专利名称：多晶硅太阳能电池的制作方法
多晶硅太阳能电池
背景技术：
在基于常规多晶硅的太阳能电池制造中，在^l維晶片制成最终太阳能电池 之前对其进行多次热处理步骤。这些热处理步骤之一是扩散/包括扩散工艺的
吸杂工艺(gettering process),这里，舰扩散将所施加的磷源推入到晶片表面 中达,微米，以在晶片表面中产生pn结。磷源可以是溶解在添加了例如Si02 的有机溶剂中的气态POCl3或P2Cs。在气化了可能的翻i」之后，舰热处理完 劍t^扩散到晶片表面中。扩ttr艺相对狡决且通常能在90(TC在数射中的时间 内发生。根据人们希望在晶片表面中实现的电特性総择M^和时间。之后， 进行磷吸杂(phosphorous gettenng)，其中不希望的溶解的且可移动的金属杂质 元素被传输到已经扩散到晶片表面中的磷层且被该磷层捕获。该工艺通常在1 至2小时的时间内在600—85(TC实施。该本体钝化(bulk passivation)公知为磷
吸杂或P-吸杂。
晶片中占少数地位的载流子(the minority carrier)的M被定为从由于太阳
光照射产生电子和空;m到其重组所花费的时间。寿命通常以'微秒测量。如果
占少数地位的载流子的寿細短以至于其不能移动到晶片的pn结，则其将不会 有助于在太阳能电池中产生电流。通过在晶片中溶解的金属杂质诸如Fe、 Zn、 Ni和Cu，尤其是寿命降低了。因ltt^t于太阳能电池产生电流的能力而言，重要 的是旨,降低溶解的金属杂质量。相信的是，例如，在常规多晶硅晶片中Fe以 溶解的Fe和FeSi2相的形式存在。在热处理期间FeSi2相将溶解并增加晶片中溶 解的Fe含量，弓跑寿命减少。吸杂工艺将去除一部分溶解的铁和其它金属杂质， 但是，如果对于溶解的Fe来说吸^I割氏于FeSi2溶解的速率，则溶解的铁的 齢量将增加且太阳能电池的寿命将降低。
当在高温(>900°C)对常规多晶晶片实施扩散/磷吸杂时，已经发现Sil 常会导致晶片中占少数地位的载流子寿命的降低且由此增加制造成本。为此， 现今常规多晶太阳能电池ffl51使用600至85(TC范围内的中等温度制造以防止 溶解金属量不会过高。在常规多晶晶片中，因ltkffi常不可能利用在例如95(TC的
3高温扩散和磷吸杂。
在W. Jooss等人的论文"Large Area Buried Contact Solar Cells and Multicrystalline Silicon with Mechanical Surface Texturation and Bulk Passivating"， Proceedings of the 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference ， 2000年5月 l一5日，第1169—1172页，公开了育,由常规多晶硅晶片制造具有埋入接触的 太阳能电池，这里在高达95(tc的温度下实施磷吸杂。所使用的两种类型多晶晶 片确定为来自Eurosolare和Bayer的晶片，声称在来自Eurosolare的晶片的处理 Ml呈中发生问题。根据Jooss的论文得到的最高的本体扩散长自于来自Bayer 的晶片为La=180Mm，和对于来自Eurosolare的晶片为La=195Mm。这与分别为 27ms和36^s的寿命相对应，这些寿命相对樹氐且低于已经4顿600和850。c之 间的常规温度实施磷吸杂的常规多晶晶片的正常寿命。因此，有理由相信这些 常规多晶晶片的高温磷吸杂不会导致增加晶片寿命。即使在Jooss等人的论文 中，描述了由常规多晶晶片制造的太阳能电池能够制造有埋入的接触，但是没 有获得与已经在低温下完成磷吸杂的常规多晶晶片相比寿命增加的晶片。这也 通过该论文中陈述的太阳能电池的电池效率得以证实。对于由常规多晶晶片制 造的太阳能电池(其中，磷吸杂已经在600和85(tc之间的温度下实施，且其中 太阳能电池因此也不具有埋入的接触)而言，正常也实现15.9%和15.6%以及 更高的效率。
在制造具有埋入接触的太阳能电池过程中的步骤之一包括在其中应该制备 JiA接触的区域中进行高温扩散。在晶片中的沟槽中施加磷且在典型7鹏950°C 和30併中的时间周期中扩散至據面中。埋入的接触，应该理解为在晶片的沟槽 中埋入的电接触。这样极大的优点是，与接触位于晶片表面上的晶片相比，晶 片的可用于产生能量的表面面积部分增加了 。
单晶晶片纯度高于多晶晶片，且晶粒边界的缺乏导H1:述热处理步骤不会 影响单晶晶片至与常规多晶晶片相同的程度。这使得能够使用新的、更高效的 太阳能电池概念诸如制造埋入接触，这需要在比通常用于多晶晶片的温度高的 温度下的热处理步骤。然而，单晶晶片基本上较多晶晶片成本更高。
常规多晶晶片由电子级硅(EG-Si)及电子工业废弃的硅制成。这种质量的 硅有极高纯度，尤其是当考虑磷和硼时。这种质量的硅中磷和硼含量实际上是 可忽略的。当由该材料制造晶片时，首先通过定向固化产生锭，之后将f定切成晶片。在锭制造过程中，用硼或磷掺杂硅以产生p型材料或n型材料。当用这 两种掺杂剂中的一种掺杂时，假设另一种掺杂剂的含量是可忽略的。除了一些 例外，当今多晶太阳能电池是用硼掺杂材料制造的。
近年来，已经研究出用于太阳能电池的所谓补偿多晶硅。这种硅中含有磷 和硼两者，而且正常情况下较电子级硅有更高含量的其它杂质元素尤其是铁。 补偿多晶硅是通过对冶金硅进行精炼、清洁和定向固化来制造，诸如
WO2005/063621中描述的。由补偿多晶硅制造的晶片由此含有硼和磷两者以及 任选的砷和分散在本体材料中的其它元素诸如铁，其主要集中在晶粒边界中。 由基于冶金硅的补偿多晶硅制造并M在用于常规多晶晶片的磷吸杂相同的温 度下进行磷吸杂的晶片，具有适当的寿命，但是通常该寿命稍低于由常规多晶 晶片制造的晶片的寿命。
因此，需要由补偿多晶硅(compensatedmulticiystallinesilicon)制得的具有 增加的寿命的硅晶片，且具有埋入接触(buriedcontact)的太阳能电池可由该材 料制造。
发明内容
本发明涉及具有高寿命的多晶p型硅晶片，该硅晶片含有0.2—2.8ppma的 硼和0.06—2.8ppma的磷和/或0.6—2.8ppma的砷，并且已经在高于925。C的温 颇其进行了磷扩散和磷吸杂。
根据优选实施方案，硅晶片己经在至少95(TC的温度进行了磷扩散和磷吸杂。
根据另一优选实施方案，多晶硅晶片含有0.3—0.75ppma的硼和0.1 — 0.75ppma的磷。为得到最佳结果，iMppma磷和ppma硼之间的比率在0.2-1。
本发明还涉及至,于高温下p型多晶晶片的磷扩散和磷吸杂的方法，该方 ^t征在于在高于925。C的温度对含有0.2—2.8ppma的硼、0.06—2.8ppma的磷 和/或0.06—2.8ppma的砷的p型多晶硅晶片进行磷扩散和磷吸杂。
根据im实驗案，硅晶片在至少95(TC的、鹏进行磷扩散和磷吸杂。
{腿地，多晶晶片含有0.3—0.75ppma的硼和0.1至0.75ppma的磷。根据 特别{腿实駄案，ppma磷和ppma硼之间的比率是0.2—1 。
最后，本发明涉及到包括具有高寿命的p型多晶硅晶片的太阳育^板，该硅晶片含有0.2—2.8ppma的硼和0.06—2.8ppma的磷和/或砷，并且已经在高于 925 °C的温度进行了磷扩散和磷吸杂。
太阳能电池板优选由硅晶片制成，所述硅晶片已经在至少95(TC的 ，进 行了磷扩散和磷吸杂。
令人惊讶地发现，在高于925r的温度对以，数量含有硼和磷两者和/ 或砷的晶片实施高温扩散和吸杂导致了晶片寿命的实质增加。由此已经获得了 100—200^s的寿命。还发现根据本发明的硅晶片的边缘效应被消除或者很^l呈 度陶氐。此外，在高于925'C的温度下实施磷吸杂的本发明方法使得可以在增加 晶片寿命的同时制造具有埋入接触的多晶晶片。本发明还使得可以在升高的温 度下在明显较短的时间内对补偿多晶晶片实施磷扩散和磷吸杂工艺而不降低质 量。该生产速率的增加导致制造太阳能电池成本的实质斷氐。
人们观测到由于含有硼、谅糊/或砷的硅晶片的高温处理导致寿命的该晾 人增加的原因还未完全理解，但是相信原因之一是，在这些硅晶片中存在较低 含量的铁和其它金属元素，以易溶解的FeSi2或者其他容易溶解的金属间相的形 式，就象在仅含有硼的常规多晶硅晶片中的情况一样。相信在含有硼和磷和/ 或砷的硅晶片中的Fe大部分都是Fe-P相和/或Fe-As相以及其他金属-P相或 金属-As相的形式存在，雜高温下比FeSi2和其他金属-硅酸盐相更稳定。甚至 在极高温度下的磷和磷吸杂期间，以金属-P相或金属-As相存在的铁和其它金属
元素将不会溶解或者较低程度地溶解，从而导致在磷吸杂工艺期间溶解的金属 元泰的)争含量被'晚谏去除。
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实施例1 现有技术
含有l-5xl014Fe原子每cm3的常规商用p型硼掺杂多晶晶片的高温处理。 石WlPOCl3-扩，加在商用p型晶片的表面中直到chee.电阻为100 , cm2。 M:氮化硅CVD沉积将抗反針凃层施加至幅片的前侧上。在晶片表面中 制造用于埋入接触的沟槽，和在95(rC的纟驢舰POCl3-扩散将磷施加在沟槽 中数併中。在扩散工艺之后，薄片电阻为10欧姆cn^。AI的背接触(backcontact) 被合金化到晶片的背面中。通过MRHP进tm钝化，和M31《OT Ni/Cu电镀在 晶片前侧上的沟槽中施加金属前接触。在上述針工艺步骤之后观懂晶片寿命。 与未处理的晶片相比，在第一扩散步骤和氮化硅沉积步骤之后寿命增加了。但是，在950'C扩散步骤之后，寿命被降低至不能被观懂的低水平。对于常规多晶 晶片而言，这正是所预期的。在95(TC扩散工艺之后的工艺步骤导,命的小幅 增加，但是不能获得对于根据仅包樹氐或中温热处理步骤的常规丝网印刷方法 处理的常规多晶太阳能电池而言典型的寿命。 实施例2
具有相对高的磷含量的硅晶片的高温处理(埋入接触)。 ^M)iPOCl3扩ffcffi加到含有lppma B、0.8ppma P和1-5.1014Fe原子每cm3 的p型晶片中直到薄片电阻为100欧姆cm2。 M31氮化硅CVD沉积将抗反針凃 层施加到晶片前侧。在晶片表面中制造用于接触的沟槽，通过在95(TC温度 POCl3-扩翻^^扩散至购槽中数併中。扩散工艺之后，薄片电阻为10欧姆cm3。 Al背接触被合金化到晶片的背面中。M MIRHP进fim钝化和M3！ Ni/Cu电 镀将金属前接触施加到在晶片前侧上的沟槽中。在上述每个工艺步骤之后测量 晶片寿命。与未处理晶片相比，在第一扩散步骤之后和施加氮化硅层之后寿命 增加了。在95(TC扩散之后，寿命增加至远远高于未处理晶片寿命的水平。这与 对于实例2中常规多晶晶片所观测的情况是相反的。在高温扩散之后的工艺步 骤导至 命的小幅增加且最终获得微秒级的寿命，其是标准丝网印刷工艺之后 处理的常规多晶太阳能电池的寿命的3倍多好，所述标准丝网印刷工艺仅包括 在劍氏或中等温度下的热处理。
该结果显示出，已经在高温下进行了磷扩散和磷吸杂的根据本发明由补偿 硅制得的多晶晶片与在较低温度下处理的常规多晶晶片的寿命相比，具有惊人 的高寿命，而根据实例1的结果显示出当对常规多晶晶片进行高温处理时寿命 降低。
权利要求
1.具有高寿命的多晶p型硅晶片，特征在于所述硅晶片含有0.2-2.8ppma的硼和0.06-2.8ppma的磷和/或0.06-2.8ppma的砷且已经在高于925℃的温度进行了磷扩散和磷吸杂。
2. 如权利要求1的多晶p型硅晶片，特征在于所述硅晶片已经在至少95CTC的 ，进行磷扩散和磷吸杂。
3. 如权利要求1和2的多晶p型硅晶片，特征在于所述多晶硅晶片含有0.3—0.75ppma的硼和0.1 —0.75ppma的磷。
4. 如权利要求1 _3的多晶p型硅晶片，特征在于ppma碌特口 ppma硼之间的比率为0.2-1。
5. 用于在高温对p型多晶晶片进行磷扩散和磷吸杂的方法，特征在于含有0.2—2.8ppma的硼、0.06—2.8ppma的磷和/或0.06—2.8ppma的砷的p型多晶硅晶片在高于925"C的温度进行磷扩散和磷吸杂。
6. 如权利要求5的方法，特征在于所述硅晶片在至少95(TC的^^进行磷扩散和磷吸杂。
7. 如权利要求5或6的方法，特征在于所述多晶晶片含有0.3—0.75ppma的硼和0.1至0.75ppma的磷。
8. 如权禾腰求5—7的方法，特征在于ppma磷和ppma硼之间的比率是0.2一lo
9. 包含具有高寿命的p型多晶硅晶片的太阳能电池板，特征在于硅晶片含有0.2—2.8ppma硼和0.06—2.8ppma磷和/或砷且已经在高于925。C的温度进行了磷扩散和磷吸杂。
10. 如权利要求9的太阳能电池板，特征在于所述板由硅晶片制得，所述硅晶片已经在至少95(TC的温度进行了磷扩散和磷吸杂。
全文摘要
本发明涉及到具有高寿命的多晶P型硅晶片。硅晶片含有0.2-2.8ppma的硼和0.06-2.8ppma的磷和/或砷且已经在高于925℃的温度下进行了磷扩散和磷吸杂。本发明还涉及到这种多晶硅晶片的制造方法和包括这种硅晶片的太阳能电池。
文档编号H01L21/322GK101636823SQ200780044783
公开日2010年1月27日 申请日期2007年11月28日 优先权日2006年12月4日
发明者B·拉比, E·厄尼巴克, K·彼得, R·特朗斯塔德 申请人:埃尔凯姆太阳能公司