专利名称：一种用于制造太阳电池的硅片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，尤其涉及一种用于制造太阳电池的硅片磷 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，但由低品质原料制造的 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和 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。吸杂过程可 以分为三个步骤杂质的释放、扩散以及在吸杂层的捕获。从热力学和动力学的角度考虑， 温度越高越有利于杂质的释放以及扩散，而杂质在吸杂层以及硅基体之间的分凝系数却随 着温度升高而降低(J. s. Kang and D. K. Schroder, Journal of Applied Physics 65,2974, 1989)。由于这两个因素的限制，使得900°C左右是一个吸杂的最佳温度。但这种吸杂工艺对于一些沉淀态的金属杂质吸杂效果不够理想，或者难以将这些 沉淀溶解，或者吸杂过程需要很长的时间才能完成。对于目前关注越来越多的制备太阳电 池的低质量的高级金属硅(UMG)材料来说，本身金属杂质含量偏高，在原生硅片中就有可 能含有金属沉淀，如果采用常规的磷扩散吸杂工艺就不能有效地减少金属杂质对太阳电池 电学性能的影响。
发明内容
本发明提供了一种用于制造太阳电池的硅片磷扩散吸杂工艺，解决了现有工艺不 能有效减少低品质硅材料中金属杂质的问题。一种制造太阳电池用硅片的磷扩散吸杂工艺，包括以下步骤将磷源涂布在硅片表面，在保护气氛围下，将硅片置于800 1050°C下保温10 60分钟，接着将硅片置于600 800°C下保温20 90分钟，冷却后除去磷硅玻璃层。优选地，所述的磷源涂布在硅片表面的方法一般为旋涂或喷涂。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。磷源可以选用三甲基磷[(ch3)3p]、三乙基磷[(c2h5)3p]、二乙基氢化磷[(c2h5)2ph] 等，也可以市售产品，如Honeywell公司的p_854等。一种制造太阳电池用硅片的磷扩散吸杂工艺，包括以下步骤(1)在保护气通入？0(13鼓泡产生的气体氛围下，将硅片置于800 1050°C下保 温10 60分钟；(2)在保护气氛围或步骤(1)所述的气体氛围下，将硅片置于600 800°C下保温 20 90分钟；(3)冷却，除去磷硅玻璃层。所述的保护气可以为氩气、氧气、氮气或空气，扩散炉不须密闭系统，保护气气压 为一个大气压左右。除去磷硅玻璃层所采用试剂为氢氟酸。本发明工艺采用变温吸杂的方式，结合高温易将杂质溶解释放、在较低温度易使 其有效地被吸杂层捕获的优点，能有效地降低硅基体中金属杂质的含量，提高太阳电池的 光转化效率。
图1为本发明工艺时间与温度关系曲线图；图2为实施例1硅片吸杂前后的少子寿命分布图；图3为实施例2硅片吸杂前后的少子寿命分布图；图4为实施例3硅片吸杂前后的少子寿命分布图；图5为实施例4硅片吸杂前后的少子寿命分布图；图6为实施例5硅片吸杂前后的少子寿命分布图。
具体实施例方式实施例1(1)取原生的铸造多晶硅片，如图2(a)所示，经检测其少子寿命约为4 ii s ；(2)用磷源(p-854，Honeywell)对上述硅片进行双面旋涂，然后在200°C的预烘焙 lOmin,除去有机物；(3)将保护气(氩气)通入扩散炉内，扩散炉不须封闭系统，气压为1个大气压左 右，将烘培后的硅片置于扩散炉中，控制炉内温度为1000°C，保温30min ；接着控制炉内温度为700°C，保温60min，同时取相同处理的硅片置于炉内温度为900°C的扩散炉内恒温加 热60min，作为对照组；(4)取出硅片，冷却后，用稀HF(体积浓度10% )除去磷硅玻璃层；如图2(b)，经过常规900°C恒温磷吸杂以后，铸造多晶硅片少子寿命由原来的 4 u s左右上升到7 y s左右；如图2 (c)所示，经过变温磷吸杂以后，少子寿命由4 y s左右 上升到9ii s左右。实施例2(1)取原生单晶硅片，经检测少子寿命约6 U s左右，经过铁沾污后，少子寿命下降 到0.4 ii s，如图3(a)所示；(2)用磷源(p-854，Honeywell)对上述单晶硅片进行双面旋涂，然后在200°C的预 烘焙lOmin，除去有机物；(3)将保护气(氩气)通入扩散炉内，扩散炉不须封闭系统，气压为1个大气压左 右，将预烘培后的单晶硅片送入扩散炉，控制炉内温度为850°C，保温30min，接着控制炉内 温度为700°C，保温90min，同时取相同处理的单晶硅片置于炉内温度为900°C的扩散炉内 恒温加热120min，作为对照组；(4)取出硅片，冷却后，用稀HF(体积浓度10% )除去磷硅玻璃层；如图3(b)所示，经过常规恒温磷吸杂以后，铁沾污后的单晶硅片少子寿命由原来 的0. 4 y s左右上升到4 y s左右；如图3 (c)所示，经过变温磷吸杂以后，少子寿命由0. 4 y s 左右上升到6 ys左右。可以发现，恒温吸杂没能使少子寿命恢复到沾污之前的原始值，而 变温吸杂使少子寿命恢复到沾污之前的原始值，说明变温吸杂将故意引入的铁杂质几乎全 部吸除。实施例3(1)取原生多晶硅片，如图4(a)所示，经检测少子寿命约3. s左右，经过铁沾污 后，如图4 (b)所示，少子寿命下降到0.3us；(2)用磷源(p-854，Honeywell)对上述多晶硅片进行双面旋涂，然后在200°C的预 烘焙lOmin ；(3)将保护气(氩气)通入扩散炉内，扩散炉不须封闭系统，气压为1个大气压左 右，将预烘培后的单晶硅片送入扩散炉，控制炉内温度为900°C，保温lOmin，接着控制炉内 温度为650°C，保温50min，同时取相同处理的单晶硅片置于炉内温度为900°C的扩散炉内 恒温加热60min，作为对照组；(4)取出硅片，冷却后，用稀HF(体积浓度10% )除去磷硅玻璃层；如图4(c)所示，经过常规恒温磷吸杂以后，铁沾污后的单晶硅片少子寿命由原来 的0. 3ii s左右上升到2ii s左右；如图4(d)所示，经过变温磷吸杂以后，少子寿命由0. 3 ii s 左右上升到4 iis左右。实施例4(1)取原生多晶硅片，经检测少子寿命约3. s左右，经过少量铁沾污后，少子寿 命下降到2.7 iis，如图5(a)所示；(2)将此样品放入扩散炉内，在保护气通入P0C13鼓泡产生的气体氛围下，将硅片 置于900°C下保温30分钟；
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(3)在步骤(2)的气体氛围下，将硅片置于700°C下保温30分钟；(4)同时取相同处理的单晶硅片置于炉内温度为900°C的扩散炉内恒温加热 60min，作为对照组；(5)取出硅片，冷却后，用稀HF(体积浓度10% )除去磷硅玻璃层；结果显示，经过常规恒温磷吸杂以后，铁沾污后的单晶硅片少子寿命由原来的 2.7us左右上升到2. 9 y s左右；经过变温磷吸杂以后，如图5 (b)所示，少子寿命由2. 7 y s 左右上升到6 ii s左右。实施例5(1)取原生多晶硅片，经检测少子寿命约3. 5 ii s左右；(2)将此样品放入扩散炉内，在保护气通入P0C13鼓泡产生的气体氛围下，将硅片 置于1000°C下保温60分钟；(3)在步骤(2)的气体氛围下，将硅片置于650°C下保温60分钟；(4)同时取相同处理的单晶硅片置于炉内温度为900°C的扩散炉内恒温加热 120min，作为对照组；(5)取出硅片，冷却后，用稀HF(体积浓度10% )除去磷硅玻璃层；如图6(b)所示，经过常规恒温磷吸杂以后，铁沾污后的单晶硅片少子寿命由原 来的3. 5 y s左右上升到4. 5 y s左右；经过变温磷吸杂以后，如图6 (c)所示，少子寿命由 3. 5u s左右上升到7. 5 ii s左右。
权利要求
一种用于制造太阳电池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，将硅片置于800～1050℃下保温10～60分钟，接着将硅片置于600～800℃下保温20～90分钟，冷却后除去磷硅玻璃层。
2.根据权利要求1所述的硅片磷扩散吸杂工艺，其特征在于所述的磷源涂布在硅片 表面的方法为旋涂或喷涂。
3.一种用于制造太阳电池的硅片磷扩散吸杂工艺，包括以下步骤(1)在保护气通入P0C13鼓泡产生的气体氛围下，将硅片置于800 1050°C下保温 10 60分钟；(2)在保护气氛围或步骤(1)所述的气体氛围下，将硅片置于600 800°C下保温20 90分钟；(3)冷却，除去磷硅玻璃层。
4.根据权利要求1或3所述的硅片磷扩散吸杂工艺，其特征在于所述的保护气为氩 气、氧气、氮气或空气。
5.根据权利要求1或3所述的硅片磷扩散吸杂工艺，其特征在于除去磷硅玻璃层所 采用试剂为氢氟酸。
全文摘要
本发明公开了一种用于制造太阳电池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或者由载气携带POCl3进入扩散炉管，在保护气氛围下，将硅片置于800～1050℃下保温10～60分钟，接着将硅片置于500～800℃下保温20～60分钟，冷却后除去磷硅玻璃层。本发明工艺采用变温吸杂的方式，结合高温易将杂质溶解释放、在较低温度易使其有效地被吸杂层捕获的优点，能有效地降低硅基体中金属杂质的含量，提高太阳电池的光转化效率。
文档编号C30B31/04GK101857972SQ20101013347
公开日2010年10月13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