一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，屬于太陽能電池制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明將現(xiàn)有的由沉積和推進(jìn)組成的擴(kuò)散工藝改為由預(yù)沉積、沉積、氧化和推進(jìn)四步組成。本發(fā)明在沉積步驟前增加預(yù)沉積步驟，并在步驟時通入攜帶三氯氧磷，在高溫條件下，三氯氧磷經(jīng)過兩次分解生成氯，氯可以和金屬離子反應(yīng)生成金屬絡(luò)合物并隨擴(kuò)散爐管內(nèi)的氣體帶出擴(kuò)散爐，有利于提升硅片表面的擴(kuò)散吸雜效果，提高了硅片的少子壽命，改善了太陽能電池的擴(kuò)散質(zhì)量；同時，氯的存在可以有效的阻礙堆垛層錯的產(chǎn)生，減小高溫過程帶來的晶格損傷，進(jìn)而提高硅片的光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】—種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅太陽能電池制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅太陽電池的制作過程主要包括:制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鍍膜、印刷和燒結(jié)等。而PN結(jié)是多晶硅太陽電池的心臟，也是電池質(zhì)量好壞的關(guān)鍵之一。對于η+ /p常規(guī)硅太陽能電池的發(fā)射區(qū)一般是通過磷擴(kuò)散形成的淺結(jié)區(qū)域，由于在擴(kuò)散區(qū)P處于晶格間隙位置，容易引起晶格畸變，而且由于磷與硅的原子半徑不匹配，也容易出現(xiàn)失配，因此該區(qū)域活性比較大，容易吸引雜質(zhì)，會成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，從而降低少子壽命。
[0003]目前采用太陽能行業(yè)普遍采用的擴(kuò)散工藝為沉積加推進(jìn)的兩步擴(kuò)散方法:恒定源擴(kuò)散(沉積)和限定源擴(kuò)散(推進(jìn))。兩步擴(kuò)散指在一定溫度下通入磷源(即三氯氧磷)和氧氣，通過控制工藝時間及其摻雜源的流量、濃度來控制摻雜引入雜質(zhì)的總量。但在高溫的氧氣氛圍中，由于多晶硅自身的材料缺陷，容易發(fā)生氧化堆垛層錯缺陷，這種缺陷極易形成復(fù)合中心，使得光生載流子都無謂地復(fù)合掉，導(dǎo)致效率下降。
[0004]接下來在不通雜質(zhì)源的情況下進(jìn)行推進(jìn)，目的是獲得一定的PN結(jié)結(jié)深和雜質(zhì)濃度分布，完成PN結(jié)的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有擴(kuò)散工藝中容易引起氧化堆垛層錯的缺陷，本發(fā)明提供一種可有效的阻礙堆垛層錯的產(chǎn)生、延長太陽能硅片少子壽命、減小高溫過程帶來的晶格損傷、改善太陽能電池的擴(kuò)散質(zhì)量、提高光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，包括如下步驟:
一、預(yù)沉積:當(dāng)石英管擴(kuò)散爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在預(yù)定溫度時，通入攜帶三氯氧磷的氮氣，持續(xù)時間為5-10min，氮氣的流量為500-2000sccm ；
二、沉積:繼續(xù)通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，持續(xù)時間為10-20min，氮氣的流量為500-2000sccm,氧氣的流量為 400-2000sccm ；
三、氧化:停止通入三氯氧磷，繼續(xù)通入氧氣和氮氣，持續(xù)時間為5-10min，氮氣的流量為 5-10slm，氧氣的流量為 1500-2000sccm ；
四、推進(jìn):停止通入氧氣，僅通入氮氣，持續(xù)時間為10-15min,流量為5_10slm,使沉積的磷向硅片內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。
[0007]所述預(yù)定溫度為800-900°C。
[0008]預(yù)沉積和沉積步驟中氮氣的流量為lOOOsccm。
[0009]沉積步驟中氧氣的流量為800sccm。
[0010]氧化步驟中氮氣的流量為7-7.5slm。
[0011]氧化步驟中氧氣的流量為1700_2000sccm。[0012]推進(jìn)步驟中氮氣的流量為7slm。
[0013]采用上述技術(shù)方案取得的技術(shù)進(jìn)步為:本發(fā)明在沉積步驟前增加預(yù)沉積步驟，并在步驟時通入攜帶三氯氧磷，在高溫條件下，三氯氧磷經(jīng)過兩次分解生成氯，氯的存在可以有效的阻礙堆垛層錯的產(chǎn)生，改善太陽能電池的擴(kuò)散質(zhì)量；同時，氯可以和金屬離子反應(yīng)生成金屬絡(luò)合物并隨擴(kuò)散爐管內(nèi)的氣體帶出擴(kuò)散爐，有利于提升硅片表面的擴(kuò)散吸雜效果，提聞娃片的少子壽命，同時減小聞溫過程帶來的晶格損傷，進(jìn)而提聞娃片的光電轉(zhuǎn)換效率。
【具體實施方式】
[0014]現(xiàn)有的常規(guī)擴(kuò)散工藝為沉積加推進(jìn)的兩步擴(kuò)散方法:恒定源擴(kuò)散(相當(dāng)于本發(fā)明的沉積步驟)和限定源擴(kuò)散(相當(dāng)于本發(fā)明的推進(jìn)步驟)。首先在高溫下通入磷源和氧氣，即三氯氧磷和氧氣，通過控制工藝時間及其摻雜源的流量、濃度來控制摻雜引入雜質(zhì)的總量。整個工藝的持續(xù)時間較長，硅片表面會不斷有磷元素擴(kuò)散進(jìn)入；而在高溫情況下，磷元素又不斷被推入硅片表層以下，硅片表面作為一個過渡層，會有大量磷元素富集在此，由于在擴(kuò)散區(qū)磷處于晶格間隙位置，容易引起晶格畸變，而且由于磷與硅的原子半徑不匹配，也容易出現(xiàn)失配，發(fā)生氧化堆垛層錯缺陷，導(dǎo)致該處會產(chǎn)生一些晶格的畸變和錯位，從而產(chǎn)生高復(fù)合區(qū)；高復(fù)合區(qū)活性比較大，容易吸引雜質(zhì)，雜質(zhì)濃度高，使得光生載流子都無謂地復(fù)合掉，成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，從而降低少子壽命，導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率下降。
[0015]本發(fā)明的一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，包括如下步驟:
一、預(yù)沉積:當(dāng)石英管擴(kuò)散爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在預(yù)定溫度時，通入攜帶三氯氧磷的氮氣，持續(xù)時間為5-10min，氮氣的流量為500-2000sCCm ;在高溫下，三氯氧磷會分解為五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷進(jìn)而分解為三氯化磷和氯氣，由于沒有氧氣的存在，氯氣就可以和擴(kuò)散爐中存在的活躍的金屬離子結(jié)合形成金屬絡(luò)合物，這些金屬絡(luò)合物在以后的步驟中可以隨著氣體被帶出爐外，這樣就大大減少了金屬離子對硅片中少子壽命的影響。
[0016]二、沉積:繼續(xù)通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，持續(xù)時間為10_20min，氮氣的流量為500-2000sccm，氧氣的流量為400-2000sccm ;在高溫條件下，三氯氧磷與氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷，五氧化二磷與硅反應(yīng)生成磷和二氧化硅；由于在硅表面存在濃度差，磷原子在濃度梯度作用下進(jìn)行擴(kuò)散運動，硅片表層的磷擴(kuò)散到其內(nèi)部的低濃度區(qū)。
[0017]三、氧化:停止通入三氯氧磷,繼續(xù)通入氧氣和氮氣,持續(xù)時間為5-10min，氮氣的流量為5-lOslm，氧氣的流量為1500-2000sCCm ;此步驟的目的是利用硅和氧氣反應(yīng)生成的二氧化硅氧化層促進(jìn)磷原子的擴(kuò)散。
[0018]四、推進(jìn):停止通入氧氣，僅通入氮氣，持續(xù)時間為10-15min,流量為5_10slm,使沉積的磷向硅片內(nèi)部擴(kuò)散，最終形成PN結(jié)。
[0019]本發(fā)明的擴(kuò)散方法在沉積步驟前增加預(yù)沉積步驟，在預(yù)沉積步驟時通入攜帶三氯氧磷的氮氣，在擴(kuò)散爐的高溫條件下，三氯氧磷會分解為五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷進(jìn)而分解為三氯化磷和氯氣，氯氣和爐中活躍的金屬離子結(jié)合形成金屬絡(luò)合物，這些金屬絡(luò)合物在以后的步驟中可以隨著氣體被帶出爐外，這樣就大大減少了金屬離子對硅片中少子壽命的影響；同時，氯氣的存在可以有效的阻礙堆垛層錯的產(chǎn)生，大大改善硅片表面的擴(kuò)散質(zhì)量；與此同時，氯氣還可以和金屬離子反應(yīng)生成金屬絡(luò)合物，金屬絡(luò)化物隨擴(kuò)散爐管內(nèi)的氣體被帶出擴(kuò)散爐，這就提高了硅片的少子壽命，有利于提升擴(kuò)散的吸雜效果，減小高溫過程帶來的晶格損傷，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0020]下面以幾個具體的實施例詳細(xì)介紹本發(fā)明的擴(kuò)散工藝。
[0021]實施例1
一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，包括如下步驟:
一、預(yù)沉積:當(dāng)石英管擴(kuò)散爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在800°C時，通入攜帶三氯氧磷的氮氣，持續(xù)時間為5min，氮氣的流量為500sccm ；
二、沉積:繼續(xù)通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，持續(xù)時間為lOmin，氮氣的流量為500sccm,氧氣的流量為400sccm ；
三、氧化:停止通入三氯氧磷，繼續(xù)通入氧氣和氮氣，持續(xù)時間為5min，氮氣的流量為5slm,氧氣的流量為1500sccm ;
四、推進(jìn):停止通入氧氣，僅通入氮氣，持續(xù)時間為IOmin,流量為5slm,使沉積的磷向硅片內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。
[0022]經(jīng)過準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法測試，常規(guī)擴(kuò)散工藝下，硅片的少子壽命為8微秒，在本實施例工藝下硅片的少子壽命為10微秒，少子的壽命提高了 25%。電池轉(zhuǎn)換效率從17.4%提升至 17.45%ο
[0023]實施例2
一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，包括如下步驟:
一、預(yù)沉積:當(dāng)石英管擴(kuò)散爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在820°C時，通入攜帶三氯氧磷的氮氣，持續(xù)時間為7min，氮氣的流量為IOOOsccm ；
二、沉積:繼續(xù)通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，持續(xù)時間為12min，氮氣的流量lOOOsccm,氧氣的流量為800sccm ；
三、氧化:停止通入三氯氧磷，繼續(xù)通入氧氣和氮氣，持續(xù)時間為8min，氮氣的流量為7.3slm,氧氣的流量為1700sccm ；
四、推進(jìn):停止通入氧氣，僅通入氮氣，持續(xù)時間為13min,流量為7slm,使沉積的磷向硅片內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。
[0024]經(jīng)過準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法測試，常規(guī)擴(kuò)散工藝下，硅片的少子壽命為9.3微秒，在本實施例工藝下硅片的少子壽命為12微秒，少子的壽命提高了 29%。電池轉(zhuǎn)換效率從17.41%提升至 17.47%ο
[0025]實施例3
一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，包括如下步驟:
一、預(yù)沉積:當(dāng)石英管擴(kuò)散爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在預(yù)定溫度時，通入攜帶三氯氧磷的氮氣，持續(xù)時間為8min，氮氣的流量為1500sccm ；
二、沉積:繼續(xù)通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，持續(xù)時間為18min,氮氣的流量1500sccm,氧氣的流量為1600sccm ;
三、氧化:停止通入三氯氧磷，繼續(xù)通入氧氣和氮氣，持續(xù)時間為9min，氮氣的流量為8slm,氧氣的流量為1800sccm ;
四、推進(jìn):停止通入氧氣，僅通入氮氣，持續(xù)時間為12min，流量為7.5slm,使沉積的磷向硅片內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。
[0026]經(jīng)過準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法測試，常規(guī)擴(kuò)散工藝下，硅片的少子壽命為6.8微秒，在本實施例工藝下硅片的少子壽命為8.2微秒，少子的壽命提高了 20%。電池轉(zhuǎn)換效率從17.38%提升至17.42%。
[0027]實施例4
一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，包括如下步驟:
一、預(yù)沉積:當(dāng)石英管擴(kuò)散爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在預(yù)定溫度時，通入攜帶三氯氧磷的氮氣，持續(xù)時間為9min，氮氣的流量為1850sccm ；
二、沉積:繼續(xù)通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，持續(xù)時間為18min,氮氣的流量1900sccm,氧氣的流量為1950sccm ;
三、氧化:停止通入三氯氧磷，繼續(xù)通入氧氣和氮氣，持續(xù)時間為8.5min，氮氣的流量為8.5slm,氧氣的流量為1900sccm ；
四、推進(jìn):停止通入氧氣，僅通入氮氣，持續(xù)時間為14min,流量為8.8slm,使沉積的磷向硅片內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。
[0028]經(jīng)過準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法測試，常規(guī)擴(kuò)散工藝下，硅片的少子壽命為7.3微秒，在本實施例工藝下硅片的少子壽命為9微秒，少子的壽命提高了 23%。電池轉(zhuǎn)換效率從17.41%提升至 17.45%ο
[0029]實施例5
一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，包括如下步驟:
一、預(yù)沉積:當(dāng)石英管擴(kuò)散爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在900°C時，通入攜帶三氯氧磷的氮氣，持續(xù)時間為lOmin，氮氣的流量為2000sccm ；
二、沉積:繼續(xù)通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，持續(xù)時間為20min，氮氣的流量為2000sccm,氧氣的流量為2000sccm ；
三、氧化:停止通入三氯氧磷，繼續(xù)通入氧氣和氮氣，持續(xù)時間為lOmin，氮氣的流量為IOslm,氧氣的流量為2000sccm ；
四、推進(jìn):停止通入氧氣，僅通入氮氣，持續(xù)時間為15min,流量為IOslm,使沉積的磷向硅片內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。
[0030]經(jīng)過準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法測試，常規(guī)擴(kuò)散工藝下，硅片的少子壽命為8.6微秒，在本實施例工藝下硅片的少子壽命為10.5微秒，少子的壽命提高了 22%。電池轉(zhuǎn)換效率從17.45%提升至17.51%。
[0031]通過上述實施例的可知，本發(fā)明的擴(kuò)散工藝與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以帶來明顯的技術(shù)進(jìn)步，預(yù)沉積步驟中產(chǎn)生的氯氣帶走擴(kuò)散爐管內(nèi)的雜質(zhì)金屬離子，提升了硅片表面的吸雜效果，降低了硅片表面的雜質(zhì)濃度，提高了硅片的少子壽命，提高的幅度約為15%-30%，本發(fā)明減小了高溫過程帶來的晶格損傷，同時有效的阻礙了硅片表層上堆垛層錯的產(chǎn)生，大大提高了硅片的光電轉(zhuǎn)換效率，本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道將光電轉(zhuǎn)換效率提高0.01%都是很困難的事情，但是利用本工藝便可將光電轉(zhuǎn)換效率提高約0.05%左右，可見本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)步是較為明顯的。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，其特征在于包括如下步驟: 一、預(yù)沉積:當(dāng)石英管擴(kuò)散爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在預(yù)定溫度時，通入攜帶三氯氧磷的氮氣，持續(xù)時間為5-10min，氮氣的流量為500-2000sccm ； 二、沉積:繼續(xù)通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，持續(xù)時間為10-20min，氮氣的流量為500-2000sccm,氧氣的流量為 400-2000sccm ； 三、氧化:停止通入三氯氧磷，繼續(xù)通入氧氣和氮氣，持續(xù)時間為5-10min，氮氣的流量為 5-10slm，氧氣的流量為 1500-2000sccm ； 四、推進(jìn):停止通入氧氣，僅通入氮氣，持續(xù)時間為10-15min,流量為5_10slm,使沉積的磷向硅片內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，其特征在于所述預(yù)定溫度為 800-900。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，其特征在于預(yù)沉積和沉積步驟中氮氣的流量為lOOOsccm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，其特征在于沉積步驟中氧氣的流量為800sccm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，其特征在于氧化步驟中氮氣的流量為7-7.5slm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，其特征在于氧化步驟中氧氣的流量為1700-2000sccm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多晶硅太陽能電池擴(kuò)散工藝，其特征在于推進(jìn)步驟中氮氣的流量為7slm。
【文檔編號】H01L31/18GK103730537SQ201310730889
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】馬桂艷 申請人:英利能源（中國）有限公司