CN103413867A - 太阳能电池的扩散制结方法、太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池的扩散制结方法、太阳能电池及其制作方法。该扩散制结方法包括：步骤S1.在硅片的表面上生长SiO2层，得到预处理硅片；步骤S2.在预处理硅片的SiO2层上进行磷扩散。本发明在沉积P原子之前，在硅片表面沉积SiO2层，SiO2层就会对发射区起到很好的保护作用，降低不活泼磷原子的浓度，进而降低过饱和浅结磷扩所造成的硅表面晶格损伤。并且上述方法简单、易实现，适用于大规模产业化生产。

Description

太阳能电池的扩散制结方法、太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制作领域，具体而言，涉及一种太阳能电池的扩散制结方法、太阳能电池及其制作方法。
背景技术
制作太阳能电池的过程一般包括超声清洗、制绒、扩散、刻蚀、去磷硅玻璃、减反射膜、丝网印刷、测试分选等工艺操作。其中，扩散(也称扩散制结)制结是制备太阳能电池的关键环节。扩散是指通过在P型硅片表面掺杂N型杂质，形成P-N结的过程。一般采用将氧气、携带三氯氧磷的氮气按一定的比例通入到高温的扩散炉中，在硅片表面形成含磷的氧化层；在高温下，磷原子从该氧化层扩散到硅片内中，从而在P型硅的表面形成一层重掺杂的N型区，最终形成发射结。
硅太阳能电池的发射结是由磷扩形成的高浓度浅结区域，且硅片表面的P原子浓度很高，该区域中由于电不活泼磷原子处于晶格间隙位置会引起晶格缺陷。而且由于磷与硅的原子半径不匹配，高浓度的磷还会造成晶格失配。因此在电池表层(≈0.2μm)中，少数载流子寿命比较低，表层吸收的短波光子所产生的光生载流子对电池的光电流输出甚微，此层成为“死层”。为了改善电池的短波光谱响应，可以将结深做浅，如紫电池，但是该电池工艺难度很大，且串联电阻会增大，功率损失增大。
发明内容
本发明旨在提供一种太阳能电池的扩散制结方法、太阳能电池及其制作方法，以减少发射结中的死层，提高太阳能电池的功率。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池的扩散制结方法，扩散制结方法包括：步骤S1，在硅片的表面上生长SiO2层，得到预处理硅片；步骤S2，在预处理硅片的SiO2层上进行磷扩散。
进一步地，上述步骤S1包括：步骤S11，将硅片以1～20℃/min的升温速度升温至820～930℃，并在820～930℃下保持3～10min，得到热硅片；步骤S12，在热硅片的表面上生长SiO2层；步骤S13，将生长有SiO2层的热硅片降温至780～810℃，得到预处理硅片。
进一步地，上述步骤S11包括将硅片以10℃/min的升温速度升温至820℃，并在820℃下保持5min，得到热硅片。
进一步地，上述步骤S12包括：朝向热硅片通入氧气，其中，氧气的流量为300～2000sccm，氧气的通入时间为5～15min，得到厚度为35～65nm的SiO2层。
进一步地，上述氧气的流量为500～1500sccm，氧气的通入时间为5～10min，SiO2层的厚度为40～60nm。
进一步地，上述步骤S2包括：步骤S21，在预处理硅片的SiO2层上沉积磷源；步骤S22，将预处理硅片升温至830～930℃后，朝向预处理硅片表面通氮气进行推结；步骤S23，将推结后的预处理硅片降温至700～780℃。
进一步地，上述步骤S21包括：朝向预处理硅片通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积磷源，其中，POCl3的流量为800～2000sccm，优选为1300sccm；氧气的流量为300～2000sccm，优选为500sccm；氮气的流量为1～15slm，优选为7.5slm，POCl3、氧气和氮气的通入时间为10～15min。
进一步地，在上述步骤S22中，氮气的流量为1～20slm，优选为7.5slm，氮气的通入时间为10～20min。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池的制作方法，包括对硅片进行表面制绒、扩散制结、刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结的步骤，扩散制结采用上述的扩散制结方法进行。
根据本发明的又一方面，提供了一种太阳能电池，太阳能电池采用上述的制作方法制作而成。
应用本发明的技术方案，在沉积P原子之前，在硅片表面沉积SiO2层，SiO2层就会对发射区起到很好的保护作用，降低不活泼磷原子的浓度，进而降低过饱和浅结磷扩所造成的硅表面晶格损伤。并且上述方法简单、易实现，适用于大规模产业化生产。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照具体实施方式，对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种太阳能电池的扩散制结方法，该扩散制结方法包括：步骤S1，在硅片的表面上生长SiO2层，得到预处理硅片；步骤S2，在预处理硅片的SiO2层上进行磷扩散。
上述扩散制结方法在沉积P原子之前，在硅片表面沉积SiO2层，SiO2层就会对发射区起到很好的保护作用，降低不活泼磷原子的浓度，进而降低过饱和浅结磷扩所造成的硅表面晶格损伤。并且上述方法简单、易实现，适用于大规模产业化生产。同时利用后序工艺步骤的清洗过程中，SiO2层很容易被清洗液中的HF酸清洗干净。
在本发明一种优选的实施例中，上述扩散制结方法的步骤S1包括：步骤S11，将硅片以1～20℃/min的升温速度升温至820～930℃，并在820～930℃下保持3～10min，得到热硅片；步骤S12，在热硅片的表面上生长SiO2层；步骤S13，将生长有SiO2层的热硅片降温至780～810℃，得到预处理硅片。在上述优选的实施例中，控制升温速度在1～20℃/min，既能避免由于升温过快造成硅片内部结构变化或者损伤，又能在理想的时间内升温至预定温度；且将硅片加热至820～930℃并保温3～10min，使得硅片各部位温度相等，有利于后续SiO2层的生长。上述步骤S1的温度优选820～900℃，更优选820～850℃。
为了进一步优化热硅片的组织结构以及更有利于SiO2层的生长，优选上述热硅片的温度为820℃，升温速度为10℃/min，保持的时间为5min。
本发明的SiO2层的生长采用现有技术中常用的氧化生长方法即可，为了更好地控制SiO2层的厚度以及生长的致密性，优选上述步骤S12包括：朝向热硅片通入氧气，其中，氧气的流量为300～2000sccm，氧气的通入时间为5～15min，得到厚度为35～65nm的SiO2层。采用上述生长过程得到的SiO2层的厚度一般在30nm以上，能够起到对发射区良好的保护作用。
当将氧气的流量控制500～1500sccm、氧气的通入时间控制在5～10min之间时，得到的SiO2层的厚度为40～60nm。40～60nm厚度的SiO2层既能够对发射区起到良好的保护作用，又不会对P的扩散产生不利影响。
在本发明一种优选的实施例中，上述扩散制结方法的步骤S2包括：步骤S21，在预处理硅片的SiO2层上沉积磷源；步骤S22，将预处理硅片升温至830～930℃后，朝向预处理硅片表面通过氧气和氮气进行推结；步骤S23，将推结后的预处理硅片降温至700～780℃。上述实施例中，利用推结的温度高于磷源沉积的温度，使得硅片表面的磷源能够完全的形成P原子，进而使P原子扩散到硅片内部，进一步减少表面死层。
为了在SiO2层周围形成一个充满磷的原子气氛，并得到深度适当的发射结，优选上述步骤S21包括：朝向预处理硅片通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积磷源，其中，POCl3的流量为800～2000sccm，优选为1300；氧气的流量为300～2000sccm，优选为500sccm；氮气的流量为1～15slm，优选为7.5slm，POCl3、氧气和氮气的通入时间为10～15min。
为了形成理想的重掺杂区和浅掺杂区，优选上述步骤S22中，氮气的流量为1～20slm，优选为7.5slm，氮气的通入时间为10～20min。
在本发明另一种典型的实施方式中，提供了一种太阳能电池的制作方法，包括对硅片进行表面制绒、扩散制结、刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结的步骤，该扩散制结采用上述的扩散制结方法进行。将本发明的扩散制结方法结合现有技术中的太阳能电池常规的制作步骤形成上述制作方法，易于组合并推广到工业化生产中。
在本发明又一种典型的实施方式中，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池采用上述的制作方法制作而成。采用本发明的扩散制结方法制备的发射结死层较少，因此少子寿命得到提高，从而提高了具有其的太阳能电池的短路电流和开路电压，使太阳能电池的效率得到提升。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。
对的P型硅片进行清洗、表面制绒后得到的硅片作为实施例和对比例扩散制结的对象。
实施例1
将硅片置于石英炉中，以10℃/min的升温速度由室温升温至820℃后保温5min，得到热硅片；向上述820℃的石英炉中通入氧气，其中氧气的流量为300sccm，持续通入8min后，在热硅片的表面生长了厚度在48～52nm之间的SiO2层，然后将石英炉自然降温至800℃，得到预处理硅片；向800℃的石英炉内通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积P2O5，其中，POCl3的流量为2000sccm，氧气的流量为1000sccm，氮气的流量为15slm，12min后，停止通入POCl3和氧气并将石英炉升温至833℃，氮气的流量为15slm，持续通入15min后，将硅片在20min内降温至750℃，并持续向石英炉内通入氧气至将完成上述制结的硅片从石英炉中取出。
实施例2
将硅片置于石英炉中，以20℃/min的升温速度由室温升温至930℃后保温3min，得到热硅片；向上述930℃的石英炉中通入氧气，其中氧气的流量为1000sccm，持续通入5min后，在热硅片的表面生长了厚度在40～45nm之间的SiO2层，然后将石英炉自然降温至780℃，得到预处理硅片；向780℃的石英炉内通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积P2O5，其中，POCl3的流量为1000sccm，氧气的流量为1500sccm，氮气的流量为12slm，15min后，停止通入POCl3和氧气并将石英炉升温至930℃，氮气的流量为15slm，持续通入10min后，将硅片在30min内降温至700℃，并持续向石英炉内通入氧气至将完成上述制结的硅片从石英炉中取出。
实施例3
将硅片置于石英炉中，以1℃/min的升温速度由室温升温至850℃后保温10min，得到热硅片；向上述850℃的石英炉中通入氧气，其中氧气的流量为1300sccm，持续通入10min后，在热硅片的表面生长了厚度在55～60nm之间的SiO2层，然后将石英炉自然降温至810℃，得到预处理硅片；向810℃的石英炉内通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积P2O5，其中，POCl3的流量为1300sccm，氧气的流量为500sccm，氮气的流量为7.5slm，10min后，停止通入POCl3和氧气并将石英炉升温至850℃，氮气的流量为7.5slm，持续通入20min后，将硅片在10min内降温至780℃，并持续向石英炉内通入氧气至将完成上述制结的硅片从石英炉中取出。
实施例4
将硅片置于石英炉中，以5℃/min的升温速度由室温升温至900℃后保温10min，得到热硅片；向上述900℃的石英炉中通入氧气，其中氧气的流量为2000sccm，持续通入12min后，在热硅片的表面生长了厚度在58～62nm之间的SiO2层，然后将石英炉自然降温至750℃，得到预处理硅片；向750℃的石英炉内通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积P2O5，其中，POCl3的流量为800sccm，氧气的流量为300sccm，氮气的流量为5slm，20min后，停止通入POCl3和氧气并将石英炉升温至830℃，氮气的流量为5slm，持续通入20min后，将硅片在5min内降温至780℃，并持续向石英炉内通入氧气至将完成上述制结的硅片从石英炉中取出。
对比例1
将硅片置于石英炉中，将石英炉升温至800℃，并向石英炉内通入POCl3、氧气和氮气，以在硅片表面淀积P2O5，其中，POCl3的流量为2000sccm，氧气的流量为1000sccm，氮气的流量为5slm，12min后，停止通入POCl3和氧气并将石英炉升温至833℃，氮气的流量为5slm，持续通入15min后，将硅片在20min内降温至750℃，并持续向石英炉内通入氧气至将完成上述制结的硅片从石英炉中取出。
对比例2
将硅片置于石英炉中，将石英炉升温至780℃，并向石英炉内通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积P2O5，其中，POCl3的流量为1000sccm，氧气的流量为1500sccm，氮气的流量为12slm，15min后，停止通入POCl3和氧气并将石英炉升温至930℃，氮气的流量为15slm，持续通入10min后，将硅片在30min内降温至700℃，并持续向石英炉内通入氧气至将完成上述制结的硅片从石英炉中取出。
对比例3
将硅片置于石英炉中，将石英炉升温至810℃，并向石英炉内通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积P2O5，其中，POCl3的流量为1300sccm，氧气的流量为500sccm，氮气的流量为7.5slm，10min后，停止通入POCl3和氧气并将石英炉升温至850℃，氮气的流量为7.5slm，持续通入20min后，将硅片在10min内降温至780℃，并持续向石英炉内通入氧气至将完成上述制结的硅片从石英炉中取出。
对比例4
将硅片置于石英炉中，将石英炉升温至750℃，并石英炉内通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积P2O5，其中，POCl3的流量为800sccm，氧气的流量为300sccm，氮气的流量为5slm，20min后，停止通入POCl3和氧气并将石英炉升温至830℃，氮气的流量为5slm，持续通入20min后，将硅片在5min内降温至780℃，并持续向石英炉内通入氧气至将完成上述制结的硅片从石英炉中取出。
将实施例1至4以及对比例1至4制结后的硅片采用相同的工艺依次进行刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结处理，得到实施例1至4以及对比例1至4的太阳能电池片。
采用德国berger模拟太阳光测试仪测试开路电压（Uoc）、短路电流（Isc）、串联电阻（Rs）、填充因子（FF）和转换效率（Eff）。测试结果见表1。
表1
Uoc（V） Isc（A） Rs（Ω） Rsh（Ω） FF（%） Eff（%）
实施例1 0.629 8.544 0.0033 205.14 78.25 17.30
实施例2 0.632 8.603 0.0037 160.08 77.70 17.37
实施例3 0.631 8.610 0.0037 224.74 77.82 17.41
实施例4 0.627 8.563 0.0032 107.85 77.93 17.22
对比例1 0.625 8.485 0.0034 197.80 78.28 17.08
对比例2 0.631 8.5271 0.00351 142.19 78.07 17.28
对比例3 0.628 8.573 0.0037 213.78 77.71 17.23
对比例4 0.627 8.523 0.0039 97.30 77.30 17.01
由表1中的数据可以看出，在相同的扩散制结工艺条件下，采用本发明的扩散制结方法制作的电池片的开路电压和短路电流，相对于现有技术的常规扩散工艺制备的电池片的开路电压和短路电流均有所提高，尤其是转换效率也有一定程度的改善。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的扩散制结方法，其特征在于，所述扩散制结方法包括：
步骤S1，在硅片的表面上生长SiO2层，得到预处理硅片；
步骤S2，在所述预处理硅片的SiO2层上进行磷扩散。
2.根据权利要求1所述的扩散制结方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S11，将硅片以1～20℃/min的升温速度升温至820～930℃，并在820～930℃下保持3～10min，得到热硅片；
步骤S12，在所述热硅片的表面上生长SiO2层；
步骤S13，将生长有所述SiO2层的热硅片降温至780～810℃，得到所述预处理硅片。
3.根据权利要求2所述的扩散制结方法，其特征在于，所述步骤S11包括将硅片以10℃/min的升温速度升温至820℃，并在820℃下保持5min，得到所述热硅片。
4.根据权利要求2所述的扩散制结方法，其特征在于，所述步骤S12包括：
朝向所述热硅片通入氧气，其中，所述氧气的流量为300～2000sccm，所述氧气的通入时间为5～15min，得到厚度为35～65nm的所述SiO2层。
5.根据权利要求4所述的扩散制结方法，其特征在于，所述氧气的流量为500～1500sccm，所述氧气的通入时间为5～10min，所述SiO2层的厚度为40～60nm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的扩散制结方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，在所述预处理硅片的SiO2层上沉积磷源；
步骤S22，将所述预处理硅片升温至830～930℃后，朝向所述预处理硅片表面通氮气进行推结；
步骤S23，将推结后的所述预处理硅片降温至700～780℃。
7.根据权利要求6所述的扩散制结方法，其特征在于，所述步骤S21包括：
朝向所述预处理硅片通入POCl3、氧气和氮气，以在SiO2层表面淀积磷源，其中，所述POCl3的流量为800～2000sccm，优选为1300sccm；所述氧气的流量为300～2000sccm，优选为500sccm；所述氮气的流量为1～15slm，优选为7.5slm，所述POCl3、所述氧气和所述氮气的通入时间为10～15min。
8.根据权利要求6所述的扩散制结方法，其特征在于，在所述步骤S22中，所述氮气的流量为1～20slm，优选为7.5slm，所述氮气的通入时间为10～20min。
9.一种太阳能电池的制作方法，包括对硅片进行表面制绒、扩散制结、刻蚀、沉积减反射膜、印刷电极和烧结的步骤，其特征在于，所述扩散制结采用权利要求1至8中任一项所述的扩散制结方法进行。
10.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池采用权利要求9所述的制作方法制作而成。
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