CN102569501A - 一种多晶硅太阳能电池的磷扩散方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶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750~830℃；(2)待温度稳定后，使炉内各温区的温度均升至800~880℃，升温的同时通入0.4~3L/min的携HCl气体；(3)停止通入携HCl气体，只通入0.4~3L/min的干氧；(4)同时通入携磷源气体和干氧进行扩散；(5)停止通入干氧和携磷源气体，只通入0.4~3L/min的携HCl气体；(6)停止通入携HCl气体，只通入0.4~3L/min的干氧；(7)降温出舟。本发明避免了现有工艺中由于在富氧的环境中，氢扩散速度较慢，氧或氧沉淀可能和氢结合，阻碍氢的扩散等问题；实验证明：相比现有工艺，采用本发明的方法得到的太阳能电池的光电转换效率约有0.3%左右的绝对值提升，取得了意想不到的效果。

Description

一种多晶硅太阳能电池的磷扩散方法

技术领域

本发明涉及一种制造太阳能电池的扩散制结工艺，具体涉及一种多晶硅太阳能电池的磷扩散方法。

背景技术

晶体硅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，晶体硅太阳能电池的制造工艺已经标准化，主要步骤为：化学清洗及表面结构化处理（制绒）—扩散制结—周边刻蚀—去除磷硅玻璃—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，其质量会直接影响到电池的光电转换效率。

在工业化生产中，典型的磷扩散制结工艺为：(1) 将硅片置于扩散炉中，氮气气氛下使炉内各温区的温度均升至750~830℃；(2) 待炉内温度稳定后，通源磷扩散，即用氮气通过液态的POCl₃，将所需要的杂质用载流气体输运至高温半导体材料表面，杂质扩散深度约为几百个纳米；(3) 无源推进；(4) 降温出舟完成扩散过程。形成了一个N⁺/N层，这样的结构有利于后续电极的制备。

对于多晶硅太阳能电池而言，多晶硅片由很多不同的单晶硅组成，晶体表面和界面存在很多悬挂键，这些悬挂键可以形成表面态或界面态，从而引入复合中心，降低少子寿命。晶粒间结构复杂，硅原子无序排列，可能存在深能级缺陷的杂质。一方面，界面耗尽了晶界附近的载流子形成具有一定宽度的耗尽层和势垒；另一方面，作为复合中心俘获电子和空穴。晶界势垒阻碍载流子的传输，增大了串联电阻；晶界的复合损失减低了收集率，增加了暗电流，对填充因子、开路电压和短路电流产生不利影响。晶粒晶界内存在相对较多的杂质，形成漏电电流降低电池的并联电阻。上述因素影响了晶硅太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明目的是提供一种多晶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：一种多晶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750~830℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量8~30 L/min；

(2) 待温度稳定后，使炉内各温区的温度均升至800~880℃，升温的同时通入0.4~3 L/min的携HCl气体，时间为10~40 min；

(3) 停止通入携HCl气体，只通入0.4~3 L/min的干氧，时间5~20 min；

(4) 同时通入携磷源气体和干氧进行扩散，扩散时间为10~40 min，所述携磷源气体的流量为0.4~3 L/min，干氧的流量为0.4~3 L/min；

(5) 停止通入干氧和携磷源气体，只通入0.4~3 L/min的携HCl气体，时间5~20 min；

(6) 停止通入携HCl气体，只通入0.4~3 L/min的干氧，时间5~20 min；

(7) 降温出舟，完成扩散过程。

由于多晶硅硅片表面和内部存在缺陷源，在热氧化过程中容易引起堆垛层错，进一步影响了晶硅太阳能电池的光电转换效率。

本发明的工作机理是：在磷扩散前在无氧的氛围下通入适量HCl，消除了氧对氢扩散的阻碍作用，一方面可使H对表面和晶界起到钝化作用，减少或消除表面态或界面态，改善材料性能；另一方面Cl可以抑制氧化堆垛层错的产生，改善氧化质量，并能和金属离子反应生成络合物由气体带出扩散炉，减少可能的污染；扩散之后，在无氧的氛围下通入一定量HCl，减少了氧对氢扩散的阻碍作用，一方面可进一步钝化硅片表面，另一方面Cl可以减少残留在硅片表面和SiO₂-Si界面处的磷原子以及在扩散过程中可能引入的或可能产生的金属杂质。

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、本发明设计了一种多晶硅太阳能电池的磷扩散方法，在磷扩散之前在无氧的氛围中掺入一定量HCl，消除了氧对氢扩散的阻碍作用，一方面可使氢原子进入硅晶体后和悬挂键结合，减少甚至消除表面态和界面态，能够改善材料的电性能；另一方面，Cl可以抑制氧化堆垛层错的产生，改善氧化质量，并能和金属离子反应生成络合物由气体带出扩散炉，减少可能的污染；从而改善电池的电性能，有效增加太阳能电池的光电转换效率。

2、本发明在磷扩散之后在无氧的氛围下通入一定量HCl，由于Cl减少了扩散后残留在硅片表面和SiO₂-Si界面处的磷原子和在扩散过程中可能引入的或可能产生的金属杂质，所以降低了硅片表面磷的浓度并增加了硅片表面的洁净度，提高了扩散层的少子寿命，从而有利于电池的开压、电流和填充因子的提高，进而提高了光电转换效率。

3、本发明避免了现有工艺中由于在富氧的环境中，氢扩散速度较慢，氧或氧沉淀可能和氢结合，阻碍氢的扩散等问题；实验证明：相比现有工艺，采用本发明的方法得到的太阳能电池的光电转换效率约有0.3%左右的绝对值提升，取得了意想不到的效果。

4、本发明工艺步骤分明，工艺调节余地大；且无须增添任何设备工装，很大程度上节约了成本；适于推广使用。

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

一种多晶硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤：

（1）将待处理硅片置于扩散炉中，使炉内各温区的温度均升至800℃，炉内气氛为10 L/min的氮气环境；

（2）待炉内温度稳定后，使炉内各温区的温度均升至850℃，升温的同时均匀的通入1 L/min的携HCl气体，时间为20 min；

（3）停止通入携HCl气体，只通入1.5 L/min的干氧，时间10 min；

（4）均匀的通入1 L/min的携磷源气体及1.5 L/min的干氧，扩散时间20 min；

（5）停止通入携磷源气体，只通入1 L/min的携HCl气体，时间10min；

（6）停止通入携HCl气体，只通入1.5 L/min的干氧，时间10 min；

（7）降温出舟，完成扩散过程。

上述待处理硅片为多晶156硅片。

经上述扩散工艺过程后，在AM1.5、光强1000W、温度25℃条件下测量其电性能参数的情况为：

其中：Voc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充因子，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，EFF为转换效率。

对比例一

一种多晶硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤：

（1）将待处理硅片置于扩散炉中，使炉内各温区的温度均升至830℃，炉内气氛为10 L/min的氮气环境；

（2）待炉内温度稳定后，均匀的通入1 L/min的携磷源气体及1.5 L/min的干氧，扩散时间25 min；

（3）停止通入携磷源气体，只通入1.5 L/min的干氧，时间10 min；

（4）降温出舟，完成扩散过程。

上述待处理硅片也为多晶156硅片，与实施例相同。

经上述扩散工艺过程后，在AM1.5、光强1000W、温度25℃条件下测量其电性能参数的情况为：

从上述实施例和对比例可以看出，实施例各电性能参数优于对比例，实施例的光电转换效率比对比例提高了0.33%，取得了意想不到的效果。可见，采用本发明的扩散工艺可以显著改善硅材料的电性能，有效增加晶硅太阳能电池的光电转换效率。

Claims (1)

1.一种多晶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750~830℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量8~30 L/min；

(2) 待温度稳定后，使炉内各温区的温度均升至800~880℃，升温的同时通入0.4~3 L/min的携HCl气体，时间为10~40 min；

(3) 停止通入携HCl气体，只通入0.4~3 L/min的干氧，时间5~20 min；

(4) 同时通入携磷源气体和干氧进行扩散，扩散时间为10~40 min，所述携磷源气体的流量为0.4~3 L/min，干氧的流量为0.4~3 L/min；

(5) 停止通入干氧和携磷源气体，只通入0.4~3 L/min的携HCl气体，时间5~20 min；

(6) 停止通入携HCl气体，只通入0.4~3 L/min的干氧，时间5~20 min；

(7) 降温出舟，完成扩散过程。