CN102938370B - 一种太阳能电池片及其扩散方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池片及其扩散方法，包括：提供半导体衬底；在第一温度条件下，在所述半导体衬底的待扩散表面形成杂质层；在第二温度条件下，利用湿法氧化工艺对半导体衬底表面形成有杂质层的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层；在第二温度条件下，对氧化后的半导体衬底进行保温；其中，所述第一温度小于第二温度。利用本发明提供的太阳能电池片的扩散方法，能在降低半导体衬底表面杂质浓度的同时，在半导体衬底内部形成均匀分布的浅结，进而从两个方面提高了太阳能电池片的转化效率。

Description

一种太阳能电池片及其扩散方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种太阳能电池片及其扩散方法。

背景技术

在目前的太阳能电池市场上以晶体硅太阳能电池为主，发展的趋势是在减少生产成本的同时进一步提高太阳能电池的转换效率。目前提高太阳能电池转化效率主要通过两个方面来实现：一方面是均匀太阳能电池表面的杂质浓度；另一方面是降低太阳能电池片的PN结结深。在太阳能电池片的制作过程中，太阳能电池表面的杂质浓度和太阳能电池片的PN结结深主要取决于扩散工艺步骤。

传统的太阳能电池片的制作过程采用的扩散工艺一般为在恒温条件下进行干法氧化扩散，主要包括两个步骤：首先进行杂质沉积，使杂质分布在半导体衬底表面；然后再进行干法氧化扩散，即在扩散的过程中通入干燥的氧气，对制绒后的半导体衬底进行氧化，从而在所述半导体衬底表面沉积有杂质的一侧形成氧化层，用于杂质再分布。

但是，现有技术中利用上述工艺形成的太阳能电池转换效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种太阳能电池片及其扩散方法，用于改善太阳能电池片的表面杂质浓度及太阳能电池片的PN结结深，从而提高太阳能电池片的转化效率。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种太阳能电池电池片的扩散方法，包括：

提供半导体衬底；

在第一温度条件下，在所述半导体衬底的待扩散表面形成杂质层；

在第二温度条件下，利用湿法氧化工艺对半导体衬底表面形成有杂质层的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层；

在第二温度条件下，对氧化后的半导体衬底进行保温；

其中，所述第一温度小于第二温度。

优选的，所述第一温度为780℃~810℃。

优选的，所述第一温度下的反应时间为12min-17min。

优选的，所述第二温度为825℃~870℃。

优选的，在所述第二温度下，进行湿法氧化工艺的反应时间为5min-10min。

优选的，在所述第二温度下，对氧化后的半导体衬底进行保温的反应时间为20min-30min。

优选的，所述利用湿法氧化工艺对半导体衬底表面形成有杂质层的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层包括：

加热DI纯净水，使DI纯净水保持在大于110℃的温度直至完全汽化；

用氮气将汽化后的DI纯净水，推进扩散炉内；

对半导体衬底表面形成有杂质层的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层

优选的，所述扩散方法适用于管式扩散炉。

一种太阳能电池片，包括：

半导体衬底；

形成于所述半导体衬底表面的氧化层；

形成于所述半导体衬底内的浅结；

其中，所述半导体衬底与所述氧化层交界面处的杂质均匀分布；所述浅结内的杂质也均匀分布。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的太阳能电池片的扩散方法，利用杂质在不同温度下活跃度不同的特性，分别在杂质层形成过程和杂质再分布过程采用不同的反应温度，具体为：杂质层形成过程采用较低的第一温度，在低温条件下，杂质的活跃度较低，从而使得杂质能在在半导体衬底的表面分布均匀；在杂质再分布过程中采用较高的第二温度，并通入水汽进行湿法氧化，形成比较疏松的厚氧化层，此时大部分杂质被留在氧化层内，从而降低了半导体衬底表面的杂质浓度。之后再保持第二温度进行保温，由于在杂质层形成过程中形成了均匀分布的杂质层，故杂质在氧化层和半导体衬底的交界处也是均匀分布的，再对所述半导体衬底进行保温，使得氧化层和半导体衬底的交界处均匀分布的部分杂质进入半导体衬底内部形成均匀的PN结，又由于所述半导体衬底表面氧化层对杂质的吸附作用，在一定程度上阻碍了杂质向半导体衬底内部的推进，使得半导体衬底内形成的PN结结深比较浅，即在半导体衬底内形成浅结，从而增强短波响应，提高太阳能电池片的转化效率。

此外，在杂质再分布的过程中，可以通过延长在第二温度条件的下的反应时间，来提高杂质进入半导体衬底内部的深度，从而也可以在半导体衬底内部形成深度要求更高的PN结。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供一种太阳能电池片扩散方法的工艺流程示意图；

图2-图5是本发明实施例一提供的一种太阳能电池片扩散方法过程的剖面结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种太阳能电池片的剖面图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中太阳能电池的转换效率较低。

发明人研究发现，形成上述问题的原因是，在太阳能电池片的制作过程中，其扩散过程为恒温扩散，即在杂质扩散和杂质再分布过程中所采用的扩散温度恒定不变，此种扩散方式主要有两方面的缺陷：首先，恒温扩散条件下，由于杂质再分布过程需要较高的温度，导致杂质扩散过程温度也较高，使得在杂质扩散的过程中，杂质的活跃度较高，由于半导体衬底固有的晶格缺陷，杂质在半导体衬底缺陷处富集量就较大，导致杂质在半导体衬底表面的分布不均匀，影响太阳能电池片的转换效率。

其次，杂质再分布过程中采用干法氧化工艺，在半导体衬底表面形成的氧化层厚度较薄且结构紧凑致密，使得所述氧化层内包含的杂质数量有限，从而导致半导体衬底表面的杂质浓度较高；而结构紧凑致密的氧化层，对杂质再分布有一定的阻碍作用，影响杂质向所述氧化层中扩散，进一步导致所述半导体衬底表面的杂质浓度较高。此外，由于在杂质扩散过程中，杂质在半导体衬底表面的分布并不均匀，所以杂质向半导体衬底内部推进后形成的PN结的浓度和深度也不均匀，从而影响太阳能电池片的转换的效率。

基于上述原因，本发明实施例提供了一种新的太阳能电池片及其扩散方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：提供半导体衬底；

步骤S102：在第一温度条件下，在所述半导体衬底的待扩散表面形成杂质层；

步骤S103：在第二温度条件下，利用湿法氧化工艺对半导体衬底表面形成有杂质层的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层，所述第二温度大于所述第一温度；

步骤S104：在第二温度条件下，对氧化后的半导体衬底进行保温；

由以上所述可知，本发明提供的太阳能电池片的扩散方法，主要分为三部分。首先，在第一温度反应条件下，在提供的半导体衬底的表面形成杂质层；由于第一温度较低，杂质活跃度不高，使得杂质不会因为半导体衬底内固有的晶格缺陷，而导致半导体衬底缺陷处富集量较大，非缺陷处富集量较小，从而使得杂质在半导体衬底的表面均匀分布。然后再提高反应温度，并通入水汽，在第二温度反应条件下进行湿法氧化，从而在半导体衬底表面形成一层疏松的厚氧化层。

最后在第二温度条件下进行保温，使氧化层内的杂质与半导体衬底的杂质重新分布，由于本实施例中所形成的氧化层结构疏松，从而使得所述氧化层对杂质的阻碍作用较小，使得杂质易于向氧化层中扩散，从而降低了所述半导体衬底表面的杂质浓度，提高了太阳能电池片的转化效率。而且，保温过程中，会将杂质向半导体衬底内部推进，以形成PN结，由于在第一温度下形成的杂质层是均匀分布的，故杂质进入半导体衬底内部形成的PN的结深和浓度也是均匀分布的。此外，由于厚氧化层对杂质的吸附作用，在一定程度上阻碍杂质向半导体衬底内推进，从而使得杂质向半导体衬底内部推进的深度较浅，在半导体衬底内部形成浅结。因此，经过此种扩散方法形成的太阳能电池片的表面杂质浓度低，且PN结浓度均匀，结深较浅，从而提高了太阳能电池片的转换效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

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，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

下面结合具体实施例对本发明实施例所提供的太阳能电池片的扩散方法进行具体描述。

实施例一

步骤S101，如图2所示，提供半导体衬底201。

半导体衬底201为后续扩散方法的实现提供工作平台，所示半导体衬底材料可以为单晶材料、也可以多晶材料。半导体衬底的掺杂类型可以为N型掺杂，也可以为P型掺杂。

步骤S102，如图3所示，第一温度条件下，在所述半导体衬底201的待扩散表面形成杂质层202；

采用低温通源的方式通入杂质，即在通入杂质时温度较低。由于在低温条件下，杂质的活跃度较低，杂质在半导体衬底表面均匀分布，且大部分杂质只是沉积在半导体衬底的表面，并未扩散进入到半导体衬底内部，故在半导体衬底表面形成一层均匀分布的杂质层202。此时半导体衬底表面的杂质浓度较高，但是PN结极浅。

在本发明的一个实施例中，所述第一温度的温度范围优选在780℃~810℃之间，反应时间优选为12min-17min，但本发明对此并不限定。

步骤S103，如图4所示，在第二温度条件下，利用湿法氧化工艺对半导体衬底201表面形成有杂质层202的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层203；

在步骤S102的杂质通入完成后，提高反应温度至第二温度，在第二温度条件下通过外围氮气将汽化后的DI纯净水推入扩散炉内，使汽化后的DI纯净水与半导体衬底201的形成有杂质层202的一侧进行氧化反应，在半导体衬底201表面形成氧化层203，所述氧化层203的厚度大约为干法氧化形成的氧化层的厚度的2倍。此时，大部分杂质存在于氧化层203中。

在本发明的一个实施例中，所述第二温度的温度范围优选在825℃~870℃之间，反应时间优选为5min-10min，但本发明对此并不限定。

此步骤中，DI纯净水的汽化过程由外围的加热器完成，在加热器DI纯净水进行汽化的过程中，加热器的温度保持在110℃以上的高温，以保证DI纯净水能够完全汽化。

步骤S104，如图5所示，在第二温度条件下，对氧化后的半导体衬底201进行保温；

在第二温度的高温条件下对步骤S103形成的半导体衬底进行保温，使氧化层203内的杂质和半导体衬底内201的杂质进行重新分布。在杂质再分布过程中，杂质层内的部分杂质进入疏松的厚氧化层203内部形成磷硅玻璃型的氧化层203'。因为步骤103形成的氧化层203较厚，且结构疏松，所以大部分杂质进入氧化层203内部，从而使得半导体衬底201表面的杂质浓度较小；同时，杂质层202内的另一部分杂质向半导体衬底201内部推进形成PN结204。由于氧化层203对杂质的吸附的作用，阻碍了杂质向半导体衬底内部的推进，故只有小部分杂质进入了半导体衬底201内部，从而在所述半导体衬底201内形成的PN结204属于浅结，而且由于步骤102在半导体衬底表面形成的杂质层均匀分布，所以杂质进入半导体衬底内部形成的PN结204的杂质分布也较为均匀，因此在半导体衬底内部形成了均匀分布的且深度较浅的PN结204。由此可见，由图5可以看出，杂质层的杂质大部分扩散到了氧化层203中，形成磷硅玻璃型的氧化层203'，小部分扩散到了半导体衬底中，形成了PN结204。

在本发明的一个实施例中，所述第二温度的温度范围优选在825℃~870℃之间，保温时间优选为20min-30min，但本发明对此并不限定。

综上所述，本发明提供的太阳能电池片的扩散方法，能在降低半导体衬底表面杂质浓度的同时，在半导体衬底内部形成均匀分布的浅结，进而从两个方面提高了太阳能电池片的转化效率。

实施例二

对应于本发明实施例一提供的扩散方法，本发明实施例二提供了一种太阳能电池片。下面结合图6对该太阳能电池电池片的结构进行详细说明。

该太阳能电池片包括：

半导体衬底601；

需要说明的是，本实施例中的半导体衬底材料可以为单晶、也可以为多晶；半导体衬底的掺杂类型可以为N型掺杂，也可以为P型掺杂、本发明对此并不做限定。

形成于所述半导体衬底601内的浅结602；

所述浅结602与半导体衬底601的掺杂类型相反，从而在所述半导体衬底601内形成PN结。由于氧化层603对杂质的吸附作用，一定程度上阻碍了杂质向半导体衬底内部的扩散，从而使得在半导体衬底内部形成的PN结较浅，即在半导体衬底内部形成浅结603。又因为在杂质扩散过程中，在半导体衬底表面形成的杂质层均匀分布，故在杂质向半导体衬底内部扩散后，在半导体衬底内部后形成的浅结602的杂质也是均匀分布的。

形成于所述半导体衬底601表面的氧化层603；

所述氧化层603的厚度为干法氧化形成的氧化层的厚度的2倍。此时，氧化层603内保留着大部分杂质，因此半导体衬底601表面的杂质浓度较低。而且由于在杂质扩散时，在半导体衬底表面形成的杂质层是均匀分布的，所以氧化层603与半导体衬底601交界面的杂质是均匀分布的。

由此可见，本发明提供的太阳能电池片的PN结为低浓度浅结，且由于氧化层的作用使得半导体衬底的表面杂质浓度较低。此外PN结内杂质和氧化层和半导体衬底之间的杂质也都是均匀分布的，故此种太阳能电池片对太阳光的转换效率较高。

以上所述实施例，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。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。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做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内。

Claims (8)

1.一种太阳能电池片的扩散方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底；

在第一温度条件下，在所述半导体衬底的待扩散表面形成杂质层，所述第一温度为780℃～810℃；

在第二温度条件下，利用湿法氧化工艺对半导体衬底表面形成有杂质层的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层，所述氧化层的厚度为干法氧化形成的氧化层的厚度的2倍；

在第二温度条件下，对氧化后的半导体衬底进行保温，使氧化层内的杂质和半导体衬底内的杂质进行重新分布；

其中，所述第一温度小于第二温度。

2.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述第一温度下的反应时间为12min-17min。

3.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述第二温度为825℃～870℃。

4.根据权利要求3所述的扩散方法，其特征在于，在所述第二温度下，进行湿法氧化工艺的反应时间为5min-10min。

5.根据权利要求3所述的扩散方法，其特征在于，在所述第二温度下，对氧化后的半导体衬底进行保温的反应时间为20min-30min。

6.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述利用湿法氧化工艺对半导体衬底表面形成有杂质层的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层包括：

加热DI纯净水，使DI纯净水保持在大于110℃的温度直至完全汽化；

用氮气将汽化后的DI纯净水，推进扩散炉内；

对半导体衬底表面形成有杂质层的一侧进行氧化，在所述半导体衬底表面形成氧化层。

7.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述扩散方法适用于管式扩散炉。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述的扩散方法形成的太阳能电池片，其特征在于，包括：

半导体衬底；

形成于所述半导体衬底表面的氧化层；

形成于所述半导体衬底内的浅结；

其中，所述半导体衬底与所述氧化层交界面处的杂质均匀分布；所述浅结内的杂质也均匀分布。