CN102437238A - 一种用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法 - Google Patents

一种用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法 Download PDF

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徐礼
张俊兵
刘淑华
乔柳
杨玉杰
单伟
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Abstract

本发明公开了一种用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，在制绒后的硅片的表面沉积第一层薄膜-掺硼的氧化硅薄膜，在第一层薄膜表面再沉积第二层薄膜-氧化硅薄膜作为阻挡层，接着对硅片进行高温处理，使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层。该方法可在n型硅片上制备硼发射极(p+)，或者在p型硅片上形成硼背场(p+)。通过阻挡层的设置，可以实现单面硼掺杂，同时无需在扩散炉管中通入硼源，减少了炉管的腐蚀，延长了使用寿命；如果在高温退火过程中通入磷源，可以在硅片的两面分别产生硼掺杂和磷掺杂。

Description

一种用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法。
背景技术
晶体硅太阳电池由于其转换效率高，使用寿命长，是目前光伏市场的主流。商业化量产的晶体硅电池主要为p型电池。通过磷扩散即可在晶体硅表面形成发射极(p-n结)，铝浆与硅烧结反应得到p+层的铝背场，制造流程相对简单，成熟，但转换效率的提升空间也日益变小。于是人们将目光投向其它结构的p型电池以及采用少子寿命更高，光致衰减更低的n型硅片为基体的电池。
对传统p型电池进行背面钝化需要新的p+层取代铝背场，n型电池更是需要制作p+层形成发射极(p-n结)。三价元素的硼掺杂进硅片可得到p+层。传统硼扩散工艺通常采用BBr3液态源高温扩散。该方法的硼扩工艺较难控制片内和片间的均匀性。而且高温扩散会在硅片两面同时掺杂，即使是将硅片背靠背放置，也会在背面边缘掺进硼原子。同时BBr3对石英炉管也有一定的腐蚀性，使石英炉管使用寿命大大缩短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，该方法由于采用了掺硼氧化硅薄膜-氧化硅薄膜双层薄膜的方式，可以防止硼原子溢出，同时由于不需要采用BBr3液态源，可以减少对高温扩散时对炉管的腐蚀，延长其使用寿命。
本发明的上述目的可以通过如下技术方案来实现的：一种用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，其特征在于，在制绒后的硅片表面沉积第一层薄膜-掺硼的氧化硅薄膜(BSG)，在第一层薄膜表面再沉积第二层薄膜-氧化硅薄膜作为阻挡层，接着对硅片进行高温处理，使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层。
本发明采用常压化学气相沉积法(APCVD)沉积第一层薄膜-掺硼的氧化硅薄膜和第二层薄膜-氧化硅薄膜，常压化学气相沉积法的反应气氛包括SiH4、O2、B2H6或SiH4、O2、B(CH3)3。
本发明所述第一层薄膜-掺硼的氧化硅的薄膜膜厚优选为5～100nm，掺硼的氧化硅薄膜中硼浓度优选为1017～1022/cm3。
本发明所述第二层薄膜-氧化硅薄膜的膜厚优选为5～100nm。
本发明对硅片进行高温处理时的温度优选为800～1050℃，高温扩散后使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层的方阻优选为10～150Ω/□。
本发明高温扩散时的反应气氛包括氮气、氧气和磷源中的一种或几种。当高温扩散时，扩散炉中的反应气氛含有磷源时，可以实现在硅片的两面分别产生硼掺杂和磷掺杂。
具体而言，本发明提供的用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，可以包括以下步骤：
(1)选取硅片、制绒和清洗；
(2)在硅片的一面沉积掺硼的氧化硅薄膜(BSG)，然后在BSG上再沉积第二层不掺杂硼的氧化硅薄膜；
(3)将硅片进行高温退火处理，使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层。
其中：
步骤(2)中在硅片的一面沉积掺硼的氧化硅薄膜(BSG)，然后在BSG上再沉积第二层不掺杂硼的氧化硅薄膜时，采用的方式为常压化学气相沉积法(APCVD)，常压化学气相沉积法中参与反应的气氛包括SiH4、O2、B2H6和B(CH3)3中的一种或几种。
步骤(3)中将硅片置于扩散炉中进行高温处理，炉内气氛可根据需要包括氮气、氧气和磷源中的一种或几种，如采用含磷气氛时，则在完成硼掺杂的同时可以在硅片的另一面形成磷掺杂；如不采用含磷气氛时，则只在硅片的一面完成硼掺杂即可。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用常压化学气相沉积法APCVD沉积掺硼氧化硅薄膜和氧化硅薄膜，设备成本较低，镀膜速度快，适合大规模生产；
(2)本发明不需要BBr3液态源，可以减少对炉管的腐蚀，延长其使用寿命；
(3)本发明在对硅片进行高温处理过程中，第二层薄膜氧化硅可以作为阻挡层防止硼原子溢出；
(4)本发明允许磷源通入高温处理时的扩散炉管中，在硅片的一面形成硼扩散层的同时，在另一面形成磷掺杂层，完成硼磷一步扩散。
附图说明
图1是实施例1中利用本发明硼掺杂的方法制备p型太阳电池的工艺流程图；
图2是实施例2中利用本发明硼掺杂的方法制备n型太阳电池的工艺流程图。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
利用本发明硼掺杂的方法形成硼背场制备p型太阳电池，如图1中所示，该实施例包括以下步骤：
(1)硅片选取、制绒和清洗
选取p型单晶硅片，采用重量百分含量为0.5～3％的氢氧化钠水溶液制绒获得金字塔型绒面，然后将碱液洗掉；
(2)常压化学气相沉积法APCVD镀膜
在硅片的一面沉积BSG(掺硼的氧化硅)，在BSG上再沉积第二层氧化硅，常压化学气相沉积法中采用的反应气氛为SiH4、O2、B2H6；其中第一层薄膜-掺硼的氧化硅的薄膜膜厚为100nm，掺硼的氧化硅薄膜中硼浓度为1022/cm3；第二层薄膜-氧化硅薄膜的膜厚为100nm；
(3)高温扩散
将经常压化学气相沉积法APCVD沉积的掺硼氧化硅薄膜和氧化硅薄膜双层膜作为阻挡层，将硅片置于扩散炉管中，通入氮气、氧气、POCl3，调节炉内温度为1050℃，对硅片进行高温处理，高温扩散后使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层的方阻为20Ω/□，在形成镀膜面硼掺杂的同时在硅片的另一面即非镀膜面形成磷掺杂；
(4)去除硼硅玻璃、磷硅玻璃和氧化硅薄膜
将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％的氢氟酸中清洗掉残留在硅片表面的硼硅玻璃、磷硅玻璃以及氧化硅薄膜；
(5)双面沉积SiNx薄膜
利用PECVD在硅片的掺磷面(非镀膜面)沉积SiNx薄膜，形成减反射钝化层；
利用PECVD在硅片的掺硼面(镀膜面)沉积SiNx薄膜，形成钝化层；
(6)双面印刷电极，烧结，测试
在磷掺杂面印刷正电极浆料，硼掺杂面印刷背电极浆料，高温烧结完成金属化，测试电性能。
实施例2
利用本发明硼掺杂的方法形成硼发射极制备n型太阳电池，如图2所示，该实施例包括以下步骤：
(1)硅片选取、制绒和清洗
选取n型单晶硅片，采用重量百分含量为0.5～3％的氢氧化钠水溶液制绒获得金字塔型绒面，然后将碱液洗掉；
(2)APCVD镀膜
在硅片的一面沉积BSG(掺硼的氧化硅)，在BSG上再沉积第二层氧化硅，常压化学气相沉积法中采用的反应气氛为SiH4、O2、B2H6；其中第一层薄膜-掺硼的氧化硅的薄膜膜厚为100nm，掺硼的氧化硅薄膜中硼浓度为1022/cm3第二层薄膜-氧化硅薄膜的膜厚为100nm；
(3)高温扩散
将经常压化学气相沉积法APCVD沉积的掺硼氧化硅薄膜和氧化硅薄膜双层膜作为阻挡层，将硅片置于扩散炉管中，通入氮气、氧气、POCl3，调节炉内温度为950℃，对硅片进行高温处理，高温扩散后使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层的方阻为70Ω/□，在形成镀膜面硼掺杂的同时在硅片的另一面即非镀膜面形成磷掺杂；
(4)去除硼硅玻璃、磷硅玻璃和氧化硅薄膜
将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％的氢氟酸中清洗掉残留在硅片表面的硼硅玻璃、磷硅玻璃和氧化硅薄膜；
(5)双面沉积SiNx薄膜
利用PECVD在硅片的掺硼面(镀膜面)沉积SiNx薄膜，形成减反射钝化层；
利用PECVD在硅片的掺磷面(非镀膜面)沉积SiNx薄膜，形成钝化层；
(6)双面印刷电极，烧结，测试
在硼掺杂面印刷正电极浆料，磷掺杂面印刷背电极浆料，高温烧结完成金属化，测试电性能。
实施例3
(1)硅片选取、制绒和清洗
选取p型多晶硅片，采用HF和HNO3混合溶液制得绒面；
(2)常压化学气相沉积法APCVD镀膜
在硅片的一面沉积BSG(掺硼的氧化硅)，在BSG上再沉积第二层氧化硅，常压化学气相沉积法中采用的反应气氛为SiH4、O2、B(CH3)3；其中第一层薄膜-掺硼的氧化硅的薄膜膜厚为5nm，掺硼的氧化硅薄膜中硼浓度为1017/cm3；第二层薄膜-氧化硅薄膜的膜厚为5nm；
(3)高温扩散
将经常压化学气相沉积法APCVD沉积的掺硼氧化硅薄膜和氧化硅薄膜双层膜作为阻挡层，将硅片置于扩散炉管中，通入氮气、氧气、POCl3，调节炉内温度为1050℃，对硅片进行高温处理，高温扩散后使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层的方阻为10Ω/□，在形成镀膜面硼掺杂的同时在硅片的另一面即非镀膜面形成磷掺杂；
(4)去除硼硅玻璃、磷硅玻璃和氧化硅薄膜
将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％的氢氟酸中清洗掉残留在硅片表面的硼硅玻璃、磷硅玻璃以及氧化硅薄膜；
(5)双面沉积SiNx薄膜
利用PECVD在硅片的掺磷面(非镀膜面)沉积SiNx薄膜，形成减反射钝化层；
利用PECVD在硅片的掺硼面(镀膜面)沉积SiNx薄膜，形成钝化层；
(6)双面印刷电极，烧结，测试
在磷掺杂面印刷正电极浆料，硼掺杂面印刷背电极浆料，高温烧结完成金属化，测试电性能。
实施例4
利用本发明硼掺杂的方法形成硼发射极制备n型太阳电池，该实施例包括以下步骤：
(1)硅片选取、制绒和清洗
选取n型多晶硅片，采用HF和HNO3混合溶液制得绒面；
(2)APCVD镀膜
在硅片的一面沉积BSG(掺硼的氧化硅)，在BSG上再沉积第二层氧化硅，常压化学气相沉积法中采用的反应气氛为SiH4、O2、B2H6；其中第一层薄膜-掺硼的氧化硅的薄膜膜厚为50nm，掺硼的氧化硅薄膜中硼浓度为1020/cm3第二层薄膜-氧化硅薄膜的膜厚为50nm；
(3)高温扩散
将经常压化学气相沉积法APCVD沉积的掺硼氧化硅薄膜和氧化硅薄膜双层膜作为阻挡层，将硅片置于扩散炉管中，通入氮气，调节炉内温度为800℃，对硅片进行高温处理，高温扩散后使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层的方阻为150Ω/□；
(4)去除硼硅玻璃和氧化硅薄膜将扩散后的硅片浸入体积百分含量为5～15％的氢氟酸中清洗掉残留在硅片表面的硼硅玻璃和氧化硅薄膜；
(5)双面沉积SiNx薄膜
利用PECVD在硅片的掺硼面(镀膜面)沉积SiNx薄膜，形成减反射钝化层；
利用PECVD在硅片非镀膜面沉积SiNx薄膜，形成钝化层；
(6)双面印刷电极，烧结，测试
在硼掺杂面印刷正电极浆料，非掺杂面印刷背电极浆料，高温烧结完成金属化，测试电性能。
以上列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，上述实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，其特征在于，在制绒后的硅片表面沉积第一层薄膜-掺硼的氧化硅薄膜，在第一层薄膜表面再沉积第二层薄膜-氧化硅薄膜作为阻挡层，接着对硅片进行高温处理，使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层。
2.根据权利要求1所述的用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，其特征在于，采用常压化学气相沉积法沉积第一层薄膜-掺硼的氧化硅薄膜和第二层薄膜-氧化硅薄膜，常压化学气相沉积法的反应气氛包括SiH4、O2、B2H6或SiH4、O2、B(CH3)3。
3.根据权利要求1或2所述的用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，其特征在于，所述第一层薄膜-掺硼的氧化硅的薄膜膜厚为5～100nm，掺硼的氧化硅薄膜中硼浓度为1017～1022/cm3。
4.根据权利要求3所述的用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，其特征在于，所述第二层薄膜-氧化硅薄膜的膜厚为5～100nm。
5.根据权利要求1所述的用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，其特征在于，对硅片进行高温处理时的温度为800～1050℃，高温扩散后使硼原子扩散进硅基体，形成硼掺杂层的方阻为10～150Ω/□。
6.根据权利要求1所述的用于晶体硅太阳电池硼掺杂的方法，其特征在于，高温扩散时的反应气氛包括氮气、氧气和磷源中的一种或几种。
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