CN102339898A - 离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺，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)蘸片取出后退火冷却到室温；4)采用磷烷作离子源电离物质，将聚焦离子束注入蘸片后的大面积p型层上，形成n型半导体层的制结；5)利用激光或红外辐射，激活掺杂离子，完成p-n结制作。本发明具有如下优点：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；利用注入磷离子进行均匀的高浓度精确掺杂，可以解决大面积扩散所带来的掺杂不均匀，提高浓度的精确性及成品率；工艺时间短，对大规模生产有重要意义。

Description

离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺
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离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺。
背景技术：
随着经济建设的突飞猛进，能源需求日益攀升，由于石油、煤、燃气等自然资源的过度开发，能源供应短缺的问题日趋严重。为应对能源的紧缺，开发绿色新能源已成共识，加大对太阳能的开发与应用就是其中之一。众所周知，p-n结是硅太阳能电池的核心，p-n结的制作质量将直接影响到太阳能电池的转换效率。传统工艺是在硅片上直接进行扩散技术，即将掺杂源涂在衬底表面，经过高温扩散形成，或者通过携带有掺杂源的气体经过化学气相沉积形成p-n结。此工艺设备要求复杂，工艺环节多，工艺耗时较长，制作过程中会产生对环境污染，使太阳能电池工艺复杂化，制作的p-n结不易精确控制且其均匀性常不理想，扩散结表面电阻不均匀等；扩散工艺稳定性和重复性不高，生产效率较低。这些不足导致硅基太阳能电池制造成本高居不下，制约了硅基太阳能电池的推广应用。
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、生产成本低的离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺。
本发明的目的是通过以下措施来实现：一种离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺，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)蘸片取出后退火冷却到室温，再开始注入磷离子形成n型半导体层的制结；
(4)采用磷烷作离子源电离物质，经过磁分析器提纯、加速扫描后将聚焦离子束偏离特征晶向5°～7°注入蘸片后的大面积p型层上，磷离子注入能量为80～100KeV，注入剂量为1～2×1014cm-2；
(5)利用激光或红外辐射，在10秒内升温到1000-1100℃进行瞬间退火，激活掺杂离子，完成p-n结制作。
所述步骤(4)中磷离子注入能量最佳值为100KeV，注入剂量最佳值为1014cm-2。
与现有技术相比，本发明提出的离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺，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)利用注入磷离子进行均匀的高浓度精确掺杂，可以解决大面积扩散所带来的掺杂不均匀，提高浓度的精确性，从而大大提高器件成品率，并且达到高纯度掺杂的要求避免有害杂质进入半导体；3)工艺时间短，可以大幅度提高生产率，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.蘸片取出后退火冷却到室温，退火可进行一次至二次，再开始注入磷离子进行n型半导体层的制结。
4.采用磷烷作离子源电离物质，经过磁分析器提纯将不需要的离子偏离掉而只让需要的p+离子通过，经加速扫描后将聚焦离子束偏离特征晶向5°～7°，以避免沟道效应，让p+离子沿着随机方向注入蘸片的大面积p型层上，磷离子注入能量为80～100KeV，最佳值为100KeV，注入剂量为1～2×1014cm-2，最佳值为1014cm-2，通过四探针法测量其电阻，检测出其实际掺杂浓度和深度，磷离子注入后形成陡峭电势n型掺杂层。
5.利用激光或红外辐射，在10秒内升温到1000-1100℃进行瞬间退火，激活掺杂离子，在极短时间内加热晶体，既能使晶体恢复完整性，又可避免发生明显的杂质扩散下形成p-n结，完成p-n结制作。
实施例1
将纯度为3-4N多晶硅衬底原材料进行高温预热处理，温度保持在1360℃。硅液纯度为99.99997％，B为0.19ppmWt，硅液温度降为1420℃，蘸片时间为0.3s，然后在1150℃和800℃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156μm。用磷烷作离子源电离物质，经过磁分析器让磷离子通过加速扫描后到达注入靶大面积p型层上，磷离子注入能量为80KeV，注入剂量为1014cm-2，检测其掺杂浓度和深度。激光在7秒内升温到1050℃进行瞬间退火，从而完成p-n结制作。经试验检测，做成的太阳能电池转化效率为16.32％。
实施例2
条件同实施例1，将多晶硅衬底温度保持在1375℃。硅液纯度为99.99998％，B为0.16ppmWt，硅液温度降为1420℃，蘸片时间为0.4s，然后在1150℃和800℃下进行两次退火。用磷烷作离子源电离物质，经过磁分析器让P+离子通过加速扫描后到达注入靶大面积p型层上，磷离子注入能量为100KeV，注入剂量为2×1014cm-2，检测其掺杂浓度和深度。激光在6秒内升温到1080℃进行瞬间退火，从而完成p-n结制作。经试验检测，做成的太阳能电池转化效率为16.50％。
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 (2)

1.一种离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺，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)蘸片取出后退火冷却到室温，再开始注入磷离子形成n型半导体层的制结；
(4)采用磷烷作离子源电离物质，经过磁分析器提纯、加速扫描后将聚焦离子束偏离特征晶向5°～7°注入蘸片后的大面积p型层上，磷离子注入能量为80～100KeV，注入剂量为1～2×1014cm-2；
(5)利用激光或红外辐射，在10秒内升温到1000-1100℃进行瞬间退火，激活掺杂离子，完成p-n结制作。
2.根据权利要求1所述的离子注入法制作大面积硅基太阳能电池p-n结的工艺，其特征在于，所述步骤(4)中磷离子注入能量最佳值为100KeV，注入剂量最佳值为1014cm-2。
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