CN103227245B - 一种p型准单晶硅太能阳电池pn结的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，在反应容器内对P型准单晶硅片依次执行步骤：在第一温度和第一压力下对P型准单晶硅片进行预处理，第一温度在700℃-750℃范围内，第一压力在-100pa至-50pa范围内；在第二温度和第一压力下通入扩散源，第二温度高于第一温度，且第二温度不大于800℃；在第三温度和第二压力下进行推进，第三温度高于700℃且低于第二温度，第二压力在100-300pa范围内；通入氮气和氧气的混合气体从而完成PN结的制造。本发明可有效降低晶向（100）区域和非（100）区域电池方阻的差别，为后续烧结工序带来便利，并提高电池的电性能和转化效率。

Description

一种P型准单晶硅太能阳电池PN结的制造方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，尤其涉及一种P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法。

背景技术

PN结是构成太阳能电池最为核心的部分，因而PN结的制造工艺也是太阳能电池制造工艺中最为重要的环节之一，扩散掺杂法是制备太阳能电池PN结的常用方法，所谓扩散掺杂法就是在高温条件下利用特定杂质进行扩散，将杂质原子掺杂到硅基底中使其在特定区域具形成PN结。

所谓准单晶硅其实就是原子排列相对有序的多晶硅，其晶向一致性较多晶硅高，晶界明显减少，并且原子排列比较有序，光电转换效率也高于多晶硅很多，而P型准单晶硅即为多数载流子为空穴的准单晶硅。

根据扩散源的不同，目前扩散掺杂法可以分为液态源扩散、气态源扩散和固态源扩散，其中液态源扩散是目前太阳能电池制造企业内制作准单晶硅太阳能电池PN结时普遍采用的掺杂方法，具体包括以下步骤：

S11：将硅基底放入到温度不低于830℃且压力在5pa-20pa范围内的反应容器内；

S12：保持温度和压力，通入扩散源并保持适当时间；

S13：将温度降至800℃推进合适的时间，完成PN结的制造过程。

虽然这种方法可以完成PN接的制造过程，但是采用该种方法所制造出来的准单晶硅太阳能电池的PN结在晶向（100）区域和非（100）区域的方阻差别较大，这对后续的烧结工序会带来很大的影响，不利于准单晶硅太阳能电池的电性能和转化效率的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，以减小太阳能电池PN结位置处径向（100）区域与非（100）区域方阻的差别，从而使太阳能电池的电性能和转化效率得以提升。

为解决上述现有技术问题，本发明提供的一种P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，包括步骤：

1）在第一温度和第一压力下对P型准单晶硅片进行预处理，所述第一温度在700℃-750℃范围内，所述第一压力在-100pa至-50pa范围内；

2）在第二温度和所述第一压力下通入扩散源，所述第二温度高于所述第一温度，且所述第二温度不大于800℃；

3）在第三温度和第二压力下进行推进，所述第三温度高于700℃且低于所述第二温度，所述第二压力在100-300pa范围内；

4）在所述第三温度和常压下通入氮气和氧气的混合气体从而完成PN结的制造。

优选的，所述步骤2）通入扩散源应持续10-15分钟，所述步骤3）中的推进时间为5-35分钟。

优选的，所述步骤4）中持续通入所述混合气体的时间为5-10分钟。

优选的，所述第二温度比所述第一温度高50℃。

优选的，所述扩散源为三氯氧磷。

优选的，所述P型准单晶硅片为25片，所述三氯氧磷的流量为0.5-1L/min。

优选的，所述P型准单晶硅片为25片，所述混合气体中氮气的流量为1.5-7.5L/min，氧气的流量为1-3L/min。

优选的，所述扩散源由氮气带入到反应容器中。

由以上技术方案可以得出，本发明所提供的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法中首先在较低的第一温度和较低的第一压力下对放入反应容器内的P型准单晶硅片进行预处理，然后升温至第二温度并通入扩散源，并且此时的第二温度也不高于800℃，进而降温至第三温度，并将压力升高到第二压力，第三温度不低于700℃且第二压力显著大于第一压力，在该种温度和压力下保持推进；最后在常压下通入氮气和氧气的混合气体完成PN结的制造。与现有技术相比，由于本发明所提供的方法中是首先对P型准单晶硅片进行低温低压预处理，并在通扩散源之后在低温高压下进行对电池的PN结进行推进，而在低温高压下进行推进可以使掺杂在硅片表面的杂质原子在晶向（100）方向和非（100）区域的扩散速度趋于一致，从而使得晶向（100）区域和非（100）区域电池方阻的差别显著减小，有利于后续烧结工序的进行，并且可以有效提高太阳能电池的电性能和转化效率。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法流程图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，该制造方法首先对P型准单晶硅片进行低温低压预处理，并在通扩散源之后在低温高压下进行对电池的PN结进行推进，从而使太阳能电池PN结的晶向（100）区域与非（100）区域的方阻区域一致，以利于后续烧结工序的进行，同时有效提高太阳能电池的电性能和转化效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法流程图。

本发明中所提供的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法是对已经完成了制绒清洗步骤之后的P型准单晶硅片进行PN结的制作，具体的是在反应容器（如扩散炉）内对P型准单晶硅片执行以下步骤：

S1）：在第一温度和第一压力下对P型准单晶硅片进行预处理，

具体的，第一温度应设置在700℃-750℃之间，第一压力应设置在-100pa至-50pa之间；

S2）：在第二温度和第一压力下向反应容器内通入扩散源，

其中第二温度应高于第一温度，且第二温度的最高值应不大于800℃；

S3）：在第三温度和第二压力下进行推进，

第三温度应当低于上述第二温度，并且第三温度的最低值应该不小于700℃，第二压力应显著大于第一压力，第二压力应处于100pa-300pa的范围内；

S4）：在所述第三温度和常压下通入氮气和氧气的混合气体最终完成PN结的制造。

由于上述实施例中所提供的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法中首先在较低的第一温度和较低的第一压力下对放入反应容器内的P型准单晶硅片进行预处理，然后升温至第二温度并通入扩散源，并且此时的第二温度也不高于800℃，进而降温至第三温度，并将压力升高到第二压力，第三温度不低于700℃且第二压力显著大于第一压力，在该种温度和压力下保持推进；最后在常压下通入氮气和氧气的混合气体完成PN结的制造。与现有技术相比，由于本发明所提供的方法中是首先对P型准单晶硅片进行低温低压预处理，并在通扩散源之后在低温高压下进行对电池的PN结进行推进，而在低温高压下进行推进可以使掺杂在硅片表面的杂质原子在晶向（100）方向和非（100）区域的扩散速度趋于一致，从而使得晶向（100）区域和非（100）区域电池方阻的差别显著减小，有利于后续烧结工序的进行，并且可以有效提高太阳能电池的电性能和转化效率。

本发明提供了几个具体的对比实施例来详细说明本发明所提供的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制作过程与现有技术中的区别，以及本发明所提供的PN结制造方法的突出的有益效果。

实施例一：

将制绒清洗过后的一组P型准单晶硅片放入到扩散炉内，其中本实施例中一组P型准单晶硅片具体为25片，由石英舟承载，然后对P型准单晶硅片进行如下处理：

将扩散炉内的温度调整到750℃（即第一温度），并在-50pa（第一压力）的压力下对P型准单晶硅片进行预处理，处理时间优选的为5-10分钟；

然后进行升温，使扩散炉内的温度上升至800℃（第二温度），并在-50pa的压力下由氮气携带三氯氧磷通入到扩散炉内，保持三氯氧磷的流量为1L/min，持续时间为10分钟；

进而降温，停止通入三氯氧磷，使扩散炉内的温度保持在750℃（第三温度），并使扩散炉内的压力升高至300pa（第二压力），保持推进15分钟，需要注意的是，该推进时间应该随着压力的增大而减小；

最后将扩散炉内的压力设定为常压，温度不变，并向扩散炉内通入氮气和氧气的混合气体，其中氮气的流量为7.5L/min，氧气的流量为1L/min，并保持5分钟，至此完成了PN结的整个制造过程，氧气和氮气同时通入扩散炉内，有利于消耗扩散炉内剩余的三氯氧磷，同时有助于在硅片的表面形成一层二氧化硅保护层，从而使电池的性能得到优化。

对比实施例一：

将制绒清洗过后的另外一组P型准单晶硅片做常规工艺制造PN结：将P型准单晶硅片放入扩散炉内，升温至830℃，压力设定为5pa，然后持续通入三氯氧磷5分钟，最后降温至800℃推进10分钟，完成整个PN结的制造过程。

PN结制造完成之后，从上述两个实施例中得到的硅片中每组各抽取3片分别对晶向（100）区域和非（100）区域的方阻进行测试，得出如下数据：

表1实施例一的方阻测试表

表2比较例一的方阻测试表

表1和表2是在对上述两个实施例中的石英舟中放置硅片的位置进行编号，并均选取两个石英舟上的2号、12号和22号位置处的硅片进行晶向（100）区域和非（100）区域电池方阻的测试，即选取两个石英舟上相同位置处的硅片进行测试，已消除位置不同而对电池方阻所造成的影响，表1和表2中分别对每个硅片选取了两个不同的晶向（100）区域，和两个不同的非（100）区域进行测试，并且根据公式：不均匀度=[非（100）区域方阻最大值-（100）区域方阻最小值]/2倍方阻平均值，计算得出不均匀度，其中方阻平均值为各个实施例中的晶向（100）区域与非（100）区域的方阻平均值。

由于不均匀度即代表了晶向（100）区域和非（100）区域的方阻差值的大小，不均匀度越小，说明两个区域的方阻差值越小，反之则越大，由上述两个表格可以看出，采用现有技术中的工艺进行PN结的制备，晶向（100）区域与非（100）区域的不均匀度在6.82%-7.35%，而采用本发明所提供的制造方法进行制备，晶向（100）区域与非（100）区域的不均匀度在2.2%-2.45%，其方块电阻的均匀性显著提高，这将为后续的烧结工序带来便利，并有利于电池电性能和转化效率的提高。

实施例二

将制绒清洗过后的一组P型准单晶硅片放入到扩散炉内，其中本实施例中一组P型准单晶硅片具体为25片，由石英舟承载，然后对P型准单晶硅片进行如下处理：

将扩散炉内的温度调整到750℃（即第一温度），并在-100pa（第一压力）的压力下对P型准单晶硅片进行预处理，处理时间优选的为5-10分钟；

然后进行升温，使扩散炉内的温度上升至750℃（第二温度），并在-100pa的压力下由氮气携带三氯氧磷通入到扩散炉内，保持三氯氧磷的流量为0.5L/min，持续时间为15分钟；

进而降温，停止通入三氯氧磷，使扩散炉内的温度保持在720℃（第三温度），并使扩散炉内的压力升高至200pa（第二压力），保持推进25分钟，需要注意的是，该推进时间应该随着压力的增大而减小；

最后将扩散炉内的压力设定为常压，温度不变，并向扩散炉内通入氮气和氧气的混合气体，其中氮气的流量为1.5L/min，氧气的流量为3L/min，并保持10分钟，至此完成了PN结的整个制造过程。

对比实施例二

将制绒清洗过后的另外一组P型准单晶硅片做常规工艺制造PN结：将P型准单晶硅片放入扩散炉内，升温至830℃，压力设定为10pa，然后持续通入三氯氧磷25分钟，最后降温至800℃推进10分钟，完成整个PN结的制造过程。

PN结制造完成之后，从实施例二和对比实施例二中得到的硅片中每组各抽取3片分别对晶向（100）区域和非（100）区域的方阻进行测试，得出如下数据：

表3实施例二的方阻测试表

表4比较例二的方阻测试表

表3和表4同样是在对上述两个实施例中的石英舟中放置硅片的位置进行编号，并均选取两个石英舟上的2号、12号和22号位置处的硅片进行晶向（100）区域和非（100）区域电池方阻的测试。

采用现有技术中的工艺进行PN结的制备，晶向（100）区域与非（100）区域的不均匀度在7.30%-8.36%，而采用本发明所提供的制造方法进行制备，晶向（100）区域与非（100）区域的不均匀度在2.7%-2.97%，其方块电阻的均匀性显著提高。

实施例三

将制绒清洗过后的一组P型准单晶硅片放入到扩散炉内，其中本实施例中一组P型准单晶硅片具体为25片，由石英舟承载，然后对P型准单晶硅片进行如下处理：

将扩散炉内的温度调整到725℃（即第一温度），并在-75pa（第一压力）的压力下对P型准单晶硅片进行预处理，处理时间优选的为5-10分钟；

然后进行升温，使扩散炉内的温度上升至775℃（第二温度），并在-75pa的压力下由氮气携带三氯氧磷通入到扩散炉内，保持三氯氧磷的流量为0.75L/min，持续时间为12分钟；

进而降温，停止通入三氯氧磷，使扩散炉内的温度保持在750℃（第三温度），并使扩散炉内的压力升高至100pa（第二压力），保持推进35分钟；

最后将扩散炉内的压力设定为常压，温度不变，并向扩散炉内通入氮气和氧气的混合气体，其中氮气的流量为4.5L/min，氧气的流量为2L/min，并保持8分钟，至此完成了PN结的整个制造过程。

对比实施例三

将制绒清洗过后的另外一组P型准单晶硅片做常规工艺制造PN结：将P型准单晶硅片放入扩散炉内，升温至830℃，压力设定为15pa，然后持续通入三氯氧磷25分钟，最后降温至800℃推进10分钟，完成整个PN结的制造过程。

PN结制造完成之后，从实施例三和对比实施例三中得到的硅片中每组各抽取3片分别对晶向（100）区域和非（100）区域的方阻进行测试，得出如下数据：

表5实施例三的方阻测试表

表6比较例三的方阻测试表

表5和表6是在对上述两个实施例中的石英舟中放置硅片的位置进行编号，并均选取两个石英舟上的2号、12号和22号位置处的硅片进行晶向（100）区域和非（100）区域电池方阻的测试，即选取两个石英舟上相同位置处的硅片进行测试。

采用现有技术中的工艺进行PN结的制备，晶向（100）区域与非（100）区域的不均匀度在7.53%-7.98%，而采用本发明所提供的制造方法进行制备，晶向（100）区域与非（100）区域的不均匀度在2.47%-2.89%，其方块电阻的均匀性显著提高。

由上述三个实施例以及对比实施例可见，采用本发明所提供的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法可以使杂质原子在晶向（100）区域和非（100）区域的扩散速度区域一致，从而使晶向（100）区域和非（100）区域的方阻差别有效减小，为后续的烧结工序带来便利，并且有利于提高准单晶硅太阳能电池的电性能和转化效率。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，其特征在于，在反应容器内依次对制绒清洗完毕的P型准单晶硅片执行以下步骤：

1）在第一温度和第一压力下对P型准单晶硅片进行预处理，所述第一温度在700℃-750℃范围内，所述第一压力在-100pa至-50pa范围内；

2）在第二温度和所述第一压力下通入扩散源，所述第二温度高于所述第一温度，且所述第二温度不大于800℃；

3）在第三温度和第二压力下进行推进，所述第三温度高于700℃且低于所述第二温度，所述第二压力在100-300pa范围内；

4）在所述第三温度和常压下通入氮气和氧气的混合气体从而完成PN结的制造。

2.根据权利要求1所述的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，其特征在于，所述步骤2）通入扩散源应持续10-15分钟，所述步骤3）中的推进时间为5-35分钟。

3.根据权利要求2所述的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，其特征在于，所述步骤4）中持续通入所述混合气体的时间为5-10分钟。

4.根据权利要求1所述的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，其特征在于，所述第二温度比所述第一温度高50℃。

5.根据权利要求1所述的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，其特征在于，所述扩散源为三氯氧磷。

6.根据权利要求5所述的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，其特征在于，所述P型准单晶硅片为25片，所述三氯氧磷的流量为0.5-1L/min。

7.根据权利要求1所述的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，其特征在于，所述P型准单晶硅片为25片，所述混合气体中氮气的流量为1.5-7.5L/min，氧气的流量为1-3L/min。

8.根据权利要求1所述的P型准单晶硅太阳能电池PN结的制造方法，其特征在于，所述扩散源由氮气带入到反应容器中。