CN102683483B - 一种晶硅太阳能电池去死层方法 - Google Patents

一种晶硅太阳能电池去死层方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种晶硅太阳能电池去死层方法；属于光伏技术领域。含有以下步骤；步骤1；将原硅片进行制绒；步骤2；进行扩散；步骤3；进行等离子刻蚀；步骤4；进行去磷硅；步骤5；进行HNO3腐蚀；步骤6；进行去磷硅；步骤7；进行PECVD镀膜；步骤8；进行丝印烧结；步骤9；进行测试分选；本发明的优点是：a)去磷硅后的硅片在硝酸中浸泡腐蚀可以去除表面含高浓度磷的薄层，能达到去死层的目的。方阻提高了1-3Ω，最终提升了电池的短流和串阻以至于效率提升1.0％-1.4％。b)在硝酸浸泡腐蚀只在硅片表面形成一层很薄的氧化层，反应会自停止，不会对PN结造成明显破坏。

Description

一种晶硅太阳能电池去死层方法
技术领域
本发明涉及一种晶硅太阳能电池去死层方法。属于光伏技术领域。
背景技术
晶硅太阳能电池：利用晶体硅作为材料制作的将光能转化为电能的发电装置。
死层：磷扩散时，其浓度呈阶梯分布，表面浓度较高，超过磷在硅基上的最大固溶度，有部分磷原子析出，不能作为施主杂质提供电子，且会因为晶格失配、位错，成为复合中心，少子寿命极低。对常规磷扩而言，硅片近表面0.1um范围内杂质分布平坦，无浓度梯度，此即所谓“死层”。
晶体硅太阳电池制作过程中磷扩散后表面有不活泼磷(死层)，造成晶格缺陷，使得少子寿命显著降低，表层吸收的短波(400-600nm)光子所产生的光生载流子对电池电流输出贡献小。
晶硅太阳能电池制造过程分为制绒、扩散、等离子刻蚀、PSG(PhosphoSilicate Glass)清洗、PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition等离子增强的化学气相沉积)镀膜、丝网印刷、烧结等工序，而扩散过程可以看做是一个无限源杂质的扩散过程，这个过程导致了发射极表面区域的杂质浓度等于(或大于)固溶度。对于磷元素来说，在850-950℃时的固溶度约为3*1020cm-3(即5％的硅原子被一个磷原子代替)。
理想情况下，活性载流子(电子)浓度应该等于磷的浓度，但是在这么高的载流子浓度(重掺杂)的情况下，俄歇复合起主导作用，少子寿命和扩散长度非常低。而且，磷原子很可能不是均匀的分布的，可能在局部区域磷的浓度更高，使硅的晶格出现扭曲，产生大量缺陷，导致了SRH(与缺陷相关的复合)的增强。
现有技术的缺点：经过扩散工艺后，硅片表面有不活泼磷(死层)。死层造成晶格缺陷，使得少子寿命极低，表层吸收的短波(400-600nm)光子所产生的光生载流子对电池电流输出贡献小。
针对这些缺点，本发明主要通过去掉扩散后硅片表面死层来达到提升电流最终提升电池片效率的目的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明主要针对如何去掉或部分去掉死层来提高少子寿命，最终达到通过提高电池电流来提升效率的目的。
一种晶硅太阳能电池去死层方法，含有以下步骤；
步骤1；将原硅片进行制绒；
步骤2；进行扩散；
步骤3；进行等离子刻蚀；
步骤4；进行去磷硅；
步骤5；进行HNO3腐蚀；
步骤6；进行去磷硅；
步骤7；进行PECVD镀膜；
步骤8；进行丝印烧结；
步骤9；进行测试分选；
溶液配比及浸泡时间均可以调整；
所配溶液为HNO3(类别：EL；含量：65.0-68.0％)∶H2O(纯水)＝1∶2(1∶3)；
硅片在硝酸溶液中浸泡时间2min-5min，之后再进行去离子水洗为2min。
或：
浸泡时间为2min(或4min)，之后再进行去离子水洗大约2min。
去死层工艺主要为：HNO3腐蚀→去磷硅；其中，HNO3腐蚀过程所用设备为中联科伟达磷硅玻璃湿制程设备。
本发明的优点是：
a)去磷硅后的硅片在硝酸中浸泡腐蚀可以去除表面含高浓度磷的薄层，能达到去死层的目的。方阻提高了1-3Ω，最终提升了电池的短流和串阻以至于效率提升1.0％-1.4％。
b)在硝酸浸泡腐蚀只在硅片表面形成一层很薄的氧化层，反应会自停止，不会对PN结造成明显破坏。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明的关键点：
1)硝酸溶液重量配比1∶2-1∶3；
2)硅片在硝酸溶液中浸泡时间2min-5min；
3)去磷硅后添加去死层工艺步骤——硝酸和氢氟酸分步腐蚀去死层的方法。
实施例2：本发明提供一种晶硅太阳能电池去死层方法，含有以下步骤；
在去磷硅步骤后添加去死层步骤；
扩散后的硅片经过HF液去磷硅清洗后，表面是重掺磷的硅片，把硅片浸入硝酸后会产生极薄的SiO2氧化层，由于没有HF参与反应，故反应有自停止作用；
然后再通过去磷硅工艺，即可去除一层含高浓度磷的硅；
也可重复同样流程来控制的腐蚀量。
实施例3：一种晶硅太阳能电池去死层方法，含有以下依次进行的步骤；扩散后的硅片步骤；等离子刻蚀步骤；去磷硅步骤；HNO3腐蚀步骤；去磷硅步骤；PECVD镀膜步骤；丝印烧结步骤；测试分选步骤。
扩散后的硅片步骤：主要是通过单/双面液态磷源扩散，制作N型发射极区，以形成光电转化的基本机构——PN结。
等离子刻蚀的步骤：在高频辉光放电的条件下，甲烷跟氧气气体分解成活性原子和自由基(等离子体)，对硅片周边进行化学和物理的作用，生成挥发性的反应物，以刻蚀掉周边的N型区。
去磷硅步骤：去除硅片表面氧化层及扩散室形成的磷硅玻璃(磷硅玻璃是指掺有五氧化二磷的二氧化硅层)，起反应过程是氢氟酸跟二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络合物六氟硅酸。
PECVD镀膜步骤：制作减少硅片表面反射的氮化硅薄膜。其主要是利用高频电源辉光放电产生等离子体，并将其注入到硅片中，使硅片中悬挂键饱和，缺陷失去活性，达到表面钝化和体钝化的目的。
丝印烧结步骤：通过丝网印刷的方法，完成背场、背电极、正栅线电极的制作，来引出产生的光生电流。具体为给硅片表面印刷一定图形的银浆或者铝浆，通过烧结后形成欧姆接触，使电流有效输出。
测试分选步骤：为了保证产品质量的一致性，按电流和功率等工艺参数大小进行分类。
溶液配比及浸泡时间均可以调整。
所配溶液为HNO3(类别：EL；含量：65.0-68.0％)∶H2O(纯水)＝1∶2(1∶3)，浸泡2min(4min)，之后再进行去离子水洗大约2min。
实施例4：
一种晶硅太阳能电池去死层方法，含有以下步骤；
步骤1；将原硅片进行制绒；
步骤2；进行扩散；
步骤3；进行等离子刻蚀；
步骤4；进行去磷硅；
步骤5；进行HNO3腐蚀；
步骤6；进行去磷硅；
步骤7；进行PECVD镀膜；
步骤8；进行丝印烧结；
步骤9；进行测试分选；
步骤1中使用中联科伟达湿法制绒设备，
HF∶HNO3∶H2O＝40L∶260L∶150L，3Si+4HNO3+18HF＝H2SiF6+2H2O通过化学反应制作良好的绒面。
步骤2中使用中联科伟达扩散设备利用三氯氧磷(POCl3)液态源扩散POCl3在高温下(＞600℃)分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5)，生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子。POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。扩散温度大约在900℃左右。
步骤3中使用中联科伟达等离子刻蚀机设备。生产过程中，CF4中掺入O2，这样有利于提高Si和SiO2的刻蚀速率。CF4∶O2＝210sccm∶21sccm，辉光功率500w，辉光时间1000s。
步骤4中使用的是中联科伟达磷硅玻璃湿制程设备。HF∶H2O＝1∶6.时间350s。
步骤5、6为去死层工艺；
步骤7中使用中联科伟达镀膜设备。镀膜过程使用硅烷跟氨气，其配比、反应时间根据不同情况调试。工作功率3000w。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种晶硅太阳能电池去死层方法，其特征在于，含有以下步骤；
步骤1；将原硅片进行制绒的步骤，具体为：
HF:HNO3:H2O＝40L:260L:150L，3Si+4HNO3+18HF＝H2SiF6+2H2O通过化学反应制作良好的绒面；
步骤2；进行扩散的步骤，具体为：
利用三氯氧磷(POCl3)液态源扩散POCl3在>600℃的高温下分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5)，生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子；POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散；扩散温度在900℃；
步骤3；进行等离子刻蚀的步骤，具体为：
CF4中掺入O2，CF4：O2＝210sccm:21sccm，辉光功率500w，辉光时间1000s；
步骤4；进行去磷硅步骤，具体为：
HF:H2O＝1:6，时间350s；
在所述步骤4的去磷硅步骤后添加去死层步骤，所述去死层步骤包括步骤5和步骤6，具体为：
步骤5；进行HNO3腐蚀；
步骤6；进行去磷硅；
步骤7；进行PECVD镀膜的步骤；镀膜过程的硅烷与氨气的配比和反应时间调试；镀膜步骤的工作功率3000w；
步骤8；进行丝印烧结；
步骤9；进行测试分选；
所配溶液为HNO3：H2O＝1:2-1:3，HNO3的类别为EL，含量为65.0-68.0％；
硅片在硝酸溶液中浸泡2min-5min，之后再进行2min的去离子水洗。
2.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池去死层方法，其特征在于，硅片在硝酸溶液中的浸泡时间为2min或4min。
3.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池去死层方法，其特征在于，在去磷硅步骤后添加去死层步骤；
扩散后的硅片经过HF液去磷硅清洗后，表面是重掺磷的硅片，把硅片浸入硝酸后会产生极薄的SiO2氧化层；
然后再通过去磷硅工艺，即可去除一层含高浓度磷的硅；
也可重复同样流程来控制的腐蚀量。
4.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池去死层方法，其特征在于，含有以下依次进行的步骤；扩散后的硅片步骤、等离子刻蚀步骤、去磷硅步骤、HNO3腐蚀步骤、去磷硅步骤、PECVD镀膜步骤、丝印烧结步骤和测试分选步骤；其中：
扩散后的硅片步骤：主要是通过单/双面液态磷源扩散，制作N型发射极区，以形成光电转化的基本机构：PN结；
等离子刻蚀的步骤：在高频辉光放电的条件下，甲烷跟氧气气体分解成活性原子和自由基；
去磷硅步骤：去除硅片表面氧化层及扩散室形成的磷硅玻璃，所述磷硅玻璃是指掺有五氧化二磷的二氧化硅层，其反应过程是氢氟酸跟二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体；若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络合物六氟硅酸；
PECVD镀膜步骤：制作减少硅片表面反射的氮化硅薄膜；利用高频电源辉光放电产生等离子体，并将其注入到硅片中；
丝印烧结步骤：通过丝网印刷的方法，完成背场、背电极、正栅线电极的制作，来引出产生的光生电流；具体为：给硅片表面印刷一定图形的银浆或者铝浆，通过烧结后形成欧姆接触；
测试分选步骤：按电流和功率工艺参数大小进行分类。
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