CN102403412A - 一种类单晶太阳能电池的磷扩散方法 - Google Patents

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党继东
费正洪
贾洁静
徐义胜
孟祥熙
辛国军
章灵军
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CSI Solar Technologies Inc
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Canadian Solar China Investment Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种类单晶太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤：⑴将待处理的类单晶硅片放于扩散炉中，升温至800~820℃；⑵待温度稳定后，同时通入携磷源气体和干氧进行扩散，扩散时间为40~60min，所述携磷源气体的流量为0.8~2L/min，干氧的流量为0.4~2.5L/min；⑶降温出舟，完成扩散过程。本发明实现了类单晶太阳能电池的自选择分区扩散，有效的发挥了类单晶的单晶、多晶区域不同方块的优势，实验表明：相比现有的扩散工艺，采用本发明的方法制得的电池的光电转换效率有0.5%左右的绝对提升，取得了意想不到的技术效果。

Description

一种类单晶太阳能电池的磷扩散方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的扩散制结工艺，具体涉及一种类单晶太阳能电池的磷扩散方法。
背景技术
太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的器件，由于其清洁、无污染，取之不尽，用之不竭，逐渐成为一种重要的发电方式。其原理是利用PN结的光生伏特效应将光能转化成电能。
目前，在晶体硅太阳能电池领域，单晶硅和多晶硅太阳能电池已经趋于成熟。最近几年，出现了类单晶太阳能电池，所谓类单晶，是指晶硅体中有一个占据一定区域的一致的结晶取向，而其它区域为多晶区域，因此，类单晶中存在单晶区域和多晶区域。
单晶硅和多晶硅太阳能电池的扩散工艺已经趋于成熟，包括如下步骤：(1) 升温至750~900℃，(2) 使用氮气携带液态的三氯氧磷（POCl3）将所需杂质原子（磷）用载流气体（氮气、氧气）运送至半导体材料（硅）上，在高温环境中进行扩散；(3) 使用与第一步相近的温度进行高温处理，使预淀积在硅表面的杂质原子继续向内部扩散，这一步也称为推进；(4) 降温出舟。
目前，对于常规单、多晶太阳能电池经上述扩散工艺后，单、多晶具有不同的方块电阻值和杂质分布曲线，可以有效的匹配烧结工艺；而对于类单晶太阳能电池，采用上述常规扩散工艺，其扩散后同一片各点方块电阻大小相近，即其单晶区域和多晶区域的方块电阻相近，杂质分布曲线相似，不能有效的匹配烧结工艺，从而不能有效的发挥单、多晶区域不同方块电阻值的优势。
发明内容
本发明目的是提供一种类单晶太阳能电池的磷扩散方法，以提高其电性能及光电转换效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种类单晶太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤：
⑴ 将待处理的类单晶硅片放于扩散炉中，升温至800~820℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量8~30 L/min；
⑵ 待温度稳定后，同时通入携磷源气体和干氧进行扩散，扩散时间为40~60 min，所述携磷源气体的流量为0.8~2 L/min，干氧的流量为0.4~2.5 L/min；使类单晶硅片的多晶区域的平均方块电阻比单晶区域的平均方块电阻高出10 Ω／□以上；
⑶ 降温出舟，完成扩散过程。
进一步的技术方案，所述步骤⑶之前还设有推进步骤，所述推进步骤为：停止通入携磷源气体源和干氧，进行5~40 min推进，炉内环境为氮气气氛，氮气流量8~30 L/min。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明将扩散控制在800~820℃恒温下进行，可以使类单晶的单晶、多晶区域表现出不同的方块电阻值，多晶区域比单晶区域平均方块电阻值大10Ω／□以上，实现了类单晶太阳能电池的自选择分区扩散，有效的发挥了类单晶的单晶、多晶区域不同方块的优势，很大程度上增加类单晶太阳能电池的光电转换效率，实验表明：相比现有的扩散工艺，采用本发明的方法制得的电池的光电转换效率有0.5%左右的绝对提升，取得了意想不到的技术效果。
2、本发明可以通过适当的改变气体流量和扩散时间控制类单晶的单晶区域和多晶区域方块电阻值的大小，在800~820℃下扩散一定的时间，可以使类单晶的单晶区域和多晶区域的方块电阻值相差10Ω／□以上，从而实现了类单晶太阳能电池自选择分区扩散。
3、本发明的制备方法简单易行，只需单次扩散即可，且可以不需要推进步骤，具有积极的现实意义。
4、本发明的方法操作方便，无需增加其它设备，适合大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种类单晶太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤：
（1）将类单晶156硅片置于扩散炉中，使炉内各温区的温度均匀升至815℃，炉内气氛为8~30 L/min的氮气环境；
（2）待温度稳定后，同时均匀的通入0.8~2 L/min的携磷源气体及0.4~2.5 L/min的干氧，且保证炉内气体环境均匀，扩散时间40~60min；
（3）出舟完成扩散过程。
类单晶156硅片经上述扩散工艺后，测试同一片类单晶的单晶和多晶区域的方块电阻，如下：
Figure 939084DEST_PATH_IMAGE001
在AM1.5、光强1000W、温度25℃条件下测量其电性能参数，结果如下：
Figure 670279DEST_PATH_IMAGE002
对比例一
与实施例一相同，将类单晶156硅片经常规扩散工艺，具体如下：
(1) 将待处理的类单晶硅片放于扩散炉中，升温至830~850℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量8~30 L/min；
(2) 待温度稳定后，同时通入携磷源气体和干氧进行扩散，扩散时间为20~40 min，所述携磷源气体的流量为0.8~2 L/min，干氧的流量为0.4~2.5 L/min；
(3) 停止通入携磷源气体源和干氧，进行10~40 min推进，炉内环境为氮气气氛，氮气流量8~30 L/min；
(4) 降温出舟，完成扩散过程。
测试同一片类单晶的单晶和多晶区域的方块电阻如下：
Figure 725960DEST_PATH_IMAGE003
在AM1.5、光强1000W、温度25℃条件下测量其电性能参数，结果如下：
Figure 542606DEST_PATH_IMAGE004
从上述实施例一和对比例一可以看出，实施例一中的多晶区域和单晶区域平均方块电阻值相差10Ω／□以上，而对比例一中的多晶区域和单晶区域平均方块电阻值基本相同。实施例中各项电性能明显优于对比例，就光电转换效率而言，实施例的转换效率为17.66%，对比例的转换效率为17.14%，实施例比对比例高0.5%以上。
可见，采用本发明可以使类单晶的单晶、多晶区域表现出不同的方块电阻值，实现了类单晶太阳能电池自选择分区扩散，有效的发挥了类单晶的单、多晶区域不同方块的优势，很大程度上提高了类单晶太阳能电池的光电转换效率。

Claims (2)

1.一种类单晶太阳能电池的磷扩散方法，其特征在于，包括如下步骤：
⑴ 将待处理的类单晶硅片放于扩散炉中，升温至800~820℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量8~30 L/min；
⑵ 待温度稳定后，同时通入携磷源气体和干氧进行扩散，扩散时间为40~60 min，所述携磷源气体的流量为0.8~2 L/min，干氧的流量为0.4~2.5 L/min；使类单晶硅片的多晶区域的平均方块电阻比单晶区域的平均方块电阻高出10 Ω／□以上；
⑶ 降温出舟，完成扩散过程。
2.根据权利要求1所述的类单晶太阳能电池的磷扩散方法，其特征在于，所述步骤⑶之前还设有推进步骤，所述推进步骤为：停止通入携磷源气体源和干氧，进行5~40 min推进，炉内环境为氮气气氛，氮气流量8~30 L/min。
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