CN113809201A - 一种硼扩散方法及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种硼扩散方法及太阳能电池，涉及光伏技术领域，以制作复合电流密度小且接触电阻率小的硼掺杂层。该硼扩散方法包括如下步骤：提供一硅基底；对硅基底进行整面的第一热扩散工艺，在硅基底上形成第一硼扩散层和硼硅玻璃层；去除硼硅玻璃层；对硅基底进行整面的第二热扩散工艺，使第一硼扩散层的表层掺杂浓度增大转变成第二硼扩散层，第一硼扩散层的其余部分为第三硼扩散层；获得包括第二硼扩散层和第三硼扩散层的硼掺杂层。本发明提供的一种硼扩散方法及太阳能电池用于太阳能电池制造。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种硼扩散方法及太阳能电池。
背景技术
晶硅太阳能电池的发射极对太阳能电池的整体效率有着重要影响。从钝化的角度来说，发射极的掺杂浓度和结深越小，俄歇复合和辐射复合越小，从而可以使太阳能电池具有较高的开路电压。从电极接触的角度来说，发射极的掺杂浓度和深度越高，发射极与电极的接触电阻率越小。
晶硅太阳能电池，尤其是具有P+发射极的太阳电池，如何制作复合电流密度较小且接触电阻率较小的发射极是太阳能电池研究的重要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硼扩散方法及太阳能电池，以制作复合电流密度小且接触电阻率小的硼掺杂层。
第一方面，本发明提供一种硼扩散方法。该硼扩散方法包括如下步骤：
提供一硅基底；
对硅基底进行整面的第一热扩散工艺，在硅基底上形成第一硼扩散层和硼硅玻璃层；
去除硼硅玻璃层；
对硅基底进行整面的第二热扩散工艺，使第一硼扩散层的表层掺杂浓度增大转变成第二硼扩散层，第一硼扩散层的其余部分为第三硼扩散层；获得包括第二硼扩散层和第三硼扩散层的硼掺杂层。
采用上述技术方案时，通过第一热扩散工艺，可以在硅基底上形成浅结低掺杂浓度的第一硼扩散层。经过第二热扩散工艺后，第一硼扩散层的表层掺杂浓度增大转变成第二硼扩散层，第一硼扩散层的其余部分(下部分)掺杂浓度不变结深不变，为第三硼扩散层。通过第二热扩散工艺与第一热扩散工艺的叠加，可以形成位于表层且掺杂浓度较高的第二硼扩散层。而作为第一硼扩散层下部分的第三硼扩散层结深和掺杂浓度维持不变。可见，在硼扩散过程中，通过第一热扩散工艺可以形成浅结、低掺杂浓度的第三硼扩散层。浅结且低掺杂浓度的第三硼扩散层具有较低的复合电流密度，可以提高太阳能电池的转化效率。通过第一热扩散工艺和第二热扩散工艺可以形成高掺杂浓度的第二硼扩散层。高掺杂浓度的第二硼扩散层位于表层，其与金属电极接触时可以具有较低的接触电阻率，进而可以提高太阳电池的开路电压。
并且，在第二热扩散工艺之前去除硼硅玻璃层，可以避免硼硅玻璃对第二热扩散工艺中硼原子的阻挡，并避免硼原子反析到硼硅玻璃中，解决掺杂浓度曲线低头的问题，进一步确保第二硼扩散层具有较低的接触电阻率。
另外，与选择性发射极相比，一方面，本发明的第三硼扩散层整面形成于硅基底的表面(第一硼扩散层的表层)，在非金属接触区域仍然具有较高的掺杂浓度，可以提高载流子的横向流动性，进而降低整体电阻，提高填充因子。另一方面，本发明的硼扩散方法，在扩散设备以外无需额外的设备和辅材，制造成本较低；也无需精准对位，制造难度较小，便于规模化生产，提高良品率。
在一些实现方式中，第一硼扩散层在硅基底上的深度为0.3μm～0.7μm。此时，第一硼扩散层的深度较浅，也就是第一硼扩散层与硅基底形成的pn结或高低结结深较浅。并且，后续的第二热扩散工艺仅对第一硼扩散层的表层进行处理，也不会增加结深。基于此，第一硼扩散层的深度即为硼掺杂层的深度，较小的深度，可以减少俄歇复合和辐射复合，降低复合电流密度。
在一些实现方式中，第一硼扩散层在硅基底上的深度为0.45μm～0.55μm。此时，第一扩散层的深度为较优选择，可以较好的平衡复合电流密度和接触电阻。
在一些实现方式中，第三硼扩散层的掺杂浓度峰值为5×1018cm-3～7×1018cm-3。此时，第三硼扩散层的掺杂浓度较小，与第二硼扩散层具有较大浓度差，使得第三硼扩散层复合电流密度尽可能的小。当第三硼扩散层与第二硼扩散层结合时，可以达到平衡复合电流密度和接触电阻率的目的。
在一些实现方式中，第一热扩散工艺包括如下步骤：通入硼源和氧源，进行第一次沉积和第一次升温推进；然后通入硼源和氧源，进行第二次沉积和第二次升温推进；然通入硼源和氧源，后进行第三次沉积和第三次升温推进；然后通氧推进。此时，第一热扩散工艺分三次进行沉积和推进，可以提高硼原子扩散的均匀性，避免一次性沉积所造成硼原子过于集中的问题，从而可以进一步减少载流子复合，提高太阳能电池的转化效率。
在一些实现方式中，硼源为BCl3，氧源为O2；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的沉积时间均为2min-5min；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的O2流量均为500mL/min～600mL/min；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的BCl3流量均为100mL/min～200mL/min；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的N2流量均为1600mL/min～2000mL/min；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的沉积压力均为80mtorr～120mtorr；第一次升温推进的温度升至800℃～855℃，第二次升温推进的温度升至840℃～910℃，第三次升温推进的温度升至1000℃～1100℃；通氧推进的推进时间为60min～120min，通氧推进的O2流量为1400mL/min～1600mL/min；通氧推进的N2流量为1500mL/min～1900mL/min；通氧推进的推进压力为700mtorr～900mtorr。此时，采用该工艺参数进行第一热扩散工艺，可以较好的控制硼原子的扩散，将硼原子的扩散深度控制在0.3μm-0.7μm的范围内，并且上述工艺参数相互配合，可以控制第三硼扩散层的掺杂浓度峰值，避免扩散深度过大或掺杂浓度过大的问题。
在一些实现方式中，第二硼扩散层在硅基底上的深度为0.05μm～0.2μm。此时，第二硼扩散层的深度小于第一硼扩散层，也就是说第二硼扩散层仅占第一硼扩散层的表层。由于第二硼扩散层的掺杂浓度大于第一硼扩散层，当第二硼扩散层的深度较小时，可以适当的缩小高掺杂浓度区域的面积，进而减少载流子复合，提高太阳能电池的转化效率。
在一些实现方式中，第二硼扩散层在硅基底上的深度为0.1μm。此时，在确保与金属电极充分接触的基础上，第二硼扩散层具有较小的深度。
在一些实现方式中，第二硼扩散层的掺杂浓度峰值为2×1019cm-3～5×1019cm-3。此时，第二硼扩散层的掺杂浓度较大，不仅可以使其与金属电极接触时具有较小的接触电阻，而且一整面的第二硼扩散层可以提高载流子的横向流动性，降低整体电阻。
在一些实现方式中，第二热扩散工艺包括如下步骤：通入硼源和氧源，进行第四次沉积和第四次升温推进；然后通入硼源和氧源，进行第五次沉积和第五次升温推进；然后通入硼源和氧源，进行第六次沉积。第二热扩散工艺分三次进行沉积和推进，可以提高硼原子扩散的均匀性，使得第一硼扩散层的表层掺杂浓度均匀增加，进一步减少载流子复合，提高太阳能电池的转化效率。
在一些实现方式中，硼源为BCl3，氧源为O2；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的沉积时间均为1min-3min；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的O2流量均为500mL/min～600mL/min；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的BCl3流量均为100mL/min～200mL/min；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的N2流量均为1600mL/min～2000mL/min；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的沉积压力均为80mtorr～120mtorr；第四次升温推进的温度升至800℃～855℃，第五次升温推进的温度升至840℃～910℃。采用该工艺参数进行第二热扩散工艺，可以较好的控制硼原子的扩散，将硼原子的扩散深度控制在0.05μm-0.2μm的范围内，并且上述工艺参数相互配合，可以将第二硼扩散层的掺杂浓度峰值控制在上述范围内，避免扩散深度过大的问题。
第二方面，本发明提供一种太阳能电池的制作方法。该太阳能电池的制作方法包括第一方面或第一方面任一实现方式描述的硼扩散方法。
第二方面提供的太阳能电池的制作方法的有益效果，可以参考第一方面或第一方面任一实现方式所描述的硼扩散方法的有益效果，在此不再赘言。
第三方面，本发明提供一种太阳能电池。该太阳能电池由第二方面描述的太阳能电池的制作方法制作而成。
第三方面提供的太阳能电池的有益效果，可以参考第一方面或第一方面任一实现方式所描述的硼扩散方法的有益效果，在此不再赘言。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为利用现有技术制作的发射极的掺杂曲线示意图，其中，a为第一种现有技术制作的发射极的掺杂曲线，b为第二种现有技术制作的发射极的掺杂曲线；
图2为本发明实施例一至三提供的发射极的掺杂曲线示意图，其中，c为实施例一制作的发射极的掺杂曲线，d为实施例二制作的发射极的掺杂区域，e为实施例三制作的发射极的掺杂曲线；
图3为本发明实施例一至三及现有技术制作的发射极的复合电流密度对比图，其中，a为第一种现有技术制作的发射极，b为第二种现有技术制作的发射极，c为实施例一制作的发射极，d为实施例二制作的发射极，e为实施例三制作的发射极；
图4为本发明实施例一至三及现有技术制作的发射极的接触电阻率对比图，其中，a为第一种现有技术制作的发射极，b为第二种现有技术制作的发射极，c为实施例一制作的发射极，d为实施例二制作的发射极，e为实施例三制作的发射极。
具体实施方式
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在隧穿氧化层钝化接触电池(TOPCon)、钝化发射极背表面全扩散电池(PERT)等双面接触N型太阳能电池结构中，P+发射极的性能对太阳能电池的整体效率影响非常明显。从钝化的角度来说，发射极的掺杂浓度和结深越小，俄歇复合和辐射复合越小，复合电流密度较小，可以使太阳能电池具有较高的开路电压。从电极接触的角度来说，发射极的掺杂浓度和深度越高，发射极与电极的接触电阻率越小。常规的热扩散方式在工艺上很难取得两者完美的平衡。
目前，P+发射极的设计主要有三种。第一种，将表面硼掺杂浓度降低(一般在1E19cm-3)，以降低P+发射极的复合电流密度。然后，在高温长时间条件下(1000℃，＞1h推进)将结深推进到大于1μm，以解决浅结情况下(＜0.5um)表面硼掺杂浓度接触电阻率较大的问题，平衡复合电流密度和接触电阻率。但是，结深增加后，复合电流密度上升。并且由于在高温推进过程中B原子会反析到硼硅玻璃(BSG)中，导致硅基底表面的掺杂浓度变得很小(硼扩掺杂曲线出现“低头”现象)，增加与金属电极的接触电阻率。这种方式得到的复合电流密度为20fA/cm2，接触电阻率为2mohm/cm2。
例如，现有技术中，将制绒清洗后的硅片放入扩散炉管内，在扩散炉管内进行两次沉积推进。参照图1中的a曲线，第一次扩散浓度大于2×1019cm-3的情况下，硅片表面的掺杂浓度只能提升至2×1019-3×1019cm-3。并且，由图1中的a曲线可以看出，硼扩掺杂曲线出现“低头”现象。采用这种方法制作的发射极的复合电流密度如图3中的a所示，接触电阻率如图4中的a所示。
第二种，P+发射极设计较浅的结深，一般在0.5μm-0.7μm，以降低复荷电流密度。然后，将掺杂浓度提高到4×1019cm-3，以平衡接触电阻率。这种P+发射极的掺杂曲线参照图1中的b曲线所示。该P+发射极的复合电流密度为25fA/cm2,接触电阻率为1.5mohm.cm2，发射极的性能仍然不理想。采用这种方法制作的发射极的复合电流密度如图3中的b所示，接触电阻率如图4中的b所示。
第三种，设计选择性发射极(SE)。即金属接触部分重掺杂，非金属接触部分轻掺杂。选择性发射极虽然解决金属接触电阻率大的问题，但是由于非金属区域表面掺杂浓度很低，导致载流子横向流动变差，整体电阻增加，填充因子(FF)下降。另外，由于选择性发射极需要额外的设备和辅材，增加了制造成本，还需要精确对位，增加了制造难度，使电池制造的良品率下降。
为了解决上述平衡复合电流密度和接触电阻率的问题，本发明实施例提供一种硼扩散方法。该硼扩散方法可以用于在n型硅基底上制作P+发射极(pn结)，也可以用于在p型硅基底上制作高低结。该硼扩散方法包括如下步骤：
步骤S100：提供一硅基底。从导电类型来说，该硅基底可以为n型硅基底，也可以为p型硅基底。从结构来说，该硅基底可以为具有绒面结构的硅基底。该硅基底也可以具有半导体结构。例如，硅基底具有相对的第一面和第二面，硅基底的第一面上具有pn结等半导体结构，利用下述的方法在硅基底的第二面上制作高低结。
以具有绒面结构的硅基底为例，硅基底的制作方法包括以下步骤：
步骤S101：提供一衬底。衬底的材料可以为单晶硅或多晶硅。该衬底可以为n型硅衬底，也可以为p型硅衬底。
步骤S102：对衬底进行织构化处理。具体的，可以是对衬底的单面进行织构化处理，也可以是对衬底的双面进行织构化处理。例如，织构化处理可以是利用具有添加剂的碱溶液对衬底进行双面处理，在衬底的两侧形成金字塔形貌的绒面结构。该绒面结构可以起到陷光的作用，减少太阳能电池对太阳光的反射，进而提高太阳能电池性能。应理解，n型硅衬底加工后形成n型硅基底，p型硅衬底加工后形成p型硅基底。
步骤S200：对步骤S100提供的硅基底进行整面的第一热扩散工艺，在硅基底上形成第一硼扩散层和硼硅玻璃层。第一热扩散工艺后，硼原子进入硅基底中，使得硅基底从表面内部一定深度处形成第一硼掺杂层，并在硅基底的表面上形成一层硼硅玻璃层。
第一硼扩散层在硅基底上的深度可以为0.3μm～0.7μm。该深度，是指第一硼扩散层从硅基底的表面延伸到硅基底内部的最大延伸长度。示例性的，第一硼扩散层在硅基底上的深度可以为0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.46μm、0.5μm、0.52μm、0.55μm、0.58μm、0.6μm、0.65μm、0.68μm、0.7μm等。此时，第一硼扩散层的深度较浅，也就是第一硼扩散层与硅基底形成的pn结或高低结结深较浅。并且，后续的第二热扩散工艺仅对第一硼扩散层的表层进行处理，也不会增加结深。基于此，第一硼扩散层的深度即为硼掺杂层的深度，较小的深度，可以减少俄歇复合和辐射复合，降低复合电流密度。优选地，第一硼扩散层在硅基底上的深度为0.5μm。此时，第一扩散层的深度为较优选择，可以较好的平衡复合电流密度和接触电阻。
第一硼扩散层可以具有较小的掺杂浓度，以使其具有较小的复合电流密度。具体的，第一硼扩散层的掺杂浓度，随着深度增加，呈高斯分布。第一硼扩散层的掺杂浓度峰值(表面掺杂浓度)可以在2×1018cm-3～9×1018cm-3之间。
上述第一热扩散工艺采用高温硼扩散设备，包括如下步骤：
步骤S201：将步骤S100提供的硅基底送入扩散炉中，升温至800℃稳定10min。
通入硼源和氧源，对硅基底进行第一次沉积和第一次升温推进。第一次升温推进的温度升至800℃～855℃。该温度可以升至800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、855℃等。
步骤S202：然后通入硼源和氧源，进行第二次沉积和第二次升温推进。第二次升温推进的温度升至840℃～910℃。该温度可以升至840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃等。
步骤S203：然后通入硼源和氧源，进行第三次沉积和第三次升温推进。第三次升温推进的温度升至1000℃～1100℃。该温度可以升至1000℃、1010℃、1020℃、1050℃、1060℃、1080℃、1100℃等。
上述硼源为BCl3，氧源为O2。上述第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的沉积时间均为2min-5min；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的O2流量均为500mL/min～600mL/min；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的BCl3流量均为100mL/min～200mL/min；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的N2流量均为1600mL/min～2000mL/min；第一次沉积、第二次沉积和第三次沉积的沉积压力均为80mtorr～120mtorr。
示例性的，上述沉积时间可以为2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min、5min等。O2流量可以为500mL/min、520mL/min、530mL/min、550mL/min、580mL/min、600mL/min等。BCl3流量可以为100mL/min、120mL/min、150mL/min、160mL/min、180mL/min、200mL/min等。N2流量可以为1600mL/min、1700mL/min、1800mL/min、1900mL/min、1950mL/min、2000mL/min等。沉积压力可以为80mtorr、85mtorr、90mtorr、92mtorr、100mtorr、110mtorr、120mtorr等。
步骤S204：然后通氧推进。通氧推进的推进时间为60min～120min，通氧推进的O2流量为1400mL/min～1600mL/min；通氧推进的N2流量为1500mL/min～1900mL/min；通氧推进的推进压力为700mtorr～900mtorr。例如，推进时间可以为60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min等。O2流量可以为1400mL/min、1450mL/min、1500mL/min、1550mL/min、1600mL/min等。N2流量可以为1500mL/min、1600mL/min、1700mL/min、1800mL/min、1900mL/min等。推进压力可以为700mtorr、7500mtorr、770mtorr、800mtorr、850mtorr、900mtorr等。
采用上述工艺时，首先，第一热扩散工艺分三次进行沉积和推进，可以提高硼原子扩散的均匀性，避免一次性沉积所造成硼原子过于集中的问题，从而可以进一步减少载流子复合，提高太阳能电池的转化效率。其次，采用上述的工艺参数进行第一热扩散工艺，可以较好的控制硼原子的扩散，将硼原子的扩散深度控制在0.3μm-0.7μm的范围内，并且上述工艺参数相互配合，可以将第一硼扩散层的掺杂浓度峰值控制在上述范围内，避免扩散深度过大或掺杂浓度过大的问题。
在进行第一热扩散工艺形成第一硼扩散层和硼硅玻璃层的过程中，可以在上述工艺参数的范围内，控制第一热扩散工艺的沉积过程的沉积时间、BCl3流量、O2流量和沉积压力中的任意一个或多个减小，使得第一硼扩散层的深度和掺杂浓度减小。控制第一热扩散工艺的通氧推进过程的推进时间、O2流量、推进温度和推进压力中的任意一个或多个增加，使得第一硼扩散层的深度增大，表面掺杂浓度减小。此时，可以通过第一热扩散工艺的工艺参数的改变，控制第一硼扩散层的深度和掺杂浓度，以获得需要的第一硼扩散层。
示例性的，可以仅减小沉积时间，其余工艺参数不变，掺杂浓度较小且深度较小的第一硼扩散层。
步骤S300：去除硼硅玻璃层。第一热扩散后硅基底表面会形成一层厚且致密的硼硅玻璃(BSG)，导致后续的第二热扩散工艺的硼原子很难到达硅基底表面，导致硅基底表面的掺杂浓度很难提升。为此，本发明实施例去除整个硼硅玻璃层。应理解，这里的去除硼硅玻璃层为去除硅基底表面的全部硼硅玻璃，以便于后续的第二热扩散工艺对硅基底进行掺杂。
去除硼硅玻璃层的方式可以为氢氟酸溶液清洗，也可以为刻蚀浆料刻蚀，也可以为等离子体干法刻蚀。采用氢氟酸溶液清洗时，可以将整个硅基底浸没在氢氟酸溶液中，一方面可以批量进行去除工艺，提高工作效率；另一方面湿法刻蚀可以避免氢氟酸溶液与硅基底进行反应，进而可以避免对硅基底的破坏，提高太阳能电池的良品率。
在实际应用中，可以采用10％的氢氟酸溶液浸泡步骤S200处理后的硅基底。浸泡时间为15min。浸泡完成后，对硅基底进行清洗和烘干处理。
步骤S400：对硅基底进行整面的第二热扩散工艺，使第一硼扩散层的表层掺杂浓度增大转变成第二硼扩散层，第一硼扩散层的其余部分为第三硼扩散层；获得包括第二硼扩散层和第三硼扩散层的硼掺杂层。示例性的，当第一硼扩散层的深度为0.7μm时，从硅基底表面开始至0.1μm深处为第二硼扩散层，从硅基底0.1μm深处至0.7μm深处为第三硼扩散层。
上述第二硼扩散层在硅基底上的深度可以为0.05μm～0.2μm。该深度，是指第二硼扩散层从硅基底的表面向内延伸的长度，也就是从第一硼扩散层的表面向第一硼扩散层内延伸的长度。例如，第二硼扩散层在硅基底上的深度可以为0.05μm、0.08μm、0.09μm、0.1μm、0.12μm、0.15μm、0.17μm、0.18μm、0.19μm、0.2μm等。此时，第二硼扩散层的深度小于第一硼扩散层，也就是说第二硼扩散层仅占第一硼扩散层的表层。由于第二硼扩散层的掺杂浓度大于第一硼扩散层，当第二硼扩散层的深度较小时，可以适当的缩小高掺杂浓度区域的面积，进而减少在载流子复合，提高太阳能电池的转化效率。
优选地，第二硼扩散层在硅基底上的深度可以为0.1μm。此时，在确保与金属电极充分接触的基础上，第二硼扩散层具有较小的深度。
第二硼扩散层的掺杂浓度峰值可以为2×1019cm-3～5×1019cm-3。第二硼扩散层的掺杂浓度峰值即为硅基底表面的掺杂浓度。例如，第二硼扩散层的掺杂浓度峰值可以为2×1019cm-3、2.3×1019cm-3、2.5×1019cm-3、2.9×1019cm-3、3×1019cm-3、3.5×1019cm-3、3.8×1019cm-3、4×1019cm-3、4.4×1019cm-3、4.6×1019cm-3、5×1019cm-3等。此时，第二硼扩散层的掺杂浓度较大，不仅可以使其与金属电极接触时具有较小的接触电阻，而且一整面的第二硼扩散层可以提高载流子的横向流动性，降低整体电阻。
上述第三硼扩散层的掺杂浓度峰值可以为5×1018cm-3～7×1018cm-3。此时，第三硼扩散层的掺杂浓度较小，与第二硼扩散层具有较大浓度差，使得第三硼扩散层复合电流密度尽可能的小。当第三硼扩散层与第二硼扩散层结合时，可以达到平衡复合电流密度和接触电阻率的目的。
第三硼扩散层的掺杂浓度峰值，为第三硼扩散层的顶端的掺杂浓度。例如，第一硼扩散层的深度为0.5μm，第二硼扩散层的深度为0.3μm时，从硅基底的表面向下，0-0.3μm的范围内为第二硼扩散层，0.3μm-0.5μm的范围内第三硼扩散层。0.3μm深度处的掺杂浓度为第三硼扩散层的掺杂浓度峰值。
示例性的，第三硼扩散层的掺杂浓度峰值可以为5×1018cm-3、5.3×1018cm-3、5.6×1018cm-3、6×1018cm-3、6.2×1018cm-3、6.5×1018cm-3、6.8×1018cm-3、7×1018cm-3等。
上述第二热扩散工艺采用高温硼扩散设备，与第一热扩散工艺在同一设备中进行。具体包括如下步骤：
步骤S401：将步骤S300处理后的硅基底送入扩散炉中，升温至800℃稳定10min。通入硼源和氧源，对硅基底进行第四次沉积和第四次升温推进。第四次升温推进的温度升至800℃～855℃。该温度可以升至800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、855℃等。
步骤S402：然后通入硼源和氧源，进行第五次沉积和第五次升温推进。第五次升温推进的温度升至840℃～910℃。该温度可以升至840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃等。
步骤S403：然后通入硼源和氧源，进行第六次沉积。
上述硼源为BCl3，氧源为O2。上述第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的沉积时间均为1min～3min；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的O2流量均为500mL/min～600mL/min；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的BCl3流量均为100mL/min～200mL/min；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的N2流量均为1600mL/min～2000mL/min；第四次沉积、第五次沉积和第六次沉积的沉积压力均为80mtorr～120mtorr。
示例性的，上述沉积时间可以为1min、1.5min、2min、2.5min或3min等。O2流量可以为500mL/min、520mL/min、530mL/min、550mL/min、580mL/min、600mL/min等。BCl3流量可以为100mL/min、120mL/min、150mL/min、160mL/min、180mL/min、200mL/min等。N2流量可以为1600mL/min、1700mL/min、1800mL/min、1900mL/min、1950mL/min、2000mL/min等。沉积压力可以为80mtorr、85mtorr、90mtorr、92mtorr、100mtorr、110mtorr、120mtorr等。
请注意，第六次沉积后，无需升温推进，也无需通氧推进，以使得第二硼扩散层的深度较小。
采用上述第二热扩散工艺时，首先，第二热扩散工艺分三次进行沉积和推进，可以提高硼原子扩散的均匀性，使得第一硼扩散层的表层掺杂浓度均匀增加，进一步减少载流子复合，提高太阳能电池的转化效率。其次，采用上述的工艺参数进行第二热扩散工艺，可以较好的控制硼原子的扩散，将硼原子的扩散深度控制在0.05μm-0.2μm的范围内，并且上述工艺参数相互配合，可以将第二硼扩散层的掺杂浓度峰值控制在上述范围内，避免扩散深度过大的问题。
在进行整面第二热扩散工艺形成第二硼扩散层的过程中，可以在上述工艺参数的范围内，控制第二热扩散工艺的沉积过程的沉积时间、BCl3流量、O2流量和沉积压力中的任意一个或多个增大，使得第二硼扩散层的深度和掺杂浓度增加。此时，可以通过第二热扩散工艺的工艺参数的改变，控制第二硼扩散层的深度和掺杂浓度，以获得需要的第二硼扩散层。
示例性的，可以减小沉积时间，以减小第二硼扩散层的深度。
由上述第二硼扩散层和第三硼扩散层组成的硼掺杂层，其复合电流密度在10fA/cm2以下，接触电阻率在1.5mohm/cm2以下。与现有技术中的发射极相比，本发明实施例制作的硼掺杂层不仅降低了复合电流密度，而且降低了接触电阻率。
基于上述硼扩散方法，通过第一热扩散工艺，可以在硅基底上形成浅结低掺杂浓度的第一硼扩散层。经过第二热扩散工艺后，第一硼扩散层的表层掺杂浓度增大转变成第二硼扩散层，第一硼扩散层的其余部分(下部分)掺杂浓度不变结深不变，为第三硼扩散层。通过第二热扩散工艺与第一热扩散工艺的叠加，可以形成位于表层且掺杂浓度较高的第二硼扩散层。而作为第一硼扩散层下部分的第三硼扩散层结深和掺杂浓度维持不变。可见，在硼扩散过程中，通过第一热扩散工艺可以形成浅结、低掺杂浓度的第三硼扩散层。浅结且低掺杂浓度的第三硼扩散层具有较低的复合电流密度，可以提高太阳能电池的转化效率。通过第一热扩散工艺和第二热扩散工艺可以形成高掺杂浓度的第二硼扩散层。高掺杂浓度的第二硼扩散层位于表层，其与金属电极接触时可以具有较低的接触电阻率，进而可以提高太阳电池的开路电压。
并且，在第二热扩散工艺之前去除硼硅玻璃层，可以避免硼硅玻璃对第二热扩散工艺中硼原子的阻挡，并避免硼原子反析到硼硅玻璃中，解决掺杂浓度曲线低头的问题，进一步确保第二硼扩散层具有较低的接触电阻率。
另外，与选择性发射极相比，一方面，本发明实施例的第三硼扩散层整面形成于硅基底的表面(第一硼扩散层的表层)，在非金属接触区域仍然具有较高的掺杂浓度，可以提高载流子的横向流动性，进而降低整体电阻，提高填充因子。另一方面，本发明实施例的硼扩散方法，在扩散设备以外无需额外的设备和辅材，制造成本较低；也无需精准对位，制造难度较小，便于规模化生产，提高良品率。
本发明实施例还提供一种太阳能电池的制作方法。该太阳能电池的制作方法包括上述的硼扩散方法。该太阳能电池的制作方法的有益效果，可以参考上述硼扩散方法的有益效果，在此不再赘言。
本发明实施例还提供一种太阳电池。该太阳能电池由上述太阳能电池的制作方法制作而成。该太阳能电池的有益效果，可以参考上述硼扩散方法的有益效果，在此不再赘言。
为了说明本发明的硼扩散方法的性能，本发明实施例还提供硼扩散方法的具体实施例。
实施例一：
本实施例的硼扩散方法包括如下步骤：
步骤1：提供双面制绒的n型硅基底。
步骤2：对硅基底进行整面的第一热扩散工艺，在硅基底上形成第一硼扩散层和硼硅玻璃层。具体为：将制绒后的硅基底放进扩散炉中，升温至800℃稳定10min。通源沉积4min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至830℃。然后，通源沉积4min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至860℃。然后，通源沉积4min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N21700ml/min，压力100mtorr；升温至1050℃。通氧推进90min，其中O2 1500ml/min，N21700ml/min，推进压力800mtorr。
步骤3：利用10％HF溶液浸泡硅基底15min，然后清洗并烘干，去除硼硅玻璃层。
步骤4：对硅基底进行整面的第二热扩散工艺，形成第二硼扩散层和第三硼扩散层。具体为：将去除BSG的硅基底放进扩散炉中，升温至800℃稳定10min。通源沉积2min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至830℃。然后，通源沉积2min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至860℃。然后，通源沉积2min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N21700ml/min，压力100mtorr。此时，获得P+发射极。该P+发射极的掺杂曲线如图2中的c所示。该P+发射极的复合电流密度为9fA/cm2，如图3中的c所示。该P+发射极的接触电阻率为1.2mohm/cm2，如图4中的c所示。
实施例二：
本实施例的硼扩散方法包括如下步骤：
步骤1：提供双面制绒的n型硅基底。
步骤2：对硅基底进行整面的第一热扩散工艺，在硅基底上形成第一硼扩散层和硼硅玻璃层。具体为：将制绒后的硅基底放进扩散炉中，升温至800℃稳定10min。通源沉积3min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至830℃。然后，通源沉积3min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至860℃。然后，通源沉积3min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N21700ml/min，压力100mtorr；升温至1050℃。通氧推进80min，其中O2 1500ml/min，N21700ml/min，推进压力800mtorr。
步骤3：利用10％HF溶液浸泡硅基底15min，然后清洗并烘干，去除硼硅玻璃层。
步骤4：对硅基底进行整面的第二热扩散工艺，形成第二硼扩散层和第三硼扩散层。具体为：将去除BSG的硅基底放进扩散炉中，升温至800℃稳定10min。通源沉积2min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至830℃。然后，通源沉积2min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至860℃。然后，通源沉积2min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N21700ml/min，压力100mtorr。此时，获得P+发射极。该P+发射极的掺杂曲线如图2中的d所示。该P+发射极的复合电流密度为8fA/cm2，如图3中的d所示。该P+发射极的接触电阻率为1.5mohm/cm2，如图4中的d所示。
实施例三：
本实施例的硼扩散方法包括如下步骤：
步骤1：提供双面制绒的n型硅基底。
步骤2：对硅基底进行整面的第一热扩散工艺，在硅基底上形成第一硼扩散层和硼硅玻璃层。具体为：将制绒后的硅基底放进扩散炉中，升温至800℃稳定10min。通源沉积4min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至830℃。然后，通源沉积4min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至860℃。然后，通源沉积4min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N21700ml/min，压力100mtorr；升温至1050℃。通氧推进90min，其中O2 1500ml/min，N21700ml/min，推进压力800mtorr。
步骤3：利用10％HF溶液浸泡硅基底15min，然后清洗并烘干，去除硼硅玻璃层。
步骤4：对硅基底进行整面的第二热扩散工艺，形成第二硼扩散层和第三硼扩散层。具体为：将去除BSG的硅基底放进扩散炉中，升温至800℃稳定10min。通源沉积3min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至830℃。然后，通源沉积3min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N2 1700ml/min，沉积压力100mtorr；升温至860℃。然后，通源沉积3min，其中氧气540ml/min，BCl3 150ml/min，N21700ml/min，压力100mtorr。此时，获得P+发射极。该P+发射极的掺杂曲线如图2中的d所示。该P+发射极的复合电流密度为10fA/cm2，如图3中的e所示。该P+发射极的接触电阻率为1mohm/cm2，如图4中的e所示。
对比图1和图2的掺杂浓度曲线可知：图1中采用现有技术的方法制作的发射极的掺杂浓度曲线a和b，不仅存在低头现象，而且表面掺杂浓度较低。图2中，本发明的实施例一、实施例二和实施例三的掺杂浓度曲线c、d和e，没有低头问题，而且表面掺杂浓度较高，结深较浅。可见，利用本发明的硼扩散方法制作的发射极性能较好。
对比图3中的复合电流密度可知：采用现有技术的方法制作的发射极(a和b)的复合电流密度在18fA/cm2以上，复合电流密度较大。本发明的实施例一、实施例二和实施例三的发射极(c、d、e)复合电流密度均在10fA/cm2以下。可见，利用本发明的硼扩散方法制作的发射极复合电流密度较小。
对比图4中的接触电阻率可知：采用现有技术的方法制作的发射极(a和b)的接触电阻率在1.4mohm/cm2以上，接触电阻率较大。本发明的实施例一、实施例二和实施例三的发射极(c、d、e)接触电阻率在1.5mohm/cm2以上。可见，利用本发明的硼扩散方法制作的接触电阻率较小。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种硼扩散方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一硅基底；
对所述硅基底进行整面的第一热扩散工艺，在所述硅基底上形成第一硼扩散层和硼硅玻璃层；
去除所述硼硅玻璃层；
对所述硅基底进行整面的第二热扩散工艺，使所述第一硼扩散层的表层掺杂浓度增大转变成第二硼扩散层，所述第一硼扩散层的其余部分为第三硼扩散层；获得包括所述第二硼扩散层和所述第三硼扩散层的硼掺杂层。
2.根据权利要求1所述的硼扩散方法，其特征在于，所述第一硼扩散层在所述硅基底上的深度为0.3μm～0.7μm。
3.根据权利要求1所述的硼扩散方法，其特征在于，所述第一硼扩散层在所述硅基底上的深度为0.45μm～0.55μm；所述第三硼扩散层的掺杂浓度峰值为5×1018cm-3～7×1018cm-3。
4.根据权利要求1所述的硼扩散方法，其特征在于，所述第一热扩散工艺包括如下步骤：通入硼源和氧源，进行第一次沉积和第一次升温推进；
然后通入硼源和氧源，进行第二次沉积和第二次升温推进；
然后通入硼源和氧源，进行第三次沉积和第三次升温推进；
然后通氧推进。
5.根据权利要求4所述的硼扩散方法，其特征在于，所述硼源为BCl3，所述氧源为O2；
所述第一次沉积、所述第二次沉积和所述第三次沉积的沉积时间均为2min-5min；所述第一次沉积、所述第二次沉积和所述第三次沉积的O2流量均为500mL/min～600mL/min；所述第一次沉积、所述第二次沉积和所述第三次沉积的BCl3流量均为100mL/min～200mL/min；所述第一次沉积、所述第二次沉积和所述第三次沉积的N2流量均为1600mL/min～2000mL/min；所述第一次沉积、所述第二次沉积和所述第三次沉积的沉积压力均为80mtorr～120mtorr；
所述第一次升温推进的温度升至800℃～855℃，所述第二次升温推进的温度升至840℃～910℃，所述第三次升温推进的温度升至1000℃～1100℃；
所述通氧推进的推进时间为60min～120min，所述通氧推进的O2流量为1400mL/min～1600mL/min；所述通氧推进的N2流量为1500mL/min～1900mL/min；所述通氧推进的推进压力为700mtorr～900mtorr。
6.根据权利要求1～5任一项所述的硼扩散方法，其特征在于，所述第二硼扩散层在所述硅基底上的深度为0.05μm～0.2μm。
7.根据权利要求1～5任一项所述的硼扩散方法，其特征在于，所述第二硼扩散层在所述硅基底上的深度为0.1μm；所述第二硼扩散层的掺杂浓度峰值为2×1019cm-3～5×1019cm-3。
8.根据权利要求1～5任一项所述的硼扩散方法，其特征在于，所述第二热扩散工艺包括如下步骤：通入硼源和氧源，进行第四次沉积和第四次升温推进；
然后通入硼源和氧源，进行第五次沉积和第五次升温推进；
然后通入硼源和氧源，进行第六次沉积。
9.根据权利要求8所述的硼扩散方法，其特征在于，所述硼源为BCl3,所述氧源为O2；
所述第四次沉积、所述第五次沉积和所述第六次沉积的沉积时间均为1min～3min；所述第四次沉积、所述第五次沉积和所述第六次沉积的O2流量均为500mL/min～600mL/min；所述第四次沉积、所述第五次沉积和所述第六次沉积的BCl3流量均为100mL/min～200mL/min；所述第四次沉积、所述第五次沉积和所述第六次沉积的N2流量均为1600mL/min～2000mL/min；所述第四次沉积、所述第五次沉积和所述第六次沉积的沉积压力均为80mtorr～120mtorr；
所述第四次升温推进的温度升至800℃～855℃，所述第五次升温推进的温度升至840℃～910℃。
10.一种太阳能电池，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的硼扩散方法制作而成。
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