CN113629172A - 一种太阳能电池的硼扩散方法及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池的硼扩散方法及其制造方法，所述硼扩散方法包括如下步骤：（1）将硅片置于扩散炉中进行源沉积；（2）对硅片进行退火；（3）重复步骤（1）至步骤（2）n次以在硅片表面沉积BSG；（4）在硅片表面印刷掩膜；（5）清洗去除硅片表面未被掩膜覆盖区域的BSG；（6）清洗去除硅片表面的掩膜并水洗烘干；（7）将硅片再次置于扩散炉中进行高温扩散推进，获得符合掺杂浓度的硼选择性发射结。本发明采用多个源沉积和退火步骤在硅片表面沉积BSG，增强了B原子和Si原子的成键，大大降低了BSG中B2O3溶解于清洗液和水的程度，实现了重掺杂区的浓度要求，最终达到硼选择性发射结的效果。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，尤其涉及一种太阳能电池的硼扩散方法及其制造方法。
背景技术
硼扩散是N型晶体硅太阳电池制造过程中的核心工艺，技术发展趋势是从硼扩散均匀结到硼选择性发射结。其中一种硼选择性发射结的制备方法是以硅片表面沉积的BSG作为重掺杂区域的硼源，然而现有技术中采用单步法在N型硅片表面沉积BSG，其所含有的B2O3在后续湿法清洗环节非常容易被溶解到清洗液和水中，因此以BSG作为硼源制作硼选择性发射结时，容易造成重掺杂区域的方阻急剧升高，无法实现重掺杂区域的浓度要求，达不到预期的选择性发射结的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题为提出一种太阳能电池的的硼扩散方法及其制造方法，能够大大降低BSG中B2O3溶解于清洗液和水中的程度，能够达到硼选择性发射结中重掺杂区域的浓度要求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电池的硼扩散方法，包括如下步骤：
（1）将硅片置于扩散炉中进行源沉积；
（2）对硅片进行退火；
（3）重复步骤（1）至步骤（2）n次以在硅片表面沉积BSG；
（4）在硅片表面印刷掩膜；
（5）清洗去除硅片表面未被掩膜覆盖区域的BSG；
（6）清洗去除硅片表面的掩膜并水洗烘干；
（7）将硅片再次置于扩散炉中进行高温扩散推进，获得符合掺杂浓度的硼选择性发射结。
优选地，步骤（1）中，源沉积过程中通入一定量的氧气和携带硼源的氮气。
优选地，源沉积过程中氧气流量为50~500sccm，携带硼源的氮气流量为40~600sccm。
优选地，源沉积的温度为800~900℃，时间为60~300s。
优选地，步骤（2）中，退火过程中停止通入氧气和携带硼源的氮气。
优选地，退火的温度为820~920℃，时间为180~420s。
优选地，步骤（3）中，n≥2。
进一步优选地，n=2。也就是重复步骤（1）至步骤（2）2次以在硅片表面沉积BSG。
优选地，步骤（3）中，所述BSG包括SiO2和B2O3，所述B2O3中的B原子与所述SiO2中的Si原子重新成键。
优选地，步骤（4）中，所述掩膜为石蜡或有机树脂。
优选地，步骤（1）中，源沉积之前还包括在温度700~800℃下对硅片进行5~20min的氧化处理以在硅片表面形成氧化层。
进一步优选地，在步骤（3）之后还包括对硅片进行第一次降温处理执行出炉操作，在步骤（7）之后还包括对硅片进行第二次降温处理执行出炉操作。
本发明还提供了一种太阳能电池的制造方法，该制造方法包括对所述硅片的表面进行硼扩散的步骤，其中，对所述硅片的表面进行硼扩散的步骤采用上述硼扩散方法。
现有技术采用单步法沉积BSG，由于BSG中SiO2和B2O3只是简单地堆积在一起，B2O3成分含量很高，而且B2O3可溶于水，导致B原子在湿法清洗过程中溶解于水的比例增大，因此现有技术利用BSG作为掺杂硼源进行高温扩散推进时重掺杂区的方阻急剧升高，无法实现重掺杂区域的浓度要求，达不到预期的硼选择性发射结的效果。
为了能够实现重掺杂区的浓度要求，达到硼选择性发射结的效果，本发明提供的太阳能电池的硼扩散方法包括：步骤S1源沉积、步骤S2退火、步骤S3重复步骤S1至S2 n次、步骤S4印刷掩膜、步骤S5清洗去除未被掩膜覆盖的区域的BSG、步骤S6清洗去除掩膜、步骤S7高温扩散推进。
本发明所提供的太阳能电池的硼扩散方法，将现有的单步法沉积BSG步骤拆分成多个源沉积步骤，并且在每步源沉积之后设置有退火。源沉积过程中，BSG的沉积速率较快，BSG中SiO2和B2O3只是简单地堆积在一起，所以Si原子和B原子之间没有互相结合或者结合得很少。退火过程中，BSG中B2O3的B-O键断裂，B原子和Si原子重新成键，使得BSG中与SiO2混合的B2O3能够更多地融入SiO2里面，增强了B原子和Si原子的成键。因此本发明改变了现有SiO2和B2O3简单混合的状态，通过增强SiO2和B2O3两者的结合强度，使得BSG在后续湿法清洗过程中其所含有的B2O3溶解于水的程度大大降低。而且，退火过程中，BSG中的B原子和Si原子成键速率较慢，为使B和Si较多地结合在一起，需要较长的时间以及相对较高的温度，本发明的退火温度和退火时间均要高于源沉积的温度和时间。
通过上述可知，本发明所提供的太阳能电池的硼扩散方法，以BSG作为掺杂硼源，将现有的单步法沉积BSG步骤拆分成多个源沉积步骤，并且在每步源沉积之后设置有退火，增强了B原子和Si原子的成键，大大降低了BSG中B2O3溶解于清洗液和水的程度，实现了重掺杂区的浓度要求，最终达到硼选择性发射结的效果。
附图说明
图1是本发明提供的硼选择性发射结工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明提供了一种太阳能电池的硼扩散方法，参考图1，图1是根据本发明的一个具体实施例的硼扩散方法流程图。如图所示，该硼扩散方法包括：
步骤S1源沉积，将硅片置于扩散炉中，通入一定量的氧气和携带硼源的氮气，800~900℃进行源沉积60~300s，在硅片表面沉积一层硼源；
步骤S2退火，扩散炉中停止通入氧气和携带硼源的氮气，升温至820~920℃对硅片进行退火180~420s，；
步骤S3重复步骤（1）至（2） n次，在硅片表面形成BSG；
步骤S4印刷掩膜，在硅片表面印刷掩膜，掩膜覆盖区域与重掺杂区域保持一致；
步骤S5第一次清洗，利用HF酸清洗去除未被掩膜覆盖区域的BSG；
步骤S6第二次清洗，利用醚类和碱的混和溶液清洗去除硅片表面的掩膜；
步骤S7高温扩散推进，将硅片重新置于扩散炉中进行高温扩散推进，获得符合掺杂浓度的硼选择性发射结。
具体地，在步骤S1中，将硅片置于扩散炉中进行源沉积，其中，该硅片为N型硅片。先将硅片***石英舟内并置于扩散炉中，再对扩散炉进行升温，将扩散炉的温度升高至800~900℃，接着向扩散炉中通入50~500sccm的氧气和40~600sccm的携带硼源的氮气，进行源沉积60~300s，在硅片表面沉积一层硼源。在本发明的一个优选实施例中，将扩散炉的温度升高至830℃，向扩散炉中通入100sccm的氧气和120sccm的携带硼源的氮气，进行源沉积200s，在硅片表面沉积一层硼源。
在本发明的另一个优选实施例中，在步骤S1中，对硅片进行源沉积之前，将扩散炉温度升高至700~800℃，向扩散炉中通入氧气，进行氧化处理5~20min，在硅片表面形成氧化层，该氧化层有利于提高后续源沉积的均匀性。
具体地，在步骤S2中，当步骤S1结束后停止向扩散炉中通入氧气和携带硼源的氮气，然后将扩散炉温度升高至820~920℃，对硅片进行退火180~420s。在本发明的一个优选实施例中，扩散炉温度升高至880℃，对硅片进行退火360s。
具体地，在步骤S3中，重复步骤S1至步骤S2 n次以在硅片表面沉积BSG。在本发明的一个优选实施例中，n=2，也就是硅片在扩散炉中反复进行3次源沉积和退火。
硅片通过重复源沉积和退火步骤，改变源沉积过程中SiO2和B2O3简单混合的状态，每一个源沉积之后的退火都会增强SiO2和B2O3两者的结合强度，如此反复多次，使得BSG在后续湿法清洗过程中其所含有的B2O3溶解于水的程度大大降低。具体地，源沉积过程中，BSG的沉积速率较快，BSG中SiO2和B2O3只是简单地堆积在一起，所以Si原子和B原子之间没有互相结合或者结合得很少；退火过程中，BSG中B2O3的B-O键断裂，B原子和Si原子重新成键，使得BSG中与SiO2混合的B2O3能够更多地融入SiO2里面，增强了B原子和Si原子的成键，也就是增强了SiO2和B2O3两者的结合强度，进而大大降低了B2O3溶解于清洗液和水的程度。
在本发明提供的太阳能电池的硼扩散方法中，步骤S1与步骤S2之间的温度不同，为了降低温度对源沉积和退火的影响，本发明执行步骤S3时，在步骤S1至步骤S2之间还包括升温操作，升温速率为5℃/min，在步骤S2至步骤S1之间还包括降温操作，降温速率为-3℃/min。
在本发明的一个优选实施例中，在步骤S3之后，还包括对硅片进行第一次降温处理执行出炉操作。具体地，扩散炉降温至700℃后对硅片执行出炉操作。
具体地，在步骤S4中，在硅片表面印刷掩膜。其中，掩膜为石蜡或者有机树脂，掩膜覆盖区域与重掺杂区域保持一致，该掩膜不溶于HF酸，因此可以保护掩膜覆盖区域的BSG不被HF酸腐蚀。在本发明的一个优选实施例中，硅片表面为N型硅片的正面，掩膜为石蜡。
具体地，在步骤S5中，第一次清洗，利用HF酸清洗去除未被掩膜覆盖区域的BSG，而被掩膜覆盖区域的PSG则得以保留。
具体地，在步骤S6中，第二次清洗，利用醚类和碱的混和溶液清洗去除硅片表面的掩膜，再将硅片水洗后烘干。在本发明的一个优选实施例中，利用二乙二醇丁甲醚和氢氧化钠的混合溶液清洗去除硅片表面的掩膜。由于位于掩膜区域下方的BSG是通过多步源沉积及退火制备而成，改变了BSG中SiO2与B2O3的成键方式，更多的B2O3融入SiO2里面，增强了SiO2和B2O3两者的结合强度，因此B2O3溶解于清洗液和水的程度大大降低，从而使得硅片表面的BSG能够作为重掺杂区域的硼源。
具体地，在步骤S7中，将硅片重新置于扩散炉中，将扩散炉升温至900~1050℃℃对硅片进行高温扩散推进1800~7200s，获得符合掺杂浓度的硼选择性发射结。在本发明的一个优选实施例中，扩散炉升温至980℃对硅片进行高温扩散推进3600s。此时，BSG作为重掺杂区域的硼源，在高温扩散推进时在硅片表面形成重掺杂区域，且能够达到重掺杂区域的浓度要求，获得符合掺杂浓度的硼选择性发射结。
在本发明的一个优选实施例中，在步骤S7之后，还包括对硅片进行第二次降温处理执行出炉操作。具体地，扩散炉降温至700℃后对硅片执行出炉操作。
基于以上描述，本发明还提供一种太阳能电池的制造方法，该制造方法包括在硅片的表面进行硼扩散的步骤，其中，在硅片表面进行硼扩散的步骤采用上述的硼扩散方法。由于上述硼扩散方法可以有效地降低BSG中B2O3融入清洗液和水的程度，因此利用BSG作为重掺杂硼源，能够达到硼选择性发射极的效果，而且操作过程利用现有的太阳能电池制造设备即可实现，利用产业化生产应用。
Claims (12)
1.一种太阳能电池的硼扩散方法，用于在硅片表面制备硼选择性发射结，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将硅片置于扩散炉中进行源沉积；
（2）对硅片进行退火；
（3）重复步骤（1）至步骤（2）n次以在硅片表面沉积BSG；
（4）在硅片表面印刷掩膜；
（5）清洗去除硅片表面未被掩膜覆盖区域的BSG；
（6）清洗去除硅片表面的掩膜并水洗烘干；
（7）将硅片再次置于扩散炉中进行高温扩散推进，获得符合掺杂浓度的硼选择性发射结。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，步骤（1）中，源沉积过程中通入一定量的氧气和携带硼源的氮气。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，源沉积过程中氧气流量为50~500sccm，携带硼源的氮气流量为40~600sccm。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，源沉积的温度为800~900℃，时间为60~300s。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，步骤（2）中，退火过程中停止通入氧气和携带硼源的氮气。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，退火的温度为820~920℃，时间为180~420s。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，步骤（3）中，n≥2。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，步骤（3）中，所述BSG包括SiO2和B2O3，所述B2O3中的B原子与所述SiO2中的Si原子重新成键。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，步骤（4）中，所述掩膜为石蜡或有机树脂。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，步骤（7）中，高温扩散推进的温度为900~1050℃，时间为1800~7200s。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池的硼扩散方法，其特征在于，步骤（1）中，源沉积之前还包括在温度700~800℃下对硅片进行5~20min的氧化处理以在硅片表面形成氧化层。
12.一种太阳能电池的制造方法，该制造方法包括对所述硅片的表面进行硼扩散的步骤，其中，对所述硅片的表面进行硼扩散的步骤采用如权利要求1-11中任一项所述的硼扩散方法。
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