專利名稱：一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池的生產(chǎn)方法，具體的是指一種用于太陽能電池的發(fā)射極制
作工藝。
背景技術(shù)：
目前，在P型太陽能電池發(fā)射極制作領(lǐng)域，普遍采用的方法是將POCL3液態(tài)源和氧氣在高溫下進(jìn)行分解反應(yīng)，產(chǎn)生的P2O5沉積在硅片表面與Si反應(yīng)生成單質(zhì)P原子和SiO2,P原子在高溫下擴散進(jìn)入硅片內(nèi)部，在硅片表面形成一層很薄的N型層，該N型層與P型基體硅之間形成一個PN結(jié)，構(gòu)成太陽能電池的發(fā)射極。
太陽能電池PN結(jié)內(nèi)部的雜質(zhì)分布狀況和PN結(jié)所處結(jié)深的大小都會對太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率構(gòu)成直接的影響。因此，如何通過優(yōu)化太陽能電池PN結(jié)的制作工藝從而改善PN結(jié)的質(zhì)量，提高電池的轉(zhuǎn)化效率，降低生產(chǎn)成本，已成為業(yè)內(nèi)的重要工作之一。目前業(yè)內(nèi)在制作太陽能電池PN結(jié)時大多采用一步或多步沉積的方式，所采用的擴散溫度大多處于800°C -900°C之間。為了減少工藝時間，增加產(chǎn)能，通常都會采用較高的溫度并通以更多的磷源。高溫高磷源量的擴散方式可以大大縮短擴散工藝時間，同時可以獲得較好的均勻性，但由于具有較高的表面濃度和較低的少子壽命，所制得的電池轉(zhuǎn)化效率較低，衰減嚴(yán)重，而逐漸被人們所放棄。少子壽命是半導(dǎo)體材料和器件的重要參數(shù)。它直接反映了材料的質(zhì)量和器件特性。能夠準(zhǔn)確的得到這個參數(shù)，對于半導(dǎo)體器件制造具有重要意義。少子，即少數(shù)載流子，是半導(dǎo)體物理的概念。它相對于多子而言。半導(dǎo)體材料中有電子和空穴兩種載流子。如果在半導(dǎo)體材料中某種載流子占少數(shù)，導(dǎo)電中起到次要作用，則稱它為少子。如，在N型半導(dǎo)體中，空穴是少數(shù)載流子，電子是多數(shù)載流子；在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。多子和少子的形成五價元素的原子有五個價電子，當(dāng)它頂替晶格中的四價硅原子時，每個五價元素原子中的四個價電子與周圍四個硅原子以共價鍵形式相結(jié)合，而余下的一個就不受共價鍵束縛，它在室溫時所獲得的熱能足以便它掙脫原子核的吸引而變成自由電子。出于該電子不是共價鍵中的價電子，因而不會同時產(chǎn)生空穴。而對于每個五價元素原子，盡管它釋放出一個自由電子后變成帶一個電子電荷量的正離子，但它束縛在晶格中，不能象載流子那樣起導(dǎo)電作用。這樣，與本征激發(fā)濃度相比，N型半導(dǎo)體中自由電子濃度大大增加了，而空穴因與自由電子相遇而復(fù)合的機會增大，其濃度反而更小了。少子濃度主要由本征激發(fā)決定，所以受溫度影響較大。為了進(jìn)一步提高電池的轉(zhuǎn)化效率，降低生產(chǎn)成本，目前業(yè)內(nèi)開始研究開發(fā)出低磷源濃度低溫擴散工藝，其優(yōu)點是表面濃度較低，表面“死層”較少，少子壽命高，雖然工藝時間有所延長，但卻能在很大程度上節(jié)省磷源，同時提高電池的轉(zhuǎn)化效率
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，該工藝所要解決的目的在于解決常規(guī)擴散工藝無法避免產(chǎn)生“死層”的現(xiàn)象，進(jìn)一步減少表面濃度，提高少子壽命，提高電池的轉(zhuǎn)化效率，降低太陽能電池的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的實現(xiàn)方案如下一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，包括如下步驟
步驟A :采用擴散工藝在基體硅片表面制作PN結(jié)形成表層雜質(zhì)分布層；
步驟B :對步驟A中的表層雜質(zhì)分布層進(jìn)行氧化處理，在表層雜質(zhì)分布層表面快速生長一層均勻分布的氧化層；
步驟C :將步驟B中的氧化層去除。所述擴散工藝為選取POCL3液態(tài)源進(jìn)行擴散。
所述POCL3液態(tài)源擴散的方式是利用高純氮氣通入到液態(tài)POCL3底部鼓泡，使得鼓泡攜帶POCL3通入到高溫爐管內(nèi)部與氧氣和硅片進(jìn)行反應(yīng)生成P原子擴散進(jìn)入硅片表面形成N型層。所述氧化處理的方法為高溫濕氧氧化。高溫濕氧氧化的過程為將步驟A處理后的基體硅片放在密閉的高溫爐中，然后通入高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應(yīng)來快速生長氧化層。步驟C中的氧化層去除方法為將步驟B之后的基體硅片放在氫氟酸溶液(HF溶液)中，待氫氟酸溶液與氧化層反應(yīng)后取出。步驟A后的基體娃片方阻比步驟B后的基體娃片方阻低5ohm-30ohm。步驟A后的基體硅片方阻比步驟B后的基體硅片方阻低5ohm-10ohm或5ohm_20ohm 或 10ohm_20ohm 或 10ohm_30ohm 或 20ohm_30ohm。步驟B后的基體硅片方阻在60ohm-120ohm范圍內(nèi)。步驟B后的基體娃片方阻在60ohm-90ohm或90ohm-120ohm或60ohm-100ohm或100ohm_120ohm 范圍內(nèi)。本發(fā)明的設(shè)計原理在于由于在利用POCL3液態(tài)源擴散的過程中，P2O5與硅片反應(yīng)生成單質(zhì)P和SiO2, SiO2覆蓋在硅片表面，其內(nèi)部含有大量的尚未擴散進(jìn)入硅片的單質(zhì)P原子，形成PSG (磷硅玻璃)層。因此利用該種方法進(jìn)行擴散，在硅片表面都不可避免地會生成一層厚度不等的PSG層。由于Si對P原子的固溶度比SiO2大10倍左右，P原子在Si02/Si界面處存在強烈的分凝現(xiàn)象，導(dǎo)致大量P原子從PSG中排出并聚集到硅片表面。即這些P原子均聚集到表層雜質(zhì)分布層遠(yuǎn)離基貧疑Λ"游一翁，所以即使所采用的工藝中磷源使用量很少，在硅片表面仍然會存在一層摻雜濃度很高的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)電子的俄歇復(fù)合嚴(yán)重，少子壽命幾乎為0，對太陽能電池的化效率的貢獻(xiàn)也幾乎為O。因此，本發(fā)明所要解決的第一個問題是，將表層雜質(zhì)分布層含P原子濃度較高的區(qū)域去除掉，使得表層雜質(zhì)分布層遠(yuǎn)離基貧疑Λ"游一面濃度變小。另外，由于現(xiàn)有工藝中有些是采用低溫長時間擴散所制得的雜質(zhì)分布曲線較緩，內(nèi)部雜質(zhì)濃度梯度小，結(jié)深較深，因此，該方法所制得的PN結(jié)對太陽光中能量較高穿透力較弱的短波部分光線的響應(yīng)較差，在一定程度上影響了轉(zhuǎn)化效率。為了解決這一問題，本發(fā)明的設(shè)計思路是，將太陽能電池的入射面的厚度減小，同時去掉死層，俄歇復(fù)合變小，可以減小PN結(jié)的結(jié)深，增強太陽能電池的短波響應(yīng)，提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。而解決上述問題的方法的設(shè)計思路為首先不管是采用高溫還是低溫的擴散制備太陽能電池的方法，還是采用一次擴散成型還是多此擴散成型的方法，只要采用POCL3液態(tài)源擴散制備太陽能電池時，必然會生成表層雜質(zhì)分布層，為了去除表層雜質(zhì)分布層濃度較高的一面，本發(fā)明在POCL3液態(tài)源擴散制備之后，直接進(jìn)行氧化處理，將表層雜質(zhì)分布層濃度較高的一面進(jìn)行氧化處理，使其表面生成氧化層，然后利用化學(xué)溶液或其他方法將該層的氧化層去除，最后得到去除氧化層后硅片表面雜質(zhì)層，而該去除氧化層后硅片表面雜質(zhì)層具備如下特點1、遠(yuǎn)離基貧發(fā)力"游一《沒V、，就點滿定本發(fā)明所要解決的第一個問題；
2、整體厚度變薄，因此可使得穿透能力較弱的光線也能穿透達(dá)到結(jié)層，以提高 太陽能轉(zhuǎn)化率。因此對本發(fā)明的總結(jié)如下
本發(fā)明的目的主要通過先采用POCL3液態(tài)源進(jìn)行擴散，在完成擴散并達(dá)到設(shè)定的方塊電阻要求之后，再在高溫下利用濕氧進(jìn)行氧化，在硅片表面快速生長一層設(shè)定厚度且均勻分布的氧化層，之后再利用HF溶液將硅片表面的氧化層和PSG清洗掉。所述POCL3液態(tài)源擴散方式是指利用高純氮氣通入到液態(tài)POCL3底部鼓泡，攜帶POCL3通入到高溫爐管內(nèi)部與氧氣和硅片進(jìn)行反應(yīng)生成P原子擴散進(jìn)入硅片表面形成N型層。所述完成擴散后達(dá)到的設(shè)定方塊電阻要求是根據(jù)氧化后所需方阻大小來進(jìn)行設(shè)定，一般情況下，擴散后的設(shè)定方塊電阻比氧化后的方塊電阻低5ohm-30ohm。而氧化后所需方阻大小根據(jù)太陽能電池絲網(wǎng)印刷所使用的網(wǎng)版和漿料以及其他各工序工藝所匹配而得來的，其大小在60Ohm-120Ohm范圍內(nèi)。上述方塊電阻達(dá)到上述參數(shù)，即可得到本發(fā)明所要求的發(fā)射極。所述用于濕氧氧化的設(shè)定溫度沒有具體要求。所述濕氧氧化的方法為將硅片放在密閉的高溫爐中，然后通入一定流量的水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應(yīng)來快速生長氧化層，未反應(yīng)完及生成的殘余氣體通過尾氣排放系統(tǒng)排出。所述氧化層的設(shè)定厚度沒有具體要求，可根據(jù)實際電性能情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述用于清洗氧化層及PSG的HF溶液設(shè)定濃度沒有要求。本發(fā)明的優(yōu)點在于
I.解決常規(guī)擴散工藝無法避免產(chǎn)生“死層”的現(xiàn)象，進(jìn)一步減少表面濃度，提高少子壽命，提高電池的轉(zhuǎn)化效率，降低太陽能電池的生產(chǎn)成本。2.提供一條簡潔容易操作的去“死層”方法，在去除死層的同時能夠保證方阻的大小和均勻性，同時還能保證雜質(zhì)在硅片內(nèi)部具有更優(yōu)的分布；
3.解決傳統(tǒng)低溫長時間擴散工藝所制得的PN結(jié)結(jié)深較深，所制得電池的短波響應(yīng)較差，轉(zhuǎn)化效率受到影響的缺陷，在去除表面“死層”的同時減小結(jié)深，提高太陽能電池的短波響應(yīng)；
4.減少在擴散工藝的推進(jìn)過程中因分凝作用導(dǎo)致的表面濃度過高問題。


圖I是基體硅片在各個步驟中反應(yīng)后形成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的標(biāo)號分別表不為1、基體娃片；2、表層雜質(zhì)分布層；3、氧化層；4、去除氧化層后娃片表面雜質(zhì)層。
具體實施例方式實施例I
如圖I所示。步驟A :采用擴散工藝在基體硅片I表面制作PN結(jié)形成表層雜質(zhì)分布層2 ；
步驟B :對步驟A中的表層雜質(zhì)分布層2進(jìn)行氧化處理，在表層雜質(zhì)分布層2表面快速 生長一層均勻分布的氧化層3 ；
步驟C :將步驟B中的氧化層3去除。實施例2 如圖I所示。步驟A :采用擴散工藝在基體硅片I表面制作PN結(jié)形成表層雜質(zhì)分布層2 ;所述擴散工藝為選取POCL3液態(tài)源進(jìn)行擴散。所述POCL3液態(tài)源擴散的方式是利用高純氮氣通入到液態(tài)POCL3底部鼓泡，使得鼓泡攜帶POCL3通入到高溫爐管內(nèi)部與氧氣和硅片進(jìn)行反應(yīng)生成P原子擴散進(jìn)入硅片表面形成N型層。步驟B :對步驟A中的表層雜質(zhì)分布層2進(jìn)行氧化處理，在表層雜質(zhì)分布層2表面快速生長一層均勻分布的氧化層3 ;所述氧化處理的方法為高溫濕氧氧化。高溫濕氧氧化的過程為將步驟A處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中，然后通入高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應(yīng)來快速生長氧化層。步驟C :將步驟B中的氧化層3去除。步驟C中的氧化層3去除方法為將步驟B之后的基體硅片I放在氫氟酸溶液HF溶液中，待氫氟酸溶液與氧化層3反應(yīng)后取出。實施例3
本實施例與實施I和實施例2的區(qū)別在于
步驟A后的基體硅片I方阻比步驟B后的基體硅片I方阻低5ohm-30ohm。步驟B后的基體硅片I方阻在60ohm-120ohm范圍內(nèi)。實施例4
本實施例與實施I和實施例2的區(qū)別在于
步驟A后的基體硅片I方阻比步驟B后的基體硅片I方阻低5ohm-10ohm。步驟B后的基體硅片I方阻在60ohm-120ohm范圍內(nèi)。實施例5
本實施例與實施I和實施例2的區(qū)別在于
步驟A后的基體硅片I方阻比步驟B后的基體硅片I方阻低5ohm-20ohm。步驟B后的基體娃片I方阻在60ohm-90ohm范圍內(nèi)。實施例6
本實施例與實施I和實施例2的區(qū)別在于
步驟A后的基體硅片I方阻比步驟B后的基體硅片I方阻低。10ohm-20ohm。步驟B后的基體硅片I方阻在90ohm-120ohm范圍內(nèi)。
實施例7
本實施例與實施I和實施例2的區(qū)別在于
步驟A后的基體硅片I方阻比步驟B后的基體硅片I方阻低10ohm-30ohm。步驟B后的基體硅片I方阻在100ohm-120ohm范圍內(nèi)。實施例8
本實施例與實施I和實施例2的區(qū)別在于
步驟A后的基體硅片I方阻比步驟B后的基體硅片I方阻低20ohm-30ohm。步驟B后的基體娃片I方阻在60ohm-100ohm范圍內(nèi)。實施例9
本實施例與實施例2的區(qū)別在于
步驟B中高溫濕氧氧化的過程為將步驟A處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中爐，體溫為600攝氏度-1000攝氏度，然后通入水蒸氣，在爐體的高溫下，形成高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應(yīng)來快速生長氧化層。實施例10
本實施例與實施例2的區(qū)別在于
步驟B中高溫濕氧氧化的過程為將步驟A處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中爐體溫為700攝氏度，然后通入水蒸氣，在爐體的高溫下，形成高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應(yīng)來快速生長氧化層。實施例11
本實施例與實施例2的區(qū)別在于
步驟B中高溫濕氧氧化的過程為將步驟A處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中爐體溫為800攝氏度，然后通入水蒸氣，在爐體的高溫下，形成高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應(yīng)來快速生長氧化層。實施例12
本實施例與實施例2的區(qū)別在于
步驟B中高溫濕氧氧化的過程為將步驟A處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中爐體溫為900攝氏度，然后通入水蒸氣，在爐體的高溫下，形成高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應(yīng)來快速生長氧化層?？偨Y(jié)上述實施例本發(fā)明設(shè)計的太陽能電池發(fā)射極制作方法，首先采用常規(guī)擴散工藝在基體硅片I表面制作PN結(jié)，在完成擴散并達(dá)到設(shè)定表層雜質(zhì)分布層2之后，再在高溫下利用濕氧進(jìn)行氧化，在硅片表面快速生長一層設(shè)定厚度且均勻分布的氧化層3，然后再將表面的氧化層3清洗掉，所制得的太陽能電池發(fā)射極具有更低的表面濃度，更淺的結(jié)深，從而能夠顯著提高電池的轉(zhuǎn)化效率。I.對于本方案中所涉及氧化前的常規(guī)擴散工藝，可有多種實現(xiàn)方式，只要是采用POCL3液態(tài)源的方式進(jìn)行擴散均適用于本案；
2.對于擴散后的氧化過程，可以單獨進(jìn)行，在設(shè)備條件允許的情況下也可以在直接在擴散工藝的后面增加一個氧化步驟來實現(xiàn)；
3.對于氧化層的生長可采取多種方式進(jìn)行，本方案中利用水蒸氣來生長氧化層的方式只是其中之一。只要涉及到先擴散然后利用在擴散表面生長較厚的氧化層來去除“死層”的方式，均屬于本方案的保護(hù)范圍。 如上所述，則能很好的實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，其特征在于包括如下步驟 步驟A :采用擴散工藝在基體硅片(I)表面制作PN結(jié)形成表層雜質(zhì)分布層(2); 步驟B:對步驟A中的表層雜質(zhì)分布層(2)進(jìn)行氧化處理，在表層雜質(zhì)分布層(2)表面快速生長一層均勻分布的氧化層(3)； 步驟C :將步驟B中的氧化層(3)去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，其特征在于所述擴散工藝為選取POCL3液態(tài)源進(jìn)行擴散。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，其特征在于所述POCL3液態(tài)源擴散的方式是利用高純氮氣通入到液態(tài)POCL3底部鼓泡，使得鼓泡攜帶POCL3通入到高溫爐管內(nèi)部與氧氣和硅片進(jìn)行反應(yīng)生成P原子擴散進(jìn)入硅片表面形成N型層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，其特征在于所述氧化處理的方法為高溫濕氧氧化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，其特征在于高溫濕氧氧化的過程為將步驟A處理后的基體硅片(I)放在密閉的高溫爐中，然后通入高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應(yīng)來快速生長氧化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，其特征在于步驟C中的氧化層(3)去除方法為將步驟B之后的基體硅片(I)放在氫氟酸溶液中，待氫氟酸溶液與氧化層(3)反應(yīng)后取出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，其特征在于步驟A后的基體硅片(I)方阻比步驟B后的基體硅片(I)方阻低5ohm-30ohm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，其特征在于步驟B后的基體娃片(I)方阻在60ohm-120ohm范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于太陽能電池的發(fā)射極制作工藝，包括如下步驟步驟A采用擴散工藝在基體硅片(1)表面制作PN結(jié)形成表層雜質(zhì)分布層(2)；步驟B對步驟A中的表層雜質(zhì)分布層(2)進(jìn)行氧化處理，在表層雜質(zhì)分布層(2)表面快速生長一層均勻分布的氧化層(3)；步驟C將步驟B中的氧化層(3)去除。解決常規(guī)擴散工藝無法避免產(chǎn)生“死層”的現(xiàn)象，進(jìn)一步減少表面濃度，提高少子壽命，提高電池的轉(zhuǎn)化效率，降低太陽能電池的生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L31/18GK102881766SQ20121034332
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者李質(zhì)磊, 袁澤銳, 盛雯婷, 林洪峰, 張鳳鳴 申請人:天威新能源控股有限公司