CN107046079A - 掺杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺杂方法，包括：S1：对硅衬底双面制绒，该硅衬底包括第一表面以及与该第一表面相对的第二表面；S2：对该第一表面进行第一导电类型掺杂元素的注入；S3：在该第二表面上形成含有第二导电类型掺杂元素的掺杂剂源；S4：热处理步骤S3得到的结构以推进注入的第一导电类型掺杂元素由此在第一表面侧的硅衬底中形成第一导电类型掺杂层，以及使得掺杂剂源中的第二导电类型掺杂元素扩散至第二表面侧的硅衬底中形成第二导电类型掺杂层。本发明以离子注入和掺杂源热推进来代替常规工艺中的热扩散掺杂，省去了热扩散掺杂之后的两道刻蚀工序。
Description
技术领域
本发明涉及一种掺杂方法，特别是涉及一种太阳能电池的掺杂方法。
背景技术
在目前较为常用且产业化程度较为成熟的太阳能电池中，需要在硅衬底的正面和背面均形成掺杂层，一般来说，两面都采用热扩散来形成掺杂层是比较常用的手段。
CN10191907B中阐述了双面扩散的两个难点，并且公开了一种比较好的扩散工艺。由于硼扩散和磷扩散存在比较大的温度差异，现有工艺大都是先进行高温硼扩散。但是因为扩散是没有方向性的，完成硼扩散之后需要将掺杂硼的一面保护起来才能进行磷扩散。如CN10191907B中所述，在磷扩散的过程中，硼扩散层中的硼也会自硅衬底中向外扩散进入保护层中。为了解决这一问题，CN10191907B中提出磷预扩散的办法，先形成具有初始深度的磷扩散层，将第一面保护好之后在进行第二面的硼扩散，同时使得预扩散的磷进一步扩散至所需深度。这从一定程度上缓解了硼反向扩散的问题。
然而，由于扩散工艺本身的特点，这种工艺也还存在以下缺陷，参考图1-图3，对硅片10双面制绒之后，正面磷扩散形成N型掺杂层20，但是扩散是没有方向性的，硅片的侧壁上也会形成N型掺杂区域21，并且还有有部分磷元素扩散至硅片的背面，在背面靠近侧壁的两端形成N型掺杂区域22。由此就需要通过等离子体刻蚀(plasma etching)去除硅片侧壁中的N型掺杂区域21，并且对硅片背面抛光以去除背面两端处的N型掺杂区域22。之后，保护硅片正面之后对背面实行硼扩散以形成P型掺杂层30。也就是说，在这种工艺中，仍然需要两道高温的工序和一道掩膜保护的工序和刻蚀的工序。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中采用扩散工艺形成掺杂层时必须有一次掩膜来保护已经形成的掺杂层、且用于形成正面掺杂层的掺杂元素会扩散至晶片侧壁乃至晶片背面从而导致边缘漏电；为了去除扩散至晶片背面不理想的掺杂元素而必须增加边缘刻蚀和背面刻蚀两道工序的缺陷，提供一种掺杂方法，省去了一道高温工序、两道掩膜和两道刻蚀工序，简化了制作流程。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种掺杂方法，其特点在于，其包括以下步骤：
S1：对硅衬底双面制绒，该硅衬底包括第一表面以及与该第一表面相对的第二表面；
S2：对该第一表面进行第一导电类型掺杂元素的注入；
S3：在该第二表面上形成含有第二导电类型掺杂元素的掺杂剂源；
S4：热处理步骤S3得到的结构以推进注入的第一导电类型掺杂元素由此在第一表面侧的硅衬底中形成第一导电类型掺杂层，以及使得掺杂剂源中的第二导电类型掺杂元素扩散至第二表面侧的硅衬底中形成第二导电类型掺杂层。
由于第一表面的掺杂借由离子注入实现，因而第一导电类型掺杂元素不会作用于硅衬底的侧壁，更不会作用于第二表面，因而在注入完成之后可以省去扩散掺杂后必须进行的边缘刻蚀和背面抛光。
对于第二表面侧的掺杂来说，本发明采用在需要掺杂的表面上覆盖掺杂剂源和加热的方式，将掺杂剂源中的第二导电类型掺杂元素在加热过程中推进至硅衬底中，同时这一加热过程还作为离子注入后的退火修复激活第一导电类型掺杂元素的步骤，由此硅衬底两面的掺杂仅通过一道高温工序实现。
对于第一表面来说，因为第一导电类型掺杂元素是被注入至硅衬底中的，因此在之后的热处理过程中第一导电类型掺杂元素不会反向扩散，更不会扩散至第二表面处；同样地，掺杂剂源仅会对其所覆盖的表面起作用，因此在热处理过程中掺杂剂源中的第二导电类型掺杂元素也不会扩散至硅衬底的侧壁和第一表面，因此完全可以省去边缘刻蚀的步骤。
优选地，步骤S3中通过旋涂或喷涂形成该掺杂剂源。
优选地，步骤S3中旋涂转速为500rpm-5000rpm(转每分钟)。
优选地，步骤S4之后通过等离子体刻蚀该硅衬底的侧壁。为了防止旋涂或喷涂过程中有极少的掺杂剂源被溅射至硅衬底的侧壁上，可以在热处理之后增加等离子体边缘刻蚀的步骤以去除侧壁可能造成的不理想的掺杂。
优选地，步骤S3中通过薄膜沉积或丝网印刷形成该掺杂剂源。
优选地，步骤S3中通过LPCVD(低压化学气相沉积)或PECVD(等离子体增强化学气相沉积)形成该掺杂剂源。
优选地，该硅衬底为N型掺杂的硅衬底，该掺杂剂源为硼硅玻璃、或含硼的多聚物或硼酸。
优选地，该掺杂剂源的厚度为100nm-1000nm。
优选地，步骤S4中先在100℃-300℃下热处理，接着在850℃-1050℃下热推进，和/或，
步骤S4中热处理在惰性气体中进行，或在氮气中进行，或在惰性气体和氧气中进行，或在氮气和氧气中进行。
优选地，步骤S1之后、步骤S2之前还包括以下步骤：抛光该第二表面。由此制得的掺杂结构可以用于单面受光的太阳能电池的制作。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
1、由于第一表面的掺杂借由离子注入实现，因而第一导电类型掺杂元素不会作用于硅衬底的侧壁，更不会作用于第二表面，因而在注入完成之后可以省去扩散掺杂后必须进行的边缘刻蚀和背面抛光。
2、对于第二表面侧的掺杂来说，本发明采用在需要掺杂的表面上覆盖掺杂剂源和加热的方式，将掺杂剂源中的第二导电类型掺杂元素在加热过程中推进至硅衬底中，同时这一加热过程还作为离子注入后的退火修复激活第一导电类型掺杂元素的步骤，由此硅衬底两面的掺杂仅通过一道高温工序实现。
3、对于第一表面来说，因为第一导电类型掺杂元素是被注入至硅衬底中的，因此在之后的热处理过程中第一导电类型掺杂元素不会反向扩散，更不会扩散至第二表面处；同样地，掺杂剂源仅会对其所覆盖的表面起作用，因此在热处理过程中掺杂剂源中的第二导电类型掺杂元素也不会扩散至硅衬底的侧壁和第一表面，因此完全可以省去边缘刻蚀的步骤。
4、由于离子注入和掺杂剂源的热推进都具有定向性，因而在该掺杂工艺中可以省略形成保护掩膜和去除保护掩膜的步骤。
5、由于省略了因热扩散造成的背面抛光，因而硅衬底的两个绒面都可以被保留，从而便于双面电池的制作。若需要匹配现有的单面受光电池的生产线，可在离子注入之前抛光硅衬底的第二表面。本发明的掺杂工艺同时适用于双面电池和单面受光电池的制作，灵活性较强。
附图说明
图1-3为现有技术的工艺流程图。
图4-8为本发明实施例1的工艺流程图。
图9-12为本发明实施例2的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。实施例均以N型掺杂的硅衬底为例。
实施例1
本实施例所述的双面电池的掺杂方法，包括以下步骤，参考图4-图8，
参考图4，对硅衬底双面制绒以在硅衬底10的正面和背面形成绒面，图中以上方的表面为第一表面，下方的表面为第二表面。
接着，参考图5，对第一表面进行磷离子注入，以20表示磷注入层。
参考图6，通过喷涂的方式在第二表面上形成含硼的掺杂剂源3。
之后参考图7，对图6所得结构热处理，磷注入层中的磷进入硅衬底中被激活形成N型掺杂层，依然以20来表示；掺杂剂源3中的硼扩散至硅衬底中形成P型掺杂层30。
随后去除剩余的掺杂剂源3得到如图8所示的结构。
在本实施例中，由于采用磷离子注入来代替磷扩散，因此在注入过程中硅衬底的两个侧壁和第二表面的边缘部分不会有磷元素的污染，那么原本磷扩散后的边缘刻蚀和背面抛光就可以省去。而且，硼掺杂是由掺杂剂源中的硼元素在高温下被推进至硅衬底中的，而掺杂剂源仅会影响被覆盖的第二表面，硼元素不会扩散至硅衬底的侧壁，更不会扩散至磷注入的第一表面。同时，硼掺杂的热处理还可作为磷离子注入后的退火，这样整个掺杂工艺仅有一道高温工序。再者，因为无需背面抛光，那么背面的绒面就得以保留，由此掺杂完成的结构可以用于双面电池的制作，只需在图8所示的结构上完成钝化、减反射层和栅状电极的制作。
实施例2
实施例2的基本原理与实施例1相同，不同之处在于：
参考图9-图12，在完成硅衬底10的双面制绒之后将第二表面抛光，之后进行第一表面的磷离子注入形成磷注入层20。
之后通过PECVD在第二表面上形成硼硅玻璃3作为硼掺杂源。随后，在氮气环境下先在200℃下热处理图10所示的结构，之后在1000℃下热处理使得硼元素进入第二表面侧的硅衬底中形成硼掺杂层30，并且磷离子注入的损伤被修复，第一表面侧的硅衬底中形成磷掺杂层，依然以20表示。
之后去除硼硅玻璃3得到如图12所示的结构。该结构可以用于制作单面受光的太阳能电池，受光面为第一表面，钝化、减反射层和金属化的工艺可以采用现有工艺实现。
在本发明所公开的掺杂工艺中，以离子注入和掺杂源热推进来代替常规工艺中的热扩散掺杂，由于离子注入和掺杂源热推进比之热扩散而言都具有定向性，因此在进行某一表面的掺杂时掺杂元素仅会作用于该表面，而不会影响到硅衬底的侧壁和另一表面，这样就能省去热扩散掺杂之后的两道刻蚀工序(背面刻蚀和边缘刻蚀)。而且，由于掺杂的定向性，热扩散工艺中不可或缺的保护掩膜也可以省略。
为了清楚地显示各个掺杂区域、钝化层等结构，附图中的上述各个部分的大小并非按比例描绘，本领域技术人员应当理解附图中的比例并非对本发明的限制。另外，上述的正面和背面也都是相对而言的，本领域技术人员结合本领域的公知常识应当知晓这样的表示为了描述的方便，不应当理解为对本发明的限制。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种掺杂方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：对硅衬底双面制绒，该硅衬底包括第一表面以及与该第一表面相对的第二表面；
S2：对该第一表面进行第一导电类型掺杂元素的注入；
S3：在该第二表面上形成含有第二导电类型掺杂元素的掺杂剂源；
S4：热处理步骤S3得到的结构以推进注入的第一导电类型掺杂元素由此在第一表面侧的硅衬底中形成第一导电类型掺杂层，以及使得掺杂剂源中的第二导电类型掺杂元素扩散至第二表面侧的硅衬底中形成第二导电类型掺杂层。
2.如权利要求1所述的掺杂方法，其特征在于，步骤S3中通过旋涂或喷涂形成该掺杂剂源。
3.如权利要求2所述的掺杂方法，其特征在于，步骤S3中旋涂转速为500rpm-5000rpm。
4.如权利要求2所述的掺杂方法，其特征在于，步骤S4之后通过等离子体刻蚀该硅衬底的侧壁。
5.如权利要求1所述的掺杂方法，其特征在于，步骤S3中通过薄膜沉积或丝网印刷形成该掺杂剂源。
6.如权利要求5所述的掺杂方法，其特征在于，步骤S3中通过LPCVD或PECVD形成该掺杂剂源。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的掺杂方法，其特征在于，该硅衬底为N型掺杂的硅衬底，该掺杂剂源为硼硅玻璃、或含硼的多聚物或硼酸。
8.如权利要求1-6中任意一项所述的掺杂方法，其特征在于，该掺杂剂源的厚度为100nm-1000nm。
9.如权利要求1-6中任意一项所述的掺杂方法，其特征在于，步骤S4中先在100-300℃下热处理，接着在850℃-1050℃下热推进，和/或，
步骤S4中热处理在惰性气体中进行，或在氮气中进行，或在惰性气体和氧气中进行，或在氮气和氧气中进行。
10.如权利要求1-6中任意一项所述的掺杂方法，其特征在于，步骤S1之后、步骤S2之前还包括以下步骤：抛光该第二表面。
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Application publication date: 20170815 |