專利名稱：一種晶體硅片及其擴散方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體硅片及其擴散方法，該晶體硅片可用來制備太陽能電池片，屬于太陽電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
常規(guī)的化石燃料日益消耗殆盡，在現(xiàn)有的可持續(xù)能源中，太陽能無疑是一種最清潔、最普遍和最有潛力的替代能源。目前，在所有的太陽能電池中，晶體硅太陽能電池是得到大范圍商業(yè)推廣的太陽能電池之一，這是由于硅材料在地殼中有著極為豐富的儲量，同時硅太陽能電池相比其他類型的太陽能電池，有著優(yōu)異的電學(xué)性能和機械性能。因此，晶體硅太陽電池在光伏領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。 目前，常規(guī)的晶體硅太陽電池的生產(chǎn)工藝是從晶體硅片出發(fā)，進行制絨，擴散，絕緣，鍍膜，絲印燒結(jié)。其中，晶體硅片的擴散是太陽電池發(fā)電的關(guān)鍵步驟，擴散結(jié)的特性好壞影響了電池的效率?，F(xiàn)有的擴散方法一般都是通過一步擴散法實現(xiàn)的，即將硅片放入擴散爐中，通入擴散源、載氣等，加熱擴散一段時間即可。然而，上述擴散方法制備的PN結(jié)表面摻雜濃度較高，形成“死層”。以磷擴散為例，N+N/P硅太陽能電池的發(fā)射區(qū)N+是由磷擴散形成的高濃度淺結(jié)區(qū)域，在這種區(qū)域非電活性磷原子處于晶格間隙位置會引起晶格損傷，由于磷原子與硅原子的半徑不匹配，高濃度的磷還會造成晶格失配。在硅太陽能電池表層，少數(shù)載流子的壽命極低，表層吸收的短波光子所產(chǎn)生的光生載流子基本又復(fù)合，此表層稱為“死層”。因而傳統(tǒng)的一步擴散法制備的硅太陽能電池的表面光生載流子復(fù)合嚴重，少子壽命低，短波響應(yīng)差，從而導(dǎo)致電池光電轉(zhuǎn)換效率低。針對上述問題，現(xiàn)有的方法主要有2種一是把擴散后的硅片進行氧化，然后去除其氧化層來去除死層；二是通過調(diào)整擴散工藝來減少死層的產(chǎn)生。然而，第一種方法會增加操作步驟，提高了工藝的復(fù)雜度，相對提高了生產(chǎn)成本，且均勻性難以保證。第二種方法主要是通過調(diào)整一次擴散工藝來制備淺結(jié)電池，降低PN結(jié)的深度(其結(jié)深一般為O. 3微米左右)，但是該方法為了保證一定的方塊電阻值，需要較高的表面摻雜濃度，因而無法真正避免“死層”的存在，同時該方法的工藝難度較大，不易實施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種晶體硅片及其擴散方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種晶體硅片的擴散方法，包括如下步驟
(1)將晶體硅片進行制絨、清洗；
(2)將上述晶體硅片進行恒定源擴散，爐內(nèi)氣氛為攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣，擴散過程中所述攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣的流量均保持不變；
(3)將上述恒定源擴散之后的硅片去除雜質(zhì)玻璃，清洗；(4)將上述硅片進行限定源擴散，擴散過程中只通入氮氣和氧氣，且氮氣和氧氣流量保持不變；
(5)擴散結(jié)束，取出硅片；所述硅片的表面摻雜濃度為IXIO2q 5XIO2qatom/cm3 ;其PN結(jié)的結(jié)深為O. 5 I微米。上文中，所述步驟⑴和(3)為現(xiàn)有技術(shù)。所述步驟(2)中的恒定源擴散是指恒定表面濃度擴散，即在整個擴散過程中，硅片表面濃度NS保持不變，N (x, t) =NSerfc (x/ (2* (Dt) 1/2));式中erfc稱作余誤差函數(shù)，因此恒定源擴散分布符合余誤差分布。所述步驟(4)中的限定源擴散是指雜質(zhì)源限定在硅片表面薄的一層，雜質(zhì)總量Q是常數(shù)。N (X, t) = (Q/ (pDt) 1/2) *exp (_X2/4Dt);式中,exp (_X2/4Dt)是高斯函數(shù),因此限定源擴散時的雜質(zhì)分布是高斯函數(shù)分布。由以上的求解公式，可以看出擴散系數(shù)D以及表面濃度對恒定表面擴散的影響相當(dāng)大。本發(fā)明擴散完成后制得的硅片的表面摻雜濃度為IX 102° 5X 102° atom/cm3 ;因此是一種低表面摻雜濃度的PN結(jié)。上述硅片的表面摻雜濃度的值是通過電化學(xué)ECV測試得到的。上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中，所述攜帶擴散源的氮氣的流量為80(Γ1000sccm，純氮氣的流量為5 20 slm，氧氣流量為300 800 Sccm0例如，當(dāng)擴散為磷擴散時，所述擴散源為磷源。上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中，所述恒定源擴散為變溫擴散，擴散溫度由8400C 860°C降至800°C 820°C，擴散時間為10 30 min。上述技術(shù)方案中，所述步驟⑷中，氮氣流量為廣8 slm，氧氣流量為30(Γ800sccm ;所述限定源擴散為恒溫擴散，擴散溫度為830°C 870°C，擴散時間為2(T80 min。上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)中，所述恒定源擴散之后獲得的硅片的方塊電阻為125 150歐姆/sq。上述技術(shù)方案中，所述步驟(4)中，所述限定源擴散之后獲得的硅片的方塊電阻為60 90歐姆/sq。優(yōu)選的，所述步驟(5)得到的硅片的表面摻雜濃度為2X102。 3X102° atom/cm3 ；其PN結(jié)的結(jié)深為O. 6 O. 8微米。本發(fā)明同時請求保護由上述擴散方法制得的晶體硅片。上述技術(shù)方案中，所述晶體硅片的表面摻雜濃度為IX 102°飛X 102° atom/cm3 ;其PN結(jié)的結(jié)深為O. 5 I微米。優(yōu)選的，所述步驟(5)得到的硅片的表面摻雜濃度為2X102° X IO20 atom/cm3 ；其PN結(jié)的結(jié)深為0. 6 0. 8微米。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點
I.本發(fā)明開發(fā)了一種新的晶體硅片的擴散方法，由其制得的硅片的表面摻雜濃度為I X IO20 X IO20 atom/cm3，是一種低表面摻雜濃度的PN結(jié)，因而有效的降低了因表面摻雜濃度高導(dǎo)致的“死層”效應(yīng)，減少了表面光生載流子的俄歇復(fù)合，提高少子壽命；對于傳統(tǒng)晶娃太陽能電池可以有效的提聞開路電壓和短路電流，從而可以提聞晶娃太陽能電池的效、率。2.本發(fā)明是一種制備低表面摻雜濃度PN結(jié)的有效方法，由本發(fā)明的擴散方法制得的硅片的PN結(jié)的結(jié)深為O. 5^1微米，其結(jié)深相對較深，結(jié)深對于表面光生載流子的俄歇復(fù)合的影響很小，低表面的摻雜濃度可以最大的發(fā)揮短波響應(yīng)。3.本發(fā)明的擴散方法簡單易行，操作簡單，適于推廣應(yīng)用。


圖I是本發(fā)明實施例一和對比例一種娃片的表面摻雜濃度對比圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述 實施例一
I、一種晶體硅片的擴散方法，包括如下步驟
(1)將晶體硅片進行制絨、清洗；所述晶體硅片為P型多晶硅片，電阻率為1 3Ω- cm；
(2)將上述晶體硅片放入擴散爐中進行恒定源擴散，爐內(nèi)氣氛為攜帶三氯氧磷的氮氣、氧氣和純氮氣，所述攜帶三氯氧磷的氮氣的流量為800 sccm,氧氣流量為600 sccm,純氮氣的流量為10 slm ;所述擴散為變溫擴散，溫度由840°C降至800°C，擴散時間為30min，擴散后方塊電阻為150歐姆/sq ；
(3)將上述恒定源擴散之后的硅片去除磷硅玻璃(PSG)，清洗；
(4)將上述硅片進行限定源擴散，擴散過程中只通入氮氣和氧氣，且氮氣和氧氣流量保持不變；氮氣流量6 slm,氧氣流量為600 sccm,擴散為恒溫擴散，擴散溫度為850°C，擴散時間為30min,擴散后的方塊電阻為67歐姆/sq ；
(5)擴散結(jié)束，取出硅片；所述硅片的表面摻雜濃度為2.5 X IO20 atom/cm3 ;其PN結(jié)的結(jié)深為O. 7微米。
對比例一
采用與實施例一相同晶體硅片，用常規(guī)的一步擴散法進行磷擴散，即將上述硅片放入擴散爐中進行磷擴散，爐內(nèi)氣氛為攜帶三氯氧磷的氮氣、氧氣和純氮氣，其中，所述攜帶三氯氧磷的氮氣的流量為900 sccm,氧氣流量為600 sccm,純氮氣的流量為10 slm,且攜帶三氯氧磷的氮氣、氧氣以及純氮氣的流量均保持不變；擴散溫度為850°C，擴散時間為30min，擴散后的方塊電阻為67歐姆/sq。實施例一和對比例一中的方塊電阻的測試方法為四探針法。然后對實施例一和對比例一中的硅片進行了表面濃度的測試對比。用電化學(xué)微分電容電壓法測得硅片PN結(jié)的磷雜質(zhì)表面摻雜濃度，如圖I所示；從圖I可見對比例一中的一步擴散法擴散的娃片表面摻雜濃度為I. OX 1021atom/cm3,而采用實施例一的擴散法擴散后的娃片表面摻雜濃度為2· 5X 102°cnT3atom/cm3,因而可以明顯的看出，本發(fā)明的擴散法制備的PN結(jié)表面摻雜濃度明顯的降低了。
權(quán)利要求
1.ー種晶體硅片的擴散方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)將晶體硅片進行制絨、清洗； (2)將上述晶體硅片進行恒定源擴散，爐內(nèi)氣氛為攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣，擴散過程中所述攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣的流量均保持不變； (3)將上述恒定源擴散之后的硅片去除雜質(zhì)玻璃，清洗； (4)將上述硅片進行限定源擴散，擴散過程中只通入氮氣和氧氣，且氮氣和氧氣流量保持不變； (5)擴散結(jié)束，取出硅片；所述硅片的表面摻雜濃度為IXIO2q 5XIO2q atom/cm3 ;其PN結(jié)的結(jié)深為O. 5 I微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體硅片的擴散方法，其特征在干所述步驟(2)中，所述攜帶擴散源的氮氣的流量為800 1000 sccm，純氮氣的流量為5 20 slm，氧氣流量為300 800Sccm0
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體硅片的擴散方法，其特征在干所述步驟(2)中，所述恒定源擴散為變溫擴散，擴散溫度由840°C 860°C降至800°C 820°C，擴散時間為10 30 min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體硅片的擴散方法，其特征在干所述步驟(4)中，氮氣流量為廣8 slm，氧氣流量為30(T800 sccm ;所述限定源擴散為恒溫擴散，擴散溫度為8300C 870°C，擴散時間為20 80 min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體硅片的擴散方法，其特征在于所述步驟(2)中，所述恒定源擴散之后獲得的硅片的方塊電阻為125 150歐姆/sq。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體硅片的擴散方法，其特征在干所述步驟(4)中，所述限定源擴散之后獲得的硅片的方塊電阻為6(Γ90歐姆/sq。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體硅片的擴散方法，其特征在于所述步驟(5)得到的硅片的表面摻雜濃度為2X 102° 3X 102° atom/cm3 ;其PN結(jié)的結(jié)深為O. 6 O. 8微米。
8.由權(quán)利要求I至7中任一項所述的擴散方法制得的晶體硅片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶體硅片，其特征在干所述晶體硅片的表面摻雜濃度為1X IO20 5 X IO20 atom/cm3 ;其PN結(jié)的結(jié)深為O. 5 I微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶體硅片，其特征在于所述晶體硅片的表面摻雜濃度為2X IO20 3 X IO20 atom/cm3 ;其PN結(jié)的結(jié)深為O. 6 O. 8微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶體硅片的擴散方法，包括如下步驟(1)將晶體硅片進行制絨、清洗；(2)進行恒定源擴散，爐內(nèi)氣氛為攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣，擴散過程中所述攜帶擴散源的氮氣、氧氣和純氮氣的流量均保持不變；(3)去除雜質(zhì)玻璃，清洗；(4)進行限定源擴散，擴散過程中只通入氮氣和氧氣，且氮氣和氧氣流量保持不變；(5)擴散結(jié)束，取出硅片；所述硅片的表面摻雜濃度為1×1020~5×1020atom/cm3；其PN結(jié)的結(jié)深為0.5~1微米。本發(fā)明的擴散方法有效的降低了因表面摻雜濃度高導(dǎo)致的“死層”效應(yīng)，減少了表面光生載流子的俄歇復(fù)合，提高少子壽命。
文檔編號H01L31/0352GK102737964SQ20121022437
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者張鳳, 李清峰, 王栩生, 章靈軍, 龍維緒 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司, 阿特斯(中國)投資有限公司