CN103715301A - 一种高效扩散的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效扩散的方法，该方法包括如下步骤：将硅片置于扩散炉中，通入含有磷源的气体，对所述硅片进行第一次扩散；对所述硅片的方阻进行检测，当所述硅片的方阻值比预定值低4Ω/□～8Ω/□时，在690℃～720℃的温度下，对所述硅片进行第二次扩散；在氮气保护下，对所述硅片进行出炉操作。采用本发明提供的方法，扩散后得到硅片表面掺杂浓度低，表面复合小，太阳能电池的光电转换效率可以得到显著的提高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体地说涉及一种高效扩散的方法。
背景技术
由于P-N结的质量直接影响着太阳能电池片的质量，因此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。为了制造出高品质的P-N结，研究人员尝试用了多种方法，例如：的制造可以采用多种方法，如合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等等。不同的制造工艺生产出的P-N结可以适应于不同的需要。采用扩散的方法制造P-N结是目前最广泛应用的，因此也是研究的热点所在。
扩散工艺的好坏决定了杂质分布均匀性，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。
从上述分析可以看出，采用目前的扩散技术虽然能够得到预定方阻值的硅片，但是方阻均匀性差，硅片的表面掺杂浓度高，太阳能电池的光电转换效率低。
发明内容
本发明提供一种高效扩散的方法，能够在相同掺杂量的情况下，使硅片表面浓度更低，可以有效降低硅片的表面复合，进而极大地提升后续制造的太阳能电池的光电转换效率。
根据本发明的一个方面，提供一种高效扩散的方法，该方法包括如下步骤：
步骤S101，将硅片置于扩散炉中，通入含有磷源的气体，对所述硅片进行第一次扩散；
步骤S102，对所述硅片的方阻进行检测，当所述硅片的方阻值比预定值低4Ω/□～8Ω/□时，在690℃～720℃的温度下，对所述硅片进行第二次扩散；
步骤S103，在氮气保护下，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，在执行所述步骤S102时，对所述扩散炉中通入氧气和氮气组成的保护气体。
根据本发明的另一个具体实施方式，在所述保护气体中，氧气的含量为0～30%。
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20min～40min。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S101进一步为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对所述硅片进行第一次扩散。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述第一次扩散的温度为860℃～890℃。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述第一次扩散中，各气体通量范围如下：小N2：1.8～2.3slm；N2：15～21slm；O2：1.1～1.4slm。
根据本发明的又一个具体实施方式，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S103具体为，在氮气保护下，保持温度为690℃～720℃，将所述硅片从所述扩散炉中取出。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤S103中通入的氮气的通量范围为15slm～21slm。
本发明首先将硅片通过高扩散源浓度、高温扩散工艺，使扩散后方阻控制在比正常方阻值低4Ω/□～8Ω/□的范围内；然后将上述所得的较低方阻值的硅片再次放入扩散炉中，在690℃～720℃的条件下进行二次扩散；退火后，使得硅片的方阻值提高4Ω/□～8Ω/□，使之达到正常方阻值的控制范围内。采用两次扩散过程得到的硅片在掺杂量相同的情况下，硅片的表面掺杂浓度相对较低，可以有效降低表面复合，从而使后续制造的太阳能电池具有相对更高的光电转换效率。
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为根据本发明提供的一种高效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。
图1为根据本发明提供的一种高效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，通入含有磷源的气体，对所述硅片进行第一次扩散。具体操作时，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860℃～890℃（例如：860℃，880℃或890℃）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（Rapid ThermalAnealing）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。
经过高浓度磷源的高温扩散，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）。
在进行高温制结的步骤后，继续执行步骤S102，对所述硅片的方阻进行检测，当所述硅片的方阻值比预定值低4Ω/□～8Ω/□时，在690℃～720℃的温度下，对所述硅片进行第二次扩散。
例如，当需要得到方阻值为75Ω/□的硅片时，在步骤S101中进行扩散，先得到方阻值为67Ω/□～71Ω/□的硅片，然后再进行第二次扩散。为了得到精确的测试数据，对于硅片方阻值的测量优选采用四探针方阻测试仪。
具体操作中，在进行第二次扩散时，可以将第一次扩散后的硅片再次放入扩散炉中，进行退火（第二次扩散）。第二次扩散的温度为690℃～720℃，例如：690℃，705℃或720℃。第一次扩散后的硅片可以直接在原来的石英舟中放置，执行第二次扩散；也可以从石英舟中卸下来叠放在一起，进行第二次退火。由于采用第二种方式对硅片进行第二次退火（即第二次扩散）可以明显增大产量，因此其为优选实施方式。
在执行所述步骤S102时，对扩散炉中通入氧气和氮气组成的保护气体。优选的，在所述保护气体中，氧气的含量为0～30%，例如：0，15%或30%。也就是说，在保护气体中，可以只含有氮气。
优选的，步骤S102的执行时间为20min～40min，例如：20min，30min或40min。
在690℃～720℃之间，硅对于磷原子的固溶度要小于磷硅玻璃对磷原子的固溶度，因此扩散至硅片的磷原子不会再继续向硅片内扩散，甚至有少量磷原子会反向扩散，即从硅片向磷硅玻璃运动，如此获得的硅片表面掺杂浓度低，方阻均匀。
在进行过第二次扩散后，硅片的方阻即可达到所需的数值，因而继续执行步骤S103，在氮气保护下，对所述硅片进行出炉操作。优选的，出炉温度保持与步骤S102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。
采用本发明提供的扩散方法获得的硅片，在相同掺杂量的情况下，表面掺杂浓度相对较低，表面复合得到有效降低，可使后续制造的太阳能电池的光电转换效率提升0.15%以上。
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。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (10)
1.一种高效扩散的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a）将硅片置于扩散炉中，通入含有磷源的气体，对所述硅片进行第一次扩散；
b）对所述硅片的方阻进行检测，当所述硅片的方阻值比预定值低4Ω/□～8Ω/□时，在690℃～720℃的温度下，对所述硅片进行第二次扩散；
c）在氮气保护下，对所述硅片进行出炉操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤b）时，对所述扩散炉中通入氧气和氮气组成的保护气体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述保护气体中，氧气的含量为0～30%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b）的执行时间为20min～40min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a）进一步为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对所述硅片进行第一次扩散。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一次扩散的温度为860℃～890℃。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一次扩散中，各气体通量范围如下：小N2：1.8～2.3slm；N2：15～21slm；O2：1.1～1.4slm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a）的执行时间为15min～20min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c）具体为，在氮气保护下，保持温度为690℃～720℃，将所述硅片从所述扩散炉中取出。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c）中通入的氮气的通量范围为15slm～21slm。
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