CN103715299B - 一种逆扩散的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种逆扩散的方法，该方法包括如下步骤：将硅片置于扩散炉中，并向扩散炉中通入含有磷源的小N2，N2和O2，在800℃～820℃的温度下，对所述硅片进行磷扩散；关闭小N2，保持820℃～840℃的温度，向扩散炉中通入N2和O2对所述硅片进行通氧短时推阱；向所述扩散炉中通入N2，在850℃～870℃的温度下，对所述硅片进行高温氮推阱；向所述扩散炉中通入N2，在690℃～720℃的温度下，对所述硅片进行逆扩散；在N2保护下，对所述硅片进行出炉操作。采用本发明提供的扩散方法，在相同掺杂量的情况下，可使磷原子在硅片表面具有相对较低的掺杂浓度，从而降低表面复合，提高太阳能电池的开路电压和光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体地说涉及一种逆扩散的方法。
背景技术
在太阳能电池制造工艺中，P-N结的制造一直是研究的重点。P-N结是太阳能电池的核心部分，其品质的好坏直接关系到太阳能电池的光电转换效率的高低。诸如离子注入等多种方法可以制造P-N结，而扩散制结是目前最广泛应用的，因此也是研究的热点所在。扩散制结工艺的好坏直接影响着P-N结的品质。
扩散工艺决定了杂质的分布，当硅片表面杂质浓度过高时，就会形成扩散“死层”（即含有大量的填隙原子和缺陷），这样硅片表面将会产生严重的载流子复合现象，从而在很大程度上造成太阳能电池光电转换效率的降低。在杂质掺杂量一定的情况下，降低表面杂质浓度可以相对提高太阳能电池的光电转换效率。
降低表面掺杂浓度，最常用的方法是降低磷源的通量，但这种方法会使磷源在扩散气体中混合不够充分，进而造成扩散后硅片内方阻不均匀；同时，由于磷源含量少，所以在很大程度上扩散炉的磷源进气口和排气口磷源的浓度相差较大，这种浓度差会造成扩散硅片片间方阻存在较大差异，即片间方阻均匀性变差。另外，由于磷源浓度较小，在保证所需掺杂量足够的前提下，需要增加扩散工艺时间或者提高扩散温度；而在低磷源的情况下，高温扩散将会进一步影响到方阻的均匀性。
综上所述，虽然减小磷源浓度可以在一定程度上降低硅片表面的杂质浓度，但是相应的会导致工艺时间的增长或者使方阻均匀性的可控性变差，因此目前需要一种能够不降低磷源浓度而能够实现硅片表面低掺杂浓度的扩散方法。
发明内容
本发明提供一种逆扩散的方法，能够在较短的扩散时间里，保证杂质掺杂量浓度足够，又能够制备出低表面掺杂浓度的P-N结，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
根据本发明的一个方面，提供一种逆扩散的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S101，将硅片置于扩散炉中，并向扩散炉中通入含有磷源的小N2，N2和O2，在800℃～820℃的温度下，对所述硅片进行磷扩散；
步骤S102，关闭小N2，保持820℃～840℃的温度，向扩散炉中通入N2和O2对所述硅片进行通氧短时推阱；
步骤S103，向所述扩散炉中通入N2，在850℃～870℃的温度下，对所述硅片进行高温氮推阱；
步骤S104，向所述扩散炉中通入N2，在690℃～720℃的温度下，对所述硅片进行逆扩散；
步骤S105，在N2保护下，对所述硅片进行出炉操作。
根据本发明的一个具体实施方式，所述S101中各气体通量范围如下：小N2：1.8slm～2.3slm；N2：15slm～21slm；O2：1.1slm～1.4slm。
根据本发明的另一个具体实施方式，所述步骤S101的执行时间为15min～20min。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S102中各气体通量范围如下：N2：15slm～21slm；O2：2.0slm～3.0slm。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S102的执行时间为5min～8min。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S103中N2的通量范围为15slm～21slm。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S103的执行时间为8min～10min。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S104中N2的通量范围为15slm～21slm。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S104的执行时间为25min～40min。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S105具体为在通量范围为15slm～21slm的N2保护下，保持温度为690℃～720℃，将所述硅片取出。
在本发明提供的逆扩散放放中，硅片经过高温完成扩散掺杂后，将扩散炉中的温度降至690℃～720℃，保温25min-40min，之后直接出炉，完成最终扩散。在高温推阱之后，将温度降到730℃以下，可以使磷原子由硅片向氧化层扩散，即实现与高温条件下相反的逆向扩散。已经扩散到硅片的磷原子，特别是硅片最表面层的磷原子将会向氧化层运动，而使硅片表面杂质浓度降低；同时总掺杂量也相应减小使扩散方阻增大（与未经过低温保温的硅片相比，方阻要高3Ω/□～8Ω/□）。采用此种扩散工艺所得硅片后续制作成电池后，开路电压可提高1mV～2.5mV，电池的光电转换效率可提高0.15%以上。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1所示为根据本发明提供的一种逆扩散的方法的一个具体实施方式的流程示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
参考图1，图1所示为根据本发明提供的一种逆扩散的方法的一个具体实施方式的流程示意图。
步骤S101，将硅片置于扩散炉中，并向扩散炉中通入含有磷源的小N2（包含有磷源的氮气），N2（氮气）和O2（氧气），在800℃～820℃的温度下，对所述硅片进行磷扩散。本领域技术人员应当能够理解，小N2即为含有磷源的N2。P-N结的形成，可以先在硅片的正面喷涂磷酸或其他含磷的掺杂源，然后通过快速热退火（RapidThermalAnealing）处理，完成硅片的正面P扩散。优选的，选择POCl3为磷源在硅片表面进行热扩散，形成N型扩散层。
在向扩散炉中通入含有磷源的小N2前，硅片无需进行表面气氧化，即表面无氧化层。通入含有磷源的小N2后，磷源可以直接在硅片表面沉积，有效提升了沉积的扩散速度，同时在一定程度上节约了扩散工艺的操作时间。
为了获得较好的沉积效果，优选的，通入扩散炉的小N2的通量范围为1.8slm～2.3slm，例如：1.8slm、2.1slm或2.3slm。优选的，通入扩散炉的N2的通量范围为15slm～21slm，例如：15slm、18slm或21slm。优选的，通入扩散炉的O2的通量范围为1.1slm～1.4slm，例如：1.1slm、1.2slm或1.4slm。
优选的，步骤S101的执行时间为15min～20min，例如：15min，17min或20min。
经过高浓度（1.8slm～2.3slm）磷源的高温（800℃～820℃）扩散，使磷原子向硅片内部扩散，形成具有一定结深和杂质浓度的P-N结；同时在硅片表面形成一定厚度的氧化层（也称之为磷硅玻璃）。
步骤S101的通磷源过程结束后，执行步骤S102，关闭小N2，向扩散炉中通入N2和O2对所述硅片进行通氧短时推阱。
优选的，步骤S102的操作温度保持在820℃～840℃，例如：820℃，830℃或840℃。优选的，通入扩散炉的N2的通量范围为15slm～21slm，例如：15slm、18slm或21slm。优选的，通入扩散炉的O2的通量范围为2.0slm～3.0slm，例如：2.0slm、2.5slm或3.0slm。
优选的，步骤S102的执行时间为5min～8min，例如：5min，6min或8min。
在步骤S101的通磷源结束后，进行本步骤的通氧扩散，可以在硅片表面形成更厚的氧化层。
继续步骤S103，向所述扩散炉中通入N2，在850℃～870℃的温度下，对所述硅片进行高温氮推阱。优选的，通入扩散炉的N2的通量范围为15slm～21slm，例如：15slm、18slm或21slm。优选的，步骤S103的执行时间为8min～10min，例如：8min，9min或10min。
在850℃～870℃的高温下，向扩散炉中通入N2，可以使磷原子向硅片内部迅速扩散，通过控制高温氮推阱的操作时间，可以调整P-N结的结深以及硅片的方阻值。
在完成高温氮推阱后，执行步骤S104，向所述扩散炉中通入N2，在690℃～720℃的温度下，对所述硅片进行低温逆扩散。优选的，通入扩散炉的N2的通量范围为15slm～21slm，例如：15slm、18slm或21slm。优选的，步骤S104的执行时间为25min～40min，例如：25min，32min或40min。
在690℃～720℃的温度条件下，氧化层（磷硅玻璃）对磷原子的固溶度大于硅对磷原子的固溶度，因此已经扩散到硅片中的磷原子将会由硅片再向氧化层扩散，即实现逆向扩散。已经扩散到硅片的磷原子，特别是硅片最表面层的磷原子向氧化层运动，会使硅片表面的杂质浓度降低，同时总掺杂量也会相应减小，从而增大扩散方阻值。
在逆扩散25min～40min后，执行步骤S105，在N2保护下，对所述硅片进行出炉操作。优选的，出炉温度保持与步骤S104相同，即690℃～720℃，例如：690℃，700℃或720℃。优选的，保护N2的通量范围为15slm～21slm，例如：15slm、18slm或21slm。由于逆扩散步骤的温度本身比较低，因此在进行出炉操作时，无需再进行降温操作，即可直接出炉。如此操作，节省了工艺操作时间；此外，也减小了保护气体的用量，进而降低了生产成本。
采用本发明提供的逆扩散方法，获得的硅片方阻在70Ω/□～85Ω/□之间。与未经过低温逆扩散过程所获得的硅片相比，在相同掺杂量的情况下，本发明的方法获得的硅片表面掺杂浓度更低，表面复合更低，制造的太阳能电池的光电转换效率更高。实验验证结果如附表。
*注：两组对比中，除扩散工艺不同外，其他电池制造工序及片源批次相同；其中常规扩散无执行专利中的S104步骤，即没有在690-720℃保温
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
Claims (10)
1.一种逆扩散的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a）将硅片置于扩散炉中，并向扩散炉中通入含有磷源的小N2，N2和O2，在800℃～820℃的温度下，对所述硅片进行磷扩散；
b）关闭小N2，保持820℃～840℃的温度，向扩散炉中通入N2和O2对所述硅片进行通氧短时推阱；
c）向所述扩散炉中通入N2，在850℃～870℃的温度下，对所述硅片进行高温氮推阱；
d）向所述扩散炉中通入N2，在690℃～720℃的温度下，对所述硅片进行逆扩散；
e）在N2保护下，对所述硅片进行出炉操作。
2.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤a）中各气体通量范围如下：小N2：1.8slm～2.3slm；N2：15slm～21slm；O2：1.1slm～1.4slm。
3.根据权利要求1或2所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤a）的执行时间为15min～20min。
4.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤b）中各气体通量范围如下：N2：15slm～21slm；O2：2.0slm～3.0slm。
5.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤b）的执行时间为5min～8min。
6.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤c）中N2的通量范围为15slm～21slm。
7.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤c）的执行时间为8min～10min。
8.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤d）中N2的通量范围为15slm～21slm。
9.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤d）的执行时间为25min～40min。
10.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤e）具体为在通量范围为15slm～21slm的N2保护下，保持温度为690℃～720℃，将所述硅片取出。
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