CN103022265B - 太阳能电池片及其扩散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池片及其扩散方法,包括:将硅片放入扩散炉中;将扩散炉内温度升至第一温度,同时向扩散炉中通入含三氯氧磷的氮气和氧气,保持时间为第一时间;将扩散炉内温度升至第二温度,同时向扩散炉内通入氧气,保持时间为第二时间;保持扩散炉内温度为第二温度,停止向扩散炉内通入氧气,保持时间为第三时间;对扩散炉进行降温,降温结束后取出硅片。本发明公开的扩散方法,通过高温有氧和高温无氧两步推进磷扩散,在降低硅片表面杂质浓度的同时提高了扩散的均匀性,提高了太阳能电池对光的吸收率,从而提高了太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,更具体地说,涉及一种太阳能电池片及其扩散方法。
背景技术
太阳能电池,也称光伏电池,是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品,不会引起环境污染,而且是可再生资源,所以在当今能源短缺的情形下,太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。
目前的太阳能电池片的生产过程可以分为以下几个主要步骤:
1、损伤层的去除及绒面制备,通过化学反应除去硅片表面的切割损伤层,同时得到合理的粗糙表面,以增强光的吸收。
2、扩散制作PN结,将P型的硅片放入扩散炉内,通过硅原子之间的空隙使N型杂质原子由硅片表面层向硅片内部扩散,形成PN结,使电子和空穴在流动后不再回到原处,这样便形成电流,也就使硅片具有光伏效应。
3、表面PSG(phosphatesilicateglass,即磷硅玻璃)的去除,去除硅片在扩散的过程中表面生成的PSG,避免因玻璃层的存在而影响金属电极与硅片的接触,从而提高电池的转换效率。
4、周边PN的去除,去除扩散过程中在硅片边缘形成的将PN结短路的导电层。
5、减反射层的制备,在硅片表面沉积一层氮化硅减反射层,利用薄膜干涉原理,减少光的反射,起到钝化作用,增大电池的短路电流和输出功率,提高转换效率。
6、金属化过程,即背电极、背电场和正电极的印刷和烧结过程,采用银浆印刷正电极和背电极,采用铝浆印刷背电场,以收集电流并起到导电的作用,烧结是在高温下使印刷的电极与硅片之间形成欧姆接触。
其中,扩散制作PN结是太阳能电池生产的关键步骤,PN结的质量则直接决定着太阳能电池的转换效率。现有的扩散方法中,在向扩散炉中通入含三氯氧磷的氮气和氧气进行沉积后,将扩散炉内温度升至一定温度,同时向扩散炉内通入氧气一步推进磷的扩散,持续一段时间后直接对扩散炉进行降温,直至完成扩散工艺。
但在实际生产的过程中,发明人经过研究发现,采用现有技术的扩散方法生产的太阳能电池的转换效率普遍较低。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种太阳能电池片及其扩散方法,通过高温有氧和高温无氧两步推进磷扩散,在降低硅片表面杂质浓度的同时提高了扩散的均匀性,提高了太阳能电池对光的吸收率,从而提高了太阳能电池的转换效率。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种扩散方法,其特征在于,包括:
A、将硅片放入扩散炉中;
B、将扩散炉内温度升至第一温度,同时向扩散炉中通入含三氯氧磷的氮气和氧气,保持时间为第一时间;
C、将扩散炉内温度升至第二温度,同时向扩散炉内通入氧气,保持时间为第二时间,其中,第二温度大于第一温度;
D、保持扩散炉内温度为第二温度,停止向扩散炉内通入氧气,保持时间为第三时间;
E、对扩散炉进行降温,降温结束后取出硅片。
优选的,所述第一温度的范围为780℃~800℃,包括端点值,所述第二温度的范围为820℃~840℃,包括端点值。
优选的,所述第一时间的范围为11.5min~13.5min,包括端点值,所述第二时间的范围为10min~15min,包括端点值,所述第三时间的范围为2min~5min,包括端点值。
优选的,所述步骤B中含三氯氧磷的氮气和氧气的气体流量比为2:1~3:1,包括端点值。
优选的,所述步骤C中氧气的流量为1000sccm~2000sccm,包括端点值。
优选的,在所述步骤B之前,还包括步骤:向扩散炉内通入氧气,保持时间为第四时间,其中,所述第四时间的范围为1min~3min,包括端点值。
优选的,在所述步骤D之后,还包括步骤:将扩散炉内温度降至第三温度,同时向扩散炉内通入氮气,保持时间为第五时间,其中,所述第三温度的范围为730℃~750℃,包括端点值,所述第五时间的范围为10min~15min,包括端点值,所述氮气的流量为1000sccm~2000sccm,包括端点值。
一种采用上述方法生产的太阳能电池片。
优选的,所述太阳能电池片的PN结结深的范围为0.4um~0.6um,包括端点值。
优选的,所述太阳能电池片转换效率的范围为17.0%~17.5%,包括端点值。
与现有技术相比,本发明所提供的技术方案具有以下优点:
本发明提供的太阳能电池片及其扩散方法,通过高温有氧和高温无氧两步推进磷扩散,在保证杂质磷原子由硅片表面向硅片内部扩散的同时,避免了因硅片表面二氧化硅层过厚,而影响杂质的扩散以及磷硅玻璃去除的问题,并且采用本发明提供的扩散方法,增加了扩散杂质的浓度梯度分布和载流子寿命,在降低硅片表面杂质浓度的同时提高了扩散的均匀性,从而提高了太阳能电池在短波段内的光谱响应度,提高了太阳能电池对光的吸收率,进而提高了太阳能电池的转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一公开的扩散方法的流程图;
图2为本发明实施例二公开的扩散方法的流程图;
图3为本发明实施例三公开的扩散方法的流程图;
图4为本发明实施例四公开的扩散方法的流程图。
具体实施方式
正如背景技术所述,采用现有技术的扩散方法生产的太阳能电池的转换效率普遍偏低,发明人经过研究发现,现有技术中只采用高温有氧推进磷扩散,这样会使硅片表面形成的二氧化硅层过厚,不利于杂质磷原子的扩散以及后续对磷硅玻璃的去除,从而影响了太阳能电池的转换效率。
基于此,本发明提供了一种扩散方法,以克服上述问题,包括:将硅片放入扩散炉中;将扩散炉内温度升至第一温度,同时向扩散炉中通入含三氯氧磷的氮气和氧气,保持时间为第一时间;将扩散炉内温度升至第二温度,同时向扩散炉内通入氧气,保持时间为第二时间;保持扩散炉内温度为第二温度,停止向扩散炉内通入氧气,保持时间为第三时间;对扩散炉进行降温,降温结束后取出硅片。
本发明所提供的太阳能电池片及其扩散方法,通过高温有氧和高温无氧两步推进磷扩散,在保证杂质磷原子由硅片表面向硅片内部扩散的同时,避免了因硅片表面二氧化硅层过厚,而影响杂质的扩散以及磷硅玻璃去除的问题,并且采用本发明提供的扩散方法,增加了扩散杂质的浓度梯度分布和载流子寿命,在降低硅片表面杂质浓度的同时提高了扩散的均匀性,从而提高了太阳能电池在短波段内的光谱响应度,提高了太阳能电池对光的吸收率,进而提高了太阳能电池的转换效率。
以上是本发明的核心思想,为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
下面通过几个实施例详细描述。
实施例一
本实施例公开的扩散方法的流程图如图1所示,包括步骤:
S101:将硅片放入扩散炉中。
其中,所述硅片为太阳能电池生产过程中待扩散的硅片。
S102:将扩散炉内温度升至第一温度,同时向扩散炉中通入含三氯氧磷的氮气和氧气,保持时间为第一时间。
其中,所述第一温度的范围为780℃~800℃,包括端点值,所述第一时间的范围11.5min~13.5min,包括端点值,所述含三氯氧磷的氮气和氧气的气体流量比为2:1~3:1,包括端点值。此步骤所起的作用是将杂质沉积在硅片表面,形成一定浓度,便于后续步骤中杂质进一步向硅片内扩散形成PN结。
S103:将扩散炉内温度升至第二温度,同时向扩散炉内通入氧气,保持时间为第二时间,其中,第二温度大于第一温度。
其中,所述第二温度的范围为820℃~840℃,包括端点值,所述第二时间的范围为10min~15min,包括端点值,所述氧气的流量为1000sccm~2000sccm,包括端点值。在硅片表面形成一定的杂质浓度后,将温度升高至820℃~840℃,同时向扩散炉内通入氧气,这样就会使硅片表面的杂质进一步向硅片内部扩散,形成具有一定结深的PN结。
S104:保持扩散炉内温度为第二温度,停止向扩散炉内通入氧气,保持时间为第三时间。
其中,所述第二温度的范围为820℃~840℃,包括端点值,所述第三时间的范围为2min~5min,包括端点值。此步骤是在无氧的条件下进行的,停止通入氧气是为了避免因氧气过多而造成硅片表面的二氧化硅层过厚,二氧化硅层过厚不仅会影响杂质磷原子的扩散,也会对磷硅玻璃的去除造成困难,使去除磷硅玻璃后的硅片表面不合格,从而最终影响硅片的性能。
S105:对扩散炉进行降温,降温结束后取出硅片。
与现有技术相比,本实施例公开的扩散方法,取消了在扩散前对硅片进行氧化的步骤,这是因为实验数据显示,此步骤对太阳能电池的转换效率无影响,但是可能会导致硅片表面的二氧化硅层过厚,不利于杂质的扩散,因此,本实施例公开的扩散方法中取消了此步骤,避免了硅片表面二氧化硅层过厚而影响杂质扩散的问题,同时节约了工艺步骤和工艺时间,并且本实施例公开的扩散方法,通过高温有氧和高温无氧推进磷扩散,在保证杂质由硅片表面向硅片内部扩散的同时,避免了因硅片表面二氧化硅层过厚,而影响磷原子的扩散以及磷硅玻璃去除的问题。
实施例二
本实施例公开的扩散方法的流程图如图2所示,具体步骤如下所示:
步骤S201~S204与步骤S101~S104相同,在此不再赘述。
S205:将扩散炉内温度降至第三温度,同时向扩散炉内通入氮气,保持时间为第五时间。
其中,所述第三温度的范围为730℃~750℃,包括端点值,所述第五时间的范围为10min~15min,包括端点值,所述氮气的流量为1000sccm~2000sccm,包括端点值。硅片在扩散完成后直接降温出炉,会导致温差过大,此时硅片中残余的热应力会使硅片弯曲或碎裂。因此,本实施例提供的扩散方法中,在扩散炉温度降至730℃~750℃后,通入氮气,并持续一段时间,通过氮气的流通来降低硅片的温度,避免了出炉时硅片中残余的热应力使硅片弯曲或碎裂的问题,其中,氮气并不与扩散炉中的硅片以及杂质等物质发生反应。
S206:扩散炉降温结束后取出硅片。
与现有技术相比,本实施例公开的扩散方法,取消了在扩散前对硅片进行氧化的步骤,避免了硅片表面二氧化硅层过厚而影响杂质扩散的问题,同时节约了工艺步骤和工艺时间,并且本实施例公开的扩散方法,通过高温有氧和高温无氧推进磷扩散,在保证杂质由硅片表面向硅片内部扩散的同时,避免了因硅片表面二氧化硅层过厚,而影响磷原子的扩散以及磷硅玻璃去除的问题,此外,本实施例提供的扩散方法,在扩散炉降温时,向扩散炉内通入氮气,通过氮气的流通来降低硅片的温度,避免了出炉时硅片中残余的热应力使硅片弯曲或碎裂的问题。
实施例三
本实施例公开的扩散方法的流程图如图3所示,具体步骤如下所示:
S301:将硅片放入扩散炉中。
其中,所述硅片为太阳能电池生产过程中,待扩散的硅片。
S302:向扩散炉内通入氧气,保持时间为第四时间。
其中,所述第四时间的范围为1min~3min,包括端点值。虽然取消了在扩散前对硅片进行氧化的步骤,可以避免硅片表面二氧化硅层过厚而影响杂质扩散的问题,但是在硅片扩散之前向扩散炉内通入氧气,可以将形成的一定厚度的二氧化硅层作为扩散时的掩蔽膜,来减少扩散中杂质的高浓度对硅片晶格造成的损伤,因此,本实施例中,通过减少通入氧气的时间来降低了二氧化硅层的厚度,既避免了硅片表面二氧化硅层过厚的问题,又实现了其掩蔽膜的作用。
步骤S303~S307与步骤S202~S206相同,在此不再赘述。
本实施例公开的扩散方法,在扩散前对硅片进行了氧化,通过减少氧化时间来降低了二氧化硅层的厚度,既避免了硅片表面二氧化硅层过厚的问题,又减少了扩散中杂质的高浓度对硅片晶格造成的损伤,并且本实施例公开的扩散方法,通过高温有氧和高温无氧推进磷扩散,在保证杂质由硅片表面向硅片内部扩散的同时,避免了因硅片表面二氧化硅层过厚,而影响磷原子的扩散以及磷硅玻璃去除的问题,此外,本实施例提供的扩散方法,在扩散炉降温时,向扩散炉内通入氮气,通过氮气的流通来降低硅片的温度,避免了出炉时硅片中残余的热应力使硅片弯曲或碎裂的问题。
实施例四
本实施例公开的扩散方法的流程图如图4所示,包括:
步骤S401~S405与步骤S301~S305相同,在此不再赘述。
S406:对扩散炉进行降温,降温结束后取出硅片。
本实施例公开的扩散方法,在扩散前对硅片进行了氧化,通过减少氧化时间来降低了二氧化硅层的厚度,既避免了硅片表面二氧化硅层过厚的问题,又减少了扩散中杂质的高浓度对硅片晶格造成的损伤,并且本实施例公开的扩散方法,通过高温有氧和高温无氧推进磷扩散,在保证杂质由硅片表面向硅片内部扩散的同时,避免了因硅片表面二氧化硅层过厚,而影响磷原子的扩散以及磷硅玻璃去除的问题。
实施例五
本实施例公开了一种由上述任一实施例的方法生产的太阳能电池片。
其中,所述太阳能电池片的PN结结深的范围为0.4um~0.6um,包括端点值,所述太阳能电池片转换效率的范围为17.0%~17.5%,包括端点值。
采用上述任一实施例提供的扩散方法,都可以增加扩散杂质的浓度梯度分布和载流子寿命,在降低硅片表面杂质浓度的同时可以提高扩散的均匀性,从而提高生产的太阳能电池在短波段内的光谱响应度,提高太阳能电池对光的吸收率,进而提高太阳能电池的转换效率。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种扩散方法,其特征在于,包括:
步骤A、将硅片放入扩散炉中;
步骤B、将扩散炉内温度升至第一温度,同时向扩散炉中通入含三氯氧磷的氮气和氧气,保持时间为第一时间;
步骤C、将扩散炉内温度升至第二温度,同时向扩散炉内通入氧气,保持时间为第二时间,使硅片表面的杂质进一步向硅片内部扩散,形成具有一定结深的PN结,其中,第二温度大于第一温度;
步骤D、保持扩散炉内温度为第二温度,停止向扩散炉内通入氧气,保持时间为第三时间;
步骤E、对扩散炉进行降温,降温结束后取出硅片;
另外,在所述步骤B之前,还包括步骤:向扩散炉内通入氧气,保持时间为第四时间,所述硅片表面将形成的一定厚度的二氧化硅层作为扩散时的掩蔽膜,其中,所述第四时间的范围为1min~3min,包括端点值。
2.根据权利要求1所述的扩散方法,其特征在于,所述第一温度的范围为780℃~800℃,包括端点值,所述第二温度的范围为820℃~840℃,包括端点值。
3.根据权利要求2所述的扩散方法,其特征在于,所述第一时间的范围为11.5min~13.5min,包括端点值,所述第二时间的范围为10min~15min,包括端点值,所述第三时间的范围为2min~5min,包括端点值。
4.根据权利要求3所述的扩散方法,其特征在于,所述步骤B中含三氯氧磷的氮气和氧气的气体流量比为2:1~3:1,包括端点值。
5.根据权利要求4所述的扩散方法,其特征在于,所述步骤C中氧气的流量为1000sccm~2000sccm,包括端点值。
6.根据权利要求5所述的扩散方法,其特征在于,在所述步骤D之后,还包括步骤:将扩散炉内温度降至第三温度,同时向扩散炉内通入氮气,保持时间为第五时间,其中,所述第三温度的范围为730℃~750℃,包括端点值,所述第五时间的范围为10min~15min,包括端点值,所述氮气的流量为1000sccm~2000sccm,包括端点值。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法生产的太阳能电池片。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池片,其特征在于,所述太阳能电池片的PN结结深的范围为0.4um~0.6um,包括端点值。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池片,其特征在于,所述太阳能电池片转换效率的范围为17.0%~17.5%,包括端点值。
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