CN102509748A - 一种降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺 - Google Patents

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朱生宾
刘光
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Abstract

本发明公开了一种降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，第一步进行低温浓磷扩散，在较低温度下，通入高浓度磷源进行扩散，形成高浓度磷掺杂；第二步进行高温长时间磷吸杂，在较高温度下使铁、碳、硼、氧等杂质的沉淀态杂质、替位态杂质或者其它杂质复合体释放成间隙态杂质，间隙态的杂质快速扩散到高固溶度的磷硅玻璃层中，完成高温磷吸杂，提升体少子寿命；第三步低温推进，在较低温度下，推进结深、并调整至工艺要求的方块电阻；并且随着温度的降低表面浓磷区域杂质固溶度降低，使间隙态的杂质转变成沉淀态、复合体等形态的杂质。采用本发明扩散工艺对冶金级晶体硅片进行扩散，可以有效降低太阳电池的暗电流，提高太阳电池的转换效率。

Description

一种降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺。
背景技术
常规太阳能电池的基本制造流程：清洗制作绒面、扩散方块电阻、边缘刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷栅线、电性能测试、分选包装。扩散工序在太阳能电池制造过程中起到了非常重要的作用，是太阳能电池制造的核心工序。扩散的目的是为了形成太阳能电池的心脏PN结，PN结的结构直接影响太阳能电池片的短路电流、开路电压、暗电流等电性能参数。
冶金级硅一般利用物理法提纯生产，含有大量的铁、碳、硼、氧等杂质。目前行业内一般利用太阳能级硅的扩散工艺生产冶金级硅太阳能电池，这样大量的铁、碳、硼、氧等杂质的存在会增加光载流子的复合几率，制造出来的太阳能电池一般效率较低、暗电流很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，该扩散工艺能够有效降低太阳能电池的暗电流，提高太阳能电池的转换效率。
本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，含以下步骤：
(1) 将冶金级晶体硅片置于扩散炉中，调节扩散炉内温度为700~750℃，大氮流量为10000~40000 mL/min，干氧流量为500~3000 mL/min，进行低温浓磷扩散1~10min，进行扩散前氧化；
(2) 将扩散炉内温度升至800~850℃，调节小氮流量为500~3000 mL/min，大氮流量为10000~40000 mL/min，干氧流量为500~3000 mL/min，进行磷掺杂10~60min，形成高浓度磷掺杂；
(3) 将扩散炉内温度升至900~980℃，调节大氮流量为10000~40000 mL/min，进行高温磷吸杂10~60min；
(4) 调节扩散炉内温度为700~750℃，大氮流量为10000~40000 mL/min，进行低温推进10~60min。
本发明步骤(1)将冶金级晶体硅片置于扩散炉中前，先调节温度为700~750℃、大氮流量为10000~40000 mL/min，吹扫炉管1~10min。
本发明步骤(2)中磷掺杂时采用的磷源为液态三氯氧磷。
上述一种降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺中，磷源优选为液态三氯氧磷，液态三氯氧磷主要通过氮气携带进入扩散炉管，三氯氧磷的浓度通过氮气的流量和装载三氯氧磷的源瓶温度来控制。携带三氯氧磷的氮气定义为小氮，纯氮气定义为大氮，不含水分的氧气定义为干氧。
本发明步骤(4)中低温推进后，调节冶金级晶体硅片的方块电阻为20~80Ω/□。
本发明步骤(4)中进行低温推进和调节冶金级晶体硅片的方块电阻后，调节扩散炉内温度为700~750℃、大氮流量为10000~40000mL/min，吹扫炉管1~10min。
通过上述步骤(3)中的高温长时间磷吸杂，在较高的温度情况下使铁、碳、硼、氧等的沉淀态杂质、替位态杂质或者其它杂质复合体释放成间隙态杂质，间隙态的杂质快速扩散到高固溶度的磷硅玻璃层中，完成了高温磷吸杂，提升了体少子寿命。
通过上述步骤(4)中低温推进，在较低的温度情况下，推进结深、并调整至工艺要求的方块电阻；并且随着温度的降低表面浓磷区域杂质固溶度降低，使间隙态的杂质转变成沉淀态、复合体等形态的杂质。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
 (1) 本发明通过扩散工艺的优化，有效的降低了电池的暗电流；对铁、碳、硼、氧等杂质进行了有效的吸杂，一定程度上减少了杂质对光生载流子的复合几率，提升了体少子寿命；
(2) 本发明通过扩散工艺的优化，获得了更深的结深，有效的防止了太阳能电池制造过程中对PN的污染，适应更多品种的浆料和范围更大的烧结工艺窗口，一定程度上提升了太阳电池的转换效率和良品率。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，含以下步骤：
使用P型冶金级多晶硅片，经过常规的清洗制绒后，然后进行扩散，扩散具体步骤如下：
(1) 在750℃的情况下，将装载冶金级硅片的石英舟送入扩散炉；
(2) 通入大氮流量为30000 mL/min，吹扫炉管2min；
(3) 在750℃的情况下，通入大氮流量为30000mL/min，干氧流量为600mL/min，时间10min，进行扩散前氧化；
(4) 将扩散炉内温度升温到830℃，通入小氮流量1200 mL/min，大氮流量30000 m L//min、干氧2000 mL/min，时间30min，形成高浓度磷掺杂；
(5) 将扩散炉内温度升温到950℃，通入大氮流量为30000 mL/min，进行高温磷吸杂40min；
通过步骤(5)中的高温长时间磷吸杂，在较高的温度情况下使铁、碳、硼、氧等的沉淀态杂质、替位态杂质或者其它杂质复合体释放成间隙态杂质，间隙态的杂质快速扩散到高固溶度的磷硅玻璃层中，完成了高温磷吸杂，提升了体少子寿命；
(6) 降温至750℃，通入大氮30000 mL/min，时间30min，进行低温推进，调整方块电阻至20 ohm/sq(Ω/□)；
(7) 调节扩散炉内温度为700℃，通入大氮30000 mL/min，吹扫炉管2min；
(8) 将装载冶金级硅片的石英舟退出扩散炉即可。
将扩散后的冶金级硅片经过边缘刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷、电性能测试等后续工序，制备成太阳能电池片。
表1采用本实施例冶金级扩散工艺与太阳能级扩散工艺生产冶金级硅的对照
  试样数量 效率 暗电流
本实施例冶金级扩散工艺 2万片 15.20% 1.8
常规太阳能级扩散工艺 2万片 14.95% 4.2
实施例2
本实施例提供的降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，含以下步骤：
使用P型冶金级多晶硅片，经过常规的清洗制绒后，然后进行扩散，扩散具体步骤如下：
(1) 在700℃的情况下，将装载冶金级硅片的石英舟送入扩散炉；
(2) 通入大氮流量为10000 mL/min，吹扫炉管10min；
(3) 在700℃的情况下，通入大氮流量为10000mL/min，干氧流量为500 mL/min，时间10min，进行扩散前氧化；
(4) 将扩散炉内温度升温到800℃，通入小氮流量500mL/min，大氮流量10000 mL/min、干氧500 mL/min，时间60min，形成高浓度磷掺杂；
(5) 将扩散炉内温度升温到900℃，通入大氮10000 mL/min，进行高温磷吸杂60min；
通过步骤(5)中的高温长时间磷吸杂，在较高的温度情况下使铁、碳、硼、氧等的沉淀态杂质、替位态杂质或者其它杂质复合体释放成间隙态杂质，间隙态的杂质快速扩散到高固溶度的磷硅玻璃层中，完成了高温磷吸杂，提升了体少子寿命；
(6) 降温至700℃，通入大氮10000 mL/min，时间60min，进行低温推进，调整方块电阻至20 ohm/sq；
(7) 调节扩散炉内温度为700℃，通入大氮10000 mL/min，吹扫炉管10min；
(8) 将装载冶金级硅片的石英舟退出扩散炉；
将扩散后的冶金级硅片经过边缘刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷、电性能测试等后续工序，制备成太阳能电池片。
表2采用本实施例冶金级扩散工艺与太阳能级扩散工艺生产冶金级硅的对照
  试样数量 效率 暗电流
本实施例冶金级扩散工艺 2万片 15.11% 2.1
常规太阳能级扩散工艺 2万片 14.91% 4.5
实施例3
本实施例提供的降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，含以下步骤：
使用P型冶金级单晶硅片经过常规的清洗制绒后，然后进行扩散，扩散具体步骤如下：
(1) 在750℃的情况下，将装载冶金级硅片的石英舟送入扩散炉；
(2) 通入大氮流量为40000 mL/min，吹扫炉管1min；
(3) 在750℃的情况下，通入大氮流量为40000mL/min，干氧流量为3000 mL/min，时间1min，进行扩散前氧化；
(4) 将扩散炉内温度升温到850℃，通入小氮流量3000mL/min，大氮流量40000 mL/min、干氧3000 mL/min，时间10min，形成高浓度磷掺杂；
(5) 将扩散炉内温度升温到980℃，通入大氮40000 mL/min，进行高温磷吸杂10min；
通过步骤(5)中的高温长时间磷吸杂，在较高的温度情况下使铁、碳、硼、氧等的沉淀态杂质、替位态杂质或者其它杂质复合体释放成间隙态杂质，间隙态的杂质快速扩散到高固溶度的磷硅玻璃层中，完成了高温磷吸杂，提升了体少子寿命；
(6) 降温至750℃，通入大氮40000mL/min，时间10min，进行低温推进，调整方块电阻至50 ohm/sq；
(7) 调节扩散炉内温度为750℃，通入大氮40000 mL/min，吹扫炉管1min；
(8) 将装载冶金级硅片的石英舟退出扩散炉；
将扩散后的冶金级硅片经过边缘刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷、电性能测试等后续工序，制备成太阳能电池片。
表3采用本实施例冶金级扩散工艺与太阳能级扩散工艺生产冶金级硅的对照
  试样数量 效率 暗电流
本实施例冶金级扩散工艺 2万片 15.32% 1.7
常规太阳能级扩散工艺 2万片 15.11% 3.5
实施例4
本实施例提供的降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，含以下步骤：
使用N型冶金级多晶硅片，经过常规的清洗制绒后，然后进行扩散，扩散具体步骤如下：
(1) 在730℃的情况下，将装载冶金级硅片的石英舟送入扩散炉；
(2) 通入大氮流量为25000 mL/min，吹扫炉管5min；
(3) 在730℃的情况下，通入大氮流量为25000mL/min，干氧流量为1750 mL/min，时间5min，进行扩散前氧化；
(4) 将扩散炉内温度升温到820℃，通入小氮流量1750mLlmin，大氮流量25000 mL/min、干氧1750 mL/min，时间35min，形成高浓度磷掺杂；
(5) 将扩散炉内温度升温到940℃，通入大氮25000 mL/min，进行高温磷吸杂30min；
通过步骤(4)和(5)中的高温长时间磷吸杂，在较高的温度情况下铁、碳、硼、氧等的沉淀态杂质、替位态杂质或者其它杂质复合体释放成间隙态杂质，间隙态的杂质快速扩散到高固溶度的磷硅玻璃层中，完成了高温磷吸杂，提升了体少子寿命；
(6) 降温至730℃，通入大氮25000 mL/min，时间5min，进行低温推进，调整方块电阻至80 ohm/sq；
(7) 调节扩散炉内温度为730℃，通入大氮25000 mL/min，吹扫炉管5min；
(8) 将装载冶金级硅片的石英舟退出扩散炉；
将扩散后的冶金级硅片经过边缘刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷、电性能测试等后续工序，制备成太阳能电池片。
表4采用本实施例冶金级扩散工艺与太阳能级扩散工艺生产冶金级硅的对照
  试样数量 效率 暗电流
本实施例冶金级扩散工艺 2万片 15.42% 1.6
常规太阳能级扩散工艺 2万片 15.28% 3.7
以上实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以上实施例。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容和各参数所取范围，均可实现本发明的目的。

Claims (5)

1.一种降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，其特征是含以下步骤：
(1) 将冶金级晶体硅片置于扩散炉中，调节扩散炉内温度为700~750℃，大氮流量为10000~40000 mL/min，干氧流量为500~3000 mL/min，进行低温浓磷扩散1~10min，进行扩散前氧化；
(2) 将扩散炉内温度升至800~850℃，调节小氮流量为500~3000mL/min，大氮流量为10000~40000mL/min，干氧流量为500~3000mL/min，进行磷掺杂10~60min，形成高浓度磷掺杂；
(3) 将扩散炉内温度升至900~980℃，调节大氮流量为10000~40000 mL/min，进行高温磷吸杂10~60min；
(4) 调节扩散炉内温度为700~750℃，大氮流量为10000~40000mL/min，进行低温推进10~60min。
2.根据权利要求1所述的降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，其特征是：步骤(1)将冶金级晶体硅片置于扩散炉中前，先调节温度为700~750℃、大氮流量为10000~40000 mL/min，吹扫炉管1~10min。
3.根据权利要求1所述的降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，其特征是：步骤(2)中磷掺杂时采用的磷源为液态三氯氧磷。
4.根据权利要求1所述的降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，其特征是：步骤(4)中进行低温推进后，调节冶金级晶体硅片的方块电阻为20~80Ω/□。
5.根据权利要求4所述的降低冶金级硅太阳能电池暗电流的扩散工艺，其特征是：进行低温推进和调节冶金级晶体硅片的方块电阻后，调节扩散炉内温度为700~750℃、大氮流量为10000~40000 mL/min，吹扫炉管1~10min。
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