一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁聯(lián)合變溫吸雜方法
【專利摘要】一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，步驟如下：將襯底硅片依次進(jìn)行去損傷層、超聲清洗后，在硅片正反兩面先涂覆磷源，再蒸鍍鋁膜；然后采用氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下熱處理依次進(jìn)行一次吸雜、二次吸雜；冷卻至室溫后，放入氫氟酸和硝酸的混合液中腐蝕以去除吸雜層即可。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該吸雜方法在磷鋁吸雜基礎(chǔ)上引入變溫工藝，通過不同溫度對吸雜的各個過程實(shí)現(xiàn)有效控制，充分利用磷吸雜和鋁吸雜各自的優(yōu)勢；工藝簡單易于實(shí)現(xiàn)，無需增加其他設(shè)備；吸雜效果明顯，經(jīng)吸雜處理后，硅片少子壽命有明顯提升，同時在滿足吸雜效果的前提下減少了工藝周期。
【專利說明】—種用于制備太陽電池的硅片磷鋁聯(lián)合變溫吸雜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硅太陽電池的制備方法，特別涉及一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁聯(lián)合變溫吸雜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電的載體是太陽電池，而能使太陽電池成為未來能源重要組成部分的關(guān)鍵是要將光伏發(fā)電成本降到與常規(guī)能源相當(dāng)。晶體硅太陽電池因其轉(zhuǎn)換效率高、原材料豐富、生產(chǎn)成本較為廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。目前，晶體硅太陽電池也已經(jīng)占目前太陽電池市場的80%以上。為了進(jìn)一步提升晶體硅太陽電池的競爭力，就必須要在保證電池光電轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上使用更為廉價(jià)的襯底，所以通常用來制備太陽電池的硅片相對半導(dǎo)體集成電路行業(yè)中使用的硅片純度較差，雜質(zhì)含量較多，這也直接導(dǎo)致其少子壽命和少子擴(kuò)散長度降低。為了進(jìn)一步提高太陽能級硅片的電學(xué)特性，較為常用的方法采用磷吸雜或鋁吸雜工藝來除去硅片體內(nèi)的過渡金屬等雜質(zhì)。
[0003]磷吸雜利用雜質(zhì)原子與硅原子的結(jié)構(gòu)差異，將其擴(kuò)散到硅片表面引起失配位錯，因而形成應(yīng)力吸雜中心。鋁吸雜是通過雜質(zhì)在硅-鋁合金中的固溶度高于硅中的固溶度，從而通過分凝機(jī)制從襯底中吸除雜質(zhì)；此外，硅-鋁合金層中含有大量缺陷，雜質(zhì)與缺陷的結(jié)合能量更低，硅中的金屬雜質(zhì)從而被有效吸除。磷吸雜方法較為簡單，工藝周期短，但是其吸雜機(jī)理決定其吸雜效果相對鋁吸雜要弱一些。鋁吸雜具有更為優(yōu)良的吸雜效果，但是需要蒸鍍鋁膜的時間較長，這直接導(dǎo)致其工藝周期較長。此外，由于硅中吸雜過程的主要機(jī)制在于釋放、擴(kuò)散、俘獲三個過程，所以針對不同的吸雜方法和吸雜過程，所需的熱處理溫度也不同，這也直接影響吸雜效果。因而，如何在滿足降低工藝周期的前提下改善吸雜效果是進(jìn)一步發(fā)展吸雜工藝的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對上述存在的問題，提供一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁聯(lián)合變溫吸雜方法，該吸雜方法通過在晶體硅兩面旋涂磷源后再蒸鍍鋁膜并通過引入分布變溫的熱處理工藝，對吸雜過程中釋放、擴(kuò)散和俘獲三個過程分別控制，增加吸雜的驅(qū)動力，減少硅中金屬雜質(zhì)，提高了硅片的少子壽命，且其制備方法簡單，易于實(shí)施。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，包括以下步驟:
1)去損傷層:配制濃度為10-15wt%的NaOH溶液，采用水浴加熱的方式使溶液恒溫在80°C，將襯底硅片放入溶液中8-15min以去除由于線鋸切割硅片所導(dǎo)致的硅損傷層，將硅片取出后用去離子水清洗3min ；
2)清洗:將上述去損傷層的硅片放入25°C的丙酮溶液中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min，然后再將樣品放入25°C的無水乙醇中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min,用氮?dú)獯蹈蓚溆茫? 3)涂覆磷源:將上述清洗后的硅片吸附在勻膠機(jī)上，通過旋涂的方式在硅片正反兩面涂覆厚度為1-2 μ m的磷源，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為1500-2200 r/min，旋涂時間為20_30s，然后放入熱處理爐中干燥，干燥溫度為100-150°C，干燥時間為10-15min ；
4)蒸鍍鋁膜:將雙面涂覆有磷源的硅片放置于真空鍍膜機(jī)中，在620-700°C溫度下在其正反兩面蒸鍍一層厚度為0.5-2 μ m的鋁膜；
5)一次吸雜:將上述蒸鍍鋁膜后的硅片放入熱處理爐中在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為850-950°C，熱處理時間為25-65min ；
6)二次吸雜:將一次吸雜后的硅片放入氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下熱處理，熱處理溫度為700-800°C，熱處理時間為 40-80min ；
7)將二次吸雜后的硅片冷卻至室溫后，放入濃度為49wt%的氫氟酸和濃度為65wt%的硝酸的混合液中腐蝕以去除吸雜層，氫氟酸和硝酸的混合液中氫氟酸與硝酸的體積比為1:2-4，腐蝕時間為40-70s。
[0006]所述襯底硅片為單晶硅或多晶硅，摻雜類型可為N型或P型。
[0007]所述磷源為三氯氧磷、三甲基磷、三乙基磷、五氧化二磷或二乙基氫化磷。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
該吸雜方法在磷鋁吸雜基礎(chǔ)上引入變溫工藝，通過不同溫度對吸雜的各個過程實(shí)現(xiàn)有效控制，充分利用磷吸雜和鋁吸雜各自的優(yōu)勢；工藝簡單易于實(shí)現(xiàn)，無需增加其他設(shè)備；吸雜效果明顯，經(jīng)吸雜處理后，硅片少子壽命有明顯提升，同時在滿足吸雜效果的前提下減少了工藝周期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1吸雜前襯底硅片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為分別采用磷變溫吸雜、鋁變溫吸雜以及本發(fā)明吸雜方法得到的硅片吸雜前后少子壽命示意圖(注入水平在1015cm_3)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0012]實(shí)施例1:
一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，包括以下步驟:
1)去損傷層:配制濃度為10wt%的NaOH溶液，采用水浴加熱的方式使溶液恒溫在80°C，將單晶硅片放入溶液中Smin以去除由于線鋸切割硅片所導(dǎo)致的硅損傷層，將單晶硅片取出后用去離子水清洗3min ；
2)清洗:將上述去損傷層的單晶硅片放入25°C的丙酮溶液中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min，然后再將樣品放入25°C的無水乙醇中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min,用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br> 3)涂覆磷源:以三氯氧磷為磷源，將上述清洗后的單晶硅片吸附在勻膠機(jī)上，通過旋涂的方式在單晶娃片正反兩面涂覆厚度為I μ m的磷源,勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為1500 r/min,旋涂時間為20s，然后放入熱處理爐中干燥，干燥溫度為100°C，干燥時間為IOmin ；
4)蒸鍍鋁膜:將雙面涂覆有磷源的單晶硅片放置于真空鍍膜機(jī)中，在620°C溫度下在其正反兩面蒸鍍一層厚度為0.5μπι的鋁膜，圖1吸雜前襯底硅片的結(jié)構(gòu)示意圖；
5)—次吸雜:將上述蒸鍍鋁膜后的單晶硅片放入熱處理爐中在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為850°C，熱處理時間為30min ；
6)二次吸雜:將一次吸雜后的單晶硅片放入氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下熱處理，熱處理溫度為700 °C，熱處理時間為40min ；
7)將二次吸雜后的單晶硅片冷卻至室溫后，放入濃度為49wt%的氫氟酸和濃度為65被％的硝酸的混合液中腐蝕以去除吸雜層，氫氟酸和硝酸的混合液中氫氟酸與硝酸的體積比為1:2，腐蝕時間為40s。
[0013]圖2為分別采用磷變溫吸雜、鋁變溫吸雜以及本發(fā)明吸雜方法得到的硅片吸雜前后少子壽命示意圖(注入水平在1015cm_3)，檢測結(jié)果表明:未吸雜前經(jīng)HF鈍化后的單晶硅片少子壽命為25 μ s，吸雜后經(jīng)HF鈍化后的單晶硅片少子壽命為160 μ S。
[0014]實(shí)施例2:
一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，包括以下步驟:
1)去損傷層:配制濃度為15wt%的NaOH溶液，采用水浴加熱的方式使溶液恒溫在80°C，將單晶硅片放入溶液中IOmin以去除由于線鋸切割硅片所導(dǎo)致的硅損傷層，將單晶硅片取出后用去離子水清洗3min ；
2)清洗:將上述去損傷層的單晶硅片放入25°C的丙酮溶液中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min，然后再將樣品放入25°C的無水乙醇中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min,用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br> 3)涂覆磷源:以三甲基磷為磷源，將上述清洗后的單晶硅片吸附在勻膠機(jī)上，通過旋涂的方式在單晶硅片正反兩面涂覆厚度為2 μ m的磷源，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為2200 r/min,旋涂時間為30s，然后放入熱處理爐中干燥，干燥溫度為100°C，干燥時間為13min ；
4)蒸鍍鋁膜:將雙面涂覆有磷源的單晶硅片放置于真空鍍膜機(jī)中，在700°C溫度下在其正反兩面蒸鍍一層厚度為I μ m的鋁膜；
5)—次吸雜:將上述蒸鍍鋁膜后的單晶硅片放入熱處理爐中在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為900°C，熱處理時間為30min ；
6)二次吸雜:將一次吸雜后的單晶硅片放入氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下熱處理，熱處理溫度為750 °C，熱處理時間為40min ；
7)將二次吸雜后的單晶硅片冷卻至室溫后，放入濃度為49wt%的氫氟酸和濃度為65被％的硝酸的混合液中腐蝕以去除吸雜層，氫氟酸和硝酸的混合液中氫氟酸與硝酸的體積比為1:3，腐蝕時間為40s。
[0015]檢測結(jié)果表明:未吸雜前經(jīng)HF鈍化后的單晶硅片少子壽命為33 μ s，吸雜后經(jīng)HF鈍化后的單晶硅片少子壽命為217 μ S。
[0016]實(shí)施例3:
一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，包括以下步驟:
1)去損傷層:配制濃度為10wt%的NaOH溶液，采用水浴加熱的方式使溶液恒溫在80°C，將多晶硅片放入溶液中15min以去除由于線鋸切割硅片所導(dǎo)致的硅損傷層，將多晶硅片取出后用去離子水清洗3min ；
2)清洗:將上述去損傷層的多晶硅片放入25°C的丙酮溶液中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min，然后再將樣品放入25°C的無水乙醇中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min,用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br> 3)涂覆磷源:以五氧化二磷為磷源，將上述清洗后的多晶硅片吸附在勻膠機(jī)上，通過旋涂的方式在多晶硅片正反兩面涂覆厚度為1.5μπι的磷源，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為2000 r/min，旋涂時間為30s，然后放入熱處理爐中干燥，干燥溫度為150°C，干燥時間為15min ；
4)蒸鍍鋁膜:將雙面涂覆有磷源的多晶硅片放置于真空鍍膜機(jī)中，在650°C溫度下在其正反兩面蒸鍍一層厚度為0.5 μ m的鋁膜；
5)—次吸雜:將上述蒸鍍鋁膜后的多晶硅片放入熱處理爐中在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為950°C，熱處理時間為40min ；
6)二次吸雜:將一次吸雜后的多晶硅片放入氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下熱處理，熱處理溫度為750 °C，熱處理時間為80min ；
7)將二次吸雜后的多晶硅片冷卻至室溫后，放入濃度為49wt%的氫氟酸和濃度為65被％的硝酸的混合液中腐蝕以去除吸雜層，氫氟酸和硝酸的混合液中氫氟酸與硝酸的體積比為1:3，腐蝕時間為70s。
[0017]檢測結(jié)果表明:未吸雜前經(jīng)HF鈍化后的多晶硅片少子壽命為6 μ S，吸雜后經(jīng)HF純化后的多晶娃片少子壽命為38 μ S。
[0018]實(shí)施例4:
一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，包括以下步驟:
1)去損傷層:配制濃度為10wt%的NaOH溶液，采用水浴加熱的方式使溶液恒溫在80°C，將多晶硅片放入溶液中IOmin以去除由于線鋸切割硅片所導(dǎo)致的硅損傷層，將多晶硅片取出后用去離子水清洗3min ；
2)清洗:將上述去損傷層的多晶硅片放入25°C的丙酮溶液中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min，然后再將樣品放入25°C的無水乙醇中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min,用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br> 3)涂覆磷源:以二乙基氫化磷為磷源，將上述清洗后的多晶硅片吸附在勻膠機(jī)上，通過旋涂的方式在多晶硅片正反兩面涂覆厚度為1.5μπι的磷源，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為2000 r/min，旋涂時間為30s，然后放入熱處理爐中干燥，干燥溫度為150°C，干燥時間為15min ；
4)蒸鍍鋁膜:將雙面涂覆有磷源的多晶硅片放置于真空鍍膜機(jī)中，在650°C溫度下在其正反兩面蒸鍍一層厚度為0.5 μ m的鋁膜；
5)—次吸雜:將上述蒸鍍鋁膜后的多晶硅片放入熱處理爐中在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為950°C，熱處理時間為60min ；
6)二次吸雜:將一次吸雜后的多晶硅片放入氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下熱處理，熱處理溫度為750 °C，熱處理時間為60min ；
7)將二次吸雜后的多晶硅片冷卻至室溫后，放入濃度為49wt%的氫氟酸和濃度為65被％的硝酸的混合液中腐蝕以去除吸雜層，氫氟酸和硝酸的混合液中氫氟酸與硝酸的體積比為1:3，腐蝕時間為70s。
[0019]檢測結(jié)果表明:未吸雜前經(jīng)HF鈍化后的多晶硅片少子壽命為7 μ S，吸雜后經(jīng)HF純化后的多晶娃片少子壽命為31 μ S。
[0020]綜上，本發(fā)明提供了一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁聯(lián)合變溫吸雜方法，該方法與晶體硅太陽電池制備工藝完全兼容，普遍適用于單晶硅、多晶硅以及硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備，方法簡單易于實(shí)現(xiàn)，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0021]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，其特征在于包括以下步驟: 1)去損傷層:配制濃度為10-15wt%的NaOH溶液，采用水浴加熱的方式使溶液恒溫在80°C，將襯底硅片放入溶液中8-15min以去除由于線鋸切割硅片所導(dǎo)致的硅損傷層，將硅片取出后用去離子水清洗3min ； 2)清洗:將上述去損傷層的硅片放入25°C的丙酮溶液中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min，然后再將樣品放入25°C的無水乙醇中超聲清洗5min，取出后用去離子水清洗3min,用氮?dú)獯蹈蓚溆茫? 3)涂覆磷源:將上述清洗后的硅片吸附在勻膠機(jī)上，通過旋涂的方式在硅片正反兩面涂覆厚度為1-2 μ m的磷源，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為1500-2200 r/min，旋涂時間為20_30s，然后放入熱處理爐中干燥，干燥溫度為100-150°C，干燥時間為10-15min ； 4)蒸鍍鋁膜:將雙面涂覆有磷源的硅片放置于真空鍍膜機(jī)中，在620-700°C溫度下在其正反兩面蒸鍍一層厚度為0.5-2 μ m的鋁膜； 5)一次吸雜:將上述蒸鍍鋁膜后的硅片放入熱處理爐中在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為850-950°C，熱處理時間為25-65min ； 6)二次吸雜:將一次吸雜后的硅片放入氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下熱處理，熱處理溫度為700-800°C，熱處理時間為 40-80min ； 7)將二次吸雜后的硅片冷卻至室溫后，放入濃度為49wt%的氫氟酸和濃度為65wt%的硝酸的混合液中腐蝕以去除吸雜層，氫氟酸和硝酸的混合液中氫氟酸與硝酸的體積比為1:2-4，腐蝕時間為40-70s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，其特征在于:所述襯底硅片為單晶硅或多晶硅，摻雜類型可為N型或P型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于制備太陽電池的硅片磷鋁變溫吸雜方法，其特征在于:所述磷源為三氯氧磷、三甲基磷、三乙基磷、五氧化二磷或二乙基氫化磷。
【文檔編號】H01L31/18GK103928573SQ201410169980
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】趙穎, 王奉友, 張曉丹, 姜元建, 魏長春, 許盛之 申請人:南開大學(xué)