CN102339896A - 新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺，步骤如下：1)取3-4N多晶硅为衬底并清洁；2)在氩气保护的密闭环境中进行蘸片；3)蘸片取出后分阶段退火冷却到室温，在室温条件下用滚筒在p型层上涂上一层活性的或非活性的磷源，再进行干燥处理；4)在高温和氮气的保护下进行高温主扩散形成一浅结；5)然后在给定温度条件下进行再扩散杂质再分布和退火过程，完成晶界处的深结，p-n结的制作完成。本发明具有如下优点：在相对低纯度多晶硅的衬底上通过蘸片蘸取高纯度的液态硅，杜绝了材料浪费的现象；通过低温滚筒涂刷限定源高温扩散制作太阳能电池p-n结，减少杂质造成的缺陷使少子复合率下降的优势，又具有常规一步高温扩散形成陡峭p-n结的优点。

Description

新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，更具体地说涉及一种新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺。
背景技术：
受目前硅材料价格和硅太阳能电池制备过程及其对发电效率的影响，若要进一步降低硅太阳能电池成本和提高发电效率是相对比较困难的。在通常的情况下，从硅料到太阳能电池的制作过程是通过把多硅锭切成制作太阳能电池的硅片，利用在高温和高浓度磷源的供给下一次完成杂质分布及结深的要求。受磷源和掺杂温度两方面的影响，在石英管内发生化学反应过程中具有复杂的热力学行为，不易控制，均匀性和重复性难以保证，如扩散工艺条件控制不当，磷扩散过程中生成的PCl5或HPO3还会腐蚀硅片和污染系统。高温和高浓度磷源的供给下一次完成杂质分布及结深的要求，扩散参数的调节余地小，且高浓度磷源造成的表面损伤不但引起杂质扩散速率不均匀造成p-n结面不平整，而且表面损伤造成的缺陷对少子有复合的作用从而降低光电流和电池效率。高温和高浓度的毒性磷源挥发物质，不仅污染环境腐蚀设备还损害操作者的健康。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种工艺简单、高效率、生产成本低的新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺。
本发明的目的是通过以下措施来实现：一种新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺，其特征在于，步骤如下：
(1)衬底清洁：取3-4N多晶硅为衬底，其3-4N多晶硅的P＜0.2ppmWt、B＜0.2ppmWt，原位高温清洁，所述高温为1350～1400℃；
(2)在氩气保护的密闭环境中进行蘸片：蘸液为1420～1450℃熔融状态的、B＜0.2ppmWt的6-7N多晶硅硅液，盛放于高纯度石英坩埚内，蘸片时蘸液温度控制在1420℃、时间为0.2～0.6秒，衬底表面形成p型第一半导体层；
(3)蘸片取出后分阶段退火冷却到室温，在室温条件下用滚筒在步骤2的p型层上涂上一层活性的P2O5或非活性的磷源(请举例？)，把涂好磷源的硅片放进干燥室在80～100℃温度下进行干燥处理10～30分钟；
(4)在高温和氮气的保护下进行高温主扩散形成一浅结，高温为1000～1100℃范围中的最佳值1050℃，(持续时间多少？或根据什么决定时间？)。(一篇对比文件中公开了900～1300℃，我们只能保护一个最佳值)
(5)然后在给定温度条件下进行再扩散杂质再分布和退火过程，给定温度条件为在800～900℃范围中的最佳值850℃，完成晶界处的深结，p-n结的制作完成。
(持续时间多少？或根据什么决定时间？)。(一篇对比文件中公开了700～980℃，我们只能保护一个最佳值)
与现有技术相比，本发明提出的新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺，具有如下优点：1)本发明在相对低纯度多晶硅的衬底上通过蘸片蘸取高纯度的液态硅，材料直接凝固在多晶硅上，杜绝了材料浪费的现象，大幅度降低生产成本；2)通过低温滚筒涂刷限定源高温扩散制作太阳能电池p-n结，减少杂质造成的缺陷使少子复合率下降的优势，同时又具有常规一步高温扩散形成陡峭p-n结的优点，对进一步降低生产成本，对大规模生产有重要意义。
具体实施方式：
本发明具体按下面步骤实施：
1.选用3-4N多晶硅为衬底，其3-4N多晶硅的P＜0.2ppmWt、B＜0.2ppmWt，原位高温清洁，所述高温为1350～1400℃，使其保持在该温度。
2.在氩气保护的密闭环境中进行蘸片：蘸液为1420～1450℃熔融状态的、B＜0.2ppmWt的6-7N多晶硅硅液，盛放于高纯度石英坩埚内，蘸片时蘸液温度控制在1420℃、时间为0.2～0.6秒，衬底表面形成轻掺杂大面积p型第一半导体层。
3.蘸片取出后分阶段退火冷却到室温，在室温25℃条件下用滚筒在步骤2的p型层上涂上一层活性的P2O5或非活性的磷源(请举例？)，把涂好磷源的硅片放进干燥室在80～100℃温度下进行干燥处理10～30分钟，此时磷源几乎不发生扩散。
4.在高温和氮气的保护下进行高温主扩散形成一浅结，所述高温为1000～1100℃，在此温度范围中经试验表明最佳值为1050℃，可取得最佳效果。
5.然后在给定温度条件下进行再扩散杂质再分布和退火过程，给定温度条件为800～900℃，在此温度范围中经试验表明最佳值为850℃，完成晶界处的深结，p-n结的制作完成。这种做法可以解决高温一步大面积扩散所带来的不均匀性降低缺陷，提高效率。
实施例1
将纯度为3-4N低硼和磷多晶硅衬底原材料进行高温预热处理，使其温度保持在1380℃。在高纯氩气＞99.999％保护的密闭环境中进行蘸片，硅液纯度为99.99995％，B为0.15ppmWt，硅液温度为1430℃，蘸片时间为0.4s，然后在1150℃和650℃下进行两次退火，然后冷却，经检测蘸片形成第一半导体层平均厚度为189μm。在25℃室温下用滚筒在p型层上涂上一层活性的P2O5，涂层厚度为126μm，然后把硅片放进干燥室在100℃温度下干燥处理10min。把干燥好的硅片放在氮气的保护下进行高温主扩散，扩散温度为1050℃，形成一浅结，然后在850℃进行结深的扩散，形成p-n结。按此制成的太阳能电池转化效率可达16.47％。
实施例2
条件同实施例1，将纯度为3-4N多晶硅衬底原材料进行高温1400℃预热处理后，进行蘸取硅液纯度为99.99998％，B为0.16ppmWt，硅液温度为1450℃，蘸片时间为0.3s，然后在1150℃和650℃下进行两次退火，蘸片形成第一半导体层平均厚度为165μm。p型层上涂上一层非活性的磷源(请举例？)，涂层厚度为141μm，把硅片在100℃温度下干燥处理15min。然后进行高温主扩散，扩散温度为1050℃，然后在850℃进行结深的扩散，形成p-n结。经试验检测，以此制成的太阳能电池转化效率为16.64％。
本发明是一种低成本、高效率、易于产业化的多晶硅太阳能电池的制作工艺和制作方法，对于太阳能电池的发展具有非常大的推动作用。本发明的目的在于发展工艺简单高效率的大面积太阳能电池制造技术，从而推动多晶硅太阳能电池关键技术领域的发展。所要解决的主要问题是使用相对低纯度的多晶硅作为衬底，通过在高温的熔融硅液中蘸片形成大面积p型层，从而避免了铸锭、切片和制绒等工艺，然后通过滚筒涂刷磷源再扩散的工艺解决大面积扩散制结均匀性的问题，大大的提高了效率。
上述实施例并不构成对本发明的限制，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺，其特征在于，步骤如下：
(1)衬底清洁：取3-4N多晶硅为衬底，其3-4N多晶硅的P＜0.2ppmWt、B＜0.2ppmWt原位高温清洁，所述高温为1350～1400℃；
(2)在氩气保护的密闭环境中进行蘸片：蘸液为1420～1450℃熔融状态的、B＜0.2ppmWt的6-7N多晶硅硅液，盛放于高纯度石英坩埚内，蘸片时蘸液温度控制在1420℃、时间为0.2～0.6秒，衬底表面形成p型第一半导体层；
(3)蘸片取出后分阶段退火冷却到室温，在室温条件下用滚筒在步骤2的p型层上涂上一层磷源，把涂好磷源的硅片放进干燥室在80～100℃温度下进行干燥处理10～30分钟；
(4)在高温和氮气的保护下进行高温主扩散形成一浅结，高温为1000～1100℃范围中的最佳值1050℃，时间4-5分钟；
(5)然后在给定温度条件下进行再扩散杂质再分布和退火过程，给定温度条件为在800～900℃范围中的最佳值850℃，时间30-40分钟，完成晶界处的深结，p-n结的制作完成。
2.根据权利要求1所述的新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺，其特征在于，所述步骤(3)涂上一层磷源为活性磷源为P2O5。
3.根据权利要求1所述的新一代硅基太阳能电池p-n结的制作工艺，其特征在于，所述步骤(3)涂上一层磷源为非活性的磷源偏磷酸铝Al(PO3)3。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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