CN117385475A - 一种能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法，属于太阳能级直拉单晶硅技术领域。本发明所述方法为在常规的单晶硅太阳能电池制备过程中的磷扩散热处理之前，增加一步温度范围在1250～1450℃，时长为1～2h的氧沉淀核心消融处理。该方法操作简便，易于实现，它可以有效改善单晶硅电阻率的均匀性，减小氧沉淀对磷吸杂的影响，提高单晶硅材料的电学性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能级直拉单晶硅领域，具体涉及一种能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法。
背景技术
太阳能是未来最重要的绿色能源之一，单晶硅作为太阳能电池最核心的部分，品质优良的单晶硅一直是目前研究和开发的重点。
目前在太阳能级直拉单晶硅的生产过程中，氧是直拉单晶硅中的一种常见杂质，氧杂质主要是在直拉单晶硅的生产过程中引入，因为直拉单晶硅生长时需要使用石英坩埚来盛放液态硅，这导致了石英坩埚成为氧杂质的引入源。当坩埚中的多晶硅在高温下熔融，液态硅会与坩埚壁发生如下反应：Si+Si02—2SiO，反应生成的SiO随后便进入熔体中，在熔体对流作用下，大部分的SiO会被传输到熔体表面并蒸发至晶体生长气氛中，仅很少的一部分SiO在熔体中分解并发生以下反应：SiO—Si+O，因此氧杂质的存在在直拉单晶硅中很难避免。
此外单晶硅中还含有少量的金属杂质，尤其是过渡族金属杂质，它们的存在都会对硅太阳能电池的性能产生危害。单晶硅中的主要金属杂质是过渡族金属铁、铜、镍，实验表明铜、镍是硅中饱和固溶度最大的金属。对硅中过渡金属杂质的研究表明，硅中金属杂质的固溶度随着温度的降低而不断地减少。在硅太阳能电池的生产中金属沾污是不可避免的，因此如何将金属沾污区域远离器件的工作区域是近年来的研究热点。吸杂就是把金属杂质束缚在预先设置好的区域，来降低它们在工作区的浓度的一种方法。磷扩散在硅片表面会形成磷硅玻璃层(PSG)它可以作为磷内扩散的源。高浓度磷的扩散增加了近表面区磷的浓度，使得近表面区磷的浓度超过磷在硅片体内的固溶度，因而会在硅片的近表面形成SiP沉淀，SiP颗粒会在硅和磷硅玻璃层的界面向硅体内生长，SiP的生长会引起晶格体积的膨胀。此外，硅自间隙原子的注入也会发生在磷的内扩散过程中，因为高浓度磷的扩散会在硅片的近表面形成SiP沉淀颗粒，SiP沉淀会引起体积扩张发射硅自间隙原子。这些情况都会引起层错的生长、位错的攀移和更多缺陷的产生，从而加快吸杂的速度，提升吸杂的效果。磷吸杂可以成功吸杂几乎所有的过渡族金属杂质。通常硅太阳能电池制备主要会在850～1000℃之间进行磷扩散来实现磷吸杂。
直拉单晶硅中，虽然低于固溶度的间隙氧不显电活性，但当间隙氧的浓度高于其固溶度时在经历热处理时就可能有热施主、新施主和氧沉积物生成进一步产生位错、层错从而成为少数载流子的复合中心，使得单晶硅的电阻率均匀性变差、降低硅片的少子寿命。在直拉单晶硅中如果存在大量的氧沉淀，容易与金属杂质生成结合能更高、更加稳定的杂质相，进而影响其磷吸杂的效果，降低材料的电学性能。因此研究太阳能级直拉单晶硅氧沉淀的性质及热处理对其影响，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法，在常规的磷吸杂热处理前增加一步温度范围在1250～1450℃，时长为1～2h的氧沉淀核心消融处理，减少氧沉淀含量。
本发明的技术方案为,一种能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法，包括如下内容：
在常规的单晶硅太阳能电池制备过程中的磷扩散热处理之前，增加一步温度范围在1250～1450℃，时长为1～2h的氧沉淀核心消融处理。
本发明的有益效果：
本发明方法可以有效降低太阳能级直拉单晶硅中的氧沉淀含量；单晶硅太阳能电池常规制备中会在850～1000℃温度范围内进行磷吸杂热处理；在这样的热处理下，会产生较多的氧沉淀；在常规的单晶硅太阳能电池制备过程中的磷吸杂热处理之前，增加一步温度范围在1250～1450℃，时长为1～2h的氧沉淀核心消融处理后，单晶硅在升温过程中产生的氧沉淀核心被消融，后续在850～1000℃之间进行磷扩散时，因氧沉淀核心已被大量消融，最后能长大的氧沉淀核心大量减少，只产生较少的氧沉淀，使得单晶硅的电阻率均匀性提高，可以减少氧沉淀对磷吸杂的影响，提高磷吸杂的效果，从而提高单晶硅的电学性能。
附图说明
图1为在常规的950℃下1h高温热处理条件下制备的单晶硅样品择优腐蚀所得金相。
图2为实施例1条件下制备的单晶硅样品择优腐蚀所得金相。
图3为实施例2条件下制备的单晶硅样品择优腐蚀所得金相。
具体实施方式
下面结合具体实施例本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法，具体包括如下步骤：
(1)制样：选用太阳能级掺镓P型直拉单晶硅，切割出尺寸为10×10mm，厚度为1mm的样品，两面机械抛光后依次使用RCA1(H2O:H2O2:氨水＝5:1:1)、RCA2(H2O:H2O2:HCl＝6:1:1)在80℃水浴加热下各清洗15min，清洗后用烘干箱烘干30min。
(2)氧沉淀核心消融处理：在氩气气氛下，在1250℃下进行2h高温热处理。
(3)磷吸杂热处理：在氩气气氛下，完成步骤(2)后降温至950℃，进行1h高温热处理。
(4)氧沉淀测试：在热处理后，通过傅立叶红外光谱测试热处理后样品的间隙氧含量对比原始样品间隙氧含量估算热处理过程中氧沉淀生成量，结果见表1；再通过secco腐蚀液(HF(40％):K2Cr5O7(0.15mol/L)＝2:1)择优腐蚀，通过金相显微镜观察单晶硅中由氧沉淀引起的体微缺陷的数量和密度，结果参阅附图2。
表1
实施例2
一种能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法，包括如下步骤：
(1)制样：选用太阳能级掺镓P型直拉单晶硅，切割出10×10mm，厚度为1mm的样品，两面机械抛光后依次使用RCA1(H2O:H2O2:氨水＝5:1:1)、RCA2(H2O:H2O2:HCl＝6:1:1)在80℃水浴加热下各清洗15min，清洗后用烘干箱烘干30min。
(2)氧沉淀核心消融处理：在氩气气氛下，在1450℃下进行2h高温热处理。
(3)磷吸杂热处理：在氩气气氛下，完成步骤(2)后降温至950℃进行1h高温热处理。
(4)氧沉淀测试：在热处理后，通过傅立叶红外光谱测试热处理后样品的间隙氧含量对比原始样品间隙氧含量估算热处理过程中氧沉淀生成量，结果见表2；再通过secco腐蚀液(HF(40％):K2Cr5O7(0.15mol/L)＝2:1)择优腐蚀,通过金相显微镜观察单晶硅中由氧沉淀引起的体微缺陷的数量和密度，结果参阅附图3。
表2
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明方法可以有效降低太阳能级直拉单晶硅中的氧沉淀含量，其原理在于，通常单晶硅太阳能电池制备主要会在850～1000℃之间进行磷扩散，由于进行磷吸杂热处理的温度与氧沉淀的形核温度较为重合，且磷吸杂热处理也需要一定的保温时间，这就为氧沉淀的形核和长大提供了适合的条件，因此在磷吸杂热处理中会产生较多的氧沉淀；使用本方法后，在升温至1250～1450℃长时间保温后，单晶硅中的间隙氧在升温过程中产生的氧沉淀核心被消融，后续在850～1000℃之间进行磷扩散时，因氧沉淀核心已被大量消融，最后能长大的氧沉淀数量大量减少，得到较少的氧沉淀，使得单晶硅的电阻率均匀性提高，可以减少氧沉淀对磷吸杂的影响提高磷吸杂的效果，从而提高单晶硅的电学性能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)制样：将太阳能级直拉单晶硅两面机械抛光，清洗、烘干后备用；
(2)氧沉淀核心消融处理：在氩气气氛下，在1250～1450℃下进行1～2h高温热处理；
(3)磷吸杂热处理：在氩气气氛下，完成步骤(2)后降温至850～1000℃，进行1h高温热处理。
2.根据权利要求1所述能减少太阳能级直拉单晶硅中氧沉淀的热处理方法，其特征在于：制样的具体过程为两面机械抛光后依次使用溶液A和溶液B在80℃水浴加热下各清洗15min，其中溶液A为H2O:H2O2:氨水＝5:1:1，溶液B为H2O:H2O2:HCl＝6:1:1。
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