一种太阳能电池的pn结制备方法
技术领域
1.本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种太阳能电池的pn结制备方法。
背景技术：2.太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的器件，由于其清洁、无污染，取之不尽，用之不竭，逐渐成为一种重要的发电方式。其原理是利用pn结的光生伏特效应将光能转化成电能。而扩散工序就是形成pn结的重要工序，在p型衬底上扩散n型杂质形成pn结，实现p型和n型半导体的接触。
3.开路电压voc、短路电流isc及填充因子ff是决定光电转换效率的三大重要参数。通常，我们可以通过直接降低三氯氧磷流量的方式减少表面掺杂，提高开路电压及短路电流；但是同时也会导致填充因子的损失，当开路电压和短路电流的增益无法弥补填充因子损失时，效率产生负增益，提效手段遇到瓶颈。目前的磷扩散方法存在如下缺点：pn结结深与表面浓度互相牵制，由于填充因子的负增益，无法进一步降低扩散表面浓度，表面复合较高。
技术实现要素：4.针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种太阳能电池的pn结制备方法，其能够在不影响填充因子或影响较小的情况下，进一步提高短路电流和开路电压，从而提高电池片的转换效率。
5.为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
6.一种太阳能电池的pn结制备方法，包括如下步骤：
7.(1)对硅片进行前氧化，在硅片表面形成二氧化硅氧化层；
8.(2)向置有所述硅片的扩散设备内通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，进行低温扩散；
9.(3)向所述扩散设备中通入第一载气，进行高温推进；
10.(4)所述扩散设备降温，在降温的过程中通入第一载气；
11.所述pn结制备方法还包括如下步骤：
12.(5)所述扩散设备内通入第一载气和氧气，对所述硅片进行氧化；
13.(6)向所述扩散设备中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，以补充携带有磷源的第二载气；
14.其中，步骤(5)和(6)中所述扩散设备的温度低于步骤(3)中所述扩散设备的温度。
15.优选地，步骤(5)中，所述扩散设备的温度为790～810℃，例如790℃、800℃或810℃。
16.优选地，步骤(5)中，氧气的流量为100～300sccm，例如100sccm、150sccm、200sccm、250sccm或300sccm。
17.优选地，步骤(5)中，第一载气的流量为1600～2000sccm，例如1600sccm、
1700sccm、1800sccm、1900sccm或2000sccm。
18.优选地，步骤(5)中，氧气的流量为150～250sccm，例如150sccm、160sccm、170sccm、180sccm、190sccm、200sccm、210sccm、220sccm、230sccm、240sccm或250sccm。
19.优选地，pn结制备方法还包括如下步骤：
20.(7)所述扩散设备降温，在降温的过程中通入第一载气；
21.(8)向所述扩散设备中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，以补充携带有磷源的第二载气；
22.其中，步骤(8)中携带有磷源的第二载气的流量大于步骤(6)中携带有磷源的第二载气的流量。
23.优选地，步骤(6)中，携带有磷源的第二载气的流量为125～145sccm，更优选地为130～140sccm，例如130sccm、132sccm、134sccm、136sccm、138sccm和140sccm。
24.步骤(8)中，携带有磷源的第二载气的流量为160～180sccm，更优选地为165～175sccm，例如165sccm、167sccm、169sccm、170sccm、171sccm、173sccm、或175sccm。
25.优选地，步骤(2)中携带有磷源的第二载气的流量小于步骤(6)或(8)中携带有磷源的第二载气的流量。
26.更优选地，步骤(6)中，在扩散设备的温度为790～810℃的条件下进行降温。降温过程中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，第一载气流量1100～1300sccm，氧气流量为650～850sccm，三氯氧磷流量为125～145sccm，反应时间220～260s；步骤(8)中，在扩散设备的温度为770～790℃条件下进行降温。降温过程中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，第一载气流量为1300～1700sccm，氧气流量为450～650sccm，三氯氧磷流量为160～180sccm，反应时间340～380s。
27.优选地，所述pn结制备方法还包括在补充携带有磷源的第二载气后执行如下步骤：
28.(9)所述扩散设备内通入第一载气和氧气，对硅片进行后氧化；
29.(10)所述扩散设备内通入第一载气和氧气，退火。
30.优选地，步骤(9)中，在扩散设备的温度为700～770℃条件下进行后氧化，第一载气流量为1000～1400sccm，氧气流量为600～1000sccm。更优选地，步骤(9)中扩散设备的温度为720～750℃，进一步为730～740℃，具体为735℃。更优选地，步骤(9)中载气流量为1100～1300sccm，例如1100sccm、1150sccm、1200sccm、1250sccm或1300sccm。更优选地，步骤(9)中氧气流量为700～900sccm，例如700sccm、750sccm、800sccm、850sccm或900sccm。
31.优选地，步骤(10)中，在扩散设备的温度为770～790℃，压力为常压，第一载气流量为2000～4000sccm，氧气流量为1000～2000sccm，时间为1100～1300s。更优选地，步骤(10)中扩散设备的温度为775～785℃。更优选地，步骤(10)中载气流量为2500～3500sccm，例如2500sccm、2800sccm、3000sccm、3200sccm或3500sccm。更优选地，步骤(10)中氧气流量为1200～1800sccm，例如1200sccm、1400sccm、1500sccm、1600sccm或1800sccm。
32.优选地，步骤(1)至(6)、(9)中在90～110mbar的真空压力下进行。
33.优选地，第一载气和第二载气为氮气或惰性气体。
34.优选地，硅片置于扩散设备的炉管内。
35.优选地，所述pn结制备方法具体实施如下：
36.(1)将硅片放入扩散设备的炉管内，在炉管温度790～800℃条件下，在硅片表面形成二氧化硅氧化层。真空压力设置为90～110mbar，向炉管内通入第一载气、氧气，第一载气流量为1300～1700sccm，氧气流量为400～600sccm，持续时间230～270s；
37.(2)温度同步骤(1)，低温扩散。向炉管内通入第一载气、氧气、三氯氧磷，第一载气流量为1200～1500sccm，氧气流量为400～600sccm，三氯氧磷流量持续为100sccm，反应时间80～100s；将各温区温度分别升高5～15℃后，继续反应250～300s
38.(3)在炉管温度820～870℃条件下，高温推进。此过程中向炉管内通入第一载气，第一载气流量为1800～2200sccm，反应时间900～1100s；
39.(4)在炉管温度790～810℃条件下，降温，此过程中向炉管内通入第一载气，第一载气流量为1800～2200sccm，反应时间400～500s；
40.(5)在炉管温度790～810℃条件下，降温并继续氧化。此过程中向炉管内通入第一载气、氧气，第一载气流量为1600～2000sccm，氧气流量为150～250sccm,反应时间350～450s；
41.(6)在炉管温度790～810℃条件下，降温补充携带有磷源的第二载气。此过程中向炉管内通入第一载气、氧气、三氯氧磷，第一载气流量为1100～1300sccm，氧气流量为650～850sccm,三氯氧磷流量为125～145sccm，反应时间220～260s；
42.(7)在炉管温度770～790℃条件下，降温。此过程中向炉管内通入第一载气，第一载气流量1800～2200sccm，反应时间340～380s；
43.(8)在炉管温度770～790℃条件下，降温补充携带有磷源的第二载气。此过程中向炉管内通入第一载气、氧气、三氯氧磷，第一载气流量为1300～1700sccm，氧气流量为450～650sccm,三氯氧磷流量为160～180sccm，反应时间340～380s；
44.(9)在炉管温度700～770℃条件下，后氧化。向炉管内通入第一载气、氧气，第一载气流量为1000～1400sccm，氧气流量为600～1000sccm；
45.(10)在炉管温度770～790℃条件下，退火吸杂。压力为常压，向炉管内通入第一载气、氧气，第一载气流量为2000～4000sccm，氧气流量为1000～2000sccm，时间为1100～1300s。
46.优选地，步骤(1)至(9)中在90～110mbar的真空压力下进行。
47.本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
48.本发明的太阳能电池的pn结制备方法，在通源、高温及恒温推进后向扩散设备中通入载气和氧气，对硅片进行降温氧化，氧化后再补充磷源；在该降温氧化过程中，硅片表面产生二氧化硅作为掩蔽层，在不影响填充因子或影响较小的前提下，降低了硅片的近表面磷浓度，减少载流子在硅片表面的复合，进一步提高短路电流和开路电压，从而在整体上提高了电池片的转换效率。
附图说明
49.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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。
50.图1为根据本发明实施例的一种太阳能电池的pn结制备方法的工艺流程图；
51.图2为本发明的实施例和对比例的pn结曲线对比示意图。
具体实施方式
52.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
53.如图1所示，本发明的太阳能电池的pn结制备方法的工艺流程为：前氧化
→
一次通源
→
二次通源
→
升温推进
→
恒温推进
→
降温
→
降温氧化
→
一次补源
→
降温
→
二次补源
→
后氧化
→
退火吸杂。分阶段的升温推进、恒温推进以及降温推进的实施方式，有益于方阻的均匀性，使得到的硅片方阻的片内、片间均匀性均有较大提升，复合中心减少，从而增加了开压和效率。
54.该pn结制备方法的具体实施如下：
55.(1)将硅片放入扩散设备的炉管内，在炉管温度790～800℃条件下，在硅片表面形成二氧化硅氧化层。真空压力设置为90～110mbar，向炉管内通入氮气(第一载气)、氧气，氮气流量为1300～1700sccm，氧气流量为400～600sccm，持续时间230～270s。
56.(2)温度同步骤(1)，进行低温扩散。此过程中向炉管内通入氮气(第一载气)、氧气、三氯氧磷，氮气流量为1200～1500sccm，氧气流量为400～600sccm，三氯氧磷流量持续为100sccm，反应时间80～100s，即为一次通源；将各温区温度分别升高5～15℃后，继续反应250～300s，即为二次通源。
57.三氯氧磷在高温下(》600℃)分解生成五氯化磷进而五氧化二磷，生成的五氧化二磷在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅和磷原子。生成的五氯化磷是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但是在有氧气的情况下，五氯化磷会进一步分解为五氧化二磷并放出氯气。生成的五氧化二磷又进一步与硅作用，生成二氧化硅和磷原子。由此可见，在磷扩散时，为了促进三氯氧磷充分的分解和避免五氯化磷对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入氧气。在有氧气的存在时，三氯氧磷与氧气反应生成五氧化二磷和氯气。三氯氧磷分解产生的五氧化二磷淀积在硅片表面，五氧化二磷与硅反应生成二氧化硅与磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。
58.第二次通源相对第一次温度较高，在第一次沉积的磷硅玻璃上再沉积相对高浓度的磷源，为后续高温推进做准备。
59.(3)在炉管温度820～870℃条件下，进行高温推进，可以加快磷原子在硅片表面的扩散使其尽可能的全部进入n型部分。此过程中向炉管内通入氮气(第一载气)，氮气流量为1800～2200sccm，反应时间900～1100s。
60.(4)在炉管温度790～810℃条件下，进行降温。此过程中向炉管内通入氮气(第一载气)，氮气流量为1800～2200sccm，反应时间400～500s。
61.(5)在炉管温度790～810℃条件下，继续降温并进行氧化生成二氧化硅，此过程中向炉管内通入氮气(第一载气)、氧气，氮气流量为1600～2000sccm，氧气流量为150～250sccm，反应时间350～450s。此处的二氧化硅作为掩膜，在后续补源时，有效降低表面磷浓度，减少表面复合，提高短路电流和开路电压，从而提高电池片的转换效率。
62.(6)在炉管温度790～810℃条件下，降温并补充磷源。此过程中向炉管内通入氮气
(第一载气)、氧气、三氯氧磷，氮气流量为1100～1300sccm，氧气流量为650～850sccm，三氯氧磷流量为125～145sccm，反应时间220～260s。
63.(7)在炉管温度770～790℃条件下，降温。此过程中向炉管内通入氮气(第一载气)，氮气流量1800～2200sccm，反应时间340～380s。
64.(8)在炉管温度770～790℃条件下，降温补充磷源。此过程中向炉管内通入氮气(第一载气)、氧气、三氯氧磷，氮气流量为1300～1700sccm，氧气流量为450～650sccm,三氯氧磷流量为160～180sccm，反应时间340～380s。
65.(9)在炉管温度700～770℃条件下，后氧化。向炉管内通入氮气(第一载气)、氧气，氮气流量为1000～1400sccm，氧气流量为600～1000sccm。
66.(10)在炉管温度770～790℃条件下，退火吸杂，从而提高扩散掺杂形成pn结质量。压力为常压，向炉管内通入氮气(第一载气)、氧气，氮气流量为2000～4000sccm，氧气流量为1000～2000sccm，时间为1100～1300s。小流量氮气缓慢回压配合大流量氧气，可以起到退火吸杂作用，提高短路电流及开路电压。
67.上述步骤(1)至(10)中，三氯氧磷由第二载气(具体为氮气)携带，三氯氧磷流量具体是携带有三氯氧磷的第二载气的流量。
68.实施例1
69.本实施例对硅片的扩散工序具体参见下表1。
70.表1
[0071][0072]
对比例
[0073]
对比例对硅片的扩散工序具体参见下表2。
[0074]
表2
[0075][0076]
实施例1和对比例制备的硅片的磷浓度分布对比参见图2。图2中，横坐标表示pn结深度，纵坐标表示磷浓度。由图2可看出，当结深在近表面(0～0.03μm)范围内，实施例1制得的硅片的磷浓度低于对比例制得的硅片的磷浓度；随着结深增加，即结深在0.1～0.5μm范围时，实施例1制得硅片的磷浓度高于对比例的硅片的磷浓度，使实施例1的硅片的方阻和对比例的硅片的方阻大体一致。近表面的磷浓度降低可以减少表面复合。
[0077]
电池性能对比
[0078]
选取实施例1和对比例制得的硅片，分别制备为太阳能电池片，对太阳能电池的性能进行测试，测试结果参见表3。
[0079]
表3
[0080] 开路电压/v短路电流/a填充因子/％转换效率实施例10.681710.169281.0322.453对比例0.680210.159781.0522.386
[0081]
根据表3的数据可知，实施例1的上填充因子相比对比例稍微降低了一些，但是短路电流和开路电压的增益可以弥补，没有造成负增益。相反地，采用实施例1制得的硅片的电池片提高了开路电压及短路电流的情况下，对填充因子的影响较小，从而整体上进一步提高了太阳能电池片的转换效率。
[0082]
本实施例的pn结制备的扩散工艺在现有的扩散工艺基础上提出了突破填充因子制约的效率增益解决方法。综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述方法通过对硅片扩散工艺步骤的改进，即在步骤(4)降温后，继续降温并进行氧化，降低了表面磷浓度，减少载流子在硅片表面的复合，提高短路电流和开路电压同时对填充因子的影响较小，从而整体上提高电池片的转换效率。
[0083]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种太阳能电池的pn结制备方法，包括如下步骤：(1)对硅片进行前氧化，在硅片表面形成二氧化硅氧化层；(2)向置有所述硅片的扩散设备内通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，进行低温扩散；(3)向所述扩散设备中通入第一载气，进行高温推进；(4)所述扩散设备降温，在降温的过程中通入第一载气；其特征在于，所述pn结制备方法还包括如下步骤：(5)所述扩散设备内通入第一载气和氧气，对所述硅片进行氧化；(6)向所述扩散设备中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，以补充携带有磷源的第二载气；其中，步骤(5)和(6)中所述扩散设备的温度低于步骤(3)中所述扩散设备的温度。2.根据权利要求1所述的pn结制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述扩散设备的温度为790～810℃，氧气的流量为100～300sccm。3.根据权利要求1或2所述的pn结制备方法，其特征在于，步骤(5)中，第一载气的流量为1600～2000sccm，氧气的流量为150～250sccm。4.根据权利要求1所述的pn结制备方法，其特征在于，pn结制备方法还包括如下步骤：(7)所述扩散设备降温，在降温的过程中通入第一载气；(8)向所述扩散设备中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，以补充携带有磷源的第二载气；其中，步骤(8)中携带有磷源的第二载气的流量大于步骤(6)中携带有磷源的第二载气的流量。5.根据权利要求4所述的pn结制备方法，其特征在于，步骤(6)中，携带有磷源的第二载气的流量为125～145sccm；步骤(8)中，携带有磷源的第二载气的流量为160～180sccm。6.根据权利要求5所述的pn结制备方法，其特征在于，步骤(2)中携带有磷源的第二载气的流量小于步骤(6)或(8)中携带有磷源的第二载气的流量。7.根据权利要求5所述的pn结制备方法，其特征在于，步骤(6)中，在扩散设备的温度为790～810℃的条件下进行降温，降温过程中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，第一载气流量1100～1300sccm，氧气流量为650～850sccm，三氯氧磷流量为125～145sccm，反应时间220～260s；步骤(8)中，在扩散设备的温度为770～790℃条件下进行降温，降温过程中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，第一载气流量为1300～1700sccm，氧气流量为450～650sccm，三氯氧磷流量为160～180sccm，反应时间340～380s。8.根据权利要求1、4至7中任一项所述的pn结制备方法，其特征在于，所述pn结制备方法还包括在补充携带有磷源的第二载气后执行如下步骤：(9)所述扩散设备内通入第一载气和氧气，对硅片进行后氧化；(10)所述扩散设备内通入第一载气和氧气，退火。9.根据权利要求8所述的pn结制备方法，其特征在于，步骤(9)中，在扩散设备的温度为700～770℃条件下进行后氧化，第一载气流量为1000～1400sccm，氧气流量为600～1000sccm；步骤(10)中，扩散设备的温度为770～790℃，压力为常压，第一载气流量为2000～4000sccm，氧气流量为1000～2000sccm，时间为1100～1300s；和/或，步骤(1)至(6)、(9)
在90～110mbar的真空压力下进行。10.根据权利要求1所述的pn结制备方法，其特征在于，所述pn结制备方法具体实施如下：(1)将硅片放入扩散设备的炉管内，在炉管温度790～800℃条件下，真空压力设置为90～110mbar，向炉管内通入第一载气、氧气，第一载气流量为1300～1700sccm，氧气流量为400～600sccm，持续时间230～270s；(2)温度同步骤(1)，向炉管内通入第一载气、氧气、三氯氧磷，第一载气流量为1200～1500sccm，氧气流量为400～600sccm，三氯氧磷流量持续为100sccm，反应时间80～100s；将各温区温度分别升高5～15℃后，继续反应250～300s(3)在炉管温度820～870℃条件下，此过程中向炉管内通入第一载气，第一载气流量为1800～2200sccm，反应时间900～1100s；(4)在炉管温度790～810℃条件下，降温，此过程中向炉管内通入第一载气，第一载气流量为1800～2200sccm，反应时间400～500s；(5)在炉管温度790～810℃条件下，降温，此过程中向炉管内通入第一载气、氧气，第一载气流量为1600～2000sccm，氧气流量为150～250sccm,反应时间350～450s；(6)在炉管温度790～810℃条件下，降温，此过程中向炉管内通入第一载气、氧气、三氯氧磷，第一载气流量为1100～1300sccm，氧气流量为650～850sccm,三氯氧磷流量为125～145sccm，反应时间220～260s；(7)在炉管温度770～790℃条件下，降温，此过程中向炉管内通入第一载气，第一载气流量1800～2200sccm，反应时间340～380s；(8)在炉管温度770～790℃条件下，降温补充携带有磷源的第二载气。此过程中向炉管内通入第一载气、氧气、三氯氧磷，第一载气流量为1300～1700sccm，氧气流量为450～650sccm,三氯氧磷流量为160～180sccm，反应时间340～380s；(9)在炉管温度700～770℃条件下，向炉管内通入第一载气、氧气，第一载气流量为1000～1400sccm，氧气流量为600～1000sccm；(10)在炉管温度770～790℃条件下，压力为常压，向炉管内通入第一载气、氧气，第一载气流量为2000～4000sccm，氧气流量为1000～2000sccm，时间为1100～1300s。
技术总结本发明公开了一种太阳能电池的PN结制备方法，包括如下步骤：(1)对硅片进行前氧化，在硅片表面形成二氧化硅氧化层；(2)向置有所述硅片的扩散设备内通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，进行低温扩散；(3)向所述扩散设备中通入第一载气，进行高温推进；(4)所述扩散设备降温，在降温的过程中通入第一载气；所述PN结制备方法还包括如下步骤：(5)所述扩散设备内通入第一载气和氧气，对所述硅片进行氧化；(6)向所述扩散设备中通入第一载气、氧气和携带有磷源的第二载气，以补充携带有磷源的第二载气。本发明能够在较小影响填充因子的前提下，提高短路电流和开路电压，从而提高电池片的转换效率。的转换效率。的转换效率。
技术研发人员：王晓蕾 贾静 顾浩 周家将 丁峰 霍佳徐
受保护的技术使用者：苏州腾晖光伏技术有限公司
技术研发日：2022.05.11
技术公布日：2022/11/1
