专利名称：：改善太阳能电池扩散的方法
技术领域：
：本发明属于单晶硅太阳能电池制造领域，更具体涉及一种改善太阳能电池扩散的方法，该方法广泛应用于单晶硅太阳能电池(尤其是基体电阻率偏高的硅片)的制造过程。
背景技术：
：目前单晶硅太阳电池的主要制造工艺已经标准化，其经历的主要步骤为-1.化学清洗及表面结构化处理(制绒)通过化学反应使原本光亮的硅片表面形成金字塔状结构以增强光的吸收，在效果较好的情况下，这一步骤可以将硅片表面反射率由35%降低至10%左右；2.扩散这是太阳能电池制造过程的核心步骤之一，P型硅片在扩散后表面变成N型，从而形成PN结，硅片由此才具有光伏效应。而扩散的浓度，深度以及均匀性直接影响电池的电性能，扩散的情况宏观上用方块电阻来衡量，更细致的了解需要借助专用设备，测量扩散浓度、深度等；3.周边刻蚀该步骤主要去掉扩散时在硅片边缘形成的将PN结两端短路的导电层(PN结两端分别时电池的正负极)，目前大部分厂家都使用等离子刻蚀，无论设备还是工艺都相对成熟，刻蚀效果也很好；4.沉积减反射膜目前主要有两类减反射膜，氮化硅(Si3N4)和氧化钛(Ti02)，氮化硅本身性质稳定，对硅片有很好的钝化效果，对后继工序的进行也很有好处，外观上也较氧化钛更好，质量效果较好的氮化硅膜可以把表面反射率由制作绒面后的10%再降低至4%左右，目前光伏行业沉积氮化硅膜时基本上都采用等离子加强化学气相沉积(PECVD)(管式或者平板式，前者居多)；氧化钛膜的制作过程比氮化硅要简单，条件较好的企业会使用MOCVD来进行沉积，以控制均匀性；使用氧化钛膜最大的好处是成本低廉，但随着PECVD成膜工艺的不断成熟，氧化钛已逐渐被取代。PECVD也是核心工序之一；5.印刷电极这是一种被广泛采用的，成本低廉，可以用于大规模工业生产的方法，原理和在纸张上印刷文字相同，但是要注意印刷浆料的选择。由于目前硅片原料越来越薄(目前为200um左右)，手工操作已不再适用，于是各式自动印刷设备粉墨登场，目标也很清楚在提高印刷质量同时将碎片控制在可接受的范围；6.烧结这是使印刷的电极与硅片之间形成合金的过程，具体参数取决于扩散时PN结的形成情况和PECVD沉积的氮化硅膜的情况；早期的太阳电池生产线采用链式扩散炉配合液态磷源进行扩散，产能很大但是扩散状况不容乐观，电池效率很难突破16%，近年来随着技术的成熟，国内太阳电池制造企业大量采用管式扩散炉配合气态磷源进行扩散，扩散状况大有改善，再加上PECVD的使用，电池效率整体达到16%~17%的水平。前文已经叙述，作为太阳电池生产的核心工序之一，扩散的浓度，深度和均匀性直接影响着电池的性能，较为理想的扩散状况是硅片表面掺杂浓度均匀且在5xl019atom/cn^上下；同一深度内磷原子的浓度相同。之所以要求表面浓度在一个范围内，是因为过大的掺杂浓度会使表面光生载流子复合加剧，反而降低电池对光的吸收。所以在实际生产中总是尽可能的使扩散更加均匀(管式扩散明显优于链式扩散正是因为其扩散均匀性好)。为了在生产中继续提高电池效率，行业内又出现了刻槽埋栅、选择性发射极结构、背面点接触结构等新型电池，但是要实现量产需要庞大的技术和资金支持，并非所有企业都能承受，而高电阻率单晶硅太阳电池的制造由于基体的关系更难达到高的转换效率。
发明内容本发明的目的在于提供了一种改善太阳能电池扩散的方法，该方法可提升高电阻率单晶硅太阳能电池的转换效率高，扩散后硅片表面扩散均匀，方法易行，操作简便，且成本低廉。一种改善太阳能电池扩散的方法，其技术方案是-改进为再分布工艺步骤硅片预热(800'C90(TC)—氮气携磷源进入开始扩散并形成N型层一停止通磷，开始通入干氧(温度83(TC90(TC，流量l4L/min，时间515min，氧气与未消耗完的PC15继续反应生成磷)一drivein过程一过程结束一种改善太阳能电池扩散的方法，其具体步骤如下A.硅片原料的选取由于硅片原料的不同，会根据原料的性能来制定生产工艺，主流的太阳能级硅片原料的主要性能参数如下表导电类型P型厚度200um220um电阻率0.52Qcm使用的硅片原料主要参数为导电类型P型厚度280um310um电阻率0.5腦cmB.扩散硅片在高温(800-900°C)气氛中与氧气，三氯氧磷发生化学反应，生成磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯气等，主要化学反应方程式如下Si+02=Si025POC13=3PC15+P205(高温)4PC15+502=2P205+10C12个(高温)2P205+5Si=5Si02+4P扩散气体流量大氮20~35L/min;小氮(携带磷源)1.6~2.5L/min;氧气2.03.5L/min;持续时间20~40min;C.通氧再分布，反应过程小氮携带的磷源是过量的，扩散B歩骤后，再通入氧气(流量l4L/min)，使之与未消耗完的PCl5继续反应生成更多的磷4PC15+502=2P2O5+10C12卞2P205+5Si=5Si02+4P;而之前生成的磷原子则会再高温下继续向深层扩散(磷原子继续扩散)。温度控制在830°C~900°C;气体流量大氮20~35L/min;停止通小氮；氧气l~4L/min;持续时间515min;D.与再分布相结合的磷原子Drivein过程Drivein过程即杂质原子在高温下向深层扩散的过程，可使硅片表面不同地方的掺杂浓度变得更加均匀。通氧再分布过程结束后，继续通入大氮20~35L/min，停止通小氮和氧气，持续时间8~20min，温度控制在830°C~900°C;E、经过B、C、D扩散，再分布和Drivein过程之后表面方块电阻为28-38Q/口。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果在现有的太阳能电池制造工艺的基础上进行改进，操作简单，使用方便，无需购买任何设备，原料和时间消耗小，却能显著改善太阳电池成品的电性能。具体实施例方式实例l:一种改善太阳能电池扩散特性的方法，其步骤如下1)采用原料P型单晶硅，厚度280um300um，电阻率0.5~7Qcm2)扩散扩散温度840或850或860或870'C气体流量大氮25L/min，小氮2.2L/min，干氧2.2L/min;持续时间30min3)通氧再分布温度840或850或860或870°C气体流量大氮25L/min，小氮OL/min，干氧3L/min;持续时间10min4)Drivein温度840或850或860或870°C气体流量大氮25L/min，小氮OL/min，干氧O/min;持续时间10min整个过程完成后，无再分布的硅片表面方块电阻为3539Q/口，有再分布的硅片表面方块电阻为3034Q/口。使用两种不同扩散过程的电池在性能上的差别，请见下表1-1、1-2表l-l(没有再分布):<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1-2(有再分布及Drivein过程):<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实例2:—种改善太阳能电池扩散特性的方法，其步骤如下1)采用原料-P型单晶硅，厚度280um300um，电阻率0.5~7Qcm2)扩散(改变温度)扩散温度835或855或865或875'C气体流量大氮25L/min,小氮2.2L/min，干氧2.2L/min;持续时间30min3)通氧再分布温度835或855或865或875°C气体流量大氮25L/min,小氮OL/min，干氧3L/min;持续时间10min4)Drivein温度835或855或865或875'C气体流量大氮25L/min，小氮OL/min，干氧O/min;持续时间10min整个过程完成后，无再分布的硅片表面方块电阻为3538fi/口，有再分布的硅片表面方块电阻为3133Q/口。请见下表2-l、2-2。表2-l(没有再分布)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>实例3:—种改善太阳能电池扩散特性的方法，其步骤如下:1)采用原料P型单晶硅，厚度280um300um，电阻率0.57Qcm2)扩散(增大大氮，干氧流量，减小小氮流量)扩散温度845或855或868或877°C气体流量大氮30L/min,小氮1.8L/min，干氧4L/min;持续时间30min3)通氧再分布(增大大氮，干氧流量)温度845或855或868或877°C气体流量大氮30L/min，小氮OL/min，干氧4L/min;持续时间4min4)Drivein(增大大氮流量)温度845或855或868或877°C气体流量大氮30L/min,小氮OL/min，干氧O/min;持续时间10min整个过程完成后，无再分布的硅片表面方块电阻为3539Q/口，有再分布的硅片表面方块电阻为3941Q/口。请见下表3-l、3-2。表3-l(没有再分布):<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3-2(有再分布及Drivein过程):<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>实例4:一种改善太阳能电池扩散特性的方法，其步骤如下-1)采用原料P型单晶硅，厚度280um300um，电阻率0.57Qcm2)扩散扩散温度842或852或862或872°C气体流量大氮30L/min，小氮1.8L/min，干氧4L/min;持续时间30min3)通氧再分布(改变干氧流量)温度842或852或862或872°C气体流量大氮30L/min，小氮OL/min，干氧3L/min;持续时间4min4)Drivein温度842或852或862或872°C气体流量大氮30L/min，小氮OL/min,干氧O/min;持续时间10min整个过程完成后，无再分布的硅片表面方块电阻为4043Q/口，有再分布的硅片表面方块电阻为3741Q/口。请见下表4-l、4-2。表4-l(没有再分布)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表4-2(有再分布及Drivein过程)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>权利要求1、一种改善太阳能电池扩散的方法，其步骤是A、采用硅原料，导电类型P型，厚度280um～310um，电阻率0.5～10Ωcm；B、扩散硅片在800-900℃气氛中与氧气，三氯氧磷发生化学反应，生成磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯气，方程式如下Si+O2＝SiO2；5POCl3＝3PCl5+P2O5；4PCl5+5O2＝2P2O5+10Cl2↑；2P2O5+5Si＝5SiO2+4P；扩散过程气体流量大氮20～35L/min；小氮1.6～2.5L/min；氧气2.0～3.5L/min；持续时间20～40min；C、通氧再分布，扩散B步骤后，再通入氧气1～4L/min，与未消耗完的PCl5继续反应生成磷4PCl5+5O2＝2P2O5+10Cl2↑；2P2O5+5Si＝5SiO2+4P；磷原子继续扩散，温度控制在830℃～900℃；气体流量大氮20～35L/min；停止通小氮；氧气1～4L/min；持续时间5～15min；D、与再分布相结合的磷原子Drivein过程通氧再分布过程结束后，继续通入大氮20～35L/min；停止通小氮和氧气；持续时间8～20min；温度控制在830℃～900℃；E、经过上述B、C、D步骤扩散，再分布和Drivein过程之后表面方块电阻为28～38Ω/□。全文摘要本发明公开了一种改善太阳能电池扩散的方法，其步骤是A.采用硅原料、导电类型P型；B.扩散硅片在高温中与氧气，三氯氧磷发生化学反应，生成磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯气；C.通氧再分布再通入氧气与未消耗完的PCl<sub>5</sub>继续反应生成磷D.与再分布相结合的磷原子Drivein过程；E.经过上述扩散，再分布和Drivein过程之后表面方块电阻为28～38Ω/□。本发明该可提升高电阻率单晶硅太阳能电池的转换效率高，扩散后硅片表面扩散均匀，方法易行，操作简便，成本低廉。文档编号H01L31/18GK101237010SQ20081004696公开日2008年8月6日申请日期2008年2月29日优先权日2008年2月29日发明者丁孔奇,炜周,孙永明,俊徐,李树贵,熊光宇申请人:珈伟太阳能(武汉)有限公司