n掺杂层和p掺杂层中的每层的生长时间，从而获得对于所形成的各个掺杂层的期望厚度。
特别地，该生长时间被调整使得：在步骤(ii)完成时所形成的所述n掺杂层101和p掺杂层102彼此独立地在方向I上呈现出至少2mm的厚度L₁、L₂，特别地从2mm到10cm的厚度，更特别地从5mm到5cm的厚度。
表达“彼此独立地”应当被理解成指的是n掺杂层的厚度L₁可以不同于p掺杂层的厚度L₂，或者甚至从一个n型掺杂层到另一个n型掺杂层，或从一个p型掺杂层到另一个p型掺杂层，厚度可以不同。
可以根据本领域技术人员的常识调整这些厚度L₁、L₂，以生产最终的晶圆，如在下文中更具体地描述。
特别地，由于n型材料通常不如p型材料对金属杂质敏感，因此光生电流通常在n掺杂区中比在p掺杂区中高。本领域技术人员能够调节p掺杂层和n掺杂层的厚度L₁、L₂，尤其为了最佳地使最终的硅晶圆中的这些电流相等。
而且，关于对硅晶圆所预期的总长度L，调整在步骤(ii)中所形成的多层结构的最终厚度。
中间层
根据特别优选的实施方式，如图1所示，在n掺杂硅层101和p掺杂硅层102的生长之间进行中间层103的生长。
这些中间层可以不带有偏好地被定名为“中间区”、“电隔离区”或者甚至“补偿区”。
特别地，该中间层可以呈现出大于或等于80Ω·m的电阻率，特别地大于或等于400Ω·m的电阻率，优选地大于或等于2000Ω·m的电阻率。
可以利用任何传统方法测量电阻率，例如通过所谓的四点探针测量法，或者甚至通过测量由交变磁场引起的涡流的效应。
优选地，中间层在凝固方向I上呈现出厚度L₃，该厚度L₃从50μm到5mm，优选地从100μm到500μm。
实际上，最终的硅晶圆中的过长的中间区很可能导致活性材料的损失且因此导致将由这些晶圆形成的模块中的能源效率的降低。另一方面，过短的中间区可以显示出不足以确保子电池(n掺杂区和p掺杂区)之间的良好隔离，这也可导致形成的模块中的效率的降低。
如之前对于n掺杂层和p掺杂层的生长所阐述的，更特别地，在有利于p区和n区的生长的值之间的中间值处，通过调整对于各个掺杂种类的对流-扩散参数来进行中间层的生长。
根据第一变型实施方式，在借助凝固速率的变化的步骤(ii)中的对流-扩散参数的调整的背景下，可以通过将凝固速率调节到V₁和V₂之间的中间值V₃来形成中间层。
因此，根据特定实施方式，可以通过根据循环V₁-V₃-V₂-V₃-的重复改变硅的凝固速率来进行本发明的方法的步骤(ii)，其中，V₁是有利于n掺杂硅的生长的速率，V₂是有利于p掺杂硅的生长的速率，以及V₃是有利于所述中间层的生长的速率，从而产生如图1所示的多层结构。
根据第二变型实施方式，在借助液浴的搅动程度的变化的步骤(ii)中的对流-扩散参数的变化的背景下，可以通过将搅动程度调节到B₁和B₂之间的中间值B₃来形成中间层。
因此，根据另一特定实施方式，可以通过根据循环B₁-B₃-B₂-B₃-的重复改变浴的搅动程度来进行步骤(ii)，其中，B₁是有利于n掺杂硅的生长的搅动程度， B₂是有利于p掺杂硅的生长的搅动程度，以及B₃是有利于所述中间层的生长的搅动程度，从而产生如图1所示的多层结构。
将硅添加到液浴
根据特定实施方式，在步骤(ii)期间，在熔体浴中，将具有固体或液体形式的硅添加到液浴中，优选地逐步地添加，且添加的量使得其可以补偿随着硅的凝固而发生的液浴中的n掺杂剂和p掺杂剂的富集。
不想被理论约束，步骤(ii)期间的硅的这种添加有利地可以限制掺杂剂的宏观偏析的现象，宏观偏析的现象有可能引起生长的平行于方向I的层的电阻率的变化。
步骤(iii)：获得硅晶圆
根据本发明的方法的第三步骤，从在步骤(ii)完成时所获得的多层结构中，平行于方向I切割薄片104，如图1所示，从而获得预期的晶圆10。
可以使在本发明的方法的步骤(ii)完成时所获得的多层结构预先处于环境温度，并且在进行切割之前从坩埚中将其剥除。
可以利用本领域技术人员已知的任何传统方法，例如通过使用SiC的颗粒作为磨蚀剂，来进行该切割。
根据预期的硅晶圆的尺寸，特别地根据该硅晶圆的厚度e和长度L，来选择所切割的薄片的尺寸。
晶圆
如前文可见，根据多个方面中的另一方面，本发明涉及一种硅晶圆，特别地，利用前述方法所获得的硅晶圆。
在以下描述中将参考附图2，图2在竖向切割平面上示意性示出根据本发明的硅晶圆。
如图2所示，根据本发明的硅晶圆10在至少一个竖向切割平面上呈现出n掺杂区11和p掺杂区12的交替，各个区在晶圆的整个厚度e上延伸且在该切割平面上具有至少2mm的宽度L₁、L₂。
对于发明人的知识，还未提出呈现这种架构的硅晶圆，特别地，呈现大于 或等于2mm的n掺杂区和p掺杂区的宽度的硅晶圆。
根据特定实施方式，根据本发明的晶圆可以呈现出从100μm到500μm的厚度e，特别地从150μm到300μm的厚度e。
根据另一特定实施方式，根据本发明的晶圆可以呈现出从10cm到30cm的总长度L，特别地从15cm到20cm的总长度L。
晶圆的n掺杂区11可以彼此独立地呈现出从10¹⁴cm^-3到10¹⁷cm^-3的电子型电荷载流子密度，特别地从5×10¹⁴cm^-3到5×10¹⁶cm^-3的电子型电荷载流子密度。
这些n掺杂区可以在切割平面上呈现出从2mm到10cm的宽度L₁，特别地从5mm到5cm的宽度L₁。
晶圆的p掺杂区12可以彼此独立地呈现出从10¹⁴cm^-3到10¹⁷cm^-3的空穴型电荷载流子密度，特别地从5×10¹⁴cm^-3到5×10¹⁶cm^-3的空穴型电荷载流子密度。
这些p掺杂区可以在切割平面上呈现出从2mm到10cm的宽度L₂，特别地从5mm到5cm的宽度L₂。
如前所述，根据特定实施方式，可以利用至少一个中间区13(也称为“电隔离区”)来将n掺杂区11与所述p掺杂区12彼此分离。
更特别地，这些中间区13的特征在于大于或等于80Ω·m的电阻率，特别地大于或等于400Ω·m的电阻率，优选地大于或等于2000Ω·m的电阻率。
这些中间区(13)可以在切割平面上呈现出从50μm到5mm的宽度L₃，特别地从100μm到500μm的宽度L₃。
光伏设备和应用
根据本发明的方面中的另一方面，本发明也涉及一种光伏设备，尤其涉及一种光伏电池或光伏模块，其包括至少一个前文所限定的硅晶圆。
本领域技术人员可以实施用于从根据本发明的单块硅晶圆制造PV电池而常规实施的合适工艺。
当然，通过其制造方法，根据本发明的晶圆相比于传导率在晶圆的整个表面上是单型且均匀的标准晶圆，呈现出传导率从一个n型(或p型)区到另一个n型(或p型)区的更大变化以及在同一个给定的n型(或p型)区内的更 大变化。通常，在标准单型晶圆上，传导率的变化小于20％，甚至经常小于10％，而在根据本发明的晶圆上，这些变化可以为2倍或更多倍。
而且，由于来自熔体浴的所有凝固方法所固有的固/液界面曲度的问题，对于从对同一个铸块的切割所获得的所有晶圆来说，n区和p区之间的转变位置不一定是相同的。
然而，这些特性绝不会损害光伏设备的制造，特别是电池的制造。实际上，一旦已经进行晶圆的表面的绘制以区分n型区和p型区，发明人就已经发现，可以在根据本发明的硅晶圆上使用用于制造PV电池的传统技术，例如掺杂剂扩散在气相中以用于产生p/n+结或n/p+结、用于反射率的钝化和限制的氮化物沉积、用于接触的丝网印刷。
从如前所述的硅晶圆制造的根据本发明的PV电池被再分成更小尺寸的子电池。这类PV电池可以产生高电压电平，同时输出较小电流。
通过示例，图3示意性示出相比于产生约0.6V的电压的传统PV电池(图3b)，被再分成六个子电池且产生约3.6V的电压的根据本发明的PV电池(图3a)的架构。
这种PV电池尤其显示出对于适于传送高电压的光伏太阳能模块的制造的优势。更特别地，可以通过串接根据本发明的PV电池来制造合理尺寸的PV模块，通常为大约1m²的尺寸的PV模块，并且该PV模块呈现出比从传统电池制造的模块更高的电压。
根据本发明的另一方面，本发明涉及一种由一组根据本发明的光伏电池形成的光伏模块。
通过说明，由根据本发明的PV电池形成的高电压模块在促进光伏设施的尺寸设计上有特别有利的应用，更具体地借助光伏系统中的PV模块与逆变器之间的电压电平的标准化。
因此，根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种光伏系统，该光伏系统包括多个串联和/或并联连接的如前文所限定的光伏设备，从而允许调节与所述系统相关联的逆变器的输入电压。
通常，如图4所示，PV设施组合一方面的多个PV模块41(直流(下文中用DC表示)发电机，各直流发电机由一组电连接的PV电池形成)以及另一方面的逆变器42，该逆变器42的功能是将直流DC转变为适用于分布式网络(例如适用于法国EDF电源网络)的交流(用AC表示)。PV设施的这两个主要部件之间的接口，下文中定名为PV系统的“DC母线”，可以使由PV模块41产生的电流以一定电压流入逆变器42。
通过示例，图4示出传统PV设施，其包括15个模块41的串联组件，每个模块产生31V_MPP的电压，这形成465V_MPP的DC母线电压。
连接到所实施的PV模块的DC母线的电压必须与逆变器可接受的输入电压的范围匹配。现在，从一个PV模块到另一个PV模块，电压电平可以是高度可变的。类似地，从一个逆变器到另一个逆变器，工作电压改变。
逆变器的输入电压范围通常是广泛的，以便可以适应于最大量的情况(每条链上的模块的类型和模块的数量)。然而，在逆变器的设计中，该广泛的电压范围使得需要形成特定的DC/DC变换级，如在图6a中示意性所示，其在部件和效率方面上是昂贵的。
因此，光伏设施的尺寸设计仍是相对困难的，这是因为需要在链中的模块的数量、模块的额定功率与逆变器的额定功率之间寻找适配。该适配表现出对于安装者的时间约束和尺寸设计误差的风险。
而且，在当前的PV设施中，多个模块通常被串联放置以获得足够的DC母线电压，一个模块的故障会影响整个PV系统的操作。
最终，对于相对低的输出电压，在PV模块中电流经常很高，这暗指PV系统的导体、焊接接头和接线板上的损失。
当前为了将模块与逆变器匹配而提出的唯一手段在于在每个PV模块上使用DC/DC转换器或直接DC/AC转换器，称为“微型转换器”或“功率优化器”。然而，实现微型转换器是复杂的且需要PV场中的多个部件作为整体部署，这产生了维护困难。此外，多个装置增大了故障的风险，这些部件面临更显著的温度偏差。最终，依然具有PV模块中的高电流、以及这些微型转换器与所实现的 PV模块的电压和功率适应性的问题。
有利地，如下文所阐述的，根据本发明所制造的高电压的PV模块允许制造在电压和电流方面优化的、且可以缓解前文所讨论的所有缺点的简单的模块+逆变器的系统。
通过阅读纯粹通过示例且参照附图给出的以下描述，这些新PV系统的设计和优势将出现。
根据前文所阐述的在尺寸设计方面的限制，特别有利的是，对于所有的模块和逆变器技术，能够在固定值处标准化直流母线电压。
该标准化必须考虑对电压电平的单独的真实限制：分布式网络的电压，例如对于法国EDF电源网络的电压：230V_AC单相或400V_AC三相。从这些量开始，用于确保最大DC到AC转换效率的DC电压的最佳值可以被估计为对于单相情况的约366V和对于三相情况的约610V。
因此，与这两个限制相容的对于PV模块的输出的电压电平可以例如为每PV模块122V_MPP。
图5示出可利用根据本发明的模块设想的且可以解决上述需求的两种配置。更具体地：
-图5a示出并联安装的五条链的配置，每条链由串联的三个模块51形成(模块规格：1.75A_MPP；122V_MPP，216W_c)，该配置使得可以获得366V_MPP的DC母线电压；以及
-图5b示出并联安装的三条链的配置，每条链由五个模块51形成，该配置引起610V_MPP的DC母线电压。
明显地，图5的两种配置通过说明性方式呈现，并不限制本发明。例如，也可以配置约61V、约30.5V、约15.25V、约5.08V(全部为122V的约数)的模块。
从根据本发明的PV电池制造的模块的传送高电压的能力允许这些新配置。
实际上，利用常规晶圆(具有156mm×156mm的常规尺寸且特征例如在于每个晶圆0.6V的电压和7A的电流，如图3b所示)获得传送122V的电压 的PV模块会引起实现大量电池(恰好在本情况下是203个晶圆)，并会因此形成呈现高表面区域(约5m²)的850W额定功率的PV模块。呈现这样的表面区域的模块难以处理。此外，该架构保持高电流，该高电流引起PV模块的导体的损耗。
另一方面，凭借如图3a所示的被再分成子电池的根据本发明制造的新PV电池，可以获取呈现122V的电压和约1.75A的电流的模块，同时保持约m²的合理尺寸(例如，来自产生每晶圆3.6V的电压的34个电池的组件，如图3a所示)。
综上所述，利用本申请中所描述的晶圆，可以生产利用表面一致性传送与常规模块相同的额定功率的PV模块，但该PV模块具有更高的电压和更低的电流。如图5a和图5b所示的新PV系统以多种方式证明是特别有利的。
另一方面，它们使得可以供给标准化的DC母线电压，在之前所描述的情况下，366V或610V的电压。因此，对于逆变器，不再需要具有广泛的DC输入电压范围，这有利地可以消除对于逆变器的变换级，因此可以降低其成本、其体积及改善其可靠度。通过示例，图6一方面(图6a)示意性示出具有两个DC/DC和DC/AC变换级的传统逆变器42的架构，以及另一方面(图6b)示意性示出可用在之前所呈现的新PV系统中的逆变器52的架构，在逆变器52的架构中已经消除了第一个DC/DC变换级。
而且，如图5所示，在根据本发明形成的PV模块中，电流是较低的，这使得可以减小PV模块的导体的损耗且因此减小这些导体的横截面。
此外，模块的并联连接配置可以具有PV系统的对遮蔽的更好的鲁棒性，例如在一个或多个模块不亮的情况下。最后，在模块显示有缺陷的情况下，可以用具有相等电压的模块替换有缺陷的模块，而不中断PV系统的工作。
现在将通过以下示例描述本发明，以下示例明显地通过说明性方式给出且不限制本发明。
示例
i.熔体浴的制备
用电子级的硅电荷制备熔体浴，向熔体浴中添加硼和锑的掺杂晶圆，使得初始的熔体浴呈现出每立方厘米5×10¹⁷个锑原子和每立方厘米1.9×10¹⁶个硼原子的含量。
ii.n掺杂硅层和p掺杂硅层的生长
利用切克劳斯基拉晶法来进行硅的生长。
通过控制支撑初始籽晶的杆的拉晶速度来调整凝固的速度。
贯穿整个凝固周期，支撑籽晶的杆的旋转速度被固定在每分钟15转。
杆的拉晶速度被设置在9.8μm/s的瞬态的所谓的放肩阶段使形成的固体能够从籽晶的直径转到对于晶体所选的直径，在该情况下为6"mm或150mm，并且在整个凝固周期上，该直径保持恒定。
一旦达到公称直径，就将拉晶速度保持在9.8μm/s达30秒，以形成补偿区，然后将拉晶速度减小至3.8μm/s的值。
使晶体以该3.8μm/s的值生长13150秒，这可以凝固5cm的p型区。
然后将拉晶速度设置在9.8μm/s达30秒，以再一次形成补偿区。
然后，将拉晶速度增大至25.4μm/s达1900秒，以生长4.8cm的n型区。
通过考虑瞬变现象，n材料和p材料之间的过渡区的长度约为400μm。
再一次重复该周期(9.8μm/s-30s、3.8μm/s-13150s、9.8μm/s-30s和25.4μm/s-1900s)，然后将拉晶速度设置在9.8μm/s，直到凝固周期结束。
iii.晶圆的切割
当完成生长过程时，将铸块切割(使用SiC的颗粒作为磨蚀剂的传统切割方法)成250μm厚且20cm长的薄片，获得的晶圆包括通过补偿区分离和划界的两个p型区和两个n型区。