全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成方法

摘要

本发明公开了一种全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成方法，采用间接磷源法形成前表面场和钝化氧化层，包括一步空管运行饱和步骤及紧接一步空管运行饱和步骤之后的氧化步骤；该方法所得前表面场的表面浓度可达3E17cm-3到1E18cm-3，结深为0.1μm-0.2μm，所得前表面场同时覆盖了一层5nm到15nm的热氧化硅薄层。应用本发明所述超低表面浓度前表面场的IBC电池，其短波段的内量子效率高达95%以上。

说明书

技术领域

本发明涉及电池前表面场的形成领域，具体涉及一种全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成方法。

背景技术

全背电极太阳电池，又叫IBC（Interdigitatedbackcontact指交叉背接触）电池，是指电池正面无电极，正负两极金属栅线呈指状交叉排列于电池背面。由于正面无遮挡带来的高效率使得IBC电池备受青睐。由于P-N结位于电池的背面，光生载流子的产生主要在前表面（即正面）附近，载流子需要穿过整个硅片厚度到达背面的地方才能被收集。如果正面钝化不好，光生载流子会很容易在到达背面之前就被复合而降低效率。因此，良好的正面钝化显得尤为重要。常见的IBC电池正面钝化的手段是在前表面引入一个N+N的高低结，称之为前表面场。前表面场不仅可以实现更好的钝化，同时可以提高电池的稳定性，使得其对UV辐照具有更高的耐受性。前表面场一般是通过扩散的方法形成，在高温下，通过在硅片表面沉积磷源，在小氧（小流量氧气）的作用下，磷源与氧反应生成P₂O₅，P₂O₅再与硅反应置换出磷原子，磷原子通过高温扩散进入硅片里而达到掺杂的目的。前表面场的掺杂浓度越高，钝化后的暗饱和电流密度J₀也越高，复合越大。因此，前表面场一般为低表面浓度的浅结扩散。现有技术中通过在硅片表面沉积磷源的方式扩散得到的前表面场的表面浓度一般在1E19cm^-3以上，很难得到更低表面浓度的浅结掺杂曲线。

发明内容

本发明提供了一种全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成方法，采用间接磷源法形成前表面场和钝化氧化层，所得前表面场的表面浓度可达3E17cm^-3到1E18cm^-3，结深为0.1μm-0.2μm，所得前表面场同时覆盖了一层5nm到15nm的热氧化硅薄层。

一种全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成方法，包括一步空管运行饱和步骤及紧接一步空管运行饱和步骤之后的氧化步骤；

所述一步空管运行饱和步骤包括：在800℃-810℃于氮气和氧气气氛中空舟进舟，再在800℃-950℃于氧气、氮气以及携带磷源的氮气气氛中进行磷源沉积，然后在氮气气氛中于800℃-810℃出舟；

所述氧化步骤包括：在800℃-810℃于氮气和氧气气氛中装硅片进舟，再在800℃-950℃于氧气和氮气气氛中进行残余磷源扩散和氧化，然后在氮气气氛中于800℃-810℃出舟。

本发明方法一步空管运行饱和步骤里包括通磷源的步骤，磷源会部分残留在舟上和炉管里。氧化步骤里不通磷源，利用一步空管运行饱和步骤中残留的磷源对硅片表面形成低掺杂。

为了达到更好的发明效果，优选：

所述一步空管运行饱和步骤中磷源沉积过程，其中携带磷源的氮气流量为200标准毫升/分钟（sccm）-1000sccm，氧气流量为100sccm-500sccm。

所述一步空管运行饱和步骤中磷源沉积的时间为10min-30min。

所述一步空管运行饱和步骤中空舟进舟过程，其中氮气的流量远大于氧气的流量，这种氮气和氧气气氛一般称为大N₂加小氧气气氛。

所述氧化步骤中残余磷源扩散和氧化的时间为10min-50min，使炉管内和石英舟上的残留磷源沉积到硅片表面，磷原子扩散进入硅片里面形成N+掺杂区，同时由于氧气的存在会在硅片表面生长一层氧化硅薄层。

所述氧化步骤中装硅片进舟过程，其中氮气的流量远大于氧气的流量。

本发明方法形成的超低表面浓度前表面场，能够同时达到形成前表面场和生长热氧化层进行钝化的目的。为了达到更好的钝化效果，以及电池前表面的减反射要求，通常可在本发明前表面场工艺完成后采用本领域现有技术在硅片表面覆盖氮化硅（SiNx）膜，本发明方法形成的前表面场在覆盖SiNx膜钝化后，绒面上的J₀低至5fA/cm²-10fA/cm²。

应用本发明所述超低表面浓度前表面场的IBC电池的制备采用本领域现有技术。

本发明的有益效果：

本发明方法形成的前表面场表面浓度在3E17cm^-3到1E18cm^-3，结深在0.1μm-0.2μm，在形成前表面场的同时生长5nm-15nm的氧化硅薄层钝化，再经现有的SiNx钝化后，在绒面上的J₀可低至5fA/cm²-10fA/cm²。极大地降低了前表面的复合，从而使载流子的收集效率更高。应用本发明所述超低表面浓度前表面场的IBC电池，其短波段的内量子效率高达95%以上。

附图说明

图1为本发明方法得到的前表面场的掺杂浓度曲线图，其中横坐标Depth代表深度，纵坐标Concentration代表磷原子掺杂浓度。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成，包括一步空管运行饱和步骤及紧接一步空管运行饱和步骤之后的氧化步骤。

一步空管运行饱和步骤包括：

（1）800℃，大氮气（N₂）加小氧气气氛下空舟进舟；

（2）大N₂加小氧气气氛下升温至磷源沉积温度850℃；

（3）850℃磷源沉积，小N₂携带磷源，流量为650sccm，同时通小氧气与磷源反应，小氧气流量为300sccm，并调节大N₂流量来维持通过炉管的气体总量，沉积时间20min；

（4）吹扫，关闭磷源阀门，只通小N₂吹扫磷源管路，大N₂维持炉管气体总量；

（5）大N₂气氛下将温度降低至800℃，N₂气氛中出舟。

氧化步骤包括：（1）800℃，大N₂加小氧气气氛下装硅片进舟；

（2）大N₂加小氧气气氛下升温至850℃；

（3）氧化，在850℃于氧气加氮气气氛下维持30min进行残余磷源扩散和氧化，使炉管内和石英舟上的残留磷源沉积到硅片表面，磷原子扩散进入硅片里面形成N+掺杂区，同时由于氧气的存在会在硅片表面生长一层10nm的薄氧化硅层；

（4）大N₂气氛下将温度降低至800℃，N₂气氛中出舟。

形成的前表面场表面浓度在7E17cm^-3，结深在0.15μm。形成的前表面场在覆盖SiNx膜钝化后，绒面上的J₀低至5fA/cm²-10fA/cm²。应用所得超低表面浓度前表面场的IBC电池，其短波段的内量子效率高达95%以上。

实施例2

全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成，包括一步空管运行饱和步骤及紧接一步空管运行饱和步骤之后的氧化步骤。

一步空管运行饱和步骤包括：

（1）800℃，大N₂加小氧气气氛下空舟进舟；

（2）800℃磷源沉积，小N₂携带磷源，流量为200sccm，同时通小氧气与磷源反应，小氧气流量为100sccm，并调节大N₂流量来维持通过炉管的气体总量，沉积时间30min；

（3）吹扫，关闭磷源阀门，只通小N₂吹扫磷源管路，大N₂维持炉管气体总量；

（4）大N₂气氛下将温度降低至800℃，N₂气氛中出舟。

氧化步骤包括：（1）800℃，大N₂加小氧气气氛下装硅片进舟；

（2）氧化，在800℃于氮气加氧气气氛下维持30min进行残余磷源扩散和氧化，使炉管内和石英舟上的残留磷源沉积到硅片表面，磷原子扩散进入硅片里面形成N+掺杂区，同时由于氧气的存在会在硅片表面生长一层5nm的薄氧化硅层；

（3）大N₂气氛下将温度降低至800℃，N₂气氛中出舟。

形成的前表面场表面浓度在3E17cm^-3，结深在0.1μm。形成的前表面场在覆盖SiNx膜钝化后，绒面上的J₀低至5fA/cm²-10fA/cm²。应用所得超低表面浓度前表面场的IBC电池，其短波段的内量子效率高达95%以上。

实施例3

全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成，包括一步空管运行饱和步骤及紧接一步空管运行饱和步骤之后的氧化步骤。

一步空管运行饱和步骤包括：

（1）810℃，大N₂加小氧气气氛下空舟进舟；

（2）大N₂加小氧气气氛下升温至磷源沉积温度950℃；

（3）950℃磷源沉积，小N₂携带磷源，流量为1000sccm，同时通小氧气与磷源反应，小氧气流量为500sccm，并调节大N₂流量来维持通过炉管的气体总量，沉积时间10min；

（4）吹扫，关闭磷源阀门，只通小N₂吹扫磷源管路，大N₂维持炉管气体总量；

（5）大N₂气氛下将温度降低至810℃，N₂气氛中出舟。

氧化步骤包括：（1）810℃，大N₂加小氧气气氛下装硅片进舟；

（2）大N₂加小氧气气氛下升温至950℃；

（3）氧化，在950℃于氮气加氧气气氛下维持30min进行残余磷源扩散和氧化，使炉管内和石英舟上的残留磷源沉积到硅片表面，磷原子扩散进入硅片里面形成N+掺杂区，同时由于氧气的存在会在硅片表面生长一层15nm的薄氧化硅层；

（4）大N₂气氛下将温度降低至810℃，N₂气氛中出舟。

形成的前表面场表面浓度在1E18cm^-3，结深在0.2μm。形成的前表面场在覆盖SiNx膜钝化后，绒面上的J₀低至5fA/cm²-10fA/cm²。应用所得超低表面浓度前表面场的IBC电池，其短波段的内量子效率高达95%以上。

本发明全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的形成方法中参数的变化并不影响全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的制备，因此本发明形成方法中任意参数的组合均可实现全背电极太阳电池超低表面浓度前表面场的制备，得到表面浓度在3E17cm^-3-1E18cm^-3、结深为0.1μm-0.2μm的前表面场。在此不再赘述。