一种聚乙烯醇磷酸酯磷扩散源及其制备方法与流程

本发明涉及晶硅太阳能电池制造领域，特别涉及用于晶硅太阳能电池生产磷扩散中一种新型液态旋涂磷源及其制备方法。

背景技术：

随着煤、石油、天然气等一些不可再生能源储量的减少，以及人们环保意识的不断增强，在这两大背景下，作为一种取之不尽用之不竭的清洁能能源——太阳能必将得到开发和广泛应用。磷扩散工艺是制备n型半导体的主要工艺之一，而磷扩散源是磷扩散步骤中的主要原料。在硅基半导体器件制造领域，磷扩散是重要的n型掺杂技术，可用在p型硅基体上制备p-n结器件。同时在n型双面晶硅太阳能电池制备技术中，磷扩散制备背表面场也是非常重要的工艺之一。

目前，大部分电池产线采用三氯氧磷(pocl3)气相反应磷扩散制程，一般采用的是氮气携带pocl3带入管式炉，在高温下三氯氧磷与氧气发生化学反应形成五氧化二磷(p2o5)并附着在硅片表面，p2o5在高温下与硅单质发生置换反应，生成单质磷和二氧化硅，单质磷则在温度的驱使下扩散到硅片中。这种扩散源的优点是扩散工艺成熟、生产效率高、扩散均匀性好等。但也存在着很多不利因素，pocl3为剧毒化学品，极易吸潮水解，对环境污染严重。随着政府对企业环保的要求不断提高，企业迫切需要一种可以替代该产品的扩散源。同时pocl3扩散具有很大的局限性，使用pocl3扩散会使硅片两面都被扩散进磷，在一些需要双面扩散(一面扩磷，一面扩硼)的器件中，使用pocl3就无法实现。公开号为cn10337558a的发明专利申请文件中公开了一种采用离子注入的方法对n型晶硅双面光伏电池背光面进行磷重掺的工艺。该工艺使用离子注入在n型电池衬底的背光面注入磷源，离子束能量在8-15kev，离子注入量为1*10¹⁵～7*10¹⁵cm^-2，然后退火形成背场。其优点是省去双面光伏电池现有工艺中的多次扩散和掩膜的过程，能够得到理想的杂质分布。缺点是设备昂贵，成本高，高能离子轰击硅片时会导致晶格破坏，从而造成损失，必须经过加温退火工艺才能恢复晶格的完整性。

旋涂磷扩散的特点是可以采用旋转涂布的方式在硅片表面形成一种厚度均匀的薄膜材料，并通过高温扩散的方法将杂质掺杂到硅片中。旋涂扩散工艺简单，设备价格低廉，液态旋涂磷扩散源必须具有以下基本性质：1)结构简单、安全无毒、易于大量合成、成本低、稳定性好：2)可均匀分散于溶剂中，成膜性能好。状态稳定的聚乙烯醇磷酸酯化物可具备这些性质。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题而提出了一种适用于旋涂磷扩散制程的聚乙烯醇磷酸酯液态磷源，它是以聚乙烯醇和磷酸为原料，水和丙二醇甲醚为溶剂、尿素为催化剂进行酯化反应制备，其结构如下：

为达到上述目的，本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一、聚乙烯醇磷酸酯液态磷源的制备方法：

步骤1)制备聚乙烯醇磷酸酯溶液

步骤2)制备聚乙烯醇磷酸酯液态磷源

步骤1)中所述聚乙烯醇磷酸酯溶液的制备方法，是将5-10wt％的聚乙烯醇水溶液加入一定量的尿素搅拌加热至80-90℃使尿素完全溶解，按照一定的比例称取磷酸加入到聚乙烯醇溶液中，搅拌加热至90-97℃反应3-6h，得到聚乙烯醇磷酸酯溶液，尿素与聚乙烯醇的质量比为1.5-2，聚乙烯醇磷酸酯溶液中聚乙烯醇和磷酸的摩尔比为0.5-1。所用聚乙烯醇的聚合度为400-550，高于550，聚合度过大，制备的磷源粘度过大，影响磷源旋涂的均匀性；低于400，制备的磷源粘度小会导致磷源无法旋涂成膜。

步骤2)中所述聚乙烯醇磷酸酯液态磷源的制备方法，是将制备好的聚乙烯醇磷酸酯溶液按一定比例分散在有机溶剂中，聚乙烯醇磷酸酯溶液和有机溶剂的体积比为1-2，所用的有机溶剂为乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯等二元醇醚类溶剂。

二、聚乙烯醇磷酸酯液态磷源的使用方法：

量取1.5ml磷源，通过匀胶机将磷源旋涂在156×156mm²硅片表面，并在160-180℃温度下加热20-30s烘干；将烘干后的硅片放入扩散炉中，在850-900℃温度下进行磷扩散制程，期间氮氧流量的比例不小于80％。

所述磷源的使用方法的特征在于可直接采用传统的旋涂和扩散工艺。所述烘干温度为160-180℃，温度过低或过高都不利于磷源的均匀固化。所述扩散气氛为氮氧流量比例不小于80％，氧气流量过高会导致扩散表面浓度降低。

上述磷源的制备方法简单易行，反应条件温和；磷源组分可自由调节，磷源原料易得，制备成本低，适合大规模生产。

附图说明

附图1为实例1磷源的红外透过光谱图。

附图2为实例2磷源旋涂后硅片的扫描电镜图

附图3为实例4磷源扩散后硅片的载流子浓度分布图

具体实施方式

实施例1

称取聚乙烯醇3g，去离子水27ml，放入100ml烧杯中。将烧杯置于恒温磁力搅拌器，于80℃下搅拌1小时，称取尿素6g，磷酸3.34g，将尿素加入聚乙烯醇溶液中并加热至95℃使尿素完全溶解，再将磷酸缓慢滴加至聚乙烯醇溶液中，于95℃下搅拌3h。最后加入15ml丙二醇甲醚稀释并停止加热并继续搅拌1h，将得到的溶液收集于聚丙烯试管内。设定匀胶机转速为2600转/分，时间为12秒，在156×156mm²硅片上滴加1.5ml分散好的溶液进行旋涂。将旋涂后的硅片置于加热台上并分别在160℃下加热30秒。然后将硅片插入石英舟，并推入850℃的扩散炉内，在氮氧流量比为90％气氛下扩散30分钟，扩散后取出硅片浸入10％hf溶液浸泡10min。

实施例2

称取聚乙烯醇1.5g，去离子水27ml，放入100ml烧杯中。将烧杯置于恒温磁力搅拌器，于80℃下搅拌1小时，称取尿素3g，磷酸1.67g，将尿素加入聚乙烯醇溶液中并加热至95℃使尿素完全溶解，再将磷酸缓慢滴加至聚乙烯醇溶液中，于95℃下搅拌3h。最后加入15ml丙二醇甲醚稀释并停止加热并继续搅拌1h，将得到的溶液收集于聚丙烯试管内。设定匀胶机转速为2600转/分，时间为12秒，在156×156mm²硅片上滴加1.5ml分散好的溶液进行旋涂。将旋涂后的硅片置于加热台上并分别在160℃下加热30秒。然后将硅片插入石英舟，并推入850℃的扩散炉内，在氮氧流量比为90％气氛下扩散30分钟，扩散后取出硅片浸入10％hf溶液浸泡10min。

实施例3

称取聚乙烯醇3g，去离子水27ml，放入100ml烧杯中。将烧杯置于恒温磁力搅拌器，于80℃下搅拌1小时，称取尿素6g，磷酸6.67g，将尿素加入聚乙烯醇溶液中并加热至95℃使尿素完全溶解，再将磷酸缓慢滴加至聚乙烯醇溶液中，于95℃下搅拌3h。最后加入30ml丙二醇甲醚稀释并停止加热并继续搅拌1h，将得到的溶液收集于聚丙烯试管内。设定匀胶机转速为2600转/分，时间为12秒，在156×156mm²硅片上滴加1.5ml分散好的溶液进行旋涂。将旋涂后的硅片置于加热台上并分别在160℃下加热30秒。然后将硅片插入石英舟，并推入850℃的扩散炉内，在氮氧流量比为80％气氛下扩散30分钟，扩散后取出硅片浸入10％hf溶液浸泡10min。

实施例4

称取聚乙烯醇3g，去离子水27ml，放入100ml烧杯中。将烧杯置于恒温磁力搅拌器，于80℃下搅拌1小时，称取尿素6g，磷酸6.67g，将尿素加入聚乙烯醇溶液中并加热至95℃使尿素完全溶解，再将磷酸缓慢滴加至聚乙烯醇溶液中，于95℃下搅拌3h。最后加入15ml丙二醇甲醚稀释并停止加热并继续搅拌1h，将得到的溶液收集于聚丙烯试管内。设定匀胶机转速为2600转/分，时间为12秒，在156×156mm²硅片上滴加1.5ml分散好的溶液进行旋涂。将旋涂后的硅片置于加热台上并分别在160℃下加热30秒。然后将硅片插入石英舟，并推入850℃的扩散炉内，在氮氧流量比为80％气氛下扩散30分钟，扩散后取出硅片浸入10％hf溶液浸泡10min。