[发明专利]一种硼（B）扩散掺杂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池中的高温液态BBr₃硼扩散制备方法。

背景技术

硼扩散掺杂是太阳电池中实现高转换效率的关键之所在（Martin A.Green,Andrew W.Blkers,Jianhua Zhao,Adele M.Milne,Aihua Wang,Ximing Dai,“Characterization of23-percent efficient silicon solar cells”.IEEE Transactions on Electron Devices.Vol.37,331-336；Jianhua Zhao,Aihua Wang,Martin A.Green,24.5% efficiency PERT silicon solar cells on SHE MCZ substrates and cell performance on other SHE CZ and FZ substrates,Solar Energy Materials& Solar Cells,66(2001)27-36），其难点在于氧化硼（B₂O₃）沸点为1860°C（Yaw’s thermophysical properties of chemicals and hydrolarbous），在一般扩散温度下呈液态，扩散过程中在硅片表面沉积不均匀，其主要表现在扩散以后的硅片表面颜色分布不均匀，形成花片。所带来的问题在于难以实现硼的均匀扩散掺杂，主要表现在扩散后硅片表面掺杂层方阻分布不均匀，这种不均匀性对于大面积硅太阳电池衬底来说更加明显。

为了能够降低氧化硼的沸点，解决硼（B）扩散的掺杂的均匀性问题，可以通过减小扩散管内的压强来实现，这种方法是目前ECN等研究机构及企业普遍采用的方法，即低压高温扩散（A.R.Burgers,L.J.Geerligs,A.J.Garr,A.Gutjahr,D.S.Saynova,Xiong Jingfeng,Li Gaofei et al.，“19.5% efficient n-type Si solar cells made in production”,26^th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition,1144-1147）。

低压硼（B）扩散能够取得较均匀的硼杂质分布，但是设备昂贵，目前文献报道较多的是与ECN合作的Tempress低压扩散炉（A.R.Burgers,L.J.Geerligs,A.J.Carr,A.Gutjahr,et al.,19.5% efficient n-type Si solar cells made in production,26^th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition,5-9 September 2011,Hamburg,Germany），再者，低压扩散炉需要性能良好的真空系统，提高了设备的造价，从而提高了太阳电池的生产成本。氮化硼（BN）固态源扩散能够实现较均匀的扩散掺杂层，但是所制备的器件稳定性差，成品率低（Makoto Miyoshi,Naohiro Shimizu,et al.,Investigation of Boron Diffusion into Silicon Using a Liquid Boron Tribromide Source and Its Application to Buried-Gate-Type Static-Induction Thyristors,Journal of The Electrichemical Society，152(8)G601-G607,2005）。

常规硼高温扩散掺杂过程中所使用的气体有大氮、氧气、携源小氮。氧气和BBr₃在高温条件下发生反应：氧化硼在界面处与硅发生氧化还原反应生成单质硼，形成硼的扩散源：扩散过程中生成的液态氧化硼无法实现在硅片表面均匀沉积，所以扩散后的硅片表面颜色不均匀成为花片，其直接结果是造成硅片表面掺杂层掺杂不均匀。反应中所形成的溴单质（Br₂）在高温下对硅表面有腐蚀作用，所以常规工艺过程中向扩散石英管中导入过量的氧气。