CN102509746A - 晶体硅太阳能电池的扩散工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，为了缩短单管的工艺时间，并且有效提高扩散的均匀性和重复性，本发明的扩散工艺在原来的工艺基础上，在通源时将小氮流量和干氧流量按一定比例增加，并同时缩短扩散时间。该工艺能显著增强扩散的均匀性，对PN结的深度和表面浓度有很好的控制，提高了晶体硅太阳能电池片的光电转换效率。本发明的扩散工艺编辑简单，只在原来的工艺参数上修改一下即可，便于操作，适用产业化生产，可提高生产进度，可以在大规模的太阳能生产线中应用。

Description

晶体硅太阳能电池的扩散工艺
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池制造领域，具体为一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺。
背景技术
太阳能电池制造工艺中，扩散是核心工艺，是用来形成PN结的。磷扩散一般有三种方法，一是三氯氧磷(POCl3)液态源扩散，二是喷涂磷酸水溶液后链式扩散，三是丝网印刷磷浆料后链式扩散，本发明采用的是第一种方法。
POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源，在高温下分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5)，其反应式如下：
5POCl5＝3PCl3+P2O5
2P2O5+5Si＝5SiO2+4P↓
在整个扩散工艺进行中，温度、流量、时间等因素影响着扩散的结果。一般来说，使用三氯氧磷(POCl3)液态源进行扩散存在以下缺点：(1)单片的均匀性差；(2)重复性差，片与片之间的方块电阻存在偏差；(3)单管工艺时间较长。
小氮和大氮的成分均为氮气，只是流量不同，大氮作为保护气体贯穿工艺的每一个步骤，至始至终都在连续通入，小氮只有在预扩散和扩散两个步骤才通入，用于携带三氯氧磷(POCl3)液态源进行扩散，干氧在氧化、预扩散和扩散这几个步骤通入，属于参加反应的气体，小氮、大氮和干氧三种气体经由不同的气路汇合后从炉尾的进气管喷入炉体内，如表6所示，在预扩步均为600s，在扩散步均为1400s，在通源时小氮流量为2000ml/m，大氮流量为35000ml/m，通干氧量为2500ml/m，显然，现有单管工艺的时间较长，为了避免这些缺点，必须改进扩散的工艺，使扩散效果最优。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，通过调整优化工艺可明显缩短单管的工艺时间，提升单位时间内的产量，提高太阳能电池片的光电转换效率，并且有效提高扩散的均匀性和重复性。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，包括扩散通源步骤，其特点是，在通源时小氮流量为2400～2600ml/m，通干氧量为3000～3250ml/m，并同时缩短预扩散时间和扩散时间；扩散炉炉口和炉中的温度升高10℃～12℃，炉尾的温度升高6℃～8℃。
在预扩和扩散步按约4∶5的比例增加了单位时间的扩散小氮和干氧的流量，使源能在太阳能电池片表面更充分的反应，均匀性较好。
进一步地，在预扩散前，将扩散炉炉口和炉中的温度升高10℃，炉尾的温度升高5℃，恒温时间减少100s。
为了保证预扩和扩散步通源和干氧的总量不变，起到节省成本的效果，所述预扩散时间由600s减少至500s，扩散时间由1400s减少至1100s，在通源时小氮流量为2500ml/m，通干氧量为3125ml/m，具体预扩散和扩散步调整后的工艺参数如下：
Figure BDA0000105139380000031
由上表可以看出，预扩阶段，在通源时小氮流量为2500ml/m，大氮流量为35000ml/m，干氧流量为3125ml/m，通入时间为500s；扩散阶段，在通源时小氮流量为2500ml/m，大氮流量为35000ml/m，干氧流量为3125ml/m，通入时间为1100s。
使用本发明扩散工艺和一般的扩散工艺对比，在扩散均匀性上面有很大的差别，而且电池片的效率也有所提高。对于同一厂家的硅片，我们用两种工艺分别做了工艺实验，以下为实验对比数据。
1、单管工艺时间对比：
常规工艺：4500s
本发明：4000s
2、均匀度对比如表1所示：
表1是常规扩散工艺的均匀度
Figure BDA0000105139380000032
表2是本发明扩散工艺的均匀度
Figure BDA0000105139380000041
表3是常规扩散工艺和本发明的光电转换效率对比表
与现有技术相比，本发明的有益效果是：从以上对比数据可以看出，本发明改善了太阳能电池制造中的扩散工艺，单管工艺时间缩短了500s，平均不均匀度下降了3.3％，对PN结的深度和表面浓度有很好的控制，平均光电转换效率提升了0.32％。可见本发明对于提高单位时间的产量，扩散均匀性和光电转换效率都有很大帮助。
以下结合实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
本发明的晶体硅太阳能电池的扩散工艺在保持其他原有工艺不变的基础上，扩散炉可选用中国电子科技集团公司第48研究所的管式扩散炉，我们编辑的工艺参数格式也是按照此扩散炉的格式。
表4是预扩前的工艺参数
因为进舟时会给管内带入大量冷空气，特别是炉口温度会下降很快，升到指定温度会需要很长的恒温时间，进而影响单位时间内的产能，所以本发明将进舟步炉口、炉中的温度分别提高了10℃和5℃，进而使恒温时间比原来缩短了100s。
表5是调整后预扩前的工艺参数
Figure BDA0000105139380000052
表6是现有通源预扩和扩散步骤的参数
Figure BDA0000105139380000053
在调整前，通源量为2000ml/m，通干氧量为2500ml/m，预扩时间为600s，扩散时间为1400s。调整后，通源量为2500ml/m，按4∶5的比例加大了干氧的流量，即3125ml/m。为保证预扩和扩散步通入源和干氧的总量不变，起到节省成本的效果，将预扩时间减少至500s，扩散时间减少至1100s。
因预扩和扩散步工艺时间的减少，其对应步骤的温度也要做相应调整，炉口、炉中需在原有基础上升高10-12度，炉尾需在原有基础上升高6-8度即可达到原有阻值范围。
表7是调整后通源预扩和扩散步骤的参数
Figure BDA0000105139380000061
从表7可以看出，工艺调整后，在通源时小氮流量为2500ml/m，大氮流量为35000ml/m，通干氧量为3125ml/m，预扩和扩散步的时间分别为500s和1100s，显然相对于调整前的工艺，预扩和扩散步的时间总共节省了400s，加上预扩前节省的100s，单管工艺调整后，可节约500s，相比现有工艺节约幅度达11.11％。
表8是扩散步后的工艺参数，保持不变
Figure BDA0000105139380000062
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，包括扩散通源步骤，其特征是，在通源时小氮流量为2400～2600ml/m，通干氧量为3000～3250ml/m，并同时缩短预扩散时间和扩散时间；扩散炉炉口和炉中的温度升高10℃～12℃，炉尾的温度升高6℃～8℃。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征是，在预扩散前，将扩散炉炉口和炉中的温度升高10℃，炉尾的温度升高5℃，恒温时间减少100s。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征是，所述预扩散时间为500s，扩散时间为1100s，在通源时小氮流量为2500ml/m，通干氧量为3125ml/m，具体预扩散和扩散步调整后的工艺参数如下：
Figure FDA0000105139370000011
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