CN103367521B - 一种减少太阳能电池死层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减少太阳能电池死层的方法，包括步骤：1)进舟；2)升温；3)前净化；4)沉积；5)后净化；6)降温；7)出舟；还包括在步骤4)和步骤5)之间的步骤41)后氧化，以预设流量在预设温度下通预设时间的氧气或在进行步骤5)时进行后氧化。本发明在沉积之后净化之前或后净化过程中增加了后氧化处理，通入一定量的氧气，在前净化处理中形成的氧化膜与PN结之间形成了另一层氧化膜，在形成好的P/N结后增加了氧化膜的厚度，在磷原子透过氧化膜向硅片扩散时与氧发生反应，使得PN结表面磷的浓度进一步降低，有效减少了死层，同时氧化膜经过化学处理后去除掉，使PN结的深度变浅，有效提高了电池的光谱响应。

Description

一种减少太阳能电池死层的方法

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，更具体地说，涉及一种多晶硅片的生产方法。

背景技术

晶硅太阳能电池已经被大规模应用到各个领域，其良好的稳定性和成熟的工艺流程是其大规模应用的基础。目前，太阳能电池的制造工艺已经基本规范化，请参考附图1，其主要处理流程为：硅片经过清洗及制绒，使得原本光亮的硅片表面变的凹凸不平，增大了硅片对光的吸收率；经过高温扩散，将P型硅基体上掺入N型杂质，从而形成P/N结；再通过等离子刻蚀和去磷硅玻璃将硅片的侧面和背面的氧化层去除；通过PECVD在硅片的扩散面沉积一层SiNx薄膜，减少硅片对入射光的反射；印制背电极、背电场和正面电极，烧结使电极与硅片形成合金结构，最后对硅片进行电性能测试并分档，最后包装入库。其中，第二步扩散工艺是生产过程中最重要的环节，P/N结的好与坏直接决定了电池的性能和转换效率，所以怎样在扩散过程中形成良好的是我们研究的重点。

太阳能电池的心脏是一个P/N结，不能简单地用两块不同类型(p型和n型)的半导体接触在一起就能形成的。要制造一个P/N结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。N⁺/P晶硅太阳能电池的发射区N⁺是由磷扩散形成的高浓度浅结区域，我们知道在这种扩散区中，由于电不活泼(即电中性)的磷原子处于晶格间隙位置会引起晶格缺陷，同时由于磷、硅的原子半径不匹配，高浓度的磷还会造成晶格失配。所以在晶硅太阳能电池表层中少数载流子的寿命极低，表层吸收的短波光子所产生的光生载流子对电池的光输出贡献甚微，此表层称为“死层”。为了减少“死层”的影响，提高电池的光谱响应，我们可以降低表面扩散的浓度、把结深做浅，但是这样做工艺难度会增大且串联电阻会增加，导致转换效率降低。

请参考图2，现有的太阳能电池扩散工艺过程为：进舟，将装满硅片的石英舟放入到扩散炉指定位置；升温，在扩散炉里进行加热，使硅片达到需要的温度；前净化，为了保证炉管内的清洁度，需要通一定量的氮气和氧气；沉积工艺，将三氯化磷与氧气一起通到高温的扩散炉中反应，然后其主要的产物五氧化磷与硅反应，最后生成的单质磷扩散到晶体硅中，形成PN结；后净化，在炉门打开前通入大量氮气对炉管进行吹扫；降温，扩散结束后需要把温度降到初始温度；出舟，将装满硅片的石英舟取出。虽然在沉积之前的前净化步骤中通一定量的氧气，使P型硅衬底表面生成一层薄氧化层，以达到对浅结和减少“死层”的作用。但是，沉积前的前净化步骤中的氧化膜的厚度不好控制，如果太厚会影响PN结的形成，进而影响效率；太薄会降低减少死层的效果，为了保证一个好的P/N结一般前净化的氧化层的厚度都会很薄，所以降低了减少死层的作用。

综上所述，如何保证好的P/N结的同时减少太阳能电池死层，以提高电池的光谱响应，成为目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种减少太阳能电池死层的方法，以提高电池的光谱响应。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种减少太阳能电池死层的方法，包括步骤：

1)进舟，将装满硅片的石英舟放进扩散炉指定位置；

2)升温，使硅片从初始温度加热到扩散温度；

3)前净化，向扩散炉内通入氮气和氧气；

4)沉积，在硅片表面形成PN结；

5)后净化，向扩散炉内通入氮气；

6)降温，扩散结束后将硅片的温度降到初始温度；

7)出舟，将石英舟从扩散炉中取出；

还包括在步骤4)和步骤5)之间或与步骤5)同时进行的步骤41)后氧化，以预设流量在预设温度下通预设时间的氧气。

优选地，上述的减少太阳能电池死层的方法中，所述预设温度为810-870度。

优选地，上述的减少太阳能电池死层的方法中，所述预设流量为500-1000sccm，预设时间为5-20分钟。

优选地，上述的减少太阳能电池死层的方法中，所述氧气为干氧或湿氧。

优选地，上述的减少太阳能电池死层的方法中所述扩散温度为850度。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的减少太阳能电池死层的方法，首先是将装满硅片的石英舟放入到扩散炉；从初始温度加热到扩散温度；通入氧气和氮气，保持扩散炉的洁净度同时形成一层氧化膜；沉积，在硅片表面形成PN结；通氮气使炉内的清洁；降温；最后取出石英舟。本发明在沉积之后后净化之前或后净化过程中增加了后氧化处理，即以预设流量在预设温度下通预设时间的氧气。在前净化处理中形成的氧化膜与PN结之间形成了另一层氧化膜，在形成好的P/N结后增加了氧化膜的厚度，在磷原子透过氧化膜向硅片扩散时与氧发生反应，使得PN结表面磷的浓度进一步降低，有效减少了死层，同时氧化膜经过化学处理后去除掉，使PN结的深度变浅，有效提高了电池的光谱响应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电池生产工艺流程图；

图2为现有技术提供的减少太阳能电池死层的方法的工艺流程图；

图3为本发明一种实施例提供的减少太阳能电池死层的方法的工艺流程图；

图4为本发明另一种实施例提供的减少太阳能电池死层的方法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种减少太阳能电池死层的方法，以提高电池的光谱响应。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考附图3，图3为本发明实施例提供的减少太阳能电池死层的方法的工艺流程图；图4为本发明另一种实施例提供的减少太阳能电池死层的方法的工艺流程图。

本发明提供了一种减少太阳能电池死层的方法，包括以下步骤：

步骤S1：进舟；

首先将硅片装满石英舟，然后用机械手将装满硅片的石英舟放入到扩散炉指定的位置，扩散炉为硅片的扩散提供了环境。

步骤S2：升温；

装满硅片的石英舟放入到扩散炉时的初始温度大约在700度左右，而一般扩散需要的扩散温度在850度左右，因此需要对扩散炉内的硅片进行加热，使扩散炉内的硅片的温度达到扩散所需要的温度。将硅片的温度从初始温度加热到扩散温度的过程称为升温过程，当硅片的温度上升到扩散温度时升温步骤结束。

步骤S3：前净化；

在进行沉积工艺之前要保证扩散炉内的清洁度，因此本发明实施例的前净化处理为向扩散炉内通入氮气，以排出扩散炉内的杂质气体，保证扩散炉内的清洁度。同时为了减少太阳能电池的死层，在通氮气的时候通入一定量的氧气，使P型硅衬底表面生成一层薄氧化层，磷原子透过氧化层再扩散进硅体内，由于磷原子与氧反应，降低了表面扩散的浓度，减少了太阳能电池的死层。

步骤S4：沉积；

沉积工艺是晶硅电池制造过程中扩散工序最重要的一步工艺，主要过程是三氯氧磷与氧气一起通到高温的扩散炉中并参与反应，反应后的主要产物五氧化二磷与硅反应，最后生成单质磷，单质磷透过氧化层扩散到晶体硅中，在P型硅片的表面形成N型，形成P/N结。P/N结的好与坏直接决定了电池的性能和转换效率。

由于在前净化过程中通氮气的同时混合氧气一起通入，在P型硅衬底表面生成一层薄氧化层，磷原子透过氧化层再扩散进硅体内，由于磷原子与氧反应，虽然能减少太阳能电池的死层，但是前净化过程中的氧化膜的厚度不好控制，如果太厚会影响P/N结的形成，进而影响效率；如果太薄就对减少死层的作用的效果就会降低，为了保证一个好的P/N结一般在前净化的氧化层的厚度都比较薄，这样将降低了减少死层的作用。

本发明的目的就是在形成一个好的P/N结的同时又能减少死层，为了达到这个目的本发明在步骤S4之后增加了一个步骤S41：后氧化；

后氧化工艺为在沉积工艺结束后以预设的流量在预设的温度下通预设时间的氧气，这样在P/N结的表面继续生产氧化膜，磷原子在透过氧化膜向硅片扩散时与氧发生反应，使得P/N结表面的磷的浓度降低，有效减少了太阳能电池的死层。同时加工完成之后氧化层经过化学处理后都会被去除，使P/N结的深度变浅，从而提高了电池的光谱响应。

步骤S5：后净化；

在炉门打开时，为了保证扩散炉内的有害气体不挥发到操作人员工作环境中，需要将扩散炉内的有害气体提前排走，因此在后净化处理时向扩散炉内通入大量的氮气对扩散炉内的有害气体进行吹扫。

通入氧气进一步形成氧化层的这一步只需要在步骤S4之后即形成P/N结后增加即可，而步骤S5后净化是向扩散炉里通入大量的氮气，本领域的技术人员可以理解的是后氧化可以在后净化的过程中同时进行，即在通氮气的同时向扩散炉预设的流量在预设的温度下通预设时间的氧气，同样可以达到减少太阳能电池死层的效果，提高电池的光谱响应的目的。

步骤S6：降温；

扩散结束后，我们需要把温度降到初始温度700度左右，降温处理的过程一般从沉积工艺结束后开始，将硅片从扩散温度降到初始温度700度左右结束。

步骤S7：出舟；

机械手把加工好的装满硅片的石英舟从扩散炉内取出，并将加工好的硅片用于后续的应用。

本发明的具体实施例中提供的预设温度为810-870度，即可以在扩散工艺完成之后直接在扩散炉内通入氧气。

为了使氧化层的厚度均匀，本发明实施例中以500-1000sccm的预设流量向扩散炉内通氧气。为了避免浪费同时又不能使氧化膜的厚度太薄，将预设时间设置为5-20分钟。

本发明实施例中提供的氧气可以是干氧也可以是混有水蒸汽的湿氧，操作人员可以根据需要选择。

磷原子向硅片内扩散的温度为850度左右，因此本发明中的扩散温度为850度，在沉积工艺前需要先将扩散炉内的温度上升到扩散温度，即850度左右。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种减少太阳能电池死层的方法，包括步骤：

1)进舟，将装满硅片的石英舟放进扩散炉指定位置；

2)升温，使硅片从初始温度加热到扩散温度；

3)前净化，向扩散炉内通入氮气和氧气；

4)沉积，在硅片表面形成PN结；

5)后净化，向扩散炉内通入氮气；

6)降温，扩散结束后将硅片的温度降到初始温度；

7)出舟，将石英舟从扩散炉中取出；

其特征在于，还包括在步骤4)和步骤5)之间或步骤5)同时进行的步骤41)后氧化，以预设流量在预设温度下通预设时间的氧气；

所述预设温度为810-870度，所述预设流量为500-1000sccm，预设时间为5-20分钟。

2.根据权利要求1所述的减少太阳能电池死层的方法，其特征在于，所述氧气为干氧或湿氧。

3.根据权利要求1所述的减少太阳能电池死层的方法，其特征在于，所述扩散温度为850度。