CN104701425A - 晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,在炉管扩散之后,通过光照快速热处理,对硅片进行氧化处理,在硅片表面生成一层氧化膜。本发明采用扩散后的过氧化,能够将严重的死层变成氧化层,在随后的湿化学清洗中,这部分氧化层被HF腐蚀剥离,这样有效地去除了部分扩散死层,能够降低电池表面少数载流子的复合;同时,炉管扩散之后的过氧化处理,使微观上局部不均匀的磷(或硼)浓度分布得到改善,提高p-n结的均匀性,从而提升电池效率。而且本发明采用低温快速氧化,氧化层在很短的时间内形成,不会导致硅片体内产生缺陷,也不会明显影响磷掺杂曲线。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺。
背景技术
在晶体硅太阳能电池生产工艺中,扩散是核心工序。目前,常规生产的扩散工艺是在管式的扩散炉内,通过液态磷源(或硼源)的挥发,在硅片表面沉积磷原子(或硼原子),然后进行向硅片体内扩散,制成p-n结。在炉管扩散过程中,硅片表面不可避免的会出现一层含高浓度磷(或硼)原子的重掺杂层,其中大量的磷(或硼)原子处于间隙态,形成了高密度的缺陷,而这些缺陷是少数载流子的强复合中心,极大地影响了载流子的收集,被称为扩散死层。扩散死层极大地影响了载流子的收集,从而降低开路电压和短路电流,大大降低电池效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺。
为实现上述目的,本发明的技术方案是设计一种晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,在炉管扩散之后,通过光照快速热处理,对硅片进行氧化处理,在硅片表面生成一层氧化膜。
优选的,通过湿化学清洗,将氧化膜腐蚀剥离。
优选的,所述光照快速热处理,包括如下步骤:将硅片置入充满氧化气体的腔体内,腔体内的氧化气体保持在常压状态,硅片表面各处的氧分压保持相同,采用均匀的光照对硅片进行加热,硅片表面各处温度相同,在硅片表面形成氧化膜。
优选的,所述炉管扩散之后的光照快速热处理:光照的波长为200~2000nm ,光照加热的温度为500~1000℃,光照的时间为0.1~10min,氧化气体为氧气、空气、水蒸气中的一种或几种。
优选的,所述氧化气体中掺入了氯气、无水氯化氢、三氯乙烯中的一种或几种。
优选的,所述炉管扩散之后的光照快速热处理,其光照波长为200~1000nm。
优选的,所述炉管扩散之后的光照快速热处理,在扩散炉管内进行。
优选的,所述炉管扩散之后的光照快速热处理,在扩散炉管外进行。
优选的,所述炉管扩散,包括:磷源或硼源沉积步骤,磷或硼原子深入推进步骤。
优选的,所述炉管扩散,其在磷源或硼源沉积步骤前,还包括炉内氧化步骤。
优选的,所述炉管扩散中炉内氧化步骤的氧化时间为0~10min。
本发明采用扩散后的过氧化(在炉管扩散之后,通过光照快速热处理,对硅片进行氧化处理,在硅片表面生成一层氧化膜),能够将严重的死层变成氧化层,在随后的湿化学清洗中,这部分氧化层被HF腐蚀剥离,这样有效地去除了部分扩散死层,能够降低电池表面少数载流子的复合;同时,炉管扩散之后的过氧化处理,使微观上局部不均匀的磷(或硼)浓度分布得到改善,提高p-n结的均匀性,从而提升电池效率。而且本发明采用低温快速氧化,氧化层在很短的时间内形成,不会导致硅片体内产生缺陷,也不会明显影响磷掺杂曲线。
炉管扩散之后,通过对硅片进一步深度氧化处理,使磷(或硼)原子在硅片中进一步扩散,从而使微观上局部不均匀的磷(或硼)浓度分布得到改善,使得硅片表面的p-n结更均匀,尤其适用于绒面上有微观结构的硅片(如RIE制绒后的硅片或倒金字塔绒面结构的硅片)。
硅片的扩散是一个有限元扩散过程,即扩散磷(或硼)原子是先储存在氧化层中然后从氧化层中往硅中扩散,扩散时磷(或硼)原子的总数不变,即氧化层中的原子数量减少,硅中的原子数量增加。扩散结束后,磷(或硼)原子的浓度从硅片表面向体内逐渐降低,接近于正态分布曲线的右侧,而近表面由于磷(或硼)浓度过高(高达1×1020/cm3),远超于常温下磷(或硼)在硅中的饱和浓度,大量的掺杂原子处于间隙位,形成了大量的缺陷,是少数载流子的高复合中心,即光照形成的非平衡载流子在这些处,很容易复合,无法导出电池片形成电流。因此,这层高磷(或硼)浓度的表面层被称为扩散死层。扩散死层在硅片各个区域都有,一般方阻越小(磷或硼浓度越高),死层越严重。死层与硅片的微观绒面也有很大的关系,例如在单晶硅金字塔绒面的底部和顶部,p-n结的深度相差很大,顶部结深大,对应死层也更厚,底部结深小,对应死层也较薄。硅中磷(或硼)原子浓度越高,氧化速度越快,因而扩散结越深,表面被深度氧化的厚度也更深,通过后续HF的漂洗后,表面扩散结的差异将被缩小,改善了p-n结的均匀性,也有效降低了硅表面的复合。对于多晶电池,不仅绒面虫洞的底部和顶部的死层有差异,而且在不同晶粒由于取向不同,热氧化和磷(或硼)原子扩散速度也会不同,导致晶粒间p-n结深度也不同。通过扩散后深度氧化,可以进一步减小这种结深差异,改善p-n结均匀性,并且大大减少表面复合,提升多晶电池的效率。
氧化气体中掺入了氯气、氯化氢、三氯乙烯中的一种或几种,会使氧化层中有一定量的氯原子,从而可以减少钠离子沾污,钝化SiO2中的钠离子的活性,抑制或消除热氧化缺陷,将杂质转换为可挥发氯化物蒸发掉,改善截面状况。
进一步来说,本发明通过控制光照快速热处理的工艺参数,进而控制氧化的深度,以使氧化的深度(即氧化层厚度)达到最优状态。氧化深度不够:死层无法有效去除,同时磷浓度较高的区域氧化不够导致无法改善p-n结均匀性;氧化深度过深:扩散层变得过浅,在后续金属化过程中容易被银浆烧穿,而导致电池漏电;本发明通过优化光照的波长、温度、时间以及氧化气氛,以使氧化的深度达到最优状态,将死层完全去除,同时不会导致扩散层明显变薄。
更进一步来说,本发明光照快速热处理有别于一般的氧化处理,本发明光照快速热处理为低温快速氧化,而一般的氧化处理为高温低速氧化。为达到同样的氧化效果,高温低速的氧化通常需要更长的时间,在较长时间的高温处理过程中,硅片体内会形成大量缺陷,这些缺陷产生的深能级复合中心会导致硅片体少子寿命下降,从而影响最终的电池效率;另外,在长时间的高温氧化过程中,磷掺杂曲线会发生明显的改变,结深变得更深,不利于表面产生的光生载流子的收集;而本发明采用低温快速氧化,氧化层在很短的时间内形成,不会导致硅片体内产生缺陷,也不会明显影响磷掺杂曲线。
具体来说,采用光照快速热处理与在常规炉管氧化处理的方式相比,有三大优势:1. 光照快速热处理不会显著改变扩散结的特性,这是因为快速热处理中的光照,光波在200~2000nm之间,其中短波长的光会促进水分子的分解,形成活性很高的氧自由基,导致硅的氧化速度极快,在800℃下,氧化速度几乎是干氧氧化速度的十倍以上,并且光照处理的升温和降温都特别快,在1~2分钟的加热过程中,磷杂质的扩散可以忽略,不会明显改变扩散结的特性;2. 利用快速热处理,可以实现湿氧氧化的方法,大大节约氧化时间,从而提高扩散设备的利用率;3. 利用平面式的处理方式,可以提高硅片表面氧化的均匀性,不仅可以提高同一片硅片上氧化的均匀性,而且大大提升同一批次硅片氧化的均匀性,这是快速热处理最大的优势。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是:
一种晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,在炉管扩散之后,通过光照快速热处理,对硅片进行氧化处理,在硅片表面生成一层氧化膜;通过湿化学清洗,将氧化膜腐蚀剥离。
所述光照快速热处理,包括如下步骤:将硅片置入充满氧化气体的腔体内,腔体内的氧化气体保持在常压状态,硅片表面各处的氧分压保持相同,采用均匀的光照对硅片进行加热,硅片表面各处温度相同,在硅片表面形成氧化膜。
所述炉管扩散之后的光照快速热处理:光照的波长为200~2000nm (优选为200~1000nm),光照加热的温度为500~1000℃,光照的时间为0.1~10min,氧化气体为氧气、空气、水蒸气中的一种或几种,所述氧化气体中掺入了氯气、无水氯化氢、三氯乙烯中的一种或几种。
所述炉管扩散之后的光照快速热处理,可在扩散炉管内或扩散炉管外进行。
所述炉管扩散,包括:炉内氧化步骤,磷源或硼源沉积步骤,磷或硼原子深入推进步骤;所述炉管扩散中炉内氧化步骤的氧化时间为0~10min。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,在炉管扩散之后,通过光照快速热处理,对硅片进行氧化处理,在硅片表面生成一层氧化膜。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,通过湿化学清洗,将氧化膜腐蚀剥离。
3.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,所述光照快速热处理,包括如下步骤:将硅片置入充满氧化气体的腔体内,腔体内的氧化气体保持在常压状态,硅片表面各处的氧分压保持相同,采用均匀的光照对硅片进行加热,硅片表面各处温度相同,在硅片表面形成氧化膜。
4.根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,所述炉管扩散之后的光照快速热处理:光照的波长为200~2000nm ,光照加热的温度为500~1000℃,光照的时间为0.1~10min,氧化气体为氧气、空气、水蒸气中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,所述氧化气体中掺入了氯气、无水氯化氢、三氯乙烯中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,所述炉管扩散之后的光照快速热处理,其光照波长为200~1000nm。
7.根据权利要求6所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,所述炉管扩散之后的光照快速热处理,在扩散炉管内进行。
8.根据权利要求6所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,所述炉管扩散之后的光照快速热处理,在扩散炉管外进行。
9.根据权利要求7或8所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,所述炉管扩散,包括:磷源或硼源沉积步骤,磷或硼原子深入推进步骤。
10.根据权利要求9所述的晶体硅太阳能电池的扩散后处理工艺,其特征在于,所述炉管扩散,其在磷源或硼源沉积步骤前,还包括炉内氧化步骤。
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