一种太阳能电池扩散PN结的制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种晶硅太阳能电池扩散pn结的制备方法。

背景技术：

随着光伏技术的不断发展，晶硅太阳能电池作为以一种将太阳能转化为电能的清洁能源产品得到了迅猛发展。

在晶硅太阳能电池的制造过程中，制绒工序可以很好的降低硅片表面的反射率，增加光吸收，从而提高电池的光学转换效率。目前太阳能电池扩散pn结的制备工艺中，pocl3液态源是扩散工艺中很重要的材料，在氮气的携带下进入扩散炉管中，高温下与氧气反应进行pn结的制备。

但是，制绒后的硅片表面通常残留一些有机和无机的杂质污染，对后道扩散工艺造成不良影响，从而影响最后的电池效率。

具体的，在扩散工艺过程中，如果硅片表面局部存在有机物残留，则磷很难扩散到硅片里面，从而导致整个硅片的pn结均匀性很差；如果硅片表面有金属等有机物残留，则在高温扩散的过程中很容易进入硅片里面形成复合中心，降低电池的光电转化效率。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种既能去除硅片表面杂质、又可以制备均匀的高质量的pn结的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种太阳能电池扩散pn结的制备方法，所述制备方法至少包括设置在沉积pn结之前的清洗步骤，所述清洗步骤为在无氧气存在的环境下，采用氮气携带pocl3进入扩散炉管中进行硅片表面的杂质清洗。

优选地，所述清洗步骤中还需通入纯氮气，携带有pocl3的氮气与所述纯氮气的流量比为1:10-18。本发明中的纯氮气(n2)即为普通的市售氮气，其仅仅是为了与携带有pocl3的氮气相区分，没有限定意义。

更加优选地，所述携带有pocl3的氮气与所述纯氮气(n2)的流量比为1:13.5，如携带有pocl3的氮气的流量为1000sccm，则纯氮气(n2)的流量为13.5slm。slm和sccm都是气体质量流量单位，sccm(standardcubiccen时间terperminute)是标准状态下(也就是1个大气压，25℃下)每分钟1立方厘米(1ml/min)的流量，slm(standardlitreperminute)是标准状态下1升(1l/min)的流量。

优选地，所述清洗步骤中的清洗时间为大于等于1min，清洗温度大于等于600℃。

更加优选地，所述清洗步骤中的清洗时间为大于等于3min，清洗温度大于等于700℃。

进一步优选地，所述清洗步骤中的清洗时间为大于等于5min，清洗温度为750-900℃。

优选地，所述制备方法依次包括进舟、升温、清洗、吹扫、预沉积、推进、降温、出舟。

更加优选地，所述升温步骤中需通入纯氮气并驱除氧气。

更加优选地，所述吹扫步骤为在所述扩散炉管内通入纯氮气以驱除管内的pocl3。

优选地，所述pocl3所用的原料为pocl3液态源，即携带有pocl3的氮气为采用氮气经过pocl3液态源之后的气体。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的一种太阳能电池扩散pn结的制备方法，该制备方法在无o2的高温环境中，通入pocl3与硅片表面的杂质进行反应，能够有效地清除硅片表面的杂质，使得在沉积时制备均匀的高质量的pn结，提升电池的光电转换效率，且此清洗过程与pn结形成过程整合在一起，也不会增加其它的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中太阳能电池扩散pn结的制备方法的流程框图；

图2为本发明优选实施例1中太阳能电池扩散pn结的制备方法的流程框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明中的纯氮气(n2)即为普通的市售氮气，其仅仅是为了与携带有pocl3的氮气相区分，没有限定意义。

实施例1

参照图2，本实施例的一种太阳能电池扩散pn结的制备方法，包括以下步骤，具体的参数参见表1：

步骤s1：进舟

将制作完制绒工序的硅片使用手工或通过机械手装片于一管式扩散炉石英舟中，进舟使硅片进入扩散炉石英反应室中，关闭炉门。

步骤s2：升温

炉门关闭后，通入纯氮气，纯氮气的流量为13.5slm。在纯氮气的保护下加热升温至750-900℃，本实施例中具体的设定温度为779℃。此过程中炉管内的氧气也被驱除干净。

步骤s3：清洗

以液态三氯氧磷(pocl3)即pocl3液态源为原料，以氮气为携带气体，在750-900℃的温度下保温5min，本实施例中的温度具体为779℃，pocl3与硅片表面的有机物和无机物进行反应，生成物以尾气的形式排出，从而起到清洗硅片表面杂质的作用。

此步骤中纯氮气n2的流量为13.5slm，携带有pocl3的氮气的流量为1000sccm。在其他的一些实施例中携带有pocl3的氮气与纯氮气的流量比范围为1:10-18。

在其他的一些实施例中，该步骤中的清洗时间可选择大于等于3min，清洗温度大于等于600℃或700℃。

步骤s4：吹扫

通入大流量的纯氮气(>8slm)，本实施例中的纯氮气流量为20slm，且吹扫5min，吹扫时的温度也维持在779℃。将管内的pocl3吹扫干净，防止在下面的步骤中与氧气反应生成p单质，从而影响pn结的结构。

即在n2携带pocl3进入工艺炉管进行清扫时以及pocl3清洗之后进行预沉积之前都要保证炉管内没有氧气存在，以防止pocl3和氧气反应影响pn结的浓度分布。

步骤s5：预沉积

以液态三氯氧磷(pocl3)为原料，以氮气为携带气体，并通入适量反应气体氧气，在750-900℃的温度下，本实施例具体为779℃，pocl3分解并与氧气和硅片反应生成单质磷，单质磷沉积在硅片表面在高温下向硅片内部扩散形成扩散层pn结。

步骤s6：推进

停止通入pocl3，并将温度升高30℃以上，本实施例中为850℃，使硅片表面的p进一步向硅片内推进，达到一定的pn结深度(0.2-0.6um)。参见表1，此步骤中通入纯氮气n2和氧气，n2的气体流量为4slm，o2的气体流量为1000sccm。

步骤s7：降温

通过s6步骤之后，pn结已形成，停止氧气的通入，炉管进行降温至700-800℃，本实施例中降温至750℃，进行低温退火。

步骤s8：出舟

降温结束后，在纯氮气的保护下，装有硅片的石英舟从炉管中出来，炉门关上，整个扩散工艺过程结束。

以上步骤中的具体参数可以参见表1。表1中氮气一项代表的是纯氮气(n2)的流量，而氮气car代表的是氮气携带其他成分的流量，如清洗步骤中氮气car为1000sccm，代表的是1000sccm流量的氮气经过液态pocl3后进入炉管。ramp代表的是此步骤中的温度不是恒定的，如降温步骤中温度为750ramp，表示的是设定温度是750℃，但是由于之前炉管内的温度大于750℃，其需要逐渐冷却至750℃，所以炉管内的温度并不是一直维持在750℃。

pocl3在没有氧气存在的情况下，可以在高温下直接与有机物反应，达到去除硅片表面有机物的作用，且高温下pocl3可以分解出cl2，cl2可以与无机物反应，特别是可以和一些金属杂质反应，从而达到去除硅片表面金属杂质的效果。在没有氧气存在的情况下，pocl3很难生成磷单质，所以不影响后面pn结浓度分布，只起到清洗硅片表面的作用。本实施例在传统的扩散工艺过程中加入pocl3清洗步骤，即在无氧气存在的高温环境中，通入pocl3与硅片表面的杂质进行反应，能够有效地清除硅片表面的杂质，使得在沉积时制备均匀的高质量的pn结，提升电池的光电转换效率，且此清洗过程与pn结形成过程整合在一起，也不会增加其它的成本。

对比例1

采用现有的制备工艺进行太阳能电池扩散pn结的制备，不包括在沉积pn结之前通入携带有pocl3的氮气进行清洗的步骤，具体的参数参见表1。

表1实施例1和对比例1的工艺参数对照表

实施例2结果与讨论

将采用实施例制作出的电池片与对比例一的传统工艺制作出的电池片进行的检测，其中，eta为转化效率，uoc为开路电压，isc为短路电流，ff为填充因子，rs为串联电阻，rsh为并联电阻，irev1为反向电流，结果如下表：

表2测试结果

从表2的电性能测试结果可以得出：电池光电转化效率的增益来源于uoc和ff的改善，主要因为清洗步骤中pocl3和硅片表面的杂质反应，避免杂质在高温下进入硅片内部，从而提升uoc；另外，清洗步骤去掉硅片表面的有机物残留，使扩散更均匀，从而改善了ff，最终使光电转换效率得到明显提升。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。