[发明专利]N 型硅片的硼扩散方法、晶体硅太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体而言，涉及一种N型硅片的硼扩散方法、晶体硅太阳能电池及其制作方法。 

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。目前，在所有的太阳能电池中，硅太阳能电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池，有着优异的电学性能和机械性能，硅太阳能电池在光伏领域占据着重要的地位。因此，研发高性价比的硅太阳能电池已经成为各国光伏企业的主要研究方向之一。 

在晶体硅太阳能电池的制备过程中，N型晶体硅电池的硼扩散工艺是形成P-N结的核心工艺，由于硼原子在晶体硅中的固溶度远低于磷原子的固溶度，且硼扩散要求在900℃以上的高温下进行扩散，化学反应比较复杂，不易控制，因此对扩散工艺的优化较困难。现有的硼扩散方法通常是高温下（一般为930℃以上）对硅片表面进行沉积，同时高温下对杂质原子进行扩散推进。但是高温沉积、高温扩散方式工艺复杂，不易控制，并且单管单次产能较低，每根炉管的产量仅有80%，硼源耗量较大，过量的硼源与石英炉管反应形成大量硼硅玻璃（BGS），不仅严重腐蚀了扩散炉等设备，还造成了硼源的严重浪费。最重要的是，采用高温沉积高温扩散的工艺得到的扩散方阻的均匀性较差，其标准差（STDEV）在4.0以上，从而使p-n结不均匀，形成的内建电场强度对少数载流子的迁移速度产生影响，并且在硅片表面产生了较厚的富硼层（SiB化合物），在后续湿化学反应中不易刻蚀，严重破坏了硅片表面晶格，增加了表面复合速率，降低了少数载流子的寿命，严重影响了电池的转换效率。 

因此，如何对硼扩散工艺进行改进，以制备出具有均匀方阻的太阳能电池片进而提高电池转换效率成了目前研究的重要方向。 

发明内容

本发明旨在提供一种N型硅片的硼扩散方法、晶体硅太阳能电池及其制作方法，该扩散方法减少了硼源消耗，改善了硅片方阻的均匀性，进而提高了电池转换效率。 

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种N型硅片的硼扩散方法，包括以下步骤：沉积阶段，将湿法刻蚀后的硅片放入扩散炉内升温至890℃～920℃，之后通入氮气、氧气和硼源使其硅片表面进行沉积；扩散阶段，在氮气气氛下将表面沉积后的硅片升温至预定温度，推进硼扩散；以及后氧化阶段，将硼扩散后的硅片降温，并同时通入氧气和氮气， 得到硼扩散后的硅片。 

进一步地，在沉积阶段，沉积的时间为10～30分钟，氮气的流量为22～24slm，氧气的流量为30sccm～320sccm，硼源的流量为120sccm～1000sccm。 

进一步地，在沉积阶段，沉积的温度为900℃～910℃，沉积的时间为15～25分钟，氮气的流量为23～23.5slm，氧气的流量为100sccm～250sccm，硼源的流量为500sccm～800sccm。 

进一步地，在沉积阶段，沉积的温度为900℃，沉积的时间为20分钟，氮气的流量为23slm，氧气的流量为200sccm，硼源的流量为600sccm。 

进一步地，在扩散阶段，以5～15℃/分钟将表面沉积后的硅片升温至950℃～1100℃，恒温表面扩散20～40分钟。 

进一步地，在扩散阶段，以10℃/分钟将表面沉积后的硅片升温至1000℃，恒温表面扩散30分钟。 

进一步地，在后氧化阶段，氮气的流量为5～15slm，氧气的流量为10～30slm。 

进一步地，在扩散阶段，将硅片降温至750℃～850℃，优选降温至为800℃。 

根据本发明的另一方面，提供了一种晶体硅太阳能电池的制作方法，包括硼扩散步骤，其中硼扩散步骤采用上述任一种的硼扩散方法。 

根据本发明的另一方面，提供了一种晶体硅太阳能电池，该晶体硅太阳能电池是采用上述的制作方法制作而成。 

应用本发明的技术方案，在N型硅片硼扩散过程中采用低温沉积高温推进的工艺，并对沉积温度、扩散温度、源气流量等进行调控优化，降低了硅片表面的硼原子浓度，减小了太阳能电池的表面复合速率以及硅片表面的晶格损伤，使得方阻的平均标准差（STDEV）控制在2.0左右，改善了硼扩散方阻均匀性差的问题，从而得到了分布均匀的p-n结。采用本发明所提供的方法使得硅片的合格率从目前的96.6%达到99.6%，提高了电池的转换效率，同时也避免了生成硼硅玻璃（BGS），降低了硼源耗量，节约了成本。