CN105070787A - 晶体硅太阳能电池及其扩散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池及其扩散方法。该晶体硅太阳能电池的扩散方法，包括如下步骤：步骤一：在通入氧气和氮气的条件下，将硅片于800～820℃保温氧化；步骤二：在通入扩散氮、氧气及氮气的条件下，将硅片于800～820℃保温扩散；步骤三：在通入氮气的条件下，将硅片于860～890℃保温扩散；步骤四：在通入氧气和扩散氮的条件下，将硅片于810～850℃保温扩散；步骤五：在通入氧气和氮气的条件下，将硅片于810～850℃保温反应，扩散氮为携带有三氯氧磷的氮气，且步骤四中的扩散氮的流量小于步骤二中的扩散氮的流量。上述扩散方法能够提升晶体硅太阳能电池的短路电流。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的制造领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池及其扩散方法。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。而太阳能电池的扩散工艺是制备太阳能电池的关键，现有的太阳能电池的扩散工艺做出来的硅片表面掺杂浓度较高，死层较厚，使得少子寿命降低，导致短路电流较低。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种能够提高硅片的短路电流的晶体硅太阳能电池的扩散方法。
此外，还提供一种短路电流较高的晶体硅太阳能电池。
一种晶体硅太阳能电池的扩散方法，包括如下步骤：
步骤一：在通入氧气和氮气的条件下，将硅片于800～820℃保温氧化2～5分钟；
步骤二：在通入扩散氮、氧气及氮气的条件下，将所述硅片于800～820℃保温扩散10～15分钟；
步骤三：在通入氮气的条件下，将所述硅片于860～890℃保温扩散10～20分钟；
步骤四：在通入氧气和扩散氮的条件下，将所述硅片于810～850℃保温扩散2～8分钟；及
步骤五：在通入氧气和氮气的条件下，将所述硅片于810～850℃保温反应4～10分钟，经冷却，得到所述晶体硅太阳能电池；
其中，所述扩散氮为携带有三氯氧磷的氮气，且步骤四中的所述扩散氮的流量小于步骤二中的所述扩散氮的流量。
在其中一个实施例中，步骤二中的所述扩散氮的流量为2000～3500sccm，步骤四中的所述扩散氮的流量为1000～1500sccm。
在其中一个实施例中，步骤一中，所述氧气的流量为1000～2000sccm，所述氮气的流量为18～30slm。
在其中一个实施例中，步骤二中，所述氧气的流量为1000～2000sccm，所述氮气的流量为18～30slm。
在其中一个实施例中，步骤三中，所述氮气的流量为18～30slm。
在其中一个实施例中，步骤四中，所述氧气的流量为1000～2000sccm。
在其中一个实施例中，步骤五中，所述氧气的流量为1000～2000sccm，所述氮气的流量为18～30slm。
在其中一个实施例中，所述硅片的厚度为170～200微米。
在其中一个实施例中，步骤一中，在将所述硅片于800～820℃保温氧化的步骤之前，还包括将所述硅片插设于石英舟的槽中，且一个所述槽对应一个所述硅片，将插设有所述硅片的石英舟置于扩散炉中。
一种由上述晶体硅太阳能电池的扩散方法制备得到的晶体硅太阳能电池。
上述晶体硅太阳能电池的扩散方法通过先向扩散炉中通入氧气和氮气，在800～820℃保温扩散，从而在硅片的表面形成二氧化硅层，再通入第一扩散氮，以降低磷原子的扩散速度，从而有利于使扩散更加均匀，以提高短路电流和太阳能电池的转换效率；通过使第一扩散氮的流量大于第二扩散氮的流量，以及使硅片在第一扩散氮的扩散时间大于在第二扩散氮的扩散时间，从而减少硅片表面的磷原子的浓度，降低硅片表面复合和缺陷浓度，并在850～890℃仅通入氮气的条件下，使硅片表面形成的二氧化硅层中的磷原子在较高的温度下通过热扩散快速进入硅片中，以形成真正的掺杂，再降温至810～850℃，在第二扩散氮的条件下形成浅结，以提高光生载流子的收集几率，提高少子寿命，从而提升短路电流。
附图说明
图1为一实施方式的晶体硅太阳能电池的扩散方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一实施方式的晶体硅太阳能电池的扩散方法，包括如下步骤：
步骤S110：在通入氧气和氮气的条件下，将硅片于800～820℃保温氧化2～5分钟。
由于磷原子在硅中的扩散速度较快，容易导致扩散不均匀，通过步骤S110，使硅片与氧气反应，在硅片的表面形成一层二氧化硅层，二氧化硅层作为扩散缓冲层，磷原子在二氧化硅层中的扩散速度较慢，从而降低磷原子的扩散速度，从而使得扩散更加均匀。
其中，硅片为制绒后的硅片。硅片的厚度为170～200微米。
在本实施例中，步骤S110中，在将硅片800～820℃保温氧化之前，还包括将硅片插设于石英舟的槽中，且一个槽对应一个硅片，将插设有硅片的石英舟置于扩散炉中，从而可以对硅片的相对的两个表面均进行扩散处理，即双面扩散，双面扩散能够减少硅片内的杂质，从而提高少子寿命。
在本实施例中，步骤S110中，氧气的流量为1000～2000sccm，氮气的流量为18～30slm。
步骤S120：在通入扩散氮、氧气及氮气的条件下，将硅片于800～820℃保温扩散10～15分钟。
其中，扩散氮为携带有三氯氧磷的氮气，也称“小氮”。
其中，步骤S120中，扩散氮的流量为2000～3500sccm。
通过步骤S120，使硅、氧气与扩散氮中的三氯氧磷反应，在硅片的表面形成一层含有磷原子的二氧化硅层。
在本实施例中，步骤S120中，氧气的流量为1000～2000sccm，氮气的流量为18～30slm。
步骤S130：在通入氮气的条件下，将硅片于860～890℃保温扩散10～20分钟。
通过升温，使硅片表面形成的二氧化硅层中的磷原子在较高的温度下通过热扩散快速进入硅片中，以形成真正的掺杂。
在本实施例中，步骤S130中，氮气的流量为18～30slm。
步骤S140：在通入氧气和扩散氮的条件下，将硅片于810～850℃保温扩散2～8分钟。
通过步骤S140降低温度以降低磷原子的扩散速率，一方面可以使在硅片表面的磷原子进行再分布，降低硅片表面的磷原子的浓度，另一方面在低温下形成浅结。
其中，步骤S140中的扩散氮的组份及浓度与步骤S120中的扩散氮是相同的，也即步骤S140和步骤S120中的扩散氮是相同的。
其中，步骤S140中的扩散氮的流量小于步骤S120中的扩散氮的流量，从而能够在硅片的表面形成较低的掺杂浓度。
其中，步骤S120通入的扩散氮的扩散时间大于步骤S140的扩散氮的扩散时间，有助于硅片的表面形成低浓度掺杂。
其中，步骤S140中，扩散氮的流量为1000～1500sccm。
在本实施例中，步骤S140中，氧气的流量为1000～2000sccm。
步骤S150：在通入氧气和氮气的条件下，将硅片于810～850℃保温反应4～10分钟，经冷却，得到晶体硅太阳能电池。
在本实施例中，步骤S150中，氧气的流量为1000～2000sccm，氮气的流量为18～30slm。
上述晶体硅太阳能电池的扩散方法通过先向扩散炉中通入氧气和氮气，在800～820℃保温扩散，从而在硅片的表面形成二氧化硅层，再通入第一扩散氮，以降低磷原子的扩散速度，从而有利于使扩散更加均匀；通过使第一扩散氮的流量大于第二扩散氮的流量，以及使硅片在第一扩散氮的扩散时间大于在第二扩散氮的扩散时间，从而减少硅片表面的磷原子的浓度，降低硅片表面复合和缺陷浓度，并在860～890℃仅通入氮气的条件下，使硅片表面形成的二氧化硅层中的磷原子在较高的温度下通过热扩散快速进入硅片中，以形成正真的掺杂，再降温至810～850℃，在第二扩散氮的条件下形成浅结，从而提高光生载流子的收集几率，从而提升短路电流。
且上述晶体硅太阳能电池的扩散方法的第二次扩散是一个磷浓度重新分布的过程，有利于改善扩散方阻的均匀性。
另外，上述扩散方法工艺时间比现有的扩散工艺更短，能够有效地减少能耗和原料的消耗，从而增加了生产效率。
一种上述晶体硅太阳能电池的扩散方法制备得到的晶体硅太阳能电池。由于该晶体硅太阳能电池通过上述方法制备得到，使得晶体硅太阳能电池具有较高的短路电流和均匀的方阻。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例的晶体硅太阳能电池的扩散步骤如下：
(1)将制绒后的硅片插设在石英舟的槽中，且每个槽中放置一片硅片，硅片的厚度为170微米，将插设有硅片的石英舟在导轨的带动下进入扩散炉。
(2)将扩散炉升温至800℃，向扩散炉中通入氧气和氮气，保温扩散2分钟，其中，氧气的流量为1000sccm，氮气的流量为30slm。
(3)向扩散炉中通入第一扩散氮、氧气及氮气，于800℃保温扩散15分钟，其中，第一扩散氮的流量为2000sccm，氧气的流量为1000sccm，氮气的流量为30slm。
(4)将扩散炉升温至860℃，仅向扩散炉中通入氮气，保温扩散10分钟，氮气的流量为30slm。
(5)将扩散炉降温至810℃，向扩散炉中通入氧气和第二扩散氮保温扩散2分钟，其中，第二扩散氮的流量为1000sccm，氧气的流量为1000sccm。
(6)向扩散炉中通入氧气和氮气，于810℃保温反应4分钟，经冷却，在导轨的带动下将石英舟推出扩散炉，得到晶体硅太阳能电池，其中，氧气的流量为1000sccm，氮气的流量为30slm。
采用HALM测试仪测试本实施例的晶体硅太阳能电池的短路电流，本实施例的晶体硅太阳能电池的短路电流见表1。
采用四探针测试仪测试本实施例的晶体硅太阳能电池的方阻的不均匀度，以确定晶体硅太阳能电池的方阻的均匀性，本实施例的晶体硅太阳能电池的方阻的不均匀度见表1。
实施例2
本实施例的晶体硅太阳能电池的扩散步骤如下：
(1)将制绒后的硅片插设在石英舟的槽中，且每个槽中放置一片硅片，硅片的厚度为200微米，将插设有硅片的石英舟在导轨的带动下进入扩散炉。
(2)将扩散炉升温至820℃，向扩散炉中通入氧气和氮气，保温扩散5分钟，其中，氧气的流量为2000sccm，氮气的流量为18slm。
(3)向扩散炉中通入第一扩散氮、氧气及氮气，于820℃保温扩散10分钟，其中，第一扩散氮的流量为3500sccm，氧气的流量为2000sccm，氮气的流量为18slm。
(4)将扩散炉升温至890℃，仅向扩散炉中通入氮气，保温扩散20分钟，氮气的流量为18slm。
(5)将扩散炉降温至850℃，向扩散炉中通入氧气和第二扩散氮保温扩散8分钟，其中，第二扩散氮的流量为1500sccm，氧气的流量为2000sccm。
(6)向扩散炉中通入氧气和氮气，于850℃保温反应10分钟，经冷却，在导轨的带动下将石英舟推出扩散炉，得到晶体硅太阳能电池，其中，氧气的流量为2000sccm，氮气的流量为18slm。
采用实施例1相同的测试方法，得到本实施例的晶体硅太阳能电池的短路电流见表1。
采用实施例1相同的测试方法，得到本实施例的晶体硅太阳能电池的方阻的不均匀度，见表1。
实施例3
本实施例的晶体硅太阳能电池的扩散步骤如下：
(1)将制绒后的硅片插设在石英舟的槽中，且每个槽中放置一片硅片，硅片的厚度为200微米，将插设有硅片的石英舟在导轨的带动下进入扩散炉。
(2)将扩散炉升温至810℃，向扩散炉中通入氧气和氮气，保温扩散3分钟，其中，氧气的流量为1500sccm，氮气的流量为24slm。
(3)向扩散炉中通入第一扩散氮、氧气及氮气，于810℃保温扩散12分钟，其中，第一扩散氮的流量为3000sccm，氧气的流量为1500sccm，氮气的流量为24slm。
(4)将扩散炉升温至870℃，仅向扩散炉中通入氮气，保温扩散15分钟，氮气的流量为24slm。
(5)将扩散炉降温至830℃，向扩散炉中通入氧气和第二扩散氮保温扩散2～8分钟，其中，第二扩散氮的流量为1200sccm，氧气的流量为1500sccm。
(6)向扩散炉中通入氧气和氮气，于830℃保温反应7分钟，经冷却，在导轨的带动下将石英舟推出扩散炉，得到晶体硅太阳能电池，其中，氧气的流量为1500sccm，氮气的流量为24slm。
采用实施例1相同的测试方法，得到本实施例的晶体硅太阳能电池的短路电流见表1。
采用实施例1相同的测试方法，得到本实施例的晶体硅太阳能电池的方阻的不均匀度见表1。
对比例1
对比例1的晶体硅太阳能电池的扩散步骤如下：
(1)将制绒后的硅片插设在石英舟的槽中，且每个槽中放置一片硅片，硅片的厚度为170微米，将插设有硅片的石英舟在导轨的带动下进入扩散炉。
(2)将扩散炉升温至800℃，向扩散炉中通入氧气和氮气，保温扩散2分钟，其中，氧气的流量为1000sccm，氮气的流量为30slm。
(3)向扩散炉中通入扩散氮、氧气及氮气，于800℃保温扩散15分钟，其中，扩散氮的流量为2000sccm，氧气的流量为1000sccm，氮气的流量为30slm。
(4)将扩散炉升温至840℃，仅向扩散炉中通入氮气，保温扩散30分钟，氮气的流量为30slm。
(5)将扩散炉降温至810℃，向扩散炉中通入氧气和氮气，于810℃保温反应4分钟，经冷却，在导轨的带动下将石英舟推出扩散炉，得到晶体硅太阳能电池，其中，氧气的流量为1000sccm，氮气的流量为30slm。
采用实施例1相同的测试方法，得到对比例1的晶体硅太阳能电池的短路电流见表1。
采用实施例1相同的测试方法，得到对比例1的晶体硅太阳能电池的方阻不均匀度见表1。
表1表示的实施例1～3及对比例1的晶体硅太阳能电池的短路电流及方阻的不均匀度。
表1
| 短路电流(A) | 方阻不均匀度 | |
| 实施例1 | 8.782 | 3.12％ |
| 实施例2 | 8.778 | 3.52％ |
| 实施例3 | 8.790 | 3.48％ |
| 对比例1 | 8.641 | 4.64％ |
从表1中可以看出，实施例1～3的晶体硅太阳能电池的短路电流至少为8.778A，而对比例1的短路电流只有8.641A，显然，实施例1～3的晶体硅太阳能电池具有更高的短路电流。
从表1中还可以看出，实施例1～3的晶体硅太阳能电池的方阻不均匀度小于4％，而对比例1的晶体硅太阳能电池的方阻不均匀度高达4.64％，显然，实施例1～3的晶体硅太阳能电池方块电阻更加的均匀。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在通入氧气和氮气的条件下，将硅片于800～820℃保温氧化2～5分钟；
步骤二：在通入扩散氮、氧气及氮气的条件下，将所述硅片于800～820℃保温扩散10～15分钟；
步骤三：在通入氮气的条件下，将所述硅片于860～890℃保温扩散10～20分钟；
步骤四：在通入氧气和扩散氮的条件下，将所述硅片于810～850℃保温扩散2～8分钟；及
步骤五：在通入氧气和氮气的条件下，将所述硅片于810～850℃保温反应4～10分钟，经冷却，得到所述晶体硅太阳能电池；
其中，所述扩散氮为携带有三氯氧磷的氮气，且步骤四中的所述扩散氮的流量小于步骤二中的所述扩散氮的流量。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，步骤二中的所述扩散氮的流量为2000～3500sccm，步骤四中的所述扩散氮的流量为1000～1500sccm。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，步骤一中，所述氧气的流量为1000～2000sccm，所述氮气的流量为18～30slm。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，步骤二中，所述氧气的流量为1000～2000sccm，所述氮气的流量为18～30slm。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，步骤三中，所述氮气的流量为18～30slm。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，步骤四中，所述氧气的流量为1000～2000sccm。
7.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，步骤五中，所述氧气的流量为1000～2000sccm，所述氮气的流量为18～30slm。
8.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，所述硅片的厚度为170～200微米。
9.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征在于，步骤一中，在将所述硅片于800～820℃保温氧化的步骤之前，还包括将所述硅片插设于石英舟的槽中，且一个所述槽对应一个所述硅片，将插设有所述硅片的石英舟置于扩散炉中。
10.一种由权利要求1～9任意一项所述的晶体硅太阳能电池的扩散方法制备得到的晶体硅太阳能电池。
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