[发明专利]一种聚乙烯醇磷酸酯磷扩散源及其制备方法

说明书

本发明提出了一种适用于旋涂磷扩散制程的聚乙烯醇磷酸酯磷源。该磷源以聚乙烯醇和磷酸为原料，尿素为催化剂，水和二元醇醚为溶剂，通过聚乙烯醇和磷酸的酯化反应制备聚乙烯醇磷酸酯磷源。所述磷源的n(聚乙烯醇/磷酸)为0.5‑1。将磷酸和聚乙烯醇水溶液在90‑97℃下混合搅拌3‑6小时，在尿素的催化作用下进行酯化反应得到聚乙烯醇磷酸酯溶液，再将其分散在二元醇醚中。所得的聚乙烯醇磷酸酯磷源通过旋涂、烘干和扩散等工艺，可在P型硅片上得到30‑100Ω/□的方块电阻，p‑n结深度为0.5‑0.7μm。该磷源制备方法简单可行，反应条件温和，磷源组分可自由调节，磷源原料易得，制备成本低，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及晶硅太阳能电池制造领域，特别涉及用于晶硅太阳能电池生产磷扩散中一种新型液态旋涂磷源及其制备方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等一些不可再生能源储量的减少，以及人们环保意识的不断增强，在这两大背景下，作为一种取之不尽用之不竭的清洁能能源——太阳能必将得到开发和广泛应用。磷扩散工艺是制备n型半导体的主要工艺之一，而磷扩散源是磷扩散步骤中的主要原料。在硅基半导体器件制造领域，磷扩散是重要的n型掺杂技术，可用在p型硅基体上制备p-n结器件。同时在n型双面晶硅太阳能电池制备技术中，磷扩散制备背表面场也是非常重要的工艺之一。

目前，大部分电池产线采用三氯氧磷(POCl₃)气相反应磷扩散制程，一般采用的是氮气携带POCl₃带入管式炉，在高温下三氯氧磷与氧气发生化学反应形成五氧化二磷(P₂O₅)并附着在硅片表面，P₂O₅在高温下与硅单质发生置换反应，生成单质磷和二氧化硅，单质磷则在温度的驱使下扩散到硅片中。这种扩散源的优点是扩散工艺成熟、生产效率高、扩散均匀性好等。但也存在着很多不利因素，POCl₃为剧毒化学品，极易吸潮水解，对环境污染严重。随着政府对企业环保的要求不断提高，企业迫切需要一种可以替代该产品的扩散源。同时POCl₃扩散具有很大的局限性，使用POCl₃扩散会使硅片两面都被扩散进磷，在一些需要双面扩散(一面扩磷，一面扩硼)的器件中，使用POCl₃就无法实现。公开号为CN10337558A的发明专利申请文件中公开了一种采用离子注入的方法对n型晶硅双面光伏电池背光面进行磷重掺的工艺。该工艺使用离子注入在n型电池衬底的背光面注入磷源，离子束能量在8-15KeV，离子注入量为1*10¹⁵～7*10¹⁵cm^-2，然后退火形成背场。其优点是省去双面光伏电池现有工艺中的多次扩散和掩膜的过程，能够得到理想的杂质分布。缺点是设备昂贵，成本高，高能离子轰击硅片时会导致晶格破坏，从而造成损失，必须经过加温退火工艺才能恢复晶格的完整性。

旋涂磷扩散的特点是可以采用旋转涂布的方式在硅片表面形成一种厚度均匀的薄膜材料，并通过高温扩散的方法将杂质掺杂到硅片中。旋涂扩散工艺简单，设备价格低廉，液态旋涂磷扩散源必须具有以下基本性质：1)结构简单、安全无毒、易于大量合成、成本低、稳定性好：2)可均匀分散于溶剂中，成膜性能好。状态稳定的聚乙烯醇磷酸酯化物可具备这些性质。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提出了一种适用于旋涂磷扩散制程的聚乙烯醇磷酸酯液态磷源，它是以聚乙烯醇和磷酸为原料，水和丙二醇甲醚为溶剂、尿素为催化剂进行酯化反应制备，其结构如下：

为达到上述目的，本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一、聚乙烯醇磷酸酯液态磷源的制备方法：

步骤1)制备聚乙烯醇磷酸酯溶液

步骤2)制备聚乙烯醇磷酸酯液态磷源