CN102522449B - 一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法,包括如下步骤:(1)将待处理硅片放于扩散炉中,升温至780~810℃;(2)升温至810~870℃,待温度稳定后,同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散,携磷源氮气的流量为1~1.7L/min,干氧流量为0.4~0.7L/min;磷源为三氯氧磷,源温恒定在12~20℃,使硅片表面的磷杂质表面浓度为1.0e+21~1.3e+21cm-3;(3)保持扩散炉温度和干氧流量不变,停止通入携磷源氮气,进行有氧限定源扩散;(4)降温,出舟完成扩散过程。本发明的磷扩散方法降低了硅片表面的磷杂质表面浓度,降低了表面少子复合率,提高光电转换效率;相比现有的磷扩散工艺,采用本发明的方法获得的太阳能电池的光电转换效率约有0.1%的绝对值提升,具有意想不到的技术效果。

Description

一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法
技术领域
本发明涉及一种制备硅太阳能电池的扩散制结工艺,具体涉及一种制备硅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。
目前广泛采用的是硅太阳能电池,其制造工艺也已经标准化,主要步骤为:化学清洗及表面结构化处理(制绒)—扩散制结—刻蚀清洗—沉积减反射膜—印刷电极—烧结。其中,扩散制结(通常是磷扩散制结)步骤是一个关键步骤,制结工艺对电池的性能具有至关重要的影响,包括扩散死层的减少、接触电阻损失的降低,开路电压的提高,短路电流和填充因子的增加,都为最终获得高光电转换效率发挥着至关重要的作用。
目前,硅太阳能电池最常用的制结方法是液态源磷扩散,该方法是以氮气为载气,采用鼓泡的方式通过恒温的三氯氧磷源瓶,携带源蒸汽进入高温扩散炉中,受热分解还原出磷原子同硅片表面反应,并向硅片内扩散。扩散工艺决定了杂质的分布,若表面杂质浓度过高,则会形成扩散“死层”;死层中由于存在大量填隙原子和缺陷,光生载流子极易发生复合,少子寿命很低,会导致光电转换效率的下降。因此,为了避免上述问题,提高光电转换效率,必须降低表面杂质浓度。而欲降低PN结的表面浓度,通常最直接的方法是减小携源氮气的流量。然而,携源气体比例过小会使扩散气氛混合不充分、不均匀,从而导致方块电阻均匀性变差、工艺可控性变差。
此外,针对目前广泛应用于生产的管式扩散炉,影响片间不均匀性的主要因素有:轴向温度分布不均衡、进出气量不匹配及炉口散热较严重等;影响片内不均匀性的主要原因是气氛环境和温度场沿径向存在差异。因此,对于扩散气氛混合不充分、不均匀的情况,若只靠不同温区温度补偿的方法,显然远无法达到较理想的均匀扩散状态,最终将影响后续工艺参数的可控性和太阳电池的电性能。
发明内容
本发明目的是提供一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法,以提高太阳能电池的光电转换效率。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法,包括如下步骤:
(1) 将待处理硅片放于扩散炉中,升温至780~810℃,炉内环境为氮气气氛,氮气流量10~20 L/min;
(2) 升温至810~870℃,待温度稳定后,同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散,扩散时间为15~25 min,所述携磷源氮气的流量为1~1.7 L/min,干氧的流量为0.4~0.7 L/min;
所述磷源为三氯氧磷,源温恒定在12~20℃,使硅片表面的磷杂质表面浓度为1.0e+21~1.3e+21 cm-3
(3) 保持扩散炉温度和干氧流量不变,停止通入携磷源氮气,进行有氧限定源扩散,扩散时间10~20 min;
(4) 降温至780~810℃,出舟,完成扩散过程。
相对于传统扩散工艺,本发明采用降低源温的方法,减小三氯氧磷的饱和蒸气压,以降低源浓度,得到低表面浓度的PN结。在降低源浓度的同时,相应增大携源氮气的流量,促进扩散气氛混合充分、均匀,并保证达到方块电阻的控制点。减小整体气体流量,合理调整炉内气体比例、压强及尾排量,有利于充分均匀炉内气氛和形成低表面浓度结。
上文中,源温决定了源瓶内的饱和蒸气压,进而决定携源量,是影响扩散的重要因素之一。
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、本发明开发了一种新的磷扩散方法,在降低三氯氧磷源温的同时,相应增大了携源氮气的流量,从而降低了硅片表面的磷杂质表面浓度,因而降低了表面少子复合率,提高光电转换效率;试验证明,相比现有的磷扩散工艺,采用本发明的方法获得的太阳能电池的光电转换效率约有0.1%的绝对值提升,具有意想不到的技术效果。
2、本发明在降低三氯氧磷源温的同时,相应增大了携源氮气的流量,使扩散气氛混合充分、均匀,可以将片内及片间的方块电阻的不均匀度控制在较理想的范围,扩散均匀性得到明显的改善,进而提高后续工艺参数的可控性,最终改善太阳电池的电性能。
3、本发明的制备方法简单,在不增加设备工装和工艺时间的同时,还能够减少气体的用量,降低了成本。
4、本发明适用范围广,不仅可用于多种扩散设备,还适用于单晶、多晶及类单晶等多种硅片,适于推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例一和对比例一的杂质浓度对比图。
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:
一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法,其步骤包括:
(1)将制绒后常规多晶掺硼P156硅片放入氮气流量为14~16 L/min、温度为800℃的扩散炉管内;
(2)升温至830℃左右,同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散,扩散时间为15~25 min,干氧流量为0.4~0.5 L/min,所述磷源为三氯氧磷,源温恒定在15~18℃,携源氮气流量为1.3~1.6L/min,使硅片表面的磷杂质表面浓度为1.2e+21 cm-3
(3)炉管温度及干氧流量保持不变,停止通入携源氮气,进行有氧限定源扩散14~16min;
(4)降温至800℃后出舟,扩散完成。
其中,在扩散管固定位置,放置确定晶向的P156硅片,以便进行表面浓度测试对比。用电化学微分电容电压法测得硅片PN结的磷杂质表面浓度为1.2e+21cm-3,参见附图1所示。
从整管实验片中,等距抽取8片,采用五点法测量其方块电阻,结果如下表所示:
Figure 947184DEST_PATH_IMAGE001
在AM1.5、光强1000W、温度25℃的条件下,测得电性能参数如下表所示:
Figure 436415DEST_PATH_IMAGE002
对比例一
对常规多晶掺硼P156硅片运行传统磷扩散工艺。其中,在与实施例相同的位置,放置相同晶向的P156硅片,测得PN结的表面浓度高于2.5e+21cm-3,参见附图1所示。
从整管实验片中,等距抽取8片,测量其方块电阻,结果如下表所示:
在AM1.5、光强1000W、温度25℃的条件下,测得电性能参数如下表所示:
Figure 15481DEST_PATH_IMAGE004
图1中,横坐标为硅片扩散面深度,纵坐标为硅片中杂质浓度的对数值,可见,相比对比例一,实施例一的硅片表面的磷杂质表面浓度较低。从上面2个方块电阻测定表可见,实施例一中硅片片间的方块电阻的不均匀度较小,扩散均匀性得到明显的改善。从上面2个电性能参数表格中可见,实施例一的光电转换效率有0.11%的绝对值提升,具有意想不到的技术效果。
综上所述,采用本发明的扩散工艺,在有效降低硅片PN结表面浓度的同时,可以改善扩散的均匀性,最终能够实现太阳电池光电转换效率的提升。

Claims (1)

1.一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1) 将待处理硅片放于扩散炉中,升温至780~810℃,炉内环境为氮气气氛,氮气流量10~20 L/min;
(2) 升温至810~870℃,待温度稳定后,同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散,扩散时间为15~25 min,所述携磷源氮气的流量为1~1.7 L/min,干氧的流量为0.4~0.7 L/min;
所述磷源为三氯氧磷,源温恒定在12~20℃,使硅片表面的磷杂质表面浓度为1.0e+21~1.3e+21 cm-3
(3) 保持扩散炉温度和干氧流量不变,停止通入携磷源氮气,进行有氧限定源扩散,扩散时间10~20 min;
(4) 降温至780~810℃,出舟,完成扩散过程。
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