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CN102766908B - 晶体硅太阳能电池的硼扩散方法 - Google Patents

晶体硅太阳能电池的硼扩散方法 Download PDF

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王栩生
章灵军
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CSI Cells Co Ltd
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Canadian Solar China Investment Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，包括如下步骤：(1)将制绒清洗后的硅片放入扩散炉管内，升温至900~1100℃，通氮气以及较大流量的硼源、氧气进行硼扩散，扩散时间为5~60min；(2)保持步骤(1)中的温度通入氮气以及较低流量的硼源、氧气进行硼扩散，扩散时间为15~80min；(3)保持步骤(1)中的温度或升温至910~1100℃，通入氮气、以及较大流量的硼源、氧气进行硼扩散，扩散时间为2~30min；(4)完成扩散过程。本发明的硼扩散方法在硅片表层较浅的深度范围内形成较高的杂质浓度，以利于形成良好的欧姆接触；降低了扩散层较深范围内的杂质浓度，减少了俄歇复合和由于诱生缺陷产生的复合，提高少子寿命，从而提高电池性能。

Description

晶体硅太阳能电池的硼扩散方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，属于晶体硅太阳能电池制造领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳能电池中，硅太阳能电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池，有着优异的电学性能和机械性能，硅太阳能电池在光伏领域占据着重要的地位。因此，研发高性价比的硅太阳能电池已经成为各国光伏企业的主要研究方向之一。
在晶体硅太阳能电池的制备过程中，采用硼扩散制结是关键步骤。现有的硼扩散方法通常由如下两步构成：(1)首先在达到扩散温度后通入硼源，在硅片表面沉积一定量的杂质源，并形成初始的扩散深度；(2)停止通入硼源，在扩散温度下对沉积在硅片表面以及已形成初始扩散的杂质原子进行推进，继续杂质的扩散过程。
然而，上述扩散方式形成的硼原子浓度从硅片表面到硅片内部逐渐降低，但降低的较为缓慢，浓度较高的硼原子分布在较宽的范围。而高浓度的硼原子可能产生严重的俄歇复合，并导致硅原子的晶格发生畸变，诱生大量的缺陷，这些深能级的缺陷也会产生复合，降低少子寿命；此外，推进造成的较低的表面浓度不利于形成良好的欧姆接触，从而影响电池性能。
发明内容
本发明目的是提供一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，以提高少子寿命、减少俄歇复合和晶格缺陷。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，包括如下步骤：
(1)将制绒清洗后的硅片放入扩散炉管内，升温至900~1000℃，通硼源、氧气和氮气进行硼扩散，扩散时间为5~60min；
所述硼源为BBr3，其流量为100~1000mL/min；氧气流量为100~800mL/min；氮气流量为6~18L/min；
(2)保持步骤(1)中的温度进行硼扩散，时间为15~80min，BBr3流量为0~300mL/min；氧气流量为0~200mL/min；氮气流量为5~15L/min；
(3)保持步骤(2)中的温度或升温至910~1100℃进行硼扩散，扩散时间为2~30min；BBr3流量为200~2000mL/min；氧气流量为150~2000mL/min；氮气流量为6~20L/min；
(4)降温，出舟，完成扩散过程。
上文中，所述步骤(2)中的BBr3流量为0~300mL/min；氧气流量为0~200mL/min；即当BBr3或氧气的流量为0时，BBr3或氧气不存在。
上述技术方案中，所述步骤(3)的升温过程中通入BBr3、氧气和氮气，BBr3流量为0~2000mL/min；氧气流量为0~2000mL/min；氮气流量为5~15L/min；升温速率为5~10℃/min；
升温至910~1100℃后再进行所述硼扩散。
在升温的过程中通入BBr3、氧气和氮气的目的是为了在硅片表面维持一定的杂质浓度。
与之相应的另一种技术方案，一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，包括如下步骤：
(1)将制绒清洗后的硅片放入扩散炉管内，升温至900~1000℃，通硼源、氧气和氮气进行硼扩散，扩散时间为5~60min；
所述硼源为BBr3，其流量为100~1000mL/min；氧气流量为100~800mL/min；氮气流量为6~18L/min；
(2)升温至910~1100℃进行硼扩散，时间为15~80min，BBr3流量为0~300mL/min；氧气流量为0~200mL/min；氮气流量为5~15L/min；
(3)保持步骤(2)中的温度进行硼扩散，扩散时间为2~30min；BBr3流量为200~2000mL/min；氧气流量为150~2000mL/min；氮气流量为6~20L/min；
(4)降温，出舟，完成扩散过程。
上文中，所述步骤(2)中的BBr3流量为0~300mL/min；氧气流量为0~200mL/min；即当BBr3或氧气的流量为0时，BBr3或氧气不存在。
上述技术方案中，所述步骤(3)的升温过程中通入BBr3、氧气和氮气，BBr3流量为0~300mL/min；氧气流量为0~200mL/min；氮气流量为5~15L/min；升温速率为5~10℃/min；
升温至910~1100℃后再进行所述硼扩散。
本发明采用的硼扩散的方法，先进行较大流量的通源扩散后形成一定的扩散深度，并在硅片表面沉积一层杂质层，然后经过较长时间的无源或低流量的通源扩散，促使硼原子向硅片更深的范围内进行扩散，降低扩散层较深范围内的杂质浓度，可以减少俄歇复合和由于诱生缺陷产生的复合，提高少子寿命，并形成一定深度的结深，可以避免横向电阻过大；最后进行较大流量的通源扩散过程在硅片表层较浅的深度范围内形成较高的杂质浓度，以利于形成良好的欧姆接触。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明开发了一种新的硼扩散方法，在硅片表层较浅的深度范围内形成较高浓度的掺杂，以利于形成良好的欧姆接触；而在硅片表层较深范围内形成较低浓度的掺杂，减少了俄歇复合和由于诱生缺陷产生的复合，提高少子寿命，从而提高电池性能。
2．本发明的制备方法简单，易于操作，适于推广应用。
附图说明
附图1是本发明实施例一和对比例一中的硅片的硼原子分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，包括如下步骤：
(1)将带有绒面的硅片放入扩散炉，并升温至900℃；通硼源、氧气和氮气进行硼扩散，扩散时间为25min；硼源BBr3的流量为700mL/min，O2流量为600mL/min，氮气流量为10L/min；
(2)在氮气氛围下按10℃/min的速率升温至1050℃，升温过程中N2流量为10L/min，温度达到1050℃通入BBr3、氧气和氮气进行扩散，扩散时间为40min；BBr3的流量为50mL/min，O2流量为100mL/min，N2流量为10L/min；
(3)保持步骤(2)的温度进行硼扩散，扩散时间为10min；BBr3流量为1000mL/min；氧气流量为800mL/min，氮气流量为10L/min；
(4)降温，完成扩散。
实施例二
一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，包括如下步骤：
(1)将带有绒面的硅片放入扩散炉，并升温至950℃；通硼源、氧气进行硼扩散，扩散时间为25min；硼源BBr3的流量为700mL/min，O2流量为600mL/min，氮气流量为10L/min；
(2)停止通源，保持950℃，在氮气氛围下保温40min；N2流量为10L/min；
(3)通入硼源进行硼扩散，扩散时间为10min；BBr3流量为1000mL/min；氧气流量为800mL/min，氮气流量为10L/min；
(4)降温，完成扩散。
对比例一
采用背景技术中的硼扩散方法，具体如下：
(1)将带有绒面的硅片放入扩散炉，并升温至950℃；
(2)通入硼源进行扩散，BBr3流量为700mL/min，O2流量为600mL/min；扩散时间为50min；
(3)停止通源，在氮气氛围下保温5min；N2流量为10L/min；
(4)降温，完成扩散。
一、测定实施例一和对比例一中的硅片的硼原子分布，结果如附图1所示。由图可见：从扩散后硼原子分布来看，实施例一中表面杂质浓度较高，有利于与金属电极形成良好的欧姆接触；在较宽的范围内降低了硼原子的浓度，可以有效降低扩散区域的复合速率，从而提高硅片的少子寿命；并形成具有一定深度的结深，可以避免横向电阻过大，保证良好的填充因子。
二、测定实施例一、二和对比例一中的硅片的少子寿命，结果如下表所示：
由上表可见，本发明实施例一、二的少子寿命明显高于对比例一，说明本发明可以有效提高硅片的少子寿命。
三、将实施例一、二和对比例一中的硅片根据常规工艺制成太阳能电池，然后测定其电性能，结果如下表所示：
由上表可见，本发明的扩散方法可以显著提高扩散后硅片的少子寿命，改善了电池的性能，在开路电压Uoc、短路电流Isc等方面优于常规的扩散工艺，光电转换效率得到大幅度的提高。

Claims (4)

1.一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将制绒清洗后的硅片放入扩散炉管内，升温至900~1000℃，通硼源、氧气和氮气进行硼扩散，扩散时间为5~60min；
所述硼源为BBr3，其流量为100~1000mL/min；氧气流量为100~800mL/min；氮气流量为6~18L/min；
(2)保持步骤(1)中的温度进行硼扩散，扩散时间为15~80min，BBr3流量为0~300mL/min；氧气流量为0~200mL/min；氮气流量为5~15L/min；
(3)保持步骤(2)中的温度或升温至910~1100℃进行硼扩散，扩散时间为2~30min；BBr3流量为200~2000mL/min；氧气流量为150~2000mL/min；氮气流量为6~20L/min；
(4)降温，出舟，完成扩散过程。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于：所述步骤(3)的升温过程中通入BBr3、氧气和氮气，BBr3流量为0~2000mL/min；氧气流量为0~2000mL/min；氮气流量为5~15L/min；升温速率为5~10℃/min；
升温至910~1100℃后再进行所述硼扩散。
3.一种晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将制绒清洗后的硅片放入扩散炉管内，升温至900~1000℃，通硼源、氧气和氮气进行硼扩散，扩散时间为5~60min；
所述硼源为BBr3，其流量为100~1000mL/min；氧气流量为100~800mL/min；氮气流量为6~18L/min；
(2)升温至910~1100℃进行硼扩散，扩散时间为15~80min，BBr3流量为0~300mL/min；氧气流量为0~200mL/min；氮气流量为5~15L/min；
(3)保持步骤(2)中的温度进行硼扩散，扩散时间为2~30min；BBr3流量为200~2000mL/min；氧气流量为150~2000mL/min；氮气流量为6~20L/min；
(4)降温，出舟，完成扩散过程。
4.根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于：所述步骤(2)的升温过程中通入BBr3、氧气和氮气，BBr3流量为0~300mL/min；氧气流量为0~200mL/min；氮气流量为5~15L/min；升温速率为5~10℃/min；
升温至910~1100℃后再进行所述硼扩散。
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