一种制备双面n型晶硅电池的掩膜扩散方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池生产技术领域，特别是一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法。
【背景技术】
[0002]目前晶体硅电池是太阳能电池市场的主流产品，晶硅太阳能电池从材料基体类型上又可以分为P型晶硅电池和N型晶硅电池。相对于P型单晶硅电池，N型单晶硅电池具有光致衰减小、耐金属杂质污染性能好、少数载流子扩散长度长等特点，在效率提升方面有巨大的潜力。
[0003]寻求能够较好地兼容目前晶硅电池生产线设备，制备成本较低且效率较高的N型电池结构跟制备工艺流程对于降低太阳能电池每瓦成本是至关重要的。双面N型晶硅电池需要对硅衬底进行双面掺杂，目前太阳能电池生产中主要用液态88^源高温扩散实现P+掺杂，使用？0(:13源高温扩散实现N+掺杂。由于制程中有两次扩散，因而硼、磷扩散制程间的相互掩蔽对于提升电池效率有重要的意义。不同的生产制造商采用不同的制备工艺流程，以先掺硼为例，在完成单面掺杂形成P+硼发射极层后，现有工艺主要采用热氧化生长的S12薄膜作为掺磷面的扩散阻挡层，之后再去除S12掩蔽层，再进行发射极钝化的处理。这一方法涉及高温过程且步骤繁杂，热氧化的温度高达1000°C以上，同时氧化时间应不少于30 min以形成厚度大于100 nm的S12薄膜。此高温过程易导致P+层的扩散曲线发生改变，如表面掺杂浓度的降低，结深的增加，导致电池的串联电阻增加，电接触性能下降；同时高温过程易导致硅衬底的杂质浓度增加，电池的体复合随之加剧，最终表现为开路电压和整体效率的下降。专利CN 102544236B报道在完成单面B掺杂形成P+硼发射极层后，去除硼硅玻璃层，然后利用低压化学气相沉积(LPCVD)的方法在硅片两面沉积SiNJ莫，再在B扩面的SiNx上沉积S1 2，利用磷酸去除未被S12保护的SiN x面，然后在此面上进行磷扩散，此方法涉及多次镀膜和清洗过程，工艺比较复杂，不利于提高生产效率和降低生产成本。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种N型双面晶体硅电池的掩膜扩散方法，以较简单的流程实现硼、磷扩散制程间的相互掩蔽，简化双面N型晶硅电池制备工艺，降低成本，适于大规模工业化生产。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，其特征在于:在硼扩散过程中，首先对硼扩散面上形成的硼硅玻璃层进行氧化处理，再在硼硅玻璃层上沉积形成致密的氮化硅层；利用硼硅玻璃和氮化硅层作为磷扩散的掩膜，用于防止两次扩散之间的相互掺杂。
[0006]上述方法的具体步骤如下:
(I)将原始N型硅片进行清洗，去除表面的损伤层，制绒； (2)将步骤(I)处理后的硅片面贴面地放置进行单面硼扩散，形成硼扩散极P+层，采用BBr3液态源扩散，扩散温度为900?970°C，时间为30?60min ;
(3)在硼扩散推进结束后的降温过程中通入一定流量的氧气对硼硅玻璃及其与硅片的界面进行氧化，氧气的流量为I 一 lOslm，氧化时间为3 — 40 min，直到降温至760 V?840 0C ；
(4)在氧化后的硼硅玻璃层上用等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法沉积一层氮化硅薄膜，厚度为25-70nm，通过调整氮化硅薄膜的沉积条件，可以控制氮化硅薄膜的致密度，氮化硅折射率在2.15之上；
(5)利用槽式制绒设备将硅片的正面进行碱式制绒刻蚀，去除硼扩散过程中在正面形成的绕射扩散层，同时形成良好的正面随机金字塔面；
(6)将(5)中的硅片背靠背进行单面磷扩散，硼硅玻璃层和氮化硅叠层作为磷扩散掩膜；
(7)磷扩散完毕后，利用HF酸或者HF酸与H3PO4酸的混合酸去除硼硅玻璃和氮化硅层，在硅片两面形成硼扩散的P+层和磷扩散的N+层。
[0007]本发明的有益效果是:
电池采用经过氧化处理的硼硅玻璃层和致密的氮化硅层叠层薄膜充当后续磷扩散的扩散掩蔽层，减少了制程中多次刻蚀和掩膜沉积的过程。在制备工艺中对硼扩散推进完毕后的在硼发射极表面形成的硼硅玻璃层进行氧化处理，可降低硅与硼硅玻璃层界面处的S1-B键的密度，有利于后续酸处理去除硼硅玻璃，形成疏水表面，有利于提高电池的开路电压。此方法可以大大简化工艺，提高了生产效率，降低生产工艺成本，具有积极的现实意义。
【附图说明】
[0008]下面结合附图和具体实施例对发明进一步说明图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明的N型硅衬底完成硼扩散并氧化处理硼硅玻璃层的示意图；
图3是本发明的N型硅衬底完成PECVD沉积氮化硅薄膜的示意图；
图4是本发明完成两次扩散去除扩散掩膜后的结构示意图；
其中图中的标记为:1是N+层；2是N型娃衬底；3是P+层；4是氧化处理的硼娃玻璃层(BSG) ；5 是 SiNJl。
【具体实施方式】
[0009]实施例1
如图1-4所示，一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，包括如下步骤:
(1)采用N型单晶硅为衬底，电阻率为1~12W*cm，厚度为170~200 mm，将硅片进行清洗，去除表面的损伤层，碱溶液对硅片进行制绒处理；
(2)将步骤(I)处理后的硅片面贴面地放置进行单面硼扩散，采用BBr3液态源扩散，扩散温度为970°C，时间为45min ;
(3)在硼扩散推进结束后的降温过程中通入一定流量的氧气对硼硅玻璃及其与硅的界面进行氧化，氧气的流量为3slm，氧化时间为30 min，直到降温至790°C ；
(4)在氧化后的硼硅玻璃层上用等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法沉积一层氮化硅薄膜，沉积温度为430 °C _470°C，优选460 °C，SiH4流量为600-1200sccm，优选lOOOsccm，NH3 流量为 3600_7200sccm，优选 4000sccm，射频功率为 5000-6500W，优选 5600W，沉积时间250-750S，厚度为25-70nm，折射率在2.15之上；
(5)利用槽式制绒设备将硅片的正面进行碱式制绒刻蚀，去除硼扩散过程中在正面形成的绕射扩散层，同时形成良好的正面随机金字塔面；
(6)将(5)中的硅片背靠背进行单面磷扩散，硼硅玻璃层和氮化硅叠层作为磷扩散掩膜；
(7)磷扩散完毕后，利用HF酸或者HF酸与H3PO4酸的混合酸去除硼硅玻璃和氮化硅层，在硅片两面形成硼扩散的P+层和磷扩散的N+层。
[0010]实施例2
如图1-4所示，一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，包括如下步骤:
(1)采用N型单晶硅为衬底，电阻率为1~12W*cm，厚度为170~200 mm，将硅片进行清洗，去除表面的损伤层，碱溶液对硅片进行制绒处理；
(2)将步骤(I)处理后的硅片面贴面地放置进行单面硼扩散，采用BBr3液态源扩散，扩散温度为940°C，时间为60min ;
(3)在硼扩散推进结束后的降温过程中通入一定流量的氧气对硼硅玻璃及其与硅的界面进行氧化，氧气的流量为lOslm，氧化时间为20 min，直到降温至840°C ；
(4)在氧化后的硼硅玻璃层上用等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法沉积一层氮化硅薄膜，沉积温度为450 °C，SiH4流量为800sccm，NH3流量为6000sccm，射频功率为6000W，沉积时间700s，厚度为65-70nm，折射率在2.15之上；
(5)利用槽式制绒设备将硅片的正面进行碱式制绒刻蚀，去除硼扩散过程中在正面形成的绕射扩散层，同时形成良好的正面随机金字塔面；
(6)将(5)中的硅片背靠背进行单面磷扩散，硼硅玻璃层和氮化硅叠层作为磷扩散掩膜；
磷扩散完毕后，利用HF酸或者HF酸与H3PO4酸的混合酸去除硼硅玻璃和氮化硅层，在硅片两面形成硼扩散的P+层和磷扩散的N+层。
【主权项】
1.一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，其特征在于:在硼扩散过程中，首先对硼扩散面上形成的硼硅玻璃层进行氧化处理，再在硼硅玻璃层上沉积形成氮化硅层；利用硼硅玻璃和氮化硅层作为磷扩散的掩膜，用于防止两次扩散之间的相互掺杂。2.根据权利要求1所述的一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，其特征在于包括如下具体步骤: (I)将原始N型硅片进行清洗，去除表面的损伤层，制绒； (2 )将步骤(I)处理后的硅片面贴面地放置进行单面硼扩散，形成硼扩散极P+层； (3 )在硼扩散推进结束后的降温过程中通入氧气对硼硅玻璃及其与硅片的界面进行氧化，直到降温至790-840 °C，硼硅玻璃层厚度为20-80nm ； (4)在氧化后的硼硅玻璃层上沉积一层氮化硅薄膜； (5)利用槽式制绒设备将硅片的正面进行碱式制绒刻蚀，去除硼扩散过程中在正面形成的绕射扩散层，同时形成良好的正面随机金字塔面； (6)将(5)中的硅片背靠背进行单面磷扩散，硼硅玻璃层和氮化硅叠层作为磷扩散掩膜； (7)磷扩散完毕后，利用HF酸或者HF酸与H3PO4酸的混合酸去除硼硅玻璃和氮化硅层，在硅片两面形成硼扩散的P+层和磷扩散的N+层。3.根据权利要求2所述的一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，其特征在于:步骤(2)中进行单面硼扩散采用BBr3液态源扩散，扩散温度为900?970°C，时间为30?60mino4.根据权利要求2所述的一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，其特征在于:步骤(3)中通过的氧气的流量为1-lOslm，氧化时间为3-40min。5.根据权利要求2所述的一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，其特征在于:步骤(4 )中沉积采用等离子增强化学气相沉积方法。6.根据权利要求2所述的一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，其特征在于:步骤(4)中沉积温度为 430-470°C，量为 600-1200sccm，NH 3流量为 3600_7200sccm，射频功率为5000-6500W，沉积时间250-750s，厚度为25_70nm，折射率在2.15之上。
【专利摘要】本发明提供了一种制备双面N型晶硅电池的掩膜扩散方法，是在硼扩散过程中，首先对硼扩散面上形成的硼硅玻璃层进行氧化处理，再在硼硅玻璃层上沉积形成氮化硅层；利用硼硅玻璃和氮化硅层作为磷扩散的掩膜，用于防止两次扩散之间的相互掺杂。电池采用经过氧化处理的硼硅玻璃层和致密的氮化硅层叠层薄膜充当后续磷扩散的扩散掩蔽层，减少了制程中多次刻蚀和掩膜沉积的过程。在制备工艺中对硼扩散推进完毕后的在硼发射极表面形成的硼硅玻璃层进行氧化处理，可降低硅与硼硅玻璃层界面处的Si－B键的密度，有利于后续酸处理去除硼硅玻璃，形成疏水表面，有利于提高电池的开路电压；本发明可大大简化工艺，提高了生产效率，降低生产工艺成本。
【IPC分类】H01L31/18
【公开号】CN105047766
【申请号】CN201510562132
【发明人】张中伟, 张世勇, 廖亚琴
【申请人】中国东方电气集团有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年9月7日