CN101494253A - 一种选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺 - Google Patents

一种选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺，重扩散工艺应用在电极栅线下及其附近，轻扩散工艺应用在非电极栅线区域，通过改变两步扩散工艺的温度，气流量和工艺时间使得在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区，在非电极栅线区域形成低掺杂浅扩散区。本发明解决了传统一步扩散工艺无法同时降低硅片表面接触电阻和减少死层的问题，对晶体硅太阳能电池整体性能的提高有着重要的作用。

Description

一种选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺
技术领域
本发明属于太阳能电池制造领域，具体涉及一种选择性发射极太阳能电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺。
技术背景
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/□，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)，同时又降低接触电阻，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晶体硅太阳能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。这两个特征既解决了死层问题，又减少了硅片表面和金属电极之间的接触电阻。从而提高了开路电压，短路电流，填充因子和效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺，通过该两步扩散工艺可以使得发射极电极栅线区域和非电极栅线区域形成不同的掺杂浓度区，减少死层效应，降低接触电阻，提高太阳能电池的开路电压、短路电流和填充因子并获得更高的光电转换效率。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺，其特征在于，重扩散工艺应用在电极栅线下及其附近，使这些区域形成高掺杂深扩散区；轻扩散工艺应用在非电极栅线区域，使这些区域形成低掺杂浅扩散区；所述的重扩散工艺和轻扩散工艺均包括以下步骤：
(1)进舟(Loading)：把装载硅片的石英舟推进扩散炉管中；
(2)温度稳定(Temperature stable)：使得扩散炉管内的温度完全稳定；
(3)扩散/再分布(Doping/Driving in)：把三氯氧磷通过小流量的氮气带入扩散炉管进行扩散；
(4)退舟(Loading)：把装载扩散后的硅片的石英舟从扩散炉管中退出。
对于重扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在6-12分钟，温度设定在865-920摄氏度，这一温度比传统工艺一步扩散工艺温度高，从而有更多的能量驱动更多的磷源进入硅片去获得更低的表面方块电阻；为了有利于扩散，氧气需要被注入到扩散炉管内，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在15-20分钟，温度设定在865-920摄氏度；为了有利于扩散，氧气需要被注入到管内，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程温度设定在865-920摄氏度，为了达到重扩散的特点，特定流量的小流量氮气需要被设定，氮气流量大于25000立方厘米/分钟；为了有利于扩散，氧气需要被注入到扩散炉管内，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在6-12分钟，温度设定在865-920摄氏度。
在这些电极栅线下的高搀杂区域，方块电阻分布在15Ω/□到25Ω/□，这是为了降低与金属电极接触处的接触电阻去获得更好的印刷电极效果。
对于轻扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在6-12分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，这一温度比传统工艺中的一步扩散工艺温度低从而减少磷源进入硅片，这一目的是为了获得硅片表层高方块电阻；为了有利于扩散，氧气需要被注入到管内，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在15-20分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度；为了有利于扩散，氧气需要被注入到管内，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程的时间控制在60-85分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度；为了达到轻扩散的特点，特定流量的小流量氮气需要被设定，氮气流量大于30000立方厘米/分钟；为了有利于扩散，氧气需要被注入到管内，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在6-12分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度。
在这些非电极栅线下的轻搀杂区域，方块电阻高于50Ω/□，这是为了降低死层效应带来的负作用。
选择性发射极结构是晶体硅太阳电池制造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)在非电极栅线区域形成低掺杂浅扩散区。本发明提供的重扩散和轻扩散两步工艺可以实现这一要求。具体来说两步扩散工艺是调整：1)前后两次扩散工艺的温度，2)前后两次扩散工艺的气流量，3)前后两次扩散工艺时间，以实现在硅片发射极不同区域中形成不同的掺杂浓度和扩散深度从而降低接触电阻，死层效应和提高开路电压，短路电流，填充因子和效率。
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
本发明提供的选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散工艺应用在电极栅线下及其附近，使这些区域形成高掺杂深扩散区；轻扩散工艺应用在非电极栅线区域，使这些区域形成低掺杂浅扩散区；重扩散工艺和轻扩散工艺均包括以下步骤：
(1)进舟(Loading)：把装载硅片的石英舟推进扩散炉管中；
(2)温度稳定(Temperature stable)：使得扩散炉管内的温度完全稳定；
(3)扩散/再分布(Doping/Driving in)：把三氯氧磷通过小流量的氮气带入扩散炉管进行扩散；
(4)退舟(Loading)：把装载扩散后的硅片的石英舟从扩散炉管中退出。
对于重扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在6分钟，温度设定在865摄氏度，氧气流量控制在890立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在15分钟，温度设定在865摄氏度，氧气流量控制在890立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程温度设定在865摄氏度，氮气流量26000立方厘米/分钟，氧气流量控制在890立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在6分钟，温度设定在865摄氏度。
对于轻扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在62分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氧气流量控制在890立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在15分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氧气流量控制在890立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程的时间控制在60分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氮气流量32000立方厘米/分钟，氧气流量控制在890立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在6分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度。
实施例2
本发明提供的选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散工艺应用在电极栅线下及其附近，使这些区域形成高掺杂深扩散区；轻扩散工艺应用在非电极栅线区域，使这些区域形成低掺杂浅扩散区；重扩散工艺和轻扩散工艺均包括以下步骤：
(1)进舟(Loading)：把装载硅片的石英舟推进扩散炉管中；
(2)温度稳定(Temperature stable)：使得扩散炉管内的温度完全稳定；
(3)扩散/再分布(Doping/Driving in)：把三氯氧磷通过小流量的氮气带入扩散炉管进行扩散；
(4)退舟(Loading)：把装载扩散后的硅片的石英舟从扩散炉管中退出。
对于重扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在10分钟，温度设定在900摄氏度，氧气流量控制在1000立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在18分钟，温度设定在900摄氏度，氧气流量控制在1000立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程温度设定在900摄氏度，氮气流量28000立方厘米/分钟，氧气流量控制在1000立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在10分钟，温度设定在900摄氏度。
对于轻扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在10分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氧气流量控制在1000立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在18分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氧气流量控制在1000立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程的时间控制在70分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氮气流量35000立方厘米/分钟，氧气流量控制在1000立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在10分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度。
实施例3
本发明提供的选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散工艺应用在电极栅线下及其附近，使这些区域形成高掺杂深扩散区；轻扩散工艺应用在非电极栅线区域，使这些区域形成低掺杂浅扩散区；重扩散工艺和轻扩散工艺均包括以下步骤：
(1)进舟(Loading)：把装载硅片的石英舟推进扩散炉管中；
(2)温度稳定(Temperature stable)：使得扩散炉管内的温度完全稳定；
(3)扩散/再分布(Doping/Driving in)：把三氯氧磷通过小流量的氮气带入扩散炉管进行扩散；
(4)退舟(Loading)：把装载扩散后的硅片的石英舟从扩散炉管中退出。
对于重扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在12分钟，温度设定在920摄氏度，氧气流量控制在1200立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在20分钟，温度设定在920摄氏度，氧气流量控制在1200立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程温度设定在920摄氏度，氮气流量30000立方厘米/分钟，氧气流量控制在1200立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在12分钟，温度设定在920摄氏度。
对于轻扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在12分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氧气流量控制在1200立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在20分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氧气流量控制在1200立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程的时间控制在85分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氮气流量大于38000立方厘米/分钟，氧气流量控制在1200立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在12分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度。

Claims (3)

1.一种选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺，其特征在于，重扩散工艺应用在电极栅线下及其附近，使这些区域形成高掺杂深扩散区；轻扩散工艺应用在非电极栅线区域，使这些区域形成低掺杂浅扩散区；所述的重扩散工艺和轻扩散工艺均包括以下步骤：
(1)进舟：把装载硅片的石英舟推进扩散炉管中；
(2)温度稳定：使得扩散炉管内的温度完全稳定；
(3)扩散/再分布：把三氯氧磷通过小流量的氮气带入扩散炉管进行扩散；
(4)退舟：把装载扩散后的硅片的石英舟从扩散炉管中退出。
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重扩散和轻扩散工艺，其特征在于，对于重扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在6-12分钟，温度设定在865-920摄氏度，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在15-20分钟，温度设定在865-920摄氏度，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程温度设定在865-920摄氏度，氮气流量大于25000立方厘米/分钟，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在6-12分钟，温度设定在865-920摄氏度。
3.根据权利要求1或2所述的选择性发射极太阳电池制造过程中的重扩散和轻扩散工艺，其特征在于，对于轻扩散工艺：
(1)进舟过程的时间控制在6-12分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(2)温度稳定过程的时间控制在15-20分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(3)扩散/再分布过程的时间控制在60-85分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度，氮气流量大于30000立方厘米/分钟，氧气流量控制在890-1200立方厘米/分钟；
(4)退舟过程的时间控制在6-12分钟，相对于重扩散的温度，轻扩散温度至少比其低25摄氏度。
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