專利名稱：一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池，也稱光伏電池，是ー種將太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件。由于它是緑色環(huán)保產(chǎn)品，不會引起環(huán)境污染，而且是可再生資源，所以在當(dāng)今能源短缺的情形下，太陽能電池是ー種有廣闊發(fā)展前途的新型能源。其中，制造太陽能電池的核心エ藝是通過磷擴(kuò)散在硅片上形成發(fā)射極，即PN結(jié)，而傳統(tǒng)擴(kuò)散エ藝的流程為:裝硅片進(jìn)爐一氮?dú)夥罩猩郎匾环€(wěn)定溫度一氮?dú)鈹y帯P0CL3+02于加工爐內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散反應(yīng)一降溫出加工爐。而本發(fā)明的發(fā)明人在實(shí)施上述技術(shù)方案時發(fā)現(xiàn)，PN結(jié)是由磷擴(kuò)散形成的高濃度區(qū)域，在這個高濃度區(qū)域中，ー些不活潑的磷處于硅片晶格間隙引起晶格畸變，而且，由于磷和硅原子的半徑不匹配，高濃度的磷還會造成晶格失配，降低多硅片表面少子的壽命，而被娃片表面吸收的短波光子還未能轉(zhuǎn)換成電能就會被復(fù)合掉，從而形成一死層；另外的，若磷擴(kuò)散形成的PN結(jié)不均勻，將會影響后續(xù)PN結(jié)的燒結(jié)。其中，PN結(jié)的均勻性主要體現(xiàn)在PN結(jié)各處的方塊電阻Rsq的均勻性，特性不同的PN結(jié)對應(yīng)不同的燒結(jié)曲線，不同的方塊電阻Rsq也對應(yīng)不同的燒結(jié)溫度，通常采用PN結(jié)方塊電阻為50 80 Q的硅片。請參閱圖1和圖2，圖1是磷擴(kuò)散后硅片表面少子壽命的曲線圖，在圖1中，硅片表面少子的壽命維持在3 6us之間，絕大面積上的少子壽命在4.5us左右，只有少部分少子壽命高于5us ;圖2是磷擴(kuò)散后硅片的方塊電阻的曲線圖，在圖2中，方塊電阻主要分散在50 70 Q之間，在這個范圍內(nèi)，每個值都占有差不多的比例，沒有趨向于一個合適的方塊電阻值，差值比較大?？偟膩碚f，擴(kuò)散形成的PN結(jié)不均勻直接影響燒結(jié)的效果，而在上述技術(shù)方案中，只單純通過P0CL3的流量來保證磷擴(kuò)散后PN結(jié)的均勻性，可操作性不高，如果磷濃度太高又反過來加劇硅片表面死層的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法，通過控制磷在硅片表面擴(kuò)散的速度，改善磷在硅片表面擴(kuò)散的均勻性，從而減少硅片表面形成的死層，提高了硅片表面的少子壽命和磷擴(kuò)散后形成的PN結(jié)的均勻性?！N用于太陽能電池娃片的磷擴(kuò)散控制方法,包括:對硅片進(jìn)行裝片并推進(jìn)加工爐內(nèi)；向所述加工爐中通入氧氣并開始升溫，使所述加工爐內(nèi)的溫度達(dá)到所述硅片可氧化的氧化溫度并停止升溫；讓所述硅片在所述氧化溫度下進(jìn)行氧化，直至所述硅片表面生成一層ニ氧化硅氧化層；
向所述加工爐中通入氮?dú)獠㈤_始降溫，使所述加工爐內(nèi)溫度降至五氧化二磷可沉積的沉積溫度，然后保持所述加工爐內(nèi)所述沉積溫度不變；向所述加工爐內(nèi)通入三氯氧磷、氧氣和氮?dú)?，其中，所述三氯氧磷分解生成五氯化磷和五氧化二磷，所述五氯化磷與所述氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷和氯氣，所述五氧化二磷沉積在所述硅片表面上，并且與所述硅片反應(yīng)生成磷和二氧化硅，所述磷向硅片體內(nèi)擴(kuò)散;向所述加工爐內(nèi)通入過量氧氣并對所述加工爐進(jìn)行升溫，以使得所述三氯氧磷充分分解，并且使得所述磷向所述硅片體內(nèi)推進(jìn)，形成結(jié)深的PN結(jié)；對所述加工爐進(jìn)行降溫，并將加工后的所述硅片從所述加工爐取出。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法，通過先將硅片裝片加入加工爐內(nèi)，往加工爐通入氧氣并將加工爐的溫度升到硅片可氧化的氧化溫度，讓硅片在該氧化溫度下進(jìn)行氧化反應(yīng)，于硅片表面生成一層二氧化硅氧化層，該氧化層具有掩膜作用和保護(hù)作用，可以降低磷擴(kuò)散的速度，減緩磷擴(kuò)散造成的硅片表面晶格的損傷，提高硅片表面少子的壽命；后對加工爐降溫，往加工爐內(nèi)通入三氯氧磷、氧氣和氮?dú)?，三氯氧磷在高溫下分解生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷與氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷和氯氣，五氧化二磷沉積在硅片表面上，與硅片反應(yīng)生成磷和二氧化硅，磷往硅片體內(nèi)開始擴(kuò)散，最后通入過量氧氣讓三氯氧磷充分反應(yīng)，升高加工爐溫度使磷向硅片體內(nèi)推進(jìn)，形成PN結(jié)，而降溫也是為了控制磷擴(kuò)散的速度，減少晶硅格損傷，提高PN結(jié)的均勻性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)方案中傳統(tǒng)工藝磷擴(kuò)散后娃片表面少子壽命的曲線圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)方案中傳統(tǒng)工藝磷擴(kuò)散后硅片的方塊電阻的曲線圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法的實(shí)施例流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法中磷擴(kuò)散后娃片表面少子壽命的曲線圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法中磷擴(kuò)散后硅片的方塊電阻的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明提供了一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法，能夠有效地控制磷擴(kuò)散的速度從而減少硅片表面的死層，提高硅片表面少子的壽命，改善PN結(jié)的均勻性。請參閱圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法的實(shí)施例流程圖。如圖3所示，一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法，包括:310、對硅片進(jìn)行裝片并推進(jìn)加工爐內(nèi)；其中，制造太陽能電池的基礎(chǔ)材料是硅片，其中其重要エ藝之一是磷擴(kuò)散，主要是讓磷在硅片上擴(kuò)散形成PN結(jié)，而作為磷擴(kuò)散的磷源是三氯氧磷，擴(kuò)散過程在加工爐內(nèi)進(jìn)行。320、向所述加工爐中通入氧氣并開始升溫，使所述加工爐內(nèi)的溫度達(dá)到所述硅片
可氧化的氧化溫度并停止升溫；其中，如果磷擴(kuò)散速度太快，容易造成硅片表面晶格損傷，產(chǎn)生死層，降低硅片表面少子的壽命。ニ氧化硅膜具有保護(hù)作用和掩膜作用，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件生產(chǎn)過程中，因此，可以利用ニ氧化硅的掩膜作用降低磷擴(kuò)散的速度，其主要操作是在磷擴(kuò)散前，往加工爐內(nèi)通入氧氣、升高加工爐內(nèi)溫度，使得硅片表層可以氧化，生成ニ氧化硅氧化層。其中硅片可以氧化的溫度較高，加工爐內(nèi)溫度必須達(dá)到硅片可氧化的最低溫度。330、讓所述硅片在所述氧化溫度下進(jìn)行氧化，直至所述硅片表面生成一層ニ氧化硅氧化層；其中，由于硅片雜質(zhì)和缺陷較多，如果長時間處于高溫的環(huán)境下也會對硅片少子的壽命產(chǎn)生不良影響，甚至影響生產(chǎn)產(chǎn)量，所以硅片氧化的氧化時間不能太長，以生成的氧化層起到掩膜作用即可。340、向所述加工爐中通入氮?dú)獠㈤_始降溫，使所述加工爐內(nèi)溫度降至五氧化ニ磷可沉積的沉積溫度，然后保持所述加工爐內(nèi)所述沉積溫度不變；其中，ニ氧化硅氧化層生成后，將加工爐內(nèi)溫度降低，避免溫度過高損傷晶格，同時，給三氯氧磷分解后生成的五氧化ニ磷在硅片上沉積和磷擴(kuò)散速度提供一個更好的溫度環(huán)境。350、向所述加工爐內(nèi)通入三氯氧磷、氧氣和氮?dú)?，其中，所述三氯氧磷分解生成五氯化磷和五氧化ニ磷，所述五氯化磷與所述氧氣反應(yīng)生成五氧化ニ磷和氯氣，所述五氧化ニ磷沉積在所述硅片表面上，并且與所述硅片反應(yīng)生成磷和ニ氧化硅，所述磷向硅片體內(nèi)擴(kuò)散；其中，三氯氧磷是目前磷擴(kuò)散用得較多的一種雜質(zhì)源，具有較高生產(chǎn)效率、得到的PN結(jié)均勻性、平整和擴(kuò)撒表層較為良好。三氯氧磷在高于600°C的溫度下會分解生成五氯化磷和五氧化ニ磷，五氯化磷與過量氧氣中反應(yīng)生成五氧化ニ磷和氯氣，生成的五氧化ニ磷沉積在娃片表面，后與娃反應(yīng)生成ニ氧化娃和磷，在娃片表面形成ー層磷-娃玻璃，然后磷再向硅片體內(nèi)擴(kuò)散。加工爐內(nèi)主要的化學(xué)反應(yīng)如下:5P0CL3 — 3PCL5+P205 ；4PCL5+502 = 2P205+10CL2 f ；2P205+5Si = 4P 丨 +5Si02。其中，三氯氧磷分解時，如果氧氣不充足會造成分解不充分，而生成的五氯化磷是不易分解的化合物，對硅片還有腐蝕作用，破壞硅片表面的狀態(tài)，在氧氣充分的情況下，五氯化磷進(jìn)ー步反應(yīng)生成五氧化ニ磷和氯氣。為了避免硅片被腐蝕，通入氮?dú)馔瑫r也要通入一定流量的氧氣。五氧化二磷與娃反應(yīng)生成二氧化娃和磷，在娃片表面形成一層磷-娃玻璃，然后磷開始向硅片體內(nèi)擴(kuò)散。360、向所述加工爐內(nèi)通入過量氧氣并對所述加工爐進(jìn)行升溫，以使得所述三氯氧磷充分分解，并且使得所述磷向所述硅片體內(nèi)推進(jìn)，形成結(jié)深的PN結(jié)；其中，最后再通入過量氧氣，保證三氯氧磷充分分解，升高加工爐內(nèi)溫度使得磷向娃體內(nèi)推進(jìn)，形成一定結(jié)深的PN結(jié)。370、對所述加工爐進(jìn)行降溫，并將加工后的所述硅片從所述加工爐取出。其中，將硅片取出加工爐，結(jié)束一次磷擴(kuò)散工藝。本發(fā)明實(shí)施例中，先對硅片進(jìn)行高溫預(yù)氧化，生成二氧化硅具有掩膜作用，能減緩磷在硅片的擴(kuò)散速度，后降溫讓五氧化二磷沉積，磷向體內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，最后一次升溫通入氧氣，使得三氯氧磷分解充分，磷更好向硅片體內(nèi)擴(kuò)散，形成結(jié)深的PN結(jié)。另外，硅片氧化的方法很多，本發(fā)明實(shí)施例中優(yōu)選干氧氧化，由于干氧氧化生長的氧化層質(zhì)量較好，結(jié)構(gòu)致密、均勻、掩膜性能強(qiáng)。當(dāng)然，還可以采用其他的氧化方法，比如水汽氧化、分壓氧化、高壓氧化、氫氧合成氧化和濕氧氧化摻氯氧化等，都可以達(dá)到本發(fā)明需要的效果，在此不作限定。磷擴(kuò)散工藝在加工爐內(nèi)進(jìn)行，加工爐可以選擇管式擴(kuò)散爐。硅片氧化需要一定的溫度，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)較為合適的溫度為840°C，氧化的時間大概在15-30分鐘之內(nèi)，只要生成的二氧化硅氧化層的厚度能夠起到掩膜作用就可以，一般最小氧化層厚度為10nm。后續(xù)管式擴(kuò)散爐降溫，由于爐口到爐尾的溫度不一致，控制降溫后的管式擴(kuò)散爐內(nèi)的溫度在780V _800°C之間，尤以790°C為最佳溫度。在最后通入過量氧氣并升溫，使得三氯氧磷充分分解，也使得三氯氧磷分解生成的五氯化磷在氧氣的氛圍中反應(yīng)生成五氧化二磷和氯氣，避免五氯化磷腐蝕娃片，同時也讓磷向娃片體內(nèi)擴(kuò)散形成一定結(jié)深的PN結(jié),一般PN結(jié)的深度在0.15 0.5um之間，PN結(jié)的方塊電阻大概在50 Ω 80 Ω之間。本發(fā)明實(shí)施例中，通過在磷擴(kuò)散之前對硅片進(jìn)行高溫氧化，生成二氧化硅保護(hù)層，后面提供一個合適的溫度讓五氧化二磷沉積在硅片表面，與硅片反應(yīng)生成磷后向硅片體內(nèi)擴(kuò)散，從而提高硅片表面少子的壽命，PN結(jié)較為均勻，請參閱圖4和圖5，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于太陽能電池娃片的磷擴(kuò)散控制方法中磷擴(kuò)散后娃片表面少子壽命的曲線圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法中磷擴(kuò)散后硅片的方塊電阻的曲線圖。從圖4中可以看出，硅片表面少子的壽命普遍得到了提高，維持在5us 24us之間，有50%以上少子壽命維持在IOus以上，19%的少子壽命還在19us以上；而圖5中，80%以上的方塊電阻都在50Ω 60Ω之間，只有少于15%的方塊電阻在這個范圍之外，說明形成的PN結(jié)的均勻性比較好。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法，硅片裝片后推進(jìn)管式擴(kuò)散爐，通入氧氣將管式擴(kuò)散爐溫度升到840°C，進(jìn)行磷擴(kuò)散前硅片高溫氧化，生成最小值為IOnm的二氧化硅保護(hù)層。如果溫度過高會影響磷擴(kuò)散的速度，造成硅片晶格的損傷，所以在磷擴(kuò)散前先將管式擴(kuò)散爐的溫度降下，大概降到780 V 800°C之間，在這個溫度范圍內(nèi)可以有效控制磷擴(kuò)散的速度，使得擴(kuò)散后的PN結(jié)較為均勻，提高硅片表面少子的壽命。在780°C 800°C溫度間，也是三氯氧磷分解后得到的五氧化二磷在液態(tài)環(huán)境下能在硅片表面沉積的一個合適的沉積溫度，沉積在硅片表面的五氧化二磷與硅片反應(yīng)生成二氧化娃和磷,并在娃片表面形成ー層磷-娃玻璃，然后磷再向娃片體內(nèi)擴(kuò)散。由于三氯氧磷分解生成的五氯化磷對硅片有腐蝕作用，所以磷擴(kuò)散エ藝要在氮?dú)夥諊羞M(jìn)行，同時要通入一定流量的氧氣，保證三氯氧磷充分分解，五氯化磷也能在氧氣中反應(yīng)生成五氧化ニ磷和氯氣，防止五氯化磷腐蝕硅片，最后對管式擴(kuò)散爐加溫，讓磷能夠更好向硅片體內(nèi)擴(kuò)散得到一定結(jié)深的PN結(jié)，從而完成一次磷擴(kuò)散エ藝，經(jīng)過該磷擴(kuò)散エ藝加工后的PN結(jié)均勻性較好，也提高了硅片表面少子的壽命。以上對本發(fā)明所提供的一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法，其特征在于，包括: 對硅片進(jìn)行裝片并推進(jìn)加工爐內(nèi)； 向所述加工爐中通入氧氣并開始升溫，使所述加工爐內(nèi)的溫度達(dá)到所述硅片可氧化的氧化溫度并停止升溫； 讓所述硅片在所述氧化溫度下進(jìn)行氧化，直至所述硅片表面生成一層二氧化硅氧化層； 向所述加工爐中通入氮?dú)獠㈤_始降溫，使所述加工爐內(nèi)溫度降至五氧化二磷可沉積的沉積溫度，然后保持所述加工爐內(nèi)所述沉積溫度不變； 向所述加工爐內(nèi)通入三氯氧磷、氧氣和氮?dú)?，其中，所述三氯氧磷分解生成五氯化磷和五氧化二磷，所述五氯化磷與所述氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷和氯氣，所述五氧化二磷沉積在所述硅片表面上，并且與所述硅片反應(yīng)生成磷和二氧化硅，所述磷向硅片體內(nèi)擴(kuò)散； 向所述加工爐內(nèi)通入過量氧氣并對所述加工爐進(jìn)行升溫，以使得所述三氯氧磷充分分解，并且使得所述磷向所述硅片體內(nèi)推進(jìn)，形成結(jié)深的PN結(jié)； 對所述加工爐進(jìn)行降 溫，并將加工后的所述硅片從所述加工爐取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所述氧化溫度為840°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的方法，其特征在于，所述氧化的時間范圍為15-30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所述沉積溫度范圍為780°C 800°C，具體取值為790°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的方法，其特征在于，所述氧化的氧化方法包括干氧化、水汽氧化、分壓氧化、高壓氧化、氫氧合成氧化和濕氧氧化摻氯氧化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅氧化層的厚度為D,所述 D ^ IOnm0
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加工爐為管式擴(kuò)散爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述PN結(jié)的深度范圍為0.15 .0.5um。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種用于太陽能電池硅片的磷擴(kuò)散控制方法，將硅片裝片后推進(jìn)加工爐，往加工爐內(nèi)通入氧氣并升溫，硅片在高溫下氧化生成二氧化硅保護(hù)層，再對加工爐降溫直到五氧化二磷可沉積的溫度，通入三氯氧磷、氧氣和氮?dú)?，三氯氧磷分解生成的五氧化二磷沉積在硅片表面，與硅片發(fā)生反應(yīng)生成磷，然后磷向硅片體內(nèi)擴(kuò)散，最后通入氧氣再升高溫度，使得三氯氧磷能夠充分反應(yīng)，并向硅片體內(nèi)擴(kuò)散形成結(jié)深的PN結(jié)，該方法主要通過對硅片進(jìn)行高溫氧化和低溫沉積，從而有效降低硅片的硅格損傷，提高硅片表面少子的壽命，改善形成的PN結(jié)的均勻性。
文檔編號H01L31/18GK103094410SQ20111035060
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者梁惠玨 申請人:浚鑫科技股份有限公司