專利名稱：一種制造太陽能電池的磷擴(kuò)散方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造太陽能電池的擴(kuò)散制結(jié)工藝，具體涉及一種制造太 陽能電池的磷擴(kuò)散方法。
背景技術(shù)：
太陽能是人類取之不盡、用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，使用太 陽能可有效減輕環(huán)境污染。大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快、最具活力 的研究領(lǐng)域之一。太陽能電池主要以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)制作，其工作原理是 光電材料吸收光能后發(fā)生光電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)而產(chǎn)生電流，目前廣泛采用的是硅 太陽能電池。硅太陽能電池又分為單晶硅太陽電池、非晶硅太陽電池和多晶 硅太陽電池等。其中，單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟?，F(xiàn)有技術(shù)中，單晶硅大陽能電池的制造主要包括如下步驟去損傷層一制 絨一擴(kuò)散制結(jié)一等離子刻蝕去邊一去磷硅玻璃一減反射膜一絲網(wǎng)印刷一燒 結(jié)。其中，擴(kuò)散制結(jié)(通常是磷擴(kuò)散制結(jié))是一個關(guān)鍵步驟，制結(jié)質(zhì)量會影 響最終的光電轉(zhuǎn)換效率。在工業(yè)化生產(chǎn)中，典型的結(jié)制備分為兩步第一步 用氮?dú)馔ㄟ^液態(tài)的POCl3，將所需的雜質(zhì)用載流氣體輸運(yùn)至高溫半導(dǎo)體表面， 雜質(zhì)擴(kuò)散深度約幾百個納米；第二步是高溫處理，使預(yù)沉積在表面的雜質(zhì)原子繼續(xù)向基體深處擴(kuò)散，這樣就形成了一個N+ZN層，這樣的結(jié)構(gòu)有利于后續(xù)電極的制備。這種發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)也可以用一步擴(kuò)散法制得，但是需要增加一個腐蝕過程；快熱法也可以用于上述制結(jié)步驟，可大大簡化上述過程，但這種 工藝還只處于初期研究階段。然而，上述擴(kuò)散制結(jié)工藝都是建立在高質(zhì)量單晶硅材料的基礎(chǔ)上的， 一般 都要求硅材料的純度在6N以上，而純度越高，其材料成本也就越高，使得單 晶硅大陽能電池的價(jià)格居高不下，難以實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用。同時，利用原料純度 低的金屬硅作為起始原料，經(jīng)過熔融精煉、單向凝固精制等工序后，可得到 純度為4N 5N的硅材料，如果進(jìn)一步提純以得到6N以上的高純度硅，則會
大大增加成本，還會降低硅的利用率。因此，開發(fā)一種直接利用4N 5N的低 純度硅材料來制備具有較好的轉(zhuǎn)換效率的單晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法必 將具有很大的意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種制造太陽能電池的磷擴(kuò)散工藝，以便可以采用較低 純度的硅材料來制備太陽能電池。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種制造太陽能電池的磷擴(kuò) 散方法，包括如下步驟(1) 將待處理的單晶硅片在900 950'C氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行退火處理20 30 分鐘；(2) 將上述處理后的硅片在850 1050'C氯化氫氣氛下進(jìn)行氧化處理，使 其表面生成厚度為IO至30納米的氧化層；(3) 再在850 90(TC下通源磷擴(kuò)散，使得表面方塊電阻控制在40 50歐 姆，結(jié)深0. 2 1. 0微米；(4) 最后在700 750'C氮?dú)鈿夥障峦嘶鹛幚?0 60分鐘，完成單晶硅片 的磷擴(kuò)散處理。上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)的氧化處理時間為20 30分鐘。 所述步驟(3)的磷擴(kuò)散時間為25 60分鐘。在單晶硅片中，因雜質(zhì)和雜質(zhì)、缺陷與雜質(zhì)之間的相互作用，重金屬或微 缺陷在一定的溫度下會發(fā)生遷移和再凝集。因而，通過退火可以使晶片中含 雜聚成納米級的小團(tuán)，從而降低復(fù)合中心密度，提高少子壽命。然而，傳統(tǒng) 的方案中，退火處理通常需要進(jìn)行4、 5個小時，其擴(kuò)散溫度是從低到高再到 低的，當(dāng)用于處理純度為4、 5N的單晶硅時，難以獲得良好的除雜和制結(jié)效 果。本發(fā)明在退火和磷擴(kuò)散之間加入了氯化氫氣氛下的氧化處理，即采用含 氯氧化法制作了氧化層，因而，整個過程中，溫度變化是從高到低再高再到 低呈梯度變化的，實(shí)際試驗(yàn)表明，采用上述方法后，獲得了良好的效果。 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明在通源磷擴(kuò)散前后進(jìn)行退火，使晶片中含雜聚成納米級的小團(tuán)，從
而降低復(fù)合中心密度，提高少子壽命；并且在退火和磷擴(kuò)散之間加入了氯化 氫氣氛下的氧化處理步驟。經(jīng)過上述處理，本發(fā)明可以采用純度為4、 5N的 單晶硅作為制造太陽能電池的材料，因而，可以利用冶金硅等純度較低的材 料，極大地降低了材料成本，有利于單晶硅太陽能電池的普及應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和對比例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例一將一組純度為5N的硅片用如下磷擴(kuò)散工藝處理步驟1,在95(TC氮?dú)?氣氛下保持20分鐘；步驟2,在850'C氯化氫氣氛下保持20分鐘；步驟3， 在900'C通源磷擴(kuò)散50分鐘；步驟4，在750'C氮?dú)鈿夥障卤３?0分鐘。然 后采用常規(guī)工藝方法進(jìn)一步處理，得到一組太陽能電池片。隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度27'C條件下測定其短路電流Isc、開路 電壓Voc、最大功率Pmax、填充因子FF和光電轉(zhuǎn)換效率EF，結(jié)果如下表所序號Isc(A)Voc(mV)Pmax(W)FF(%)EF(%)14.46644610.521.7355963.64811.6811624.54678613.262.1755677.88214.6159434.53085613.222.0967678.30314.6423444.49747610.761.8569176.33214.1119754.38281607.122.0761169.78512.4976964.44712609.222.0578176.62913.972984.42516608.72.0991676.39613.8498684.43123608.152.0944477.89514.1291694.46954608.62.0944676.99414.09635104.50129612.252.1056276.40414.17161平均值4.469869610.182.03924275.026813.77691實(shí)施例二將另外一組純度為5N的硅片用如下磷擴(kuò)散工藝處理步驟1，在900°C 氮?dú)鈿夥障卤３?5分鐘；步驟2，在100(TC氯化氫氣氛下保持25分鐘；步驟
3，在900'C通源磷擴(kuò)散30分鐘；步驟4,在70(TC氮?dú)鈿夥障卤３?0分鐘。 然后采用常規(guī)工藝方法進(jìn)一步處理，得到一組太陽能電池片。隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度27'C條件下測定其短路電流Isc、開路 電壓Voc、最大功率Pmax、填充因子FF和光電轉(zhuǎn)換效率EF，結(jié)果如下表所示序號Isc(A)Voc(mV)Pmax(W)FF(%)EF(%)14.35766609.142.0499277.22613.7967324.4196610.172.0970777.77314.1140934.39372607.992.0777577.7813.9840844.3689608.532.0678277.77813.9172354.37946608.452.0522477.01713.8123664.44184612.492.1383578.59914.3919174.40191608.811.7149463.99111.5420284.45567612.572.1002276.94714.1352694.42383613.462.1024777.47214.15045104.27499605.991.7835368.84712.00382平均值4.391758609.762.04453175.34313.5848實(shí)施例三將另外一組純度為5N的硅片用如下磷擴(kuò)散工藝處理步驟1，在920°C 氮?dú)鈿夥障卤３?0分鐘；步驟2，在95(TC氯化氫氣氛下保持30分鐘；步驟 3，在850'C通源磷擴(kuò)散60分鐘；步驟4，在70(TC氮?dú)鈿夥障卤３?0分鐘。 然后采用常規(guī)工藝方法進(jìn)一步處理，得到一組太陽能電池片。隨機(jī)選取16片，在AM1.5，溫度28'C條件下測定其短路電流Isc、開路 電壓Voc、最大功率Pmax、填充因子FF和光電轉(zhuǎn)換效率EF，結(jié)果如下表所示序號Isc(A)Voc(mV)Pmax(W)FF(%)EF(%)14.40454607.892.0097775. 06313.5265124.43724609.052.0452175. 67813.7650134.42288609.122.0982877.88514.1222344.4701609,892.0844176. 45614.0289 54.46758609.762.0820476,.42814 012964.51984611.042.1036476,.16914.1582774.43159606,.862.0763877,.20713.9748584.54037609,,982.1296376,.89514 333294.49947608.792.075575,.76913.96892104.52432610.232.1106376,.44914.20537114.4557609,.582.0294774,.71913.65908124.50928607,.722.0145973, 51513.55895134.55504610,.542.1462177,.17314.44481144.51071610,.462.0813275,.58514.00807154.51885611..892.061974.,57113.87738164.49353609..172.0778875..909IS-98492平均值4.485065609.'49812.07667975. !36694IS.97684對比例一將一組純度為5N的硅片用傳統(tǒng)磷擴(kuò)散工藝處理，得到一組太陽能電池片。 隨機(jī)選取12片，在AM1.5，溫度27'C條件下測定其短路電流Isc、開路 電壓Voc、最大功率Pmax、填充因子FF和光電轉(zhuǎn)換效率EF，結(jié)果如下表所示序號Isc(A)Voc(mV)Pmax(W)FF(%)EF(%)13.920580.604620.840760.354685.6586323.980120.616670.928120.378156.2466233.977380.617480.973560.396416.5524444.041550.619121.053590.421077.0910654.234140.615651.139050.436967.6662664.240610.620821.201790.456498.0884874.386970.616011.317070.487378.8643884.570120.613321.410210.503129.4912294.629970.614981.490390.5234310.0308710"48220.612071.639270.5761911.03289114.598060.614831.794480.6347612.07754 12 4.70738 0.6133 1.93556 0.67043 13.02708 平均值 4.327925 0.614906 1.310321 0.486588 8.818956從上述實(shí)施例和對比例可以看出，三個實(shí)施例中，獲得的太陽能電池的性 能均勻性好，三批太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率平均值分別為13.77691%、 13.5848% 和13.97684%，而對比例的電池性能上下波動極大，并且其轉(zhuǎn)換效率平均值僅 為8.818956%，由于對比例電池的一致性太差，轉(zhuǎn)換效率過低，不能進(jìn)入商業(yè) 化應(yīng)用?？梢?，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以有效地利用較低純度的單晶硅片制作 太陽能電池，從而大大降低了太陽能電池的制造成本。
權(quán)利要求
1.一種制造太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將待處理的單晶硅片在900～950℃氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行退火處理20～30分鐘；(2)將上述處理后的硅片在850～1050℃氯化氫氣氛下進(jìn)行氧化處理，使其表面生成厚度為10至30納米的氧化層；(3)再在850～900℃下通源磷擴(kuò)散，使得表面方塊電阻控制在40～50歐姆，結(jié)深0.2～1.0微米；(4)最后在700～750℃氮?dú)鈿夥障峦嘶鹛幚?0～60分鐘，完成單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，其特征在于-所述步驟(2)的氧化處理時間為20 30分鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，其特征在于 所述步驟(3)的磷擴(kuò)散時間為25 60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將待處理的單晶硅片在900～950℃氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行退火處理20～30分鐘；(2)將上述處理后的硅片在850～1050℃氯化氫氣氛下進(jìn)行氧化處理，使其表面生成厚度為10至30納米的氧化層；(3)再在850～900℃下通源磷擴(kuò)散，使得表面方塊電阻控制在40～50歐姆，結(jié)深0.2～1.0微米；(4)最后在700～750℃氮?dú)鈿夥障峦嘶鹛幚?0～60分鐘，完成單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。本發(fā)明可以采用純度為4、5N的單晶硅作為制造太陽能電池的材料，因而，可以利用冶金硅等純度較低的材料，極大地降低了材料成本，有利于單晶硅太陽能電池的普及應(yīng)用。
文檔編號H01L31/18GK101132033SQ20071013284
公開日2008年2月27日 申請日期2007年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月8日
發(fā)明者左云翔, 章靈軍 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司