CN102856225A - 一种选择性掺杂区域特性的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性掺杂区域特性的检测方法，该方法利用聚焦激光束在选择性掺杂区域及其周边区域进行扫描，同时测量每点产生的光电流，通过对比分析选择性掺杂前后光电流的变化，可以对选择性掺杂的均匀性和电阻进行表征，从而指导制备选择性发射极的工艺改进。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种选择性掺杂区域特性的检测方法。
背景技术
目前太阳电池的生产应用发展迅速，其中晶体硅太阳电池占据主流地位，普通的晶体硅电池采用“化学清洗制绒-高温气体扩散制pn结-PECVD镀制减反射膜-丝网印刷金属浆料-高温烧结金属电极”的制作工艺，电池光电转换效率可到17%-18%。为进一步提高电池的效率，出现许多新的技术，其中选择性发射极是目前被认为未来一个主流的高效电池新技术。
普通的高温气体扩散掺杂制pn结的技术可以在电池形成一个较均匀掺杂层，即形成太阳电池的发射极。这个掺杂层与基底形成pn结，掺杂浓度越高，掺杂层的方块电阻越低。但是均匀单一掺杂层的掺杂浓度必须考虑各方面的不同要求，如果表面掺杂浓度太高，会使光生载流子在表面的复合速率增加，从而增加了电流的内部消耗，输出的电流电压降低；如果表面掺杂浓度太低，那么与金属电极的接触电阻增加，电池的输出电流电压也会降低。
选择性发射极根据上述的矛盾，采用了高低结合的选择性扩散方案，即在一般区域采用低掺杂浓度，在与电极接触区域采用高掺杂浓度的方案。实现这一结构有多种技术手段，一般先采用常规的气体扩散掺杂，再进行后处理，具体包括：两次气体扩散、气体扩散+化学腐蚀反刻、气体扩散+激光掺杂、气体扩散+掺杂浆料，等等。采用选择性发射极可以提高0.3%-0.5%的电池效率。目前有包括尚德等多家主流公司采用这种方案。
选择性发射极的特征是电极区域形成高浓度的掺杂区，该高浓度掺杂区域的宽度一般比电极的宽度稍大，目前电极宽度一般在50~100μm，对应的选择性高掺杂区域一般制作宽度为200~300μm，未来随着电极宽度的减小，选择性高掺杂区域也会进一步减小到100μm以下，从形状上看该区域就是一条细线，长度接近电池的边长（125mm或156mm）。
传统对于扩散浓度，以及扩散层的方块电阻的测量，基本上是针对大面积均匀掺杂表面，测量面积一般要求直径几个mm以上，如4探针法，ECV法等。这些方法对于选择性发射极均无法使用。
因此，如何对选择性发射极区域的掺杂浓度和形成的电阻值进行表征，是一个急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种选择性掺杂区域特性的检测方法，该方法可以对选择性发射区域的掺杂浓度的分布状况和电阻值进行表征。
本发明的上述技术问题是通过如下技术方案来实现的：一种选择性掺杂区域特性的检测方法，采用光速诱导电流技术即聚焦激光束在硅片表面扫描，同时记录扫描各点时产生的光电流值，通过测量选择性掺杂前后光电流的变化情况，获得选择性掺杂区域的特性。
光束诱导电流（Light beam induced current）技术是一种检测光电器件光电转换性能的技术，通过利用聚焦激光束在光电器件表面逐点扫描，同时测量在每一点产生的光电流，通过注入光能量和输出光电流的对比，评价每一点区域的光电转换性能。
为了节省时间，可以不用对整个晶体硅片进行扫描，而仅扫描选择性掺杂区域及其周边区域即可。
同时，为了获得可靠的光电流数据，在靠近选择性掺杂区域及其周边区域制作收集光生电流的电极，可以减少传输电阻对测量的干扰。
本发明所述聚焦激光束的激光波长优选为400~1100nm，该波段为硅的响应波段，如使用其他衬底材料，可选择相应材料的响应波段。
本发明所述聚焦激光束的光斑直径小于选择性掺杂区域的最小尺寸。如选择性掺杂区域的最小尺寸为其宽度，则本发明所述聚焦激光束的光斑直径小于选择性掺杂区域的宽度，如选择性掺杂区域的最小尺寸为其长度，则本发明所述聚焦激光束的光斑直径小于选择性掺杂区域的长度。
通常来说，选择性掺杂区域的最小尺寸为其宽度，选择性掺杂区域的宽度通常在10~300μm之间，所以本发明所述聚焦激光束的光斑直径优选为10~300μm，实际使用时，小于选择性掺杂区域的宽度即可，以保证选择性掺杂区域的所有位置都可以采用激光束扫描到，因此可以检测得到选择性掺杂区内部及周边区域的性能分布特性。
本发明检测选择性掺杂区域的特性通常包括选择性掺杂区域的掺杂浓度分布情况以及选择性掺杂区域的电阻值。在选择性掺杂前后分别对同一个测试区域进行扫描，获得选择性掺杂前后选择性掺杂区及其周围区域的光电流数据。通过对比前后的数据，可以去除样品衬底及其他处理环节引入的影响和测量误差。
所以，本发明通过采用比选择性发射极更细小的聚焦激光束，在晶体硅片的表面如扩散层表面进行扫描，同时测量激光扫描产生的光电流。晶体硅片表面不同的掺杂浓度和电阻对光的吸收和转换程度不同，因此光生电流也不同。通过分析测量区域每一点的光生电流值及其在进行选择性掺杂前后的变化，去除硅片质量、第一次气体扩散等因素的干扰，可以对选择性发射极的掺杂浓度和电阻值的均匀性进行表征，并通过利用其它测量大面积掺杂区域电阻技术（如四探针法，微波电导法等）对电阻值进行标定，可以获得精确的电阻值，从而指导制备选择性发射极的工艺改进。
本发明具有如下优点：
(1)本发明采用聚焦激光束对晶体硅片进行扫描，具有很高的分辨率，可以根据扩散区域的尺寸选用不同的激光，最小光斑直径可以小于10μm，激光扫描的精度按照现有的机械技术，可以达到1μm，完全可以满足现有及可预见的选择性发射极的宽度要求；
(2)本发明能够精确地显示在选择性发射极细长区域内电阻的详细分布，以供技术研发人员分析选择性区域内掺杂浓度的分布情况以及电阻值的大小等特性；
(3)本发明适用于采用多种选择性发射极制备方法制成的选择性发射极结构的太阳电池，也适用于各种不同性能的晶体硅片。
附图说明
图1是本发明实施例1-3中采用的聚焦激光束测量选择性掺杂区域特性的方法的示意图；
图2是本发明实施例1-3中晶体硅片上选择性掺杂前的选择性掺杂区域及电极示意图；
图3是本发明实施例1-3中晶体硅片进行选择性掺杂后的选择性掺杂区域及电极示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1对采用气体扩散+激光掺杂制成的选择性掺杂区域的特性进行检测
(1)硅片完成第一次低掺杂的气体扩散，再镀制表面介质膜，然后在硅片表面按照测试需要印刷一定图案的金属浆料，经烧结后形成金属电极，如附图2所示，每个晶体硅片样品4上设有多个独立的测试区域，其中每个测试区域周围设有收集的电极9，还有与外部电路连接的电极10；
(2)采用光束诱导电流法（激光波长532nm，聚焦激光束的光斑直径大概为30gm），利用聚焦激光束在电池表面扫描，同时通过电极测量相应扫描点产生的光电流，形成测试区域的光生电流详细数据及图像，如图1所示，由激光器1发出稳定激光束6，经过反射镜2和聚焦镜3，形成细小的光斑照射到样品4上，样品放置在具有XY轴精密移动平台5上，光电流通过电流收集器7收集记录数据；
(3)通过喷涂、旋涂等方法在硅片表面制备一层掺杂源，然后按照设定的激光掺杂参数，在测试区域中进行激光掺杂，形成一定形状的重掺杂区，该区域由多条激光扫描掺杂的细线组成，如图3所示，在电极的中间，为选择性掺杂区8；
(4)清洗去除掺杂源，再次使用光束诱导电流法对测试区域及周边进行扫描，获取光生电流数据；
(5)通过将测试区域前后两次的光生电流扫描数据相减，去除硅片本身及第一次气体扩散的影响，获得选择性掺杂区域的电流差值分布图，通过电流差值分析激光选择性掺杂的均匀性。
通过其他方法对电阻的标定参照，可以大致确定激光掺杂的电阻值。目前一般选择性掺杂的电阻值在30~60Ω/cm2，其他区域的电阻值在80~120Ω/cm2。在测试中通过气体扩散制备一系列的参考片，如30~120Ω/cm2之间每隔5Ω/cm2制备一个均匀的参考片，用四探针等方法测试确定参考片上选定区域的电阻，然后在该区域印刷如图2所示收集电极9和与外部电路相连接的电极10，用光生电流扫描获得该区域的电流值，通过将选择性掺杂区域的电流值与不同电阻参考片光生电流值的对比，可以确定选择性掺杂区域的电阻值为40Ω/cm2。
实施例2对采用两次气体扩散制成的选择性掺杂区域的特性进行检测
(1)由于两次气体扩散中间不能制作电极，因此可采用同一晶棒中部切割出来的两片相邻硅片，可认为硅片的性能及其内部特征基本一致，在气体扩散时两片硅片以相同方位摆放在扩散炉中部相邻的位置，可认为扩散的过程基本一致，使两片硅片扩散后的性能相差很小；
(2)两片硅片完成一次气体扩散后，将其中一片做参考片，完成镀膜、印刷烧结电极，如图2所示；
(3)另一片做测试片，在表面按照选择性发射极图案制作掩膜，然后再进行第二次气体扩散，如图3所示，之后除去掩膜，完成与参考片相同的镀膜、印刷烧结电极；
(4)通过将测试区域前后两次的光生电流扫描数据相减，去除硅片本身及第一次气体扩散的影响，获得选择性掺杂区域的电流差值分布图，通过电流差值分析激光选择性掺杂的均匀性。
通过其他方法对电阻的标定参照，可以大致确定激光掺杂的电阻值。目前一般选择性掺杂的电阻值在30~60Ω/cm2，其他区域的电阻值在80~120Ω/cm2。在测试中通过气体扩散制备一系列的参考片，如30~120Ω/cm2之间每隔5Ω/cm2制备一个均匀的参考片，用四探针等方法测试确定参考片上选定区域的电阻，然后在该区域印刷如图2所示收集电极9和与外部电路相连接的电极10，用光生电流扫描获得该区域的电流值。通过将选择性掺杂区域的电流值与不同电阻参考片光生电流值的对比，可以确定选择性掺杂区域的电阻值为35Ω/cm2。
实施例3对采用气体扩散+掺杂浆料制成的选择性掺杂区域特性进行检测
(1)硅片完成第一次低掺杂的气体扩散，再镀制表面介质膜，然后在硅片表面按照测试需要印刷一定图案的金属浆料，经烧结后形成金属电极，如图2所示；
(2)如图1所示，采用光束诱导电流法（激光波长为633nm,光斑直径50μm），利用聚焦激光束在电池表面扫描，同时通过电极测量相应扫描点产生的光电流，形成测试区域的光生电流详细数据及图像；
(3)通过丝网印刷或精密打印等方法将掺杂浆料按照选择性发射极的图案印到硅片表面，如图3所示，然后进行快速烧结，使掺杂浆料向硅体掺杂扩散，形成选择性发射极，最后清洗残余的浆料；
(4)如图1所示，再次使用光束诱导电流法对测试区域及周边进行扫描，获取光生电流数据；
(5)通过将测试区域前后两次的光生电流扫描数据相减，去除硅片本身及第一次气体扩散的影响，获得选择性掺杂区域的电流差值分布图，通过电流差值分析激光选择性掺杂的均匀性。
通过其他方法对电阻的标定参照，可以大致确定激光掺杂的电阻值。目前一般选择性掺杂的电阻值在30~60Ω/cm2，其他区域的电阻值在80~120Ω/cm2。在测试中通过气体扩散制备一系列的参考片，如30~120Ω/cm2之间每隔5Ω/cm2制备一个均匀的参考片，用四探针等方法测试确定参考片上选定区域的电阻，然后在该区域印刷如图2所示收集电极9和与外部电路相连接的电极10，用光生电流扫描获得该区域的电流值。通过将选择性掺杂区域的电流值与不同电阻参考片光生电流值的对比，可以确定选择性掺杂区域的电阻值为50Ω/cm2。
以上列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以上实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种选择性掺杂区域特性的检测方法，其特征是：采用光束诱导电流技术即聚焦激光束在硅片表面扫描，同时记录扫描各点时产生的光电流值，通过测量选择性掺杂前后光电流的变化情况，获得选择性掺杂区域的特性。
2.根据权利要求1所述的选择性掺杂区域特性的检测方法，其特征是：所述聚焦激光束的激光波长为400~1100nm。
3.根据权利要求1所述的选择性掺杂区域特性的检测方法，其特征是：所述聚焦激光束的光斑直径小于选择性掺杂区域的最小尺寸。
4.根据权利要求1或3所述的选择性掺杂区域特性的检测方法，其特征是：所述聚焦激光束的光斑直径为10~300微米。
5.根据权利要求1所述的选择性掺杂区域特性的检测方法，其特征是：检测选择性掺杂区域的特性包括选择性掺杂区域的掺杂浓度分布情况以及选择性掺杂区域的电阻值。
6.根据权利要求1所述的选择性掺杂区域特性的检测方法，其特征是：采用光束诱导电流技术即聚焦激光束在硅片表面的测试区域扫描，同时记录扫描各点时产生的光电流值，通过测量选择性掺杂前后光电流的变化情况，获得选择性掺杂区域的特性。
7.根据权利要求6所述的选择性掺杂区域特性的检测方法，其特征是：所述测试区域为选择性掺杂区域及其周边区域。
8.根据权利要求1所述的选择性掺杂区域特性的检测方法，其特征是：在靠近选择性掺杂区域及其周边区域设置收集光生电流的电极。
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