N型单晶硼掺杂技术研究

N型单晶硼掺杂技术研究 王子谦 光伏材料与技术国家重点实验室 英利能源（中国）有限公司 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 2 内容提要 1 N型单晶硅离子注入电池简介 硼发射极理论介绍 2 3 硼发射极工艺研究 3 总 结 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 3 内容提要 1 N型单晶硅离子注入电池简介 硼发射极理论介绍 2 3 硼发射极工艺研究 3 总 结 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL N型单晶硅离子注入电池简介 硼扩散发射极 SiO2 钝化层 PECVD SiNx 层 磷注入背场 SiO2 钝化层 PECVD SiNx 层 正面接触 Ag/Al 背面接触 Ag N型硅  电池结构简单，易于产业 化  成本低，兼容现有生产线  双面发电，提升发电量 10- 30  优异的抗 LID性能 四主柵 离子注 入 五 主栅 双次印刷 背面抛光 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL N型单晶硅离子注入电池简介 传统 POCl3扩散电池 离子注入电池 传统 的 POCl3扩 散 电 池，采用磷硼共 扩 的方式，正背面容易互 相影响；而离子注入的方式可以分 别对 硼磷 进 行 优 化。 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 6 内容提要 1 N型单晶硅离子注入电池简介 硼发射极理论介绍 2 3 硼掺杂工艺研究 3 总 结 硼掺杂理论介绍 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 硼掺杂理论介绍 硼扩散影响太阳能电池转换效率的因素主要有  硼在硅表面堆积的浓度超过了硼在硅中的固溶 度，就会形成富硼层 ， 硅片表面形成死层 。 在这些 区域光生载流子很少有机会被收集，对太阳电池的 开路电压和短路电流有负作用。 硅硼 两种原子在尺寸上的差别使得硼掺杂容易形 成位错 ，这种缺陷会减少硅体少子寿命。 硼杂质浓 度越高，少子寿命衰减就越大。 适当提高硼掺杂浓度，能很好地提高 iVoc；但是当掺杂浓度过大时，会使禁带 宽度收缩， iVoc反而减小；好的欧姆接触 的形成，同样需要对太阳发射区进行重掺 。因此需要摸索合适的掺杂浓度和掺杂深 度。 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 硼扩散表面 浓度不变条件 下的模拟 硼掺杂理论介绍 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 硼扩散方 块电阻不变条 件下的模拟。 硼掺杂理论介绍 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 10 内容提要 1 N型单晶硅离子注入电池简介 硼掺杂理论介绍 2 3 硼掺杂工艺研究 3 总 结 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 硼掺杂工艺研究  硅片表面浓度控制 扩散分为两步预扩散和再分布 预扩散 在较低温度下，采用 恒定表面源扩散方式，在硅片表 面扩散一层数量一定、按余误差 形式分布的杂质，最高浓度取决 于杂质在硅中的固溶度。杂质分 布 再分布 采用限定表面源扩散，将由预扩散引入的杂质作为扩散源，在较 高稳定下进行扩散，来控制表面浓度和扩散深度。杂质浓度只有 1019量级， 而硼扩散工艺一般杂质浓度在 1020量 级 ，因此需要在再分布前在硅片表面沉 积 足 够 多的硼源，形成恒定表面源。 Ns-表面杂质浓度（即为杂质在该温度下的 固溶度 D-扩散系数 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 硼掺杂工艺研究  硅片表面浓度控制 在 900-1200 ℃ 时，硼在硅 中的固溶度变化不大，约 5*1020/ cm3 ， 因此通过延长 预扩散时间， 就可以保证再分 布时预扩散层近似为一个恒定 表面源，保证再分布后表面的 浓度满足要求。 杂质原子在硅中的固溶度。 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 硼掺杂工艺研究  扩散深度控制 对于恒定表面源扩散，扩 散深度为 N B-硅衬底原有杂质浓度 Ns-表面杂质浓度 D-扩散系数 A-常数 结深与扩散系数和扩散时间的平方根成正比。控制时间可以达到控制结深的目 的，但是长时间的高温扩散会影响结深平整度，一方面，在保证扩散深度的同时 应尽量减少扩散时间，另一方面，可以通过提高扩散温度的同时来使扩散系数增 大，从而减少扩散时间。因此， 需要确定合适的扩散温度和扩散时间 。 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL  减少气体预扩散步骤的时 间，降低掺杂量；  增大再分布时间和反应 温度，增加结深。 工艺名称 预扩散 （ min） 再分布 （ min） 反应温度（ ℃ ） 工艺一 25 18 940 工艺二 15 38 960 设计硼扩散的调整方向 硼掺杂工艺研究  设计硼扩散的调整方向，即降低表面浓度 ,增加扩散深度 ， 保证硼扩散 方块电阻不变，来验证对电池转换效率的影响。 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 表面浓度低， 且结深较深 。 硼掺杂工艺研究 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 深结 低表面 浓度硼 扩散， 对电池 的正面 钝化效 果明显 工 艺 一 工 艺 二 硼掺杂工艺研究 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL VocV Jsc mA/cm2 FF Eff G1-工艺一 0.657 39.79 82.71 21.63 G2-工艺二 0.662 40.06 82.46 21.88 硼掺杂工艺研究 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 18 内容提要 1 N型单晶硅离子注入电池简介 硼掺杂理论介绍 2 3 硼掺杂工艺研究 3 总 结 PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL 总结  在保证正面硼扩散方阻不变的情况下，采用低表面浓度深结工 艺， 仿真模拟 结果显示，能够实现开路电压的有效提升，电池转换 效率也能够实现明显提升。  以仿真模拟为基础 进行实验设计，并进行 N型双面电池的实验验 证 。 优化后的低表面浓度的深结扩散工艺可增加短波区蓝光响应、 降低发射极缺陷密度和减小复合速率；可改善其与栅线的接触、降 低 Voc损耗。 采用优化后的硼扩散工艺， Voc， Jsc和 Eff得到了明显 提升。 谢谢