[发明专利]一种晶体硅太阳电池用无氧扩散方法

说明书

一种晶体硅太阳电池用无氧扩散方法，包括：将表面沉积了不含氧且含有高浓度掺杂原子的源层薄膜的硅片，在通有无氧气氛的高温炉中在810‑1050℃温度范围进行扩散；在扩散结束后将炉温降到700‑800℃，通入氧气体积浓度2%的气氛，进行20‑200min的退火处理。本发明杜绝了氧通过扩散步骤进入硅片的可能性，另外可改善硅片中的杂质分布状态，提高硅片的少子寿命；杜绝了氧向硅片的扩散及掺杂层中元素的不可控的扩散。本发明适用于n型晶体硅片上制备p型晶体硅扩散层、n型晶体硅扩散层；也适合在p型晶体硅片上制备n型晶体硅扩散层、p型晶体硅扩散层。既适用于制备单晶硅太阳电池，也适用于制备多晶硅太阳电池。

技术领域

本发明属于太阳电池和半导体器件领域。涉及太阳电池的制备方法。

背景技术

对于pn同质结结构的晶体硅太阳电池，扩散法是迄今为止制备重掺杂的n型晶体硅层或p型晶体硅层最常用的方法。

采用扩散法制备的n型晶体硅薄膜，一般作为p型晶体硅太阳电池的发射极，或作为n型晶体硅太阳电池的背电场。该方法一般采用三氯氧磷作为掺杂源，将掺杂源与氧气以氮气作为载气通入到扩散炉中，在约800-900℃的温度下在硅片表面反应沉积，生成磷硅玻璃，该物质中的磷再扩散进入硅片中，形成一层重掺杂的n型晶体硅层。在这个过程中，生成的磷硅玻璃层还有吸杂的作用，会将硅片中的部分金属原子吸到磷硅玻璃层中，在扩散后的清洗过程中去除掉，从而可改善硅片的性能，利于太阳电池性能的提高。除了这种扩散法外，还有一种方法，是在硅片表面沉积一次重掺杂磷原子的硅薄膜或氧化硅薄膜（CN107749396A，CN104538485A），然后在含氧气氛中高温处理，这样表面这层硅薄膜就会被氧化，变成磷硅玻璃，并且其中的磷原子还会向硅片中扩散，形成一层重掺杂的n型晶体硅层。

采用扩散法制备p型晶体硅薄膜，一般用做n型晶体硅太阳电池的发射极。该方法一般采用溴化硼作为扩散源，该物质与氧气在约900-1000℃的范围内在硅片表面发生反应，生产一层硼硅玻璃，其中的硼原子会在高温下向硅片中扩散，从而形成一层重掺杂p型层。在这个过程中，生成的硼硅玻璃层还有吸杂的作用，会将硅片中的部分金属原子吸到硼硅玻璃层中，在扩散后的清洗过程中去除掉，从而可改善硅片的性能，利于太阳电池性能的提高。除了这种扩散法外，还有一种方法，是在硅片表面沉积一次重掺杂硼原子的硅薄膜或氧化硅薄膜（CN107749396A，CN105702809A），然后在含氧气氛中高温处理，这样表面这层硅薄膜就会被氧化，变成硼硅玻璃，并且其中的磷原子还会向硅片中扩散，形成一层重掺杂的p型晶体硅层。

综上所述，可见无论是扩磷还是扩硼，均是在硅片表面形成一层含氧的物质（磷硅玻璃或硼硅玻璃）。在扩散过程中，这层物质中的氧也会扩散进硅片中，尤其是在扩硼的温度范围（约900-1000℃）时，氧的扩散深度与硼的接近，这意味这会形成一个很大的高浓度的硼、氧共存的区域。对p型硅片的扩磷，其温度低（约800-900℃），氧的扩散深度远低于磷的扩散深度，但即使如此，也会在硅片表面层形成一层高浓度氧含量的区域，形成了一层氧、硼、磷共存的区域。对于晶体硅太阳电池硼与氧的结合会造成严重的光致衰减现象，而且氧本身浓度高后会形成各种类型的缺陷，造成太阳电池性能的下降。所以，各种类型的有氧扩散对晶体硅太阳电池的性能提升是不够理想的。

发明内容

本发明的目的是对pn同质结的晶体硅太阳电池制造过程中的扩散步骤提出一种新的优质方法。该方法尤其适用于n型晶体硅太阳电池中重掺杂p型晶体硅层的制备。可显著克服现有有氧扩散技术的不足，提高晶体硅太阳电池的性能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种晶体硅太阳电池用无氧扩散方法，包括以下步骤。

（1）将表面沉积了不含氧且含有高浓度掺杂原子的源层薄膜的硅片，在通有无氧气氛的高温炉中在810-1050℃温度范围进行扩散。

（2）在扩散结束后将炉温降到700-800℃之间，通入含氧气氛（氧气体积浓度2%），进行20-200min的退火处理。