一种低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法

专利名称：一种低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法
技术领域：
本发明涉及晶体硅太阳能电池技术领域，特别是涉及一种低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法。
背景技术：
晶体硅太阳能电池是一种把光能直接转换成电能的半导体器件，而形成PN结是晶体硅太阳能电池制作最为关键的工艺步骤。扩散掺杂工艺是一种制备半导体PN结的常用方法，是在高温条件下利用特定杂质扩散现象，将杂质原子引入到半导体中，使半导体在特定区域具有某种导电类型和一定电阻率。对于太阳能电池，整个器件的结构和性能基本上由扩散工艺决定，杂质浓度分布的均勻性对产品的性能及成品率有很大影响。按照使用扩散源的不同，扩散方法可以分为液态源扩散、气态源扩散和固态源扩散。液态源扩散是目前各种半导体器件主要采用的扩散方法，优点是设备简单，操作方便， 利于大规模生产，缺点是源温和携源气体会影响杂质蒸汽的含量，重复性和均勻性一般，表面掺杂浓度不能大范围调节。气态源扩散的缺点和液态源扩散类似，并且这两种扩散方法使用的扩散源大多有毒或易燃易爆(例如PH3、AsH3、P0C13和B(CH3O)3)，存在一定的安全隐患。相对于其他两种扩散方法，固态源扩散工艺的重复性和均勻性好，能比较方便的控制表面浓度和PN结深，表面状态良好，扩散层的晶格缺陷少，安全无毒。但是，由于一般片状固态源的直径较小，经高温过程后容易翘曲形变，不能满足硅器件和集成电路芯片日益增大的需要，因而目前扩散工艺多数仍采用液态源。此外，现有的固态源使用不便，工艺前必须进行活化处理，而且使用寿命较短。以片状氮化硼陶瓷扩散源为例，扩散前必须进行一次活化处理，具体做法是在扩散温度下通氧一段时间，使表层氮化硼与氧反应生成氧化硼后才能进行扩散工艺。随着扩散的进行，氮化硼扩散源表面的氧化硼被消耗，渐渐地难以得到均勻的硼扩散。因此，必须在一定时间后进行硼扩散源的再氧化处理，在表面重新生成氧化硼，这种再氧化处理费时费力并且增加成本。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种新型的晶体硅太阳能电池的扩散方法，该方法采用一种使用方便、控制精度高、寿命长、使用多次后无形变的片状固态平面扩散源向待扩散硅片进行掺杂元素扩散，具有成本低、扩散工艺简单的优点。本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为一种低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，该方法包括如下步骤首先用单晶炉生长重掺杂单晶硅棒或用多晶炉生长重掺杂多晶硅铸锭，该单晶硅棒或多晶硅铸锭中掺杂元素的原子百分比含量为0. 6%，将该单晶硅棒或者多晶硅铸锭切割成硅片作为固态扩散源；然后将该扩散源硅片与待扩散硅片放置在扩散炉内，保持扩散源硅片的横截面与待扩散硅片的横截面相互平行，并且相互接触或者有一定间距；最后加热扩散炉，使扩散源硅片中的掺杂元素在真空或氮气氛围保护下扩散到待扩散硅片中。所述的扩散源硅片的横截面和待扩散硅片的横截面之间的间距优选为Omm 20mmo所述的扩散源硅片的横截面积优选等于或略大于待扩散硅片的横截面积。所述的扩散源硅片的厚度优选为0. 2mm 20mm。所述的扩散温度优选为800°C 1200°C。所述的扩散时间优选为30分钟 300分钟。所述的扩散硅片为P型时，所述的掺杂元素优选为磷、砷或者锑。所述的扩散硅片为N型时，所述的掺杂元素优选为硼或者镓。与现有技术相比，本发明一种低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法利用特定重掺杂的片状硅作为固态扩散源，使其中的掺杂元素扩散到与之相接触或相接近的待扩散硅片中，在待扩散硅片表面形成PN结。由于该固态扩散源无毒、无污染，除了具有现用片状固态源的所有优点外，还有使用方便、控制精度高、寿命长、使用多次后无形变、经过简单清洗后可以重复再利用、适合大直径片的扩散工艺等优点，因此，本发明的扩散方法能够简化晶体硅太阳能电池的制造工艺，提高产品质量以及降低制造成本，在晶体硅太阳能电池领域具有重要产业化前景。除此之外，本发明的扩散方法还可用于分立电子器件和功率半导体的扩散工艺。


图1是本发明实施例1中扩散源硅片与待扩散硅片在管式炉中的纵剖图；图2是本发明实施例2中扩散源硅片与待扩散硅片在真空高温炉中的纵剖图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。图1是本发明实施例1中扩散源硅片与待扩散硅片在管式炉中的纵剖图，即沿扩散源硅片或扩散硅片厚度方向的剖面图。图2是本发明实施例2中扩散源硅片与待扩散硅片在高温炉中的纵剖图，即沿扩散源硅片或扩散硅片厚度方向的剖面图。其中的附图中的标记为扩散源硅片1、待扩散硅片2、扩散源硅片的厚度3、石英舟4。实施例1 1、扩散源硅片的制备使用多晶铸锭炉铸锭出磷原子百分比含量为0. 5%的多晶硅锭，经切片成磷重掺杂的多晶硅片作为扩散源硅片1，该扩散源硅片的厚度3为0. 5mm ；2、加热保温扩散将扩散源硅片1和P型待扩散硅片2按图1所示垂直放在石英舟4上，然后置入管式炉内，扩散源硅片1的横截面和待扩散硅片2的横截面之间的间距为5mm，管式炉内充入氮气，加热管式炉使炉内温度达到950°C，保温扩散100分钟；
3、缓慢降温在氮气保护下以5°C /分钟的速度缓慢降温到650°C，然后将扩散源硅片1和待扩散硅片2取出并自然冷却到室温。实施例2 1、扩散源硅片的制备使用单晶炉生长硼原子百分比含量为2%的重掺杂单晶硅棒，将该单晶硅棒切割成硅片作为扩散源硅片1，该扩散源硅片的厚度3为Imm ；2、加热保温扩散将扩散源硅片1和N型待扩散硅片2按图2所示，两横截面相互接触水平叠放置入真空高温炉内，对高温炉抽真空并加热，使炉内温度达到1100°c，保温扩散150分钟；3、缓慢降温以5°C /分钟的速度缓慢降温到650°C，然后将扩散源硅片1和待扩散硅片2取出并自然冷却到室温。
权利要求
1.一种低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征是该方法包括如下步骤首先用单晶炉生长重掺杂单晶硅棒或用多晶炉生长重掺杂多晶硅铸锭，该单晶硅棒或多晶硅铸锭中掺杂元素的原子百分比含量为0. 6%，将该单晶硅棒或者多晶硅铸锭切割成硅片作为固态扩散源；然后将该扩散源硅片与待扩散硅片放置在扩散炉内，保持扩散源硅片的横截面与待扩散硅片的横截面相互平行，并且相互接触或者有一定间距；最好加热扩散炉，使扩散源硅片中的掺杂元素在真空或氮气氛围保护下扩散到待扩散硅片中。
2.根据权利要求1所述的低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征是所述的扩散源硅片的横截面和待扩散硅片的横截面的间距为Omm 20mm。
3.根据权利要求1所述的低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征是所述的扩散源硅片的横截面积等于或略大于待扩散硅片的横截面积。
4.根据权利要求1、2或3所述的低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征是所述的扩散源硅片的厚度为0. 2mm 20mm。
5.根据权利要求1、2或3所述的低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征是所述的扩散温度为800°C 1200°C。
6.根据权利要求1、2或3所述的低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征是所述的扩散时间为30分钟 300分钟。
7.根据权利要求1、2或3所述的低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征是所述的待扩散硅片为P型时，所述的掺杂元素为磷、砷或者锑。
8.根据权利要求1、2或3所述的低成本晶体硅太阳能电池的扩散方法，其特征是所述的待扩散硅片为N型时，所述的掺杂元素为硼或者镓。
全文摘要
本发明公开了一种低成本晶体硅太阳能电池扩散方法，该方法首先使用单晶炉或多晶炉生长掺杂元素的原子百分比含量为0.1％～6％的重掺杂单晶硅棒或多晶硅铸锭，将其切割成硅片作为固态扩散源；然后将该扩散源硅片与待扩散硅片放置在扩散炉内，保持扩散源硅片与待扩散硅片横截面相互平行，并且相互接触或有一定间距；最后加热扩散炉，使扩散源硅片中的掺杂元素在真空或氮气氛围中扩散到待扩散硅片中。与现有技术相比，本发明中的固态扩散源无毒、无污染，使用方便、控制精度高、寿命长、使用多次后无形变、经过简单清洗后可以重复再利用，因此，该扩散方法能简化晶体硅太阳能电池的制造工艺，提高产品质量及降低制造成本。
文档编号H01L31/18GK102157618SQ201110033140
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者万青, 李莉, 黄晋, 龚骏 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所