CN102820383A - 多晶硅太阳能电池扩散方法 - Google Patents

多晶硅太阳能电池扩散方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多晶硅太阳能电池扩散方法，其特征在于该扩散方法的工艺步骤如下：进舟→升温→氧化→扩散→再分布→降温→出舟，其中扩散步骤先进行低温预沉积再进行高温扩散。本发明由于低温下磷源无法完成与硅片的反应，因此扩散第一步低温通源时只进行低温预沉积，磷源无法向硅片体内扩散（或进行速率非常低的扩散），而仅在硅片表面堆积，经过一定时间通源后，硅片表面形成一定厚度的磷膜；第二步高温通源时才进行高温扩散，原硅片表面的磷与硅片反应，并向硅片体内扩散，此时硅片中心点与四周扩散速率相同，因此扩散均匀性较好，硅片表面及体内杂质浓度分布均匀，提高硅片方阻均匀性，从而提高电池片最终光电转换效率。

Description

多晶硅太阳能电池扩散方法
技术领域
本发明涉及一种多晶硅太阳能电池扩散方法，属于太阳能电池制造领域。
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。
多晶硅太阳能电池扩散通常以磷扩散制结，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，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）用载气氮气（N2）输运至高温硅片表面，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。
常规的扩散方法流程一般为进舟→升温→氧化→扩散→再分布→降温→出舟，扩散步骤和再分布步骤采用同一温度完成（参见图1）。扩散过程中，POCl3 (可以分解为磷元素的液态源)在高温情况下与硅片表面发生反应，并由硅片表面向硅片体内扩散。由于硅片在扩散炉管中间距很小（约2.5mm），在硅片中心位置较难获得与周围等量的磷源，导致扩散均匀性较差，硅片中心点杂质浓度低，方阻偏高，电池片最终光电转换效率较低。单纯的通过变化温度，浓度或者时间都很难改变这一问题，优化程度有限。因此寻求一种使得扩散均匀性较好，硅片表面及体内杂质浓度分布均匀，提高硅片方阻均匀性，从而提高电池片最终光电转换效率的多晶硅太阳能电池扩散方法尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种多晶硅太阳能电池扩散方法，使得扩散均匀性较好，硅片表面及体内杂质浓度分布均匀，提高硅片方阻均匀性，从而提高电池片最终光电转换效率。
本发明的目的是这样实现的：
一种多晶硅太阳能电池扩散方法，其扩散方法的工艺步骤如下：
步骤一、进舟
制绒后的硅片进入扩散炉中，在硅片进舟过程中向扩散炉的进气管通入大氮；
步骤二、升温
扩散炉升温至770~790℃，在升温过程中保持通入大氮；
步骤三、氧化
保持扩散炉的温度为770~790℃，向扩散炉中通入大氮和氧气；
步骤四、扩散
4.1、低温预沉积
保持扩散炉的温度为770~790℃，向扩散炉中通入大氮、氧气以及携源小氮；
4.2、高温扩散
扩散炉升温至825~850℃，向扩散炉中通入大氮、氧气以及携源小氮；
步骤五、再分布
保持扩散炉的温度为825-850℃，停止通携源小氮，继续向扩散炉中通入大氮和氧气；
步骤六、降温
扩散炉的温度降为770~790℃，停止通携源小氮，继续向扩散炉中通入大氮和氧气；
步骤七、出舟
在硅片出炉过程中向扩散炉中继续通入大氮。
作为一种优选，步骤一、扩散炉的初始温度为500~770℃，大氮流量为23500~24500sccm，进舟时间为700~900s；
步骤二、大氮流量为23500~24500sccm，升温时间为700~900s；
步骤三、大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，氧化时间为300~600s；
步骤四、
4.1、大氮流量为21500~22500sccm，氧气流量为400~600sccm，小氮流量为800~1500sccm，低温预沉积时间为300~900s；
4.2、大氮流量为22500~23500sccm，氧气流量为400~600sccm，小氮流量为600~1200sccm，高温扩散时间为600~1200s；
步骤五、大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，再分布时间为300~600s；
步骤六、大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，降温时间为300~600s；
步骤七、大氮流量为23500~24500sccm，出舟时间为700~900s。
作为一种优选，所述扩散炉的尾端向炉管内伸有进气管以及排气管，所述进气管与排气管分别位于炉管的上部与下部，所述进气管的下表面沿进气管的长度方向设置有多个进气孔，所述排气管的上表面沿排气管的长度方向设置有多个排气孔。
作为一种优选，所述进气管的同一截面上设置有三个进气孔，所述三个进气孔沿进气管截面的下半圆周均匀布置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明由于低温下磷源无法完成与硅片的反应，因此扩散第一步低温通源时只进行低温预沉积，磷源无法向硅片体内扩散（或进行速率非常低的扩散），而仅在硅片表面堆积，经过一定时间通源后，硅片表面形成一定厚度的磷膜；第二步高温通源时才进行高温扩散，原硅片表面的磷与硅片反应，并向硅片体内扩散，此时硅片中心点与四周扩散速率相同，因此扩散均匀性较好，硅片表面及体内杂质浓度分布均匀，提高硅片方阻均匀性，从而提高电池片最终光电转换效率。
进气管的下表面设置有多个进气孔，排气管的上表面设置有多个排气孔，通入的反应气体可以通过进气管多点进气和排气管多点排气，气流从各个气孔进出，平行流过硅片表面，使得气体在炉管内分布均匀，提高整管磷扩散的片间、片内方阻均匀性。
附图说明
图1为常规扩散方法的步骤图。
图2为本发明扩散方法的步骤图。
图3为常规扩散方法时硅片表面杂质浓度分布曲线。
图4为本发明扩散方法时硅片表面杂质浓度分布曲线。
图5为本发明的扩散炉的正视图。
图6为图5的右视图。
图7为图5中的进气管仰视图。
图8为图7的右视图。
图9为图5中的排气管的俯视图。
图10为图9的右视图。
其中：
炉管1
进气管2
排气管3
进气孔4
排气孔5。
具体实施方式
参见图2，本发明涉及的一种多晶硅太阳能电池扩散方法，其扩散方法的工艺步骤如下：
步骤一、进舟
制绒后的硅片进入初始温度为500~770℃的扩散炉中，进舟时间为700~900s，在硅片进舟过程中向扩散炉的进气管通入大氮，大氮流量为23500~24500sccm。
步骤二、升温
扩散炉升温至770~790℃，升温时间为700~900s，在升温过程中通入大氮，大氮流量为23500~24500sccm。
步骤三、氧化
保持扩散炉的温度为770~790℃，向扩散炉中通入大氮和氧气，大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，氧化时间为300~600s。
步骤四、扩散
4.1、低温预沉积
保持扩散炉的温度为770~790℃，向扩散炉中通入大氮、氧气以及携源小氮（携带POCl3的小流量氮气），大氮流量为21500~22500sccm，氧气流量为400~600sccm，小氮流量为800~1500sccm，低温预沉积时间为300~900s。
4.2、高温扩散
扩散炉升温至825~850℃，向扩散炉中通入大氮、氧气以及携源小氮，大氮流量为22500~23500sccm，氧气流量为400~600sccm，小氮流量为600~1200sccm，高温扩散时间为600~1200s。
步骤五、再分布
保持扩散炉的温度为825-850℃，停止通携源小氮，继续向扩散炉中通入大氮和氧气，大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，再分布时间为300~600s。
步骤六、降温
扩散炉的温度降为770~790℃，停止通携源小氮，继续向扩散炉中通入大氮和氧气，大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，降温时间为300~600s。
步骤七、出舟
出舟时间为700~900s，在硅片出炉过程中向扩散炉中继续通入大氮，大氮流量为23500~24500sccm。
参见图5~图10，所述扩散炉的尾端向炉管1内伸有进气管2以及排气管3，所述进气管2与排气管3分别位于炉管1的上部与下部，所述进气管2的下表面沿进气管2的长度方向设置有多个进气孔4，所述排气管3的上表面沿排气管3的长度方向设置有多个排气孔5，所述进气管2以及排气管3均由石英材料制成。
所述进气管2的同一截面上设置有三个进气孔4，所述三个进气孔4沿进气管2截面的下半圆周均匀布置。
使用本发明的变温扩散方法和常规扩散方法对比，扩散均匀性、电池片的效率及各电性能参数均有较大提高。下表为相同厂家硅片，分别用常规工艺和本发明工艺作了工艺试验（针对不同的浆料，扩散目标方阻有63Ω/♢和75Ω/♢两种），见下表：
方阻数据：
Figure 2012103338504100002DEST_PATH_IMAGE001
由上表可以看出，针对63Ω/♢和75Ω/♢两种不同目标方阻，本发明变温扩散方法的扩散均匀性有显著的提高，尤其是片内均匀性。
电性能参数：
Figure 659191DEST_PATH_IMAGE002
从上表中可以看出，两种不同目标方阻的最终电性能参数均有明显提高，开路电压提高了0.002，电流提高了0.058~0.066，虽然填充因子有一定程度的降低，但最终光电转换效率提升了0.12~0.15%。因此本发明的变温扩散方法对扩散均匀性、开路电压、短路电流和转换效率的提升均有很大的帮助。

Claims (4)

1.一种多晶硅太阳能电池扩散方法，其特征在于该扩散方法的工艺步骤如下：
步骤一、进舟
制绒后的硅片进入扩散炉中，在硅片进舟过程中向扩散炉的进气管通入大氮；
步骤二、升温
扩散炉升温至770~790℃，在升温过程中保持通入大氮；
步骤三、氧化
保持扩散炉的温度为770~790℃，向扩散炉中通入大氮和氧气；
步骤四、扩散
4.1、低温预沉积
保持扩散炉的温度为770~790℃，向扩散炉中通入大氮、氧气以及携源小氮；
4.2、高温扩散
扩散炉升温至825~850℃，向扩散炉中通入大氮、氧气以及携源小氮；
步骤五、再分布
保持扩散炉的温度为825-850℃，停止通携源小氮，继续向扩散炉中通入大氮和氧气；
步骤六、降温
扩散炉的温度降为770~790℃，停止通携源小氮，继续向扩散炉中通入大氮和氧气；
步骤七、出舟
在硅片出炉过程中向扩散炉中继续通入大氮。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅太阳能电池扩散方法，其特征在于：
步骤一、扩散炉的初始温度为500~770℃，大氮流量为23500~24500sccm，进舟时间为700~900s；
步骤二、大氮流量为23500~24500sccm，升温时间为700~900s；
步骤三、大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，氧化时间为300~600s；
步骤四、
4.1、大氮流量为21500~22500sccm，氧气流量为400~600sccm，小氮流量为800~1500sccm，低温预沉积时间为300~900s；
4.2、大氮流量为22500~23500sccm，氧气流量为400~600sccm，小氮流量为600~1200sccm，高温扩散时间为600~1200s；
步骤五、大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，再分布时间为300~600s；
步骤六、大氮流量为23500~24500sccm，氧气流量为400~600sccm，降温时间为300~600s；
步骤七、大氮流量为23500~24500sccm，出舟时间为700~900s。
3.根据权利要求1或2所述的一种多晶硅太阳能电池扩散方法，其特征在于所述扩散炉的尾端向炉管（1）内伸有进气管（2）以及排气管（3），所述进气管（2）与排气管（3）分别位于炉管（1）的上部与下部，所述进气管（2）的下表面沿进气管（2）的长度方向设置有多个进气孔（4），所述排气管（3）的上表面沿排气管（3）的长度方向设置有多个排气孔（5）。
4.根据权利要求3所述的一种多晶硅太阳能电池扩散方法，其特征在于所述进气管（2）的同一截面上设置有三个进气孔（4），所述三个进气孔（4）沿进气管（2）截面的下半圆周均匀布置。
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