CN102157606A - 一种应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法，其包括以下步骤：(1)将硅片放入扩散炉内；温度从780-810℃升至840℃-860℃，同时通入POCL3+O2+N2，12-14min；(2)当在扩散炉温度升至840-860℃，恒温2-5mim同时通入O2+N2；温度从840-860℃升至870-890℃同时通入POCL3+O2+N2，8-12min；然后将温度从870-890℃降至800℃，在降温过程中通入O2+N2；在800℃稳定2min，并通入POCL3+O2+N2；(3)将硅片从扩散炉内取出。本发明既能兼顾发射区的掺杂浓度要求，又能兼顾扩散中发射区表面浓度要求，吸杂效果好，掺杂曲线的分布更为合理。

Description

一种应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法
技术领域
本发明涉及一种扩散方法，特别涉及一种应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法。
背景技术
扩散技术作为单晶硅和多晶硅太阳能电池最重要的工艺，其目的是形成与基底导电类型相反的发射区，从而形成PN结。通常单晶硅和多晶硅太阳能电池采用P型基底，三氯氧磷POCL3液态源扩散，通过一系列化学反应和磷原子扩散过程形成掺磷的N型发射区，一般情况下，扩散温度设为830-870℃，通源时间20-35分钟；在高温过程中，POCL3通过氮气(一般称这部分氮气为小氮)携带进入石英管，同时通入氮气(一般称这部分氮气为大氮)和氧气。通入氮气的目的是在炉管中形成正压而避免外界气体的进入，并且使扩散更为均匀；氧气则参与化学反应，也可避免扩散过程对硅片表面的损伤。扩散的效果可由发射区的掺杂曲线来描述。
太阳能电池对发射区有两个要求：首先，发射区的掺杂不能过高，即薄层电阻不能太小。如果掺杂浓度过高，发射区的俄歇复合会大大增加，在发射区中产生的电子空穴对很容易复合，从而造成电池的短波响应下降；如果掺杂过重，甚至会形成磷激活率降低、载流子迁移率很小的“死区”，同时由于带隙变窄造成电池开路电压下降，并增强了俄歇复合。其次，发射区特别是其表面的浓度也不能过低。如果发射区浓度较低，即薄层电阻较高，发射区的电阻必然加大。增加了在发射区中向栅线电极运动电流的电阻；而且由于电极与发射区间的导电依靠隧穿效应，电极与发射区的接触电阻也与掺杂量有关，掺杂越高，接触电阻越小；如果掺杂过低接触电阻就会迅速增加，甚至无法形成欧姆接触。
如上所述，发射区的掺杂浓度要兼顾以上两个要求，目前广泛使用的工艺通常选定在一种温度进行，扩散过程中温度不变，考虑到上述要求，选择一个折中的温度，但其对于硅片扩散中吸杂过程并没有给予充分的重视，这样形成的结深曲线变化如图1所示，曲线1为刚扩散时的结深曲线，曲线2为扩散后最终结深曲线，由曲线2可看出，扩散完成后发射区的表面浓度会降低，而体内杂质浓度高于表面，影响后期银栅线与硅片接触，不利于电子的收集，导致电池片串联电阻偏高，填充因子变小，效率降低。
发明内容
本发明就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种既能兼顾发射区的掺杂浓度要求，又能兼顾扩散中发射区表面浓度要求，吸杂效果好，掺杂曲线的分布更为合理的应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法。
为解决上述问题，本发明的技术解决方案是：一种应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法，其包括以下步骤：
(1)将硅片放入扩散炉内；温度从780-810℃升至840℃-860℃，同时通入POCL3600-1000sccm、O2 200-500sccm、N2 4-8slm，用时12-14min；
(2)当扩散炉温度升至840-860℃，恒温2-5min，同时通入O2 200-500sccm、N2 5-9slm；温度从840-860℃升至870-890℃，同时通入POCL3 400-700sccm、O2 200-500sccm、N24-8slm，用时8-12min；然后将温度从870-890℃降至800℃，在降温过程中通入O2300-800sccm、N2 5-9slm；在800℃稳定2min，并通入POCL3 800-2000sccm、O2 500-1000sccm、N25-12slm；
(3)将硅片从扩散炉内取出。
由于本发明采用在升温过程中通入POCL3+O2+N2，然后再进行降温。这种扩散与升温结合的过程，达到分凝吸杂的效果，而降温过程，杂质在由高温向下降温的过程中产生过饱和，游离或过饱和的金属杂质将极易在拥有许多杂质沉积位置的区域沉积。在降温过程中，有着许多杂质沉积位置的吸杂区，其中的杂质将快速地在杂质易沉积位置得到沉积，从而继续保持热平衡，相反，由于在硅片表面或器件区，其中并不存在利于杂质沉积的区域，因此在降温过程中，杂质浓度很快超过热平衡浓度而产生过饱和达到降温吸杂的效果；这种升降温的过程，强化了扩散后硅片内部的吸杂效果，使得杂质远离结区，进而提高电池片短路电流，同时能够优化发射区掺杂曲线，如图2所示，曲线1为刚扩散时的结深曲线，曲线2为扩散后最终结深曲线，由曲线2可看出，扩散完成后发射区的表面浓度没有降低，体内杂质浓度比与表面的略低。本发明降低了发射区中高掺杂带来的俄歇复合，提高开路电压；最后一次通入pocl3+O2+N2可以增加硅片表面载流子浓度，能够提高因推进过程所造成的低表面浓度，进而降低电池片的串联电阻，提高电池填充因子。
附图说明
图1为目前广泛使用的扩散方法的掺杂曲线；
图2为本发明扩散方法的掺杂曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述
实施例1：本实施例包括以下步骤：1、将硅片放入扩散炉内，用时10min。2、将温度从810℃升至840℃，升温同时通入POCL3 700sccm、O2 200sccm、N2 6slm，用时12min。+应用升温扩散中温度梯度上升，增加硅体表面磷原子的活跃度，使后进入硅体的磷原子拥有更强的活性，增加了硅片磷扩散的均匀性。3、在840℃稳定2min，同时通入O2 300sccm，N2 6slm。4、将温度从840℃升至870℃，升温同时通入POCL3 500sccm、O2 300sccm、N26slm，用时8min。5、将温度从870℃降至800℃，降温同时通入O2 500sccm、N2 6slm；降温的推进与吸杂的结合，大大的缩短了工艺时间提升了电池转换效率。6、在800℃稳定2min，同时通入POCL3 1200sccm、O2 500sccm、N2 9slm。7、将硅片从扩散炉内取出，用时10min。
实施例2：本实施例包括以下步骤：1、将硅片放入扩散炉内。2、将温度从780℃升至850℃，升温同时通入POCL3 1000sccm、O2 500sccm、N2 8slm，用时13min。3、在850℃稳定3min，同时通入O2 400sccm，N2 9slm。4、将温度从850℃升至880℃，升温同时通入POCL3 700sccm、O2 500sccm、N2 8slm，用9min。5、将温度从880℃降至800℃，降温同时通入O2 800sccm、N2 9slm。6、在800℃稳定2min，同时通入POCL3 2000sccm、O2 800sccm、N2 10slm。7、将硅片从扩散炉内取出。
实施例3：本实施例包括以下步骤：1、将硅片放入扩散炉内。2、将温度从790℃升至860℃，升温同时通入POCL3 600sccm、O2 300sccm、N25slm，用时14min。3、在860℃稳定5min，同时通入O2 200sccm，N2 5slm。4、将温度从860℃升至890℃，升温同时通入POCL3 600sccm、O2 200sccm、N2 5slm，用12min。5、将温度从890℃降至800℃，降温同时通入O2 300sccm、N2 5slm。6、在800℃稳定2min，同时通入POCL3 800sccm、O2 1000sccm、N2 12slm。7、将硅片从扩散炉内取出。
实施例4：本实施例包括以下步骤：1、将硅片放入扩散炉内。2、将温度从800℃升至845℃，升温同时通入POCL3 800sccm、O2 400sccm、N2 4slm，用时12.5min。3、在845℃稳定4min，同时通入O2 500sccm，N2 8slm。4、将温度从845℃升至875℃，升温同时通入POCL3 400sccm、O2 400sccm、N2 4slm，用10min。5、将温度从875℃降至800℃，降温同时通入O2 600sccm、N2 8slm。6、在800℃稳定2min，同时通入POCL3 1000sccm、O2 600sccm、N2 5slm。7、将硅片从扩散炉内取出。
实施例5：本实施例包括以下步骤：1、将硅片放入扩散炉内。2、将温度从805℃升至855℃，升温同时通入POCL3 900sccm、O2 350sccm、N2 7slm，用时13.5min。3、在855℃稳定4min，同时通入O2 350sccm，N2 7slm。4、将温度从855℃升至885℃，升温同时通入POCL3 450sccm、O2 350sccm、N2 7slm，用10min。5、将温度从885℃降至800℃，降温同时通入O2 700sccm、N2 7slm。6、在800℃稳定2min，同时通入POCL3 1500sccm、O2 700sccm、N2 7slm。7、将硅片从扩散炉内取出。

Claims (6)

1.一种应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)将硅片放入扩散炉内；温度从780-810℃升至840℃-860℃，同时通入POCL3600-1000sccm、O2 200-500sccm、N2 4-8slm，用时12-14min；
(2)当扩散炉温度升至840-860℃，恒温2-5min，同时通入O2 200-500sccm、N2 5-9slm；温度从840-860℃升至870-890℃，同时通入POCL3 400-700sccm、O2 200-500sccm、N24-8slm，用时8-12min；然后将温度从870-890℃降至800℃，在降温过程中通入O2300-800sccm、N2 5-9slm；在800℃稳定2min，并通入POCL3 800-2000sccm、O2 500-1000sccm、N2 5-12slm；
(3)将硅片从扩散炉内取出。
2.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)将硅片放入扩散炉内；温度从810℃升至840℃，升温同时通入POCL3 700sccm、O2 200sccm、N2 6slm，用时12min；
(2)在840℃稳定2min，同时通入O2 300sccm，N2 6slm；温度从840℃升至870℃，升温同时通入POCL3 500sccm、O2 300sccm、N2 6slm，用时8min；温度从870℃降至800℃，降温同时通入O2 500sccm、N2 6slm；在800℃稳定2min，同时通入POCL3 1200sccm、O2 500sccm、N2 9slm；
(3)将硅片从扩散炉内取出。
3.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)将硅片放入扩散炉内；温度从780℃升至850℃，升温同时通入POCL3 1000sccm、O2 500sccm、N2 8slm，用时13min；
(2)在850℃稳定3min，同时通入O2 400sccm，N2 9slm；温度从850℃升至880℃，升温同时通入POCL3 700sccm、O2 500sccm、N2 8slm，用9min；温度从880℃降至800℃，降温同时通入O2 800sccm、N2 9slm；在800℃稳定2min，同时通入POCL3 2000sccm、O2800sccm、N2 10slm；
(3)将硅片从扩散炉内取出。
4.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)将硅片放入扩散炉内；温度从790℃升至860℃，升温同时通入POCL3 600sccm、02 300sccm、N2 5slm，用时14min；
(2)在860℃稳定5min，同时通入O2 200sccm，N2 5slm；温度从860℃升至890℃，升温同时通入POCL3 600sccm、O2 200sccm、N2 5slm，用12min；温度从890℃降至800℃，降温同时通入O2 300sccm、N2 5slm；在800℃稳定2min，同时通入POCL3 800sccm、O2 1000sccm、N2 12slm；
(3)将硅片从扩散炉内取出。
5.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)将硅片放入扩散炉内；温度从800℃升至845℃，升温同时通入POCL3 800sccm、O2 400sccm、N2 4slm，用时12.5min；
(2)在845℃稳定4min，同时通入O2 500sccm，N2 8slm；温度从845℃升至875℃，升温同时通入POCL3 400sccm、O2 400sccm、N2 4slm，用10min；温度从875℃降至800℃，降温同时通入O2 600sccm、N2 8slm；在800℃稳定2min，同时通入POCL3 1000sccm、O2 600sccm、N2 5slm；
(3)将硅片从扩散炉内取出。
6.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)将硅片放入扩散炉内；温度从805℃升至855℃，升温同时通入POCL3 900sccm、O2350sccm、N2 7slm，用时13.5min；
(2)在855℃稳定4min，同时通入O2 350sccm，N2 7slm；温度从855℃升至885℃，升温同时通入POCL3 450sccm、O2 350sccm、N2 7slm，用10min；温度从885℃降至800℃，降温同时通入O2 700sccm、N2 7slm；在800℃稳定2min，同时通入POCL3 1500sccm、O2 700sccm、N2 7slm；
(3)将硅片从扩散炉内取出。
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