CN102867879A - 一种优化晶硅太阳能电池扩散方块电阻均匀性的方法 - Google Patents

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肖斌
黄燕
李华维
何俊明
郭长春
欧衍聪
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Abstract

本发明公开了一种优化晶硅太阳能电池扩散方块电阻均匀性的方法，其整个过程采用的是高温恒温扩散工艺路线。步骤依次为：1）进行氧化：将硅片放入扩散炉中，温度控制在850℃~870℃并通入干氧和大氮，其中氧化时间为150s；2）第一次扩散：将温度控制在850℃~870℃并通入干氧，小氮，大氮，其中扩散时间为1700s；3）第二次扩散：将温度控制在830℃并通入大氮，扩散时间为150秒。用以上方法通过控制氧化层厚度来改善晶硅电池片内方块电阻均匀性。由于方块电阻均匀性得到了改善，电池性能如并联电阻和电池转换效率都有不同程度提高。此方法可在炉管中连续进行，既不增加工艺的复杂性，也不会增加生产成本。

Description

一种优化晶硅太阳能电池扩散方块电阻均匀性的方法
  
技术领域
    本发明属于太阳能电池生产技术领域，该方法可以运用到晶硅太阳能电池扩散工艺中。 
背景技术
随着经济和社会的不断发展，能源危机和环境污染己经成为全人类生存与发展面临的严重挑战。晶硅太阳能电池因其光电转换效率高、成本低、工艺简单等优点已经成为当前重要产业化发展方向，晶硅太阳能电池生产占据了全球太阳能电池生产主导地位。 
对于晶体硅太阳能电池的生产工序主要由清洗→扩散→等离子刻蚀→去磷硅玻璃→PECVD→丝网印刷→测试组成，其中扩散制结的好坏直接决定了效率的提升。现今对于多晶硅太阳能电池的提效主要是对扩散工艺进行改进，而要提高光电转换效率，就必须尽量减少漏电流的存在，方阻均匀性不好对漏电流影响很大，同时对烧结要求也很高。对于扩散中通入大氮的主要目的是在炉管中形成正压，避免其它外界气体和粉尘进入，并且使扩散更加均匀。加大大氮流量会有助于均匀性改善但是会使成本大大提高，因此要寻找既不增加成本也易操作的方法。本方法通过在扩散前调节干氧流量来控制氧化层厚度，使方块电阻均匀性在一定程度上得到了改善。 
发明内容
本发明的目的是：提供一种优化晶硅太阳能电池扩散方阻均匀性的工艺。 
本发明所采用的技术方案是：通过控制一系列扩散工艺参数，在硅片表面制作一定厚度的氧化层来改善方块电阻均匀性，使之适用于硅太阳能电池的扩散工艺中，其扩散步骤主要分为四步，具体包括以下步骤： 
（1）将硅片放入扩散炉中，在硅片表面制作一层SiO2氧化层，将温度控制在850℃~870℃，再通入1800ml/min的干氧（氧气）和24000ml/min的大氮（氮气），通入的时间为150s。
（2）进行一次扩散，其中一次扩散中又分为两小步扩散，第一小步扩散通入31000ml/min的大氮，2200ml/min干氧和1600ml/min小氮（用氮气带入液态的三氯氧磷），通入时间控制在500s。第二小步扩散通入31000ml/min的大氮，2200ml/min干氧和1900ml/min小氮，通入时间为1200s。 
（3）进行二次扩散，扩散温度控制在830℃，扩散时间为150s（进行磷浓度的再分布）。 
（4）进行降温处理，将硅片取出。 
与现有技术相比,本发明可以更好的改善方块电阻均匀性，使漏电流减少，并联电阻升高，有利于提高太阳能电池光电转换效率。对于分两步进行恒定杂质总量扩散，这样可以更好的形成一个浓度梯度，从而减少少子的复合。本发明操作方便，可以在炉管中连续进行，并且不增加生产成本。 
附图说明
图1：常规扩散工艺中不同样品的方块电阻均匀性； 
图2：优化扩散工艺中不同样品的样品方块电阻均匀性；
图3：两种扩散工艺中不同样品的样品方块电阻均匀性比较。
具体实施方式
以下结合实例和附图对本发明作进一步详细描述。 
本发明的目的在于通过本工艺改善扩散方块电阻均匀性，使方块电阻分布更加均匀且更为合理。增加氧化层后改善了方块电阻均匀性并提高了并联电阻，从而一定程度上提高太阳能电池光电转换效率。 
本发明包括以下四个步骤： 
（1）将硅片放入扩散炉中，在硅片表面制作一层SiO2氧化层，将温度控制在850℃~870℃，再通入1800ml/min的干氧（氧气）和24000ml/min的大氮（氮气），通入的时间为150s。
（2）进行一次扩散，其中一次扩散中又分为两小步扩散，第一小步扩散通入31000ml/min的大氮，2200ml/min干氧和1600ml/min小氮（用氮气带入液态的三氯氧磷），通入时间控制在500s。第二小步扩散通入31000ml/min的大氮，2200ml/min干氧和1900ml/min小氮，通入时间为1200s。 
（3）进行二次扩散，扩散温度控制在830℃，扩散时间为150s（进行磷浓度的再分布）。 
（4）进行降温处理，将硅片取出。 
下面通过实施的案例来进行详细说明。 
选用电阻率在0.5Ω·cm~6Ω·cm的A级硅片共三百片，先经过一次清洗，腐蚀制绒，并将硅片的减薄量控制在0.35g~0.45g，进行如下扩散工艺对比试验。 
常规扩散工艺：将其中的100片硅片放入扩散炉中，在硅片表面制作一层SiO2氧化层，将温度控制在850℃~870℃，再通入1000ml/min的干氧和24000ml/min的大氮，通入时间为150s。再进行（2）（3）和（4）的处理。后取其中六片（炉口两片，炉中两片，炉尾两片）测其方块电阻的大小，如下图表1所示： 
表1干氧流量为1000ml/min时样品的方块电阻值
Figure DEST_PATH_719494DEST_PATH_IMAGE002
片内方块电阻均匀性的计算方法为：
电阻均匀性=（每片的方块电阻最大值-每片的方块电阻最小值）/（每片方块电阻的总和/5）。其值越小代表片内方块电阻均匀性越好。        计算结果如下：
样品1：0.238  样品2：0.167  样品3：0.217 样品4：0.198
样品5：0.156  样品6：0.168
再经过以下步骤：离子刻蚀→去磷硅玻璃→PECVD→丝网印刷→测试，得出100片电性能数据如表2所示：
表2干氧流量为1000ml/min时电池电性能参数（100片试片平均值）
NCell Pmpp Umpp Impp Uoc Isc Rs Rsh FF
0.1775 2.7486 0.5277 5.2085 0.6271 5.5505 0.0048 137.9865 78.9698
本发明扩散工艺：将其中的100片硅片放入扩散炉中，在硅片表面制作一层SiO2氧化层，将温度控制在850℃~870℃，再通入1800ml/min的干氧和24000ml/min的大氮，通入时间为150s。再进行（2）（3）和（4）的处理。后取其中六片（炉口两片，炉中两片，炉尾两片）测其方块电阻的大小。如图表3所示：
表3 当干氧流量为1800ml/min时的方块电阻值
Figure DEST_PATH_698951DEST_PATH_IMAGE004
片内方块电阻均匀性计算结果如下：
样品1：0.100  样品2：0.080  样品3：0.053  样品4：0.055
样品5：0.056  样品6：0.038
再经过以下步骤：等离子刻蚀→去磷硅玻璃→PECVD→丝网印刷→测试，得出100片电性能数据如表4所示：
表4干氧流量为1800ml/min时电池电性能参数（100片试片平均值）
NCell Pmpp Umpp Impp Uoc Isc Rs Rsh FF
0.1779 2.7547 0.5277 5.2194 0.6275 5.5641 0.0049 246.5938 78.8902
由上述两种方案对比（见附图）可知：本发明方案有效的改善了方阻均匀性，使并联电阻和电池转换效率都有不同程度的提高。

Claims (8)

1.一种优化晶硅太阳能电池扩散方块电阻均匀性的方法，其步骤主要分为以下四步。
2.（1）将硅片放入扩散炉中，在硅片表面制作一层SiO2氧化层，将温度控制在850℃~870℃，再通入1800ml/min的干氧（氧气）和24000ml/min的大氮（氮气），通入的时间为150s。
3.（2）进行一次扩散，其中一次扩散中又分为两小步扩散，第一小步扩散通入31000ml/min的大氮，2200ml/min干氧和1600ml/min小氮（用氮气带入液态的三氯氧磷），通入时间控制在500s。
4.第二小步扩散通入31000ml/min的大氮，2200ml/min干氧和1900ml/min小氮，通入时间为1200s。
5.（3）进行二次扩散，扩散温度控制在830℃，扩散时间为150s（进行磷浓度的再分布）。
6.（4）进行降温处理，将硅片取出。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中通过调节干氧流量来控制氧化层厚度，以及（2）中的调节小氮和干氧流量及两者流量比来改善方块电阻均匀性。
8.权利要求1中优化晶硅太阳能电池扩散方块电阻均匀性的方法，其应用在晶硅太阳能电池扩散工艺中，具有良好效果。
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