一種多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法
2023-12-05 23:25:31 3
專利名稱：一種多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法
技術領域：
本發明涉及一種多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法，屬於太陽能技術領域。
背景技術：
太陽能電池，也稱光伏電池，是一種將太陽的光能直接轉化為電能的半導體器件。 由於它是綠色環保產品，不會引起環境汙染，而且是可再生資源，所以在當今能源短缺的情形下，太陽能電池是一種有廣闊發展前途的新型能源。目前光伏科學家探索了各種各樣的電池新技術、金屬化材料和結構來改進電池性能提高其光電轉換效率表面與體鈍化技術、 A1/P吸雜技術、選擇性發射區技術、雙層減反射膜技術等。目前，選擇性發射區技術也是目前研發重點之一，選擇性發射極的製備方法有很多，比如掩膜兩次擴散法、回刻法、雷射摻雜法、摻雜劑重摻法等；有發明者通過對矽片進行清洗制絨，將磷漿按照一定間隔選擇印刷在晶體矽片表面，烘乾漿料，擴散，去磷矽玻璃， 刻邊，鍍氮化矽，減反射薄膜，印刷背面電極，印刷鋁背場，印刷正面電極，燒結製成太陽電池。另一方面，多晶矽作為太陽電池的重要原材料，其與單晶矽相比具有較高密度的晶界，位錯，微缺陷等結構缺陷和大量的金屬雜質，特別是過渡族的金屬如鐵、銅等，這些金屬的存在及其在材料結構缺陷的相互作用極大降低了器件的電學性能，從而降低了太陽電池的轉換效率。鐵元素在矽中主要以間隙態，複合體或沉澱的形式存在，它們都會在矽的禁帶中引入深能級中心，顯著地降低材料的少子壽命。因此，多晶矽吸雜至關重要。目前，有發明者發現通過高低溫退火來實現矽片的吸雜。然而，目前在製備多晶矽選擇性發射極太陽能電池時，一般都是將吸雜和擴散分成2個步驟，因而工藝較複雜，成本較高。
發明內容
本發明目的是提供一種多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法，包括如下步驟
(1)將生長摻雜劑的矽片放於擴散爐中，升溫至75(T800°C，爐內環境為N2,N2流量 10 30 slm ；
(2)待溫度穩定後，使爐內各溫區的溫度均升至85(T90(TC，升溫的同時通入O.2 2 slm攜三氯乙烷的N2、廣5 slm O2和10 30 slm N2氣體，時間為30 50 min，以實現重摻，重摻方阻控制在3(Γ60 Ω/ □；
(3)將各溫區降至擴散溫度82(T840°C，通入攜POCl3的N2進行擴散，攜POCl3的N2的流量為O. 5 2 slm, O2流量為O. 5 I slm ；N2流量為10 30 slm，擴散時間為10 30 min ；
(4)將各溫區的溫度降至78(T800°C，停止通入攜POCl3的隊，推進時間為1(T25min,以實現淺摻，淺摻方阻控制在7(Γ120 Ω / □ ；Ν2流量為1(T30 slm, O2流量為O. 5^1 slm ；
(5)將矽片降溫，取出矽片，完成擴散過程。本發明通過在金屬柵線下生長摻雜劑，烘乾，擴散來實現選擇性發射極，擴散時， 先將局部生長摻雜劑的矽片在85(Γ900度高溫下通入氧氣和三氯乙烷先擴散實現重摻，再通入三氯氧磷的變溫擴散，實現淺摻。本發明將選擇發射極技術與多晶矽的吸雜擴散技術相結合，實現了多晶矽效率的提升。上述技術方案中，所述步驟(I)中生長摻雜劑的矽片是指在矽片上印刷或塗敷含磷或含硼的摻雜劑的矽片。生長摻雜劑的主要成分為N型或P型摻雜劑，有機物和溶劑，摻雜劑的比例為 4 20%。由於上述技術方案的採用，與現有技術相比，本發明具有如下優點
I.本發明採用高溫實現摻雜劑擴散，其優點有①吸雜，打散鐵沉澱，②在高溫下通氧氣和三氯乙烷，目的是將摻雜劑的有機物充分燃燒，並且在此步驟通入三氯乙烷，三氯乙烷起了氧與矽反應的催化劑的作用，並且氧化層的質量也大有改善，同時能消除鈉離子的玷汙，提高器件的電性能和可靠性三氯氧磷淺擴散之前，先通氧，通過先長一層氧化膜來降低發射結的表面濃度；因而既實現了選擇性發射極的重摻和淺摻，同時對多晶矽材料進行了吸雜，大大提高了效率。2.本發明在步驟(2)的重摻之後，採用變溫擴散，實現淺發射極，進一步實現吸雜，從而大大提高了太陽能電池的效率，取得了意想不到的效果。3.本發明的擴散方法簡單易行，可應用於大規模生產。
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
一種多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法，包括如下步驟
(1)將生長摻雜劑的矽片放於擴散爐中，升溫至800°c，爐內環境為N2,N2流量15 slm；
(2)待溫度穩定後，使爐內各溫區的溫度均升至900°C，升溫的同時通入流量為
O.5slm攜三氯乙烷的N2、流量為5slm O2和流量為5 slm N2氣體，時間為40min ；
(3)將各溫區降至擴散溫度840°C，通入攜POCl3的N2進行擴散，擴散時間為18min, 所述攜POCl3N2的流量為I slm, O2流量為O. 8slm ；N2流量為15slm ；
(4)停止通入攜？0(13的隊推進擴散，將各溫區的溫度降至800°C，推進時間為20min, 所述O2流量為O. 8slm, N2流量為15slm ；
(5)將矽片降溫，取出矽片，完成擴散過程。上述待處理矽片為多晶矽片，使用此擴散製造的選擇性發射極電池，重摻方阻為 45 Ω / □，淺摻為 90 Ω / 口。經上述擴散工藝過程後，在AML 5、光強1000W、溫度25°C條件下測量其電性能參數的情況為平均的電池轉換效率為17. 18% ;其開路電壓為O. 627V，短路電流為8. 47A，串聯電阻為O. 002405歐姆，填充因子為78. 65。對比例一
一種多晶矽太陽能電池的磷擴散方法，包括如下步驟
(1)將待處理矽片置於擴散爐中，使爐內各溫區的溫度均升至830°C，爐內環境為N2, N2流量為IOslm ；
(2)待爐內溫度穩定後，均勻的通入流量為Islm的攜POCLJ^ N2氣體、流量為IOslm 的N2氣體及流量為O. 5slm的O2氣體，擴散時間25 min ；
(3)停止通入攜磷源氣體，繼續通入流量為IOslm的N2氣體和流量為O.5slm的02，時間 10 min ；
(4)降溫取出矽片，完成擴散過程。上述待處理矽片也為多晶矽片，方阻為70Ω / 口。經上述擴散工藝過程後，在AML 5、光強1000W、溫度25°C條件下測量其電性能參數的情況為平均的電池轉換效率為16. 83%，其開路電壓為O. 621V，短路電流為8. 44A，串聯電阻為O. 002355歐姆，填充因子為78. 22。從上述實施例和對比例可以看出，實施例的光電轉換效率比對比例提高了 O. 35%， 取得了意想不到的效果；此外，其開路電壓、短路電流、串聯電阻和填充因子等均有不同程度的提升。
權利要求
1.一種多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)將生長摻雜劑的矽片放於擴散爐中，升溫至75(T800°C，爐內環境為N2,N2流量 10 30 slm ；(2)待溫度穩定後，使爐內各溫區的溫度均升至85(T90(TC，升溫的同時通入0.2 2 slm攜三氯乙烷的N2、廣5 slm O2和10 30 slm N2氣體，時間為30 50 min，以實現重摻，重摻方阻控制在3(T60 Q/ □；(3)將各溫區降至擴散溫度82(T840°C，通入攜POCl3的N2進行擴散，攜POCl3的N2的流量為0. 5 2 slm, O2流量為0. 5 I slm ；N2流量為10 30 slm，擴散時間為10 30 min ；(4)將各溫區的溫度降至78(T800°C，停止通入攜POCl3的隊，推進時間為10 25min, 以實現淺摻，淺摻方阻控制在7(Tl20 Q / □ ；N2流量為1(T30 slm, O2流量為0. 5^1 slm ；(5)將矽片降溫，取出矽片，完成擴散過程。
2.根據權利要求I所述的多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法，其特徵在於 所述步驟(I)中生長摻雜劑的矽片是指在矽片上印刷或塗敷含磷或含硼的摻雜劑的矽片。
全文摘要
本發明公開了一種多晶矽選擇性發射極太陽能電池的擴散方法，包括如下步驟(1)將生長摻雜劑的矽片放於擴散爐中，升溫至750~800℃，爐內環境為N2，N2流量10~30slm；(2)待溫度穩定後，使爐內各溫區的溫度均升至850~900℃，升溫的同時通入0.2~2slm攜三氯乙烷的N2、1~5slmO2和10~30slmN2氣體，以實現重摻，重摻方阻控制在30~60Ω/□；(3)將各溫區降至擴散溫度820~840℃，通入攜POCl3的N2進行擴散；(4)將各溫區的溫度降至780~800℃，停止通入攜POCl3的N2，推進時間為10~25min，以實現淺摻，淺摻方阻控制在70~120Ω/□；(5)將矽片降溫，取出矽片，完成擴散過程。本發明採用高溫實現摻雜劑擴散，實現了選擇性發射極的重摻和淺摻，同時對多晶矽材料進行了吸雜，大大提高了轉換效率。
文檔編號H01L31/18GK102593262SQ20121006671
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者張為國, 張鳳, 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