一种P型晶硅电池的磷掺杂方法与流程

一种p型晶硅电池的磷掺杂方法
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种p型晶硅电池的磷掺杂方法。


背景技术：

2.光伏发电是近年来发展最快的可再生能源技术之一，在光伏发电领域，晶体硅太阳电池占据了全球光伏市场90％以上的份额。高效率晶体硅太阳电池主要融合了先进的掺杂技术、表面钝化技术、陷光技术、电极制造技术等。高效晶硅太阳电池产品目前主要包括背钝化太阳电池(perl和perc的统称)、异质结(hit)太阳电池以及背接触(ibc)太阳电池。
3.在晶硅电池的制造过程中，掺杂元素的分布对光生载流子的传输、收集有着至关重要的影响，直接影响晶硅电池的转换效率。晶硅电池包括以p型晶硅为衬底的p型晶硅电池和以n型晶硅为衬底的n型晶硅电池，其中p型晶硅电池是其中的主流。
4.p型晶硅电池在制造时，首先，在高温环境下，在p型硅片的表面通入n2、o2、pocl3原料进行化学反应，在p型硅片表面形成一层磷硅玻璃，然后向磷硅玻璃中进行磷扩散，形成磷掺杂层即n型层。n型层与p型硅衬底形成pn结。该n型层也叫做发射极。
5.高效电池的发射极应该是选择性发射极，即金属栅线下的发射区(n 区)磷掺杂浓度高，可以减少电池串联电阻，以此提升电池开路电压；非栅线接触范围的发射区(n 区)磷掺杂浓度低，可以减少少数载流子复合，提升电池的短波光谱相应能力，提升短路电流密度。
6.选择性发射极即磷的特定空间分布的实现目前主要有以下几种工艺：
7.1、“一次扩散”工艺，即在扩散工艺中，用掩膜层对扩散进行局部阻挡，在掩膜区形成浅结轻掺杂。这个方法简单，但掩膜可能会影响扩散的均匀性，并且浓扩散与轻扩散的匹配不好掌握。一次扩散后，再掩模进行对掺杂层部分区域进行反刻，制备选择性发射极。
8.2、“两步扩散”工艺，是利用半导体芯片制造中成熟的光刻掩膜技术。先在硅表面做一层氧化硅；旋涂光刻胶，曝光显影后形成电极窗口；将窗口处的氧化硅腐蚀掉；再除去光刻胶，进行扩散，磷元素扩散进入无氧化硅遮挡的的窗口处(也就是今后要做电极的位置)，有氧化硅遮挡的部位，没有磷元素扩散进去。然后再除去晶硅表面所有的氧化硅，对整个硅片表面进行第二次扩散。这样就在电极区域获得深结重扩散区(因为此处是两次扩散，从而扩散浓度高，扩散深度大)，在非电极区域得到浅结轻扩散区。
9.3、磷浆印刷工艺，其在不同位置印刷不同浓度的磷浆并进行扩散。在电极区印刷高浓度磷浆，在非电极区印刷低浓度磷浆。然后采用一次高温扩散来制备选择性发射极。这种方法存在结深不均匀的问题。另外，随后的工艺中要在对应区域印刷电极栅线，所以对准精度的要求比较高。
10.4、激光掺杂工艺，该工艺是在光刻埋栅技术的基础上，利用激光辐射把含磷的表层(一般是磷硅玻璃)作为扩散源，进行选择性掺杂的技术。
11.对于p型晶硅电池来说，其效率受到三个主要参数的影响，分别为n 区的掺杂浓度、n 区的掺杂深度和n 区表面磷浓度。具体来说，当n 区的掺杂浓度较高且厚度较小、n
区的表面磷浓度较低时，能显著减少俄歇复合和shockley-read-hall(srh)复合，使p型晶硅电池实现较高的转化效率。
12.通过以上分析可以看出，目前的工艺和方法无法同时对三个参数实现精确的控制，从而无法实现较高转化效率的p型晶硅电池的制造。


技术实现要素：

13.为了解决上述问题，本发明提供了一种p型晶硅电池的磷掺杂方法，通过在磷掺杂过程中对三个主要参数的精确控制，实现较高转化率的p型晶硅电池的制造。
14.有鉴于此，本发明公开了一种p型晶硅电池的磷掺杂方法，其特征在于，包括步骤
15.基于第一组控制参数对p型晶硅衬底进行第一次低温沉积处理；
16.基于第二组控制参数对p型晶硅衬底进行第二次低温沉积处理。
17.可选的，所述第一组控制参数包括第一控制参数、第二控制参数和第三控制参数，所述基于第一组控制参数对p型晶硅衬底进行第一次低温沉积处理，包括步骤：
18.基于所述第一控制参数对p型晶硅衬底执行所述第一次低温沉积处理的第一阶段处理；
19.基于所述第二控制参数对完成所述第一阶段沉积的p型晶硅衬底执行所述第一次沉积处理的第二阶段处理；
20.基于所述第三控制参数对完成所述第二阶段处理的p型晶硅衬底执行所述第一次低温沉积处理的第三阶段处理。
21.可选的，所述第一控制参数包括：温度为750-800℃，氮气流量为10-15slm，氧气流量为200-300sccm，三氯氧磷流量400-600sccm，沉积时间为3-10分钟；
22.所述第二控制参数包括：氮气流量为10-15slm，氧气流量800-1200sccm，三氯氧磷流量为0，以10℃/min的升温速率升温至650-900℃后维持30-50min；
23.所述第三控制参数包括：氮气流量为10-15slm，氧气流量为0，以10℃/min的降温速率降温至820-850℃。
24.可选的，所述第一控制参数包括：温度为785℃，氮气流量为13slm，氧气流量为250sccm，三氯氧磷流量500sccm，沉积时间为5分钟；
25.所述第二控制参数包括：氮气流量为13slm，氧气流量1000sccm，三氯氧磷流量为0，以10℃/min的升温速率升温至860℃后维持40min；
26.所述第三控制参数包括：氮气流量为13slm，氧气流量为0，以10℃/min的降温速率降温至840℃。
27.可选的，所述第二组控制参数包括第四控制参数、第五控制参数和第六控制参数，所述基于第二组控制参数对p型晶硅衬底进行第二次低温沉积处理，包括步骤：
28.基于所述第四控制参数对完成所述第一次低温沉积处理的p型晶硅衬底执行所述第二次低温沉积处理的第一阶段处理；
29.基于所述第五控制参数对完成所述第一阶段处理的p型晶硅衬底执行所述第二次低温沉积处理的第二阶段处理；
30.基于所述第六控制参数对完成所述第二阶段处理的p型晶硅衬底执行所述第二次低温沉积的第三阶段处理，然后出舟。
31.可选的，所述第四控制参数包括：温度为820～850℃，氮气流量为10-15slm，氧气流量为300-500sccm，三氯氧磷流量为600-1000sccm，维持时间为10-30min；
32.所述第五控制参数包括：氮气流量为10-15slm，氧气流量为800-1200sccm，三氯氧磷流量为0，并维持温度在830-850℃，维持时间10-30min；
33.所述第六控制参数包括：氮气流量为10-15slm，氧气流量为1800-2200sccm，以10℃/min的降温速率降温至680-700℃。
34.可选的，所述第四控制参数包括：温度为840℃，氮气流量为13slm，氧气流量为400sccm，三氯氧磷流量为800sccm，维持时间为20min；
35.所述第五控制参数包括：氮气流量为13slm，氧气流量为1000sccm，三氯氧磷流量为0，并维持温度在840℃，维持时间20min；
36.所述第六控制参数包括：氮气流量为13slm，氧气流量为2000sccm，以10℃/min的降温速率降温至700℃。
37.从上述技术方案可以看出，本发明提供了一种p型晶硅电池的磷掺杂方法，该磷掺杂方法应用于低温沉积设备，用于对置于其内的p型晶硅衬底进行处理，具体过程为首先基于第一组控制参数对p型晶硅衬底进行第一次低温沉积处理；然后基于第二组控制参数对p型晶硅衬底进行第二次低温沉积处理。第一次低温沉积可以形成n

区所需的掺杂分布，第二次低温沉积处理可以控制n

区磷浓度和深度，即可以实现对于转化率息息相关的三个主要参数的精确控制，从而实现了较高转化率的p型晶硅电池的制造。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本技术实施例的一种p型晶硅电池的磷掺杂方法的流程图；
40.图2为磷浓度分布图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.图1为本技术实施例的一种p型晶硅电池的磷掺杂方法的流程图。
43.参照图1所示，本实施例提供的磷掺杂方法应用于p型晶硅电池的制备过程中，用于实现对p型晶硅衬底进行磷掺杂，使最终制备的组件具备较高的转化效率，该磷掺杂方法应用于低温沉积设备内，具体过程包括如下步骤：
44.s1、基于第一组控制参数对p型性晶硅衬底进行第一次低温沉积处理。
45.通过第一次低温沉积处理，再结合返刻可以形成n 区所需的掺杂分布。这里的第一控制参数包括温度、氮气流量、氧气流量、三氯氧磷流量和时间等，这里的温度包括环境
温度、温度变化速度等，时间包括沉积时间和推进时间等。具体通过如下步骤实现第一次低温沉积处理：
46.步骤一、将低温沉积设备的内环境的温度控制在750-800℃，氮气流量为10-15s lm，氧气流量为200-300sccm，三氯氧磷流量400-600sccm，沉积3-10mi n；
47.步骤二、在完成沉积3-10mi n后，继续保持氮气流量为10-15s l m，氧气流量800-1200sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/mi n的升温速率升温至650-900℃，并维持30-50mi n；
48.步骤三、继续保持氮气流量为10-15s lm，停止氧气流量，以10℃/mi n的降温速率降温至820-850℃。
49.通过以上步实现一次低温低流量的三氯氧磷沉积，再用高温推进的方式以耗尽psg内磷的含量，保证掺杂磷的含量足够低，通过长时间的高温推进以形成高斯曲线分布的磷参杂曲线，从而保证降低的复合电流，以此作为非电极区的掺杂曲线。
50.s2、基于第二组控制参数对p型性晶硅衬底进行第二次低温沉积处理。
51.即将经过第一次低温沉积处理的p型晶硅进行第二次低温沉积处理，然后出舟。这样可以控制n

区的磷浓度和深度，为在电极区与电极形成良好的欧姆接触创造良好的基础。
52.这里的第一控制参数包括温度、氮气流量、氧气流量、三氯氧磷流量和时间等，这里的温度包括环境温度、温度变化速度等，时间包括沉积时间和推进时间等。具体通过如下步骤实现第二次低温沉积处理：
53.步骤一、将低温沉积设备内环境的氮气流量控制在10-15slm，氧气流量控制在300-500sccm，三氯氧磷流量控制在600-1000sccm，沉积10-30min；
54.步骤二、保持氮气流量为10-15slm，氧气流量800-1200sccm，停止三氯氧磷流量，维持温度在830-850℃，经行10-30min；
55.步骤三、保持氮气流量为10-15slm，氧气流量为1800-2200sccm，以10℃/min的降温速率降温至680-700℃再出舟。
56.通过以上处理可以增加表面磷的掺杂浓度以保证电极区形成良好的欧姆接触，而此层较浅，通过返刻很容易去除，从而保证非电极区任保留第一次低温沉积高温推进下的磷掺杂曲线。而最后需要降低温度至700℃再出舟，期间持续通氧气，具有吸杂效果，能将硅片体内靠近表面的金属离子杂质等析出到psg里而被去除。
57.从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种p型晶硅电池的磷掺杂方法，该磷掺杂方法应用于低温沉积设备，用于对置于其内的p型晶硅衬底进行处理，具体过程为首先基于第一组控制参数对p型晶硅衬底进行第一次低温沉积处理；然后基于第二组控制参数对p型晶硅衬底进行第二次低温沉积处理。第一次低温沉积可以形成n

区所需的掺杂分布，第二次低温沉积处理可以控制n

区磷浓度和深度，即可以实现对于转化率息息相关的三个主要参数的精确控制，从而实现了较高转化率的p型晶硅电池的制造。
58.基于以上实施例，本技术还提供如下具体实施方式：
59.步骤一、第一次低温沉积，温度控制在785℃，氮气流量为13slm，氧气流量为250sccm，三氯氧磷流量500sccm，沉积5min；
60.步骤二、保持氮气流量为13slm，氧气流量1000sccm，停止三氯氧磷流量，以10℃/
min的升温速率升温至860℃，维持40min的第一次推进；
61.步骤三、保持氮气流量为13slm，停止氧气流量，以10℃/min的降温速率降温至840℃，经行第二次低温沉积；
62.步骤四、第二次低温沉积，此时温度保持在840℃，氮气流量控制在13slm，氧气流量控制在400sccm，三氯氧磷流量控制在800sccm，沉积20min；
63.步骤五、保持氮气流量为13slm，氧气流量1000sccm，停止三氯氧磷流量，维持温度在840℃，经行20min的第二次推进；
64.步骤六、保持氮气流量为13slm，氧气流量为2000sccm，以10℃/min的降温速率降温至700℃再出舟。
65.经过上述流程的处理，可以实现较高转化率的p型晶硅电池的制造，其与传统扩散方法相对比的磷浓度分布图如图2所示。
66.对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
67.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
68.尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
69.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
70.以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。