[发明专利]一种用于制造太阳电池的硅片磷扩散吸杂工艺

说明书

技术领域

本发明涉及硅太阳电池制造技术领域，尤其涉及一种用于制造太阳电池的硅片磷扩散吸杂工艺。

背景技术

进入21世纪以来，随着一次能源的逐渐枯竭以及对能源需求的日益增加，人类面临越来越严重的能源危机。可再生能源的开发和利用成为了解决人类能源危机的希望。所有可再生能源中，太阳能是一种分布广泛、用之不竭的清洁能源，具有很大的应用前景。太阳电池是一种将太阳能转化为电能的半导体器件，它们在将太阳能转化为电能时不产生任何污染。因而，太阳电池的开发和利用成为世界范围内的研究热点。

目前，晶体硅是最主要的太阳电池材料，市场份额在80％-90％左右。而高成本仍然是制约硅太阳电池广泛应用的一个主要因素。降低硅材料成本以及制造成本、提高太阳电池转化效率是降低硅太阳电池发电成本的两个途径。

降低硅原料成本的途径之一就是使用品质较差的硅原料，但由低品质原料制造的单晶或多晶硅片电学性能较差，表现为少子寿命较低或扩散长度较小。如果没有有效的手段提高此类硅片的电学性能，所得到的太阳电池转化效率会比较低，综合发电成本不能得到有效的降低。由低质量原料制造的硅片电学性能较差的原因是它们体内含有较高密度的杂质，尤其是过渡族金属杂质(S.Martinuzzi，I.Perichaud，C.Trassy，and J.Degoulange，Progress in Photovoltaics 17，297，2009)。

吸杂是一种减少硅片体内杂质含量的有效方法，而磷吸杂和铝吸杂是两种研究和应用较多的吸杂工艺。其中，由于良好的工艺兼容性，磷吸杂工艺在太阳电池制造中得到广泛的关注。对于高质量原料制造的硅片，磷吸杂可以进一步改善电学性能，从而得到更高效率的太阳电池。

磷吸杂的机理可以解释为金属杂质在磷扩散层中溶解度的提高、硅自间隙原子注入促进杂质扩散以及表面区域位错网络的形成促进杂质原子在表面层的捕获。吸杂过程可以分为三个步骤：杂质的释放、扩散以及在吸杂层的捕获。从热力学和动力学的角度考虑，温度越高越有利于杂质的释放以及扩散，而杂质在吸杂层以及硅基体之间的分凝系数却随着温度升高而降低(J.S.Kang and D.K.Schroder，Journal of Applied Physics 65，2974，1989)。由于这两个因素的限制，使得900℃左右是一个吸杂的最佳温度。

但这种吸杂工艺对于一些沉淀态的金属杂质吸杂效果不够理想，或者难以将这些沉淀溶解，或者吸杂过程需要很长的时间才能完成。对于目前关注越来越多的制备太阳电池的低质量的高级金属硅(UMG)材料来说，本身金属杂质含量偏高，在原生硅片中就有可能含有金属沉淀，如果采用常规的磷扩散吸杂工艺就不能有效地减少金属杂质对太阳电池电学性能的影响。

发明内容

本发明提供了一种用于制造太阳电池的硅片磷扩散吸杂工艺，解决了现有工艺不能有效减少低品质硅材料中金属杂质的问题。

一种制造太阳电池用硅片的磷扩散吸杂工艺，包括以下步骤：

将磷源涂布在硅片表面，在保护气氛围下，将硅片置于800～1050℃下保温10～60分钟，接着将硅片置于600～800℃下保温20～90分钟，冷却后除去磷硅玻璃层。

优选地，所述的磷源涂布在硅片表面的方法一般为旋涂或喷涂。

硅片表面涂布磷源后，可根据磷源性质，在100～200℃预烘培10～20min，让多余有机物挥发。

磷源可以选用三甲基磷[(CH₃)₃P]、三乙基磷[(C₂H₅)₃P]、二乙基氢化磷[(C₂H₅)₂PH]等，也可以市售产品，如Honeywell公司的p-854等。

一种制造太阳电池用硅片的磷扩散吸杂工艺，包括以下步骤：

(1)在保护气通入POCl₃鼓泡产生的气体氛围下，将硅片置于800～1050℃下保温10～60分钟；

(2)在保护气氛围或步骤(1)所述的气体氛围下，将硅片置于600～800℃下保温20～90分钟；

(3)冷却，除去磷硅玻璃层。

所述的保护气可以为氩气、氧气、氮气或空气，扩散炉不须密闭系统，保护气气压为一个大气压左右。

除去磷硅玻璃层所采用试剂为氢氟酸。

本发明工艺采用变温吸杂的方式，结合高温易将杂质溶解释放、在较低温度易使其有效地被吸杂层捕获的优点，能有效地降低硅基体中金属杂质的含量，提高太阳电池的光转化效率。