专利名称：一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法
技术领域：
本发明涉及一种制造太阳能电池的扩散制结工艺，具体涉及一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法。
背景技术：
太阳能电池是一种半导体器件，其能够将太阳光的光能转换成电能。由于其工作时无需水、油、气或燃料，只要有光就能发电，堪称当代清洁、无污染的可再生能源，备受人们的青睐。
太阳能电池主要以半导体材料为基础制作，其工作原理是光电材料吸收光能后发生光电子转换反应而产生电流。目前广泛采用的是硅太阳能电池，且大部分是以掺硼元素的单晶硅为基材。然而，随着国内外经济的飞速发展和市场竞争日趋激烈，这种采用掺硼元素的单晶硅制作的太阳能电池，由于在转换效率、使用寿命及抗恶劣环境等性能上逐渐不能满足人类更高目标的需求。
针对上述问题，出现了以掺镓单晶硅为原料制作太阳能电池，如中国发明专利申请CN101319364A公开了一种掺镓元素太阳能单晶的生产方法，采用掺杂方法及拉晶工艺得到了掺镓单晶硅，可以用于制造太阳能电池。
另一方面，目前单晶硅太阳能电池的主要制造工艺已经标准化，其主要步骤为化学清洗及表面结构化处理(制绒)—扩散制结—周边刻蚀—沉积减反射膜—印刷电极—烧结。其中，扩散制结(通常是磷扩散制结)是一个关键步骤，制结质量会影响最终的光电转换效率。在工业化生产中，典型的扩散制结工艺分为2步第一步，用氮气通过POCl3，将所需的杂质用载流气体输送至高温半导体表面，杂质扩散深度约几百个纳米；第二步是驱入处理(drive in)，使预沉积在表面的杂质原子继续向基体深处扩散，这样就形成了一个N+/N层，有利于后续电极的制备。
众所周知的，电池片的光电转换效率是制备太阳能电池的终极追求目标，因此，开发一种专用于掺镓单晶硅片的磷扩散方法，以获得更高的光电转换效率，具有现实的积极意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，使得由其制备获得的太阳能电池具有较高的光电转换效率。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤 (1)将待处理的掺镓单晶硅片在800～840℃氮气气氛中进行热处理10～30分钟；所述掺镓单晶硅片的导电类型为P型，电阻率为0.5～6欧姆厘米； (2)在800～845℃下通磷源进行第一次扩散处理15～30分钟； (3)升温至850～920℃，在氮气和氧气气氛中进行第一次驱入处理10～30分钟； (4)在850～920℃下通磷源进行第二次扩散处理25～45分钟； (5)在步骤(4)的温度上降温10～50℃，在氮气和氧气气氛中进行第二次驱入处理15～45分钟； (6)最后在750～820℃氮气气氛中保温10～60分钟，完成掺镓单晶硅片的磷扩散处理。
上文中，所述步骤(1)的作用是消除硅片内部的残余应力，有利于后续的扩散和驱入工艺的进行；所述步骤(3)和(5)所述的驱入处理是现有技术，英文名为drive in，一般在相当高的温度下进行，一方面将杂质扩散到教深的区域，使杂质原子占据硅原子位置，产生所要的电性，另外也可将植入时产生的缺陷消除。
上述技术方案中，所述步骤(1)中的氮气流量为10～45L/min。
上述技术方案中，所述步骤(2)和(4)中的氮气流量为10～45L/min，氧气流量为0.5～10L/min，POCl3流量1～8L/min。
上述技术方案中，所述步骤(3)和(5)中的氮气流量为10～45L/min，氧气流量为0.5～10L/min。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点 1.本发明的磷扩散方法降低了掺镓单晶硅片的表面复合，提高了其光电转换效率，降低了效率的衰减；实际应用证明，采用本发明的方法得到电池片与常规扩散处理得到的电池片相比，其光电转换效率可提高0.5％左右，具有显著的积极意义。
2.本发明的方法简单易行，具有良好的应用前景，适于大规模工业化生产。
具体实施例方式 下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围 实施例一 一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤 (1)将制绒清洗过后的一组掺镓硅单晶硅片(400片)在840℃氮气气氛中进行热处理10分钟；所述掺镓单晶硅片的导电类型为P型，电阻率为0.5欧姆厘米，氮气流量为20L/min； (2)在845℃下通磷源进行第一次扩散处理15分钟；氮气流量为25L/min，氧气流量为2L/min，POCl3流量1L/min； (3)升温至860℃，在氮气和氧气气氛中进行第一次驱入处理12分钟；氮气流量为20L/min，氧气流量为1.5L/min； (4)在860℃下通磷源进行第二次扩散处理25分钟；氮气流量为28L/min，氧气流量为3L/min，POCl3流量2L/min； (5)降温至835℃，在氮气和氧气气氛中进行第二次驱入处理35分钟；氮气流量为25L/min，氧气流量为1L/min； (6)最后在780℃氮气气氛中保温25分钟，氮气流量为20L/min，完成掺镓单晶硅片的磷扩散处理。
后续工序按常规生产处理，即经过周边刻蚀—沉积减反射膜—印刷电极—烧结，得到一组太阳能电池片。
随机选取10片，在AM1.5，温度25℃条件下测定其开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF，结果如下表所示 对比例一 将制绒清洗过后的另外一组相同的掺镓硅单晶硅片做常规扩散处理 (1)在860℃通磷源，氮气流量28L/min，氧气流量为2.5L/min，POCl3的流量为1.8L/min； (2)在860℃通氮气25L/min保温30分钟； (3)降温至820℃通氮气25L/min完成扩散过程。
后续工序与上述硅片相同，得到另外一组电池片。
随机选取10片，在AM1.5，温度25℃条件下测定其开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF，结果如下表所示 对比上面2个表格可以看出，本实施例得到的电池片的开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF均高于采用常规扩散处理得到的电池片，特别是是光电转换效率，可从16.69518％提高到17.20597％，具有显著的积极意义。
实施例二 一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤 (1)将制绒清洗过后的一组掺镓硅单晶硅片(400片)在815℃氮气气氛中进行热处理15分钟；所述掺镓单晶硅片的导电类型为P型，电阻率为1.5欧姆厘米，氮气流量为10L/min； (2)在815℃下通磷源进行第一次扩散处理15分钟；氮气流量为25L/min，氧气流量为2.5L/min，POCl3流量1.5L/min； (3)升温至900℃，在氮气和氧气气氛中进行第一次驱入处理10分钟；氮气流量为25L/min，氧气流量为1L/min； (4)在900℃下通磷源进行第二次扩散处理25分钟；氮气流量为25L/min，氧气流量为2.8L/min，POCl3流量1.8L/min； (5)降温至870℃，在氮气和氧气气氛中进行第二次驱入处理20分钟；氮气流量为25L/min，氧气流量为1L/min； (6)最后在750℃氮气气氛中保温25分钟，氮气流量为20L/min，完成掺镓单晶硅片的磷扩散处理。
后续工序按常规生产处理，即经过周边刻蚀—沉积减反射膜—印刷电极—烧结，得到一组太阳能电池片。
随机选取10片，在AM1.5，温度25℃条件下测定其开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF，结果如下表所示 对比例二 将制绒清洗过后的另外一组相同的掺镓硅单晶硅片做常规扩散处理 (1)在850℃通磷源，氮气流量30L/min，氧气流量为2.5L/min，POCl3的流量为1.8L/min； (2)在850℃通氮气25L/min保温30分钟； (3)降温至800℃通氮气25L/min完成扩散过程。
后续工序与上述硅片相同，得到另外一组电池片。
随机选取10片，在AM1.5，温度25℃条件下测定其开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF，结果如下表所示 对比上面2个表格可以看出，本实施例得到的电池片的开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF均高于采用常规扩散处理得到的电池片，特别是是光电转换效率，可从16.69334％提高到17.19234％，具有显著的积极意义。
实施例三 一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤 (1)将制绒清洗过后的一组掺镓硅单晶硅片(400片)在825℃氮气气氛中进行热处理15分钟；所述掺镓单晶硅片的导电类型为P型，电阻率为2.8欧姆厘米，氮气流量为10L/min； (2)在825℃下通磷源进行第一次扩散处理15分钟；氮气流量为10L/min，氧气流量为5L/min，POCl3流量3L/min； (3)升温至910℃，在氮气和氧气气氛中进行第一次驱入处理10分钟；氮气流量为45L/min，氧气流量为1L/min； (4)在910℃下通磷源进行第二次扩散处理25分钟；氮气流量为10L/min，氧气流量为2L/min，POCl3流量1L/min； (5)降温至860℃，在氮气和氧气气氛中进行第二次驱入处理20分钟；氮气流量为10L/min，氧气流量为10L/min； (6)最后在750℃氮气气氛中保温25分钟，氮气流量为20L/min，完成掺镓单晶硅片的磷扩散处理。
后续工序按常规生产处理，即经过周边刻蚀—沉积减反射膜—印刷电极—烧结，得到一组太阳能电池片。
随机选取10片，在AM1.5，温度25℃条件下测定其开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF，结果如下表所示 对比例三 将制绒清洗过后的另外一组相同的掺镓硅单晶硅片做常规扩散处理 (1)在840℃通磷源，氮气流量30L/min，氧气流量为2.5L/min，POCl3的流量为1.8L/min； (2)在840℃通氮气25L/min保温35分钟； (3)降温至800℃通氮气20L/min完成扩散过程。
后续工序与上述硅片相同，得到另外一组电池片。
随机选取10片，在AM1.5，温度25℃条件下测定其开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF，结果如下表所示 对比上面2个表格可以看出，本实施例得到的电池片的开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF均高于采用常规扩散处理得到的电池片，特别是是光电转换效率，可从16.68754％提高到17.17347％，具有显著的积极意义。
实施例四 一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤 (1)将制绒清洗过后的一组掺镓硅单晶硅片(400片)在840℃氮气气氛中进行热处理30分钟；所述掺镓单晶硅片的导电类型为P型，电阻率为5.8欧姆厘米，氮气流量为40L/min； (2)在835℃下通磷源进行第一次扩散处理30分钟；氮气流量为40L/min，氧气流量为2.5L/min，POCl3流量1L/min； (3)升温至865℃，在氮气和氧气气氛中进行第一次驱入处理10分钟；氮气流量为10L/min，氧气流量为2L/min； (4)在865℃下通磷源进行第二次扩散处理25分钟；氮气流量为35L/min，氧气流量为5L/min，POCl3流量1L/min； (5)降温至825℃，在氮气和氧气气氛中进行第二次驱入处理40分钟；氮气流量为10L/min，氧气流量为10L/min； (6)最后在750℃氮气气氛中保温15分钟，氮气流量为25L/min，完成掺镓单晶硅片的磷扩散处理。
后续工序按常规生产处理，即经过周边刻蚀—沉积减反射膜—印刷电极—烧结，得到一组太阳能电池片。
随机选取10片，在AM1.5，温度25℃条件下测定其开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF，结果如下表所示 对比例四 将制绒清洗过后的另外一组相同的掺镓硅单晶硅片做常规扩散处理 (1)在845℃通磷源，氮气流量30L/min，氧气流量为3L/min，POCl3的流量为2L/min； (2)在845℃通氮气20L/min保温20分钟； (3)降温至800℃通氮气20L/min完成扩散过程。
后续工序与上述硅片相同，得到另外一组电池片。
随机选取10片，在AM1.5，温度25℃条件下测定其开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF，结果如下表所示 对比上面2个表格可以看出，本实施例得到的电池片的开路电压Voc，短路电流Isc，填充因子FF，最大输出功率Pmax，光电转换效率EFF均高于采用常规扩散处理得到的电池片，特别是是光电转换效率，可从16.61185％提高到17.11265％，具有显著的积极意义。
权利要求
1.一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，其特征在于，包括如下步骤
(1)将待处理的掺镓单晶硅片在800～840℃氮气气氛中进行热处理10～30分钟；所述掺镓单晶硅片的导电类型为P型，电阻率为0.5～6欧姆厘米；
(2)在800～845℃下通磷源进行第一次扩散处理15～30分钟；
(3)升温至850～920℃，在氮气和氧气气氛中进行第一次驱入处理10～30分钟；
(4)在850～920℃下通磷源进行第二次扩散处理25～45分钟；
(5)在步骤(4)的温度上降温10～50℃，在氮气和氧气气氛中进行第二次驱入处理15～45分钟；
(6)最后在750～820℃氮气气氛中保温10～60分钟，完成掺镓单晶硅片的磷扩散处理。
2.根据权利要求1所述的制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，其特征在于所述步骤(1)中的氮气流量为10～45L/min。
3.根据权利要求1所述的制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，其特征在于所述步骤(2)和(4)中的氮气流量为10～45L/min，氧气流量为0.5～10L/min，POCl3流量1～8L/min。
4.根据权利要求1所述的制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，其特征在于所述步骤(3)和(5)中的氮气流量为10～45L/min，氧气流量为0.5～10L/min。
全文摘要
本发明公开了一种制造掺镓单晶硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下6个步骤热处理、第一次磷扩散、第一次驱入处理、第二次磷扩散、第二次驱入处理、保温，从而完成掺镓单晶硅片的磷扩散处理。本发明的磷扩散方法降低了掺镓单晶硅片的表面复合，提高了其光电转换效率，降低了效率的衰减；实际应用证明，采用本发明的方法得到电池片与常规扩散处理得到的电池片相比，其光电转换效率可提高0.5％左右，具有显著的积极意义。
文档编号H01L31/18GK101499501SQ200910024890
公开日2009年8月5日 申请日期2009年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者王立建, 王栩生, 章灵军 申请人:苏州阿特斯阳光电力科技有限公司, 常熟阿特斯阳光电力科技有限公司, 阿特斯光伏电力(洛阳)有限公司