CN101419997B - 晶体硅太阳电池pn结的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种晶体硅太阳电池PN结的制备方法，其制备过程为：取硅片置于石英舟内，且石英舟内每槽仅插入一片硅片，然后将石英舟置于扩散炉碳化硅悬臂桨上，进舟，进舟时采用分三段进舟的方式，当扩散炉的炉门完全封紧后，向扩散炉内通入其流量值为1～30ml/min的氮气，并维持温度为700℃～900℃；再分两步同时通入三氯氧磷杂质源气体和氧气，然后关闭三氯氧磷气体和氧气的阀门；通入流量值为1～30ml/min的氮气；然后出舟，出舟时设定步进电机的转速在250～999mm/min。采用本发明双面扩散制备的PN结的晶体硅太阳电池在开路电压Voc、短路电流Isc、电池的短波响应等产品质量方面得到明显提高。

Description

晶体硅太阳电池PN结的制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳电池领域，具体涉及晶体硅太阳电池PN结的制备方法。
背景技术
太阳能是一种洁净、无污染且可以循环利用的可再生能源，把太阳能转换为电能是有效利用太阳能的一项重要技术。自1839年Bequeral首先发现光伏效应到1954年贝尔实验室开发出效率为4.5％的单晶硅太阳电池，直到现在该市场仍然以每年36％左右的速度在增长，目前，太阳电池已经完成第一代晶体硅电池研究，正处于第二代薄膜电池研究高峰，并向第三代高效率电池研究努力。而作为现今占据太阳电池绝大部分市场的晶体硅太阳电池，其制备技术一直代表着整个太阳电池工业的制备技术水平。
最近几年里，无论是在降低生产成本方面，还是在提升电池转换效率方面，晶体硅太阳电池的制备工艺都取得飞速的发展。晶体硅太阳电池是一种用晶体硅材料制成的太阳电池，大致分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池两种，这两种电池在很多技术领域都有着广泛的应用，如人造卫星、太阳能热水器、通信通讯等领域。
其中晶体硅太阳电池的核心结构PN结的制备也多有研究，采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面形成的空间电荷区就叫做PN结。目前，关于PN结的制备方法主要有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法。
现有技术在晶体硅太阳电池的生产中，几乎所有厂家都采用单面扩散的方法制备PN结。如中国专利CN1206743C公开的《一种晶体硅太阳电池的制备方法》，其中PN结的制备就是采用的单面扩散的方法，这种制PN结的方法存在一些不足，主要为扩散完成后的方块电阻不够均匀，扩散时磷吸杂不够全面彻底，表面存在大量死层，使得最终产品的开路电压Voc、短路电流工Sc、电池的短波响应等产品质量方面受到影响；又由于这种制备PN结的方法是单面扩散即一面扩散而另一面不扩散，在应用到后续的加工工艺中，常常会出现错把未扩散的一面当作扩散面来加工的问题，致使做出来的电池片成为废品，无法弥补，使得之前的制备工序全部作废，造成了劳动力、时间和能耗等的大量浪费，增加了制作成本，延误了客户订单时间，降低了企业竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述不足，提供一种方块电阻均匀，扩散时磷吸杂全面彻底的晶体硅太阳电池PN结的制备方法，该方法避免了由于单面扩散法制备的PN结后续工序正反面弄混的问题，如果操作失误，则扩散的一面破坏则另一面还可以继续使用，节约了成本。
本发明的技术方案是这样实现的，本发明的晶体硅太阳电池PN结的制备方法，其制备过程为：(1)取硅片置于石英舟内，且石英舟内每槽仅插入一片硅片，然后将石英舟置于扩散炉碳化硅悬臂桨上，然后进舟，进舟时采用分段进舟的方式，第一段设定步进电机的转速为250～999mm/min，运行时间1～3min；第二段设定步进电机的转速为250～999mm/min，运行时间为1～3min；第三段设定步进电机的转速在250～999mm/min，运行时间1～3min；
(2)当扩散炉的炉门完全封紧后，向扩散炉内通入氮气5～10min且设定氮气流量值在1～30L/min，并恒温700℃～900℃；
(3)然后分两步向扩散炉内同时通入三氯氧磷杂质源气体和氧气，源温即产生上述三氯氧磷杂质源气体的三氯氧磷液态源的温度为20℃，第一步同时通入1～10min三氯氧磷杂质源气体和氧气，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在1～30L/min，设定氧气流量值在1～10L/min；第二步同时通入1～30min三氯氧磷杂质源气体和氧气，源温为20℃，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在1～30L/min，设定氧气流量值在1～10L/min；
(4)关闭三氯氧磷气杂质源体和氧气的阀门，然后通入氮气0～10min，设定氮气流量值为1～30L/min；
(5)出舟，出舟时设定步进电机的转速在250～999mm/min；
(6)扩散完毕，卸舟，取出硅片，即得双面扩散的硅片。
上述步骤(1)中第一段设定步进电机的转速为250～450mm/min；第二段设定步进电机的转速为750～900mm/min；第三段设定步进电机的转速在250～350mm/min。
上述步骤(2)中氮气流量值为10～20L/min，炉内温度为800～900℃。
上述步骤(3)中第一步设定三氯氧磷杂质源气体流量值在9～15L/min；第二步设定三氯氧磷杂质源气体流量值在9～15L/min。
上述步骤(4)中设定氮气流量值为20～30L/min。
上述步骤(5)中设定步进电机的转速在250～500mm/min。
本发明的优点和有益效果是：
1.本发明采用双面扩散的方法制备PN结，所得的方块电阻均匀，扩散时磷吸杂全面彻底，且不会出现由于单面扩散导致的晶体硅电池后续工序正反面弄混的问题，降低了产品的次品率和制作成本，提升了企业竞争力。
2.本发明采用双面扩散的方法制备PN结，使得制备出的最终产品一晶体硅太阳电池在开路电压Voc、短路电流Isc、电池的短波响应(现在在整个太阳能行业中125*125单晶硅片的Voc在615mV左右、Isc在5200mA左右)而本发明采用双面扩散的方法后Voc一般会提高10～15mV左右、Isc一般会提高100～200mA左右)等产品质量方面得到提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅局限于以下实施例：
实施例1
(1)取硅片置于石英舟内，且石英舟内每槽仅插入一片硅片，将石英舟置于扩散炉碳化硅悬臂浆上，然后进舟，进舟时采用分段进舟的方式，第一段设定步进电机的转速为400mm/min，运行时间2min；第二段设定步进电机的转速为800mm/min，运行时间1min；第三段设定步进电机的转速在250mm/min，运行时间1min；
(2)当扩散炉的炉门完全封紧后，向扩散炉内通入氮气10min并设定氮气流量值在18ml/min，恒温830℃；
(3)然后分两步同时通入三氯氧磷杂质源气体(源温20℃)和氧气，第一步同时通入10min三氯氧磷杂质源气体和氧气，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在10L/min，设定氧气流量值在2L/min；第二步同时通入15min三氯氧磷杂质源气体(源温20℃)和氧气，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在13L/min，设定氧气流量值在2L/min；
(4)关闭三氯氧磷杂质源气体和氧气的阀门，通入氮气2min，设定氮气流量值为25L/min；
(5)出舟，出舟时设定步进电机的转速在250mm/min；
(6)扩散完毕，卸舟，取出硅片。
实施例2
(1)取硅片置于石英舟内，且石英舟内每槽仅插入一片硅片，将石英舟置于扩散炉碳化硅悬臂浆上，然后进舟，进舟时采用分段进舟的方式，第一段设定步进电机的转速为500mm/min，运行时间1min；第二段设定步进电机的转速为900mm/min，运行时间1min；第三段设定步进电机的转速在450mm/min，运行时间1min；
(2)当扩散炉的炉门完全封紧后，向扩散炉内通入氮气5min并设定氮气流量值在30L/min，恒温750℃；
(3)然后分两步同时通入三氯氧磷杂质源气体(源温20℃)和氧气，第一步同时通入10min三氯氧磷杂质源气体和氧气，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在25L/min，设定氧气流量值在10L/min；第二步同时通入5min三氯氧磷杂质源气体(源温20℃)和氧气，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在25L/min，设定氧气流量值在10L/min；
(4)关闭三氯氧磷杂质源气体和氧气的阀门，通入氮气10min，设定氮气流量值为18L/min；
(5)出舟，出舟时设定步进电机的转速在650mm/min；
(6)扩散完毕，卸舟，取出硅片。
实施例3
(1)取硅片置于石英舟内，且石英舟内每槽仅插入一片硅片，将石英舟置于扩散炉碳化硅悬臂浆上，然后进舟，进舟时采用分段进舟的方式，第一段设定步进电机的转速为450mm/min，运行时间2min；第二段设定步进电机的转速为600mm/min，运行时间1min  第三段设定步进电机的转速在350mm/min，运行时间1min；
(2)当扩散炉的炉门完全封紧后，向扩散炉内通入氮气10min并设定氮气流量值在25L/min，恒温790℃；
(3)然后分两步同时通入三氯氧磷杂质源气体(源温20℃)和氧气，第一步同时通入5min三氯氧磷杂质源气体和氧气，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在25L/min，设定氧气流量值在10L/min；第二步同时通入10min三氯氧磷杂质源气体(源温20℃)和氧气，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在28L/min，设定氧气流量值在5L/min；
(4)关闭三氯氧磷杂质源气体和氧气的阀门，通入氮气10min，设定氮气流量值为18L/min；
(5)出舟，出舟时设定步进电机的转速在550mm/min；
(6)扩散完毕，卸舟，取出硅片。

Claims (6)

1.一种晶体硅太阳电池PN结的制备方法，其特征在于其制备过程为：
(1)取硅片置于石英舟内，且石英舟内每槽仅插入一片硅片，然后将石英舟置于扩散炉碳化硅悬臂桨上，然后进舟，进舟时采用分段进舟的方式，第一段设定步进电机的转速为250～999mm/min，运行时间1～3min；第二段设定步进电机的转速为250～999mm/min，运行时间1～3min；第三段设定步进电机的转速在250～999mm/min，运行时间1～3min；
(2)当扩散炉的炉门完全封紧后，向扩散炉内通入氮气，设定氮气流量值在1～30L/min，通入时间5～10min，炉内温度700℃～900℃；
(3)然后分两步向扩散炉内同时通入三氯氧磷杂质源气体和氧气，源温即产生上述三氯氧磷杂质源气体的三氯氧磷液态源的温度为20℃，第一步同时通1～10min三氯氧磷杂质源气体和氧气，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在1～30L/min，设定氧气流量值在1～10L/min；第二步同时通入1～30min三氯氧磷杂质源气体和氧气，源温为20℃，设定三氯氧磷杂质源气体流量值在1～30L/min，设定氧气流量值在1～10L/min；
(4)关闭三氯氧磷杂质源气体和氧气的阀门，然后通入氮气0～10min，设定氮气流量值为1～30L/min；
(5)出舟，出舟时设定步进电机的转速在250～999mm/min；
(6)扩散完毕，卸舟，取出硅片，即得双面扩散的硅片。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池PN结的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中第一段设定步进电机的转速为250～450mm/min；第二段设定步进电机的转速为750～900mm/min；第三段设定步进电机的转速在250～350mm/min。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池PN结的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中氮气流量值在10～20L/min，炉内温度为800～900℃。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池PN结的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中第一步设定三氯氧磷杂质源气体流量值为9～15L/min；第二步设定三氯氧磷杂质源气体流量值为9～15L/min。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池PN结的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中设定氮气流量值为20～30L/min。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池PN结的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中设定步进电机的转速在250～500mm/min。
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