CN109166794A - 一种高效低成本晶硅电池的分步式磷掺杂方法 - Google Patents
一种高效低成本晶硅电池的分步式磷掺杂方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109166794A CN109166794A CN201810787181.5A CN201810787181A CN109166794A CN 109166794 A CN109166794 A CN 109166794A CN 201810787181 A CN201810787181 A CN 201810787181A CN 109166794 A CN109166794 A CN 109166794A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flow
- phosphorus
- concentration
- temperature
- low
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 33
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 31
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 16
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 92
- XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N phosphoryl trichloride Chemical compound ClP(Cl)(Cl)=O XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 50
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 21
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 13
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- HIVGXUNKSAJJDN-UHFFFAOYSA-N [Si].[P] Chemical compound [Si].[P] HIVGXUNKSAJJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 10
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- RLYSXAZAJUMULG-UHFFFAOYSA-N 6-methyl-3-propan-2-ylcyclohex-2-en-1-one Chemical compound CC(C)C1=CC(=O)C(C)CC1 RLYSXAZAJUMULG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001073212 Arabidopsis thaliana Peroxidase 33 Proteins 0.000 description 1
- 101001123325 Homo sapiens Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-beta Proteins 0.000 description 1
- 229910019213 POCl3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 102100028961 Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-beta Human genes 0.000 description 1
- 229910003978 SiClx Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/223—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明属于太阳能电池制造技术领域，涉及一种高效低成本晶硅电池的分步式磷掺杂方法，即一次耗尽扩散结合二次高浓度浅层扩散及返刻方法。通过控制氧气流量、氮气流量和三氯氧磷流量在p型硅衬底上进行第一次低温低磷源沉积，然后经过长时间的高温推进，耗尽磷硅玻璃里的磷，实现低表面浓度层n+，第二次在无磷玻璃上沉积、推进提高表面浓度，形成很薄的高浓度层n++，可以利用返刻方式很快被刻蚀掉。该方法可以独立精确控制不同区域磷掺杂分布，以保证非电极区具有低掺杂浓度，较低的复合电流，从而保证较高的开路电压；而电极区具有高掺杂浓度，与金属电极接触形成良好的欧姆接触，保证填充因子不受损失，从而整体提升电池的光电转换性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种高效低成本晶硅电池的分步式磷掺杂方法，即一次耗尽型磷扩散结合二次高浓度浅层扩散和返刻方法。
背景技术
光伏发电是近年来发展最快的可再生能源技术之一，而晶体硅太阳电池占据了全球光伏市场90％以上的份额。高的光电转换效率和低的电池制造成本是光伏行业发展永恒的主题。高效率晶体硅太阳电池主要融合了先进的掺杂技术、表面钝化技术、陷光技术、电极制造技术等。高效晶硅太阳电池产品目前主要包括背钝化太阳电池(PERL和PERC的统称)、异质结(HIT)太阳电池以及背接触(IBC)太阳电池。其中晶硅电池的掺杂元素的分布对光生载流子的传输、收集有着至关重要的影响，直接影响电池的转换效率。
以p型晶硅为衬底的太阳电池。现有技术是，高温下在p型硅片表面通入N2，O2，POCl3原料，发生化学反应，从而在硅片表面形成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，形成磷掺杂层即n型层，n型层与p型硅衬底形成pn结。p型硅表面的n型层，也叫做发射极。
高效电池的发射极应该是所谓的选择性发射极，即金属栅线下的发射区磷掺杂浓度高(n++)，可以减少电池串联电阻，以此提升电池的填充因子，非栅线接触范围的发射区磷掺杂浓度低(n+)，可以减少少数载流子复合，提升电池的开路电压。选择性发射极即磷的特定空间分布的实现目前主要有以下几种工艺：
1、“一次扩散”工艺，即在扩散工艺中，用掩膜层对扩散进行局部阻挡，在掩膜区形成浅结轻掺杂。这个方法简单，但掩膜可能会影响扩散的均匀性，并且浓扩散与轻扩散的匹配不好掌握。这种方法对掺杂浓度分布控制精度差。
2、“两步扩散”工艺，是利用半导体芯片制造中成熟的光刻掩膜技术。先在硅表面做一层氧化硅；旋涂光刻胶，曝光显影后形成电极窗口；将窗口处的氧化硅腐蚀掉；再除去光刻胶，进行扩散，磷元素扩散进入无氧化硅遮挡的的窗口处(也就是今后要做电极的位置)，有氧化硅遮挡的部位，没有磷元素扩散进去。然后再除去晶硅表面所有的氧化硅，对整个硅片表面进行第二次扩散。这样就在电极区域获得深结重扩散区(因为此处是两次扩散，从而扩散浓度高，扩散深度大)，在非电极区域得到浅结轻扩散区。这一方法采用光刻工艺，而且低浓度掺杂和高浓度掺杂是在第二次扩散同时形成，不利于两个不同区域的精确掺杂调控，成本高。
3、磷浆印刷技术，也就是在不同位置印刷不同浓度的磷浆并进行扩散。在电极区印刷高浓度磷浆，在非电极区印刷低浓度磷浆。然后采用一次高温扩散来制备选择性发射极。这种方法存在结深不均匀的问题。另外，随后的工艺中要在对应区域印刷电极栅线，所以对准精度的要求比较高。
4、激光掺杂技术，该技术首先在硅片表面进行磷源沉积，之后进行激光掺杂。但是激光掺杂成本高，且高功率激光容易对硅片表面造成损伤。
对晶硅电池效率影响较大的三个参数，n++区的峰值浓度，n++区磷浓度为5×1019/cm3的位置深度，n+区磷浓度为1×1017/cm3的位置深度。也就是说，一方面，n++发射区的掺杂浓度要高，但同时高浓度掺杂n++层的厚度要小；另一方面无电极区域n+的表面磷浓度要低，这样才能显著减少俄歇复合和shockley-Read-Hall(SRH)复合，实现高效晶硅电池的制造。高效电池要能同时精确控制这三个参数。现有的方法很难达到高效晶硅电池所需的磷横向和纵向空间分布的控制精度。
发明内容
本发明为了实现理想磷掺杂分布，提出了一次耗尽型磷扩散结合二次高浓度浅层扩散和返刻方法，该方法具有更大的提高电池效率的潜力，且成本也更低。通过控制氧气流量、氮气流量和三氯氧磷的流量在p型硅衬底上进行第一次低温低磷源沉积，然后经过较长时间的高温推进，耗尽磷硅玻璃(PSG)里的磷，形成低表面浓度层n+；然后在无磷成分的玻璃层上第二次低温沉积高浓度磷源，经过第二次沉积推进提高表面浓度，形成高浓度层n++。这样做的好处是，一方面由于第一次推进使得硅上面的玻璃层不含有磷，这样在第二次推进时，磷源需要通过这层玻璃层再往下扩散，提高了浅层扩散的可控性，从而可以保证高浓度层n++很薄。最后采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，由于高浓度掺杂层很薄，可以很快刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉，从而完成具有开压高，接触好的发射极的制备。这样的方法可以独立精确控制不同区域磷掺杂分布，以保证非电极区具有低掺杂浓度，较低的复合电流，从而保证较高的开路电压；而电极区具有高掺杂浓度，与金属电极接触形成良好的欧姆接触，保证填充因子不受损失，从而整体提升电池的光电转换性能。
高效低成本晶硅电池的一次耗尽型磷扩散结合二次高浓度浅层扩散和返刻磷掺杂方法，按照如下步骤进行：
(1)、将P型硅片送入扩散管，温度控制在750-800℃，氮气流量为10-15slm，氧气流量为200-600sccm，三氯氧磷流量300-800sccm，沉积3-10min，完成第一次低温沉积；
(2)、保持氮气流量为10-15slm，氧气流量800-1600sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/min的升温速率升温至840-900℃，维持30-50min，进行第一次推进，形成低表面浓度层n+；
(3)、保持氮气流量为10-15slm，停止氧气流量，以10℃/min的降温速率降温至780-840℃，氮气流量控制在10-15slm，氧气流量控制在200-600sccm，三氯氧磷流量控制在600-1200sccm，沉积10-30min，进行第二次沉积；
(4)、保持氮气流量为10-15slm，氧气流量800-1600sccm，停止三氯氧磷流量，维持温度在780-840℃，进行10-25min的第二次推进，形成高浓度层n++；
(5)、保持氮气流量为10-15slm，氧气流量为1600-2200sccm，以10℃/min的降温速率降温至680-720℃再出舟；
(6)采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉，制备成具有开压高，接触好的发射极。
上所述掺杂方法得到的发射极完全可以由第一次推进和第二次推进独立精确控制，最后形成的发射极与推进过程参数一致，即非电极区的深度﹥0.4微米，浓度﹤6×1019，电极区的深度﹤50nm，浓度﹥4×1020。
为了获得非电极区的低表面浓度和深结，要求扩散的时候，三氯氧磷和氧气的流量不能高，因此，需要控制沉积过程中三氯氧磷和氧气流量，但是浓度低了会带来不均匀的问题，因此提升了氮气流量来改善均匀性问题。这样在磷源较低的情况下，磷硅玻璃(PSG)里面的磷的含量就会很低，通过第一次长时间推进，尽可能把磷推进硅体内，即采用一次低温低流量短时间的三氯氧磷沉积，再用高温推进的方式以耗尽PSG内P的含量，保证掺杂磷的含量足够低，通过长时间的高温推进以形成高斯曲线分布的磷掺杂曲线，从而保证较低的复合电流，以此作为非电极区的掺杂曲线。
第二次的磷掺杂推进是隔着一层无磷玻璃，高浓度磷源短时间实现的，增加表面磷的掺杂浓度以保证电极区形成良好的欧姆接触，而此层很浅，通过返刻很容易去除，从而保证非电极区保留第一次低温沉积高温推进下的磷掺杂曲线。
最后需要降低温度至700℃再出舟，期间持续通氧气，具有吸杂效果，能将硅片体内靠近表面的金属离子杂质等析出到PSG里而被去除。
本发明方法第一次低温低磷源沉积，高温推进，是为了调控非电极区的浓度分布，因为为了获得较低的发射极复合电流，需要实现pn结的表面浓度低，结深深，类似高斯曲线，这样就能使电池获得高开路开压和短路电流；但是如果整面都是这样的分布，那么电极区的欧姆接触就会变得非常差，因此我们需要在表面进行第二次沉积推进，使得硅片表面浓度较高，但这个高浓度区域比较浅，如果就这样做成电池，虽然电极区的接触变好了，但非电极区的复合就很高，效率也上不去，因此需要结合印刷保护电极区的浆料以及化学返刻非电极区(较浅得高浓度区域很容易被刻蚀掉)，来实现电极区的高掺杂，非电极区的低掺杂，从而精确控制不同区域磷掺杂分布。
有益效果：本发明方法既不需要光刻，也不需要激光，用常规的热扩散与化学刻蚀方法，一次耗尽型磷扩散结合二次高浓度浅层扩散和返刻方法可独立精确控制不同区域磷掺杂分布，以保证非电极区具有低掺杂浓度，较低的复合电流，从而保证较高的开路电压；而电极区具有高掺杂浓度，与金属接触可以形成良好的欧姆接触，保证填充因子不受损失，从而整体提升了电性能。
附图说明
图1实施例1和对比实施例1的掺杂工艺中的温度曲线。
图2实施例1和对比实施例1电极区(图中对应n++表示)和非电极区(图中对应n+表示)的磷浓度分布对比图。
具体实施方式
实施例1
高效低成本晶硅电池的一次耗尽型磷扩散结合二次高浓度浅层扩散和返刻磷掺杂方法，按照如下步骤进行：
步骤一、第一次低温沉积，温度控制在785℃，氮气流量为13slm，氧气流量为250sccm，三氯氧磷流量500sccm，沉积5min；
步骤二、保持氮气流量为13slm，氧气流量1000sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/min的升温速率升温至860℃，维持40min的第一次推进，形成低表面浓度层n+；表面浓度为5.43×1019/cm3；
步骤三、保持氮气流量为13slm，停止氧气流量，以10℃/min的降温速率降温至830℃，经行第二次沉积，氮气流量控制在13slm，氧气流量控制在400sccm，三氯氧磷流量控制在800sccm，沉积20min；
步骤四、保持氮气流量为13slm，氧气流量1000sccm，停止三氯氧磷流量，维持温度在830℃，经行18min的第二次推进，形成高浓度层n++；n++层表面浓度5.55×1020；
步骤五、保持氮气流量为13slm，氧气流量为2000sccm，以10℃/min的降温速率降温至700℃再出舟；
步骤六、采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉。
实施例1和对比实施例1磷浓度分布对比图见图2，从图中可以看出本发明电极区表面浓度是5.55×1020/cm3，相对于传统扩散4×1020/cm3，浓度上升了，这对于电极区的欧姆接触是有利的，可以降低串阻Rs，提升填充因子FF，结深50nm左右；而非电极区的表面浓度由于二次沉积推进的浓度较浅，被刻蚀后，保持方阻在150ohm左右时，其表面浓度在5.43×1019/cm3，比传统扩散刻蚀后的浓度9×1019/cm3(对比实施例1)低了不少，对应的发射极的复合电流降低了很多，效率提升。
实施例2
步骤一、第一次低温沉积，温度控制在760℃，氮气流量为11slm，氧气流量为200sccm，三氯氧磷流量400sccm，沉积10min；
步骤二、保持氮气流量为11slm，氧气流量800sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/min的升温速率升温至900℃，维持45min的第一次推进，形成低表面浓度层n+；
步骤三、保持氮气流量为11slm，停止氧气流量，以10℃/min的降温速率降温至820℃，经行第二次沉积，氮气流量控制在11slm，氧气流量控制在300sccm，三氯氧磷流量控制在600sccm，沉积25min；
步骤四、保持氮气流量为11slm，氧气流量850sccm，停止三氯氧磷流量，维持温度在820℃，经行25min的第二次推进，形成高浓度层n++；
步骤五、保持氮气流量为11slm，氧气流量为1800sccm，以10℃/min的降温速率降温至700℃再出舟；
步骤六、采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉。
上所述掺杂方法得到的发射极完全可以由第一次推进和第二次推进独立精确控制，最后形成的发射极与推进过程参数一致，即非电极区的深度0.5微米，浓度4×1019，电极区的深度40nm，浓度6×1020。
实施例3
步骤一、第一次低温沉积，温度控制在800℃，氮气流量为15slm，氧气流量为280sccm，三氯氧磷流量560sccm，沉积3min；
步骤二、保持氮气流量为15slm，氧气流量1100sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/min的升温速率升温至850℃，维持30min的第一次推进，形成低表面浓度层n+；
步骤三、保持氮气流量为15slm，停止氧气流量，以10℃/min的降温速率降温至810℃，经行第二次沉积，氮气流量控制在15slm，氧气流量控制在450sccm，三氯氧磷流量控制在850sccm，沉积15min；
步骤四、保持氮气流量为15slm，氧气流量1150sccm，停止三氯氧磷流量，维持温度在810℃，经行15min的第二次推进，形成高浓度层n++；
步骤五、保持氮气流量为15slm，氧气流量为2200sccm，以10℃/min的降温速率降温至680℃再出舟；
步骤六、采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉。
上所述掺杂方法得到的发射极完全可以由第一次推进和第二次推进独立精确控制，最后形成的发射极与推进过程参数一致，即非电极区的深度是0.45微米，表面浓度4.5×1019，电极区的深度是45nm，表面浓度5.5×1020。
对比实施例1
步骤一、第一次低温沉积，温度控制在785℃，氮气流量为13slm，氧气流量为250sccm，三氯氧磷流量500sccm，沉积5min；
步骤二、保持氮气流量为13slm，氧气流量1000sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/min的升温速率升温至860℃，维持40min的推进；
步骤三、保持氮气流量为13slm，氧气流量为2000sccm，以10℃/min的降温速率降温至700℃再出舟，完成磷扩散。
步骤四、采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉。
非电极区的深度0.35微米，表面浓度9×1019，电极区的深度60nm，表面浓度4×1020。
对比实施例2
步骤一、第一次低温沉积，温度控制在785℃，氮气流量为13slm，氧气流量为500sccm，三氯氧磷流量1000sccm，沉积10min；
步骤二、保持氮气流量为13slm，氧气流量1500sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/min的升温速率升温至840℃，维持50min的推进；
步骤三、保持氮气流量为13slm，氧气流量为1800sccm，以10℃/min的降温速率降温至790℃再出舟，完成磷扩散。
步骤四、采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉。
非电极区的深度0.4微米，表面浓度1.5×1020，电极区深度55nm，表面浓度3.5×1020。
对比实施例3
步骤一、第一次低温沉积，温度控制在785℃，氮气流量为13slm，氧气流量为250sccm，三氯氧磷流量500sccm，沉积5min；
步骤二、保持氮气流量为13slm，氧气流量1000sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/min的升温速率升温至860℃，维持20min的第一次推进，形成低表面浓度层n+；
步骤三、保持氮气流量为13slm，停止氧气流量，以10℃/min的降温速率降温至830℃，经行第二次沉积，氮气流量控制在13slm，氧气流量控制在400sccm，三氯氧磷流量控制在800sccm，沉积20min；
步骤四、保持氮气流量为13slm，氧气流量1000sccm，停止三氯氧磷流量，维持温度在830℃，经行18min的第二次推进，形成高浓度层n++；
步骤五、保持氮气流量为13slm，氧气流量为2000sccm，以10℃/min的降温速率降温至700℃再出舟；
步骤六、采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉。
电极区表面浓度是5.55×1020/cm3，结深50nm左右；但非电极区的表面浓度高了，达到9.43×1019/cm3，深度0.45微米。
电池效果测试结果如表1所示。
表1电池性能参数
Claims (3)
1.一种高效低成本晶硅电池的分步式磷掺杂方法，其特征在于：所述掺杂方法为一次耗尽扩散结合二次高浓度浅层扩散及返刻方法，具体为：控制氧气流量、氮气流量和三氯氧磷的流量在p型硅衬底上进行第一次低温低磷源沉积，经过长时间的高温推进，耗尽磷硅玻璃里的磷，完成一次耗尽扩散，形成低表面浓度层n+；然后在无磷成分的玻璃上第二次低温沉积高浓度磷源，经过第二次推进提高表面浓度，形成高浓度层n++，最后通过化学返刻刻蚀掉没有保护的非电极区部分，完成具有开压高，接触好的发射极的制备。
2.如权利要求1所述的高效低成本晶硅电池的分步式磷掺杂方法，其特征在于：所述掺杂方法按照如下步骤进行：
(1)、将P型硅片送入扩散管，温度控制在750-800℃，氮气流量为10-15slm，氧气流量为200-600sccm，三氯氧磷流量300-800sccm，沉积3-10min，完成第一次低温沉积；
(2)、保持氮气流量为10-15slm，氧气流量800-1600sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/min的升温速率升温至840-900℃，维持30-50min，进行第一次推进，形成低表面浓度层n+；n+层深度﹥0.4微米，浓度﹤6×1019；
(3)、保持氮气流量为10-15slm，停止氧气流量，以10℃/min的降温速率降温至780-840℃，氮气流量控制在10-15slm，氧气流量控制在200-600sccm，三氯氧磷流量控制在600-1200sccm，沉积10-30min，进行第二次沉积；
(4)、保持氮气流量为10-15slm，氧气流量800-1600sccm，停止三氯氧磷流量，维持温度在780-840℃，进行10-25min的第二次推进，形成高浓度层n++；n++层深度﹤50nm，浓度﹥4×1020；
(5)、保持氮气流量为10-15slm，氧气流量为1600-2200sccm，以10℃/min的降温速率降温至680-720℃再出舟；
(6)采用印刷保护型浆料保护住电极区，进行化学刻蚀，刻蚀掉没有保护的部分，最后把保护型浆料洗掉，制备成具有开压高，接触好的发射极。
3.如权利要求2所述的高效低成本晶硅电池的分步式磷掺杂方法，其特征在于：所述掺杂方法得到的发射极由第一次推进和第二次推进独立精确控制，得到的发射极与推进过程参数一致，即非电极区的深度﹥0.4微米，表面浓度﹤6×1019，电极区的深度﹤50nm，表面浓度﹥4×1020。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810787181.5A CN109166794B (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种晶硅电池的分步式磷掺杂方法 |
| NL2022765A NL2022765B1 (en) | 2018-07-18 | 2019-03-19 | Step-by-Step Doping Method of Phosphorous for High-efficiency and Low-cost Crystalline Silicon Cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810787181.5A CN109166794B (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种晶硅电池的分步式磷掺杂方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109166794A true CN109166794A (zh) | 2019-01-08 |
| CN109166794B CN109166794B (zh) | 2019-10-11 |
Family
ID=64897673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810787181.5A Active CN109166794B (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种晶硅电池的分步式磷掺杂方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109166794B (zh) |
| NL (1) | NL2022765B1 (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109860334A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-06-07 | 晶科能源科技（海宁）有限公司 | 一种匹配hf/hno3体系选择性刻蚀的高质量磷扩散方法 |
| CN109888054A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-06-14 | 晶科能源科技（海宁）有限公司 | 一种光伏电池无损伤选择性发射极的制备方法 |
| CN110473938A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-19 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种新型碱抛选择性发射极制程工艺 |
| CN111524797A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-08-11 | 泰州中来光电科技有限公司 | 一种选择性发射极的制备方法 |
| CN111883420A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-11-03 | 中国科学院半导体研究所 | 提高晶硅表层掺磷、掺硼激活率的热扩散方法 |
| CN111916347A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-10 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种用于soi片的磷扩散掺杂方法 |
| CN112133784A (zh) * | 2019-06-06 | 2020-12-25 | 国家电投集团西安太阳能电力有限公司 | 一种基于光刻掩膜法制备n型fsf结构的ibc太阳能电池的方法 |
| CN112436063A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-02 | 福建新峰二维材料科技有限公司 | 一种铸造单晶硅异质结太阳电池制备方法 |
| CN112951950A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-11 | 湖南红太阳光电科技有限公司 | 一种低压扩散匹配激光se的扩散工艺 |
| CN114068759A (zh) * | 2020-07-30 | 2022-02-18 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | 一种p型晶硅电池的磷掺杂方法 |
| CN114188436A (zh) * | 2020-09-15 | 2022-03-15 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | 一种硅基底制备方法及太阳能电池 |
| CN115911147A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-04-04 | 宁夏隆基乐叶科技有限公司 | 选择性发射极及其制备方法、太阳能电池和太阳能组件 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102263153A (zh) * | 2010-05-27 | 2011-11-30 | 宁波百事德太阳能科技有限公司 | 一种改进太阳能电池的扩散方法 |
| WO2011162909A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-29 | Innovalight, Inc. | Methods of forming a multi-doped junction with porous silicon |
| CN102332492A (zh) * | 2011-08-30 | 2012-01-25 | 绿华能源科技（杭州）有限公司 | 一种选择性发射极太阳能电池的制备方法 |
| CN103151428A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-12 | 浙江晶科能源有限公司 | 一种晶体硅太阳电池选择性发射极的实现方法 |
| CN107331731A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-11-07 | 合肥市大卓电力有限责任公司 | 一种太阳能电池晶体硅片磷扩散方法 |
| CN107871660A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-04-03 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种晶体硅太阳能电池发射极磷掺杂控制方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101714779B1 (ko) * | 2010-10-11 | 2017-03-09 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조 방법 |
| CN102758256B (zh) * | 2012-07-11 | 2015-04-22 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种晶体硅片的磷扩散方法 |
-
2018
- 2018-07-18 CN CN201810787181.5A patent/CN109166794B/zh active Active
-
2019
- 2019-03-19 NL NL2022765A patent/NL2022765B1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102263153A (zh) * | 2010-05-27 | 2011-11-30 | 宁波百事德太阳能科技有限公司 | 一种改进太阳能电池的扩散方法 |
| WO2011162909A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-29 | Innovalight, Inc. | Methods of forming a multi-doped junction with porous silicon |
| CN102332492A (zh) * | 2011-08-30 | 2012-01-25 | 绿华能源科技（杭州）有限公司 | 一种选择性发射极太阳能电池的制备方法 |
| CN103151428A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-12 | 浙江晶科能源有限公司 | 一种晶体硅太阳电池选择性发射极的实现方法 |
| CN107331731A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-11-07 | 合肥市大卓电力有限责任公司 | 一种太阳能电池晶体硅片磷扩散方法 |
| CN107871660A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-04-03 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种晶体硅太阳能电池发射极磷掺杂控制方法 |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109888054A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-06-14 | 晶科能源科技（海宁）有限公司 | 一种光伏电池无损伤选择性发射极的制备方法 |
| CN109860334A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-06-07 | 晶科能源科技（海宁）有限公司 | 一种匹配hf/hno3体系选择性刻蚀的高质量磷扩散方法 |
| CN112133784A (zh) * | 2019-06-06 | 2020-12-25 | 国家电投集团西安太阳能电力有限公司 | 一种基于光刻掩膜法制备n型fsf结构的ibc太阳能电池的方法 |
| CN110473938A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-19 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种新型碱抛选择性发射极制程工艺 |
| CN111524797A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-08-11 | 泰州中来光电科技有限公司 | 一种选择性发射极的制备方法 |
| CN114068759A (zh) * | 2020-07-30 | 2022-02-18 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | 一种p型晶硅电池的磷掺杂方法 |
| CN111883420A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-11-03 | 中国科学院半导体研究所 | 提高晶硅表层掺磷、掺硼激活率的热扩散方法 |
| CN111916347A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-10 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种用于soi片的磷扩散掺杂方法 |
| CN114188436A (zh) * | 2020-09-15 | 2022-03-15 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | 一种硅基底制备方法及太阳能电池 |
| CN114188436B (zh) * | 2020-09-15 | 2024-03-15 | 一道新能源科技股份有限公司 | 一种硅基底制备方法及太阳能电池 |
| CN112436063A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-02 | 福建新峰二维材料科技有限公司 | 一种铸造单晶硅异质结太阳电池制备方法 |
| CN112951950A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-11 | 湖南红太阳光电科技有限公司 | 一种低压扩散匹配激光se的扩散工艺 |
| CN112951950B (zh) * | 2021-03-22 | 2023-06-30 | 湖南红太阳光电科技有限公司 | 一种低压扩散匹配激光se的扩散工艺 |
| CN115911147A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-04-04 | 宁夏隆基乐叶科技有限公司 | 选择性发射极及其制备方法、太阳能电池和太阳能组件 |
| WO2024104201A1 (zh) * | 2022-11-16 | 2024-05-23 | 宁夏隆基乐叶科技有限公司 | 选择性发射极及其制备方法、太阳能电池和太阳能组件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL2022765B1 (en) | 2019-11-04 |
| CN109166794B (zh) | 2019-10-11 |
| NL2022765A (en) | 2019-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109166794B (zh) | 一种晶硅电池的分步式磷掺杂方法 | |
| US9153728B2 (en) | Ion implanted solar cells with in situ surface passivation | |
| CN101937940B (zh) | 印刷磷源单步扩散法制作选择性发射结太阳电池工艺 | |
| CN109994553A (zh) | 一种三层介电钝化膜perc太阳电池及制作工艺 | |
| CN107195699A (zh) | 一种钝化接触太阳能电池及制备方法 | |
| TWI449198B (zh) | Selective emitter solar cell process | |
| CN110838536A (zh) | 具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池及其制备方法 | |
| CN104733555A (zh) | 一种高效n型双面太阳电池及其制备方法 | |
| CN210926046U (zh) | 太阳能电池 | |
| CN105895738A (zh) | 一种钝化接触n型太阳能电池及制备方法和组件、系统 | |
| CN101800266A (zh) | 一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法 | |
| CN105489671A (zh) | 一种n型双面太阳能电池及其制备方法 | |
| CN112466967B (zh) | 一种选择性发射极太阳能电池及其制备方法 | |
| CN112736163B (zh) | 一种多晶硅薄膜钝化背极插指型太阳能电池的制备方法 | |
| AU2022425791A1 (en) | Solar cell and preparation method therefor | |
| CN107871660B (zh) | 一种晶体硅太阳能电池发射极磷掺杂控制方法 | |
| CN105655424A (zh) | 全背场扩散n型硅基电池及其制备方法 | |
| CN103618025B (zh) | 一种晶体硅背结太阳能电池制备方法 | |
| CN102800739B (zh) | 一种选择性发射极单晶硅太阳电池的制备方法 | |
| CN103762279B (zh) | N型硅太阳能电池的选择性背场的制作方法、n型硅太阳能电池及其制作方法 | |
| CN110739366A (zh) | 一种修复perc太阳能电池背膜激光开槽损伤的方法 | |
| KR101089992B1 (ko) | 태양전지의 선택적 에미터 형성방법 | |
| CN103904168B (zh) | 太阳能电池单元的制造方法 | |
| CN105185864B (zh) | 一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法 | |
| CN114122173B (zh) | 石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |