CN102737964B - 一种晶体硅片及其扩散方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅片的扩散方法，包括如下步骤：(1)将晶体硅片进行制绒、清洗；(2)进行恒定源扩散，炉内气氛为携带扩散源的氮气、氧气和纯氮气，扩散过程中所述携带扩散源的氮气、氧气和纯氮气的流量均保持不变；(3)去除杂质玻璃，清洗；(4)进行限定源扩散，扩散过程中只通入氮气和氧气，且氮气和氧气流量保持不变；(5)扩散结束，取出硅片；所述硅片的表面掺杂浓度为1×1020~5×1020atom/cm3；其PN结的结深为0.5~1微米。本发明的扩散方法有效的降低了因表面掺杂浓度高导致的“死层”效应，减少了表面光生载流子的俄歇复合，提高少子寿命。

Description

一种晶体硅片及其扩散方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅片及其扩散方法，该晶体硅片可用来制备太阳能电池片，属于太阳电池领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池，有着优异的电学性能和机械性能。因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。
目前，常规的晶体硅太阳电池的生产工艺是从晶体硅片出发，进行制绒，扩散，绝缘，镀膜，丝印烧结。其中，晶体硅片的扩散是太阳电池发电的关键步骤，扩散结的特性好坏影响了电池的效率。现有的扩散方法一般都是通过一步扩散法实现的，即将硅片放入扩散炉中，通入扩散源、载气等，加热扩散一段时间即可。
然而，上述扩散方法制备的PN结表面掺杂浓度较高，形成“死层”。以磷扩散为例，N+N/P硅太阳能电池的发射区N+是由磷扩散形成的高浓度浅结区域，在这种区域非电活性磷原子处于晶格间隙位置会引起晶格损伤，由于磷原子与硅原子的半径不匹配，高浓度的磷还会造成晶格失配。在硅太阳能电池表层，少数载流子的寿命极低，表层吸收的短波光子所产生的光生载流子基本又复合，此表层称为“死层”。因而传统的一步扩散法制备的硅太阳能电池的表面光生载流子复合严重，少子寿命低，短波响应差，从而导致电池光电转换效率低。
针对上述问题，现有的方法主要有2种：一是把扩散后的硅片进行氧化，然后去除其氧化层来去除死层；二是通过调整扩散工艺来减少死层的产生。
然而，第一种方法会增加操作步骤，提高了工艺的复杂度，相对提高了生产成本，且均匀性难以保证。第二种方法主要是通过调整一次扩散工艺来制备浅结电池，降低PN结的深度（其结深一般为0.3微米左右），但是该方法为了保证一定的方块电阻值，需要较高的表面掺杂浓度，因而无法真正避免“死层”的存在，同时该方法的工艺难度较大，不易实施。
发明内容
本发明目的是提供一种晶体硅片及其扩散方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种晶体硅片的扩散方法，包括如下步骤：
(1) 将晶体硅片进行制绒、清洗；
(2) 将上述晶体硅片进行恒定源扩散，炉内气氛为携带扩散源的氮气、氧气和纯氮气，扩散过程中所述携带扩散源的氮气、氧气和纯氮气的流量均保持不变；
(3) 将上述恒定源扩散之后的硅片去除杂质玻璃，清洗；
(4) 将上述硅片进行限定源扩散，扩散过程中只通入氮气和氧气，且氮气和氧气流量保持不变；
(5) 扩散结束，取出硅片；所述硅片的表面掺杂浓度为1×1020 ~5×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.5~1微米。
上文中，所述步骤(1)和(3)为现有技术。
所述步骤(2)中的恒定源扩散是指恒定表面浓度扩散，即在整个扩散过程中，硅片表面浓度NS保持不变，N（x，t）=NSerfc（x/（2*（Dt）1/2））；式中erfc称作余误差函数，因此恒定源扩散分布符合余误差分布。
所述步骤(4)中的限定源扩散是指杂质源限定在硅片表面薄的一层，杂质总量Q是常数。N（x，t）=（Q/（pDt）1/2）*exp（-X2/4Dt）；式中，exp（-X2/4Dt）是高斯函数，因此限定源扩散时的杂质分布是高斯函数分布。
由以上的求解公式，可以看出扩散系数D以及表面浓度对恒定表面扩散的影响相当大。
本发明扩散完成后制得的硅片的表面掺杂浓度为1×1020 ~5×1020 atom/cm3；因此是一种低表面掺杂浓度的PN结。上述硅片的表面掺杂浓度的值是通过电化学ECV测试得到的。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，所述携带扩散源的氮气的流量为800~1000 sccm，纯氮气的流量为5~20 slm，氧气流量为300~800 sccm。例如，当扩散为磷扩散时，所述扩散源为磷源。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，所述恒定源扩散为变温扩散，扩散温度由840℃~860℃降至800℃~820℃，扩散时间为10~30 min。
上述技术方案中，所述步骤(4)中，氮气流量为1~8 slm，氧气流量为300~800 sccm；所述限定源扩散为恒温扩散，扩散温度为830℃~870℃，扩散时间为20~80 min。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，所述恒定源扩散之后获得的硅片的方块电阻为125~150欧姆/sq。
上述技术方案中，所述步骤(4)中，所述限定源扩散之后获得的硅片的方块电阻为60~90欧姆/sq。
优选的，所述步骤(5)得到的硅片的表面掺杂浓度为2×1020 ~3×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.6~0.8微米。
本发明同时请求保护由上述扩散方法制得的晶体硅片。
上述技术方案中，所述晶体硅片的表面掺杂浓度为1×1020 ~5×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.5~1微米。
优选的，所述步骤(5)得到的硅片的表面掺杂浓度为2×1020 ~3×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.6~0.8微米。
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晶体硅片的扩散方法，由其制得的硅片的表面掺杂浓度为1×1020 ~5×1020 atom/cm3，是一种低表面掺杂浓度的PN结，因而有效的降低了因表面掺杂浓度高导致的“死层”效应，减少了表面光生载流子的俄歇复合，提高少子寿命；对于传统晶硅太阳能电池可以有效的提高开路电压和短路电流，从而可以提高晶硅太阳能电池的效率。
2．本发明是一种制备低表面掺杂浓度PN结的有效方法，由本发明的扩散方法制得的硅片的PN结的结深为0.5~1微米，其结深相对较深，结深对于表面光生载流子的俄歇复合的影响很小，低表面的掺杂浓度可以最大的发挥短波响应。
3．本发明的扩散方法简单易行，操作简单，适于推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例一和对比例一种硅片的表面掺杂浓度对比图。
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
1、一种晶体硅片的扩散方法，包括如下步骤：
(1) 将晶体硅片进行制绒、清洗；所述晶体硅片为P型多晶硅片，电阻率为1~3Ω·cm；
(2) 将上述晶体硅片放入扩散炉中进行恒定源扩散，炉内气氛为携带三氯氧磷的氮气、氧气和纯氮气，所述携带三氯氧磷的氮气的流量为800 sccm，氧气流量为600 sccm，纯氮气的流量为10 slm；所述扩散为变温扩散，温度由840℃降至800℃，扩散时间为30min，扩散后方块电阻为150欧姆/sq；
(3) 将上述恒定源扩散之后的硅片去除磷硅玻璃（PSG），清洗；
(4) 将上述硅片进行限定源扩散，扩散过程中只通入氮气和氧气，且氮气和氧气流量保持不变；氮气流量6 slm，氧气流量为600 sccm，扩散为恒温扩散，扩散温度为850℃，扩散时间为30min，扩散后的方块电阻为67欧姆/sq；
(5) 扩散结束，取出硅片；所述硅片的表面掺杂浓度为2.5×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.7微米。
对比例一
采用与实施例一相同晶体硅片，用常规的一步扩散法进行磷扩散，即将上述硅片放入扩散炉中进行磷扩散，炉内气氛为携带三氯氧磷的氮气、氧气和纯氮气，其中，所述携带三氯氧磷的氮气的流量为900 sccm，氧气流量为600 sccm，纯氮气的流量为10 slm，且携带三氯氧磷的氮气、氧气以及纯氮气的流量均保持不变；扩散温度为850℃，扩散时间为30min，扩散后的方块电阻为67欧姆/sq。
实施例一和对比例一中的方块电阻的测试方法为四探针法。
然后对实施例一和对比例一中的硅片进行了表面浓度的测试对比。用电化学微分电容电压法测得硅片PN结的磷杂质表面掺杂浓度，如图1所示；从图1可见：对比例一中的一步扩散法扩散的硅片表面掺杂浓度为1.0×1021atom/cm3，而采用实施例一的扩散法扩散后的硅片表面掺杂浓度为2.5×1020cm-3atom/cm3，因而可以明显的看出，本发明的扩散法制备的PN结表面掺杂浓度明显的降低了。

Claims (9)

1.一种晶体硅片的扩散方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将晶体硅片进行制绒、清洗；
(2) 将上述晶体硅片进行恒定源扩散，炉内气氛为携带扩散源的氮气、氧气和纯氮气，扩散过程中所述携带扩散源的氮气、氧气和纯氮气的流量均保持不变；
(3) 将上述恒定源扩散之后的硅片去除杂质玻璃，清洗；
(4) 将上述硅片进行限定源扩散，扩散过程中只通入氮气和氧气，且氮气和氧气流量保持不变；
(5) 扩散结束，取出硅片；所述硅片的表面掺杂浓度为1×1020 ~5×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.5~1微米；
所述步骤(2)中，所述恒定源扩散为变温扩散，扩散温度由840℃~860℃降至800℃~820℃，扩散时间为10~30 min。
2.根据权利要求1所述的晶体硅片的扩散方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述携带扩散源的氮气的流量为800~1000 sccm，纯氮气的流量为5~20 slm，氧气流量为300~800 sccm。
3.根据权利要求1所述的晶体硅片的扩散方法，其特征在于：所述步骤(4)中，氮气流量为1~8 slm，氧气流量为300~800 sccm；所述限定源扩散为恒温扩散，扩散温度为830℃~870℃，扩散时间为20~80 min。
4.根据权利要求1所述的晶体硅片的扩散方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述恒定源扩散之后获得的硅片的方块电阻为125~150欧姆/sq。
5.根据权利要求1所述的晶体硅片的扩散方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述限定源扩散之后获得的硅片的方块电阻为60~90欧姆/sq。
6.根据权利要求1所述的晶体硅片的扩散方法，其特征在于：所述步骤(5)得到的硅片的表面掺杂浓度为2×1020 ~3×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.6~0.8微米。
7.由权利要求1至6中任一项所述的扩散方法制得的晶体硅片。
8.根据权利要求7所述的晶体硅片，其特征在于：所述晶体硅片的表面掺杂浓度为1×1020 ~5×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.5~1微米。
9.根据权利要求7所述的晶体硅片，其特征在于：所述晶体硅片的表面掺杂浓度为2×1020 ~3×1020 atom/cm3；其PN结的结深为0.6~0.8微米。
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