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CN104269466A - 一种硅片的硼掺杂方法 - Google Patents

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CN104269466A
CN104269466A CN201410521455.8A CN201410521455A CN104269466A CN 104269466 A CN104269466 A CN 104269466A CN 201410521455 A CN201410521455 A CN 201410521455A CN 104269466 A CN104269466 A CN 104269466A
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吴坚
王栩生
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CSI Cells Co Ltd
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CSI Solar Technologies Inc
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Abstract

本发明公开了一种硅片的硼掺杂方法，包括如下步骤：(1)在硅片表面设置含硼掺杂剂；然后将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管，在氮气气氛下进行热处理；(2)通入氧气或氧气与氮气的混合气体，在步骤(1)的温度下进行恒温氧化；(3)降温至800~890℃，在步骤(2)的气氛下再次进行氧化处理；(4)停止通入氧气，降温，出舟。本发明的整个方法只需进行热处理、高温氧化和第二次氧化（低温氧化）即可，且可以在加热炉管中一次性完成，避免了现有技术中需要进行2次加热炉管的启闭以及清洗去除硼硅玻璃和钝化的步骤，从而大大简化了工艺步骤和工艺时间，具有积极的现实意义。

Description

一种硅片的硼掺杂方法
技术领域
本发明涉及一种硅片的硼掺杂方法，用于制备硅片的PN结，属于太阳能电池技术领域。
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。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。
现有技术中，晶体硅太阳电池的制造流程如下：表面清洗及织构化、扩散制结、清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触、测试。上述这种商业化的晶体硅电池制造技术相对简单、成本较低，适合工业化、自动化生产，因而得到了广泛应用。其中，扩散制结工艺作为晶体硅太阳电池的核心技术，其目的是形成与基体导电类型相反的发射区，从而形成PN结。在扩散制结工序中，硼扩散是一种常规的方法。现有技术中，在硅中掺杂硼原子的方式通常有以下三种：(1) 第一种是通过热扩散的方式，在扩散炉高温热场中，通入一定量的含硼元素的气体(比如三溴化硼)和氧气，经过化学反应沉积在硅表面并热扩散形成掺杂；(2) 第二种是将含有硼元素的掺杂剂(浆料或者液体)涂布或印刷在硅片表面，通过高温热驱入硅片内，以形成掺杂；(3) 第三种是通过离子注入将含硼原子的离子团注入硅片内，再经过高温处理。其中，对于第二种方式，目前的常规工艺如下：(1) 在硅片表面设置含硼掺杂剂；然后将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管，加热到900~1000℃，在氮气气氛下进行热处理，在硅片表面形成硼掺杂；(2) 通入氧气或者氮气与氧气的混合气体，在步骤(1)的温度下进行恒温氧化，将表面的富含硼的一层硅氧化成含硼的二氧化硅层(通常称为硼硅玻璃)；(3)降温，出舟；(4) 清洗去除上述二氧化硅层(即硼硅玻璃)，其可以采用氢氟酸；(5) 在硅片表面进行钝化处理，具体的，在掺杂硼的硅片表面生长或沉积一层或多层介质层，这是为了提高太阳电池的转换效率。
由上可见，上述技术方案需要进行热处理、高温氧化、清洗、钝化等四步，步骤繁多而复杂。尤其是最后的钝化处理步骤，有时候需要再次进入加热炉管进行钝化，即该方法有时候需要进行2次加热炉管的启闭，不仅操作时间较长，而且成本较高。
另一方面，在上述硼扩散的技术方案中，在硅片表面设置含硼掺杂剂的过程中，由于含硼掺杂剂通常含有机溶剂(如一些醇、醚等杂质)，在进入高温热处理时会引入这些有机杂质，使得这些杂质进入硅片，进而降低了硅片的质量。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种硅片的硼掺杂方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种硅片的硼掺杂方法，包括如下步骤：
(1) 在硅片表面设置含硼掺杂剂；然后将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管，加热到900~1000℃，在氮气气氛下进行热处理，在硅片表面形成硼掺杂；
(2) 通入氧气或氧气与氮气的混合气体，在步骤(1)的温度下进行恒温氧化；
(3) 降温至800~890℃，在步骤(2)的气氛下再次进行氧化处理，时间为10~40分钟；
(4) 停止通入氧气，降温，出舟。
上文中，所述步骤(1)是现有技术，其中，在硅片表面设置含硼掺杂剂的方法可以是：将含有硼元素的掺杂剂(浆料或者液体)涂布或印刷在硅片表面。
所述步骤(2)是现有技术，简称为高温氧化，其目的是将硅片表面的富含硼的一层硅氧化成含硼的二氧化硅层。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，气体总流量为5~50升/分钟，其中氧气所占的体积比为20~100%。
优选的，所述步骤(3)中，降温至820~880℃，再次进行氧化处理。
上述技术方案中，在步骤(1)之前，将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管；先加热到700~850℃，通入氮气和氧气，进行预氧化，时间为10~40分钟。该步骤的实质是：在加热炉管内，先将温度加热到一个较低的范围，先进行预氧化；然后再升温至热处理的温度（900~1000℃）。该步骤的目的是去除硅片上的残余有机杂质，从而防止有机杂质在高温下会进入硅片而对硅片的质量产生不利影响。
本发明的机理如下：硅片在步骤(2)的恒温氧化后会形成硼硅玻璃层，其中含有浓度较高的硼原子；该层化学性质不够稳定，易潮解，因此现有技术中要将其去除并另外生长钝化层。本发明中，采用步骤(3)进行的降温氧化，一方面通过额外生长的氧化层，有效地稀释硼硅玻璃中硼的含量；另一方面可抑制硅中的硼继续向硼硅玻璃扩散；因而可获得较好的稳定性与表面钝化效果。
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硅片的硼掺杂方法，整个方法只需进行热处理、高温氧化和第二次氧化（低温氧化）即可，且可以在加热炉管中一次性完成，避免了现有技术中需要进行2次加热炉管的启闭以及清洗去除硼硅玻璃和钝化的步骤，从而大大简化了工艺步骤和工艺时间，具有积极的现实意义；
2、实验证明，采用本发明的方法可以获得良好电性能的硼扩电池片，与现有技术相比，本发明制得的硼扩电池片在开路电压和转换效率方面具有更好的效果，取得了意想不到的技术效果；
3、本发明在进入高温热处理之前，先于700~850℃下进行预氧化，可以较好的去除硅片上的残余有机杂质，从而防止有机杂质在高温下会进入硅片；进一步提高了电池片的性能；
4、本发明的制备方法简单易行，成本较低，适于推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一：
一种硅片的硼掺杂方法，包括如下步骤：
(1) 在硅片表面设置含硼掺杂剂；然后将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管，加热到950℃，在氮气气氛下进行热处理，在硅片表面形成硼掺杂；
(2) 停止通入氮气，通入氧气，在步骤(1)的温度下进行恒温氧化；氧气的流量为20升/分钟；
(3) 降温至860℃，再次进行氧化处理，时间为30分钟；氧气的流量为20升/分钟；
(4) 停止通入氧气，降温，出舟。
实施例二：
一种硅片的硼掺杂方法，包括如下步骤：
(1) 在硅片表面设置含硼掺杂剂；然后将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管，先加热到700~850℃，通入氮气和氧气，进行预氧化，时间为20分钟；
然后，继续升温至950℃，在氮气气氛下进行热处理，在硅片表面形成硼掺杂；
(2) 在步骤(1)的温度下，通入氮气与氧气的混合气体进行恒温氧化；气体总流量为40升/分钟，其中氧气的流量为30升/分钟；
(3) 降温至860℃，再次进行氧化处理，时间为40分钟；
(4) 停止通入氧气，降温，出舟。
对比例一
一种硅片的硼掺杂方法，包括如下步骤：
(1) 在硅片表面设置含硼掺杂剂；然后将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管，加热到950℃，在氮气气氛下进行热处理，在硅片表面形成硼掺杂；
(2) 停止通入氮气，通入氧气，在步骤(1)的温度下进行恒温氧化；氧气的流量为20升/分钟；
将表面的富含硼的一层硅氧化成含硼的二氧化硅层(通常称为硼硅玻璃)；
(3) 降温，出舟；
(4) 采用氢氟酸清洗去除上述二氧化硅层(即硼硅玻璃)；
(5) 在硅片表面进行钝化处理，具体如下：将上述步骤获得的电池片送入加热炉管，加热到950℃，在氧气气氛下进行恒温氧化20分钟，在其表面形成氧化硅层（即钝化层）；
(6) 降温，出舟。
然后，将上述实施例和对比例获得的电池片进行电性能检测，结果如下：
  实施例一 实施例二 对比例一
Voc 0.644 0.647 0.639
Isc 8.96 9.02 8.94
FF 78.74% 78.87% 78.75%
EFF 19.01% 19.23% 18.82%
由上表可见，本发明的方法成功获得了硼扩电池片；且其电性能比现有技术（即对比例一）更佳，尤其是开路电压（Voc）有了较大的提升，此外，光电转换效率（EFF）提升了0.2~0.4%，取得了意想不到的技术效果。

Claims (4)

1.一种硅片的硼掺杂方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 在硅片表面设置含硼掺杂剂；然后将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管，加热到900~1000℃，在氮气气氛下进行热处理，在硅片表面形成硼掺杂；
(2) 通入氧气或氧气与氮气的混合气体，在步骤(1)的温度下进行恒温氧化；
(3) 降温至800~890℃，在步骤(2)的气氛下再次进行氧化处理，时间为10~40分钟；
(4) 停止通入氧气，降温，出舟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，气体总流量为5~50升/分钟，其中氧气所占的体积比为20~100%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，降温至820~880℃，再次进行氧化处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(1)之前，将表面已含有含硼掺杂剂的硅片送入加热炉管；先加热到700~850℃，通入氮气和氧气，进行预氧化，时间为10~40分钟。
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