CN105702809A - 一种低温气相沉积固态扩散源制备用于太阳电池的掺杂硅的方法 - Google Patents
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Abstract
一种低温气相沉积固态扩散源制备用于太阳电池的掺杂硅的方法，主要步骤是以低温化学气相沉积或物理气相沉积的方法在硅片表面制备一层掺杂原子浓度精确可控的氧化硅薄膜作为扩散源，在空气气氛中进行高温扩散，最后以HF去除残留的扩散源。可得到方阻在60-600Ω/□内精确可控的n型和p型扩散硅层，且方阻在硅片表面的分布均匀性优于太阳电池产业现行扩散技术所得产品。可进一步扩展扩散技术在太阳电池领域的应用范围，提高太阳电池的性能。
Description
技术领域
本发明为一种低温气相沉积固态扩散源制备用于太阳电池的掺杂硅的方法，属于太阳电池领域，也属于半导体器件领域。涉及太阳电池的制备技术。
背景技术
目前，扩散技术在太阳电池领域中的应用集中在晶体硅太阳电池方面。在p型晶体硅太阳电池的制备中用于制造掺磷的n型发射极，采用三氯氧磷液态源作为扩散源，在高温管式炉中进行多片同时扩散。在n型晶体硅太阳电池在中用于制备掺硼的p型发射极，主要采用三溴化硼作为扩散源，在高温管式炉中进行扩散。其基本原理类似，均为扩散源在进入高温管式炉后在硅片表面形成具有极高杂质浓度的玻璃体（磷硅玻璃或者硼硅玻璃，其中磷或硼的浓度在1022cm-3数量级，与硅片中硅原子的体浓度在一个数量级），在高温下以恒源方式进行扩散，扩散结束后HF溶液去除玻璃体源层，再以其他方式去除表面浓度过高的死层。
上述方式大规模生产技术较为简单，生产成本低。但也存在一些无法克服的问题，例如去除玻璃体后的表面层杂质浓度过高，需要刻蚀去除，对扩散层的浓度无法进行精确的控制；硅片表面扩散层的方阻分布不够均匀，方阻再继续增大较为困难（目前p型晶体硅太阳电池扩散所得n型发射极层的方阻在90-100Ω/□,156mm×156mm面积硅片上方阻高低差值约在5-10Ω/□）等。而且上述方式无法双面沉积不同类型扩散源进行双面同时扩散。
对于晶体硅太阳电池，现行扩散制结技术的进步极限已经成为制约晶体硅太阳电池性能进一步提升的瓶颈。
发明内容
本发明的目的是提出一种低温气相沉积固态扩散源制备用于太阳电池的掺杂硅的方法，以低温气相沉积的方法沉积固态扩散源层，通过控制沉积的扩散源层中杂质浓度和总量，做到精确控制扩散层的掺杂元素分布和方阻，提高方阻的调控范围，并且提高方阻分布的均匀性。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种低温气相沉积固态扩散源制备用于太阳电池的掺杂硅的方法。
以低温气相沉积的方法在硅片表面沉积掺杂氧化硅作为扩散源层，沉积扩散源层的厚度为10-200纳米。
本发明所述低温气相沉积的方法包括低温化学气相沉积法和低温物理溅射法。
所述的化学气相沉积法包括等离子辅助化学气相沉积和热丝化学气相沉积，沉积过程中以硅烷和二氧化碳作为硅源和氧源，优选以磷烷和硼烷分别作为n型掺杂和p型掺杂的气源，沉积掺杂氧化硅层的磷或者硼原子浓度为1018-1022cm-3。
所述的低温物理气相沉积法包括磁控溅射法和离子束溅射法，以掺杂了原子密度为1018-1022cm-3的磷或者硼的氧化硅作为靶材进行溅射沉积。沉积了扩散源层的硅片在800-1000℃温度范围内在空气气氛中进行扩散，扩散结束后以HF酸去除硅片表面残留的扩散源层。
本发明在沉积工艺进行前可进行350-500℃范围内的低温热处理以进一步去除沉积膜层中存在的氢原子或气体易挥发原子。
本发明沉积后硅片的扩散层方阻在60-600Ω/□，156mm×156mm面积硅片上扩散层方阻的不均匀性控制在±5%以内。
本发明所述的扩散源层可以单面沉积掺杂氧化硅层得到单面扩散层，也可双面沉积掺杂氧化物层得到双面扩散层。
本发明双面沉积氧化物层进行沉积时，双面沉积的氧化物层可同为n型或者p型掺杂源，也可分别为n型和p型掺杂源。沉积后的扩散由一步高温过程完成，双面沉积扩散层的方阻的调节主要由扩散源层中的掺杂原子浓度调节控制。
沉积高温扩散过程可在管式炉中完成，也可在链条式或者辊道式连续炉中完成。
本发明所得扩散层可用于同质结晶硅太阳电池作为发射极或/和背电场，也可用于新型的同质异质结晶硅太阳电池，双面进光太阳电池等新型太阳电池。
发明的技术效果是：发明了一种扩散层方阻精确可控且调节范围大，均匀性好的晶体硅太阳电池用的扩散源层制备方法和扩散技术，使用该方法可提高晶体硅扩散层方阻的调节范围，增强均匀性，以之进一步扩展扩散技术在太阳电池领域的应用范围，提高太阳电池的性能。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
采用等离子辅助化学气相沉积法以硅烷:二氧化碳:磷烷流量比为4:20:0.2的比例，在清洗好的硅片表面沉积一层磷原子浓度为1×1019cm-3的厚度为20纳米的氧化硅薄膜作为扩散源；然后在空气气氛中进行400℃，1小时的热处理去氢，再在空气气氛中840℃扩散50分钟，最后用HF溶液去除硅片表面残留的氧化物层，得到了方块电阻为92Ω/□，156mm×156mm面积硅片上的扩散层方阻的不均匀程度小于5%。
实施例2。
采用热丝化学气相沉积法以硅烷:二氧化碳:硼烷流量比为2:20:0.2的比例，在清洗好的硅片表面沉积一层硼原子浓度为1×1022cm-3的厚度为100纳米的氧化硅薄膜作为扩散源；然后在空气气氛中进行400℃，1小时的热处理去氢，再在空气气氛中900℃扩散60分钟，最后用HF溶液去除硅片表面残留的氧化物层，得到了方块电阻为150Ω/□，156mm×156mm面积硅片上的扩散层方阻的不均匀程度小于5%。
实施例3。
采用磁控溅射法以磷原子浓度为1×1018cm-3的氧化硅作为靶材，在清洗好的硅片表面沉积一层磷原子浓度为1×1018cm-3的厚度为80纳米的氧化硅薄膜作为扩散源；然后在空气气氛中860℃扩散20分钟，最后用HF溶液去除硅片表面残留的氧化物层，得到了方块电阻为210Ω/□，156mm×156mm面积硅片上的扩散层方阻的不均匀程度小于5%。
实施例4。
采用离子束溅射法以硼原子浓度为1×1020cm-3的氧化硅作为靶材，在清洗好的硅片表面沉积一层硼原子浓度为1×1020cm-3的厚度为20纳米的氧化硅薄膜作为扩散源；然后在空气气氛中1000℃扩散20分钟，最后用HF溶液去除硅片表面残留的氧化物层，得到了方块电阻为200Ω/□，156mm×156mm面积硅片上的扩散层方阻的不均匀程度小于5%。
实施例5。
采用等离子辅助化学气相沉积法以硅烷:二氧化碳:硼烷流量比为4:20:0.05的比例，在清洗好的硅片表面沉积一层硼原子浓度为1×1019cm-3的厚度为20纳米的氧化硅薄膜作为扩散源；然后在空气气氛中进行400℃，1小时的热处理去氢，再在空气气氛中800℃扩散50分钟，最后用HF溶液去除硅片表面残留的氧化物层，得到了方块电阻为600Ω/□，156mm×156mm面积硅片上的扩散层方阻的不均匀程度小于5%。
实施例6。
采用热丝化学气相沉积法在清洗好的硅片的一面上以硅烷:二氧化碳:硼烷流量比为4:20:0.2的比例，在清洗好的硅片表面沉积一层硼原子浓度为1×1020cm-3的厚度为80纳米的氧化硅薄膜作为扩散源；然后在硅片的另外一面以硅烷:二氧化碳:磷烷流量比为4:20:0.1的比例，在清洗好的硅片表面沉积一层硼原子浓度为1×1020cm-3的厚度为50纳米的氧化硅薄膜作为扩散源；将双面沉积了扩散源的硅片在空气气氛中进行450℃，1小时的热处理去氢，再在空气气氛中900℃扩散50分钟，最后用HF溶液去除硅片表面残留的氧化物层，得到掺硼面方块电阻为160Ω/□，掺磷面方块电阻为90Ω/□，156mm×156mm面积硅片上的扩散层方阻的不均匀程度小于5%。
Claims (10)
1.一种低温气相沉积固态扩散源制备用于太阳电池的掺杂硅的方法，其特征是以低温气相沉积的方法在硅片表面沉积掺杂氧化硅作为扩散源层，沉积扩散源层的厚度为10-200纳米。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述低温气相沉积的方法是低温化学气相沉积法或低温物理溅射法。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的化学气相沉积法为等离子辅助化学气相沉积或热丝化学气相沉积，沉积过程中以硅烷和二氧化碳作为硅源和氧源。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是以磷烷和硼烷分别作为n型掺杂和p型掺杂的气源，沉积掺杂氧化硅层的磷或者硼原子浓度为1018-1022cm-3。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的低温物理气相沉积法为磁控溅射法或离子束溅射法，以掺杂了原子密度为1018-1022cm-3的磷或者硼的氧化硅作为靶材进行溅射沉积，沉积了扩散源层的硅片在800-1000℃温度范围内在空气气氛中进行扩散，扩散结束后以HF酸去除硅片表面残留的扩散源层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是在沉积工艺进行前进行350-500℃范围内的低温热处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的扩散源层为单面沉积掺杂氧化硅层或双面沉积掺杂氧化物层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是双面沉积掺杂氧化物层同为n型或p型掺杂源，或者分别为n型和p型掺杂源。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是沉积过程在管式炉中完成，或者在链条式或辊道式连续炉中完成。
10.权利要求1-9中任一权利要求所述的方法制备的扩散层用于同质结晶硅太阳电池作为发射极或/和背电场，或用于同质异质结晶硅太阳电池，或用于双面进光太阳电池。
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