CN103646993A - 一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺，其工艺流程为：将硅片表面进行清洗并且将硅片表面抛光处理后将硅片放于扩散炉内，对硅片进行硼源的沉积，沉积时间为10~30min，然后进行无源通氧推进，推结结束后炉内环境为氧气气氛，氧气流量为15~30L/min，氧化时间控制在15~25min；扩散结束，将石英舟退出即可，该工艺可以保证方阻的前提下降低硼扩散的表面浓度，为背结背接触晶体电池后面工艺避免了在背面的N+/P+界面进行隔离，即可有效的避免电池的隧道结漏电；所有的工艺步骤均在现有的工艺条件下完成，不需要增加任何设备就能制造出高效的背结背接触太阳电池。

Description

一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺
技术领域
本发明涉光太阳电池技术领域，具体涉及一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺。
背景技术
太阳能电池可将太阳能直接转化成电能，是利用太阳能资源的有效方式，由于在使用中不会产生有害物质，所以太阳能电池在解决能源与环境问题方面倍受青睐，有着极好的市场前景。太阳能也被誉为是最理想的能源，是解决人类社会赖以生存和发展的重要资源。
目前主流的太阳能电池材料是用P型硅做衬底，通过高温磷扩散来形成P-N 结。然而P型晶硅电池受体内硼氧对的影响存在光致衰减的现象，而N型硅材料相对于P型硅材料来说，由于其对金属杂质和许多非金属缺陷不敏感同时体内较少的硼氧对，所以在性能的稳定性上要高于P型晶硅电池。同时N 型电池的少子寿命更高，这为制备更高效的太阳电池奠定了基础。
背结背接触太阳电池早在1977年开始进入人们的视线，直到现在仍然是太阳电池行业研究的热点。相对于常规的硅电池，背结背接触太阳电池的优势明显，主要可以表现在以下几个方面：（1）背结背接触太阳电池以N型晶体硅作为衬底，少子寿命高，适用于制备高效电池，特别适用于于背结背接触太阳电池这种p-n 结在背表面的电池结构，因为产生于前表面的光生载流子必须要迁移到电池背表面的p-n结才能被利用，较高的少子寿命是减少光生载流子在太阳电池表面和体内复合的保证；（2）N型基体的硼含量极低，因此由硼氧对造成的光致衰减没有P型基体材料明显，对封装后组件的效率提升更为明显；（3）背结背接触太阳电池的正面没有电极，减少了遮光面积，增加了光生电流，电池的正负电极呈交指状的分布在电池的背面；（4）背结背接触太阳电池易于封装，与常规电池相比，无需把前一片的负极交叉接到后一片的正极，易于操作。
由于传统的背结背接触晶体硅电池需要经过一系列的掩膜与光刻工艺来隔离背面的N+与P+区域，因此增加了背结背接触晶体电池的制造成本与工艺复杂程度，我们通过调整硼扩散工艺来控制其方阻与表面浓度来避免了在背面的N+/P+界面进行隔离，即可有效的避免电池的隧道结漏电，又使得背结背接触晶体工艺步骤均在现有的工艺条件下完成不需要增加任何设备就能制造出高效的背结背接触太阳电池。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种能有效避免电池的隧道结漏电的背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺。
技术方案：本发明所述的一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺，其工艺流程的具体步骤为：
（a）: 选择电阻率在3-5Ωcm的N 型硅衬底，少子寿命大于300us；。
（b）:采用氢氧化钠溶液对N 型单晶硅衬底进行背面抛光，抛光完成后用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行清洗；所述的氢氧化钠溶液的浓度范围10%-30% ；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸与氢氟酸配比为1:2.5 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为1.1%；
(c):将抛光后的硅片放于扩散炉中，升温至850 ~ 900℃ ，炉内环境为氮气气氛，氮气流量为20 ~ 30L/min；
(d):在900~920℃的温度下，通入携带BBr3的氮气，其中携带BBr3的流量为0.1~1L/min，干氧的流量为0.1L/min，氮气流量20 ~30L/min;通源时间为10~30min；
(e):停止通入携硼源的氮气，将扩散温度升高到930~ 950℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量20 ~ 30L/min L/min;升温时间控制在1~3min；
(f):将扩散温度升高到920~950℃后，再将推结氧化温度升高到930~ 950℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量20 ~ 30L/min，干氧的流量是0.5 ~ 2L/min，推结时间控制在5~15min；
(g):推结结束后，炉内环境为氧气气氛，氧化的温度升高到930~ 950℃，氧气流量为15 ~ 30L/min;氧化时间控制在15~25min；
（h）：降温出舟，完成扩散过程。
有益效果：本发明所述的一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺，可以保证方阻的前提下降低硼扩散的表面浓度，为背结背接触晶体电池后面工艺避免了在背面的N+/P+界面进行隔离，即可有效的避免电池的隧道结漏电；所有的工艺步骤均在现有的工艺条件下完成，不需要增加任何设备就能制造出高效的背结背接触太阳电池。
附图说明
图1为优化前与优化后硅片中硼的浓度曲线图；
图2.为不同硼扩散表面浓度的漏电情况曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
本发明所述的一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺，其工艺流程的具体步骤为：
（a）: 选择电阻率在3Ωcm的N 型硅衬底，少子寿命大于300us；。
（b）:采用氢氧化钠溶液对N 型单晶硅衬底进行背面抛光，抛光完成后用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行清洗；所述的氢氧化钠溶液的浓度范围10%；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸与氢氟酸配比为1:2.5 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为1.1%；
(c):将抛光后的硅片放于扩散炉中，升温至850℃ ，炉内环境为氮气气氛，氮气流量为20L/min；
(d):在900℃的温度下，通入携带BBr3的氮气，其中携带BBr3的流量为0.1L/min，干氧的流量为0.1L/min，氮气流量20L/min;通源时间为10min；
(e):停止通入携硼源的氮气，将扩散温度升高到930℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量20L/min L/min;升温时间控制在1min；
(f):将扩散温度升高到920℃后，再将推结氧化温度升高到930℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量20L/min，干氧的流量是0.5/min，推结时间控制在5min；
(g):推结结束后，炉内环境为氧气气氛，氧化的温度升高到930℃，氧气流量为15L/min；氧化时间控制在15min；
（h）：降温出舟，完成扩散过程。
实施例2
一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺，其特征在于：其工艺流程的具体步骤为：
（a）: 选择电阻率在4Ωcm的N 型硅衬底，少子寿命大于300us；。
（b）:采用氢氧化钠溶液对N 型单晶硅衬底进行背面抛光，抛光完成后用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行清洗；所述的氢氧化钠溶液的浓度范围15% ；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸与氢氟酸配比为1:2.5 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为1.1%；
(c):将抛光后的硅片放于扩散炉中，升温至870℃ ，炉内环境为氮气气氛，氮气流量为25L/min；
(d):在910℃的温度下，通入携带BBr3的氮气，其中携带BBr3的流量为0.5L/min，干氧的流量为0.1L/min，氮气流量25L/min;通源时间为20min；
(e):停止通入携硼源的氮气，将扩散温度升高到940℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量25L/min L/min;升温时间控制在2min；
(f):将扩散温度升高到935℃后，再将推结氧化温度升高到940℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量25L/min，干氧的流量是1.75L/min，推结时间控制在10min；
(g):推结结束后，炉内环境为氧气气氛，氧化的温度升高到940℃，氧气流量为20L/min;氧化时间控制在20min；
（h）：降温出舟，完成扩散过程。
实施例3
一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺，其特征在于：其工艺流程的具体步骤为：
（a）: 选择电阻率在5Ωcm的N 型硅衬底，少子寿命大于300us；。
（b）:采用氢氧化钠溶液对N 型单晶硅衬底进行背面抛光，抛光完成后用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行清洗；所述的氢氧化钠溶液的浓度范围30% ；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸与氢氟酸配比为1:2.5 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为1.1%；
(c):将抛光后的硅片放于扩散炉中，升温至900℃ ，炉内环境为氮气气氛，氮气流量为30L/min；
(d):在920℃的温度下，通入携带BBr3的氮气，其中携带BBr3的流量为1L/min，干氧的流量为0.1L/min，氮气流量30L/min;通源时间为30min；
(e):停止通入携硼源的氮气，将扩散温度升高到950℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量30L/min L/min;升温时间控制在3min；
(f):将扩散温度升高到950℃后，再将推结氧化温度升高到950℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量30L/min，干氧的流量是2L/min，推结时间控制在15min；
(g):推结结束后，炉内环境为氧气气氛，氧化的温度升高到950℃，氧气流量为30L/min;氧化时间控制在25min；
（h）：降温出舟，完成扩散过程。
如图1所示为优化前与优化后硅片中硼的浓度曲线图，A为优化前硅片中硼的浓度曲线，B为优化后硅片中硼的浓度曲线，通过优化原有的硼扩散工艺使其表面浓度从4E19cm-3降低到1.7E19cm-3，使其达到避免隧道结漏电的效果。
图2.为不同硼扩散表面浓度的漏电情况曲线图，通过PC1D模拟软件模拟了不同硼扩散掺杂浓度的I-V曲线得出对于背结背接触这种太阳能电池随着硼掺杂浓度的降低其结构的隧道结漏电逐渐降低，C为硼扩散掺杂浓度为1.17×1019cm-3，D为硼扩散掺杂浓度为2.0×1019cm-3，E为硼扩散掺杂浓度为2.6×1019cm-3，F为硼扩散掺杂浓度为3.0×1019cm-3，当达到1.7E19cm-3的表面浓度时可以将隧道结漏电降到很低。

Claims (1)

1.一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺，其特征在于：其工艺流程的具体步骤为：
（a）: 选择电阻率在3-5Ωcm的N 型硅衬底，少子寿命大于300us；
（b）:采用氢氧化钠溶液对N 型单晶硅衬底进行背面抛光，抛光完成后用盐酸和氢氟酸的混合溶液进行清洗；所述的氢氧化钠溶液的浓度范围10%-30% ；盐酸和氢氟酸混合溶液中，盐酸与氢氟酸配比为1:2.5 ；盐酸和氢氟酸混合溶液的浓度为1.1%；
(c):将抛光后的硅片放于扩散炉中，升温至850 ~ 900℃ ，炉内环境为氮气气氛，氮气流量为20 ~ 30L/min；
(d):在900~920℃的温度下，通入携带BBr3的氮气，其中携带BBr3的流量为0.1~1L/min，干氧的流量为0.1L/min，氮气流量20 ~30L/min；通源时间为10~30min；
(e):停止通入携硼源的氮气，将扩散温度升高到930~ 950℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量20 ~ 30L/min L/min;升温时间控制在1~3min；
(f):将扩散温度升高到920~950℃后，再将推结氧化温度升高到930~ 950℃，炉内环境为氮气气氛，氮气流量20 ~ 30L/min，干氧的流量是0.5 ~ 2L/min，推结时间控制在5~15min；
(g):推结结束后，炉内环境为氧气气氛，氧化的温度升高到930~ 950℃，氧气流量为15 ~ 30L/min;氧化时间控制在15~25min；
（h）：降温出舟，完成扩散过程。
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