一种低方阻晶体硅电池的扩散工艺.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102916086 A (43)申请公布日 2013.02.06 C N 1 0 2 9 1 6 0 8 6 A *CN102916086A* (21)申请号 201210426933.8 (22)申请日 2012.10.31 H01L 31/18(2006.01) H01L 21/223(2006.01) (71)申请人湖南红太阳光电科技有限公司 地址 410205 湖南省长沙市高新开发区桐梓 坡西路586号 (72)发明人姬常晓 刘文峰 (74)专利代理机构长沙正奇专利事务所有限责 任公司 43113 代理人马强 (54) 发明名称 一种低方阻晶体硅电池的扩散工艺

2、 (57) 摘要 本发明公开了一种低方阻晶体硅电池的扩散 工艺。本工艺采用常规扩散炉，通过改变扩散掺杂 浓度分布，制备出比高方阻晶体硅电池效率高的 低方阻电池。该种扩散工艺同样可以降低发射极 的暗饱和电流及前表面复合速率，有利于提高短 路电路和开路电压，而且不会增加其他电池制备 工艺，是一种极具开发价值的扩散技术。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 1/1页 2 1.一种低方阻晶体硅电池的扩散工艺，所述工艺在扩散炉中实现，包括升温扩散步骤， 其特征在于，所述升温扩散步骤分如下三步进

3、行： 1）低温预扩散，在硅片表面沉积一层磷源； 2）升温扩散，促使硅片表面的磷成为活性元素并扩散到硅片内； 3）再次升温扩散，提高扩散掺杂深度。 2.如权利要求1所述的扩散工艺，其特征在于， 所述步骤1）设定的工艺参数如下： 炉内温度为800820；扩散时间为650sec；小氮流量为720880ml/m；大氮流量 为2070025300 ml/m；干氧流量为10801320ml/m； 所述步骤2）设定的工艺参数如下： 炉内温度为830850，扩散时间为1000sec；小氮流量为10801320ml/m；大氮流 量为2034024860ml/m；干氧流量为10801320ml/m； 所述步骤3）

4、设定的工艺参数如下： 炉内温度为845865，扩散时间为400 sec ；小氮流量为9001100 ml/m；大氮流 量为2052025080ml/m；干氧流量为10801320ml/m。 3.如权利要求2所述的扩散工艺，其特征在于， 所述步骤1）设定的工艺参数如下： 炉内温度为810；扩散时间为650sec；小氮流量为800ml/m；大氮流量为23000ml/m； 干氧流量为1200 ml/m； 所述步骤2）设定的工艺参数如下： 炉内温度为840，扩散时间为1000sec；小氮流量为1200ml/m；大氮流量为22600ml/ m；干氧流量为1200 ml/m； 所述步骤3）设定的工艺参数如

5、下： 炉内温度为855，扩散时间为400 sec ；小氮流量为1000 ml/m；大氮流量为 22800ml/m；干氧流量为1200 ml/m。 4.如权利要求1至3任一项所述的扩散工艺，其特征在于，所述低方阻为55 65/。 5.如权利要求1至3任一项所述的扩散工艺，其特征在于，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13cm，厚度在180200um。 权 利 要 求 书CN 102916086 A 1/4页 3 一种低方阻晶体硅电池的扩散工艺 技术领域 0001 本发明属于晶体硅电池的制备工艺中的扩散加工领域，具体涉及一种能够增大扩 散炉工艺调节空间，降低对设备性能

6、依赖并提高电池效率的低方阻晶体硅电池的扩散工 艺。 背景技术 0002 目前光伏市场仍以常规晶体硅电池为主，高效结构电池的性价比仍然无法和常规 电池相竞争，提高常规电池的转换效率是所有光伏企业共同的追求。 0003 制备浅结高方阻发射极是提高晶体硅电池转换效率的重要途径，该种工艺不仅可 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。高方阻银浆开发成功，已解决串联电阻过大和发射极易烧穿问题，提高发射极的方 块电阻已成为提高电池效率的重要手段。对于多晶硅电池来说，目前方阻可普遍性提高至 8590/。 0004 但是该种高方阻发射极对扩散炉性能的依赖度很大

7、，方块电阻的不均匀度很高， 极易造成p-n结漏电，也不易于降低发射极的暗饱和电流，很难通过工艺调节改变这一难 题。方阻越高，工艺调节的空间越小。常规低方阻发射极的表面浓度比较大，但是p-n结深 度不大，不利于提高短波光谱响应和开路电压。二者可以简单地通过一步恒温扩散或两步 变温扩散方式制备，方阻越高，对设备的依赖越严重，均匀性越差，直接制约电池效率的提 高。 发明内容 0005 本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种低方阻晶体硅电池的扩散工艺。 0006 为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为： 所述低方阻晶体硅电池的扩散工艺，该工艺在扩散炉中实现，包括升温扩散步骤，该升 温扩散步骤分如下三

8、步进行： 1） 低温预扩散，在硅片表面沉积一层磷源； 2） 升温扩散，促使硅片表面的磷成为活性元素并扩散到硅片内； 3） 再次升温扩散，提高扩散掺杂深度。 0007 其中，所述步骤1）设定的工艺参数如下： 炉内温度为800820；扩散时间为650sec；小氮流量为720880ml/m；大氮流量 为2070025300 ml/m；干氧流量为10801320ml/m； 所述步骤2）设定的工艺参数如下： 炉内温度为830850，扩散时间为1000sec；小氮流量为10801320ml/m；大氮流 量为2034024860ml/m；干氧流量为10801320ml/m； 所述步骤3）设定的工艺参数如下：

9、 炉内温度均为845865，扩散时间为400 sec ；小氮流量为9001100 ml/m；大氮 说 明 书CN 102916086 A 2/4页 4 流量为2052025080ml/m；干氧流量为10801320ml/m。 0008 优选地，所述步骤1）设定的工艺参数如下： 炉内温度为810；扩散时间为650sec；小氮流量为800ml/m；大氮流量为23000ml/m； 干氧流量为1200 ml/m； 所述步骤2）设定的工艺参数如下： 炉内温度为840，扩散时间为1000sec；小氮流量为1200ml/m；大氮流量为22600ml/ m；干氧流量为1200 ml/m； 所述步骤3）设定的工

10、艺参数如下： 炉内温度为855，扩散时间为400 sec ；小氮流量为1000 ml/m；大氮流量为 22800ml/m；干氧流量为1200 ml/m。 0009 上述低方阻为5565/；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13cm，厚度在180200um。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。 0010 以上的具体参数可根据不同的扩散炉进行调试。 0011 下面结合原理及优点对本发明作进一步说明： 温度越高，扩散速率越大，高温扩散过程起到高温推结的作用，即增加p-n结的深度， 高温扩散同时起到优化发射极n+层深度和浓度的目的。因此，本发明工艺中

11、的升温扩散 步骤分为三步进行：第一步，低温预扩散，在硅片表面形成非活性磷源；第二步，升温扩散， 把第一步形成的磷源扩散进硅片，同时起到扩散形成磷源作用；第三步，再次升温扩散，增 加扩散形成的p-n结深度，同时高温降低前表面浓度。 0012 推结温度和时间需要根据上一步扩散情况调试，本发明通过实际扩散工艺直观性 的演示出来，同时通过实验初步取得一定结果，方阻为60/的多晶硅电池效率比方阻 为75/的高0.1%以上，合格率（Eff16.8%）高20%以上，详细对比数据见表1和表 2。 0013 表1：常规扩散工艺特性表征 表2：本发明扩散工艺特性表征 说 明 书CN 102916086 A 3/4

12、页 5 本发明工艺采用常规扩散炉，采用液态POCl3做磷源；其中，p-n结的方块电阻应当在 5565/，n+层的深度应该在8090nm左右；发射极对烧结温度和银浆的容忍度大 一些，可以采用在硅内扩散深度稍大些的银浆，在一定程度上也降低了对银浆性能的要求。 0014 该种扩散工艺使扩散形成的p-n结加深，扩散掺杂浓度分布的梯度变小；具体表 现在n+层的浓度减小，而且深度增大；在n+层，深度要比浅结高方阻的大很多，而且浓度 梯度要平缓一些。按照常规工艺镀SiNx减反射膜，再印刷烧结形成电池。 0015 总之，本发明工艺放弃目前普遍采用的浅结高方阻路线，尝试采用低方阻的扩散 工艺路线。该种扩散工艺可

13、以降低对扩散炉性能的需求，增大工艺调节的空间；对于多晶硅 电池来说，该种扩散工艺可以提高电池的合格率，降低对硅片性能的需求；该种方案制备的 发射极对烧结温度场稳定性的容忍度比较大，避免像浅结高方阻发射极一样，极易被烧穿。 该种扩散工艺是采用多步升温扩散的工艺，优化扩散掺杂浓度分布，降低发射极的暗饱和 电流，提高短路电流和开路电压。该种扩散工艺制备的发射极的方块电阻比较低，降低了对 设备性能的依赖和扩散掺杂的不均匀度，该种工艺制备的电池不增加任何其他工艺，是一 种比较有开发前景的扩散工艺。 具体实施方式 0016 实施例1 本实施例扩散炉选用中国电子科技集团公司第48研究所的扩散炉，该扩散炉内有五 个加热器，分为五个温区。本扩散工艺是在保持其他工艺步骤不变的前提下进行的，扩散前 三步工艺步骤如下（表3）： 表3： 采用三步升温扩散方式，具体扩散步骤如下： 第一步扩散温度维持在较低水平，反应速率很慢，实现预扩散，在表面沉积磷源。 0017 第二步升温扩散，促进磷源的分解和向硅内的扩散，同时增加表面磷源浓度。 0018 第三步升温过程，起到增加p-n结深度和优化表面掺杂浓度的作用。 0019 三步的扩散工艺参数如下（表4）： 说 明 书CN 102916086 A 4/4页 6 表4： 说 明 书CN 102916086 A