專利名稱：一種應(yīng)用于硅太陽能電池的擴(kuò)散工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擴(kuò)散工藝，特別是關(guān)于一種應(yīng)用于硅太陽能電池的擴(kuò)散工藝。
技術(shù)背景擴(kuò)散技術(shù)作為單晶硅和多晶硅太陽能電池最重要的工藝，其目的是形成與基底導(dǎo)電類型相反的發(fā)射區(qū)，從而形成PN結(jié)。通常單晶硅和多晶硅太陽能電池采用 P型基底，三氯氧磷(P0C13)液態(tài)源擴(kuò)散，通過一系列化學(xué)反應(yīng)和磷原子擴(kuò)散過 程形成摻磷的N型發(fā)射區(qū)。 一般情況下，擴(kuò)散溫度設(shè)為830 870°C，通源時(shí)間20 35分鐘；在高溫過程中，P0Cl3通過氮?dú)?一般稱這部分氮?dú)鉃樾〉?攜帶進(jìn)入石 英管，同時(shí)通入氮?dú)?一般稱這部分氮?dú)鉃榇蟮?和氧氣。通入氮?dú)獾哪康氖窃?爐管中形成正壓而避免外界氣體的進(jìn)入，并且使擴(kuò)散更為均勻；氧氣則參與化學(xué) 反應(yīng)，也可避免擴(kuò)散過程對硅片表面的損傷。擴(kuò)散的效果可由發(fā)射區(qū)的摻雜曲線 來描述，更簡單情況下可用方塊電阻來考察擴(kuò)散的效果。光照半導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生載流子，當(dāng)過剩載流子濃度超過半導(dǎo)體中的平衡濃度時(shí)， 過剩的電子和空穴會(huì)通過復(fù)合而消失。復(fù)合過程實(shí)際上是光吸收的逆過程，大致 可分為帶間復(fù)合、俄歇復(fù)合、復(fù)合中心復(fù)合。在半導(dǎo)體中，三種復(fù)合機(jī)制往往同 時(shí)存在，相對而言，在重?fù)诫s半導(dǎo)體中，俄歇復(fù)合占優(yōu)勢。俄歇復(fù)合是電子和空 穴復(fù)合時(shí)將多余的能量傳給另一電子或空穴，這種形式并不伴隨發(fā)射光子，稱為 俄歇復(fù)合；獲得能量的另一載流子再將能量以聲子的形式釋放出去，回到原來的 能量水平。俄歇復(fù)合率大小與摻雜濃度的平方成正比。太陽能電池對發(fā)射區(qū)有兩個(gè)要求首先，發(fā)射區(qū)的摻雜不能過高，即薄層電 阻不能太小。如果摻雜濃度過高的話，發(fā)射區(qū)的俄歇復(fù)合會(huì)大大增加，在發(fā)射區(qū) 中產(chǎn)生的電子空穴對很容易復(fù)合，從而造成電池的短波響應(yīng)下降；如果摻雜過重 的話，甚至?xí)纬闪准せ盥式档?、載流子遷移率很小的"死區(qū)"，同時(shí)由于帶隙變 窄造成電池開路電壓下降，并增強(qiáng)了俄歇復(fù)合。其次，發(fā)射區(qū)特別是其表面的濃 度也不能過低。如果發(fā)射區(qū)濃度較低，即薄層電阻較高，發(fā)射區(qū)的電阻必然加大， 增加了在發(fā)射區(qū)中向柵線電極運(yùn)動(dòng)電流的電阻；而且由于電極與發(fā)射區(qū)間的導(dǎo)電 依靠隧穿效應(yīng)，電極與發(fā)射區(qū)的接觸電阻也與摻雜量有關(guān)，摻雜越高，接觸電阻 越??；如果摻雜過低接觸電阻就會(huì)迅速增加，甚至無法形成歐姆接觸。如上所述，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度要兼顧以上兩種要求。通常，發(fā)射區(qū)薄層電阻選擇在40 50Q/口就是這種折衷選擇的結(jié)果。但是與100Q/口以上輕擴(kuò)散的電 池相比，這種常規(guī)電池的發(fā)射區(qū)復(fù)合要更多一些，光電流也要更低一些。常規(guī)的 擴(kuò)散工藝通常選定在一種溫度進(jìn)行，擴(kuò)散過程中溫度不變。如圖1所示，這樣形 成的擴(kuò)散區(qū)表面濃度一般為102°011—3左右，結(jié)深0.4 0.8微米，摻雜曲線通常按 余誤差分布。本發(fā)明通過一種改進(jìn)的擴(kuò)散方法，使摻雜曲線的分布更為合理，降 低了發(fā)射區(qū)的俄歇復(fù)合。 發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于硅太陽能電池的擴(kuò)散工藝。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種應(yīng)用于硅太陽能電池的擴(kuò) 散工藝，其擴(kuò)散步驟主要分為兩步，具體包括(1) 進(jìn)行第一次擴(kuò)散將硅片放入擴(kuò)散爐中，同時(shí)通入大氮、小氮、氧氣， 擴(kuò)散溫度在800 860°C，時(shí)間為15 30分鐘；(2) 將擴(kuò)散爐溫度升至870 920°C,并將硅片放置10 30分鐘進(jìn)行再分布；(3) 進(jìn)行第二次擴(kuò)散擴(kuò)散溫度在870 920。C，時(shí)間為1 10分鐘；(4) 擴(kuò)散過程結(jié)束。擴(kuò)散爐降溫，并將硅片取出。 上述發(fā)明的技術(shù)方案中，通過調(diào)節(jié)擴(kuò)散濃度，調(diào)節(jié)橫向電阻以及擴(kuò)散區(qū)和柵線間的接觸電阻。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于將通常的一步恒定溫度擴(kuò)散步驟分成了兩步進(jìn)行，得到了更加優(yōu)化的發(fā)射區(qū)摻雜曲線，從而降低了發(fā)射區(qū)中高摻雜帶來的俄歇復(fù)合，可使電池的短路電流提高0. 5 lmA/cm2。 2、采用本發(fā)明方法時(shí)，發(fā)射區(qū)的薄層電阻大小相比于常規(guī)方法并沒有發(fā)生改變， 因此發(fā)射區(qū)的橫向電阻也不會(huì)增加；此外，還可以通過適當(dāng)工藝進(jìn)行調(diào)整來達(dá)到 使接觸電阻下降的目的，如適當(dāng)增加表面摻雜濃度。3、本發(fā)明的所有擴(kuò)散步驟仍 是在爐管中連續(xù)進(jìn)行，并未增加工藝的復(fù)雜性。


圖l是通常的擴(kuò)散摻雜曲線圖2是本發(fā)明第一步擴(kuò)散過程的擴(kuò)散摻雜曲線同通常的擴(kuò)散摻雜曲線對比圖 圖3是本發(fā)明第二步擴(kuò)散過程的擴(kuò)散摻雜曲線同通常的擴(kuò)散摻雜曲線對比圖 圖4是本發(fā)明的擴(kuò)散摻雜曲線同通常的擴(kuò)散摻雜曲線對比圖具體實(shí)施方式
以下通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明的目的在于通過本發(fā)明通過一種改進(jìn)的擴(kuò)散方法，使摻雜曲線的分布狀態(tài)更為合理，減少發(fā)射區(qū)中的高摻雜區(qū)域以降低發(fā)射區(qū)的俄歇復(fù)合，提高了太陽能電池的性能。由于發(fā)射區(qū)中的復(fù)合減小，因此電池的短路電流提高0.5 lmA/cm2。本發(fā)明將通常的一步恒定溫度的擴(kuò)散過程分為兩步進(jìn)行，第一步在溫度較低 情況下進(jìn)行時(shí)間較長的擴(kuò)散，并進(jìn)行再分布，來形成濃度較低、雜質(zhì)分布較深的 摻雜曲線；第二步在溫度較高和攜源氣體流量較大的情況下進(jìn)行短時(shí)間擴(kuò)散，形 成濃度較高但雜質(zhì)分布很淺的摻雜曲線。最終得到的摻雜曲線為以上兩個(gè)曲線的 疊加。該方法具體包括以下步驟(1) 進(jìn)行第一次擴(kuò)散，將硅片放入擴(kuò)散爐中，進(jìn)行第一次擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)通入 大氮、小氮、氧氣，擴(kuò)散溫度在800 860。C，時(shí)間為15 30分鐘。(2) 將擴(kuò)散爐溫度升至870 920°C，并將硅片放置10 30分鐘進(jìn)行再分布。(3) 進(jìn)行第二次擴(kuò)散。擴(kuò)散溫度在870 920。C,時(shí)間為1 10分鐘。(4) 擴(kuò)散過程結(jié)束。擴(kuò)散爐降溫，并將硅片取出。如圖2所示，相比于常規(guī)擴(kuò)散，第一次擴(kuò)散形成的摻雜曲線比較平緩，表面 濃度小于5X1019011—3，結(jié)深為0.6 2微米。如圖3所示，相比于常規(guī)擴(kuò)散，第二次擴(kuò)散形成的摻雜曲線比較陡峭，表面 濃度為8X1019cm—3 8X102°cm—3，結(jié)深為0. 1 0.4微米。如圖4所示，擴(kuò)散完畢后形成的摻雜曲線表面濃度先是迅速下降，之后下降 速度減緩，直至基體的載流子濃度。與常規(guī)擴(kuò)散相比，發(fā)射區(qū)的薄層電阻并沒有 大的變化，因此橫向電阻不會(huì)增加；發(fā)射區(qū)表面濃度也沒有大的變化，因此發(fā)射 區(qū)和柵線間的接觸電阻不會(huì)增加。本發(fā)明還可以通過一些適當(dāng)?shù)墓に囌{(diào)整，達(dá)到 降低上述電阻的目的，例如適當(dāng)增加表面摻雜濃度。所有擴(kuò)散步驟仍然在爐管中 連續(xù)進(jìn)行，并未增加工藝的復(fù)雜性。下面通過實(shí)施例來進(jìn)行詳細(xì)說明。使用P型的單晶硅或多晶硅片，經(jīng)過常規(guī)的表面織構(gòu)化、清洗、干燥等工藝， 然后進(jìn)行擴(kuò)散。擴(kuò)散步驟如下-(1) 設(shè)定擴(kuò)散爐溫度為82(TC，通入20升/分鐘(SLM)的氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，將硅片放入石英舟中并緩慢進(jìn)舟。(2) 進(jìn)舟過程完成后，硅片在擴(kuò)散爐中穩(wěn)定10min。(3) 以3L/ min的速度通入氧氣。(4) 第一步擴(kuò)散開始，以1. 4 L/ min的流量通入攜帶P0C13的小氮，并持續(xù) 20分鐘。結(jié)束后關(guān)閉小氮。(5) 擴(kuò)散爐按照5°C/min的速度升溫至87(TC后穩(wěn)定15min。升溫以及穩(wěn)定 的過程相當(dāng)于再分布的過程，使磷進(jìn)一步向硅中擴(kuò)散，形成結(jié)深較深、但表面濃 度較低的摻雜曲線。(6) 第二步擴(kuò)散開始，以1.7L/min的流量通入攜帶P0Cl3的小氮，并持續(xù)3分鐘，結(jié)束后關(guān)閉小氮。這一步擴(kuò)散形成表面濃度較高、但擴(kuò)散較淺的摻雜曲線。(7) 擴(kuò)散爐按照l(TC/min的速度降溫至初始爐溫82(TC，然后出舟。(8) 擴(kuò)散完畢后形成如下?lián)诫s曲線表面濃度約等于102°cm—3，之后迅速下降 至1018cm—3，再緩慢下降至基體的載流子濃度，約等于1016Cm—3。形成的發(fā)射區(qū)結(jié)深 l微米，薄層電阻50歐姆厘米。擴(kuò)散后的硅片經(jīng)去除表面磷硅玻璃、邊緣刻蝕(或化學(xué)腐蝕，或激光去除邊 緣)、PECVD氮化硅沉積、電極印刷、燒結(jié)等工藝制備成單晶硅或多晶硅太陽能電 池。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于硅太陽能電池的擴(kuò)散工藝，其擴(kuò)散步驟主要分為兩步，具體包括(1)進(jìn)行第一次擴(kuò)散將硅片放入擴(kuò)散爐中，同時(shí)通入大氮、小氮、氧氣，擴(kuò)散溫度在800～860℃，時(shí)間為15～30分鐘；(2)將擴(kuò)散爐溫度升至870～920℃，并將硅片放置10～30分鐘進(jìn)行再分布；(3)進(jìn)行第二次擴(kuò)散擴(kuò)散溫度在870～920℃，時(shí)間為1～10分鐘；(4)擴(kuò)散過程結(jié)束。擴(kuò)散爐降溫，并將硅片取出。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于硅太陽能電池的擴(kuò)散工藝，其特征在于 通過調(diào)節(jié)擴(kuò)散濃度，調(diào)節(jié)橫向電阻以及擴(kuò)散區(qū)和柵線間的接觸電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于硅太陽能電池的擴(kuò)散工藝，其擴(kuò)散步驟主要分為兩步，具體包括(1)進(jìn)行第一次擴(kuò)散將硅片放入擴(kuò)散爐中，同時(shí)通入大氮、小氮、氧氣，擴(kuò)散溫度在800～860℃，時(shí)間為15～30分鐘；(2)將擴(kuò)散爐溫度升至870～920℃，并將硅片穩(wěn)定放置10～30分鐘進(jìn)行再分布；(3)進(jìn)行第二次擴(kuò)散擴(kuò)散溫度在870～920℃，時(shí)間為1～10分鐘；(4)擴(kuò)散過程結(jié)束，擴(kuò)散爐降溫，并將硅片取出。本發(fā)明基于以上方法，得到了更加優(yōu)化的發(fā)射區(qū)摻雜曲線，從而降低了發(fā)射區(qū)中高摻雜帶來的俄歇復(fù)合，可使電池的短路電流提高0.5～1mA/cm²。采用以上方法時(shí)發(fā)射區(qū)的薄層電阻以及發(fā)射區(qū)和柵線間的接觸電阻都不會(huì)增加，并且所有擴(kuò)散步驟仍在爐管中連續(xù)進(jìn)行，并未增加工藝的復(fù)雜性。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101217170SQ20071030434
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者勵(lì)旭東, 勾憲芳, 鑫 吳, 孫秀菊, 爽 宋 申請人:北京市太陽能研究所有限公司