[发明专利]一种太阳能电池硼扩散装置有效

专利信息
申请号: 201610563642.1 申请日: 2016-07-18
公开(公告)号: CN106129177B 公开(公告)日: 2017-12-12
发明(设计)人: 张伟;杨伟光;郎芳;王平;史金超;宋登元 申请(专利权)人: 保定天威英利新能源有限公司
主分类号: H01L31/18 分类号: H01L31/18
代理公司: 石家庄国为知识产权事务所13120 代理人: 黄辉本
地址: 071051 河北*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 一种 太阳能电池 扩散 方法 装置
【说明书】:

技术领域

发明属于太阳能电池制作技术领域,尤其涉及一种太阳能电池硼扩散装置。

背景技术

太阳能是一种清洁、高效和永不枯竭的新能源。在新世纪,各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简单等优点。目前,由于硅材料在地壳中有着极其丰富的储量,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,所以硅太阳能电池在光伏领域占据着重要的地位,同时,硅太阳能电池的商业推广范围也最广泛。

在晶体硅太阳能电池的制备过程中,采用硼扩散制备pn结是关键步骤。现有的硼扩散方法为BBr3液态源高温扩散,该方法可以分为预沉积和再分布两步。预沉积过程中,共使用三路气体:携源小氮(小N2-BBr3)、大氮(大N2)和氧气(O2),液态的扩散源由携源小氮携带进入扩散炉管内,同时从旁路中向进气管路内导入大氮及反应氧气,如图2所示,这三种气体在进气管路尾部混合后进入扩散炉,相互之间发生反应,反应形成液态B2O3,在大N2的携带下向炉门方向传输,同时沉积在衬底表面,与Si发生还原反应生成B单质,B单质作为扩散源在高温下会向硅片内部扩散。虽然大N2可以携带液态B2O3在衬底上沉积,但是液态物质的流动性差,同时受到重力的作用,在生成或者移动过程中,液态B2O3还会沉积在扩散炉壁上,而不会得到充分利用,同时造成沉积不均匀,在高温条件下BBr3与O2发生氧化还原反应:

4BBr3+3O2→2B2O3+6Br2

生成的B2O3沉积在硅片上,与硅片表面的Si发生氧化还原反应:

2B2O3+3Si→4B+3SiO2

生成的B原子成为向硅片内部扩散的杂质原子。

因此,预沉积过程实际就是在硅片表面沉积一层杂质源,所导入的O2除了与BBr3发生氧化还原反应,部分O2在扩散炉内与衬底发生反应,在衬底表面形成SiO2

Si+O2→SiO2

再分布过程是把经过预沉积后在硅片表面沉积得到的杂质原子向硅片内部扩散,一般情况下,在再分布过程中是没有外来杂质补充的,完全由预沉积过程中得到的杂质总量决定再分布后的杂质扩散深度(结深)和扩散后的表面浓度。图2是现有技术中BBr3液态源高温扩散示意图。

上述方法的缺点是:

(1)BBr3作为扩散源实现B扩散的难点在于B2O3沸点温度高达1860℃,在一般扩散温度下为液态,造成B扩散均匀性差。在900℃-1050℃的扩散温度下,形成的B2O3由于受到重力的作用主要沉积在扩散炉反应区域的底部,即使有部分能够沉积在衬底上也是很少的部分,且衬底表面的沉积由于重力的作用也不会形成均匀的分布,这就造成B扩散层的掺杂不均匀。这种不均匀性的宏观表象为硅片表面扩散后的颜色不均匀,即形成花片,这主要是因为在硅片沉积的氧化层厚度不均匀而造成的颜色差别。对于放置在扩散炉不同位置的硅片,氧化硼在传送过程中由于重力作用,随着传送距离的增加,气体携带氧化硼含量减少,造成片间掺杂的不均匀。

(2)在扩散过程中形成的氧化硼B2O3由于其熔点很高,容易在炉口位置的尾气管沉积固化,堵塞排气管,不仅降低扩散层掺杂的均匀性,而且容易导致石英器件的破裂,严重时会造成炉管中有毒气体外泄,形成生产事故。

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