一種晶體矽片及其擴散方法

2023-04-25 02:14:21

專利名稱：一種晶體矽片及其擴散方法
技術領域：
本發明涉及一種晶體矽片及其擴散方法，該晶體矽片可用來製備太陽能電池片，屬於太陽電池領域。
背景技術：
常規的化石燃料日益消耗殆盡，在現有的可持續能源中，太陽能無疑是一種最清潔、最普遍和最有潛力的替代能源。目前，在所有的太陽能電池中，晶體矽太陽能電池是得到大範圍商業推廣的太陽能電池之一，這是由於矽材料在地殼中有著極為豐富的儲量，同時矽太陽能電池相比其他類型的太陽能電池，有著優異的電學性能和機械性能。因此，晶體矽太陽電池在光伏領域佔據著重要的地位。 目前，常規的晶體矽太陽電池的生產工藝是從晶體矽片出發，進行制絨，擴散，絕緣，鍍膜，絲印燒結。其中，晶體矽片的擴散是太陽電池發電的關鍵步驟，擴散結的特性好壞影響了電池的效率。現有的擴散方法一般都是通過一步擴散法實現的，即將矽片放入擴散爐中，通入擴散源、載氣等，加熱擴散一段時間即可。然而，上述擴散方法製備的PN結表面摻雜濃度較高，形成「死層」。以磷擴散為例，N+N/P矽太陽能電池的發射區N+是由磷擴散形成的高濃度淺結區域，在這種區域非電活性磷原子處於晶格間隙位置會引起晶格損傷，由於磷原子與矽原子的半徑不匹配，高濃度的磷還會造成晶格失配。在矽太陽能電池表層，少數載流子的壽命極低，表層吸收的短波光子所產生的光生載流子基本又複合，此表層稱為「死層」。因而傳統的一步擴散法製備的矽太陽能電池的表面光生載流子複合嚴重，少子壽命低，短波響應差，從而導致電池光電轉換效率低。針對上述問題，現有的方法主要有2種一是把擴散後的矽片進行氧化，然後去除其氧化層來去除死層；二是通過調整擴散工藝來減少死層的產生。然而，第一種方法會增加操作步驟，提高了工藝的複雜度，相對提高了生產成本，且均勻性難以保證。第二種方法主要是通過調整一次擴散工藝來製備淺結電池，降低PN結的深度(其結深一般為O. 3微米左右)，但是該方法為了保證一定的方塊電阻值，需要較高的表面摻雜濃度，因而無法真正避免「死層」的存在，同時該方法的工藝難度較大，不易實施。

發明內容
本發明目的是提供一種晶體矽片及其擴散方法。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種晶體矽片的擴散方法，包括如下步驟
(1)將晶體矽片進行制絨、清洗；
(2)將上述晶體矽片進行恆定源擴散，爐內氣氛為攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣，擴散過程中所述攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣的流量均保持不變；
(3)將上述恆定源擴散之後的矽片去除雜質玻璃，清洗；(4)將上述矽片進行限定源擴散，擴散過程中只通入氮氣和氧氣，且氮氣和氧氣流量保持不變；
(5)擴散結束，取出矽片；所述矽片的表面摻雜濃度為IXIO2q 5XIO2qatom/cm3 ;其PN結的結深為O. 5 I微米。上文中，所述步驟⑴和(3)為現有技術。所述步驟(2)中的恆定源擴散是指恆定表面濃度擴散，即在整個擴散過程中，矽片表面濃度NS保持不變，N (x, t) =NSerfc (x/ (2* (Dt) 1/2));式中erfc稱作餘誤差函數，因此恆定源擴散分布符合餘誤差分布。所述步驟(4)中的限定源擴散是指雜質源限定在矽片表面薄的一層，雜質總量Q是常數。N (X, t) = (Q/ (pDt) 1/2) *exp (_X2/4Dt);式中,exp (_X2/4Dt)是高斯函數,因此限定源擴散時的雜質分布是高斯函數分布。由以上的求解公式，可以看出擴散係數D以及表面濃度對恆定表面擴散的影響相當大。本發明擴散完成後製得的矽片的表面摻雜濃度為IX 102° 5X 102° atom/cm3 ;因此是一種低表面摻雜濃度的PN結。上述矽片的表面摻雜濃度的值是通過電化學ECV測試得到的。上述技術方案中，所述步驟(2)中，所述攜帶擴散源的氮氣的流量為80(Γ1000sccm，純氮氣的流量為5 20 slm，氧氣流量為300 800 Sccm0例如，當擴散為磷擴散時，所述擴散源為磷源。上述技術方案中，所述步驟(2)中，所述恆定源擴散為變溫擴散，擴散溫度由8400C 860°C降至800°C 820°C，擴散時間為10 30 min。上述技術方案中，所述步驟⑷中，氮氣流量為廣8 slm，氧氣流量為30(Γ800sccm ;所述限定源擴散為恆溫擴散，擴散溫度為830°C 870°C，擴散時間為2(T80 min。上述技術方案中，所述步驟(2)中，所述恆定源擴散之後獲得的矽片的方塊電阻為125 150歐姆/sq。上述技術方案中，所述步驟(4)中，所述限定源擴散之後獲得的矽片的方塊電阻為60 90歐姆/sq。優選的，所述步驟(5)得到的矽片的表面摻雜濃度為2X102。 3X102° atom/cm3 ；其PN結的結深為O. 6 O. 8微米。本發明同時請求保護由上述擴散方法製得的晶體矽片。上述技術方案中，所述晶體矽片的表面摻雜濃度為IX 102°飛X 102° atom/cm3 ;其PN結的結深為O. 5 I微米。優選的，所述步驟(5)得到的矽片的表面摻雜濃度為2X102° X IO20 atom/cm3 ；其PN結的結深為0. 6 0. 8微米。由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點
I.本發明開發了一種新的晶體矽片的擴散方法，由其製得的矽片的表面摻雜濃度為I X IO20 X IO20 atom/cm3，是一種低表面摻雜濃度的PN結，因而有效的降低了因表面摻雜濃度高導致的「死層」效應，減少了表面光生載流子的俄歇複合，提高少子壽命；對於傳統晶娃太陽能電池可以有效的提聞開路電壓和短路電流，從而可以提聞晶娃太陽能電池的效、率。2.本發明是一種製備低表面摻雜濃度PN結的有效方法，由本發明的擴散方法製得的矽片的PN結的結深為O. 5^1微米，其結深相對較深，結深對於表面光生載流子的俄歇複合的影響很小，低表面的摻雜濃度可以最大的發揮短波響應。3.本發明的擴散方法簡單易行，操作簡單，適於推廣應用。


圖I是本發明實施例一和對比例一種娃片的表面摻雜濃度對比圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步描述 實施例一
I、一種晶體矽片的擴散方法，包括如下步驟
(1)將晶體矽片進行制絨、清洗；所述晶體矽片為P型多晶矽片，電阻率為1 3Ω- cm；
(2)將上述晶體矽片放入擴散爐中進行恆定源擴散，爐內氣氛為攜帶三氯氧磷的氮氣、氧氣和純氮氣，所述攜帶三氯氧磷的氮氣的流量為800 sccm,氧氣流量為600 sccm,純氮氣的流量為10 slm ;所述擴散為變溫擴散，溫度由840°C降至800°C，擴散時間為30min，擴散後方塊電阻為150歐姆/sq ；
(3)將上述恆定源擴散之後的矽片去除磷矽玻璃(PSG)，清洗；
(4)將上述矽片進行限定源擴散，擴散過程中只通入氮氣和氧氣，且氮氣和氧氣流量保持不變；氮氣流量6 slm,氧氣流量為600 sccm,擴散為恆溫擴散，擴散溫度為850°C，擴散時間為30min,擴散後的方塊電阻為67歐姆/sq ；
(5)擴散結束，取出矽片；所述矽片的表面摻雜濃度為2.5 X IO20 atom/cm3 ;其PN結的結深為O. 7微米。
對比例一
採用與實施例一相同晶體矽片，用常規的一步擴散法進行磷擴散，即將上述矽片放入擴散爐中進行磷擴散，爐內氣氛為攜帶三氯氧磷的氮氣、氧氣和純氮氣，其中，所述攜帶三氯氧磷的氮氣的流量為900 sccm,氧氣流量為600 sccm,純氮氣的流量為10 slm,且攜帶三氯氧磷的氮氣、氧氣以及純氮氣的流量均保持不變；擴散溫度為850°C，擴散時間為30min，擴散後的方塊電阻為67歐姆/sq。實施例一和對比例一中的方塊電阻的測試方法為四探針法。然後對實施例一和對比例一中的矽片進行了表面濃度的測試對比。用電化學微分電容電壓法測得矽片PN結的磷雜質表面摻雜濃度，如圖I所示；從圖I可見對比例一中的一步擴散法擴散的娃片表面摻雜濃度為I. OX 1021atom/cm3,而採用實施例一的擴散法擴散後的娃片表面摻雜濃度為2· 5X 102°cnT3atom/cm3,因而可以明顯的看出，本發明的擴散法製備的PN結表面摻雜濃度明顯的降低了。
權利要求
1.ー種晶體矽片的擴散方法，其特徵在於，包括如下步驟 (1)將晶體矽片進行制絨、清洗； (2)將上述晶體矽片進行恆定源擴散，爐內氣氛為攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣，擴散過程中所述攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣的流量均保持不變； (3)將上述恆定源擴散之後的矽片去除雜質玻璃，清洗； (4)將上述矽片進行限定源擴散，擴散過程中只通入氮氣和氧氣，且氮氣和氧氣流量保持不變； (5)擴散結束，取出矽片；所述矽片的表面摻雜濃度為IXIO2q 5XIO2q atom/cm3 ;其PN結的結深為O. 5 I微米。
2.根據權利要求I所述的晶體矽片的擴散方法，其特徵在幹所述步驟(2)中，所述攜帶擴散源的氮氣的流量為800 1000 sccm，純氮氣的流量為5 20 slm，氧氣流量為300 800Sccm0
3.根據權利要求I所述的晶體矽片的擴散方法，其特徵在幹所述步驟(2)中，所述恆定源擴散為變溫擴散，擴散溫度由840°C 860°C降至800°C 820°C，擴散時間為10 30 min。
4.根據權利要求I所述的晶體矽片的擴散方法，其特徵在幹所述步驟(4)中，氮氣流量為廣8 slm，氧氣流量為30(T800 sccm ;所述限定源擴散為恆溫擴散，擴散溫度為8300C 870°C，擴散時間為20 80 min。
5.根據權利要求I所述的晶體矽片的擴散方法，其特徵在於所述步驟(2)中，所述恆定源擴散之後獲得的矽片的方塊電阻為125 150歐姆/sq。
6.根據權利要求I所述的晶體矽片的擴散方法，其特徵在幹所述步驟(4)中，所述限定源擴散之後獲得的矽片的方塊電阻為6(Γ90歐姆/sq。
7.根據權利要求I所述的晶體矽片的擴散方法，其特徵在於所述步驟(5)得到的矽片的表面摻雜濃度為2X 102° 3X 102° atom/cm3 ;其PN結的結深為O. 6 O. 8微米。
8.由權利要求I至7中任一項所述的擴散方法製得的晶體矽片。
9.根據權利要求8所述的晶體矽片，其特徵在幹所述晶體矽片的表面摻雜濃度為1X IO20 5 X IO20 atom/cm3 ;其PN結的結深為O. 5 I微米。
10.根據權利要求8所述的晶體矽片，其特徵在於所述晶體矽片的表面摻雜濃度為2X IO20 3 X IO20 atom/cm3 ;其PN結的結深為O. 6 O. 8微米。
全文摘要
本發明公開了一種晶體矽片的擴散方法，包括如下步驟(1)將晶體矽片進行制絨、清洗；(2)進行恆定源擴散，爐內氣氛為攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣，擴散過程中所述攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣的流量均保持不變；(3)去除雜質玻璃，清洗；(4)進行限定源擴散，擴散過程中只通入氮氣和氧氣，且氮氣和氧氣流量保持不變；(5)擴散結束，取出矽片；所述矽片的表面摻雜濃度為1×1020~5×1020atom/cm3；其PN結的結深為0.5~1微米。本發明的擴散方法有效的降低了因表面摻雜濃度高導致的「死層」效應，減少了表面光生載流子的俄歇複合，提高少子壽命。
文檔編號H01L31/0352GK102737964SQ20121022437
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月2日 優先權日2012年7月2日
發明者張鳳, 李清峰, 王栩生, 章靈軍, 龍維緒 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司, 阿特斯(中國)投資有限公司