CN102867738B - 一种晶体硅太阳电池制备pn结的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，具体的说，是一种在P型硅硅片上制备新型高效，低成本，大面积PN结的方法。本发明结合管式扩散炉和隧道炉的优点，创新式地在涂覆工艺之后，扩散之前添加一道预热处理工艺，将扩散源先固化在硅片上，再将硅片水平装入装片盒中，之后将装片盒传送至隧道炉中，这样在常规的隧道炉上就能够实现长时间的扩散而不会影响产量，生产出来的PN结既具有隧道炉所具有的均匀效果，又有管式扩散炉的吸杂效果，制备出来的电池效率不低于常规管式扩散炉，碎片率更低，能耗更低，扩散炉的产能能够根据装片盒的高低来调节，较小的设备投入就可以得到极高的产能。

Description

一种晶体硅太阳电池制备PN结的方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，具体的说，是一种在P型硅硅片上制备新型高效，低成本，大面积PN结的方法。
背景技术
目前90%以上的晶体硅电池片都是在P型硅硅片上通过扩散磷制备PN结制备而得，常用的扩散工艺为管式扩散和隧道炉扩散。
管式扩散采用三氯氧磷（POCl3）作为扩散源，将硅片一片片垂直装入管式扩散炉中，然后通入以氮气为载体的三氯氧磷气体，扩散温度为800-900℃，扩散时间为60-180分钟；这种工艺的主要缺点为：1）采用剧毒的三氯氧磷为扩散源，存在一定的安全隐患；2）硅片采用垂直装入扩散炉中，装片工艺复杂，碎片率较高；3）扩散制备的PN结均匀性较差。
隧道炉扩散主要采用磷酸为扩散源，将涂覆有磷酸溶液的硅片一片片水平传送至隧道炉中，通入干燥空气，扩散温度为830-1000℃，扩散时间为13-20分钟；这种工艺的主要缺点为：1）扩散时间过短，扩散过程中的磷的吸杂作用很小，制备出来的PN结均匀性虽然较好，但电池的绝对效率较管式扩散炉低0.2%至0.4%；2）为了达到管式扩散炉的时间，需要将隧道炉速度降低至现在的五分之一以下，或者将其延长至现在的5至10倍，设备成本和生产中的能耗过高而达不到较好的经济效果。
发明内容
本发明结合管式扩散炉和隧道炉的优点，创新式地在涂覆工艺之后，扩散之前添加一道预热处理工艺，将扩散源先固化在硅片上，再将硅片水平装入装片盒中，之后将装片盒传送至隧道炉中，这样在常规的隧道炉上就能够实现长时间的扩散而不会影响产量，生产出来的PN结既具有隧道炉所具有的均匀效果，又有管式扩散炉的吸杂效果，制备出来的电池效率不低于常规管式扩散炉，碎片率更低，能耗更低，扩散炉的产能能够根据装片盒的高低来调节，较小的设备投入就可以得到极高的产能。
本发明的技术方案为：
一种新型高效低成本制备大面积PN结的方法，主要工艺流程为，1）在硅片表面均匀涂覆含磷的扩散源；2）在500℃-700℃的条件下预热处理5-10分钟将扩散源固化；3）将硅片叠在耐高温装片盒中；4）在800℃-1000℃的条件下将表面的磷扩散进入硅片形成所需的PN结。
所述的一种新型高效低成本制备大面积PN结的方法，其特征在于：在硅片表面均匀涂覆含磷扩散源的方法为滚涂、喷涂或雾化涂覆；扩散源为磷酸溶液、磷酸和乙醇的混合溶液或含磷氧化物的凝胶溶液；一个典型的例子为，将磷酸和乙醇溶液混合成磷含量为0.7wt%的混合溶液，将这种溶液喷涂到硅片表面，喷涂压力为1.5个大气压，喷嘴到硅片表面的距离为50厘米，喷涂时间为5秒钟，喷涂增重为0.22克。
所述的一种新型高效低成本制备大面积PN结的方法，其特征在于：将均匀涂覆上含磷扩散源的硅片一片片的传送至链式热处理炉中，热处理的主要作用为将非磷物质蒸发，将磷氧化并融化，留下固体磷的氧化物粘附在硅片表面；一种典型的工艺例子为，热处理温度为650℃，时间为5分钟。
所述的一种新型高效低成本制备大面积PN结的方法，其特征在于：将热处理之后的硅片一片片水平装入装片盒中，硅片与硅片之间的距离可以为3mm-2cm，硅片之间的距离主要是为了让硅片在后续扩散工艺中受热均匀，并且有利于氧气的均匀流通，装片盒的材质为包括高纯石英在内的耐高温材料；一个典型的例子为，将硅片装入高纯石英的装片盒中，片间距为4mm。
所述的一种新型高效低成本制备大面积PN结的方法，其特征在于：将装有硅片的装片盒传送至隧道炉中，或者装入高温热处理炉中，比方说管式扩散炉中；炉温为800-1000℃，炉内气氛中氧气流量为300sccm/min-3000sccm/min，考虑到磷的吸杂效果，建议扩散时间为1至3个小时，具体扩散时间根据温度和所需扩散方阻决定；一个典型的扩散工艺为，扩散温度为820℃，扩散时间为1.5个小时，氧气流量为500sccm/min。
本发明创造的效果和优点：
本发明生产出来的PN结均匀性较常规的管式扩散炉好，而且也具有很好的吸杂效果，制备出来的电池片效率不低于现有常规管式扩散炉；本发明的单位能耗较常规管式扩散炉和隧道炉都要低；本发明能够让企业以较小的设备投入带来极高的产能；本发明所用的水平传送能够有效降低硅片的碎片率。
说明书附图
图1为装片盒示意图；
1、硅片；2、支架；3、装片盒。
具体实施方式
案例一
选取合适的P型多晶硅片，在氢氟酸和硝酸的混合溶液中去除硅片表面的切割损伤层和制取表面绒面，制绒之后的硅片传送至镀磷酸设备上，将磷酸和乙醇的混合溶液通过聚四氟乙烯海绵滚涂至硅片表面，混合溶液中磷的质量百分含量为0.5%，乙醇的目的主要是为了增加磷酸和硅片表面浸润力，使磷酸分布更加均匀；涂覆磷酸之后的硅片传送至预处理炉，热处理炉温度设置在650℃，时间为5分钟；热处理之后的硅片手动装片至装片盒中，硅片与硅片间距为4mm，将盛有硅片的装片盒传送进隧道炉中，隧道炉设置的温度为810℃，传送时间为120分钟，CDA（干燥压缩气体流量）为2000sccm/min，制备的硅片表面方块电阻大约为60欧姆每平方厘米。通过后续镀减返膜和印刷，烧结等工艺，制备出完整的电池片，本实例制备出来的方块电阻不均匀度小于1%，低于传统工艺的2.5%；硅片碎片率小于0.01%；小于传统工艺的0.2%；单台设备的产能为3300片每小时，高于传统工艺的1000片每台。
案例二
选取合适的P型单晶硅片，在70℃的氢氧化钾水溶液中去除硅片表面的切割损伤层和制取表面绒面，制绒之后的硅片传送至镀磷酸设备上，将磷酸与去离子水混合溶液通过超声波起雾器起雾，混合溶液中磷的质量百分含量为0.8%，硅片传送经过磷酸起雾中，表面被涂覆上磷酸溶液，去离子水的目的主要是为了增加磷酸和硅片表面浸润力，使磷酸分布更加均匀；涂覆磷酸之后的硅片传送至预处理炉，热处理炉温度设置在700℃，时间为4分钟。热处理之后的硅片手动装片至装片盒中，硅片与硅片间距为5mm；将盛有硅片的装片盒传送进隧道炉中，隧道炉设置的温度为840℃，传送时间为90分钟，CDA干燥压缩气体流量为2000sccm/min，制备的硅片表面方块电阻大约为75欧姆每平方厘米，通过后续镀减返膜和印刷，烧结等工艺，制备出完整的电池片，本实例制备出来的方块电阻不均匀度小于1%，低于传统工艺的2.5%；硅片碎片率小于0.01%；小于传统工艺的0.2%；单台设备的产能为3300片每小时，高于传统工艺的1000片每台。

Claims (2)

1.一种晶体硅太阳电池制备PN结的方法，包括在硅片表面均匀涂覆含磷的扩散源的步骤、将硅片叠在耐高温装片盒中的步骤和在800℃-1000℃的条件下将表面的磷扩散进入硅片形成所需的PN结的步骤；在硅片表面均匀涂覆含磷的扩散源的步骤指在硅片表面均匀涂覆含磷扩散源的方法为滚涂、喷涂或雾化涂覆；扩散源为磷酸溶液、磷酸和乙醇的混合溶液或含磷氧化物的凝胶溶液；其特征在于：在硅片表面均匀涂覆含磷的扩散源的步骤之后和将硅片叠在耐高温装片盒中的步骤之前，在500℃-700℃的条件下对涂覆含磷的扩散源的硅片进行预热处理5-10分钟将扩散源固化，将均匀涂覆上含磷扩散源的硅片一片片的传送至链式热处理炉中进行预热处理，将非磷物质蒸发，将磷氧化并融化，留下固体磷的氧化物粘附在硅片表面；将预热处理之后的硅片一片片水平装入装片盒中，硅片与硅片之间的距离为3mm-2cm，装片盒的材质为包括高纯石英在内的耐高温材料。
2.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳电池制备PN结的方法，其特征在于：将装有硅片的装片盒传送至隧道炉中或者装入高温热处理炉中，炉温为800-1000℃，炉内气氛中氧气流量为300sccm/min-3000sccm/min，扩散时间为1至3个小时。
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