CN102005502B - 一种改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法，其步骤包括：(1)将硅片放于扩散炉中，炉内各区温度均升至700～780℃，炉内环境为均匀的氮气气氛，氮气流量8L/min～30L/min；(2)待温度稳定后，同时通入携磷源气体0.8L/min～2L/min，及干氧0.4L/min～2.5L/min，且保证炉内气体环境均匀，扩散10～40分钟；(3)停止通入携磷源气体源和干氧，同步均匀提升炉内各区温度，升温速率＜5℃/min，升温至810～900℃，扩散10～40分钟；(4)降温取出硅片。本发明通过均匀的炉内气体及一致的炉内温度，使电池片制备中的磷扩散均匀性得到提高，一定程度上提升了太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造太阳能电池的扩散制结工艺，具体涉及一种改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法。
背景技术
太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的器件，由于其清洁、无污染，取之不尽，用之不竭，受到越来越多的关注。
目前广泛采用的是硅太阳能电池，其制造工艺也已经标准化，主要步骤为：化学清洗及表面结构化处理(制绒)-扩散制结-周边刻蚀-沉积减反射膜-印刷电极-烧结。其中，扩散制结分为磷扩散与硼扩散，在使用P型硅片制备太阳能电池的情况下，需要在硅片表面进行磷扩散形成N层，而最终形成PN结，相反，若使用N型硅片制备时，则需要在硅片表面进行硼扩散来形成PN结。
通常以磷扩散制结，该步骤是整个制备过程中的一个关键步骤，其质量会直接影响到电池的光电转换效率，在工业化生产中，典型的结制备分为两步：第一步用氮气通过液态的三氯氧磷(POCL3)，将所需要的杂质(磷)用载流气体(氮、氧)输运至高温半导体材料表面(硅)，杂质扩散深度约为几百个纳米；第二步是高温处理(即驱入处理)，使预淀积在表面的杂质原子继续向基体深处扩散，这样就形成了一个N+/N层，这样的结构有利于后电极的制备。
扩散制结所使用的设备最常见的有扩散炉，在实际生产中，扩散炉的温度控制一般是由几个加热线圈分段同时控制，由于管内不同位置气氛环境等差异的存在(通入气体均匀度差异)，若炉内温度一致，即造成制备出的电池片性能不一致。通常采用温度补偿的方式来控制整管的方块电阻，即通过分段控制加热线圈，使扩散炉各温区扩散温度不一致，来弥补环境差异。然而，采用这一方式，工艺各步骤之间的界限并不分明，且一个扩散炉一次性扩散的硅片分散在各个温区，造成了处于各温区的硅片的实际扩散工艺参数存在较大差异，导致了方块电阻一致性差、重复性及稳定性差，进而影响最终的效率。
发明内容
本发明目的是提供一种改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法，使用该方法提高扩散工艺的稳定性重复性，改善整管及单片的扩散均匀性，有效提高太阳能电池的转换效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法，其步骤包括：
(1)将待处理硅片放于扩散炉中，炉内各区温度均升至700～780℃，各区温差＜5℃，炉内环境为均匀的氮气气氛，氮气流量8L/min～30L/min；
(2)待温度稳定后，同时通入携磷源气体，流量为0.8L/min～2L/min，及干氧，流量为0.4L/min～2.5L/min，且保证炉内气体环境均匀，扩散10～40分钟；
(3)停止通入携磷源气体源和干氧，同步均匀提升炉内各区温度，升温速率＜5℃/min，升温至810～900℃，各区温差＜5℃，扩散10～40分钟；
(4)降温取出硅片，完成扩散过程。
上述技术方案中，所述步骤(1)中氮气流量为8L/min～20L/min。
上述技术方案中，所述步骤(2)中携磷源气体流量为0.8L/min～1.8L/min，同时通入干氧流量为0.6L/min～2L/min，进行扩散。
本发明的工作机理是：
1.扩散炉内各区温度保持一致(各温区温差＜5℃)，避免了不同区域温差引起扩散不均匀的问题；
2.通过合理调整合控制通入炉内各气体的比例、总量，以及出气排风量，保证扩散反应过程炉内气体均匀稳定，减少了炉内气流分布差异引起的扩散不均匀问题；
3.采用炉内温度从低到高，且升温速率＜5℃/min，以确保炉内各区温度是同步等速升温，升温过程缓慢而又均匀，从而减小升温滞后效应引起的扩散不均匀问题。
从而使磷扩散均匀性得到明显提高。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明采用扩散炉内各温区温度一致，且保持均匀气体环境，从而大大提高扩散均匀性、一致性及工艺重复性与稳定性：
①均匀性：(1)片间均匀性好：在各温区非常接近甚至完全相同的参数条件下，可将片间方块电阻不均匀度控制在较理想的范围；(2)片内均匀性好：明显改善片内均匀性，在国产设备上改善效果尤为显著。
②一致性好：(1)很大程度上统一了不同设备的工艺参数，解决了不同设备的一致性问题；(2)解决了因不同管别差异而引起的不一致问题；(3)解决了同一管不同位置的差异而引起的不一致问题。
③重复性，稳定性好：改善工艺抗不稳定性因素(温度波动，环境气氛，厂务排风等)的能力强，重复性高，在不改变任何参数设定的情况下，长时间连续生产，方块电阻能够很好稳定在控制范围内，很大程度上降低了实际生产时工艺控制的难度。
2、本发明工艺步骤分明，工艺调节余地大，有利于调整控制，方便根据需要做工艺优化；
3、本发明无须增添任何设备工装，工艺时间和常规工艺时间相仿，很大程度上节约了成本；
4、本发明既适用于不同档次的多种设备，又适用于各种规格的常规片和UMG片，适于推广使用。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法，其步骤包括：
(1)将待处理硅片放于扩散炉中，炉内各区温度均升至780℃，炉内环境为均匀的氮气气氛，氮气流量20L/min；
(2)待温度稳定后，同时通入携磷源气体，流量为1.8L/min，及干氧，流量为2L/min，且保证炉内气体环境均匀，扩散20分钟；
(3)停止通入携磷源气体源和干氧，同步均匀提升炉内各区温度，升温速率4℃/min，升温至830℃，扩散20分钟；
(4)降温出舟，完成扩散过程。
实施例：
将常规多晶P156硅片进行磷扩散，从实验片中等距抽取14片，五点法测量其方块电阻，结果如下所示：
注：不均匀度＝(最大值-最小值)/(最大值+最小值)×100％
| 抽样 | 中心阻值 | 平均 | 最大 | 最小 | 不均匀度 |
| 1 | 57.2 | 54.6 | 57.2 | 50.7 | 6.0％ |
| 2 | 59 | 56.4 | 59.0 | 54.7 | 3.8％ |
| 3 | 56 | 55.2 | 56.2 | 53.8 | 2.2％ |
| 4 | 55.3 | 54.2 | 55.3 | 52.7 | 2.4％ |
| 5 | 56.9 | 55.8 | 57.7 | 53.4 | 3.9％ |
| 6 | 55.1 | 53.9 | 55.2 | 52.9 | 2.1％ |
| 7 | 54.3 | 53.0 | 54.6 | 51.2 | 3.2％ |
| 8 | 55 | 54.4 | 55.0 | 53.0 | 1.8％ |
| 9 | 55.8 | 54.4 | 55.8 | 53.2 | 2.4％ |
| 10 | 53.8 | 53.6 | 54.4 | 52.9 | 1.4％ |
| 11 | 52.5 | 52.8 | 57.5 | 49.5 | 7.6％ |
| 12 | 53.8 | 52.7 | 53.8 | 52.0 | 1.7％ |
| 13 | 53.4 | 51.5 | 53.4 | 50.0 | 3.3％ |
| 14 | 58.3 | 59.1 | 66.7 | 56.3 | 8.8％ |
| 平均 | 55.5 | 54.1 | 55.8 | 52.4 | 3.6％ |
在AM1.5、光强1000W，温度25℃条件下测量其电性能参数的情况为：
对比例：
将常规多晶P156硅片以传统工艺扩散处理后，等距抽取14片测量其方块电阻为：
| 位置 | 中心 | 平均 | 最大 | 最小 | 不均匀度 |
| 1.0 | 49.8 | 41 | 49.8 | 34.5 | 18.15％ |
| 2.0 | 47 | 38.06 | 47 | 34 | 16.05％ |
| 3.0 | 49.3 | 40.06 | 49.3 | 36.8 | 14.52％ |
| 4.0 | 49.6 | 38.2 | 49.6 | 30.5 | 23.85％ |
| 5.0 | 48.1 | 36.94 | 48.1 | 30 | 23.18％ |
| 6.0 | 46.8 | 36.64 | 46.8 | 31.2 | 20.00％ |
| 7.0 | 45.7 | 37.52 | 45.7 | 34.5 | 13.97％ |
| 8.0 | 47.2 | 37.58 | 47.2 | 34.6 | 15.40％ |
| 9.0 | 46.1 | 35.24 | 46.1 | 31.1 | 19.43％ |
| 10.0 | 46.5 | 36.3 | 46.5 | 31.8 | 18.77％ |
| 11.0 | 46 | 35.22 | 46 | 31.1 | 19.33％ |
| 12.0 | 46 | 35.6 | 46 | 31 | 19.48％ |
| 13.0 | 47.5 | 36.78 | 47.5 | 31 | 21.02％ |
| 14.0 | 48 | 37.48 | 48 | 34.1 | 16.93％ |
| 平均 | 47.4 | 37.2 | 47.3 | 32.4 | 18.58％ |
在AM1.5、光强1000W，温度25℃条件下测量其电性能参数的情况为：
从上述实施例和对比例可以看出，所得到的扩散后方块电阻单片均匀性明显好于对比例。实施例中平均不均匀度为3.6％，对比例中平均不均匀度为18.58％；实施例的效率为16.19％，对比例的效率为16.07％，实施例比对比例高了约0.1％。
可见，采用本发明的扩散工艺可以大幅度地提高扩散的均匀性，一定程度上提升了太阳能电池的转换效率。
Claims (3)
1.一种改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法，其步骤包括：
(1)将待处理硅片放于扩散炉中，炉内各区温度均升至700～780℃，各区温差＜5℃，炉内环境为均匀的氮气气氛，氮气流量8L/min～30L/min；
(2)待温度稳定后，同时通入携磷源气体，流量为0.8L/min～2L/min，及干氧，流量为0.4L/min～2.5L/min，且保证炉内气体环境均匀，扩散10～40分钟；
(3)停止通入携磷源气体源和干氧，同步均匀提升炉内各区温度，升温速率＜5℃/min，升温至810～900℃，各区温差＜5℃，扩散10～40分钟；
(4)降温取出硅片，完成扩散过程。
2.根据权利要求1所述的改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法，其特征在于：所述步骤(1)中氮气流量为8L/min～20L/min。
3.根据权利要求1所述的改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法，其特征在于：所述步骤(2)中携磷源气体流量为0.8L/min～1.8L/min，同时通入干氧流量为0.6L/min～2L/min，进行扩散。
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