專利名稱：一種用于制造太陽電池的硅片磷擴散吸雜工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及硅太陽電池制造技術領域，尤其涉及一種用于制造太陽電池的硅片磷 擴散吸雜工藝。
背景技術：
進入21世紀以來，隨著一次能源的逐漸枯竭以及對能源需求的日益增加，人類面 臨越來越嚴重的能源危機。可再生能源的開發和利用成為了解決人類能源危機的希望。所 有可再生能源中，太陽能是一種分布廣泛、用之不竭的清潔能源，具有很大的應用前景。太 陽電池是一種將太陽能轉化為電能的半導體器件，它們在將太陽能轉化為電能時不產生任 何污染。因而，太陽電池的開發和利用成為世界范圍內的研究熱點。目前，晶體硅是最主要的太陽電池材料，市場份額在80% -90%左右。而高成本仍 然是制約硅太陽電池廣泛應用的一個主要因素。降低硅材料成本以及制造成本、提高太陽 電池轉化效率是降低硅太陽電池發電成本的兩個途徑。降低硅原料成本的途徑之一就是使用品質較差的硅原料，但由低品質原料制造的 單晶或多晶硅片電學性能較差，表現為少子壽命較低或擴散長度較小。如果沒有有效的手 段提高此類硅片的電學性能，所得到的太陽電池轉化效率會比較低，綜合發電成本不能得 到有效的降低。由低質量原料制造的硅片電學性能較差的原因是它們體內含有較高密度的 雜質，尤其是過渡族金屬雜質(s. Martinuzzi，I. Perichaud, C. Trassy, and J. Degoulange, Progress in Photovoltaics 17，297，2009)。吸雜是一種減少硅片體內雜質含量的有效方法，而磷吸雜和鋁吸雜是兩種研究和 應用較多的吸雜工藝。其中，由于良好的工藝兼容性，磷吸雜工藝在太陽電池制造中得到廣 泛的關注。對于高質量原料制造的硅片，磷吸雜可以進一步改善電學性能，從而得到更高效 率的太陽電池。磷吸雜的機理可以解釋為金屬雜質在磷擴散層中溶解度的提高、硅自間隙原子注 入促進雜質擴散以及表面區域位錯網絡的形成促進雜質原子在表面層的捕獲。吸雜過程可 以分為三個步驟雜質的釋放、擴散以及在吸雜層的捕獲。從熱力學和動力學的角度考慮， 溫度越高越有利于雜質的釋放以及擴散，而雜質在吸雜層以及硅基體之間的分凝系數卻隨 著溫度升高而降低(J. s. Kang and D. K. Schroder, Journal of Applied Physics 65,2974, 1989)。由于這兩個因素的限制，使得900°C左右是一個吸雜的最佳溫度。但這種吸雜工藝對于一些沉淀態的金屬雜質吸雜效果不夠理想，或者難以將這些 沉淀溶解，或者吸雜過程需要很長的時間才能完成。對于目前關注越來越多的制備太陽電 池的低質量的高級金屬硅(UMG)材料來說，本身金屬雜質含量偏高，在原生硅片中就有可 能含有金屬沉淀，如果采用常規的磷擴散吸雜工藝就不能有效地減少金屬雜質對太陽電池 電學性能的影響。
發明內容
本發明提供了一種用于制造太陽電池的硅片磷擴散吸雜工藝，解決了現有工藝不 能有效減少低品質硅材料中金屬雜質的問題。一種制造太陽電池用硅片的磷擴散吸雜工藝，包括以下步驟將磷源涂布在硅片表面，在保護氣氛圍下，將硅片置于800 1050°C下保溫10 60分鐘，接著將硅片置于600 800°C下保溫20 90分鐘，冷卻后除去磷硅玻璃層。優選地，所述的磷源涂布在硅片表面的方法一般為旋涂或噴涂。硅片表面涂布磷源后，可根據磷源性質，在100 200°C預烘培10 20min，讓多 余有機物揮發。磷源可以選用三甲基磷[(ch3)3p]、三乙基磷[(c2h5)3p]、二乙基氫化磷[(c2h5)2ph] 等，也可以市售產品，如Honeywell公司的p_854等。一種制造太陽電池用硅片的磷擴散吸雜工藝，包括以下步驟(1)在保護氣通入？0(13鼓泡產生的氣體氛圍下，將硅片置于800 1050°C下保 溫10 60分鐘；(2)在保護氣氛圍或步驟(1)所述的氣體氛圍下，將硅片置于600 800°C下保溫 20 90分鐘；(3)冷卻，除去磷硅玻璃層。所述的保護氣可以為氬氣、氧氣、氮氣或空氣，擴散爐不須密閉系統，保護氣氣壓 為一個大氣壓左右。除去磷硅玻璃層所采用試劑為氫氟酸。本發明工藝采用變溫吸雜的方式，結合高溫易將雜質溶解釋放、在較低溫度易使 其有效地被吸雜層捕獲的優點，能有效地降低硅基體中金屬雜質的含量，提高太陽電池的 光轉化效率。
圖1為本發明工藝時間與溫度關系曲線圖；圖2為實施例1硅片吸雜前后的少子壽命分布圖；圖3為實施例2硅片吸雜前后的少子壽命分布圖；圖4為實施例3硅片吸雜前后的少子壽命分布圖；圖5為實施例4硅片吸雜前后的少子壽命分布圖；圖6為實施例5硅片吸雜前后的少子壽命分布圖。
具體實施例方式實施例1(1)取原生的鑄造多晶硅片，如圖2(a)所示，經檢測其少子壽命約為4 ii s ；(2)用磷源(p-854，Honeywell)對上述硅片進行雙面旋涂，然后在200°C的預烘焙 lOmin,除去有機物；(3)將保護氣(氬氣)通入擴散爐內，擴散爐不須封閉系統，氣壓為1個大氣壓左 右，將烘培后的硅片置于擴散爐中，控制爐內溫度為1000°C，保溫30min ；接著控制爐內溫度為700°C，保溫60min，同時取相同處理的硅片置于爐內溫度為900°C的擴散爐內恒溫加 熱60min，作為對照組；(4)取出硅片，冷卻后，用稀HF(體積濃度10% )除去磷硅玻璃層；如圖2(b)，經過常規900°C恒溫磷吸雜以后，鑄造多晶硅片少子壽命由原來的 4 u s左右上升到7 y s左右；如圖2 (c)所示，經過變溫磷吸雜以后，少子壽命由4 y s左右 上升到9ii s左右。實施例2(1)取原生單晶硅片，經檢測少子壽命約6 U s左右，經過鐵沾污后，少子壽命下降 到0.4 ii s，如圖3(a)所示；(2)用磷源(p-854，Honeywell)對上述單晶硅片進行雙面旋涂，然后在200°C的預 烘焙lOmin，除去有機物；(3)將保護氣(氬氣)通入擴散爐內，擴散爐不須封閉系統，氣壓為1個大氣壓左 右，將預烘培后的單晶硅片送入擴散爐，控制爐內溫度為850°C，保溫30min，接著控制爐內 溫度為700°C，保溫90min，同時取相同處理的單晶硅片置于爐內溫度為900°C的擴散爐內 恒溫加熱120min，作為對照組；(4)取出硅片，冷卻后，用稀HF(體積濃度10% )除去磷硅玻璃層；如圖3(b)所示，經過常規恒溫磷吸雜以后，鐵沾污后的單晶硅片少子壽命由原來 的0. 4 y s左右上升到4 y s左右；如圖3 (c)所示，經過變溫磷吸雜以后，少子壽命由0. 4 y s 左右上升到6 ys左右。可以發現，恒溫吸雜沒能使少子壽命恢復到沾污之前的原始值，而 變溫吸雜使少子壽命恢復到沾污之前的原始值，說明變溫吸雜將故意引入的鐵雜質幾乎全 部吸除。實施例3(1)取原生多晶硅片，如圖4(a)所示，經檢測少子壽命約3. s左右，經過鐵沾污 后，如圖4 (b)所示，少子壽命下降到0.3us；(2)用磷源(p-854，Honeywell)對上述多晶硅片進行雙面旋涂，然后在200°C的預 烘焙lOmin ；(3)將保護氣(氬氣)通入擴散爐內，擴散爐不須封閉系統，氣壓為1個大氣壓左 右，將預烘培后的單晶硅片送入擴散爐，控制爐內溫度為900°C，保溫lOmin，接著控制爐內 溫度為650°C，保溫50min，同時取相同處理的單晶硅片置于爐內溫度為900°C的擴散爐內 恒溫加熱60min，作為對照組；(4)取出硅片，冷卻后，用稀HF(體積濃度10% )除去磷硅玻璃層；如圖4(c)所示，經過常規恒溫磷吸雜以后，鐵沾污后的單晶硅片少子壽命由原來 的0. 3ii s左右上升到2ii s左右；如圖4(d)所示，經過變溫磷吸雜以后，少子壽命由0. 3 ii s 左右上升到4 iis左右。實施例4(1)取原生多晶硅片，經檢測少子壽命約3. s左右，經過少量鐵沾污后，少子壽 命下降到2.7 iis，如圖5(a)所示；(2)將此樣品放入擴散爐內，在保護氣通入P0C13鼓泡產生的氣體氛圍下，將硅片 置于900°C下保溫30分鐘；
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(3)在步驟(2)的氣體氛圍下，將硅片置于700°C下保溫30分鐘；(4)同時取相同處理的單晶硅片置于爐內溫度為900°C的擴散爐內恒溫加熱 60min，作為對照組；(5)取出硅片，冷卻后，用稀HF(體積濃度10% )除去磷硅玻璃層；結果顯示，經過常規恒溫磷吸雜以后，鐵沾污后的單晶硅片少子壽命由原來的 2.7us左右上升到2. 9 y s左右；經過變溫磷吸雜以后，如圖5 (b)所示，少子壽命由2. 7 y s 左右上升到6 ii s左右。實施例5(1)取原生多晶硅片，經檢測少子壽命約3. 5 ii s左右；(2)將此樣品放入擴散爐內，在保護氣通入P0C13鼓泡產生的氣體氛圍下，將硅片 置于1000°C下保溫60分鐘；(3)在步驟(2)的氣體氛圍下，將硅片置于650°C下保溫60分鐘；(4)同時取相同處理的單晶硅片置于爐內溫度為900°C的擴散爐內恒溫加熱 120min，作為對照組；(5)取出硅片，冷卻后，用稀HF(體積濃度10% )除去磷硅玻璃層；如圖6(b)所示，經過常規恒溫磷吸雜以后，鐵沾污后的單晶硅片少子壽命由原 來的3. 5 y s左右上升到4. 5 y s左右；經過變溫磷吸雜以后，如圖6 (c)所示，少子壽命由 3. 5u s左右上升到7. 5 ii s左右。
權利要求
一種用于制造太陽電池的硅片磷擴散吸雜工藝，包括以下步驟將磷源涂布在硅片表面，在保護氣氛圍下，將硅片置于800～1050℃下保溫10～60分鐘，接著將硅片置于600～800℃下保溫20～90分鐘，冷卻后除去磷硅玻璃層。
2.根據權利要求1所述的硅片磷擴散吸雜工藝，其特征在于所述的磷源涂布在硅片 表面的方法為旋涂或噴涂。
3.一種用于制造太陽電池的硅片磷擴散吸雜工藝，包括以下步驟(1)在保護氣通入P0C13鼓泡產生的氣體氛圍下，將硅片置于800 1050°C下保溫 10 60分鐘；(2)在保護氣氛圍或步驟(1)所述的氣體氛圍下，將硅片置于600 800°C下保溫20 90分鐘；(3)冷卻，除去磷硅玻璃層。
4.根據權利要求1或3所述的硅片磷擴散吸雜工藝，其特征在于所述的保護氣為氬 氣、氧氣、氮氣或空氣。
5.根據權利要求1或3所述的硅片磷擴散吸雜工藝，其特征在于除去磷硅玻璃層所 采用試劑為氫氟酸。
全文摘要
本發明公開了一種用于制造太陽電池的硅片磷擴散吸雜工藝，包括以下步驟將磷源涂布在硅片表面或者由載氣攜帶POCl3進入擴散爐管，在保護氣氛圍下，將硅片置于800～1050℃下保溫10～60分鐘，接著將硅片置于500～800℃下保溫20～60分鐘，冷卻后除去磷硅玻璃層。本發明工藝采用變溫吸雜的方式，結合高溫易將雜質溶解釋放、在較低溫度易使其有效地被吸雜層捕獲的優點，能有效地降低硅基體中金屬雜質的含量，提高太陽電池的光轉化效率。
文檔編號C30B31/04GK101857972SQ20101013347
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者余學功, 李曉強, 楊德仁 申請人:浙江大學