一种硅片磷或硼掺杂的方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅片磷或硼掺杂的方法。


背景技术：

2.太阳能电池是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件，其发电原理是基于半导体pn结的光生伏特效应。n型topcon电池是指在电池正背面分别制备一层超薄的遂穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，进而极大降低金属接触复合电流，提高电池的转换效率。目前主要是通过在lpcvd设备中制备完隧穿氧化钝化层后，直接将硅片转到高温扩散炉进行磷掺杂或硼掺杂。当隧穿氧化钝化层制备结束后，polysi层裸露在空气中，极易沾污空气中的杂质，影响硅片性能，而这是无法避免的；后续在高温磷掺杂或硼掺杂时，杂质会在高温条件下进入硅片内部，影响硅片质量，从而影响电池转换效率。
3.为避免杂质的影响，可采用hcl溶液对多晶硅薄膜进行清洗，但是仍存在以下问题：如需增加配套的含有酸洗、水洗和烘干的清洗设备，大大增加了制造成本；如hcl溶液易挥发，有腐蚀性，则需要专业的人员进行操作，以保证工作人员的人身安全；如经过hcl溶液清洗后硅片表面虽然达到了清洁状态，但是在进入高温扩散炉前仍需要运转，还是存在沾污空气中杂质的风险，并不能从根本上避免该问题。因此，亟需寻找一种能从根本上解决硅片在磷扩散或硼扩散前沾污空气中杂质的方法，对提高硅片的合格率和电池的转换效率具有重要意义。


技术实现要素：

4.针对现有硅片在磷扩散或硼扩散前易沾污空气中杂质的问题，本发明提供一种硅片磷或硼掺杂的方法，在扩散管中利用卤化氢气体对硅片进行清洗，将清洗与掺杂在同一系统内完成，从根本上解决了硅片在磷扩散或硼扩散前沾污空气中杂质的问题。
5.为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
6.一种硅片磷或硼掺杂的方法，所述方法包括以下步骤：
7.步骤一、氮气气氛下，将硅片送入扩散管中，完成进舟；
8.步骤二、对所述扩散管进行抽真空，于300℃～700℃条件下通入卤化氢气体对所述硅片进行清洗，所述卤化氢为hbr或hi；
9.步骤三、对所述扩散管进行抽真空，通入氧气和掺杂源进行磷掺杂或硼掺杂；
10.步骤四、对所述扩散管进行抽真空，然后于n2气氛下进行降温，出舟，得磷掺杂或硼掺杂的硅片。
11.相对于现有技术，本技术提供的硅片磷或硼掺杂的方法具有以下优势：
12.本技术在扩散管中利用与金属结合能力较强的hbr或hi气体在300℃～700℃条件下对硅片进行清洗，既能保证清洗干净，还能避免硅片上的沾污不会进入到硅片内部或造成硅片缺陷，然后再进行后续的氧化及掺杂，实现了硅片清洗与元素掺杂在同一系统中完
成，从根本上解决了硅片在磷扩散或硼扩散前沾污空气中杂质的问题，而且还不需要增加额外的工艺设备和专业人员，以极低的成本完成了清洗工艺。
13.本技术通过将hbr或hi气体在300℃～700℃条件下分解成单质br或单质i，实现了在硅片表面的沾污扩散进入硅片内部前就被单质br或单质i清洗干净了，达到优异的表面清洁作用，并且hbr或hi分解后也不会产生毒副作用，不存在对工作人员的安全健康造成威胁的问题。
14.上述扩散管为高温扩散炉的核心部件，用于实现对硅片的磷掺杂或硼掺杂。
15.可选的，所述卤化氢气体的流量为500sccm～2000sccm。
16.可选的，所述清洗的时间为5min～15min。
17.优选的气体流量和清洗时间能保证硅片表面的沾污会被处理干净，还不会造成资源的浪费。
18.可选的，所述抽真空形成的真空度为80mba～150mba。
19.可选的，所述磷掺杂的工艺条件为：氧气流量为100sccm～500sccm，磷源的流量为200sccm～1000sccm，温度为750℃～900℃，通源时间为15min～25min，推进时间为15min～30min。
20.优选的磷源为本领域常用的用于磷掺杂的化合物，如三氯氧磷等。
21.优选的磷掺杂的工艺参数使得磷源分解出的磷元素均匀分散在硅片表面，形成均匀的磷掺杂。
22.可选的，所述硼掺杂的工艺条件为：氧气流量为300sccm～800sccm，硼源的流量为100sccm～500sccm，温度为900℃～1050℃，通源时间为8min～20min，推进时间为30min～100min。
23.优选的硼源为本领域常用的用于硼掺杂的化合物，如三溴化硼、三氯化硼等。
24.优选的硼掺杂的工艺参数使得硼源分解出的硼元素均匀分散在硅片表面，形成均匀的硼掺杂。
25.可选的，扩散管侧壁中部对称分布设有第一进气管和第二进气管用于通入卤化氢气体，侧壁下部和上部分别设有用于通入卤化氢气体的第三进气管和第四进气管，所述第三进气管和第四进气管呈中心对称分布。
26.扩散管为实现卤化氢的通入，设置了四个进气管，能使得卤化氢气体在扩散管内迅速分布均匀，实现快速清洁硅片表面的目的。
27.可选的，所述第一进气管、第二进气管、第三进气管和第四进气管的进气流量比为1.5～2.5:1.5～2.5:0.5～1.5:0.5～1.5。
28.进一步可选的，所述第一进气管、第二进气管、第三进气管和第四进气管的进气流量比为2:2:1:1。
29.优选的进气管的流量比能使得卤化氢气体迅速的充满整个扩散管，实现全方位无死角的对硅片进行表面清洁。
30.本发明提供的硅片磷或硼掺杂的方法能用于任意需要磷掺杂或硼掺杂的硅片电池的工艺中，如n型topcon钝化接触结构的电池、perc电池、pert电池等。
附图说明
31.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。
32.图1是本发明实施例提供的磷掺杂气体管路示意图；
33.图2是本发明实施例提供的硼掺杂气体管路示意图；
34.图3是本发明实施例1提供的pl测试图；
35.图4是本发明对比例1提供的pl测试图；
36.1、第一进气管，2、第二进气管，3、第三进气管，4、第四进气管，5、氧气进气管，6、氮气进气管，7、磷源进气管，8、硼源进气管。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.实施例1
39.本发明实施例提供一种n型topcon钝化接触结构的电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
40.s1、对n型单晶硅片进行损伤层去除和碱制绒处理，形成金字塔绒面；
41.s2、在所述硅片的正表面进行硼扩散形成正面发射极，采用管式扩散炉进行硼扩散，其中硼扩散的具体过程为：
42.氮气气氛下，将上述硅片送入扩散管中，完成进舟；
43.对所述扩散管进行抽真空至真空度为150mba，然后于400℃条件下通入hi气体对所述硅片进行清洗15min，hi气体的流量为2000sccm，其中所述扩散管包括侧壁中部对称分布设有第一进气管和第二进气管用于通入hi气体，侧壁下部和上部分别设有用于通hi气体的第三进气管和第四进气管，所述第三进气管和第四进气管呈中心对称分布，且第一进气管、第二进气管、第三进气管和第四进气管的进气流量比为2.5:1.5:0.5:1.5；上述扩散管的管路设置如图2所示；
44.对所述扩散管进行抽真空至真空度为80mba，然后进行通源，通源过程中工艺参数为：氧气的流量为500sccm，三溴化硼的流量为500sccm，温度为900℃，时间为15min；通源结束后停止通入氧气和三溴化硼，于900℃推进40min，实现硼掺杂；
45.硼掺杂结束后，将所述扩散管抽真空至真空度为110mba，然后于n2气氛下进行降温，出舟；
46.s3、利用酸溶液体系去除硅片表面硼硅玻璃并进行背表面抛光；
47.s4、在上述硅片的背表面上依次沉积厚度为1.5nm的隧穿氧化层和厚度为150nm的多晶硅层的沉积；
48.s5、在所述硅片的背表面进行磷扩散形成磷掺杂的多晶硅层，采用管式扩散炉进行磷扩散，其中磷扩散的具体过程为：
49.氮气气氛下，将硅片送入扩散管中，完成进舟；
50.对所述扩散管进行抽真空至真空度为100mba，然后于400℃条件下通入hi气体对所述硅片进行清洗10min，hi气体的流量为1000sccm，其中所述扩散管包括侧壁中部对称分布设有第一进气管和第二进气管用于通入hi气体，侧壁下部和上部分别设有用于通hi气体的第三进气管和第四进气管，所述第三进气管和第四进气管呈中心对称分布，且第一进气管、第二进气管、第三进气管和第四进气管的进气流量比为2:2:1:1；上述扩散管的管路设置如图1所示；
51.对所述扩散管进行抽真空至真空度为120mba，然后进行通源，通源过程中工艺参数为：氧气的流量为300sccm，三氯氧磷的流量为800sccm，温度为850℃，时间为20min；通源结束后停止通入氧气和三氯氧磷，于850℃推进20min，实现磷掺杂；
52.磷掺杂结束后，将所述扩散管抽真空至真空度为110mba，然后于n2气氛下进行降温，出舟；
53.s6、去除磷硅玻璃后，在硅片的正表面依次沉积厚度为5nm氧化铝层和厚度为80nm的氮化硅层；在硅片的背表面沉积厚度为65nm的氮化硅层；
54.s7、在上述硅片的正背面上分别印刷金属浆料，经高温烧结形成金属电极，得n型topcon钝化接触结构的电池。
55.实施例2
56.本发明实施例提供一种n型topcon钝化接触结构的电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
57.s1、对n型单晶硅片进行损伤层去除和碱制绒处理，形成金字塔绒面；
58.s2、在所述硅片的正表面进行硼扩散形成正面发射极，采用管式扩散炉进行硼扩散，其中硼扩散的具体过程为：
59.氮气气氛下，将硅片送入扩散管中，完成进舟；
60.对所述扩散管进行抽真空至真空度为110mba，然后于600℃条件下通入hbr气体对所述硅片进行清洗8min，hbr气体的流量为800sccm，其中所述扩散管包括侧壁中部对称分布设有第一进气管和第二进气管用于通入hbr气体，侧壁下部和上部分别设有用于通hbr气体的第三进气管和第四进气管，所述第三进气管和第四进气管呈中心对称分布，且第一进气管、第二进气管、第三进气管和第四进气管的进气流量比为2:1.5:1:1.5；上述扩散管的管路设置如图2所示；
61.对所述扩散管进行抽真空至真空度为100mba，然后进行通源，通源过程中工艺参数为：氧气的流量为800sccm，三溴化硼的流量为300sccm，温度为1050℃，时间为20min；通源结束后停止通入氧气和三溴化硼，于1050℃推进35min，实现硼掺杂；
62.硼掺杂结束后，将所述扩散管抽真空至真空度为110mba，然后于n2气氛下进行降温，出舟；
63.s3、利用酸溶液体系去除硅片表面硼硅玻璃并进行背表面抛光；
64.s4、在上述硅片的背表面上依次沉积厚度为1.5nm的隧穿氧化层和厚度为150nm的多晶硅层的沉积；
65.s5、在所述硅片的背表面进行磷扩散形成磷掺杂的多晶硅层，采用管式扩散炉进行磷扩散，其中磷扩散的具体过程为：
66.氮气气氛下，将硅片送入扩散管中，完成进舟；
67.对所述扩散管进行抽真空至真空度为80mba，然后于700℃条件下通入hbr气体对所述硅片进行清洗5min，hbr气体的流量为500sccm，其中所述扩散管包括侧壁中部对称分布设有第一进气管和第二进气管用于通入hbr气体，侧壁下部和上部分别设有用于通hbr气体的第三进气管和第四进气管，所述第三进气管和第四进气管呈中心对称分布，且第一进气管、第二进气管、第三进气管和第四进气管的进气流量比为1.5:2.5:1.5:0.5；上述扩散管的管路设置如图1所示；
68.对所述扩散管进行抽真空至真空度为150mba，然后进行通源，通源过程中工艺参数为：氧气的流量为500sccm，三氯氧磷的流量为500sccm，温度为900℃，时间为15min；通源结束后停止通入氧气和三氯氧磷，于900℃推进15min，实现磷掺杂；
69.磷掺杂结束后，将所述扩散管抽真空至真空度为80mba，然后于n2气氛下进行降温，出舟；
70.s6、去除磷硅玻璃后，在硅片的正表面依次沉积厚度为5nm氧化铝层和厚度为80nm的氮化硅层；在硅片的背表面沉积厚度为65nm的氮化硅层；
71.s7、在上述硅片的正背面上分别印刷金属浆料，经高温烧结形成金属电极，得n型topcon钝化接触结构的电池。
72.为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。
73.对比例1
74.本对比例提供一种n型topcon钝化接触结构的电池的制备方法，将s2步骤的硼掺杂中hi气体通入的温度替换为800℃，将s5步骤的磷扩散中hi气体通入的温度替换为800℃，其余的步骤均与实施例1一致，不再赘述。
75.对比例2
76.本对比例提供一种n型topcon钝化接触结构的电池的制备方法，将s2步骤的硼掺杂中hi气体替换为hcl气体，将s5步骤的磷扩散中hi气体替换为hcl气体，其余的步骤均与实施例1一致，不再赘述。
77.为了更好的说明本发明实施例提供的磷掺杂/硼掺杂的硅片的特性，下面将实施例1～2以及对比例1～2制备的n型topcon钝化接触结构的电池进行性能检测。
78.试验例1
79.将实施例1～2以及对比例1～2制备的n型topcon钝化接触结构的电池进行电池性能检测，其检测结果如下表1所示。
80.表1
81.[0082][0083]
从表1中可以看，采用本技术提供的制备方法，在硼扩散以及磷扩散过程前能将硅片沾污的空气中的杂质彻底清洁干净，有利于提高电池的转换效率。
[0084]
试验例2
[0085]
将实施例1以及对比例1制备的电池分别进行pl测试，其结果如图3和图4所示。
[0086]
从图3～4中可以看出，同样的测试标尺下，对比例1的pl测试图片整体发暗，而实施例1的pl测试图片整体发亮，由此说明，采用对比例1提供的制备方法使得制备的硅片内有较多的缺陷和杂质，而采用本发明提供的方法制备的电池，杂质基本没有，因此图3整体发亮。
[0087]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。