專利名稱：一種用于太陽電池制造的硅片快速熱處理磷擴散吸雜工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅太陽電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于太陽電池制造的硅片快 速熱處理磷擴散吸雜工藝。
背景技術(shù)：
進入21世紀以來，隨著一次能源的逐漸枯竭以及對能源需求的日益增加，人類面 臨越來越嚴重的能源危機?？稍偕茉吹拈_發(fā)和利用成為了解決人類能源危機的希望。所 有可再生能源中，太陽能是一種分布廣泛、用之不竭的清潔能源，具有很大的應(yīng)用前景。太 陽電池是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件，它們在將太陽能轉(zhuǎn)化為電能時不產(chǎn)生任 何污染。因而，太陽電池的開發(fā)和利用成為世界范圍內(nèi)的研究熱點。目前，晶體硅是最主要的太陽電池材料，市場份額在80% -90%左右。而高成本仍 然是制約硅太陽電池廣泛應(yīng)用的一個主要因素。降低硅材料成本以及制造成本、提高太陽 電池轉(zhuǎn)化效率是降低硅太陽電池發(fā)電成本的兩個途徑。降低硅原料成本的途徑之一就是使用品質(zhì)較差的硅原料，但由低質(zhì)量原料制造的 單晶或多晶硅片電學(xué)性能較差，表現(xiàn)為少子壽命較低或擴散長度較小。如果沒有有效的手 段提高此類硅片的電學(xué)性能，所得到的太陽電池轉(zhuǎn)化效率會比較低，綜合發(fā)電成本不能得 到有效的降低。由低質(zhì)量原料制造的硅片電學(xué)性能較差的原因是它們體內(nèi)含有較高密度的 雜質(zhì)，尤其是過渡族金屬雜質(zhì)(S. Martinuzzi，I. Perichaud, C. Trassy, and J. Degoulange, Progress in Photovoltaics 17，297，2009)。吸雜是一種減少硅片體內(nèi)雜質(zhì)含量的有效方法，而磷吸雜和鋁吸雜是兩種研究、 應(yīng)用較多的吸雜工藝。其中，由于良好的工藝兼容性，磷吸雜工藝在太陽電池制造中得到廣 泛的關(guān)注。對于高質(zhì)量原料制造的硅片，磷吸雜可以進一步改善電學(xué)性能，從而得到更高效 率的太陽電池。磷吸雜的機理可以解釋為金屬雜質(zhì)在磷擴散層中溶解度的提高、硅自間隙原子注 入促進雜質(zhì)擴散以及表面區(qū)域位錯網(wǎng)絡(luò)的形成促進雜質(zhì)原子在表面層的捕獲。常規(guī)熱處理 磷吸雜需要比較長的時間，一般為30分鐘到2小時左右，長時間的磷吸雜過程不利于勞動 生產(chǎn)率的提高。并且在很多實驗研究中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)熱處理磷吸雜對于沉淀態(tài)的金屬雜質(zhì)效 果不理想(H. Hieslmair S. A. McHugo, E. R. Weber, Appl. Phys. A =Mater. Sci. Proc. 64，127， 1997 ；A. Bentzen, A. Holt, R. Kopecek, G. Stokkan, J. S. Christensen, and B. G. Svensson, J. Appl. Phys. 99,093509, 2006)，因此有必要尋找更優(yōu)的吸雜制結(jié)工藝。近年來，快速熱處理技術(shù)在太陽電池制造領(lǐng)域正受到越來越廣泛的關(guān)注，相對 于常規(guī)熱處理來說，快速熱處理具有以下優(yōu)點熱處理時間很短，有利于生產(chǎn)率提高；熱 預(yù)算較?。桓吣芄庾哟龠M擴散等等(:R. Singh, S.Sinha，R. P. S. Thakur，and P. Chou, Appl. Phys. Lett. 58，1217，1991)?；诳焖贌崽幚砑夹g(shù)制造的高效太陽電池也已經(jīng)被報 道，說明快速熱處理擴散制結(jié)工藝可以很好的應(yīng)用在太陽電池制造工藝中(MNakatani， S. Karakida,H. Morikawa,S. Arimoto,and Ieee，presented at the 4th World ConferenceonPhotovoltaic Energy Conversion，Waikoloa，HI，2006)0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于快速熱處理用于太陽電池制造的硅片磷擴散吸雜工藝，解 決了現(xiàn)有太陽電池制造用硅片光電轉(zhuǎn)化效率不高的問題。一種用于太陽電池制造的硅片快速熱處理磷擴散吸雜工藝，包括以下步驟將磷源涂布在硅片表面，在保護氣氛圍下，以50 200°C /s的速率將硅片升溫至 800 1050°C，保溫1 lOmin，接著降溫至600 800°C，保溫1 lOmin，冷卻后去除磷硅
玻璃層。
磷源可以選用三甲基磷[(CH3)3PL三乙基磷[(C2H5)3PL二乙基氫化磷[(C2H5)2PH] 等，也可以市售產(chǎn)品，如Honeywell公司的p_854等。硅片表面涂布磷源后，可根據(jù)磷源性質(zhì)，在100 200°C預(yù)烘培10 20min，讓多 余有機物揮發(fā)。優(yōu)選地，所述的保護氣為氬氣、氮氣、氧氣或空氣。優(yōu)選地，所述的降溫速率為50 10°C /s。優(yōu)選地，去除硅玻璃層所采用的試劑為氫氟酸，體積濃度控制在10%左右。本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(1)工藝時間短，基于快速熱處理的吸雜制結(jié)工藝可以在10分鐘以內(nèi)的時間內(nèi)完 成，有利于提高生產(chǎn)率；(2)較小的熱預(yù)算，節(jié)省工藝成本；(3)高能光子促進雜質(zhì)溶解擴散以及吸雜；(4)變溫吸雜工藝的應(yīng)用高溫段熱處理有利于雜質(zhì)溶解，低溫段熱處理有利于雜 質(zhì)分凝吸雜，吸雜效果優(yōu)于常規(guī)恒溫吸雜。


圖1為本發(fā)明工藝溫度與時間關(guān)系曲線圖；圖2為實施例1中硅片吸雜前后經(jīng)擇優(yōu)腐蝕以后的光學(xué)顯微照片；圖3為實施例2中硅片吸雜前后經(jīng)擇優(yōu)腐蝕以后的光學(xué)顯微照片；圖4為實施例3中硅片吸雜前后經(jīng)擇優(yōu)腐蝕以后的光學(xué)顯微照片；圖5為實施例4中原生硅片及吸雜后少子壽命分布圖。
具體實施例方式實施例1(1)取經(jīng)Cu雜質(zhì)沾污的單晶硅片，如圖2(a)所示，體內(nèi)含有點狀銅沉淀，經(jīng)測試少 子壽命約為3μ s;(2)將磷源(p-854，Honeywell)雙面涂布在單晶硅片上，然后在200°C下預(yù)烘培 lOmin，除去多余的有機物；(3)將保護氣(氬氣)通入RTP-300快速熱處理爐，氣壓1個大氣壓左右，將上述 單晶硅片送入爐內(nèi)，爐溫以50°C /s升溫至850°C，保溫3分鐘，然后以50°C /s的速率降溫至650°C，保溫3分鐘，另外取經(jīng)同樣處理的單晶硅片在900°C下恒溫保溫3分鐘，作為對照組，實驗中所選保溫時間均足夠Cu雜質(zhì)由材料體內(nèi)擴散至表面吸雜區(qū)；(4)冷卻，用稀氫氟酸(體積濃度10% )去除磷硅玻璃層。如圖2(c)所示，拋光擇優(yōu)腐蝕后，經(jīng)本發(fā)明方法處理的單晶硅片內(nèi)部幾乎觀察不 到Cu沉淀相關(guān)腐蝕坑，少子壽命由3 μ S提高到大于20 μ S，如圖2 (b)所示，經(jīng)對照處理的 硅片內(nèi)部點狀Cu沉淀轉(zhuǎn)變?yōu)榇笾睆降男菭頒u沉淀，少子壽命仍低于5 μ S。實施例2(1)取經(jīng)Cu雜質(zhì)沾污的單晶硅片，如圖3(a)所示，體內(nèi)含有星狀銅沉淀，經(jīng)檢測少 子壽命約為3μ S;(2)將磷源(p-854，Honeywell)雙面涂布在單晶硅片上，然后在200°C下預(yù)烘培 lOmin，除去磷源中的有機物(3)將保護氣(氬氣)通入RTP-300快速熱處理爐，氣壓1個大氣壓左右，將上述 單晶硅片送入爐內(nèi)，爐溫以100°c /s升溫至1000°C，保溫3分鐘，然后以30°C /s的速率降 溫至800°C，保溫3分鐘，另外取經(jīng)同樣處理的單晶硅片在1000°C下保溫3分鐘，作為對照 組，實驗中所選保溫時間均足夠Cu雜質(zhì)由材料體內(nèi)擴散至表面吸雜區(qū)；(4)冷卻，用稀氫氟酸(體積濃度10% )去除磷硅玻璃層。如圖3 (C)所示，拋光擇優(yōu)腐蝕后，經(jīng)本發(fā)明方法處理的單晶硅片內(nèi)部Cu沉淀粒徑 及密度均大幅度降低，少子壽命提高到20 μ s ；如圖3 (b)所示，經(jīng)對照處理的單晶硅片內(nèi)部 Cu沉淀密度略微降低，但大小稍微長大，少子壽命提高到4 μ s左右。實施例3(1)取經(jīng)Cu雜質(zhì)沾污的單晶硅片，如圖4(a)所示，體內(nèi)含有星狀銅沉淀，經(jīng)檢測少 子壽命約為3μ S;(2)將磷源(p-854，Honeywell)雙面涂布在單晶硅片上，然后在200°C下預(yù)烘培 lOmin，除去多余的有機物； (3)將保護氣(氧氣)通入RTP-300快速熱處理爐，氣壓1個大氣壓左右，將上述 單晶硅片送入爐內(nèi)，爐溫以200°C /s升溫至950°C，保溫3分鐘，然后以10°C /s的速率降溫 至700°C，保溫3分鐘，實驗中所選保溫時間均足夠Cu雜質(zhì)由材料體內(nèi)擴散至表面吸雜區(qū)；(4)冷卻，用稀氫氟酸(體積濃度10% )去除磷硅玻璃層。如圖4 (b)所示，拋光擇優(yōu)腐蝕后，經(jīng)本發(fā)明方法處理的單晶硅片內(nèi)部Cu沉淀幾乎 觀察不到，少子壽命提高到26 μ S。實施例4(1)取鑄造多晶硅片，厚度約300微米，經(jīng)檢測少子壽命約為3 μ s，如圖5(a)所 示；(2)將磷源(p-854，Honeywell)雙面涂布在多晶硅片上，然后在200°C下預(yù)烘培 lOmin，除去多余的有機物；(3)將保護氣(氧氣)通入RTP-300快速熱處理爐，氣壓1個大氣壓左右，將上述 多晶硅片送入爐內(nèi)，爐溫以100°c /s升溫至900°C，保溫10分鐘，然后以50°C /s的速率降 溫至700°C，保溫10分鐘；另外取經(jīng)同樣處理的多晶硅片在900°C下保溫20分鐘，作為對照 組；
(4)冷卻，用稀氫氟酸(體積濃度10% )去除磷硅玻璃層。如圖5(c)所示，經(jīng)本發(fā)明處理的多晶硅片的少子壽命由3μ s左右上升到10 μ s 左右；如圖5(b)所示，經(jīng)對照處理的多晶硅片的少子壽命由原來的3μ s左右僅上升到 6 μ s左右。
權(quán)利要求
一種用于太陽電池制造的硅片快速熱處理磷擴散吸雜工藝，包括以下步驟將磷源涂布在硅片表面，在保護氣氛圍下，以50～200℃/s的速率將硅片升溫至800～1050℃，保溫1～10min，接著降溫至600～800℃，保溫1～10min，冷卻后去除磷硅玻璃層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷吸雜工藝，其特征在于所述的保護氣為氬氣、氮氣、氧氣 或空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷吸雜工藝，其特征在于所述的降溫速率為50 10°C/s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于太陽電池制造的硅片磷擴散吸雜工藝，包括以下步驟將磷源涂布在硅片表面，在保護氣氛圍下，以50～200℃/s的速率將硅片升溫至800～1100℃，保溫1～10min，接著降溫至500～800℃，保溫1～10min，冷卻后去除磷硅玻璃層。本發(fā)明工藝時間短、成本低廉，而且吸雜效果好。
文檔編號H01L31/18GK101834224SQ20101013347
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者余學(xué)功, 李曉強, 楊德仁 申請人:浙江大學(xué)