CN102694070B - 一种太阳能电池的pn结制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池的PN结制作方法，在反应容器中对衬底依次执行步骤：在第一温度进行第一次通源；在第二温度进行第一次推结，所述第二温度高于所述第一温度；在所述第二温度进行第二次通源；在第三温度进行第二次推结，所述第三温度高于所述第二温度。采用本发明的太阳能电池的PN结制作方法，缩短了单次通源步骤的时间，在每次通源步骤后进行推结步骤，可以降低衬底表面掺杂区的掺杂浓度梯度，使PN结深比现有技术制作的结深浅，能够提高太阳能电池的电性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是一种太阳能电池的PN结制作方法。
背景技术
目前，晶体硅太阳电池的主要制造工艺已经规范化，其主要工序步骤包括清洗制绒、扩散、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)、丝网印刷和烧结。其中扩散工艺制作太阳电池的PN结是整个太阳电池生产工艺的核心，这是由太阳电池结构的核心部分-PN结所决定的。现在各硅太阳电池生产商采用的扩散方式一般为POCl3(三氯氧磷)液态源扩散。
扩散所需要用的工艺气体主要为2种，分别为氧气(O2)和氮气N2，其中N2又分为两部分，一部分是单独的N2(该氮气一般流量较大，在6L/min以上，俗称大氮，表示方法N2)、另一部分为携带POCl3液态源的N2(因其流量比大氮小，俗称小氮，表示方法N2-POCl3)。这些气体通入石英管后在高温下经过一系列的化学反应最终磷原子扩散进入硅基底形成掺磷的发射区，即PN结。扩散工艺中，通常采用依次进行通源(deposition)和推结(drive in)的扩散工艺，以衬底为P型硅基体，掺杂杂质为磷为例，所述通源步骤为在高温下向放置有硅基体的反应容器中通入适当比例的大氮和小氮，并保持一段时间，通源步骤使得通入反应容器中的大氮和小氮经过一系列的物理化学反应使得硅基体上形成一层磷掺杂，从而与P型硅基体形成PN结；所述推结步骤为在比通源温度稍高的温度下向反应容器中通入适当比例的大氮和小氮，并保持一段时间，推结步骤使得通源时在硅基体表面掺杂的磷原子向深处推动，降低硅基体表面杂质浓度。
参见图1，现有扩散工艺包括：衬底在第一温度进行通源，然后在第二温度进行推结，所述第二温度高于第一为温度。例如第一温度为806℃，第二温度为822℃。即在高温下将硅基底在同一温度(806℃)通入携带POCl3液态源的小氮，经过一系列的物理化学反应使得硅基底上形成一层磷掺杂，从而与原来的P型硅基体形成PN结。虽然恒温通源扩散推结工艺简单稳定性能较好，但是所生产出的太阳电池的结深较深，方块电阻较高，使太阳电池的电性能较低、转换效率不高，不适应光伏行业对电池的各项电性能尤其是转换效率和生产成本控制的要求。
发明内容
本发明解决的问题是如何提高太阳电池的电性能。
为解决上述问题，本发明提供一种太阳能电池的PN结制作方法，在反应容器中对衬底依次执行下列步骤：
在第一温度进行第一次通源；
在第二温度进行第一次推结，所述第二温度高于所述第一温度；
在所述第二温度进行第二次通源；
在第三温度进行第二次推结，所述第三温度高于所述第二温度。
优选地，所述第二温度比第一温度高16℃；所述第三温度比第二温度高13℃。
优选地，所述第一温度为806℃。
优选地，所述通源步骤采用的工艺气体为氮气、氧气和液态三氯氧磷混合气体。
优选地，所述第一次通源步骤中采用的工艺气体为：流量为1680mL/min的小氮、流量为336mL/min的氧气和流量为10L/min的大氮；
其中，所述小氮为携带POCl3液态源的氮气，所述大氮为氮气。
优选地，所述第一次通源步骤持续时间为7分钟；所述第一次推结步骤持续时间为6分钟。
优选地，所述第二次通源步骤中采用的工艺气体为：流量为1800mL/min的小氮，流量为500mL/min的氧气和流量为8L/min的大氮；
其中，所述小氮为携带POCl3液态源的氮气，所述大氮为氮气。
优选地，所述第二次通源步骤持续时间为5分钟；所述第二次推结步骤持续时间为5分钟。
优选地，所述衬底为P型硅基板。
与现有技术相比，本发明的制作方法存在下列优点：
本发明提供的太阳能电池的PN结制作方法，在反应容器中对衬底依次执行步骤：在第一温度进行第一次通源；在第二温度进行第一次推结，所述第二温度高于所述第一温度；在所述第二温度进行第二次通源；在第三温度进行第二次推结，所述第三温度高于所述第二温度。与现有技术相比，采用本发明的制作方法，缩短了单次通源步骤的时间，在每次通源步骤后进行推结步骤，可以降低衬底表面掺杂区的掺杂浓度梯度，使PN结深比现有技术制作的结深浅，提高太阳能电池的转换效率，能够提高太阳能电池的电性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为现有技术扩散工艺的流程图；
图2为本发明的太阳能电池的PN结制作方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。
正如背景技术所述，目前，现有扩散工艺中，通常采用恒温掺杂扩散工艺，虽然这种工艺简单稳定性能较好，但是所生产出的太阳电池的结深较深，方块电阻较高，使太阳电池的电性能较低、转换效率不高，不适应光伏行业对电池的各项电性能尤其是转换效率和生产成本控制的要求。
为了提高太阳能电池的电性能，发明人提供了一种太阳能电池的PN结制作方法，所述方法的技术方案为在不同的温度下对衬底进行两次通源和推结步骤，制作太阳电池的PN结。所述通源步骤采用的工艺气体为氮气、氧气和液态三氯氧磷混合气体。本发明的方法能够在保证扩散后衬底方块电阻均匀性的前提下有效降低了表面杂质浓度，从而防止死层现象的发生，在该工艺条件下，将方块电阻适当调高可以得到更加明显的电性能提高(如方块电阻由现有的60提至70)后电压电流均有较为明显的提升，从而使电性能得到整体上的提高。
图2为本发明太阳能电池的PN结制作方法的流程图，在反应容器中对衬底依次执行下列步骤：
步骤S1，在第一温度进行第一次通源；
步骤S2，在第二温度进行第一次推结，所述第二温度高于所述第一温度；
步骤S3，在所述第二温度进行第二次通源；
步骤S4，在第三温度进行第二次推结，所述第三温度高于所述第二温度。
下面以一个具体实施例详细说明本发明太阳能电池的PN结制作方法的过程。
将经过清洗、制绒等处理后的P型硅衬底放置在高温反应容器内，将反应容器内温度升温至806℃，待反应容器内温度稳定后执行步骤S1，在806℃(即第一温度)进行第一次通源，具体为：
向反应容器中通入流量为1680mL/min的小氮、流量为336mL/min的氧气和流量为10L/min的大氮，持续时间7分钟。
其中，小氮为携带POCl3液态源的氮气，大氮为氮气。在该步骤中，发生的化学反应有：
POCl3液态源在600℃以上分解为PCl5和P2O5，然后与Si反应生成P扩散到硅衬底内部，与P型硅基体形成PN结，SiO2与P2O5一起在衬底表面形成一层磷硅玻璃。
然后执行步骤S2，在822℃(即第二温度)进行第一次推结，具体为：
将反应容器内的温度升高至822℃并稳定后，向反应容器中通入流量为1000mL/min的氧气和流量为10L/min的大氮，持续时间6分钟。
本步骤使得步骤S1通源时在硅基体表面掺杂的磷原子向深处推动，降低硅基体表面杂质浓度。
接着执行步骤S3，在822℃进行第二次通源，具体为：
向822℃的工艺容器内通入流量为1800mL/min的小氮，流量为500mL/min的氧气和流量为8L/min的大氮，持续时间5分钟。
该步骤中发生的化学反应与步骤S1中的相同。
最后，执行步骤S4，在835℃(即第三温度)进行第二次推结，具体为：
将反应容器内的温度升高至835℃并稳定后，向反应容器中通入流量为1000mL/min的氧气和流量为10L/min的大氮，持续时间5分钟。
至此，硅衬底经过了两个通源和推结周期，在硅基体表面形成了掺杂磷的表面层。
这里需要说明的是，与本发明必然相关的衬底清洗、表面制绒、以及降温后将处理过的衬底取出等步骤没有在这里详细描述，这些步骤都可以采用现有的技术，这里不再详细列出。
采用本发明的制作方法，缩短了单次通源步骤的时间，在每次通源步骤后进行推结步骤，可以降低掺杂区的掺杂浓度梯度，使PN结深比现有技术制作的结深浅，提高其转换效率。
发明人测试了采用本发明的方法制作的太阳电池PN结的电性能，见表1，从表中可以看出，PN结的开路电压平均为0.618伏，断路电流平均为8.41安，转换效率平均为16.53％。
表1本发明的方法制作的太阳电池PN结的电性能
发明人采用一次通源和推结扩散工艺(即现有技术)制作的太阳能硅基片的PN结，具体为：
在806℃的反应容器中进行通源：
通入流量为1680mL/min的小氮，流量为336mL/min的氧气，流量为10L/min的大氮的工艺气体，持续时间12分钟。
反应容器中升温至827℃并稳定后进行推结：
通入流量为1000mL/min的小氮和流量为9L/min大氮的工艺气体，持续时间为12分钟。
反应容器的稳定降至设定的出炉温度，取出硅片。
发明人测试了采用现有技术制作的太阳电池PN结的电性能，见表2，从表中可以看出，PN结的开路电压平均为0.615伏，断路电流平均为8.29安，转换效率平均为16.29％。
表2现有技术制作的太阳电池PN结的电性能
通过对比表1和表2中的测试结果，采用本发明的PN结制作方法制作的样品转换效率由现有技术的16.29提高到16.53，有0.24％的提高，其中主要体现在开路电压和短路电流上，从平均值来看，开路电压提高了0.003，短路电流提高了0.12。由此可见，采用本发明的技术方案，通源时间和工艺气体流量变化不大的情况下，可以有效地提高硅太阳电池的转换效率，最终达到提高太阳电池的生产效益和效率的目的。
这里需要特别说明的是，本发明中的工艺气体的流量(大氮、小氮和氧气的流量)、进行各步骤的温度不受实施例中的具体数字的限制，在实际工艺中，可以有其他的选择。用于掺杂的液态源不限于POCl3(三氯氧磷)，也可以为其他5价掺杂源。衬底不限于硅衬底，也可以为其他P型衬底。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (4)
1.一种太阳能电池的PN结制作方法，其特征在于，在反应容器中对衬底依次执行下列步骤：
在第一温度进行第一次通源；
在第二温度进行第一次推结，所述第二温度高于所述第一温度；
在所述第二温度进行第二次通源；
在第三温度进行第二次推结，所述第三温度高于所述第二温度；
其中，所述第二温度比第一温度高16℃；所述第三温度比第二温度高13℃；
所述第一次通源步骤持续时间为7分钟；所述第一次推结步骤持续时间为6分钟；
所述通源步骤采用的工艺气体为氮气、氧气和液态三氯氧磷混合气体；
所述第一次通源步骤中采用的工艺气体为：流量为1680mL/min的小氮、流量为336mL/min的氧气和流量为10L/min的大氮；
所述第二次通源步骤中采用的工艺气体为：流量为1800mL/min的小氮，流量为500mL/min的氧气和流量为8L/min的大氮；
所述小氮为携带POCl3液态源的氮气，所述大氮为氮气。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一温度为806℃。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第二次通源步骤持续时间为5分钟；所述第二次推结步骤持续时间为5分钟。
4.根据权利要求1-2任一项所述的制作方法，其特征在于，所述衬底为P型硅基板。
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