一种低方阻晶体硅电池的扩散工艺.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210426933.8	申请日：	2012.10.31
公开号：	CN102916086A	公开日：	2013.02.06
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H01L 31/18申请公布日:20130206\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H01L 31/18申请日:20121031\|\|\|公开
IPC分类号：	H01L31/18; H01L21/223	主分类号：	H01L31/18
申请人：	湖南红太阳光电科技有限公司
发明人：	姬常晓; 刘文峰
地址：	410205 湖南省长沙市高新开发区桐梓坡西路586号
优先权：
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
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内容摘要

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。

权利要求书

权利要求书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。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800～820℃；扩散时间为650sec；小氮流量为720～880ml/m；大氮流量为20700～25300 ml/m；干氧流量为1080～1320ml/m；所述步骤2）设定的工艺参数如下：炉内温度为830～850℃，扩散时间为1000sec；小氮流量为1080～1320ml/m；大氮流量为20340～24860ml/m；干氧流量为1080～1320ml/m；所述步骤3）设定的工艺参数如下：炉内温度为845～865℃，扩散时间为400 sec ；小氮流量为900～1100 ml/m；大氮流量为20520～25080ml/m；干氧流量为1080～1320ml/m。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。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55～65Ω/□。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1～3Ω·cm，厚度在180～200um。

说明书

说明书一种低方阻晶体硅电池的扩散工艺
技术领域
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
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。
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85～90Ω/□。
但是该种高方阻发射极对扩散炉性能的依赖度很大，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
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。
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。
其中，所述步骤1）设定的工艺参数如下：
炉内温度为800～820℃；扩散时间为650sec；小氮流量为720～880ml/m；大氮流量为20700～25300 ml/m；干氧流量为1080～1320ml/m；
所述步骤2）设定的工艺参数如下：
炉内温度为830～850℃，扩散时间为1000sec；小氮流量为1080～1320ml/m；大氮流量为20340～24860ml/m；干氧流量为1080～1320ml/m；
所述步骤3）设定的工艺参数如下：
炉内温度均为845～865℃，扩散时间为400 sec ；小氮流量为900～1100 ml/m；大氮流量为20520～25080ml/m；干氧流量为1080～1320ml/m。
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。
上述低方阻为55～65Ω/□；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1～3Ω·cm，厚度在180～200um。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。
以上的具体参数可根据不同的扩散炉进行调试。
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。
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60Ω/□的多晶硅电池效率比方阻为75Ω/□的高0.1%以上，合格率（Eff＞16.8%）高20%以上，详细对比数据见表1和表2。
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

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55～65Ω/□，n++层的深度应该在80～90nm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。
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。
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
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。
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。
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。
三步的扩散工艺参数如下（表4）：
表4：

资源描述

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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 。

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