[發明專利]一種應用于硅太陽能電池的擴散工藝

有效

• 申請號: 200710304344.1
• 申請日: 2007-12-27
• 公開（公告）號: CN101217170A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 勵旭東;宋爽;勾憲芳;吳鑫;孫秀菊
• 申請（專利權）人: 北京市太陽能研究所有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L21/223
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐寧

技術領域

本發明涉及一種擴散工藝，特別是關于一種應用于硅太陽能電池的擴散工藝。

背景技術

擴散技術作為單晶硅和多晶硅太陽能電池最重要的工藝，其目的是形成與基底導電類型相反的發射區，從而形成PN結。通常單晶硅和多晶硅太陽能電池采用P型基底，三氯氧磷(POCl₃)液態源擴散，通過一系列化學反應和磷原子擴散過程形成摻磷的N型發射區。一般情況下，擴散溫度設為830～870℃，通源時間20～35分鐘；在高溫過程中，POCl₃通過氮氣(一般稱這部分氮氣為小氮)攜帶進入石英管，同時通入氮氣(一般稱這部分氮氣為大氮)和氧氣。通入氮氣的目的是在爐管中形成正壓而避免外界氣體的進入，并且使擴散更為均勻；氧氣則參與化學反應，也可避免擴散過程對硅片表面的損傷。擴散的效果可由發射區的摻雜曲線來描述，更簡單情況下可用方塊電阻來考察擴散的效果。

光照半導體時產生載流子，當過剩載流子濃度超過半導體中的平衡濃度時，過剩的電子和空穴會通過復合而消失。復合過程實際上是光吸收的逆過程，大致可分為帶間復合、俄歇復合、復合中心復合。在半導體中，三種復合機制往往同時存在，相對而言，在重摻雜半導體中，俄歇復合占優勢。俄歇復合是電子和空穴復合時將多余的能量傳給另一電子或空穴，這種形式并不伴隨發射光子，稱為俄歇復合；獲得能量的另一載流子再將能量以聲子的形式釋放出去，回到原來的能量水平。俄歇復合率大小與摻雜濃度的平方成正比。

太陽能電池對發射區有兩個要求：首先，發射區的摻雜不能過高，即薄層電阻不能太小。如果摻雜濃度過高的話，發射區的俄歇復合會大大增加，在發射區中產生的電子空穴對很容易復合，從而造成電池的短波響應下降；如果摻雜過重的話，甚至會形成磷激活率降低、載流子遷移率很小的“死區”，同時由于帶隙變窄造成電池開路電壓下降，并增強了俄歇復合。其次，發射區特別是其表面的濃度也不能過低。如果發射區濃度較低，即薄層電阻較高，發射區的電阻必然加大，增加了在發射區中向柵線電極運動電流的電阻；而且由于電極與發射區間的導電依靠隧穿效應，電極與發射區的接觸電阻也與摻雜量有關，摻雜越高，接觸電阻越小；如果摻雜過低接觸電阻就會迅速增加，甚至無法形成歐姆接觸。

如上所述，發射區的摻雜濃度要兼顧以上兩種要求。通常，發射區薄層電阻選擇在40～50Ω/□就是這種折衷選擇的結果。但是與100Ω/□以上輕擴散的電池相比，這種常規電池的發射區復合要更多一些，光電流也要更低一些。常規的擴散工藝通常選定在一種溫度進行，擴散過程中溫度不變。如圖1所示，這樣形成的擴散區表面濃度一般為10²⁰cm^-3左右，結深0.4～0.8微米，摻雜曲線通常按余誤差分布。本發明通過一種改進的擴散方法，使摻雜曲線的分布更為合理，降低了發射區的俄歇復合。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種應用于硅太陽能電池的擴散工藝。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種應用于硅太陽能電池的擴散工藝，其擴散步驟主要分為兩步，具體包括：

(1)進行第一次擴散：將硅片放入擴散爐中，同時通入大氮、小氮、氧氣，擴散溫度在800～860℃，時間為15～30分鐘；

(2)將擴散爐溫度升至870～920℃，并將硅片放置10～30分鐘進行再分布；

(3)進行第二次擴散：擴散溫度在870～920℃，時間為1～10分鐘；

(4)擴散過程結束。擴散爐降溫，并將硅片取出。

上述發明的技術方案中，通過調節擴散濃度，調節橫向電阻以及擴散區和柵線間的接觸電阻。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明由于將通常的一步恒定溫度擴散步驟分成了兩步進行，得到了更加優化的發射區摻雜曲線，從而降低了發射區中高摻雜帶來的俄歇復合，可使電池的短路電流提高0.5～1mA/cm²。2、采用本發明方法時，發射區的薄層電阻大小相比于常規方法并沒有發生改變，因此發射區的橫向電阻也不會增加；此外，還可以通過適當工藝進行調整來達到使接觸電阻下降的目的，如適當增加表面摻雜濃度。3、本發明的所有擴散步驟仍是在爐管中連續進行，并未增加工藝的復雜性。

附圖說明

圖1是通常的擴散摻雜曲線

圖2是本發明第一步擴散過程的擴散摻雜曲線同通常的擴散摻雜曲線對比圖

圖3是本發明第二步擴散過程的擴散摻雜曲線同通常的擴散摻雜曲線對比圖

圖4是本發明的擴散摻雜曲線同通常的擴散摻雜曲線對比圖