CN102231405A - 一种晶体硅太阳能电池pn结的形成方法 - Google Patents

一种晶体硅太阳能电池pn结的形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池PN结的形成方法，采用固态源扩散法将掺杂元素扩散到硅片中形成PN结，具体过程为：首先将二氧化硅颗粒浸泡在含有掺杂元素的溶液中，浸泡后取出该二氧化硅颗粒进行干燥处理，使溶剂挥发，掺杂元素附着在二氧化硅颗粒表面形成固态扩散源；然后将该固态扩散源和硅片交替层叠平铺在石英箱底；最后将石英箱放入高温炉，在高温下使固态扩散源中的掺杂元素在真空或一定气氛下扩散到硅片中形成PN结。与现有技术相比，本发明具有扩散源无毒、无污染、使用方便、控制精度高、使用后的二氧化硅颗粒固态扩散源可以重复再利用的优点。

Description

一种晶体硅太阳能电池PN结的形成方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种晶体硅太阳能电池PN结的形成方法。
背景技术
PN结是构成许多半导体器件最基本的核心，因此PN结的制造工艺也是半导体器件制造工艺中最重要的环节之一。扩散掺杂法是一种制备半导体PN结的常用方法，是在高温条件下利用特定杂质扩散现象，将杂质原子掺杂到半导体中，使半导体在特定区域具有某种导电类型和一定电阻率。对于太阳能电池而言，整个器件的结构和性能基本上是由扩散工艺决定，杂质浓度分布的均匀性对产品的性能及成品率有很大影响。
按照使用扩散源的不同，扩散掺杂法可以分为液态源扩散、气态源扩散和固态源扩散。液态源扩散是目前各种半导体器件主要采用的扩散方法，其优点是设备简单，操作方便，利于大规模生产，缺点是源温和携源气体会影响杂质蒸汽的含量，重复性和均匀性一般，表面掺杂浓度不能大范围调节。气态源扩散的缺点和液态源扩散的缺点类似，并且这两种扩散方法使用的扩散源大部分有毒或者易燃易爆，例如PH3、AsH3和POCl3等，存在一定的安全隐患。
与液态源扩散和气态源扩散相比，固态源扩散的重复性和均匀性好，能比较方便地控制表面掺杂浓度和PN结深度，表面状态良好，扩散层的晶格缺陷少，安全无毒。但是，由于一般片状固态源的直径较小，经高温过程后容易翘曲形变，因而目前扩散工艺多数仍采用液态源。例如，对于常规P型太阳能电池生产工艺，主要采用POCl3液态源扩散。
此外，现有的固态源在扩散前必须进行活化处理，导致使用不方便而且使用寿命较短。以片状氮化硼陶瓷扩散源为例，扩散前必须进行一次活化处理，具体做法是在扩散温度下通氧一段时间，使表层氮化硼与氧反应生成氧化硼后才能进行扩散工艺。随着扩散的进行，氮化硼扩散源表面的氧化硼被消耗，渐渐地难以得到均匀的硼扩散，所以必须在一定时间后进行硼扩散源的再氧化处理，使表面重新生成氧化硼。因此，这种活化处理以及再氧化处理费时费力并且增加成本。
发明内容
本发明的技术目的是针对现有技术中利用扩散掺杂法制备晶体硅太阳能电池PN结的不足，提供一种晶体硅太阳能电池PN的形成方法。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种晶体硅太阳能电池PN结的形成方法，采用固态源扩散法将掺杂元素扩散到硅片中形成PN结，其特征是：首先将二氧化硅颗粒浸泡在含有掺杂元素的溶液中，浸泡后取出该二氧化硅颗粒进行干燥处理，使溶剂挥发，掺杂元素附着在二氧化硅颗粒表面形成固态扩散源；然后将该固态扩散源和硅片交替层叠平铺在石英箱底；最后将石英箱放入高温炉，在高温下使固态扩散源中的掺杂元素在真空或一定气氛下扩散到硅片中形成PN结。
所述二氧化硅颗粒的直径优选为1μm～100μm。
所述的扩散温度优选为800℃～1100℃。
所述的扩散时间优选为30分钟～300分钟。
所述的硅片为P型硅片时，掺杂元素优选为磷元素，含有掺杂元素的溶液优选为电子级磷酸水溶液或者五氧化二磷乙醇溶液。
所述的硅片为N型硅片时，掺杂元素优选为硼元素，含有掺杂元素的溶液优选为电子级硼酸水溶液或者氧化硼乙醇溶液。
与现有技术相比，本发明提供了一种新型的利用固态源扩散法将掺杂元素扩散到硅片中形成PN结的方法，采用表面附着掺杂元素的二氧化硅颗粒作为固态扩散源，除了具有现用片状固态扩散源的优点外，还具有以下优点：
1、扩散源无毒、无污染；
2、使用方便、控制精度高、寿命长、适合大直径片的扩散工艺；
3、使用后固态扩散源经过简单清洗可以再次浸泡在含有掺杂元素的溶液中，经过干燥处理后可以重复再利用。
因此，本发明是一种低成本并且环保的PN结形成方法，在晶体硅太阳能电池领域具有重要的产业化前景。除此之外，本发明的PN结形成方法还可用于分立电子器件和功率半导体的扩散工艺中。
附图说明
图1是本发明实施例1中表面附着磷元素的二氧化硅颗粒扩散源与硅片在石英箱中的剖面图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
图1中的标记为：石英箱1、硅片2、表面附着磷元素的二氧化硅颗粒扩散源3。
实施例1：
步骤1、P型硅片清洗：
将P型硅片先后用盐酸和氢氟酸溶液清洗，然后经去离子水冲洗后脱水备用；
步骤2、固态扩散源制备：
将5N纯度、直径为50μm的二氧化硅颗粒浸泡在浓度为5％的磷酸水溶液中，浸泡后取出该二氧化硅颗粒，进行200℃烘干处理，使溶剂挥发，磷元素附着在二氧化硅颗粒表面形成固态扩散源备用；
步骤3、装片：
将步骤2制备得到二氧化硅颗粒固态扩散源平铺在石英箱底，然后在其表面叠放经步骤1清洗后的P型硅片，在该P型硅片上再次平铺一层二氧化硅颗粒固态扩散源，再叠放经步骤1清洗后的P型硅片，依此叠放固态扩散源与P型硅片直至装满石英箱；
步骤4、扩散：
将石英箱放入高温炉，在氮气保护下900℃保温60分钟，使二氧化硅颗粒扩散源表面的磷元素在高温下扩散到P型硅片中形成PN结。
实施例2：
步骤1、P型硅片清洗：
将P型硅片先后用盐酸和氢氟酸溶液清洗，然后经去离子水冲洗后脱水备用；
步骤2、固态扩散源制备：
将5N纯度、直径为100μm的二氧化硅颗粒浸泡在浓度为1％的五氧化二磷乙醇溶液中，浸泡后取出该二氧化硅颗粒，进行100℃烘干处理，使溶剂挥发，磷元素附着在二氧化硅颗粒表面形成固态扩散源备用；
步骤3、装片：
将步骤2制备得到二氧化硅颗粒固态扩散源平铺在石英箱底，然后在其表面叠放经步骤1清洗后的P型硅片，在该P型硅片上再次平铺一层二氧化硅颗粒固态扩散源，再叠放经步骤1清洗后的P型硅片，依此叠放固态扩散源与P型硅片直至装满石英箱；
步骤4、扩散：
将石英箱放入真空高温炉，在氮气保护下900℃保温60分钟，使二氧化硅颗粒扩散源表面的磷元素在高温下扩散到P型硅片中形成PN结。
实施例3：
步骤1、N型硅片清洗：
将N型硅片先后用盐酸和氢氟酸溶液清洗，然后经去离子水冲洗后脱水备用；
步骤2、固态扩散源制备：
将5N纯度、直径为1μm的二氧化硅颗粒浸泡在浓度为3％的硼酸水溶液中，浸泡后取出该二氧化硅颗粒，进行200℃烘干处理，使溶剂挥发，硼元素附着在二氧化硅颗粒表面形成固态扩散源备用；
步骤3、装片：
将步骤2制备得到二氧化硅颗粒固态扩散源平铺在石英箱底，然后在其表面叠放经步骤1清洗后的N型硅片，在该N型硅片上再次平铺一层二氧化硅颗粒固态扩散源，再叠放经步骤1清洗后的N型硅片，依此叠放固态扩散源与N型硅片直至装满石英箱；
步骤4、扩散：
将石英箱放入真空高温炉，在氮气保护下1100℃保温60分钟，使二氧化硅颗粒扩散源表面的硼元素在高温下扩散到N型硅片中形成PN结。

Claims (6)

1.一种晶体硅太阳能电池PN结的形成方法，采用固态源扩散法将掺杂元素扩散到硅片中形成PN结，其特征是：首先将二氧化硅颗粒浸泡在含有掺杂元素的溶液中，浸泡后取出该二氧化硅颗粒进行干燥处理，使溶剂挥发，掺杂元素附着在二氧化硅颗粒表面形成固态扩散源；然后将该固态扩散源和硅片交替层叠平铺在石英箱底；最后将石英箱放入高温炉，在高温下使固态扩散源中的掺杂元素在真空或一定气氛下扩散到硅片中形成PN结。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池PN结的形成方法，其特征是：所述二氧化硅颗粒的直径为1μm～100μm。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池PN结的形成方法，其特征是：所述的扩散温度为800℃～1100℃。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池PN结的形成方法，其特征是：所述的扩散时间为30分钟～300分钟。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的晶体硅太阳能电池PN结的形成方法，其特征是：所述的硅片为P型硅片时，掺杂元素为磷元素，含有掺杂元素的溶液为磷酸水溶液或者五氧化二磷乙醇溶液。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的晶体硅太阳能电池PN结的形成方法，其特征是：所述的硅片为N型硅片时，掺杂元素为硼元素，含有掺杂元素的溶液为硼酸水溶液或者氧化硼乙醇溶液。
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