专利名称：一种用于太阳电池制造的硅片快速热处理磷扩散吸杂工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及硅太阳电池制造技术领域，尤其涉及一种用于太阳电池制造的硅片快 速热处理磷扩散吸杂工艺。
背景技术：
进入21世纪以来，随着一次能源的逐渐枯竭以及对能源需求的日益增加，人类面 临越来越严重的能源危机。可再生能源的开发和利用成为了解决人类能源危机的希望。所 有可再生能源中，太阳能是一种分布广泛、用之不竭的清洁能源，具有很大的应用前景。太 阳电池是一种将太阳能转化为电能的半导体器件，它们在将太阳能转化为电能时不产生任 何污染。因而，太阳电池的开发和利用成为世界范围内的研究热点。目前，晶体硅是最主要的太阳电池材料，市场份额在80% -90%左右。而高成本仍 然是制约硅太阳电池广泛应用的一个主要因素。降低硅材料成本以及制造成本、提高太阳 电池转化效率是降低硅太阳电池发电成本的两个途径。降低硅原料成本的途径之一就是使用品质较差的硅原料，但由低质量原料制造的 单晶或多晶硅片电学性能较差，表现为少子寿命较低或扩散长度较小。如果没有有效的手 段提高此类硅片的电学性能，所得到的太阳电池转化效率会比较低，综合发电成本不能得 到有效的降低。由低质量原料制造的硅片电学性能较差的原因是它们体内含有较高密度的 杂质，尤其是过渡族金属杂质(S. Martinuzzi，I. Perichaud, C. Trassy, and J. Degoulange, Progress in Photovoltaics 17，297，2009)。吸杂是一种减少硅片体内杂质含量的有效方法，而磷吸杂和铝吸杂是两种研究、 应用较多的吸杂工艺。其中，由于良好的工艺兼容性，磷吸杂工艺在太阳电池制造中得到广 泛的关注。对于高质量原料制造的硅片，磷吸杂可以进一步改善电学性能，从而得到更高效 率的太阳电池。磷吸杂的机理可以解释为金属杂质在磷扩散层中溶解度的提高、硅自间隙原子注 入促进杂质扩散以及表面区域位错网络的形成促进杂质原子在表面层的捕获。常规热处理 磷吸杂需要比较长的时间，一般为30分钟到2小时左右，长时间的磷吸杂过程不利于劳动 生产率的提高。并且在很多实验研究中发现，常规热处理磷吸杂对于沉淀态的金属杂质效 果不理想(H. Hieslmair S. A. McHugo, E. R. Weber, Appl. Phys. A =Mater. Sci. Proc. 64，127， 1997 ；A. Bentzen, A. Holt, R. Kopecek, G. Stokkan, J. S. Christensen, and B. G. Svensson, J. Appl. Phys. 99,093509, 2006)，因此有必要寻找更优的吸杂制结工艺。近年来，快速热处理技术在太阳电池制造领域正受到越来越广泛的关注，相对 于常规热处理来说，快速热处理具有以下优点热处理时间很短，有利于生产率提高；热 预算较小；高能光子促进扩散等等(:R. Singh, S.Sinha，R. P. S. Thakur，and P. Chou, Appl. Phys. Lett. 58，1217，1991)。基于快速热处理技术制造的高效太阳电池也已经被报 道，说明快速热处理扩散制结工艺可以很好的应用在太阳电池制造工艺中(MNakatani， S. Karakida,H. Morikawa,S. Arimoto,and Ieee，presented at the 4th World ConferenceonPhotovoltaic Energy Conversion，Waikoloa，HI，2006)0
发明内容
本发明提供了一种基于快速热处理用于太阳电池制造的硅片磷扩散吸杂工艺，解 决了现有太阳电池制造用硅片光电转化效率不高的问题。一种用于太阳电池制造的硅片快速热处理磷扩散吸杂工艺，包括以下步骤将磷源涂布在硅片表面，在保护气氛围下，以50 200°C /s的速率将硅片升温至 800 1050°C，保温1 lOmin，接着降温至600 800°C，保温1 lOmin，冷却后去除磷硅
玻璃层。
磷源可以选用三甲基磷[(CH3)3PL三乙基磷[(C2H5)3PL二乙基氢化磷[(C2H5)2PH] 等，也可以市售产品，如Honeywell公司的p_854等。硅片表面涂布磷源后，可根据磷源性质，在100 200°C预烘培10 20min，让多 余有机物挥发。优选地，所述的保护气为氩气、氮气、氧气或空气。优选地，所述的降温速率为50 10°C /s。优选地，去除硅玻璃层所采用的试剂为氢氟酸，体积浓度控制在10%左右。本发明方法具有以下优点(1)工艺时间短，基于快速热处理的吸杂制结工艺可以在10分钟以内的时间内完 成，有利于提高生产率；(2)较小的热预算，节省工艺成本；(3)高能光子促进杂质溶解扩散以及吸杂；(4)变温吸杂工艺的应用高温段热处理有利于杂质溶解，低温段热处理有利于杂 质分凝吸杂，吸杂效果优于常规恒温吸杂。
图1为本发明工艺温度与时间关系曲线图；图2为实施例1中硅片吸杂前后经择优腐蚀以后的光学显微照片；图3为实施例2中硅片吸杂前后经择优腐蚀以后的光学显微照片；图4为实施例3中硅片吸杂前后经择优腐蚀以后的光学显微照片；图5为实施例4中原生硅片及吸杂后少子寿命分布图。
具体实施例方式实施例1(1)取经Cu杂质沾污的单晶硅片，如图2(a)所示，体内含有点状铜沉淀，经测试少 子寿命约为3μ s;(2)将磷源(p-854，Honeywell)双面涂布在单晶硅片上，然后在200°C下预烘培 lOmin，除去多余的有机物；(3)将保护气(氩气)通入RTP-300快速热处理炉，气压1个大气压左右，将上述 单晶硅片送入炉内，炉温以50°C /s升温至850°C，保温3分钟，然后以50°C /s的速率降温至650°C，保温3分钟，另外取经同样处理的单晶硅片在900°C下恒温保温3分钟，作为对照组，实验中所选保温时间均足够Cu杂质由材料体内扩散至表面吸杂区；(4)冷却，用稀氢氟酸(体积浓度10% )去除磷硅玻璃层。如图2(c)所示，抛光择优腐蚀后，经本发明方法处理的单晶硅片内部几乎观察不 到Cu沉淀相关腐蚀坑，少子寿命由3 μ S提高到大于20 μ S，如图2 (b)所示，经对照处理的 硅片内部点状Cu沉淀转变为大直径的星状Cu沉淀，少子寿命仍低于5 μ S。实施例2(1)取经Cu杂质沾污的单晶硅片，如图3(a)所示，体内含有星状铜沉淀，经检测少 子寿命约为3μ S;(2)将磷源(p-854，Honeywell)双面涂布在单晶硅片上，然后在200°C下预烘培 lOmin，除去磷源中的有机物(3)将保护气(氩气)通入RTP-300快速热处理炉，气压1个大气压左右，将上述 单晶硅片送入炉内，炉温以100°c /s升温至1000°C，保温3分钟，然后以30°C /s的速率降 温至800°C，保温3分钟，另外取经同样处理的单晶硅片在1000°C下保温3分钟，作为对照 组，实验中所选保温时间均足够Cu杂质由材料体内扩散至表面吸杂区；(4)冷却，用稀氢氟酸(体积浓度10% )去除磷硅玻璃层。如图3 (C)所示，抛光择优腐蚀后，经本发明方法处理的单晶硅片内部Cu沉淀粒径 及密度均大幅度降低，少子寿命提高到20 μ s ；如图3 (b)所示，经对照处理的单晶硅片内部 Cu沉淀密度略微降低，但大小稍微长大，少子寿命提高到4 μ s左右。实施例3(1)取经Cu杂质沾污的单晶硅片，如图4(a)所示，体内含有星状铜沉淀，经检测少 子寿命约为3μ S;(2)将磷源(p-854，Honeywell)双面涂布在单晶硅片上，然后在200°C下预烘培 lOmin，除去多余的有机物； (3)将保护气(氧气)通入RTP-300快速热处理炉，气压1个大气压左右，将上述 单晶硅片送入炉内，炉温以200°C /s升温至950°C，保温3分钟，然后以10°C /s的速率降温 至700°C，保温3分钟，实验中所选保温时间均足够Cu杂质由材料体内扩散至表面吸杂区；(4)冷却，用稀氢氟酸(体积浓度10% )去除磷硅玻璃层。如图4 (b)所示，抛光择优腐蚀后，经本发明方法处理的单晶硅片内部Cu沉淀几乎 观察不到，少子寿命提高到26 μ S。实施例4(1)取铸造多晶硅片，厚度约300微米，经检测少子寿命约为3 μ s，如图5(a)所 示；(2)将磷源(p-854，Honeywell)双面涂布在多晶硅片上，然后在200°C下预烘培 lOmin，除去多余的有机物；(3)将保护气(氧气)通入RTP-300快速热处理炉，气压1个大气压左右，将上述 多晶硅片送入炉内，炉温以100°c /s升温至900°C，保温10分钟，然后以50°C /s的速率降 温至700°C，保温10分钟；另外取经同样处理的多晶硅片在900°C下保温20分钟，作为对照 组；
(4)冷却，用稀氢氟酸(体积浓度10% )去除磷硅玻璃层。如图5(c)所示，经本发明处理的多晶硅片的少子寿命由3μ s左右上升到10 μ s 左右；如图5(b)所示，经对照处理的多晶硅片的少子寿命由原来的3μ s左右仅上升到 6 μ s左右。
权利要求
一种用于太阳电池制造的硅片快速热处理磷扩散吸杂工艺，包括以下步骤将磷源涂布在硅片表面，在保护气氛围下，以50～200℃/s的速率将硅片升温至800～1050℃，保温1～10min，接着降温至600～800℃，保温1～10min，冷却后去除磷硅玻璃层。
2.根据权利要求1所述的磷吸杂工艺，其特征在于所述的保护气为氩气、氮气、氧气 或空气。
3.根据权利要求1所述的磷吸杂工艺，其特征在于所述的降温速率为50 10°C/s。
全文摘要
本发明公开了一种用于太阳电池制造的硅片磷扩散吸杂工艺，包括以下步骤将磷源涂布在硅片表面，在保护气氛围下，以50～200℃/s的速率将硅片升温至800～1100℃，保温1～10min，接着降温至500～800℃，保温1～10min，冷却后去除磷硅玻璃层。本发明工艺时间短、成本低廉，而且吸杂效果好。
文档编号H01L31/18GK101834224SQ20101013347
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者余学功, 李晓强, 杨德仁 申请人:浙江大学