CN102903619A

CN102903619A - 一种实现深结低表面浓度的晶体硅扩散工艺

Info

Publication number: CN102903619A
Application number: CN2012104266683A
Authority: CN
Inventors: 成文; 杨晓生
Original assignee: Hunan Red Sun Photoelectricity Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Red Sun Photoelectricity Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: CN102903619B

Abstract

本发明公开了一种实现深结低表面浓度的晶体硅扩散工艺，包括如下步骤：（1）将硅片送入扩散炉；（2）升温过程；（3）恒温过程（可根据设备调整为多步恒温）；（4）第一次扩散（低温沉积）；（5）第一次低温分布；（6）第一次升温再分布；（7）第一次恒温再分布（可根据设备调整为多步恒温）；（8）第一次降温再分布；（9）第二次恒温再分布；（10）第二次扩散；（11）第二次降温再分布；（12）取出硅片。该工艺能够有效的改善因为温度浓度差异导致的掺杂不均匀而出现的晶体硅太阳能电池转换效率不稳定的问题，提高晶体硅太阳能电池的转换效率和良品率。

Description

一种实现深结低表面浓度的晶体硅扩散工艺

技术领域

本发明属于晶体硅太阳能电池制造领域，涉及一种实现深结低表面浓度的晶体硅扩散工艺。

背景技术

在半导体硅和太阳能电池制造中，卧式扩散炉的扩散工艺是对晶体硅进行掺杂，形成PN结，从而使晶体硅内部形成内建电场，PN结是半导体器件的核心，良好地PN结有利于晶体硅太阳能电池光电转换效率的提升。

在晶体硅太阳能电池的制备工艺中，卧式扩散炉设备是主流产品，占据着市场超过95%的份额，即使是在技术相对领先，自动化要求很高的欧洲市场卧式扩散炉也是主流产品，即使偶尔有其他新技术的引入也未能在大生产过程中获得业内的认可，因此研究卧式扩散炉的扩散工艺是光伏行业提升晶体硅太阳能电池转换效率的重心，但是众所周知卧式扩散炉因为其结构性问题存在着一些我们无法避免的缺陷：1，石英管各位置的温度存在差异，特别是石英管口和管尾位置；2，杂质气体在石英管内分布的浓度不均匀；3，变温扩散过程中温度上升下降都存在不同步的情况。上述情况最终影响扩散工艺之后晶体硅内部掺杂的不均匀。

另外考虑到目前市场上供应的正面银浆都在向弱刻蚀方向发展，这类浆料对晶体硅表面掺杂浓度的要求不高，因此，研究新的扩散工艺显得意义重大。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种实现深结低表面浓度的晶体硅扩散工艺。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种实现深结低表面浓度的晶体硅扩散工艺，所述扩散工艺是在扩散炉中对晶体硅进行掺杂处理，包括如下步骤：

（1）将硅片送入扩散炉；（2）升温过程；（3）恒温过程；（4）第一次扩散；（5）低温分布；（6）升温再分布；（7）第一次恒温再分布；（8）第一次降温再分布；（9）第二次恒温再分布；（10）第二次扩散；（11）第二次降温再分布；（12）取出硅片；其中所述的再分布是一个使沉积的杂质穿过硅晶体，在硅片中重新分布形成期望的结深的过程。

其中，步骤（1）设定的的工艺参数如下：

送片时间为840s，炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m；

步骤（2）设定的的工艺参数如下：

升温时间≤10s，优选为1s；炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m；即，在10s内使硅片升温至790～810℃；

步骤（3）设定的的工艺参数如下：

恒温时间为1000s；炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m；

步骤（4）设定的的工艺参数如下：

扩散时间为600s；炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量和干氧流量为900 ～1100ml/m ，优选为1000 ml/m；大氮流量为20700～25300ml/m，优选为23000ml/m；

步骤（5）设定的的工艺参数如下：

低温分布时间为500s；炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量为0 ml/m；大氮流量为21960～26840 ml/m，优选为24400 ml/m；干氧流量为540～660ml/m，优选为600ml/m；

步骤（6）设定的的工艺参数如下：

升温分布时间≤10s，优选为1s；炉内温度为840～860℃，优选为850℃；小氮流量为0 ml/m；大氮流量为21960～26840 ml/m，优选为24400 ml/m；干氧流量为540～660ml/m，优选为600ml/m；

步骤（7）设定的的工艺参数如下：

恒温分布时间为1300s；炉内温度为840～860℃，优选为850℃；小氮流量为0 ml/m；大氮流量为21960～26840 ml/m，优选为24400 ml/m；干氧流量为540～660ml/m，优选为600ml/m；

步骤（8）设定的的工艺参数如下：

降温分布时间为1200；炉内温度为820～840℃，优选为830℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m；

步骤（9）设定的的工艺参数如下：

恒温分布时间为300；炉内温度为820～840℃，优选为830℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m；

步骤（10）设定的的工艺参数如下：

扩散时间为800s；炉内温度为820～840℃，优选为830℃；小氮流量为1350～1650 ml/m，优选为1500ml/m；大氮流量为20070～24530ml/m，优选为22300ml/m；干氧流量为1080～1320 ml/m，优选为1200ml/m；

步骤（11）设定的的工艺参数如下：

降温分布时间为2400s；炉内温度为540～660℃，优选为600℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为36000～44000ml/m，优选为40000ml/m；

步骤（12）设定的的工艺参数如下：

取片时间为840s；炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m；

其中，步骤（8）中设定的炉内温度低于步骤（7）中设定的炉内温度。

另外，所述步骤（3）恒温过程可分三步进行：

第一步设定的工艺参数如下：

时间为200s；炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m；

第二步设定的工艺参数如下：

时间为400s；炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m；

第三步设定的工艺参数如下：

时间为400s；炉内温度为790～810℃，优选为800℃；小氮流量和干氧流量为0 ml/m；大氮流量为22500～27500ml/m，优选为25000ml/m。

所述步骤（7）第一次恒温再分布分两步进行：

第一步设定的工艺参数如下：

时间为800s，炉内温度为840～860℃，优选为850℃；小氮流量为0 ml/m；大氮流量为21960～26840 ml/m，优选为24400 ml/m；干氧流量为540～660ml/m，优选为600ml/m；

第二步设定的工艺参数如下：

时间为500s，炉内温度为840～860℃，优选为850℃；小氮流量为0 ml/m；大氮流量为21960～26840 ml/m，优选为24400 ml/m；干氧流量为540～660ml/m，优选为600ml/m。

上述小氮即为携源氮气，大氮即为氮气，干氧即为干燥的氧气。

下面结合原理对本发明作进一步说明：

本发明要解决的技术问题是，在无法避免因为设备硬性缺陷而出现的技术问题的时候，提供一种新的扩散工艺模式，它能够有效的改善因为温度浓度差异导致的掺杂不均匀而出现的晶体硅太阳能电池转换效率不稳定的问题，提高晶体硅太阳能电池的转换效率和良品率。

本发明采用的技术方案为实现深结低表面浓度，采用两次扩散的模式，延长扩散工艺的时间，保证杂质源充分均匀的掺杂并且得到激活，扩散模式有点类似有限源扩散。本发明的工艺包括步骤（2）升温过程，（3）恒温过程（可根据设备调整为多步恒温），（4）第一次扩散（低温沉积），（5）第一次低温分布，（6）第一次升温再分布，扩散炉升温速率根据设定时间有个斜率，因此设置该步骤有利于提高升温速度；降温再分布可以使晶体硅表面到其内部出现一个明显的杂质浓度梯度；该工艺的低温沉积，高温驱进。然后再低温沉积，最后用一个长时间的降温再分布来实现其深结低表面浓度的掺杂结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

常规工艺光伏电池的生产在使用深结低表面浓度的扩散工艺之后电性能有明显好转，具体差异见表1、表2、图1和图2：

使用普通的扩散工艺（表1）：

Figure 2012104266683100002DEST_PATH_IMAGE001

使用本发明扩散工艺之后（表2）：

参见表1、表2、图1和图2，量产数据显示，在相同生产情况下改变扩散工艺的参数设置，光伏电池电性能得到明显的提升，转换效率有超过0.2%的提升，大于16.5%的比例也有很大的提升，这一部分的提升能够改善我们的成品率，降低生产过程中的不良率；从转换效率分布图上可见，高转换效率的电池比例上升明显，低效片所占比例几乎可以忽略，试想这能够给我们的大生产降低多少不必要的损耗，带来多么大的经济效益。

总之，本发明实现深结低表面浓度的晶体硅扩散工艺，包括一次低温沉积过程，杂质沉积在表面之后进行高温的驱进，长时间的驱进可以明显降低表面浓度，而且驱进时设置的工艺温度决定了杂质源进入晶体硅内部的深度；完成高温再分布之后进行二次低温沉积是对表面杂质浓度的一次补充，为后续的降温再分布提供杂质源，如此设置工艺参数有利于晶体硅PN结的均匀性，同时结的深度也得到理想的控制，为实现晶体硅电池的高转换效率打下基础，同时大生产过程中的稳定性得到很好地改善。

附图说明

图1为普通的扩散工艺效果数据图；

图2为本发明的扩散工艺效果数据图。

具体实施方式

实施例1

本实施例扩散炉选用中国电子科技集团公司第48研究所的卧式扩散炉，该扩散炉内有五个加热器，分为五个温区。工艺参数如表3所示，步骤1为进舟送片，步骤2为升温过程，步骤3、4、5为恒温过程，步骤6为第一次扩散（低温沉积），步骤7为低温分布，步骤8为升温再分布，步骤9、10为第一次恒温再分布，步骤11为第一次降温再分布，步骤12为第二次恒温再分布，步骤13为第二次扩散，步骤14为第二次降温再分布，步骤15为出舟取片。

表3：

Figure 2012104266683100002DEST_PATH_IMAGE003

其中，小氮即为携源氮气，大氮即为氮气，干氧即为干燥的氧气，表3所显示温度为我们在生产线量产过程中的基础温度，根据需要各步骤温度可以在正负十度范围内进行调整，其次气体流量也允许在现有基础上有10%的正负偏差。

Claims

1. 一种实现深结低表面浓度的晶体硅扩散工艺，所述扩散工艺是在扩散炉中对晶体硅进行掺杂处理，包括如下步骤：

（1）将硅片送入扩散炉；（2）升温过程；（3）恒温过程；（4）第一次扩散；（5）低温分布；（6）升温再分布；（7）第一次恒温再分布；（8）第一次降温再分布；（9）第二次恒温再分布；（10）第二次扩散；（11）第二次降温再分布；（12）取出硅片;

其中，

步骤（1）设定的工艺参数如下：

送片时间为840s，炉内温度为790～810℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m；

步骤（2）设定的工艺参数如下：

升温时间≤10s，炉内温度为790～810℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m；

步骤（3）设定的工艺参数如下：

恒温时间为1000s，炉内温度为790～810℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m；

步骤（4）设定的工艺参数如下：

扩散时间为600s，炉内温度为790～810℃，小氮流量和干氧流量为900 ～1100ml/m，大氮流量为20700～25300ml/m；

步骤（5）设定的工艺参数如下：

低温分布时间为500s，炉内温度为790～810℃，小氮流量为0 ml/m，大氮流量为21960～26840 ml/m，干氧流量为540～660ml/m；

步骤（6）设定的工艺参数如下：

升温分布时间≤10s，炉内温度为840～860℃，小氮流量为0 ml/m，大氮流量为21960～26840 ml/m，干氧流量为540～660ml/m；

步骤（7）设定的工艺参数如下：

恒温分布时间为1300s，炉内温度为840～860℃，小氮流量为0 ml/m，大氮流量为21960～26840 ml/m，干氧流量为540～660ml/m；

步骤（8）设定的工艺参数如下：

降温分布时间为1200，炉内温度为820～840℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m；

步骤（9）设定的工艺参数如下：

恒温分布时间为300，炉内温度为820～840℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m；

步骤（10）设定的工艺参数如下：

扩散时间为800s，炉内温度为820～840℃，小氮流量为1350～1650 ml/m，大氮流量为20070～24530ml/m，干氧流量为1080～1320 ml/m；

步骤（11）设定的工艺参数如下：

降温分布时间为2400s，炉内温度为540～660℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为36000～44000ml/m；

步骤（12）设定的工艺参数如下：

取片时间为840s，炉内温度为790～810℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m；

2. 如权利要求1所述的扩散工艺，其特征在于，所述步骤（2）和（6）的时间为1s。

3. 如权利要求1所述的扩散工艺，其特征在于，所述步骤（3）恒温过程分三步进行：

第一步设定的工艺参数如下：

时间为200s，炉内温度为790～810℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m；

第二步设定的工艺参数如下：

时间为400s，炉内温度为790～810℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m；

第三步设定的工艺参数如下：

时间为400s，炉内温度为790～810℃，小氮流量和干氧流量为0 ml/m，大氮流量为22500～27500ml/m。

4.如权利要求1所述的扩散工艺，其特征在于，所述步骤（7）第一次恒温再分布分两步进行：

第一步设定的工艺参数如下：

时间为800s，炉内温度为840～860℃，小氮流量为0 ml/m，大氮流量为21960～26840 ml/m，干氧流量为540～660ml/m；

第二步设定的工艺参数如下：

时间为500s，炉内温度为840～860℃，小氮流量为0 ml/m，大氮流量为21960～26840 ml/m，干氧流量为540～660ml/m。