一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶硅水平镀膜方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶硅水平镀膜方法及应用，本发明专利技术在生长Poly

【技术实现步骤摘要】
一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶硅水平镀膜方法及应用


[0001]本专利技术具体涉及一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶硅水平镀膜方法及应用。

技术介绍

[0002]太阳能电池的生产过程中，基体硅片的成本占整个生产成本的比例最高，为降低生产成本，尽快实现光伏电价“平价上网”，提高市场竞争力，硅片薄化是必然的趋势，随之产生的问题就是电池表面复合严重。这就为太阳能电池表面钝化技术提出了挑战，为了在硅片薄化的过程中仍然保持电池的高转化效率，对晶体硅太阳电池表面钝化技术的研究是必不可少的。因此，无论是提高太阳能电池的转换效率，还是降低太阳能电池的生产成本，对于晶体硅太阳能电池表面钝化技术的研究都必不可少。
[0003]随着太阳能电池研究的不断进步与深入，多种不同结构的高效太阳能电池被开发，如PERC、IBC、HIT、TOPCon等，同时太阳能电池转换效率越来越接近其理论极限。
[0004]常规Al
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BSF太阳能电池由于背面金属电极直接与Si接触，载流子复合严重，导致J0偏高，Voc难以超过685mV。PERC太阳能电池在背面金属与Si之间沉积Al2O3/SiNx叠层钝化膜，利用场钝化和化学钝化对背表面实现了优异的钝化效果，提高了电池Voc。目前PERC太阳能电池的Voc可以接近690mV，但仍难以超过700mV。由于Al2O3/SiNx均为介质绝缘膜，为实现电学接触，需对介质膜进行局域开孔，由此造成载流子需通过二维输运才能被金属电极收集，造成横向电阻输运损耗，FF随着金属接触间距的增加而减少。同时金属与Si局域接触仍然在该区域存在较高的复合，即J0,metal比较高。
[0005]更高效的太阳能电池要求在具有良好的界面钝化情况下，尽可能实现一维纵向输运，使Voc和FF最大化。而钝化接触便是实现该功能的途径之一。
[0006]隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contacts)电池的概念由德国夫琅禾费太阳能系统研究所(Fraunhofer
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ISE)于2013年提出，图1为该N型钝化接触太阳能电池的结构示意图。钝化接触电池的Poly
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Si与Si基底界面间的氧化硅对钝化起着非常关键的作用，氧化硅通过化学钝化降低Si基底与Poly
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Si之间的界面态密度。多数载流子通过隧穿原理实现输运，少数载流子则由于势垒以及Poly
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Si场效应的存在难以隧穿通过该氧化层。在重掺Poly
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Si中，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电导率形成多数载流子的选择性接触。在选择性接触区域，多子传输导致电阻损失，同时少量少子向金属接触区域迁移导致复合损失。前者对应接触电阻ρc，而后者则对应界面复合J0。
[0007]而对于目前商业化的晶体硅太阳能电池，70％仍然为P型电池，虽然N型钝化接触电池能够带来电池发电效率的较大幅度提升，但是基于目前较大的P型生产规模去切换技术需要巨大的设备、技术等投入，N型钝化接触技术无法满足当前P型市场实现快速高效低成本切换。
[0008]因此能够实现P型硅片的钝化接触电池的开发变得尤其重要，目前国际上一些研发机构采用磁控溅射制备p+Poly，其p型钝化接触太阳能电池效率为23％，Voc超过700mV，
si，然后通过硼扩散的方式进行掺杂，该方式的存在以下几点缺陷：
[0032](a)需要两台设备才能实现P
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poly si层的生长，设备投入成本高，不利于大规模生产的成本控制。
[0033](b)硼扩散过程中900
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1000℃左右的高温，高温过程会加剧电池热辐射复合，不利于高效电池的进一步发展。
[0034](c)采用硼扩散的方式，由于高温过程温度较高，B原子在Si体内的掺杂深度和浓度不可控，很容易降低P
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poly
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Si的钝化效果，导致iVoc&电池效率的降低。
[0035]本专利技术使用BCl3、SiH4作为反应气体，使用原位掺杂的方式，直接生长P
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poly Si，生长温度较低，且通过调整通入BCl3的量，掺杂浓度可控。且在生长过程中使用本专利技术的进气方式，可以保证气体均匀分布在炉管内，有利于整体工艺的均匀性。
[0036](3)本专利技术使用水平插片镀膜工艺，与竖直镀膜相比，减少管内气体湍流，确保片内镀膜均匀性。水平式插片，硅片靠重力水平重叠，高温、气流、振动对水平插片式硅片的扰动极小，气流在硅片的背面产生的绕镀很轻微。
[0037](4)本专利技术为保证片间镀膜均匀性，采取炉口及炉尾双气路进气。其中炉口采用炉门处环形进气，炉尾进气口采用直通到管内前部温区的喷淋直管进气，解决了BCl3分布不均匀而导致的生长不均匀问题，这种新型进气方式，确保掺杂层稳定性及均匀性。
[0038](5)本专利技术镀膜温度控制在500
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800℃之间，系统压力处于200mtorr
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800mtorr，通过优化气态BCl3的浓度、温度和压力，能够得到具备高钝化性能的硼掺杂薄膜的结构和形貌。
[0039](6)本专利技术采用BCl3气态源，区别于B2H6，使用BCl3气体危险性较低，B2H6有剧毒，B2H6一旦燃烧，一般很难扑灭，最有效的处理方法是及时阻止泄露，并防止火灾向周围蔓延。而BCl3没有毒性，而且不易燃烧，同时BCl3具备B2H6同样的掺杂效果。
[0040](7)由于BCl3分子极易分解并快速进行硼非晶硅晶体的形成，所以BCl3的利用率非常高，利用本专利技术的方法可以疏散BCl3气体在炉管内的分布，使得炉管内BCl3分布均匀，并能够与SiH4充分混合参与反应。
[0041]通过优化气态硼化氢的浓度、温度和压力，得到具备高钝化性能的硼掺杂薄膜的结构和形貌。本专利技术制得的掺硼非晶硅薄膜具备优异的钝化能力，为后续制备钝化接触结构电池提供优异的基础。在P型PERC产品上将背面Al2O3钝化层替换成掺B非晶硅的TOPCon结构，Voc有较大提升，量产化实验数据，掺B钝化接触电池，较普通P型PERC电池，效率提升0.5％左右，Voc提升5mV。
[0042](8)对于钝化接触，一般N型电池采用n+Poly层，即在本征poly硅中掺杂P元素，实现方法为利用SiH4气体，生长本征poly层，然后进行P扩散；P型电池需要采用p+Poly层。本专利技术使用BCl3和SiH4两种气体共同作用，反应一次生成B掺杂的p+Poly层；并且本专利技术采用LPCVD生长方式，生长方法简单，设备成本较低，且具备较大产能，能够满足批量化市场应用。
附图说明
[0043]图1是N型钝化接触电池模型。
[0044]图2是竖直插片与水平插片气流流向示意图。
[0045]图3是P型TOPCon电池结构示意图。
[0046]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶硅水平镀膜方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1：将氧化后的硅片背靠背水平装入石英舟中，在设定温度500℃下将装有硅片的石英舟推入镀膜石英管中，并通入保护氮气；步骤2：升温至500
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800℃，然后关闭氮气进气阀，同时控制系统压力处于200mtorr
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800mtorr的压力下；步骤3：炉口、炉尾进气口分别通入SiH4和BCl3气体；步骤4：关闭SiH4和BCl3气体进气阀门，同时通入氮气赶走未完全沉积的前驱体；步骤5：通入大氮，炉管降温，回压；步骤6：待管内压力接近大气压时，将装有硅片的石英舟从炉管中拉出。2.根据权利要求1所述的一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶硅水平镀膜方法，其特征是，步骤1中，通入2000sccm
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3000sccm的保护氮气。3.根据权利要求1所述的一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶硅水平镀膜方法，其特征是，步骤3中，通入BCl3的流量为10sccm
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300sccm。4.根据权利要求1所述的一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：林佳继，梁笑，刘群，
申请(专利权)人：深圳市拉普拉斯能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：