专利名称：一种用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及晶体硅太阳能电池的生产技术领域，特别涉及一种用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺。
背景技术：
目前，对太阳能最直接的利用就是采用基于光伏效应的太阳能电池板，吸收太阳光后直接转化为电能。其中，晶体硅太阳能电池的制作过程主要包括制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结等，而PN结是多晶硅太阳电池的心脏，也是电池质量好坏的关键之一。
PN结是不能简单地用两块不同类型(P型和N型)的半导体接触在一起就能形成的，必须使用一部分是P型区域，另一部分是N型区域的完整的半导体硅片。现有技术中太阳能行业普遍采用的扩展工艺为一次恒定源扩散和限定源扩散，也就是常说的沉积步骤和推进步骤，恒定源扩散步骤主要是在一定的温度下通过氮气携带的三氯氧磷在石英管内反应生成磷为扩散提供扩散源，最终沉积在硅片的表面；限定源扩散是指在一定温度下不通入三氯氧磷的情况下使前一步沉积的杂质磷进一步向硅片内扩散以便控制PN结的结深和杂质浓度梯度分布，从而完成PN结的制备。由于硅片的表面不断有磷扩散元素进入，在上述限定源扩散过程中，高温下的磷元素又将不断被推入硅片的表层以下，表面作为一个过渡层，会有大量磷元素富集于此，导致该处会发生一些晶格的畸变和错位，从而产生高复合区，导致磷元素扩散不均匀，从而影响硅片的制备质量。因此,如何提供一种磷扩散工艺,该扩散工艺有利于降低娃片表面晶格畸变率，提高晶体硅太阳能电池的制备质量，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的为提供该扩散工艺有利于降低娃片表面晶格崎变率，提闻娃片的制
备质量。为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于硅片生产的磷扩散工艺，该工艺过程包括以下步骤SI、将含有磷源的气体通入一定温度的石英管内部，并维持预定时间以便所述磷源中的磷原子沉积于硅片上；S2、通入预定量的含氧的气体于所述石英管内部，并维持预定时间以便于所述硅片表面形成氧化硅层；S3、维持所述石英管于预定温度范围内一定时间以便步骤SI中所述磷原子向所述硅片的晶体硅层和所述氧化硅层双方向推进。优选地，在所述步骤SI中，所述磷源为POCl3,所述气体为氧气和氮气的混合气体。优选地，氧气的通入量的范围为300-1000sccm ;氮气的通入量的范围为1000_2000sccmo优选地，在所述步骤SI中，通入气体后维持所述预定时间为10_20min。优选地,在所述步骤S2中,所述含氧的气体为氧气。
优选地，氧气通入预定量的范围为1500-2000sccm。优选地，在所述步骤S2中，通入气体后维持时间为5-10min。优选地，在所述步骤S3中，预定温度范围为800-860摄氏度。优选地，维持硅片于预定温度范围内的时间范围为10_15min。优选地，在所述步骤S2中，所述含氧的气体为氧气和水蒸气的混合气体。本发明中所提供的磷扩散工艺中，在步骤S3)中磷原子的推进前，在硅片的表面生成一层氧化硅层，这样，步骤S3)中的磷原子在推进时，不仅可以向硅片的晶体硅层方向推进，而且同时可以向氧化硅层的方向推进，磷原子向双方向推进的方法可以在维持工艺总时间和工艺温度不变的前提下提升扩散方阻，减缓高浓度磷扩散对硅表面带来的晶格损伤，降低娃片表面晶格崎变率，提闻晶体娃太阳能电池的制备质量。在一种优选的实施方式中，在所述步骤SI中，所述磷源为POCl3，所述气体为氧气和氮气的混合气体；以POCl3作为磷源实现磷扩散工艺具有比较高的生产效率，得到PN结比较均匀、平整和扩散层表面良好等优点，有利于制作具有较大面接结的太阳能电池；并且使用设备比较简单，操作方便，且工艺要求比较低，工艺比较成熟。
图I为本发明一种晶体硅太阳能电池生产中磷扩散工艺的流程图。
具体实施例方式本发明的核心为提供一种娃片生产中磷扩散工艺,该扩散工艺有利于降低娃片表面晶格崎变率，提闻晶体娃太阳能电池的制备质量。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请参考图1，图I为本发明一种晶体硅太阳能电池生产中磷扩散工艺的流程图。本发明提供了一种用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，该工艺过程包括以下步骤SI、将含有磷源的气体通入一定温度的石英管内部，并维持预定时间以便所述磷源中的磷原子析出；磷源可以为三氯氧磷(POCl3),也可以为磷酸水溶液或其他含有磷原子的物质，只要该磷源在一定温度下可以析出磷原子，并且析出的磷原子在预定时间内可以沉积于石英管内部的硅片上即可；当然，在该工艺步骤中还可以增加其他条件，以促使磷原子快速析出、沉积。S2、通入预定量的含氧的气体于所述石英管内部，并维持预定时间以便于硅片表面形成氧化硅层；该气体可以为纯净的氧气，也可以为氧气与水蒸气或其他气体的混合气体，该含氧气体中的氧可以与石英管中的硅片形成一层氧化硅。
S3、维持所述石英管于预定温度范围内一定时间以便步骤SI)中所述磷原子向所述硅片的晶体硅层和所述氧化硅层双方向推进。在该预定温度和时间范围内，有利于步骤SI)中析出的磷原子的均匀向晶体硅层和所述氧化娃层双方向扩散。本发明中所提供的磷扩散工艺中，在步骤S3)中磷原子的推进前，在硅片的表面生成一层氧化硅层，这样，步骤S3)中的磷原子在推进时，不仅可以向硅片的晶体硅层方向推进，而且同时可以向氧化硅层的方向推进，磷原子向双方向推进的方法可以在维持工艺总时间和工艺温度不变的前提下提升扩散方阻，减缓高浓度磷扩散对硅表面带来的晶格损伤，降低娃片表面晶格崎变率，提闻晶体娃太阳能电池的制备质量。在一种优选的实施方式中，所述步骤SI)中的磷源可以为POCl3，所述气体为氧气和氮气的混合气体，装有POCI3的容器一般要求具有比较高的密封性，防止带有水蒸气的气体进入，因此携带POCl3进入石英管内的氧气和氮气一般事先需要经过干燥处理。一般操作时，可以先向石英管内通入氧气，当石英管升至设定温度时，再打开氮气阀门，设定流量的氮气携带？0(13进入石英管内，？0(13在高温下(大于600摄氏度)将分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5),其反应式如下5P0C13 = P205+3PC15(I)生成的P2O5在一定的扩散温度下与石英管中的硅片反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子(P)，其反应如下2P205+5Si = 5Si02+4P I(2) 由于反应式(I)中生成的PCl5虽然是极不易分解且具有腐蚀作用，但是在步骤SI)中通入的氧气的作用下，其可以进一步分解为P2O5并放出Cl2，生成的P2O5又会进一步与硅片反应，反应方程式如下502+4PCl5 = 2P205+10C12 (3)综合反应方程式(I)、(2)、(3)，通入携带为POCl3的氧气和氮气时，石英管内发生的化学反应为2Si+02+2P0Cl3 = 2Si02+2P I +3C12 f以POCl3作为磷源实现磷扩散工艺具有比较高的生产效率，得到PN结比较均匀、平整和扩散层表面良好等优点，有利于制作具有较大面接结的太阳能电池；并且使用设备比较简单，操作方便，且工艺要求比较低，工艺比较成熟。为了使通入石英管中POCl3充分分解，通入石英管中的氧气和氮气的量需尽量优化配置，在一种具体的实施方式中，氧气的通入量的范围可以为300-1000sccm ;氮气的通入量的范围可以为1000-2000sCCm ;通过合理选取通入氧气和氮气的量可以实现不同浓度PN结的生成。当然，在步骤SI)中通入携带磷源的气体后的反应时间和沉积时间的控制是很重要的，在一种优选的实施方式中，通入气体后维持时间大约为10-20min ;该时间段内不仅有利于磷原子的充分沉积，也有利于提高磷扩散的加工效率。上述各实施例中，在所述步骤S2)中，所述含氧的气体为氧气，此时通入一定量的氧气有利于与娃片反应，在其表面形成一层具有一定厚度的二氧化娃，只通入氧气可以避免带入其他杂质进入石英管内部，同时也有利于生成反应物的单一性。
根据实际加工情况，可以选择合适的氧气通入预定量，在一种具体实施方式
中，氧气通入预定量的范围可以为1500-2000sccm ；另外地，当通入石英管中的氧气气体后，维持时间为5-10min时，有利于生成合适
厚度的氧化层厚度。实践证明，当进行步骤S3)时，将石英管内的预定温度范围设为800-860摄氏度左右时，有利于磷原子的快速扩散，晶体硅太阳能电池的加工效率比较高。在另一种优选实施方式中，步骤S2)中含氧的气体可以为氧气和水蒸气的混合气体，水蒸气在氧气和硅片的反应中可以起到催化剂的作用，可以加快氧气和硅片的反应速度；当然还可以使用其他物质提高氧气和硅片反应速度，在此不做一一赘述。以上对本发明所提供的一种用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，该工艺过程包括以下步骤 51、将含有磷源的气体通入一定温度的石英管内部，并维持预定时间以便所述磷源中的磷原子沉积于硅片上； 52、通入预定量的含氧的气体于所述石英管内部，并维持预定时间以便于所述硅片表面形成氧化硅层； 53、维持所述石英管于预定温度范围内一定时间以便步骤SI中所述磷原子向所述硅片的晶体硅层和所述氧化硅层双方向推进。
2.如权利要求I所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，在所述步骤SI中，所述磷源为POCl3，所述气体为氧气和氮气的混合气体。
3.如权利要求2所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，氧气的通入量的范围为300-1000sccm ;氮气的通入量的范围为1000-2000sccm。
4.如权利要求2所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，在所述步骤SI中，通入气体后维持所述预定时间为10-20min。
5.如权利要求I所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，在所述步骤S2中，所述含氧的气体为氧气。
6.如权利要求5所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，氧气通入预定量的范围为1500-2000sccm。
7.如权利要求5所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，在所述步骤S2中，通入气体后维持时间为5-10min。
8.如权利要求I所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，在所述步骤S3中，预定温度范围为800-860摄氏度。
9.如权利要求8所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，维持硅片于预定温度范围内的时间范围为10-15min。
10.如权利要求I所述的用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，其特征在于，在所 述步骤S2中，所述含氧的气体为氧气和水蒸气的混合气体。
全文摘要
本发明公开了一种用于晶体硅太阳能电池生产的磷扩散工艺，该工艺过程包括以下步骤首先将含有磷源的气体通入一定温度的石英管内部，并维持预定时间以便所述磷源中的磷原子沉积于硅片上；然后通入预定量的含氧的气体于所述石英管内部，并维持预定时间以便于硅片表面形成氧化硅层；最后维持所述石英管于预定温度范围内一定时间以便步骤S 1中所述磷原子向硅片的晶体硅层和氧化硅层双方向推进；该扩散工艺中磷原子在推进时，不仅可以向硅片方向推进，而且同时可以向氧化硅层的方向推进，磷原子向双方向推进的方法可以在维持工艺总时间和工艺温度不变的前提下提升扩散方阻，减缓高浓度磷扩散对硅表面带来的晶格损伤，降低硅片表面晶格畸变率，提高晶体硅太阳能电池的制备质量。
文档编号H01L21/223GK102738305SQ20121021568
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者宋连胜, 张东升, 马桂艳 申请人:英利能源(中国)有限公司