[发明专利]单晶硅太阳电池绒面上pn结杂质浓度分布的测量方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种单晶硅太阳电池绒面上pn结杂质浓度分布的测量方法，属于太阳电池性能参数测量方法技术领域。

背景技术：

提高晶体硅太阳电池转换效率，降低发电成本是未来的发展趋势，也是太阳电池领域研究的热点和重点。pn结是晶体硅太阳电池的核心部分，目前主要采用液态磷源(POCl₃)作为杂质，在高温通氧的条件下在p型硅片表面扩散制作而成，pn结的质量直接影响晶体硅太阳电池的转化效率，提高转化效率必须控制合适的pn结杂质浓度分布。

目前晶体硅太阳电池pn结测量方法如SIMS(二次离子质谱)、SRP(扩展电阻)，测试样品必须为抛光片，而抛光片上的pn结是水平的，与晶体硅太阳电池的pn结状况不同，单晶硅的pn结是沿着金字塔绒面结构向内分布的。抛光片的测试结果只能做对比，不代表晶体硅太阳电池pn结的真实情况。因此迫切需要一种新方法测量大规模生产的单晶硅太阳电池的pn结杂质浓度分布。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种真实反映扩散情况，采用电化学方法结合称重法的单晶硅太阳电池绒面上pn结杂质浓度分布的测量方法。

这套方法不依赖大型昂贵测量仪器，成本低，操作简便易行，测量精度高，可满足生产测量的需要。

本发明的技术解决方案是：

一种单晶硅太阳电池绒面上pn结杂质浓度分布的测量方法，其特征是：包括下列步骤：

(1)把具有金字塔绒面的扩散后单晶硅片作为测量对象：将单晶原硅片用碱腐蚀液制绒得到金字塔绒面，将制绒后的硅片酸洗后扩散，并用HF酸清洗掉磷硅玻璃，测量此时硅片的薄层电阻并称重；

(2)室温下在硅片上电化学生长氧化层，用HF酸腐蚀掉氧化层，并在清洁干燥表面上用四探针法测量薄层电阻；重复多次上述氧化、腐蚀、称重和薄层电阻测量，观察每次表面层上薄层电阻变化，若发现逐渐变大的电阻突然变小，则pn结就在此表面的位置上；

(3)通过硅片腐蚀前后重量差除以扩散层密度和面积就得到每次氧化腐蚀深度，通过每次测得的薄层电阻换算得到相应杂质浓度，从而获得扩散层纵向杂质分布的真实情况，并制得反映杂质浓度分布情况的杂质浓度分布曲线。

所述的电化学方法是采用阳极氧化法，即以待测硅片为阳极，以石墨棒为阴极，电解液为硼砂溶液，电源为50V的直流电源。

扩散层面积(即金字塔表面积)等于硅片面积乘面积因子，面积因子采用彩色3D激光显微镜或原子力显微镜测量确定。

本发明用电化学方法结合称重法测量单晶硅太阳电池金字塔绒面上pn结的杂质浓度分布，能真实反映扩散情况；不依赖大型昂贵测量仪器，成本低，操作简便易行，测量精度高，可满足生产测量的需要。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是pn结杂质浓度分布曲线图。

具体实施方式：

实施例1

本实施例中单晶硅太阳电池金字塔绒面上pn结杂质浓度分布测量方法的步骤如下：

(1)将单晶原硅片用碱腐蚀液制绒得到金字塔绒面，将制绒后的硅片酸洗后双面扩散，将其9等分划成适合后续操作的大小，用HF酸清洗掉磷硅玻璃，测量此时硅片的薄层电阻(R₀)并称重(M₀)。

(2)室温下在此硅片上进行阳极氧化：以此硅片作为阳极，石墨棒作为阴极，电解液为硼砂溶液，在直流电源电压为50V的条件下氧化2分钟，随即用HF酸腐蚀掉所产生的氧化层，在清洁干燥表面上用四探针法测量薄层电阻(R₁)，称重(M₁)。重复多次上述氧化、腐蚀、称重(M_n)和薄层电阻(R_n)测量，观察每次表面层上薄层电阻变化。若发现逐渐变大的电阻突然变小，则pn结就在此表面的位置上。

(3)通过硅片腐蚀前后重量差除以扩散层密度和面积就得到每次氧化腐蚀深度，将每次测得的薄层电阻换算成杂质浓度，从而获得扩散层纵向杂质分布的真实情况，得到杂质浓度分布曲线。其中扩散层面积即金字塔表面积通过硅片面积乘面积因子计算得到，面积因子采用彩色3D激光显微镜或原子力显微镜(AFM)测量确定。

将氧化腐蚀深度设为x，首先作出logR_n(x)-x的曲线，再作出d[logR_n(x)]/dx-x的曲线，然后按下式逐点计算出相应的电阻率，