[发明专利]一种制备具有表面钝化的PN结和晶体硅太阳能电池的方法

权利要求书

1.制备具有表面钝化的PN结和晶体硅太阳能电池的方法，其特征是利用离子注入结合快速热氧化制备PN结，步骤如下，1）离子注入掺杂；2）离子注入掺杂后，将硅片放置到快速热退火炉管中后，将硅片的温度从600-700℃以较快的升温速度迅速升至950-1150℃之间的某个温度，尤其是1100±50℃，升温速率是1-5℃/秒，同时在惰性气体气氛下进行快速退火，在这个过程中主要完成离子注入损失层的修复；3）在1000-1150℃温度、氮气气氛下继续进行高温退火，时间10-100秒钟左右，继续完成离子注入损失层的修复，同时也进行掺杂的激活和再分布；4）在1000-1150℃温度氧化、氧气气氛下或者掺氯氧化继续进行高温在线氧化退火，时间是30-60秒，在此过程中在硅片的表面获得一层2-30nm厚度的致密的氧化硅。

2.根据权利要求1所述的利用离子注入结合快速热氧化制备PN结的方法，其特征是1）中利用离子注入在硅片的某一个表面或某些区域实施第一种导电类型的掺杂；后以同样的方法实施另一种导电类型的掺杂；离子注入掺杂后，将硅片放置到快速热退火炉管中后，将硅片的温度从700℃以较快的升温速度迅速升至1000-1150℃之间的某个温度。

3.根据权利要求1或2所述的利用离子注入结合快速热氧化制备PN结的方法，其特征是采用控制压强的方式，在低压条件下（小于5000帕斯卡，一般选择1500-2500帕斯卡)会产生可控制的氧化反应，从而获得十分均匀的致密的氧化层，获得更高质量的钝化发射极效果。

4.根据权利要求1或2所述的利用离子注入结合快速热氧化制备PN结的方法，其特征是步骤4）完成后在1000-1150℃温度、氮气气氛下继续进行高温退火，时间10-60秒钟，用于降低氧化层的界面态密度。

5.根据权利要求1或2所述的利用离子注入结合快速热氧化制备PN结的方法，其特征是降温条件：步骤4）完成后硅片从1000℃左右的高温降到700℃左右，气氛是氮气，降温速率是1-3℃/秒，出炉结束热处理程序。

6.根据权利要求1或2所述的利用离子注入结合快速热氧化制备PN结的方法，其特征是步骤4）中氧化时采用依靠氢气和氧气内点火的方式生产水蒸气，获得更加致密的氧化层，获得更高质量的钝化发射极效果。

7.制备具有表面钝化的PN结和晶体硅太阳能电池的设备，其特征是包括扩散炉气流提供系统、加热设备和温度控制系统、硅片装载装置、冷却系统；加热设备根据所需要的升温速率需求（50-500度/分钟），降温需求（50-200度/分钟），加热设备采用包括卤钨灯在内的红外短波辐射加热灯管，通过在扩散炉内设置若干个（比如11-19个）红外短波辐射加热灯管，以辐射方式传递的热量给硅片；扩散炉是水平式的快速热氧化设备系统，扩散炉中设有若干个温区控制系统（比如11-19个），用于补偿可能升降温中的加热或冷却不均匀性，实现硅片均匀加热；在整个炉体内设置若干组红外短波辐射加热灯管，同时对每个温区都带有光学高温计，实现每个温区的相对均匀的对硅片实施加热温度控制和温度监控；在每个温区分布都配置Spike热电偶和Profile热电偶，通过测温热电偶测出温度信号，经自动控制系统改变灯电流的大小，实现整个炉腔内的各个温区的温度闭环控制；

硅片装载装置，采用耐高温的材料来装卸硅片，硅片装载集中在每一个温区的中心位置以获得均匀的加热；

冷却系统采用水冷散热和风冷散热相结合的方式；气流系统包括氮气、压缩空气、氧气的计量提供系统。

8.根据权利要求7所述的制备具有表面钝化的PN结和晶体硅太阳能电池的设备，其特征是加热灯管的灯管由石英材料掺杂加工成型，灯丝材料采用螺旋形的绕丝，在灯管的一面安装有石英反射层。

9.根据权利要求7或8所述的制备具有表面钝化的PN结和晶体硅太阳能电池的设备，其特征是扩散炉中设有11至19个温区控制系统，用于补偿可能升降温中的加热或冷却不均匀性；在整个炉体内设置相同数量的11至19组红外短波辐射加热灯管；对于掺氯的氧化增设TCA或者DCE；设有H2和O2合成的内点火系统装置；水平炉管连接负压即抽真空系统。