CN103400897B - 一种低表面杂质浓度的太阳能电池pn结的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低表面杂质浓度的太阳能电池PN结的制备方法，属于半导体器件制备领域。本发明与现有制备方法的区别在于：恒定源扩散步骤在硅片表面形成扩散层，扩散层上含有一层磷硅玻璃层，先将磷硅玻璃层去除掉，然后再进行限定源扩散。本方法有效阻止了磷硅玻璃层中的磷在不通源的情况下继续向硅片内部扩散，有效降低了硅片表面的杂质浓度，减少了载流子在硅片表面的复合，从而提高了太阳能电池的转换效率和太阳能电池的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的制备技术领域。
背景技术
太阳能晶硅电池的生产主要流程为：制绒、扩散、湿法刻蚀、减反射膜的沉积、丝网印刷和烧结。扩散是PN结的主要工序，PN结是太阳能电池的核心结构，而当前在多晶太阳能电池生产中，PN的制备方法多采用低温沉积、高温推进或者同一温度下进行磷扩散的沉积从而制成PN结。PN结质量的好坏对太阳能电池的效率有着重要的影响。目前，从扩散工艺而言，如何降低硅片表面的杂质浓度是重要的研究方向。
目前磷扩散采用较多的方法是，扩散在温度为800-850℃、PClO3：O2为3:1-6:1，时间为10-30min下通源沉积，制备PN结。该扩散工艺即使在不通入扩散源的情况下，在高温过程中表面扩散形成的磷硅玻璃层中的磷会一直向硅片中扩散，最终多晶硅片表面的杂质浓度较高，接近于硅片的固溶度，所以该扩散工艺很难达到降低表面杂质浓度的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低表面杂质浓度的太阳能电池PN结的制备方法，该方法可以有效降低PN结表面的杂质浓度，提高太阳能电池的性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种低表面杂质浓度的太阳能电池PN结的制备方法，包括如下步骤：
1）恒定源扩散；将硅材料在第一温度下进行恒定源扩散，在硅片表面形成含有磷硅玻璃层的扩散层；
2）中间降温：降温至750-800℃，取出第1）步制备得到的硅片；
3）刻蚀：去除硅片上扩散层表面的磷硅玻璃层；
4）限定源扩散：在第二温度下，将去除磷硅玻璃层的硅片进行限定源扩散；
上述第二温度高于第一温度。
所述第一温度的取值范围为：780-820℃。
所述第二温度的取值范围为：820-840℃。
所述第二温度较第一温度高10-20℃。
在步骤4）之后还包括步骤5）最终降温：以5-10℃/min的速度降温至750-800℃，完成PN结的制备。
在步骤5）之后还包括步骤6）退火处理：对第5）步得到的硅片进行退火操作，在750℃至800℃以下通入流量为800sccm至1500sccm的氧气，并持续操作5min至15min。
第1）步中硅材料为多晶硅或单晶硅。
第2）步中采用湿法刻蚀去除硅片扩散层表面的磷硅玻璃层。
采用上述技术方案取得的技术进步为：该方法在较低温度下通源扩散在硅片表面形成扩散层，然后降温取出硅片去掉扩散层表面的磷硅玻璃层，在较高温度下进行推进。与现有技术相比，本方法有效阻止了磷硅玻璃层中的磷在不通源的情况下继续向硅片内部扩散，有效降低了硅片表面的杂质浓度，减少了载流子在硅片表面的复合，从而提高了太阳能电池的转换效率和太阳能电池的性能。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为现有制备方法和本发明制备的PN结的杂质浓度梯度分布对比图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示可知，一种低表面杂质浓度的太阳能电池PN结的制备方法，包括如下步骤：
1）恒定源扩散：在780-820℃的温度下对硅片进行恒定源扩散，保证能够在需要形成P层的硅片表层形成含有一定杂质浓度的扩散层，即可以在此步骤控制杂质的掺杂总量。此扩散层的表面在高温作用下还会产生一层磷硅玻璃层。通源过程中，需要通入氧气以保证源（三氯氧磷）的化学反应（三氯氧磷与氧气在高温下生成五氧化二磷）。
2）中间降温：以5-10℃/min的速度降温至750-800℃，取出第1）步制备得到的含有杂质扩散层的硅片。
恒定源扩散步骤中，硅片的温度约为780-820℃，在此温度取出硅片会使硅片上的扩散层处于不稳定状态，因此，先将硅片的温度降至750-800℃后再将硅片取出，这样影响较小。降温的速度应控制在5-10℃/min，这样才能保证硅片的扩散层一直处于比较稳定的状态。在750-800℃，将载有硅片的石英舟缓慢的从石英管中拉出来，然后从石英舟上卸载下来。800℃以下的温度是避免硅片产生应力的降低隐裂产生几率的温度，温差过大容易造成硅片的隐裂。
3）刻蚀：在常温下，湿法刻蚀去掉硅片表面扩散层上的磷硅玻璃层，所用溶液为HF溶液。还可以采用其他刻蚀方法对该磷硅玻璃层进行去除。
4）限定源扩散：在温度为820-840℃、N2为8-15slm的条件下，进行限定源扩散。在此温度下将第3）步得到的硅片进行限定源扩散，使硅片扩散层中的杂质磷原子进一步向硅片内部扩散增加PN结的结深和杂质源浓度梯度分布，同时降低硅片表面的杂质浓度，以减少载流子在表面的复合从而提高太阳电池的转换效率。扩散操作时间为5-30min即可达到目的。
在上述步骤中，第一温度的取值范围为：780-820℃；第二温度的取值范围为：820-840℃。很明显，恒定源扩散的温度要低于限定源扩散的温度。在恒定源扩散中，低温状态下进行杂质源的沉积能够在硅片的表面沉积较多的杂质源，因为在低温下，硅片对杂质源的溶解度较低；然后在高温状态下进行限定源扩散，在高温下硅片对杂质源的溶解度升高，有利于将硅片表面沉积的杂质源向硅片内部溶解，实现杂质源的推进目的，即更高的温度使杂质获得更大的能量从而增加杂质的迁移运动的能力，从而才能有利于杂质进一步向硅片内部扩散。
较为优选的是，限定源扩散所需的第二温度要比恒定源扩散所需的第一温度高10-20℃。前后温差大的话，形成的PN结结深就会变大。一般硅片扩散需要结深较浅，这样光谱响应中短波响应较好，有利于提高太阳电池转换效率，因此选定的温差范围为10-20℃。
实施例2
与实施例1不同的是，具体地，在本实施例中，在上述步骤之后还包括步骤5）最终降温，对制备好的硅片进行降温处理，采用5℃-10℃/min的降温速度降至750℃至800℃。增加此步骤的目的在于采用平缓降温，使得杂质源于硅片中的分布梯度更加复合太阳能电池片的产品使用要求。
实施例3
本领域技术人员可知，当硅片进行完制备PN结操作后，硅片的温度较高，与之前工序操作时的温度接近，而对硅片的最后处理工序为限定源扩散，此时的温度范围为820-840℃，在现有技术中，直接将硅片从操作装置中取出将会造成多晶硅的温度变化较大，这种快速降温过程使硅中的杂质处于一个不稳定的状态，降温后的直接开门处理不利于硅片中杂质的稳定分布。
为了解决上述问题，在本实施例中，在步骤5）之后还包括步骤6）退火处理，对硅片进行退火操作，在750℃至800℃以下通入流量为800sccm至1500sccm的氧气，并持续操作5min至15min。步骤6）能够使降温过程造成的杂质的不稳定性达到一个稳定状态，并增加磷高低温吸杂的效果，提高载流子寿命。
本发明中硅片可以采用单晶硅或者多晶硅。
图2所示为现有制备方法和本发明制备的PN结的杂质浓度梯度分布对比图，从图2中可以看出，利用本发明的方法制备的PN结表面杂质浓度较现有方法制备的PN结的表面杂质浓度要低，低了接近一个量级。这说明本发明的方法与现有方法相比具有非常明显的技术进步。
本发明在较低温度下通源扩散在硅片表面形成扩散层，然后降温取出硅片去掉扩散层表面的磷硅玻璃层，在较高温度下进行推进。与现有技术相比，本方法有效阻止了磷硅玻璃层中的磷在不通源的情况下继续向硅片内部扩散，有效降低了硅片表面的杂质浓度，减少了载流子在硅片表面的复合，从而提高了太阳能电池的转换效率和太阳能电池的性能。
Claims (4)
1.一种低表面杂质浓度的太阳能电池PN结的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）恒定源扩散；将硅材料在第一温度下进行恒定源扩散，在硅片表面形成含有磷硅玻璃层的扩散层；
2）中间降温：降温至750-800℃，取出第1）步制备得到的硅片；
3）刻蚀：去除硅片上扩散层表面的磷硅玻璃层；
4）限定源扩散：在第二温度下，将去除磷硅玻璃层的硅片进行限定源扩散；
5）最终降温：以5-10℃/min的速度降温至750-800℃，完成PN结的制备；
上述第二温度高于第一温度，所述第一温度的取值范围为780-820℃，所述第二温度的取值范围为820-840℃，所述第二温度较第一温度高10-20℃。
2.根据权利要求1所述的一种低表面杂质浓度的太阳能电池PN结的制备方法，其特征在于在步骤5）之后还包括步骤6）退火处理：对第5）步得到的硅片进行退火操作，在750℃至800℃以下通入流量为800sccm至1500sccm的氧气，并持续操作5min至15min。
3.根据权利要求1所述的一种低表面杂质浓度的太阳能电池PN结的制备方法，其特征在于第1）步中硅材料为多晶硅或单晶硅。
4.根据权利要求1所述的一种低表面杂质浓度的太阳能电池PN结的制备方法，其特征在于第2）步中采用湿法刻蚀去除硅片扩散层表面的磷硅玻璃层。
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