一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法
2023-05-12 05:51:06 1
專利名稱：一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及ー種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法。
背景技術：
太陽能電池，也稱光伏電池，是ー種將太陽的光能直接轉化為電能的半導體器件。由於它是緑色環保產品，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，太陽能電池是ー種有廣闊發展前途的新型能源。其中，製造太陽能電池的核心エ藝是通過磷擴散在矽片上形成發射極，即PN結，而傳統擴散エ藝的流程為:裝矽片進爐一氮氣氛中升溫一穩定溫度一氮氣攜帯P0CL3+02於加工爐內進行擴散反應一降溫出加工爐。而本發明的發明人在實施上述技術方案時發現，PN結是由磷擴散形成的高濃度區域，在這個高濃度區域中，ー些不活潑的磷處於矽片晶格間隙引起晶格畸變，而且，由於磷和矽原子的半徑不匹配，高濃度的磷還會造成晶格失配，降低多矽片表面少子的壽命，而被娃片表面吸收的短波光子還未能轉換成電能就會被複合掉，從而形成一死層；另外的，若磷擴散形成的PN結不均勻，將會影響後續PN結的燒結。其中，PN結的均勻性主要體現在PN結各處的方塊電阻Rsq的均勻性，特性不同的PN結對應不同的燒結曲線，不同的方塊電阻Rsq也對應不同的燒結溫度，通常採用PN結方塊電阻為50 80 Q的矽片。請參閱圖1和圖2，圖1是磷擴散後矽片表面少子壽命的曲線圖，在圖1中，矽片表面少子的壽命維持在3 6us之間，絕大面積上的少子壽命在4.5us左右，只有少部分少子壽命高於5us ;圖2是磷擴散後矽片的方塊電阻的曲線圖，在圖2中，方塊電阻主要分散在50 70 Q之間，在這個範圍內，每個值都佔有差不多的比例，沒有趨向於一個合適的方塊電阻值，差值比較大。總的來說，擴散形成的PN結不均勻直接影響燒結的效果，而在上述技術方案中，只單純通過P0CL3的流量來保證磷擴散後PN結的均勻性，可操作性不高，如果磷濃度太高又反過來加劇矽片表面死層的產生。
發明內容
針對上述缺陷，本發明實施例提供了一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法，通過控制磷在矽片表面擴散的速度，改善磷在矽片表面擴散的均勻性，從而減少矽片表面形成的死層，提高了矽片表面的少子壽命和磷擴散後形成的PN結的均勻性。—種用於太陽能電池娃片的磷擴散控制方法,包括:對矽片進行裝片並推進加工爐內；向所述加工爐中通入氧氣並開始升溫，使所述加工爐內的溫度達到所述矽片可氧化的氧化溫度並停止升溫；讓所述矽片在所述氧化溫度下進行氧化，直至所述矽片表面生成一層ニ氧化矽氧化層；
向所述加工爐中通入氮氣並開始降溫，使所述加工爐內溫度降至五氧化二磷可沉積的沉積溫度，然後保持所述加工爐內所述沉積溫度不變；向所述加工爐內通入三氯氧磷、氧氣和氮氣，其中，所述三氯氧磷分解生成五氯化磷和五氧化二磷，所述五氯化磷與所述氧氣反應生成五氧化二磷和氯氣，所述五氧化二磷沉積在所述矽片表面上，並且與所述矽片反應生成磷和二氧化矽，所述磷向矽片體內擴散;向所述加工爐內通入過量氧氣並對所述加工爐進行升溫，以使得所述三氯氧磷充分分解，並且使得所述磷向所述矽片體內推進，形成結深的PN結；對所述加工爐進行降溫，並將加工後的所述矽片從所述加工爐取出。本發明實施例提供的一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法，通過先將矽片裝片加入加工爐內，往加工爐通入氧氣並將加工爐的溫度升到矽片可氧化的氧化溫度，讓矽片在該氧化溫度下進行氧化反應，於矽片表面生成一層二氧化矽氧化層，該氧化層具有掩膜作用和保護作用，可以降低磷擴散的速度，減緩磷擴散造成的矽片表面晶格的損傷，提高矽片表面少子的壽命；後對加工爐降溫，往加工爐內通入三氯氧磷、氧氣和氮氣，三氯氧磷在高溫下分解生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷與氧氣反應生成五氧化二磷和氯氣，五氧化二磷沉積在矽片表面上，與矽片反應生成磷和二氧化矽，磷往矽片體內開始擴散，最後通入過量氧氣讓三氯氧磷充分反應，升高加工爐溫度使磷向矽片體內推進，形成PN結，而降溫也是為了控制磷擴散的速度，減少晶矽格損傷，提高PN結的均勻性。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對本發明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有技術方案中傳統工藝磷擴散後娃片表面少子壽命的曲線圖；圖2為現有技術方案中傳統工藝磷擴散後矽片的方塊電阻的曲線圖；圖3為本發明實施例提供的一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法的實施例流程圖；圖4為本發明實施例提供的一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法中磷擴散後娃片表面少子壽命的曲線圖；圖5為本發明實施例提供的一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法中磷擴散後矽片的方塊電阻的曲線圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明提供了一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法，能夠有效地控制磷擴散的速度從而減少矽片表面的死層，提高矽片表面少子的壽命，改善PN結的均勻性。請參閱圖3，圖3為本發明實施例提供的一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法的實施例流程圖。如圖3所示，一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法，包括:310、對矽片進行裝片並推進加工爐內；其中，製造太陽能電池的基礎材料是矽片，其中其重要エ藝之一是磷擴散，主要是讓磷在矽片上擴散形成PN結，而作為磷擴散的磷源是三氯氧磷，擴散過程在加工爐內進行。320、向所述加工爐中通入氧氣並開始升溫，使所述加工爐內的溫度達到所述矽片
可氧化的氧化溫度並停止升溫；其中，如果磷擴散速度太快，容易造成矽片表面晶格損傷，產生死層，降低矽片表面少子的壽命。ニ氧化矽膜具有保護作用和掩膜作用，被廣泛應用於半導體器件生產過程中，因此，可以利用ニ氧化矽的掩膜作用降低磷擴散的速度，其主要操作是在磷擴散前，往加工爐內通入氧氣、升高加工爐內溫度，使得矽片表層可以氧化，生成ニ氧化矽氧化層。其中矽片可以氧化的溫度較高，加工爐內溫度必須達到矽片可氧化的最低溫度。330、讓所述矽片在所述氧化溫度下進行氧化，直至所述矽片表面生成一層ニ氧化矽氧化層；其中，由於矽片雜質和缺陷較多，如果長時間處於高溫的環境下也會對矽片少子的壽命產生不良影響，甚至影響生產產量，所以矽片氧化的氧化時間不能太長，以生成的氧化層起到掩膜作用即可。340、向所述加工爐中通入氮氣並開始降溫，使所述加工爐內溫度降至五氧化ニ磷可沉積的沉積溫度，然後保持所述加工爐內所述沉積溫度不變；其中，ニ氧化矽氧化層生成後，將加工爐內溫度降低，避免溫度過高損傷晶格，同時，給三氯氧磷分解後生成的五氧化ニ磷在矽片上沉積和磷擴散速度提供一個更好的溫度環境。350、向所述加工爐內通入三氯氧磷、氧氣和氮氣，其中，所述三氯氧磷分解生成五氯化磷和五氧化ニ磷，所述五氯化磷與所述氧氣反應生成五氧化ニ磷和氯氣，所述五氧化ニ磷沉積在所述矽片表面上，並且與所述矽片反應生成磷和ニ氧化矽，所述磷向矽片體內擴散；其中，三氯氧磷是目前磷擴散用得較多的一種雜質源，具有較高生產效率、得到的PN結均勻性、平整和擴撒表層較為良好。三氯氧磷在高於600°C的溫度下會分解生成五氯化磷和五氧化ニ磷，五氯化磷與過量氧氣中反應生成五氧化ニ磷和氯氣，生成的五氧化ニ磷沉積在娃片表面，後與娃反應生成ニ氧化娃和磷，在娃片表面形成ー層磷-娃玻璃，然後磷再向矽片體內擴散。加工爐內主要的化學反應如下:5P0CL3 — 3PCL5+P205 ；4PCL5+502 = 2P205+10CL2 f ；2P205+5Si = 4P 丨 +5Si02。其中，三氯氧磷分解時，如果氧氣不充足會造成分解不充分，而生成的五氯化磷是不易分解的化合物，對矽片還有腐蝕作用，破壞矽片表面的狀態，在氧氣充分的情況下，五氯化磷進ー步反應生成五氧化ニ磷和氯氣。為了避免矽片被腐蝕，通入氮氣同時也要通入一定流量的氧氣。五氧化二磷與娃反應生成二氧化娃和磷，在娃片表面形成一層磷-娃玻璃，然後磷開始向矽片體內擴散。360、向所述加工爐內通入過量氧氣並對所述加工爐進行升溫，以使得所述三氯氧磷充分分解，並且使得所述磷向所述矽片體內推進，形成結深的PN結；其中，最後再通入過量氧氣，保證三氯氧磷充分分解，升高加工爐內溫度使得磷向娃體內推進，形成一定結深的PN結。370、對所述加工爐進行降溫，並將加工後的所述矽片從所述加工爐取出。其中，將矽片取出加工爐，結束一次磷擴散工藝。本發明實施例中，先對矽片進行高溫預氧化，生成二氧化矽具有掩膜作用，能減緩磷在矽片的擴散速度，後降溫讓五氧化二磷沉積，磷向體內進行擴散，最後一次升溫通入氧氣，使得三氯氧磷分解充分，磷更好向矽片體內擴散，形成結深的PN結。另外，矽片氧化的方法很多，本發明實施例中優選幹氧氧化，由於幹氧氧化生長的氧化層質量較好，結構緻密、均勻、掩膜性能強。當然，還可以採用其他的氧化方法，比如水汽氧化、分壓氧化、高壓氧化、氫氧合成氧化和溼氧氧化摻氯氧化等，都可以達到本發明需要的效果，在此不作限定。磷擴散工藝在加工爐內進行，加工爐可以選擇管式擴散爐。矽片氧化需要一定的溫度，在實踐中發現較為合適的溫度為840°C，氧化的時間大概在15-30分鐘之內，只要生成的二氧化矽氧化層的厚度能夠起到掩膜作用就可以，一般最小氧化層厚度為10nm。後續管式擴散爐降溫，由於爐口到爐尾的溫度不一致，控制降溫後的管式擴散爐內的溫度在780V _800°C之間，尤以790°C為最佳溫度。在最後通入過量氧氣並升溫，使得三氯氧磷充分分解，也使得三氯氧磷分解生成的五氯化磷在氧氣的氛圍中反應生成五氧化二磷和氯氣，避免五氯化磷腐蝕娃片，同時也讓磷向娃片體內擴散形成一定結深的PN結,一般PN結的深度在0.15 0.5um之間，PN結的方塊電阻大概在50 Ω 80 Ω之間。本發明實施例中，通過在磷擴散之前對矽片進行高溫氧化，生成二氧化矽保護層，後面提供一個合適的溫度讓五氧化二磷沉積在矽片表面，與矽片反應生成磷後向矽片體內擴散，從而提高矽片表面少子的壽命，PN結較為均勻，請參閱圖4和圖5，圖4為本發明實施例提供的一種用於太陽能電池娃片的磷擴散控制方法中磷擴散後娃片表面少子壽命的曲線圖；圖5為本發明實施例提供的一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法中磷擴散後矽片的方塊電阻的曲線圖。從圖4中可以看出，矽片表面少子的壽命普遍得到了提高，維持在5us 24us之間，有50%以上少子壽命維持在IOus以上，19%的少子壽命還在19us以上；而圖5中，80%以上的方塊電阻都在50Ω 60Ω之間，只有少於15%的方塊電阻在這個範圍之外，說明形成的PN結的均勻性比較好。本發明實施例提供了一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法，矽片裝片後推進管式擴散爐，通入氧氣將管式擴散爐溫度升到840°C，進行磷擴散前矽片高溫氧化，生成最小值為IOnm的二氧化矽保護層。如果溫度過高會影響磷擴散的速度，造成矽片晶格的損傷，所以在磷擴散前先將管式擴散爐的溫度降下，大概降到780 V 800°C之間，在這個溫度範圍內可以有效控制磷擴散的速度，使得擴散後的PN結較為均勻，提高矽片表面少子的壽命。在780°C 800°C溫度間，也是三氯氧磷分解後得到的五氧化二磷在液態環境下能在矽片表面沉積的一個合適的沉積溫度，沉積在矽片表面的五氧化二磷與矽片反應生成二氧化娃和磷,並在娃片表面形成ー層磷-娃玻璃，然後磷再向娃片體內擴散。由於三氯氧磷分解生成的五氯化磷對矽片有腐蝕作用，所以磷擴散エ藝要在氮氣氛圍中進行，同時要通入一定流量的氧氣，保證三氯氧磷充分分解，五氯化磷也能在氧氣中反應生成五氧化ニ磷和氯氣，防止五氯化磷腐蝕矽片，最後對管式擴散爐加溫，讓磷能夠更好向矽片體內擴散得到一定結深的PN結，從而完成一次磷擴散エ藝，經過該磷擴散エ藝加工後的PN結均勻性較好，也提高了矽片表面少子的壽命。以上對本發明所提供的一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法進行了詳細介紹，對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法，其特徵在於，包括: 對矽片進行裝片並推進加工爐內； 向所述加工爐中通入氧氣並開始升溫，使所述加工爐內的溫度達到所述矽片可氧化的氧化溫度並停止升溫； 讓所述矽片在所述氧化溫度下進行氧化，直至所述矽片表面生成一層二氧化矽氧化層； 向所述加工爐中通入氮氣並開始降溫，使所述加工爐內溫度降至五氧化二磷可沉積的沉積溫度，然後保持所述加工爐內所述沉積溫度不變； 向所述加工爐內通入三氯氧磷、氧氣和氮氣，其中，所述三氯氧磷分解生成五氯化磷和五氧化二磷，所述五氯化磷與所述氧氣反應生成五氧化二磷和氯氣，所述五氧化二磷沉積在所述矽片表面上，並且與所述矽片反應生成磷和二氧化矽，所述磷向矽片體內擴散； 向所述加工爐內通入過量氧氣並對所述加工爐進行升溫，以使得所述三氯氧磷充分分解，並且使得所述磷向所述矽片體內推進，形成結深的PN結； 對所述加工爐進行降 溫，並將加工後的所述矽片從所述加工爐取出。
2.根據權利要求1中所述的方法，其特徵在於，所述氧化溫度為840°C。
3.根據權利要求1或2中所述的方法，其特徵在於，所述氧化的時間範圍為15-30分鐘。
4.根據權利要求1中所述的方法，其特徵在於，所述沉積溫度範圍為780°C 800°C，具體取值為790°C。
5.根據權利要求1或2或4所述的方法，其特徵在於，所述氧化的氧化方法包括幹氧化、水汽氧化、分壓氧化、高壓氧化、氫氧合成氧化和溼氧氧化摻氯氧化。
6.根據權利要求1或2或4所述的方法，其特徵在於，所述二氧化矽氧化層的厚度為D,所述 D ^ IOnm0
7.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述加工爐為管式擴散爐。
8.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述PN結的深度範圍為0.15 .0.5um。
全文摘要
本發明實施例公開了一種用於太陽能電池矽片的磷擴散控制方法，將矽片裝片後推進加工爐，往加工爐內通入氧氣並升溫，矽片在高溫下氧化生成二氧化矽保護層，再對加工爐降溫直到五氧化二磷可沉積的溫度，通入三氯氧磷、氧氣和氮氣，三氯氧磷分解生成的五氧化二磷沉積在矽片表面，與矽片發生反應生成磷，然後磷向矽片體內擴散，最後通入氧氣再升高溫度，使得三氯氧磷能夠充分反應，並向矽片體內擴散形成結深的PN結，該方法主要通過對矽片進行高溫氧化和低溫沉積，從而有效降低矽片的矽格損傷，提高矽片表面少子的壽命，改善形成的PN結的均勻性。
文檔編號H01L31/18GK103094410SQ20111035060
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者梁惠珏 申請人:浚鑫科技股份有限公司