CN102881767A - 一种用于太阳能电池的链式扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,其利用在链式扩散后硅片的表面生长一层较厚的氧化层,再将氧化层清洗掉,利用该方法来去除扩散表面的高掺杂区,提高扩散后硅片的少子寿命;在高温下利用水蒸气与硅片扩散面进行反应,在短时间内快速生长出较厚的氧化层;最后去除氧化层。解决常规扩散工艺无法避免产生“死层”的现象,进一步减少表面浓度,提高少子寿命,提高电池的转化效率,降低太阳能电池的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的生产方法,具体的是指一种用于太阳能电池的链式扩散工艺。
背景技术
目前,在P型太阳能电池发射极制作领域,普遍采用的方法有三种。第一种是采用三氯氧磷(POCl3)液态源扩散,第二种是采用喷涂磷酸水溶液后链式扩散,第三种是采用丝网印刷磷浆料后进行链式扩散。其中,第一种方法由于其工艺简单,易于操作,而且可通过调节通源量和扩散温度以及工艺时间来调节掺杂浓度和杂质分布,成为目前太阳能电池领域普遍采用的方法。而后两种工艺虽然具有工艺时间很短,不需要复杂的装卸片装置,易于自动化生产,并且可以与制绒和刻蚀工序连接实现流水线作业等优势,但由于扩散后的表面浓度高,复合严重,所制得的电池转化效率低等缺陷而没有被广泛使用。
链式扩散工艺所造成的高表面浓度成为这一工艺推广的瓶颈。因此,如何优化扩散工艺,降低链式扩散后的表面浓度,成为人们关注的重点。
目前业内在链式扩散方面主要使用了喷涂磷酸水溶液和采用丝网印刷磷浆两种方法。喷涂磷酸水溶液的方法是指将经处理的磷酸通过涂源或超声喷雾的方法均匀地附着在硅片表面,再通过有不同温区的链式扩散炉制得P-N结。丝网印刷磷浆的方法是指利用特定型号的网版将磷浆均匀地印刷在硅片的表面,然后再通过有不同温区的链式扩散炉,磷浆中的有机聚合物在高温下分解然后通过排风系统排出, P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层。
为了减少链式扩散所带来的高表面浓度缺陷,目前普遍采用的方法是将扩散后的方阻适当做低一些,然后在刻蚀的时候利用一定浓度和配比的HF与HCl溶液将表面高浓度扩散层抛掉。利用抛结后的扩散层作为太阳能电池发射极的N型层。
现有技术的缺点:湿法刻蚀反应速率的大小与溶液的浓度和温度有关。溶液浓度越大,温度越高,反应速率就越快。因此,利用湿法刻蚀来去除链式扩散的高掺杂浓度层,需要刻蚀溶液浓度均匀,并且不随着反应的进行而发生改变。这就需要对溶液的浓度变化情况进行严格监控,并根据其变化不断地进行补加,否则就会出现片与片间的刻蚀差异过大。这样就对设备性能和生产人员的素质提出了更高的要求,无形中增加了太阳能电池的生产成本。同时,由于生产时采用的是将刻蚀液覆盖在硅片上表面,待反应完成后用赶水滚轮将刻蚀液赶走,再用高纯水冲洗的方法来进行抛结,难以保证硅片中心区域和边缘区域所覆盖刻蚀液的浓度和温度一致,容易导致片内中心和边缘区域反应速率不一致,刻蚀后方阻的片内均匀性变差,不利于电池转化效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,该工艺所要解决的目的在于:1.解决链式扩散所造成的表面掺杂浓度高,电池片少子寿命低,转化效率低的问题。2. 解决传统湿法刻蚀抛结所造成的表面方块电阻不容易控制,抛结后方阻均匀性差的问题。
本发明的实现方案如下:一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,包括如下步骤:
步骤A:采用丝网印刷磷浆工艺进行链式扩散或喷涂磷酸水溶液工艺进行链式扩散,在基体硅片表面形成丝网印刷表层磷浆层;
步骤B:在步骤A后,进行高温链式扩散工艺处理,将丝网印刷表层磷浆层转化,等形成的P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层,同时基体硅片表面形成有杂质层,我们将N型层和杂质层总称为链式扩散后表层杂质分布层;
步骤C:在步骤B后,对链式扩散后表层杂质分布层的表面进行氧化处理,在链式扩散后表层杂质分布层表面快速生长一层均匀分布的氧化层;
步骤D:将步骤C中的氧化层去除,形成去除氧化层后硅片表面杂质分布层。
所述丝网印刷磷浆工艺进行链式扩散的方法为:利用网版将磷浆均匀地印刷在基体硅片的表面;高温链式扩散工艺处理为:将印刷有磷浆的基体硅片通过有不同温区的链式扩散炉,在高温处理下磷浆中的有机聚合物在高温下分解然后通过排风系统排出,P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层。
所述氧化处理的方法为高温湿氧氧化。
高温湿氧氧化的过程为:将步骤B处理后的基体硅片放在密闭的高温炉中,然后通入高温水蒸气,通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
步骤D中的氧化层去除方法为:将步骤B之后的基体硅片放在氢氟酸溶液(HF溶液)中,待氢氟酸溶液与氧化层反应后取出。
步骤B后的基体硅片方阻比步骤C后的基体硅片方阻低5ohm-30ohm。
步骤C后的基体硅片方阻在60ohm-120ohm范围内。
步骤B后的基体硅片方阻比步骤C后的基体硅片方阻低5ohm-10ohm或5ohm-20ohm或10ohm-20ohm或10ohm-30ohm或20ohm-30ohm。
步骤C后的基体硅片方阻在60ohm-90ohm或90ohm-120ohm或60ohm-100ohm或100ohm-120ohm范围内。
本发明的设计原理在于:由于上述两种链式扩散会形成高掺杂浓度层,最高浓度层我们称之为死层,为了去除这个死层,解决链式扩散所造成的表面掺杂浓度高,电池片少子寿命低,转化效率低的问题,一般常规解决上述问题的方法是进行湿法刻蚀抛结,而传统湿法刻蚀抛结所造成的表面方块电阻不容易控制,会造成抛结后方阻均匀性差的问题。
因此本发明所要解决的技术问题可合二为一的进行处理。即采用一种可以替代湿法刻蚀抛结的方法进行抛结处理,即可解决上述问题。因此,本发明针对上述问题,提出了氧化湿法刻蚀抛结法。在上述B步骤后,采用氧化方法对基体硅片的表层进行氧化处理,也可认为直接对链式扩散后表层杂质分布层进行处理,采用氧化处理的好处是,在氧化处理时,其生成的氧化层均匀。同时生产的氧化物质,易于与氢氟酸溶液反应,因此在氧化层生成后,直接将C步骤后的基体硅片放置在氢氟酸溶液中反应,即可达到去除氧化层,以直接达到去掉死层(高掺杂浓度层)的目的,而形成后的去除氧化层后硅片表面杂质分布层的掺杂浓度低,基体硅片的方阻均匀。而且本发明可直接进行流水线工艺生产,容易受控。
因此总结上述方法和实现原理:本发明的目的主要通采用丝网印刷磷浆的方法进行链式扩散,在完成扩散并达到设定的方块电阻要求之后,再在高温下利用湿氧进行氧化,在硅片表面快速生长一层设定厚度且均匀分布的氧化层,之后再利用HF溶液将硅片表面的氧化层和PSG(磷硅玻璃)层清洗掉。
所述丝网印刷磷浆的方法进行链式扩散是指利用特定型号的网版将磷浆均匀地印刷在硅片的表面,然后再通过有不同温区的链式扩散炉,磷浆中的有机聚合物在高温下分解然后通过排风系统排出, P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层。
所述完成扩散后达到的设定方块电阻要求是根据氧化后所需方阻大小来进行设定,一般情况下,扩散后的设定方块电阻比氧化后的方块电阻低5ohm-30ohm。而氧化后所需方阻大小根据太阳能电池正面电极丝网印刷所使用的网版和银浆以及其他各工序工艺所匹配而得来的,其大小在60ohm-120ohm范围内。
所述用于湿氧氧化的设定温度没有具体要求。
所述湿氧氧化的方法为将硅片通入链式的高温氧化炉中,然后在炉内通入一定流量的水蒸气,通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层,未反应完及生成的残余气体通过排风系统排出。
所述氧化层的设定厚度没有具体要求,可根据实际电性能情况进行调节。
所述用于清洗氧化层及PSG的HF溶液设定浓度没有要求。
本发明的优点在于:
1.解决常规扩散工艺无法避免产生“死层”的现象,进一步减少表面浓度,提高少子寿命,提高电池的转化效率,降低太阳能电池的生产成本。
2.提供一条简洁容易操作的去“死层”方法,在去除死层的同时能够保证方阻的大小和均匀性,同时还能保证杂质在硅片内部具有更优的分布;
3. 解决传统低温长时间扩散工艺所制得的PN结结深较深,所制得电池的短波响应较差,转化效率受到影响的缺陷,在去除表面“死层”的同时减小结深,提高太阳能电池的短波响应;
4. 减少在扩散工艺的推进过程中因分凝作用导致的表面浓度过高问题。可以避免湿法刻蚀抛结带来的均匀性差,稳定性差等问题,提高产能,降低生产成本。
附图说明
图1是基体硅片在各个步骤中反应后形成的结构示意图。
图中的标号分别表示为:1、基体硅片,2、丝网印刷表层磷浆层,3、链式扩散后表层杂质分布层,4、氧化层,5、去除氧化层后硅片表面杂质分布层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示。
一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,包括如下步骤:
步骤A:采用丝网印刷磷浆工艺进行链式扩散或喷涂磷酸水溶液工艺进行链式扩散,在基体硅片1表面形成丝网印刷表层磷浆层2;
步骤B:在步骤A后,进行高温链式扩散工艺处理,将丝网印刷表层磷浆层2转化,等形成的P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层,同时基体硅片表面形成有杂质层,我们将N型层和杂质层总称为链式扩散后表层杂质分布层3;
步骤C:在步骤B后,对链式扩散后表层杂质分布层3的表面进行氧化处理,在链式扩散后表层杂质分布层3表面快速生长一层均匀分布的氧化层4;
步骤D:将步骤C中的氧化层4去除,形成去除氧化层后硅片表面杂质分布层5。
实施例2
如图1所示。
步骤A:采用丝网印刷磷浆工艺进行链式扩散或喷涂磷酸水溶液工艺进行链式扩散,在基体硅片1表面形成丝网印刷表层磷浆层2;所述丝网印刷磷浆工艺进行链式扩散的方法为:利用网版将磷浆均匀地印刷在基体硅片1的表面。
步骤B:在步骤A后,进行高温链式扩散工艺处理,将丝网印刷表层磷浆层2转化,等形成的P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层,同时基体硅片表面形成有杂质层,我们将N型层和杂质层总称为链式扩散后表层杂质分布层3;高温链式扩散工艺处理为:将印刷有磷浆的基体硅片1通过有不同温区的链式扩散炉,在高温处理下磷浆中的有机聚合物在高温下分解然后通过排风系统排出,P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层。
步骤C:在步骤B后,对链式扩散后表层杂质分布层3的表面进行氧化处理,在链式扩散后表层杂质分布层3表面快速生长一层均匀分布的氧化层4;所述氧化处理的方法为高温湿氧氧化,高温湿氧氧化的过程为:将步骤B处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中,然后通入高温水蒸气,通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
步骤D:将步骤C中的氧化层4去除,形成去除氧化层后硅片表面杂质分布层5,步骤D中的氧化层4去除方法为:将步骤B之后的基体硅片1放在氢氟酸溶液HF溶液中,待氢氟酸溶液与氧化层4反应后取出。
实施例3
本实施例与实施1和实施例2的区别在于:
步骤B后的基体硅片1方阻比步骤C后的基体硅片1方阻低5ohm-30ohm。
步骤C后的基体硅片1方阻在60ohm-120ohm范围内。
实施例4
本实施例与实施1和实施例2的区别在于:
步骤B后的基体硅片1方阻比步骤C后的基体硅片1方阻低5ohm-10ohm。步骤C后的基体硅片1方阻在60ohm-120ohm范围内。
实施例5
本实施例与实施1和实施例2的区别在于:
步骤B后的基体硅片1方阻比步骤C后的基体硅片1方阻低5ohm-20ohm。步骤C后的基体硅片1方阻在60ohm-90ohm范围内。
实施例6
本实施例与实施1和实施例2的区别在于:
步骤B后的基体硅片1方阻比步骤C后的基体硅片1方阻低。10ohm-20ohm。步骤C后的基体硅片1方阻在90ohm-120ohm范围内。
实施例7
本实施例与实施1和实施例2的区别在于:
步骤B后的基体硅片1方阻比步骤C后的基体硅片1方阻低10ohm-30ohm。步骤C后的基体硅片1方阻在100ohm-120ohm范围内。
实施例8
本实施例与实施1和实施例2的区别在于:
步骤B后的基体硅片1方阻比步骤C后的基体硅片1方阻低20ohm-30ohm。步骤C后的基体硅片1方阻在60ohm-100ohm范围内。
实施例9
本实施例与实施例2的区别在于:
步骤C中:高温湿氧氧化的过程为:将步骤B处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中炉体温为600摄氏度-1000摄氏度,然后通入水蒸气,在炉体的高温下,形成高温水蒸气,通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
实施例10
本实施例与实施例2的区别在于:
步骤C中:高温湿氧氧化的过程为:将步骤B处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中炉体温为700摄氏度,然后通入水蒸气,在炉体的高温下,形成高温水蒸气,通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
实施例11
本实施例与实施例2的区别在于:
步骤C中:高温湿氧氧化的过程为:将步骤B处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中炉体温为800摄氏度,然后通入水蒸气,在炉体的高温下,形成高温水蒸气,通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
实施例12
本实施例与实施例2的区别在于:
步骤C中:高温湿氧氧化的过程为:将步骤B处理后的基体硅片1放在密闭的高温炉中炉体温为900摄氏度,然后通入水蒸气,在炉体的高温下,形成高温水蒸气,通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
总结上述实施例:本发明设计的一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,
如图1所示,首先采用丝网印刷在基体硅片1上印刷一层丝网印刷表层磷浆层2,利用链式扩散的方式达到设定链式扩散后表层杂质分布层3,再在高温下利用湿氧进行氧化,在硅片表面快速生长一层设定厚度且均匀分布的氧化层4,然后再将表面的氧化层4清洗掉,所制得的去除氧化层后硅片表面杂质分布层5,去除氧化层后硅片表面杂质分布层5即PN结表面杂质分布层,其具有更低的表面浓度,从而能够显著提高电池的转化效率。
1. 对于本方案中所涉及的丝网印刷磷浆后进行链式扩散工艺,对印刷磷浆的网版型号和浆料类型可有多种匹配方式,只要是采用丝网印刷磷浆后进行链式扩散均适用于本案;
2. 对于扩散后的氧化层的生长可采取多种方式进行,除了采用通水蒸气的方式,也可以采用超声喷雾的方法在硅片表面覆盖一薄层水膜,然后进行高温氧化。只要涉及到先扩散然后利用在扩散表面生长较厚的氧化层来去除表面重掺杂区的方式,均属于本方案的保护范围。
总结本发明,其利用在链式扩散后硅片的表面生长一层较厚的氧化层,再将氧化层清洗掉,利用该方法来去除扩散表面的高掺杂区,提高扩散后硅片的少子寿命;在高温下利用水蒸气与硅片扩散面进行反应,在短时间内快速生长出较厚的氧化层;最后去除氧化层。
如上所述,则能很好的实现本发明。
Claims (7)
1. 一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,其特征在于:包括如下步骤:
步骤A:采用丝网印刷磷浆工艺进行链式扩散或喷涂磷酸水溶液工艺进行链式扩散,在基体硅片(1)表面形成丝网印刷表层磷浆层(2);
步骤B:在步骤A后,进行高温链式扩散工艺处理,将丝网印刷表层磷浆层(2)转化,等形成的P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层,同时基体硅片表面形成有杂质层,我们将N型层和杂质层总称为链式扩散后表层杂质分布层(3);
步骤C:在步骤B后,对链式扩散后表层杂质分布层(3)的表面进行氧化处理,在链式扩散后表层杂质分布层(3)表面快速生长一层均匀分布的氧化层(4);
步骤D:将步骤C中的氧化层(4)去除,形成去除氧化层后硅片表面杂质分布层(5)。
2. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,其特征在于:所述丝网印刷磷浆工艺进行链式扩散的方法为:利用网版将磷浆均匀地印刷在基体硅片(1)的表面;高温链式扩散工艺处理为:将印刷有磷浆的基体硅片(1)通过有不同温区的链式扩散炉,在高温处理下磷浆中的有机聚合物在高温下分解然后通过排风系统排出,P原子扩散进入基体硅片表面形成N型层。
3. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,其特征在于:所述氧化处理的方法为高温湿氧氧化。
4. 根据权利要求3所述的一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,其特征在于:高温湿氧氧化的过程为:将步骤B处理后的基体硅片(1)放在密闭的高温炉中,然后通入高温水蒸气,通过水蒸气与硅片表面扩散层之间的反应来快速生长氧化层。
5. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,其特征在于:步骤D中的氧化层(4)去除方法为:将步骤B之后的基体硅片(1)放在氢氟酸溶液中,待氢氟酸溶液与氧化层(4)反应后取出。
6. 根据权利要求1-5中任意一项所述的一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,其特征在于:步骤B后的基体硅片(1)方阻比步骤C后的基体硅片(1)方阻低5ohm-30ohm。
7. 根据权利要求1-5中任意一项所述的一种用于太阳能电池的链式扩散工艺,其特征在于:步骤C后的基体硅片(1)方阻在60ohm-120ohm范围内。
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