CN102881766A - 一种用于太阳能电池的发射极制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，包括如下步骤：步骤A：采用扩散工艺在基体硅片（1）表面制作PN结形成表层杂质分布层（2）；步骤B：对步骤A中的表层杂质分布层（2）进行氧化处理，在表层杂质分布层（2）表面快速生长一层均匀分布的氧化层（3）；步骤C：将步骤B中的氧化层（3）去除。解决常规扩散工艺无法避免产生“死层”的现象，进一步减少表面浓度，提高少子寿命，提高电池的转化效率，降低太阳能电池的生产成本。

Description

一种用于太阳能电池的发射极制作工艺
技术领域
本发明涉及太阳能电池的生产方法，具体的是指一种用于太阳能电池的发射极制作工艺。
背景技术
目前，在P型太阳能电池发射极制作领域，普遍采用的方法是将POCL3液态源和氧气在高温下进行分解反应，产生的P2O5沉积在硅片表面与Si反应生成单质P原子和SiO2，P原子在高温下扩散进入硅片内部，在硅片表面形成一层很薄的N型层，该N型层与P型基体硅之间形成一个PN结，构成太阳能电池的发射极。
太阳能电池PN结内部的杂质分布状况和PN结所处结深的大小都会对太阳能电池的转化效率构成直接的影响。因此，如何通过优化太阳能电池PN结的制作工艺从而改善PN结的质量，提高电池的转化效率，降低生产成本，已成为业内的重要工作之一。
目前业内在制作太阳能电池PN结时大多采用一步或多步沉积的方式，所采用的扩散温度大多处于800℃-900℃之间。为了减少工艺时间，增加产能，通常都会采用较高的温度并通以更多的磷源。高温高磷源量的扩散方式可以大大缩短扩散工艺时间，同时可以获得较好的均匀性，但由于具有较高的表面浓度和较低的少子寿命，所制得的电池转化效率较低，衰减严重，而逐渐被人们所放弃。少子寿命是半导体材料和器件的重要参数。它直接反映了材料的质量和器件特性。能够准确的得到这个参数，对于半导体器件制造具有重要意义。 
　　少子，即少数载流子，是半导体物理的概念。 它相对于多子而言。 
　　半导体材料中有电子和空穴两种载流子。如果在半导体材料中某种载流子占少数，导电中起到次要作用，则称它为少子。如，在 N型半导体中,空穴是少数载流子，电子是多数载流子；在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。 
多子和少子的形成:五价元素的原子有五个价电子，当它顶替晶格中的四价硅原子时，每个五价元素原子中的四个价电子与周围四个硅原子以共价键形式相结合，而余下的一个就不受共价键束缚，它在室温时所获得的热能足以便它挣脱原子核的吸引而变成自由电子。出于该电子不是共价键中的价电子，因而不会同时产生空穴。而对于每个五价元素原子，尽管它释放出一个自由电子后变成带一个电子电荷量的正离子，但它束缚在晶格中，不能象载流子那样起导电作用。这样，与本征激发浓度相比，N型半导体中自由电子浓度大大增加了，而空穴因与自由电子相遇而复合的机会增大，其浓度反而更小了。少子浓度主要由本征激发决定，所以受温度影响较大。
为了进一步提高电池的转化效率，降低生产成本，目前业内开始研究开发出低磷源浓度低温扩散工艺，其优点是表面浓度较低，表面“死层”较少，少子寿命高，虽然工艺时间有所延长，但却能在很大程度上节省磷源，同时提高电池的转化效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，该工艺所要解决的目的在于：解决常规扩散工艺无法避免产生“死层”的现象，进一步减少表面浓度，提高少子寿命，提高电池的转化效率，降低太阳能电池的生产成本。
本发明的实现方案如下：一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，包括如下步骤：
步骤A：采用扩散工艺在基体硅片表面制作PN结形成表层杂质分布层；
步骤B：对步骤A中的表层杂质分布层进行氧化处理，在表层杂质分布层表面快速生长一层均匀分布的氧化层；
步骤C：将步骤B中的氧化层去除。
所述扩散工艺为：选取POCL3液态源进行扩散。
所述POCL3液态源扩散的方式是：利用高纯氮气通入到液态POCL3底部鼓泡，使得鼓泡携带POCL3通入到高温炉管内部与氧气和硅片进行反应生成P原子扩散进入硅片表面形成N型层。
所述氧化处理的方法为高温湿氧氧化。
高温湿氧氧化的过程为：将步骤A处理后的基体硅片放在密闭的高温炉中，然后通入高温水蒸气，通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
步骤C中的氧化层去除方法为：将步骤B之后的基体硅片放在氢氟酸溶液（HF溶液）中，待氢氟酸溶液与氧化层反应后取出。
步骤A后的基体硅片方阻比步骤B后的基体硅片方阻低5ohm-30ohm。
步骤A后的基体硅片方阻比步骤B后的基体硅片方阻低5ohm-10ohm或5ohm-20ohm或10ohm-20ohm或10ohm-30ohm或20ohm-30ohm。
步骤B后的基体硅片方阻在60ohm-120ohm范围内。
步骤B后的基体硅片方阻在60ohm-90ohm或90ohm-120ohm或60ohm-100ohm或100ohm-120ohm范围内。
本发明的设计原理在于：由于在利用POCL3液态源扩散的过程中，P2O5与硅片反应生成单质P和SiO2，SiO2覆盖在硅片表面，其内部含有大量的尚未扩散进入硅片的单质P原子，形成PSG（磷硅玻璃）层。因此利用该种方法进行扩散，在硅片表面都不可避免地会生成一层厚度不等的PSG层。
由于Si对P原子的固溶度比SiO2大10倍左右，P原子在SiO2/Si界面处存在强烈的分凝现象，导致大量P原子从PSG中排出并聚集到硅片表面。即这些P原子均聚集到表层杂质分布层远离基体硅片的一侧，所以即使所采用的工艺中磷源使用量很少，在硅片表面仍然会存在一层掺杂浓度很高的区域，该区域内电子的俄歇复合严重，少子寿命几乎为0，对太阳能电池的化效率的贡献也几乎为0。因此，本发明所要解决的第一个问题是，将表层杂质分布层含P原子浓度较高的区域去除掉，使得表层杂质分布层远离基体硅片的一面浓度变小。
另外，由于现有工艺中有些是采用低温长时间扩散所制得的杂质分布曲线较缓，内部杂质浓度梯度小，结深较深，因此，该方法所制得的PN结对太阳光中能量较高穿透力较弱的短波部分光线的响应较差，在一定程度上影响了转化效率。为了解决这一问题，本发明的设计思路是，将太阳能电池的入射面的厚度减小，同时去掉死层，俄歇复合变小，可以减小PN结的结深，增强太阳能电池的短波响应，提高太阳能电池的转化效率。
而解决上述问题的方法的设计思路为：首先不管是采用高温还是低温的扩散制备太阳能电池的方法，还是采用一次扩散成型还是多此扩散成型的方法，只要采用POCL3液态源扩散制备太阳能电池时，必然会生成表层杂质分布层，为了去除表层杂质分布层浓度较高的一面，本发明在POCL3液态源扩散制备之后，直接进行氧化处理，将表层杂质分布层浓度较高的一面进行氧化处理，使其表面生成氧化层，然后利用化学溶液或其他方法将该层的氧化层去除，最后得到去除氧化层后硅片表面杂质层，而该去除氧化层后硅片表面杂质层具备如下特点：1、远离基体硅片的一面浓度小，这点满足本发明所要解决的第一个问题；2、整体厚度变薄，因此可使得穿透能力较弱的光线也能穿透达到结层，以提高太阳能转化率。
因此对本发明的总结如下：
本发明的目的主要通过先采用POCL3液态源进行扩散，在完成扩散并达到设定的方块电阻要求之后，再在高温下利用湿氧进行氧化，在硅片表面快速生长一层设定厚度且均匀分布的氧化层，之后再利用HF溶液将硅片表面的氧化层和PSG清洗掉。
所述POCL3液态源扩散方式是指利用高纯氮气通入到液态POCL3底部鼓泡，携带POCL3通入到高温炉管内部与氧气和硅片进行反应生成P原子扩散进入硅片表面形成N型层。
所述完成扩散后达到的设定方块电阻要求是根据氧化后所需方阻大小来进行设定，一般情况下，扩散后的设定方块电阻比氧化后的方块电阻低5ohm-30ohm。而氧化后所需方阻大小根据太阳能电池丝网印刷所使用的网版和浆料以及其他各工序工艺所匹配而得来的，其大小在60ohm-120ohm范围内。上述方块电阻达到上述参数，即可得到本发明所要求的发射极。
所述用于湿氧氧化的设定温度没有具体要求。
所述湿氧氧化的方法为将硅片放在密闭的高温炉中，然后通入一定流量的水蒸气，通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层，未反应完及生成的残余气体通过尾气排放系统排出。
所述氧化层的设定厚度没有具体要求，可根据实际电性能情况进行调节。
所述用于清洗氧化层及PSG的HF溶液设定浓度没有要求。
本发明的优点在于：
1.解决常规扩散工艺无法避免产生“死层”的现象，进一步减少表面浓度，提高少子寿命，提高电池的转化效率，降低太阳能电池的生产成本。
2．提供一条简洁容易操作的去“死层”方法，在去除死层的同时能够保证方阻的大小和均匀性，同时还能保证杂质在硅片内部具有更优的分布；
3. 解决传统低温长时间扩散工艺所制得的PN结结深较深，所制得电池的短波响应较差，转化效率受到影响的缺陷，在去除表面“死层”的同时减小结深，提高太阳能电池的短波响应；
4. 减少在扩散工艺的推进过程中因分凝作用导致的表面浓度过高问题。
附图说明
图1是基体硅片在各个步骤中反应后形成的结构示意图。
图中的标号分别表示为：1、基体硅片；2、表层杂质分布层；3、氧化层；4、去除氧化层后硅片表面杂质层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示。
步骤A：采用扩散工艺在基体硅片1表面制作PN结形成表层杂质分布层2；
步骤B：对步骤A中的表层杂质分布层2进行氧化处理，在表层杂质分布层2表面快速生长一层均匀分布的氧化层3；
步骤C：将步骤B中的氧化层3去除。
实施例2
如图1所示。
步骤A：采用扩散工艺在基体硅片1表面制作PN结形成表层杂质分布层2；所述扩散工艺为：选取POCL3液态源进行扩散。所述POCL3液态源扩散的方式是：利用高纯氮气通入到液态POCL3底部鼓泡，使得鼓泡携带POCL3通入到高温炉管内部与氧气和硅片进行反应生成P原子扩散进入硅片表面形成N型层。
步骤B：对步骤A中的表层杂质分布层2进行氧化处理，在表层杂质分布层2表面快速生长一层均匀分布的氧化层3；所述氧化处理的方法为高温湿氧氧化。高温湿氧氧化的过程为：将步骤A处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中，然后通入高温水蒸气，通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
步骤C：将步骤B中的氧化层3去除。步骤C中的氧化层3去除方法为：将步骤B之后的基体硅片1放在氢氟酸溶液HF溶液中，待氢氟酸溶液与氧化层3反应后取出。
实施例3 
本实施例与实施1和实施例2的区别在于：
步骤A后的基体硅片1方阻比步骤B后的基体硅片1方阻低5ohm-30ohm。
步骤B后的基体硅片1方阻在60ohm-120ohm范围内。
实施例4
本实施例与实施1和实施例2的区别在于：
步骤A后的基体硅片1方阻比步骤B后的基体硅片1方阻低5ohm-10ohm。步骤B后的基体硅片1方阻在60ohm-120ohm范围内。
实施例5
本实施例与实施1和实施例2的区别在于：
步骤A后的基体硅片1方阻比步骤B后的基体硅片1方阻低5ohm-20ohm。步骤B后的基体硅片1方阻在60ohm-90ohm范围内。
实施例6
本实施例与实施1和实施例2的区别在于：
步骤A后的基体硅片1方阻比步骤B后的基体硅片1方阻低。10ohm-20ohm。步骤B后的基体硅片1方阻在90ohm-120ohm范围内。
实施例7
本实施例与实施1和实施例2的区别在于：
步骤A后的基体硅片1方阻比步骤B后的基体硅片1方阻低10ohm-30ohm。步骤B后的基体硅片1方阻在100ohm-120ohm范围内。
实施例8
本实施例与实施1和实施例2的区别在于：
步骤A后的基体硅片1方阻比步骤B后的基体硅片1方阻低20ohm-30ohm。步骤B后的基体硅片1方阻在60ohm-100ohm范围内。
实施例9
本实施例与实施例2的区别在于：
步骤B中：高温湿氧氧化的过程为：将步骤A处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中炉，体温为600摄氏度-1000摄氏度，然后通入水蒸气，在炉体的高温下，形成高温水蒸气，通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
实施例10
本实施例与实施例2的区别在于：
步骤B中：高温湿氧氧化的过程为：将步骤A处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中炉体温为700摄氏度，然后通入水蒸气，在炉体的高温下，形成高温水蒸气，通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
实施例11
本实施例与实施例2的区别在于：
步骤B中：高温湿氧氧化的过程为：将步骤A处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中炉体温为800摄氏度，然后通入水蒸气，在炉体的高温下，形成高温水蒸气，通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
实施例12
本实施例与实施例2的区别在于：
步骤B中：高温湿氧氧化的过程为：将步骤A处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中炉体温为900摄氏度，然后通入水蒸气，在炉体的高温下，形成高温水蒸气，通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
总结上述实施例：本发明设计的太阳能电池发射极制作方法，首先采用常规扩散工艺在基体硅片1表面制作PN结，在完成扩散并达到设定表层杂质分布层2之后，再在高温下利用湿氧进行氧化，在硅片表面快速生长一层设定厚度且均匀分布的氧化层3，然后再将表面的氧化层3清洗掉，所制得的太阳能电池发射极具有更低的表面浓度，更浅的结深，从而能够显著提高电池的转化效率。
1. 对于本方案中所涉及氧化前的常规扩散工艺，可有多种实现方式，只要是采用POCL3液态源的方式进行扩散均适用于本案；
2. 对于扩散后的氧化过程，可以单独进行，在设备条件允许的情况下也可以在直接在扩散工艺的后面增加一个氧化步骤来实现； 
3. 对于氧化层的生长可采取多种方式进行，本方案中利用水蒸气来生长氧化层的方式只是其中之一。只要涉及到先扩散然后利用在扩散表面生长较厚的氧化层来去除“死层”的方式，均属于本方案的保护范围。
如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (8)

1. 一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A：采用扩散工艺在基体硅片（1）表面制作PN结形成表层杂质分布层（2）；
步骤B：对步骤A中的表层杂质分布层（2）进行氧化处理，在表层杂质分布层（2）表面快速生长一层均匀分布的氧化层（3）；
步骤C：将步骤B中的氧化层（3）去除。
2. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，其特征在于：所述扩散工艺为：选取POCL3液态源进行扩散。
3. 根据权利要求2所述的一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，其特征在于：所述POCL3液态源扩散的方式是：利用高纯氮气通入到液态POCL3底部鼓泡，使得鼓泡携带POCL3通入到高温炉管内部与氧气和硅片进行反应生成P原子扩散进入硅片表面形成N型层。
4. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，其特征在于：所述氧化处理的方法为高温湿氧氧化。
5. 根据权利要求4所述的一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，其特征在于：高温湿氧氧化的过程为：将步骤A处理后的基体硅片（1）放在密闭的高温炉中，然后通入高温水蒸气，通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
6. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，其特征在于：步骤C中的氧化层（3）去除方法为：将步骤B之后的基体硅片（1）放在氢氟酸溶液中，待氢氟酸溶液与氧化层（3）反应后取出。
7. 根据权利要求1-6中任意一项所述的一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，其特征在于：步骤A后的基体硅片（1）方阻比步骤B后的基体硅片（1）方阻低5ohm-30ohm。
8. 根据权利要求1-6中任意一项所述的一种用于太阳能电池的发射极制作工艺，其特征在于：步骤B后的基体硅片（1）方阻在60ohm-120ohm范围内。
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