[发明专利]一种高方阻晶体硅电池低压扩散工艺

说明书

技术领域

本发明属于晶体硅电池的制备工艺中的扩散加工领域，具体涉及一种能够提高扩散炉产能，并能提高扩散方阻值大小及片内间均匀性的扩散工艺。

背景技术

PN结是晶体硅电池的核心，制备均匀性好的高方阻发射极是提高晶体硅电池转换效率的重要途径，不仅可以降低前表面复合，以提高开路电压，而且可以较大程度的提高短波的光谱响应，以提高短路电流。高方阻银浆开发不断取得突破，已解决因方阻值高产生的串联电阻过大和发射极易烧穿问题，提高发射极的方块电阻及均匀性已成为提高电池效率的重要手段。

目前主要采用三氯氧磷(POCl3)为液态源以常压高温扩散方式制备，方阻值大小和片内间均匀性是扩散炉扩散特性最主要表征手段。常压高温扩散管通常选在管口或管尾进气，通过大氮气流带到另一端，易造成一端浓度高、另一端浓度低的现象，而且常压下气体分子自由程较小，各区域硅片接触磷源几率差距较大，只能通过调节温度控制方块电阻值，但仍旧无法保证片内及片间均匀性。常压扩散会降低扩散PN结纵向掺杂浓度的一致性，从而影响PN结深度和电性能的一致性，在相同丝网印刷烧结条件下制备电极，会提高因漏电流较大产生的不良片比例，同时降低电池性能的一致性，提高低级(B片)电池片比例，极大影响电池制备成本的降低。

考虑到常压扩散产生的以上缺陷，尝试采用低压扩散工艺技术解决扩散PN结纵向掺杂浓度不一致问题。

初期低压扩散技术主要用于半导体芯片产业，目前国际知名Centrotherm和SEMCO等公司陆续推出针对晶体硅电池的低压扩散炉。根据流体力学理论分析，压强越小，气体分子自由程越大，而且气流场稳定性越好，这样扩散管内各位置硅片及其各区域接触气体分子几率一致性越好，即片内均匀性和片间均匀性越好。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种高方阻晶体硅电池减压扩散工艺。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述高方阻晶体硅电池低压扩散工艺，该工艺在扩散炉中实现，包括抽气降压和升

压过程，该低压扩散工艺分如下三步进行：

(1)关闭放有硅片的扩散炉炉门后，抽气使炉内压强至设定压强并用高温氧化硅片，在硅片表面生成一薄层SiO₂；

(2)通入小氮和氧气，采用两步扩散法制备PN结：第一步低温预扩散，第二步高温扩散；

(3)退火，改变扩散炉内部压强除去杂质；

步骤(1)至(3)中设定的工艺参数如下：

设定一个大气压强(常压)为1000mbar；

所述步骤(1)设定的工艺参数为：

炉内压强为50～100mbar；氧化温度为780～800℃；氧化时间为200～800sec；大氮流量为10000～30000ml/min；氧气流量为500～2000ml/min；

所述步骤(2)设定的工艺参数为：

第一步低温预扩散工艺参数为：炉内压强为50～100mbar；炉内温度为780～800℃；扩散时间为250～800sec；大氮流量为10000～30000ml/min；小氮流量为600～1000ml/min；氧气流量为500～2000ml/min；

第二步高温扩散工艺参数为：炉内压强为50～100mbar；炉内温度为800～830℃；扩散时间为250～800sec；大氮流量为10000～30000ml/min；小氮流量为600～1000ml/min；氧气流量为500～2000ml/min；

所述步骤(3)设定的工艺参数为：

设定退火温度550～650℃、优选600℃、时间为1000～3000sec；炉内压强从设定的50～100mbar升至1000mbar，再从1000mbar降至设定的50～100mbar，反复改变2～4次，每个压强改变周期在400sec以内。

优选地，所述硅片间距为1.5～5mm，高方阻值为90～130Ω/□，硅片内方阻的不均

匀度为2％～5％。

优选地，所述晶体硅电池的硅片是P型多晶硅片或P型单晶硅片，硅片电阻率在1～3

Ω·cm，厚度在180～200μm。

上述小氮即为携源氮气，大氮即为氮气，干氧即为干燥的氧气

下面结合原理及优点对本发明作进一步说明：

抽成低压可提高氧气和各位置硅片接触几率，即降低氧气流量。扩散前在硅片表面生长一薄层SiO2,达到提高扩散方阻均匀性并阻止扩散磷源在表面形成死层目的。