[发明专利]一种太阳能电池晶体硅片磷扩散方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的扩散制结工艺领域，具体涉及一种太阳能电池晶体硅片磷扩散方法。

背景技术

太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的器件，由于其清洁、无污染，取之不尽，用之不竭，逐渐成为一种重要的发电方式。其原理是利用PN结的光生伏特效应将光能转化成电能。目前广泛采用的是硅太阳能电池，其制造工艺也已经标准化，主要步骤为：化学清洗及表面结构化处理(制绒)—扩散制结—刻蚀清洗—沉积减反射膜—印刷电极—烧结。其中，扩散制结(通常是磷扩散制结)步骤是一个关键步骤，制结工艺对电池的性能具有至关重要的影响，包括扩散死层的减少、接触电阻损失的降低，开路电压的提高，短路电流和填充因子的增加，都为最终获得高光电转换效率发挥着至关重要的作用。

目前，硅太阳能电池最常用的制结方法是液态源磷扩散，该方法是以氮气为载气，采用鼓泡的方式通过恒温的三氯氧磷源瓶，携带源蒸汽进入高温扩散炉中，受热分解还原出磷原子同硅片表面反应，并向硅片内扩散。扩散工艺决定了杂质的分布，若表面杂质浓度过高，则会形成扩散“死层”；死层中由于存在大量填隙原子和缺陷，光生载流子极易发生复合，少子寿命很低，会导致光电转换效率的下降。因此，为了避免上述问题，提高光电转换效率，必须降低表面杂质浓度。而欲降低PN结的表面浓度，通常最直接的方法是减小携源氮气的流量。然而，携源气体比例过小会使扩散气氛混合不充分、不均匀，从而导致方块电阻均匀性变差、工艺可控性变差。

此外，针对目前广泛应用于生产的管式扩散炉，影响片间不均匀性的主要因素有：轴向温度分布不均衡、进出气量不匹配及炉口散热较严重等；影响片内不均匀性的主要原因是气氛环境和温度场沿径向存在差异。因此，对于扩散气氛混合不充分、不均匀的情况，若只靠不同温区温度补偿的方法，显然远无法达到较理想的均匀扩散状态，最终将影响后续工艺参数的可控性和太阳电池的电性能。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种太阳能电池晶体硅片磷扩散方法，该种磷扩散方法简单易行，应用广泛，采用该种方法能有效提高硅片光电转换效率，改善太阳电池的电性能，适于推广应用。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种太阳能电池晶体硅片磷扩散方法，按照以下步骤进行：

(1)将待处理的晶体硅片置于扩散炉中，先以10-20℃/min的升温速率升温至380-420℃，保持15-25min，再以15-25℃/min的升温速率升温至740-780℃，并通入携磷源氮气、干氧和大氮进行恒定源扩散，扩散时间为12-16min，控制炉内压力为80-120MPa；

(2)停止通入携磷源氮气，以4-8℃/min的升温速率升温至880-920℃，同时通入干氧和大氮进行推进，控制炉内压力为100-150MPa；

(3)保持步骤(2)中的温度、压力和大氮流量不变，同时通入携磷源氮气及干氧，进行低温扩散，扩散时间为15-25min，控制炉内压力为80-120MPa；

(4)待炉内温度稳定在780-820℃时，停止通入携磷源氮气，恒温推进10-20min，控制炉内压力为80-120MPa；

(5)保持步骤(4)中的压力不变，将炉内温度以4-8℃/min的升温速率升高至860-880℃，同时通入携磷源氮气和干氧进行恒定源扩散，扩散时间为20-30min；

(6)保持步骤(5)中的扩散炉温度、压力和干氧流量不变，停止通入携磷源氮气，进行有氧限定源扩散，扩散时间25-35min；

(7)控制炉内压力在60-80MPa，将扩散炉内温度降低到680-720℃，同时通入携磷源氮气、干氧及大氮，进行降温扩散，在降温的同时进行退火吸杂，且降温速率为6-10℃/min，扩散时间为15-25min；

(8)待炉内温度温低至520-540℃，出舟完成扩散过程。

进一步地，在步骤(1)中，所述携磷源氮气的流量为0.8-1.6L/min，干氧的流量为0.8-1.6L/min，大氮的流量为10-14L/min。

进一步地，在步骤(2)中，所述干氧的流量为1.0-2.0L/min，大氮的流量为10-15L/min，扩散时间为35-45min。

进一步地，在步骤(3)中，所述干氧的流量为1.5-2.5L/min；所述携磷源氮气的流量为0.8-1.2L/min。

进一步地，在步骤(4)中，所述干氧的流量为0.5-1.5L/min，大氮的流量为8-12L/min。