CN102130211A - 一种改善太阳能电池表面扩散的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善太阳能电池表面扩散的方法，包括以下步骤：a：在750～850℃下，通入Ar气，对P型单晶硅片退火处理；b：将步骤a中退火处理的硅片氧化处理；c：将步骤b中生成的氧化层硅片进行磷扩散；d：将步骤c中扩散后的硅片通入大氮气和氧气进行处理；e：将步骤d处理后的硅片在750-850℃下，通入Ar气，进行退火处理。本发明通过在扩散工艺中引入Ar气对硅片进行退火处理，使硅片表面扩散均匀，提高太阳能电池的转换效率。与传统的扩散工艺相比，不改变原有扩散设备，只是改变了工艺，可控性强，可重复性强。同时，引入Ar气之后可以有效改善材料性能，在提高PN结连续性，工艺稳定性、重复性及生产适用性上都有所提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善光电转换半导体器件表面扩散的方法，尤其涉及一种改善太阳能电池表面扩散的方法。
背景技术
标准化的单晶硅太阳能电池制造工艺包括以下步骤：1. 化学清洗及表面结构化处理；2. 扩散；3. 周边刻蚀；4. 沉积减反射膜；5. 印刷电极；6. 烧结。其中，扩散工艺是制备太阳能电池环节非常重要的工艺，也是核心步骤之一。扩散的目的是形成与基底材料导电类型相反的发射区，从而形成PN结。PN结是太阳能电池的心脏，太阳能电池转换效率的高低首先取决于PN结的质量。由于太阳能电池的转换效率直接关系生产成本，转换效率提高1%，生产成本下降10%，因此，要降低生产成本，就必须尽可能提高太阳能电池的转换效率。
目前太阳能电池主要采用晶体硅为主要材料，主要使用P型晶体硅片为基底制作太阳能电池，要制作太阳能电池就必须制备PN结，在P型硅片的一个表面进行扩散后表面变成N型就形成了PN结，只有形成了PN结，硅片才有光伏效应。由于PN结的质量决定太阳能电池的转换效率，因此制备PN结的扩散工艺就非常重要，扩散的温度、浓度、深度以及均匀性都直接影响太阳能电池的电性能。
早期的太阳能电池采用链式扩散炉配合液态磷源进行扩散，产能大但是扩散状况不佳，电池效率很难突破16%。随着技术的成熟，一些太阳能企业采用管式散热炉配合气态磷源进行扩散，扩散情况大有改善，加上PECVD的使用，电池效率达到16%至17%的水平。中国专利CN 101237010公开了一种改善太阳能电池扩散的方法，包括步骤：采用硅原料、导电类型P型；扩散，该步骤中硅片在高温中与氧气、三氯氧磷发生化学反应，生成磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯气；通氧再分布；与再分布相结合的磷原子Drive in过程。但是上述专利的转换率仅能达到15%至16%，不能更有效地降低生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善太阳能电池表面扩散的方法，该方法通过在扩散工艺中引入Ar气对硅片进行退火处理，使硅片表面扩散均匀，提高太阳能电池的转换效率。
为了达到上述目的，本发明提出了一种改善太阳能电池表面扩散的方法，包括以下步骤：
a：在750～850℃温度下，通入Ar气，对P型单晶硅片退火处理；
b：将步骤a中退火处理的硅片氧化处理；
c：将步骤b中生成的氧化层硅片进行磷扩散；
d：将步骤c中扩散后的硅片通入大氮气和氧气进行处理；
e：将步骤d处理后的硅片在750-850℃温度下，通入Ar气，进行退火处理。
上述的改善太阳能电池薄膜扩散的方法，所述步骤a中退火处理时间为5-15分钟，所述步骤e中退火处理时间为10-20分钟。
上述的改善太阳能电池薄膜扩散的方法，所述步骤b中氧化处理是指将步骤a中退火处理的硅片在800-860℃下，通入大氮气和氧气，氧化处理5-10分钟，在硅片表面形成5-10纳米厚的氧化层。
上述的改善太阳能电池薄膜扩散的方法，所述步骤c中磷扩散是指将步骤b中生成氧化层的硅片在800-900℃下，通入小氮气、大氮气以及氧气，进行磷扩散30-50分钟。
上述的改善太阳能电池薄膜扩散的方法，所述步骤d中将硅片进行处理是指将步骤c中扩散后的硅片在800-900℃下，通入大氮气和氧气，进行处理10-15分钟，在硅片表面形成10-15纳米厚的氧化层。
所谓大氮气是指流量为20～35L/min的氮气；所谓小氮气是指流量为1.6～2.5L/min的氮气。
本发明一种改善太阳能电池表面扩散的方法通过在扩散工艺中引入Ar气对硅片进行退火处理，使硅片表面扩散均匀，提高太阳能电池的转换效率。与传统的扩散工艺相比，不改变原有扩散设备，只是改变了工艺，可控性强，可重复性强。同时，引入Ar气之后可以有效改善材料性能，在提高PN结连续性，工艺稳定性、重复性及生产适用性上都有所提高。
具体实施方式
本发明一种改善太阳能电池表面扩散的方法，包括以下步骤：
a：在750～850℃下，通入Ar气，对P型单晶硅片退火处理5-15分钟；
b：将步骤a中退火处理的硅片在800-860℃下，通入大氮气和氧气，氧化处理5-10分钟，在硅片表面形成5-10纳米厚的氧化层；
c：将步骤b中生成氧化层的硅片在800-900℃下，通入小氮气、大氮气以及氧气，进行磷扩散30-50分钟；
d：将步骤c中扩散后的硅片在800-900℃下，通入大氮气和氧气，进行处理10-15分钟，在硅片表面形成10-15纳米厚的氧化层；
e：将步骤d处理后的硅片在750-850℃下，通入Ar气，进行退火处理10-20分钟。
实施例一：
将一组纯度为6N的单晶硅片放入扩散炉中进行磷扩散工艺处理。
步骤a，在800℃下，通入Ar气，对P型单晶硅片退火处理10分钟；
步骤b，在820℃下，通入大氮气、氧气，氧化处理5分钟，在硅片表面形成5纳米左右的氧化层；
步骤c，在820～870℃下，通入小氮气、大氮气、氧气，进行磷扩散40分钟；
步骤d，在850℃下，通入大氮气、氧气，处理10分钟，在硅片表面形成10纳米左右的氧化层；
步骤e，在800℃下，通入Ar气，退火处理10分钟。具体工艺详见下表，然后进行后续工艺（采用太阳能电池的公知制备工艺）制备太阳能电池。
随机抽取10片太阳能电池，在标准测试条件下测定最大功率（Pm）、开路电压（Voc）、短路电流（Isc）、填充因子（FF）和光电转换效率（EF），结果如下表所示：
实施例二：
将一组纯度为6N的单晶硅片放入扩散炉中进行磷扩散工艺处理。
步骤a，在820℃下，通入Ar气，对P型单晶硅片退火处理15分钟；
步骤b，在830℃下，通入大氮气、氧气，氧化处理8分钟，在硅片表面形成10纳米左右的氧化层；
步骤c，在830～900℃下，通入小氮气、大氮气、氧气，进行磷扩散40分钟；
步骤d，在860℃下，通入大氮气、氧气，进行处理10分钟，在硅片表面形成15纳米的氧化层；
步骤e，在780℃下，通入Ar气，进行退火处理15分钟。具体工艺详见下表，然后进行后续工艺制备太阳能电池。
随机抽取10片太阳能电池，在标准测试条件下测定最大功率（Pm）、开路电压（Voc）、短路电流（Isc）、填充因子（FF）和光电转换效率（EF），结果如下表所示：
对比例：
将一组没有引入Ar气，使用传统扩散工艺处理，制备太阳能电池。随机抽取10片太阳能电池，在标准测试条件下测定最大功率（Pm）、开路电压（Voc）、短路电流（Isc）、填充因子（FF）和光电转换效率（EF），结果如下表所示：
从上述实施例和对比例中可以看出，二个实施例中获得的太阳能电池的电性能非常好，转换效率平均值分别为18.01736%和17.9659%，对比电池的平均转换效率为16.95095%。可以看出，使用本发明的技术方案，太阳能电池的转换效率提高了近1%，因此，能够进一步降低制造成本。
需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1. 一种改善太阳能电池表面扩散的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a：在750～850℃温度下，通入Ar气，对P型单晶硅片退火处理；
b：将步骤a中退火处理后的硅片氧化处理；
c：将步骤b中生成氧化层的硅片进行磷扩散；
d：将步骤c中磷扩散后的硅片通入大氮气和氧气进行处理；
e： 将步骤d中处理后的硅片在750-850℃温度下，通入Ar气，进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的改善太阳能电池薄膜扩散的方法，其特征在于：
所述步骤a中退火处理时间为5-15分钟，所述步骤e中退火处理时间为10-20分钟。
3.根据权利要求1所述的改善太阳能电池薄膜扩散的方法，其特征在于：
所述步骤b中氧化处理是指将步骤a中退火处理的硅片在800-860℃下，通入大氮气和氧气，氧化处理5-10分钟，在硅片表面形成5-10纳米厚的氧化层。
4.根据权利要求1所述的改善太阳能电池薄膜扩散的方法，其特征在于：
所述步骤c中磷扩散是指将步骤b中生成氧化层的硅片在800-900℃下，通入小氮气、大氮气以及氧气，进行磷扩散30-50分钟。
5.根据权利要求1所述的改善太阳能电池薄膜扩散的方法，其特征在于：
所述步骤d中将硅片进行处理是指将步骤c中扩散后的硅片在800-900℃下，通入大氮气和氧气，进行处理10-15分钟，在硅片表面形成10-15纳米厚的氧化层。
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