[发明专利]一种能提升冶金级硅片少子寿命的扩散工艺

说明书

技术领域

本发明涉及物理冶金级硅太阳能电池制造过程中的扩散工艺，尤其是一种能提升冶金级硅片少子寿命的扩散工艺。

背景技术

扩散是太阳能电池制造过程中的核心工序，扩散的目的是为了形成太阳能电池的心脏PN结，同时获得有效的体少子寿命及方块电阻，体少子寿命的高低及片内方块电阻是否均匀直接影响太阳能电池片的短路电流、开路电压、暗电流等电性能参数，最终影响电池片效率及成品率。然而，冶金级硅不同于西门子法硅，一般利用物理法提纯生产，含有大量的铁、碳、硼、氧、铜等杂质及晶格缺陷，而大量的铁、碳、硼、氧、铜等杂质的存在会增加光生载流子的复合几率，因而使得扩散形成PN结后硅片的体少子寿命很低，最终制造出来的太阳能电池一般效率较低、无法提高产品的成品率。

然而，目前国内应用物理法生产冶金级硅片的企业屈指可数，以冶金级硅片为原料生产太阳能电池片的企业更是寥寥无几，所以，目前还未形成相对成熟的针对于物理冶金级硅的扩散工艺。行业内一般利用液态磷源扩散工艺形成太阳能级硅电池PN结，由于物理冶金级晶体硅原硅片内存在金属杂质以及位错缺陷等，通常借鉴常规的西门子硅片扩散工艺进行扩散制结，虽然能形成较好的PN结，但除杂效果不理想、片内方阻不均匀。目前，针对物理冶金级硅片的扩散工艺依然借鉴西门子法硅片的扩散工艺，采用液态磷源尾部进气的方式进行高温扩散，插片方式为硅片背靠背插入石英舟，两两一对，在扩散炉内只对硅片的一个面进行磷掺杂，故称单面扩散。

发明内容

本发明的目的是提供一种能提升冶金级硅片少子寿命的扩散工艺，能够减少扩散死层，减少表面高浓度扩散层的复合，有效控制结深并且增强吸杂效果，提高硅片少子寿命。

一种能提升冶金级硅片少子寿命的扩散工艺，其特别之处在于，包括如下步骤：

（1）低温进舟、初步升温：在初始温度为810-820℃时开始向炉管内推进承载硅片的石英舟，控制进舟速度为400-500mm/min，进舟完成后将温度升至830-840℃并在氮氧共存的气氛下保温5-7min，氮、氧的流量分别控制在1200-1400mL/min、23000-29000mL/min；

（2）通源扩散：在保温过程后，由氮气携带液态的三氯氧磷进入炉管在氮气气氛下与氧气及硅表面发生反应生成磷原子扩散进入硅片来进行通源扩散；

（3）恒温推进：通源扩散后，将温度保持在840-850℃，在氮氧共存的气氛下保温360-600s，氮、氧的流量分别控制在1800-2000mL/min、23000-29000mL/min；

（4）降温、退舟：停止通氧，在氮气气氛下，将炉内温度降至810-820℃，控制退舟的速度保持在300-400mm/min进行退舟。

其中在整个扩散工艺过程中气体总量保持不变，从而使工艺过程中炉管内压力恒定。

其中石英舟的每个卡槽只有一片硅片，从而实现双面扩散。

其中通源扩散分三步完成，三步中携带三氯氧磷的氮气、氧气、大氮的流量分别控制在1200-1400mL/min、1200-1400mL/min、23000-29000mL/min，三者流量比例在1:1:20，三步扩散温度依次递增3-5℃，三步通源扩散的时间分别在500-600s、300-420s、300-360s。

本发明的有益效果是：1.采用喷淋式扩散可节省磷源，同时提高扩散结深的均匀性，并且适合做高方阻；2.针对物理冶金硅的特性，采用双面磷吸杂，增强吸杂效果，提升硅片少子寿命；3.通过温度与时间的协调，有效改善扩散工艺；4.控制通氧与通源量的比例，减少由于直接扩散引起的缺陷，改善PN结结深，也可改善表面钝化效果，提高短路电流与开路电压，进而提升冶金硅太阳能电池转换效率及成品率。

具体实施方式

现有技术采用尾部进气扩散方式，气体从尾部进入，从炉口排废管处被抽走，整个过程中管内气压很难维持在一个恒定值，而且造成炉口、炉尾与炉中的温度梯度较大，影响片间扩散结深的均匀性，且不适合做高方阻扩散工艺。

对于冶金级硅，单面磷扩散的吸杂效果欠佳，扩散后硅片体少子寿命改善不明显。由于设备自身的缺陷，升温和降温速率相对较慢，使得工艺时间与工艺温度不匹配，吸杂效果不好。通源前不通氧，直接扩散会造成表层P的浓度过导致扩散死层过厚，影响扩散结深的均匀性，钝化效果较差。