專利名稱：一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造太陽(yáng)能電池的擴(kuò)散制結(jié)工藝，具體涉及一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法。

背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池是一種半導(dǎo)體器件，其能夠?qū)⑻?yáng)光的光能轉(zhuǎn)換成電能。由于其工作時(shí)無(wú)需水、油、氣或燃料，只要有光就能發(fā)電，堪稱當(dāng)代清潔、無(wú)污染的可再生能源，備受人們的青睞。
太陽(yáng)能電池主要以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)制作，其工作原理是光電材料吸收光能后發(fā)生光電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)而產(chǎn)生電流。目前廣泛采用的是硅太陽(yáng)能電池，且大部分是以摻硼元素的單晶硅為基材。然而，隨著國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，這種采用摻硼元素的單晶硅制作的太陽(yáng)能電池，由于在轉(zhuǎn)換效率、使用壽命及抗惡劣環(huán)境等性能上逐漸不能滿足人類更高目標(biāo)的需求。
針對(duì)上述問(wèn)題，出現(xiàn)了以摻鎵單晶硅為原料制作太陽(yáng)能電池，如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN101319364A公開(kāi)了一種摻鎵元素太陽(yáng)能單晶的生產(chǎn)方法，采用摻雜方法及拉晶工藝得到了摻鎵單晶硅，可以用于制造太陽(yáng)能電池。
另一方面，目前單晶硅太陽(yáng)能電池的主要制造工藝已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其主要步驟為化學(xué)清洗及表面結(jié)構(gòu)化處理(制絨)—擴(kuò)散制結(jié)—周邊刻蝕—沉積減反射膜—印刷電極—燒結(jié)。其中，擴(kuò)散制結(jié)(通常是磷擴(kuò)散制結(jié))是一個(gè)關(guān)鍵步驟，制結(jié)質(zhì)量會(huì)影響最終的光電轉(zhuǎn)換效率。在工業(yè)化生產(chǎn)中，典型的擴(kuò)散制結(jié)工藝分為2步第一步，用氮?dú)馔ㄟ^(guò)POCl3，將所需的雜質(zhì)用載流氣體輸送至高溫半導(dǎo)體表面，雜質(zhì)擴(kuò)散深度約幾百個(gè)納米；第二步是驅(qū)入處理(drive in)，使預(yù)沉積在表面的雜質(zhì)原子繼續(xù)向基體深處擴(kuò)散，這樣就形成了一個(gè)N+/N層，有利于后續(xù)電極的制備。
眾所周知的，電池片的光電轉(zhuǎn)換效率是制備太陽(yáng)能電池的終極追求目標(biāo)，因此，開(kāi)發(fā)一種專用于摻鎵單晶硅片的磷擴(kuò)散方法，以獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率，具有現(xiàn)實(shí)的積極意義。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，使得由其制備獲得的太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，包括如下步驟 (1)將待處理的摻鎵單晶硅片在800～840℃氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理10～30分鐘；所述摻鎵單晶硅片的導(dǎo)電類型為P型，電阻率為0.5～6歐姆厘米； (2)在800～845℃下通磷源進(jìn)行第一次擴(kuò)散處理15～30分鐘； (3)升溫至850～920℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第一次驅(qū)入處理10～30分鐘； (4)在850～920℃下通磷源進(jìn)行第二次擴(kuò)散處理25～45分鐘； (5)在步驟(4)的溫度上降溫10～50℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第二次驅(qū)入處理15～45分鐘； (6)最后在750～820℃氮?dú)鈿夥罩斜?0～60分鐘，完成摻鎵單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。
上文中，所述步驟(1)的作用是消除硅片內(nèi)部的殘余應(yīng)力，有利于后續(xù)的擴(kuò)散和驅(qū)入工藝的進(jìn)行；所述步驟(3)和(5)所述的驅(qū)入處理是現(xiàn)有技術(shù)，英文名為drive in，一般在相當(dāng)高的溫度下進(jìn)行，一方面將雜質(zhì)擴(kuò)散到教深的區(qū)域，使雜質(zhì)原子占據(jù)硅原子位置，產(chǎn)生所要的電性，另外也可將植入時(shí)產(chǎn)生的缺陷消除。
上述技術(shù)方案中，所述步驟(1)中的氮?dú)饬髁繛?0～45L/min。
上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)和(4)中的氮?dú)饬髁繛?0～45L/min，氧氣流量為0.5～10L/min，POCl3流量1～8L/min。
上述技術(shù)方案中，所述步驟(3)和(5)中的氮?dú)饬髁繛?0～45L/min，氧氣流量為0.5～10L/min。
由于上述技術(shù)方案的采用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 1.本發(fā)明的磷擴(kuò)散方法降低了摻鎵單晶硅片的表面復(fù)合，提高了其光電轉(zhuǎn)換效率，降低了效率的衰減；實(shí)際應(yīng)用證明，采用本發(fā)明的方法得到電池片與常規(guī)擴(kuò)散處理得到的電池片相比，其光電轉(zhuǎn)換效率可提高0.5％左右，具有顯著的積極意義。
2.本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單易行，具有良好的應(yīng)用前景，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍 實(shí)施例一 一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，包括如下步驟 (1)將制絨清洗過(guò)后的一組摻鎵硅單晶硅片(400片)在840℃氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理10分鐘；所述摻鎵單晶硅片的導(dǎo)電類型為P型，電阻率為0.5歐姆厘米，氮?dú)饬髁繛?0L/min； (2)在845℃下通磷源進(jìn)行第一次擴(kuò)散處理15分鐘；氮?dú)饬髁繛?5L/min，氧氣流量為2L/min，POCl3流量1L/min； (3)升溫至860℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第一次驅(qū)入處理12分鐘；氮?dú)饬髁繛?0L/min，氧氣流量為1.5L/min； (4)在860℃下通磷源進(jìn)行第二次擴(kuò)散處理25分鐘；氮?dú)饬髁繛?8L/min，氧氣流量為3L/min，POCl3流量2L/min； (5)降溫至835℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第二次驅(qū)入處理35分鐘；氮?dú)饬髁繛?5L/min，氧氣流量為1L/min； (6)最后在780℃氮?dú)鈿夥罩斜?5分鐘，氮?dú)饬髁繛?0L/min，完成摻鎵單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。
后續(xù)工序按常規(guī)生產(chǎn)處理，即經(jīng)過(guò)周邊刻蝕—沉積減反射膜—印刷電極—燒結(jié)，得到一組太陽(yáng)能電池片。
隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度25℃條件下測(cè)定其開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，結(jié)果如下表所示 對(duì)比例一 將制絨清洗過(guò)后的另外一組相同的摻鎵硅單晶硅片做常規(guī)擴(kuò)散處理 (1)在860℃通磷源，氮?dú)饬髁?8L/min，氧氣流量為2.5L/min，POCl3的流量為1.8L/min； (2)在860℃通氮?dú)?5L/min保溫30分鐘； (3)降溫至820℃通氮?dú)?5L/min完成擴(kuò)散過(guò)程。
后續(xù)工序與上述硅片相同，得到另外一組電池片。
隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度25℃條件下測(cè)定其開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，結(jié)果如下表所示 對(duì)比上面2個(gè)表格可以看出，本實(shí)施例得到的電池片的開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF均高于采用常規(guī)擴(kuò)散處理得到的電池片，特別是是光電轉(zhuǎn)換效率，可從16.69518％提高到17.20597％，具有顯著的積極意義。
實(shí)施例二 一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，包括如下步驟 (1)將制絨清洗過(guò)后的一組摻鎵硅單晶硅片(400片)在815℃氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理15分鐘；所述摻鎵單晶硅片的導(dǎo)電類型為P型，電阻率為1.5歐姆厘米，氮?dú)饬髁繛?0L/min； (2)在815℃下通磷源進(jìn)行第一次擴(kuò)散處理15分鐘；氮?dú)饬髁繛?5L/min，氧氣流量為2.5L/min，POCl3流量1.5L/min； (3)升溫至900℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第一次驅(qū)入處理10分鐘；氮?dú)饬髁繛?5L/min，氧氣流量為1L/min； (4)在900℃下通磷源進(jìn)行第二次擴(kuò)散處理25分鐘；氮?dú)饬髁繛?5L/min，氧氣流量為2.8L/min，POCl3流量1.8L/min； (5)降溫至870℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第二次驅(qū)入處理20分鐘；氮?dú)饬髁繛?5L/min，氧氣流量為1L/min； (6)最后在750℃氮?dú)鈿夥罩斜?5分鐘，氮?dú)饬髁繛?0L/min，完成摻鎵單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。
后續(xù)工序按常規(guī)生產(chǎn)處理，即經(jīng)過(guò)周邊刻蝕—沉積減反射膜—印刷電極—燒結(jié)，得到一組太陽(yáng)能電池片。
隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度25℃條件下測(cè)定其開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，結(jié)果如下表所示 對(duì)比例二 將制絨清洗過(guò)后的另外一組相同的摻鎵硅單晶硅片做常規(guī)擴(kuò)散處理 (1)在850℃通磷源，氮?dú)饬髁?0L/min，氧氣流量為2.5L/min，POCl3的流量為1.8L/min； (2)在850℃通氮?dú)?5L/min保溫30分鐘； (3)降溫至800℃通氮?dú)?5L/min完成擴(kuò)散過(guò)程。
后續(xù)工序與上述硅片相同，得到另外一組電池片。
隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度25℃條件下測(cè)定其開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，結(jié)果如下表所示 對(duì)比上面2個(gè)表格可以看出，本實(shí)施例得到的電池片的開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF均高于采用常規(guī)擴(kuò)散處理得到的電池片，特別是是光電轉(zhuǎn)換效率，可從16.69334％提高到17.19234％，具有顯著的積極意義。
實(shí)施例三 一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，包括如下步驟 (1)將制絨清洗過(guò)后的一組摻鎵硅單晶硅片(400片)在825℃氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理15分鐘；所述摻鎵單晶硅片的導(dǎo)電類型為P型，電阻率為2.8歐姆厘米，氮?dú)饬髁繛?0L/min； (2)在825℃下通磷源進(jìn)行第一次擴(kuò)散處理15分鐘；氮?dú)饬髁繛?0L/min，氧氣流量為5L/min，POCl3流量3L/min； (3)升溫至910℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第一次驅(qū)入處理10分鐘；氮?dú)饬髁繛?5L/min，氧氣流量為1L/min； (4)在910℃下通磷源進(jìn)行第二次擴(kuò)散處理25分鐘；氮?dú)饬髁繛?0L/min，氧氣流量為2L/min，POCl3流量1L/min； (5)降溫至860℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第二次驅(qū)入處理20分鐘；氮?dú)饬髁繛?0L/min，氧氣流量為10L/min； (6)最后在750℃氮?dú)鈿夥罩斜?5分鐘，氮?dú)饬髁繛?0L/min，完成摻鎵單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。
后續(xù)工序按常規(guī)生產(chǎn)處理，即經(jīng)過(guò)周邊刻蝕—沉積減反射膜—印刷電極—燒結(jié)，得到一組太陽(yáng)能電池片。
隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度25℃條件下測(cè)定其開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，結(jié)果如下表所示 對(duì)比例三 將制絨清洗過(guò)后的另外一組相同的摻鎵硅單晶硅片做常規(guī)擴(kuò)散處理 (1)在840℃通磷源，氮?dú)饬髁?0L/min，氧氣流量為2.5L/min，POCl3的流量為1.8L/min； (2)在840℃通氮?dú)?5L/min保溫35分鐘； (3)降溫至800℃通氮?dú)?0L/min完成擴(kuò)散過(guò)程。
后續(xù)工序與上述硅片相同，得到另外一組電池片。
隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度25℃條件下測(cè)定其開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，結(jié)果如下表所示 對(duì)比上面2個(gè)表格可以看出，本實(shí)施例得到的電池片的開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF均高于采用常規(guī)擴(kuò)散處理得到的電池片，特別是是光電轉(zhuǎn)換效率，可從16.68754％提高到17.17347％，具有顯著的積極意義。
實(shí)施例四 一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，包括如下步驟 (1)將制絨清洗過(guò)后的一組摻鎵硅單晶硅片(400片)在840℃氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理30分鐘；所述摻鎵單晶硅片的導(dǎo)電類型為P型，電阻率為5.8歐姆厘米，氮?dú)饬髁繛?0L/min； (2)在835℃下通磷源進(jìn)行第一次擴(kuò)散處理30分鐘；氮?dú)饬髁繛?0L/min，氧氣流量為2.5L/min，POCl3流量1L/min； (3)升溫至865℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第一次驅(qū)入處理10分鐘；氮?dú)饬髁繛?0L/min，氧氣流量為2L/min； (4)在865℃下通磷源進(jìn)行第二次擴(kuò)散處理25分鐘；氮?dú)饬髁繛?5L/min，氧氣流量為5L/min，POCl3流量1L/min； (5)降溫至825℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第二次驅(qū)入處理40分鐘；氮?dú)饬髁繛?0L/min，氧氣流量為10L/min； (6)最后在750℃氮?dú)鈿夥罩斜?5分鐘，氮?dú)饬髁繛?5L/min，完成摻鎵單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。
后續(xù)工序按常規(guī)生產(chǎn)處理，即經(jīng)過(guò)周邊刻蝕—沉積減反射膜—印刷電極—燒結(jié)，得到一組太陽(yáng)能電池片。
隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度25℃條件下測(cè)定其開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，結(jié)果如下表所示 對(duì)比例四 將制絨清洗過(guò)后的另外一組相同的摻鎵硅單晶硅片做常規(guī)擴(kuò)散處理 (1)在845℃通磷源，氮?dú)饬髁?0L/min，氧氣流量為3L/min，POCl3的流量為2L/min； (2)在845℃通氮?dú)?0L/min保溫20分鐘； (3)降溫至800℃通氮?dú)?0L/min完成擴(kuò)散過(guò)程。
后續(xù)工序與上述硅片相同，得到另外一組電池片。
隨機(jī)選取10片，在AM1.5，溫度25℃條件下測(cè)定其開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，結(jié)果如下表所示 對(duì)比上面2個(gè)表格可以看出，本實(shí)施例得到的電池片的開(kāi)路電壓Voc，短路電流Isc，填充因子FF，最大輸出功率Pmax，光電轉(zhuǎn)換效率EFF均高于采用常規(guī)擴(kuò)散處理得到的電池片，特別是是光電轉(zhuǎn)換效率，可從16.61185％提高到17.11265％，具有顯著的積極意義。
權(quán)利要求
1.一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，其特征在于，包括如下步驟
(1)將待處理的摻鎵單晶硅片在800～840℃氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理10～30分鐘；所述摻鎵單晶硅片的導(dǎo)電類型為P型，電阻率為0.5～6歐姆厘米；
(2)在800～845℃下通磷源進(jìn)行第一次擴(kuò)散處理15～30分鐘；
(3)升溫至850～920℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第一次驅(qū)入處理10～30分鐘；
(4)在850～920℃下通磷源進(jìn)行第二次擴(kuò)散處理25～45分鐘；
(5)在步驟(4)的溫度上降溫10～50℃，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩羞M(jìn)行第二次驅(qū)入處理15～45分鐘；
(6)最后在750～820℃氮?dú)鈿夥罩斜?0～60分鐘，完成摻鎵單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，其特征在于所述步驟(1)中的氮?dú)饬髁繛?0～45L/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，其特征在于所述步驟(2)和(4)中的氮?dú)饬髁繛?0～45L/min，氧氣流量為0.5～10L/min，POCl3流量1～8L/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，其特征在于所述步驟(3)和(5)中的氮?dú)饬髁繛?0～45L/min，氧氣流量為0.5～10L/min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制造摻鎵單晶硅太陽(yáng)能電池的磷擴(kuò)散方法，包括如下6個(gè)步驟熱處理、第一次磷擴(kuò)散、第一次驅(qū)入處理、第二次磷擴(kuò)散、第二次驅(qū)入處理、保溫，從而完成摻鎵單晶硅片的磷擴(kuò)散處理。本發(fā)明的磷擴(kuò)散方法降低了摻鎵單晶硅片的表面復(fù)合，提高了其光電轉(zhuǎn)換效率，降低了效率的衰減；實(shí)際應(yīng)用證明，采用本發(fā)明的方法得到電池片與常規(guī)擴(kuò)散處理得到的電池片相比，其光電轉(zhuǎn)換效率可提高0.5％左右，具有顯著的積極意義。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101499501SQ200910024890
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者王立建, 王栩生, 章靈軍 申請(qǐng)人:蘇州阿特斯陽(yáng)光電力科技有限公司, 常熟阿特斯陽(yáng)光電力科技有限公司, 阿特斯光伏電力(洛陽(yáng))有限公司