CN103715302A - 一种低表面浓度的扩散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低表面浓度的扩散方法，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800℃～820℃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740℃～780℃的温度下，对所述硅片进行低温氮推阱；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制作P-N结，结深和表面浓度更容易调节和控制；硅片表面掺杂浓度低，表面复合速率小；后续制造而成的太阳能电池的光电转换效率高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体地说涉及一种低表面浓度的扩散方法。
背景技术
P-N结是太阳能电池的核心部分，其品质直接关系到太阳电池的性能。因此，在太阳能电池制造工艺中，P-N结的制造一直是生产的重点。扩散制结对太阳能电池的转化效率起着关键性作用，其中扩散工艺直接影响着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化效率的降低。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化效率。
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。
通过上述分析可以看出，虽然可以通过减小磷源浓度在一定程度上降低硅片表面的杂质浓度，但是会导致工艺时间的增长或者使方阻均匀性的可控性变差。
发明内容
本发明提供一种低表面浓度的扩散方法，能够在较短的扩散时间里，保证杂质掺杂量足够，制备出低表面掺杂浓度的P-N结，进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，提供一种低表面浓度的扩散方法，所述扩散方法包括：
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800℃～820℃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740℃～780℃的温度下，对所述硅片进行低温氮推阱；
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，所述步骤S101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；O2：1.8slm～2.4slm。
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3min～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15～21slm。
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30～35min。
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15～21slm的N2保护下，保持温度为740℃～780℃，将所述硅片取出。
本发明提供的扩散方法，在较低的温度下，沉积高浓度磷源，确保了片内和片间的扩散均匀性；低温室短时沉积，有效减小了沉积所引入的缺陷；高磷源低温短时组合，保证了适宜的掺杂量。在沉积过程中，采取低温短时推阱与高温推阱相结合的方式，既可增大氧化层厚度，提高扩散层均匀性，又可以确保在短时间内提高基体的磷掺杂量。之后再进行恒温推阱，在缓慢推进结深的同时，促使掺杂浓度再分布，进一步降低基体表面掺杂浓度。低温推阱后直接出炉，无需降温，节省了制结工艺的操作时间。采用本发明提供的扩散方法，扩散后得到的硅片方阻均匀，波动小，而且具有相对较低的表面掺杂浓度。
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低表面浓度的扩散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低表面浓度的扩散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（Rapid Thermal Anealing）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。
高磷源浓度（1.8slm～2.3slm）沉积可加大扩散磷源的均匀性，从而保证磷原子在片内及片间的均匀且足够量的分布，实现对硅片方阻均匀性的良好控制；低温（800℃～820℃）短时间（15min～20min）可以减小沉积磷原子时引入的缺陷，同时该沉积条件与高的磷源浓度相结合，可以对硅片表面进行充足的磷原子的沉积。
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。通氧氧化，可以加强氧化层的厚度及均匀性，为下一步高温扩散提供更为稳定的扩散磷源。
优选的，步骤S102的操作温度保持在800℃～820℃，例如：800℃，810℃或820℃。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1.8slm～2.4slm，例如：1.8slm、2.2slm或2.4slm。
优选的，步骤S102的执行时间为3min～8min，例如：3min，5min或8min。
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，并可以通过控制本步骤的扩散时间（8min～10min），调控硅片的方阻值，以满足掺杂量的不同需求。
步骤S104，向所述扩散炉中通入N2，在740℃～780℃的温度下，对所述硅片进行低温氮推阱。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S104的执行时间为30min～35min，例如：30min，32min或35min。
当温度位于740℃～780℃之间时，氧化层（或称作磷硅玻璃层）与硅片对于磷原子的固溶度相关不大。因此，在740℃～780℃的温度区间内，氧化层中的磷原子向硅衬底的扩散速度很慢，也即在该温度下扩散时，硅片表面的杂质浓度不会由于氧化层中磷原子的扩散而继续明显增大。在这种情况下，已经扩散到硅片表面的磷原子，将会继续向硅片内部扩散，这必然会促使表面的磷原子向其内部运动，从而降低硅片表面的磷原子的掺杂浓度，实现了硅片内部掺杂浓度的再分布。因此，在740℃～780℃进行低温推阱和杂质再分布，可以在降低硅片表面掺杂浓度的同时，缓慢推进P-N结的结深，使P-N结具备了优异的特性。
低温推阱结束后，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740℃～780℃，例如：740℃，760℃或780℃。优选的，保护N2的通量范围为15slm～21slm，例如：15slm、18slm或21slm。由于上一步进行的是低温推阱，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。
本发明提供的扩散方法在与现有技术相同掺杂浓度的条件下，得到的硅片表面掺杂浓度相对较低，表面复合较小，可对P-N结的深度和表面浓度进行很好的控制。经实验证明，采用本方法得到的太阳能电池的开路电压可以提高1mv～2mv，光电转换效率可以提高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。
Claims (10)
1.一种低表面浓度的扩散方法，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800℃～820℃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740℃～780℃的温度下，对所述硅片进行低温氮推阱；
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；O2：1.8slm～2.4slm。
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3min～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30min～35min。
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740℃～780℃，将所述硅片取出。
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