CN101447529A - 一种选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性发射极太阳电池制作过程中的氧化硅生成工艺，通过最优化整个氧化工艺过程中温度，气流量，氧化时间等重要参数可以在硅片表面生长出致密的，稳定的氧化薄膜去阻止磷源进入硅片，然后结合相关的刻蚀手段即可实现硅片表面局部重扩散和轻扩散的目的。

Description

一种选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺
技术领域
本发明属于太阳能电池制造领域，具体涉及选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺。
背景技术
单晶硅太阳电池规模化生产中广泛使用了传统的丝网印刷工艺，其主要生产流程是使用常规的管式扩散炉高温扩散工艺制作发射极，然后在发射极上镀一层减反射膜和印刷正面金属电极，背接触电极去完成光电转换。传统丝网印刷太阳电池制造过程中高温扩散工艺是一步扩散，其发射极区域表面方块电阻分布在40-50Ω/口，这一电阻范围意味着发射极区域有较高的接触电阻和比较严重的死层问题。仅仅通过调整传统一步扩散工艺的温度，气流量和反应时间是无法既解决死层问题(Dead layer)，又同时降低接触电阻，因此传统的扩散工艺限制了短路电流，开路电压，填充因子和效率的提高。
选择性发射极结构是p-n结晶体硅太阳电池生产工艺中实现高效率的方法之一。选择性发射极结构有两个特征：1)在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；2)在其他区域形成低掺杂浅扩散区。其实现方法有很多，通常两步扩散法(重扩散和轻扩散)经常被用来实现这一个目的。为了只在电极栅线处形成高浓度掺杂区，需要在非电极栅线区域制备一层氧化薄膜以阻挡磷源在重扩环境下进入此区域。常见的氧化工艺有氧化，干氧氧化和TCA氧化等，由于氧化时间较短，所以经常被应用于大规模化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，应用该工艺可在硅片表面生长出能够阻挡磷源在重扩环境下进入硅片的氧化薄膜。
在选择性发射极太阳电池制造过程中，为了在电极栅线处形成高掺杂扩散区以减少硅片表面和金属电极间的接触电阻，需要采用氧化工艺和重扩散工艺。(1)氧化工艺的目的是在非电极栅线区域制备一层氧化薄膜去阻止磷源进入该区域，(2)重扩散工艺的目的是在电极栅线处(无氧化层区域)形成高掺杂扩散区。对于具体的氧化工艺，改变温度、气流量和时间会影响氧化层自身的性能和接下来扩散的效果。
本发明的目的通过采取以下技术措施予以实现：
一种选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，包括以下步骤：
(1)进舟(Loading)：把装载硅片的石英舟推进扩氧化炉管中；
(2)温度稳定(Temperature stable)：使氧化炉管内的温度完全稳定到860～920摄氏度这个范围内；
(3)氧化过程(Wet oxidation growth)：把水蒸汽通过小流量的氮气或氢气和氧气或三氯乙烷带入氧化炉管进行氧化；
(4)氧化过程完成后稳定过程(oxidation stable)：使得接下来退舟高温环境更稳定；
(5)退舟(Loading)：把装载氧化后硅片的石英舟从氧化炉管中退出。
本发明步骤(1)所述进舟过程的时间控制在5～12分钟范围之内，温度设定在860～920摄氏度之间，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
本发明步骤(2)所述温度稳定过程的时间控制在10～17分钟范围之内，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
本发明步骤(3)所述氧化过程的氮气或氢气和氧气或三氯乙烷的流量控制在2900～3500立方厘米/分钟，温度设定在860～920摄氏度之间，时间控制在40～120分钟范围之内，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
本发明步骤(4)所述氧化过程完成后稳定过程的时间控制在5～10分钟范围之内，温度设定在860～920摄氏度之间，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
本发明步骤(5)所述退舟过程的时间控制在5～12分钟范围之内，温度设定在860～920摄氏度之间，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
当前在选择性发射极太阳电池的制作过程中，两步扩散1)在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；2)在其他区域形成低掺杂浅扩散区是整个工艺的核心。为了保证第一步重扩散仅仅发生在电极栅线处，因此需要在非电极栅线处制备出致密的，稳定的氧化薄膜去阻止磷源进入该区域。应用本发明可以在硅片表面生长出符合这一要求的致密的，稳定的氧化层，结合相关的刻蚀手段即可实现硅片表面局部重扩散和轻扩散的目的。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明实施例1之选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，包括以下步骤：
(1)进舟(Loading)：把装载硅片的石英舟推进扩氧化炉管中；这个过程的时间控制在5分钟，温度设定在860摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在25500立方厘米/分钟；
(2)温度稳定(Temperature stable)：使氧化炉管内的温度完全稳定到860摄氏度；这个过程的时间控制在10分钟，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在25500立方厘米/分钟；
(3)氧化过程(Wet oxidation growth)：把水蒸汽通过小流量的氮气带入氧化炉管进行氧化；这个过程的氮气流量控制在2900立方厘米/分钟，温度设定在860摄氏度，为了生长足够厚的氧化层和有利于选择性发射极电池制作过程中重扩散和轻扩散的均匀性和稳定性，这个过程的时间控制在40分钟，为了保护氧化炉管和保证整个工艺的稳定性，仍然需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在25500立方厘米/分钟；
(4)氧化过程完成后稳定过程(oxidation stable)：使得接下来退舟高温环境更稳定；这个过程的时间控制在5分钟，温度设定在860摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在25500立方厘米/分钟；
(5)退舟(Loading)：把装载氧化后硅片的石英舟从氧化炉管中退出；这个过程的时间控制在5分钟，温度设定在860摄氏度之间，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在25500立方厘米/分钟。
实施例2
本发明实施例2之选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，包括以下步骤：
(1)进舟(Loading)：把装载硅片的石英舟推进扩氧化炉管中；这个过程的时间控制在10分钟，温度设定在900摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在28500立方厘米/分钟；
(2)温度稳定(Temperature stable)：使氧化炉管内的温度完全稳定到900摄氏度；这个过程的时间控制在15分钟，温度设定在900摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在28500立方厘米/分钟；
(3)氧化过程(Wet oxidation growth)：把水蒸汽通过小流量的氢气和氧气带入氧化炉管进行氧化；这个过程的氢气和氧气的流量控制在3200立方厘米/分钟，温度设定在900摄氏度，为了生长足够厚的氧化层和有利于选择性发射极电池制作过程中重扩散和轻扩散的均匀性和稳定性，这个过程的时间控制在90分钟，为了保护氧化炉管和保证整个工艺的稳定性，仍然需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在28500立方厘米/分钟；
(4)氧化过程完成后稳定过程(oxidation stable)：使得接下来退舟高温环境更稳定；这个过程的时间控制在8分钟，温度设定在900摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在28500立方厘米/分钟；
(5)退舟(Loading)：把装载氧化后硅片的石英舟从氧化炉管中退出；这个过程的时间控制在10分钟，温度设定在900摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在28500立方厘米/分钟。
实施例3
本发明实施例3之选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，包括以下步骤：
(1)进舟(Loading)：把装载硅片的石英舟推进扩氧化炉管中；这个过程的时间控制在12分钟，温度设定在920摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在29500立方厘米/分钟；
(2)温度稳定(Temperature stable)：使氧化炉管内的温度完全稳定到920摄氏度；这个过程的时间控制在17分钟，温度设定在920摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在29500立方厘米/分钟；
(3)氧化过程(Wet oxidation growth)：把水蒸汽通过小流量的三氯乙烷带入氧化炉管进行氧化；这个过程的三氯乙烷流量控制在3500立方厘米/分钟，温度设定在920摄氏度，为了生长足够厚的氧化层和有利于选择性发射极电池制作过程中重扩散和轻扩散的均匀性和稳定性，这个过程的时间控制在120分钟，为了保护氧化炉管和保证整个工艺的稳定性，仍然需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在29500立方厘米/分钟；
(4)氧化过程完成后稳定过程(oxidation stable)：使得接下来退舟高温环境更稳定；这个过程的时间控制在10分钟，温度设定在920摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在29500立方厘米/分钟；
(5)退舟(Loading)：把装载氧化后硅片的石英舟从氧化炉管中退出；这个过程的时间控制在12分钟，温度设定在920摄氏度，为了保护氧化炉管和有利于接下来的氧化，需要注入氧气到氧化炉管内，氧气流量控制在29500立方厘米/分钟。

Claims (6)

1.一种选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)进舟：把装载硅片的石英舟推进扩氧化炉管中；
(2)温度稳定：使氧化炉管内的温度完全稳定到860～920摄氏度这个范围内；
(3)氧化过程：把水蒸汽通过小流量的氮气或氢气和氧气或三氯乙烷带入氧化炉管进行氧化工艺；
(4)氧化过程完成后稳定过程：使得接下来退舟高温环境更稳定；
(5)退舟：把装载氧化后硅片的石英舟从氧化炉管中退出。
2.根据权利要求1所述的选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，其特征在于步骤(1)所述进舟过程的时间控制在5～12分钟范围之内，温度设定在860～920摄氏度之间，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
3.根据权利要求1所述的选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，其特征在于步骤(2)所述温度稳定过程的时间控制在10～17分钟范围之内，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
4.根据权利要求1所述的选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，其特征在于步骤(3)所述氧化过程的氮气或氢气和氧气或三氯乙烷的流量控制在2900～3500立方厘米/分钟，温度设定在860～920摄氏度之间，时间控制在40～120分钟范围之内，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
5.根据权利要求1所述的选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，其特征在于步骤(4)所述氧化过程完成后稳定过程的时间控制在5～10分钟范围之内，温度设定在860～920摄氏度之间，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
6.根据权利要求1所述的选择性发射极太阳电池制造过程中的氧化硅生成工艺，其特征在于步骤(5)所述退舟过程的时间控制在5～12分钟范围之内，温度设定在860～920摄氏度之间，氧气流量控制在25500～29500立方厘米/分钟。
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Legal Events

Date Code Title Description
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: A Solar Research & Development Co., Ltd.

Assignor: JA Solar Holdings Co., Ltd.

Contract record no.: 2011320000547

Denomination of invention: Silica generation technology during manufacturing process of selective emitter solar cells

Granted publication date: 20100908

License type: Exclusive License

Open date: 20090603

Record date: 20110411