专利名称：一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法
技术领域：
本发明涉及一种制备硅太阳能电池的扩散制结工艺，具体涉及一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法。
背景技术：
太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的器件，由于其清洁、无污染，取之不尽，用之不竭，逐渐成为一种重要的发电方式。其原理是利用PN结的光生伏特效应将光能转化成电能。目前广泛采用的是硅太阳能电池，其制造工艺也已经标准化，主要步骤为化学清洗及表面结构化处理(制绒)一扩散制结一刻蚀清洗一沉积减反射膜一印刷电极一烧结。其中，扩散制结(通常是磷扩散制结)步骤是一个关键步骤，制结工艺对电池的性能具有至关重要的影响，包括扩散死层的减少、接触电阻损失的降低，开路电压的提高，短路电流和填充因子的增加，都为最终获得高光电转换效率发挥着至关重要的作用。目前，硅太阳能电池最常用的制结方法是液态源磷扩散，该方法是以氮气为载气， 采用鼓泡的方式通过恒温的三氯氧磷源瓶，携带源蒸汽进入高温扩散炉中，受热分解还原出磷原子同硅片表面反应，并向硅片内扩散。扩散工艺决定了杂质的分布，若表面杂质浓度过高，则会形成扩散“死层”;死层中由于存在大量填隙原子和缺陷，光生载流子极易发生复合，少子寿命很低，会导致光电转换效率的下降。因此，为了避免上述问题，提高光电转换效率，必须降低表面杂质浓度。而欲降低PN结的表面浓度，通常最直接的方法是减小携源氮气的流量。然而，携源气体比例过小会使扩散气氛混合不充分、不均勻，从而导致方块电阻均勻性变差、工艺可控性变差。此外，针对目前广泛应用于生产的管式扩散炉，影响片间不均勻性的主要因素有 轴向温度分布不均衡、进出气量不匹配及炉口散热较严重等；影响片内不均勻性的主要原因是气氛环境和温度场沿径向存在差异。因此，对于扩散气氛混合不充分、不均勻的情况， 若只靠不同温区温度补偿的方法，显然远无法达到较理想的均勻扩散状态，最终将影响后续工艺参数的可控性和太阳电池的电性能。
发明内容
本发明目的是提供一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法，以提高太阳能电池的光电转换效率。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤
(1)将待处理硅片放于扩散炉中，升温至78(T810°C，炉内环境为氮气气氛，氮气流量 10 20 L/min ；
(2)升温至81(T87(TC，待温度稳定后，同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散， 扩散时间为15 25 min，所述携磷源氮气的流量为广1. 7 L/min，干氧的流量为0. 4 0. 7 L/min ；
所述磷源为三氯氧磷，源温恒定在12 20°C，使硅片表面的磷杂质表面浓度为 1. Oe+21 1. 3e+21 cnT3 ；
(3)保持扩散炉温度和干氧流量不变，停止通入携磷源氮气，进行有氧限定源扩散，扩散时间10 20 min ；
(4)降温至78(T810°C，出舟，完成扩散过程。相对于传统扩散工艺，本发明采用降低源温的方法，减小三氯氧磷的饱和蒸气压， 以降低源浓度，得到低表面浓度的PN结。在降低源浓度的同时，相应增大携源氮气的流量， 促进扩散气氛混合充分、均勻，并保证达到方块电阻的控制点。减小整体气体流量，合理调整炉内气体比例、压强及尾排量，有利于充分均勻炉内气氛和形成低表面浓度结。上文中，源温决定了源瓶内的饱和蒸气压，进而决定携源量，是影响扩散的重要因
-Ζ, ο由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点
1、本发明开发了一种新的磷扩散方法，在降低三氯氧磷源温的同时，相应增大了携源氮气的流量，从而降低了硅片表面的磷杂质表面浓度，因而降低了表面少子复合率，提高光电转换效率；试验证明，相比现有的磷扩散工艺，采用本发明的方法获得的太阳能电池的光电转换效率约有0. 1%的绝对值提升，具有意想不到的技术效果。2、本发明在降低三氯氧磷源温的同时，相应增大了携源氮气的流量，使扩散气氛混合充分、均勻，可以将片内及片间的方块电阻的不均勻度控制在较理想的范围，扩散均勻性得到明显的改善，进而提高后续工艺参数的可控性，最终改善太阳电池的电性能。3、本发明的制备方法简单，在不增加设备工装和工艺时间的同时，还能够减少气体的用量，降低了成本。4、本发明适用范围广，不仅可用于多种扩散设备，还适用于单晶、多晶及类单晶等多种硅片，适于推广使用。
图1是本发明实施例一和对比例一的杂质浓度对比图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步描述 实施例一
一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法，其步骤包括
(1)将制绒后常规多晶掺硼P156硅片放入氮气流量为1Γ16L/min、温度为800°C的扩散炉管内；
(2)升温至830°C左右，同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散，扩散时间为15 25 min，干氧流量为0. Γ0. 5 L/min，所述磷源为三氯氧磷，源温恒定在15 18°C，携源氮气流量为1. 3^1. 6L/min，使硅片表面的磷杂质表面浓度为1. 2e+21 cm_3 ；
(3)炉管温度及干氧流量保持不变，停止通入携源氮气，进行有氧限定源扩散 14 16min ；(4)降温至800°C后出舟，扩散完成。其中，在扩散管固定位置，放置确定晶向的P156硅片，以便进行表面浓度测试对比。用电化学微分电容电压法测得硅片PN结的磷杂质表面浓度为1. &+21cm_3，参见附图1 所示。从整管实验片中，等距抽取8片，采用五点法测量其方块电阻，结果如下表所示
权利要求
1. 一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将待处理硅片放于扩散炉中，升温至78(T810°C，炉内环境为氮气气氛，氮气流量 10 20 L/min ；(2)升温至81(T87(TC，待温度稳定后，同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散， 扩散时间为15 25 min，所述携磷源氮气的流量为广1. 7 L/min，干氧的流量为0. 4 0. 7 L/ min ；所述磷源为三氯氧磷，源温恒定在12 20°C，使硅片表面的磷杂质表面浓度为 1. Oe+21 1. 3e+21 cnT3 ；(3)保持扩散炉温度和干氧流量不变，停止通入携磷源氮气，进行有氧限定源扩散，扩散时间10 20 min ；(4)降温至78(T810°C，出舟，完成扩散过程。
全文摘要
本发明公开了一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法，包括如下步骤(1)将待处理硅片放于扩散炉中，升温至780~810℃；(2)升温至810~870℃，待温度稳定后，同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散，携磷源氮气的流量为1~1.7L/min，干氧流量为0.4~0.7L/min；磷源为三氯氧磷，源温恒定在12~20℃，使硅片表面的磷杂质表面浓度为1.0e+21~1.3e+21cm-3；(3)保持扩散炉温度和干氧流量不变，停止通入携磷源氮气，进行有氧限定源扩散；(4)降温，出舟完成扩散过程。本发明的磷扩散方法降低了硅片表面的磷杂质表面浓度，降低了表面少子复合率，提高光电转换效率；相比现有的磷扩散工艺，采用本发明的方法获得的太阳能电池的光电转换效率约有0.1%的绝对值提升，具有意想不到的技术效果。
文档编号H01L21/223GK102522449SQ20111037857
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者党继东, 孟祥熙, 徐义胜, 王永伟, 章灵军, 费正洪, 贾洁静, 辛国军 申请人:苏州阿特斯阳光电力科技有限公司, 阿特斯(中国)投资有限公司