CN103151421A - 晶体硅太阳能电池的浅浓度扩散工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的浅浓度扩散工艺，在现有的工艺基础上进行改进，经一次氧化，一次沉积，一次恒温三个步骤，得到电池的P-N结，在沉积和恒温推进过程中控制降低扩散浓度，减少扩散步骤，从而减少扩散后结的死层，增大P-N结与浆料的契和度，可提高太阳能电池的短路电流0.2-0.25A，从而使电池片效率提高3％以上。

Description

晶体硅太阳能电池的浅浓度扩散工艺
技术领域：
本发明专利涉及一种常规晶体硅太阳能电池扩散工艺，特别涉及一种晶体硅太阳能电池的浅浓度扩散工艺，本发明专利经一次氧化，一次沉积，一次恒温三个步骤，得到电池的P-N结，在沉积和恒温推进过程中控制降低扩散浓度，减少扩散步骤，从而减少扩散后结的死层，增大P-N结与浆料的契和度。
背景技术：
目前晶体硅电池制造的常规工艺已经进入标准化，其各道工序工艺过程及目的如下：
(1)表面结构及清洗：即制绒清洗，在表面形成大小均匀、完全覆盖的金字塔结构或小坑，利用折射或陷光原理来增强光的吸收，降低电池表面的反射率；
(2)扩散：在以P型硅片为衬底的材料上沉积一层磷，进而形成P-N结，使太阳能电池在光照的情况下产生光伏效应；
(3)刻蚀：去掉电池片边缘P-N结避免太阳电池短路；
(4)沉积减反射膜SixNy：镀氮化硅薄膜，折射率在2.0-2.15，可将硅片表面反射率降低到3％左右；其还具有卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用；
(5)印刷电极：将太阳电池转换的电能输出；
(6)烧结：将印刷的电极与电池片形成良好的欧姆接触，半导体材料与金属接触时没有形成整流接触，欧姆接触具有线形和对称的V-I特性，且接触时的电阻远小于材料电阻的一种接触，因此当电流通过时，良好的欧姆接触不会产生显著的压降和功耗；
(7)测试分选及包装：将制作完成的电池片测试，并按相应的条件分档，达到相应的数目后按要求进行包装。
根据目前生产工序上的工艺情况：硅片表面参杂浓度应在5×10e19atom/cm3左右，且同一深度原子浓度相同。参杂浓度过大会使P-N结带宽急剧收缩，导致反向饱和电流增大，致使开路电压降低；同时，表面浓度过高会在表面形成死层，大量的光生载流子将会被复合。
发明内容：
本发明专利的目的在于提供一种通过减少扩散步骤，从而减少扩散后结的死层，增大P-N结与浆料的契和度的晶体硅太阳能电池的浅浓度扩散工艺。
为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是：
晶体硅太阳能电池的浅浓度扩散工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
A、采用导电类型为P型的硅片原料，制备绒面、清洗并甩干；
B、氧化：在温度780℃-785℃条件下通入流量为8-10slm的N2及3-5slm的O2，并将清洗干净的硅片进入到扩散管中进行氧化，得到20-25nm厚的氧化层，即SiO2；
C、沉积：待氧化完成后，继续通入流量为8-10slm的N2、1.2-1.5slm的O2及0.5-0.6slm携带有扩散源-POCl3的N2的混合气体进行P沉积，硅片在温度780-785℃气氛中与O2、POCl3发生化学反应，生产磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯气，时间为300-360s，主要反应方程式如下：
Si+O2＝SiO2
5POCl3＝P2O5+3PCl5(高温)
4PCl5+5O2＝2P2O5+10Cl2(高温)
2P2O5+5Si＝4P+5SiO2
D、恒温推进：温度提升到805℃，继续通入流量为8-10slm的N2、1.2-1.5slm的O2及0.5-0.6slm携带有扩散源-POCl3的N2的混合气体进行推进，使之前沉积的P更均匀地分布在硅片上，推进时间为20-30min，注意整个扩散工艺过程中，控制携源N2的流量不超过0.6slm，化学反应原理同C；
E、D步骤完成后继续通入流量为3-5slm的O2以便与未消耗完的PCl5继续反应，还可以防止未反应完的化学品逸散到工作区域，对操作人员造成危害，并降温至780-785℃，时间为500-600s；
F、出舟、冷却：等扩散后的硅片冷却到室温，测试合格后卸片，流入下道工序；
G、经过以上步骤，得到扩散后的硅片，硅片表面方块电阻为85-90Ω/□。
本发明专利在现有的工艺基础上进行改进，经一次氧化，一次沉积，一次恒温三个步骤，得到电池的P-N结，在沉积和恒温推进过程中控制降低扩散浓度，减少扩散步骤，从而减少扩散后结的死层，增大P-N结与浆料的契和度，可提高太阳能电池的短路电流0.2-0.25A，从而使电池片效率提高3％以上。
具体实施方式：
晶体硅太阳能电池的浅浓度扩散工艺，所述工艺包括以下步骤：
A、采用导电类型为P型的硅片原料，制备绒面、清洗并甩干；
B、氧化：在温度780℃-785℃条件下通入流量为8-10slm的N2及3-5slm的O2，并将清洗干净的硅片进入到扩散管中进行氧化，得到20-25nm厚的氧化层，即SiO2；
C、沉积：待氧化完成后，继续通入流量为8-10slm的N2、1.2-1.5slm的O2及0.5-0.6slm携带有扩散源-POCl3的N2的混合气体进行P沉积，硅片在温度780-785℃气氛中与O2、POCl3发生化学反应，生产磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯气，时间为300-360s，主要反应方程式如下：
Si+O2＝SiO2
5POCl3＝P2O5+3PCl5(高温)
4PCl5+5O2＝2P2O5+10Cl2(高温)
2P2O5+5Si＝4P+5SiO2
D、恒温推进：温度提升到805℃，继续通入流量为8-10slm的N2、1.2-1.5slm的O2及0.5-0.6slm携带有扩散源-POCl3的N2的混合气体进行推进，使之前沉积的P更均匀地分布在硅片上，推进时间为20-30min，注意整个扩散工艺过程中，控制携源N2的流量不超过0.6N2，化学反应原理同C；
E、D步骤完成后继续通入流量为3-5slm的O2以便与未消耗完的PCl5继续反应，还可以防止未反应完的化学品逸散到工作区域，对操作人员造成危害，并降温至780-785℃，时间为500-600s；
F、出舟、冷却：等扩散后的硅片冷却到室温，测试合格后卸片，流入下道工序；
G、经过以上步骤，得到扩散后的硅片，硅片表面方块电阻为85-90Ω/□。
对比现有工艺，使用本发明专利在方块电阻的均匀性上的差别如下表：
常规扩散：(单位Ω/□)
浅浓度扩散：(单位Ω/□)
Figure BSA00000850141600052
对比现有工艺，使用本发明专利在电性能上的差别如下表：
常规扩散：
序号 Voc(mV) Isc(A) FF Eff
1 623.7 8.38274283 78.471 16.86％
2 626.699 8.400555 78.577 17.00％
3 624.483 8.443689399 78.453 17.00％
4 624.532 8.446836626 78.556 17.03％
5 625.313 8.377897102 78.639 16.93％
8 625.404 8.372014745 78.311 16.85％
7 626.602 8.339410167 78.56 16.87％
8 626.417 8.340813091 78.896 16.94％
9 624.953 8.387657933 78.732 16.96％
10 624.79 8.373352832 78.608 16.90％
浅浓度扩散：
序号 Voc(mV) Isc(A) FF Eff
1 627.717 8.601539706 78.915 17.51％
2 628.461 8.644571749 78.474 17.52％
3 628.954 8.629019112 78.778 17.57％
4 628.549 8.654419207 78.329 17.51％
5 626.879 8.623308155 78.776 17.50％
8 628.49 8.651149529 78.724 17.59％
7 627.235 8.605946586 78.259 17.36％
8 625.099 8.5835716 78.459 17.30％
9 625.782 8.668781147 78.545 17.51％
10 628.459 8.664618664 78.248 17.51％
本方法在现有的工艺基础上进行改进，通过浅节低浓度的方法能较简单的控制结深，及结的均匀度，减少沉积过程中的死层，提高与含磷浆料的匹配性。

Claims (1)

1.晶体硅太阳能电池的浅浓度扩散工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
A、采用导电类型为P型的硅片原料，制备绒面、清洗并甩干；
B、氧化：在温度780℃-785℃条件下通入流量为8-10slm的N2及3-5slm的O2，并将清洗干净的硅片进入到扩散管中进行氧化，得到20-25nm厚的氧化层，即SiO2；
C、沉积：待氧化完成后，继续通入流量为8-10slm的N2、1.2-1.5slm的O2及0.5-0.6slm携带有扩散源-POCl3的N2的混合气体进行P沉积，硅片在温度780-785℃气氛中与O2、POCl3发生化学反应，生产磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯气，时间为300-360s，主要反应方程式如下：
Si+O2＝SiO2
5POCl3＝P2O5+3PCl5(高温)
4PCl5+5O2＝2P2O5+10Cl2(高温)
2P2O5+5Si＝4P+5SiO2；
D、恒温推进：温度提升到805℃，继续通入流量为8-10slm的N2、1.2-1.5slm的O2及0.5-0.6slm携带有扩散源-POCl3的N2的混合气体进行推进，使之前沉积的P更均匀地分布在硅片上，推进时间为20-30min，注意整个扩散工艺过程中，控制携源N2的流量不超过0.6slm，化学反应原理同C；
E、D步骤完成后继续通入流量为3-5slm的O2以便与未消耗完的PCl5继续反应，还可以防止未反应完的化学品逸散到工作区域，对操作人员造成危害，并降温至780-785℃，时间为500-600s；
F、出舟、冷却：等扩散后的硅片冷却到室温，测试合格后卸片，流入下道工序；
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