CN103618019A - 一种晶体硅太阳能电池片扩散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池片扩散方法，使用氢氟酸或硝酸对硅片表面进行油污清洗及制绒，将清洗制绒后的硅片放置于立式扩散炉内进行扩散，扩散工艺包括以下步骤：（1）入炉：将放置有晶体硅片的石英舟匀速入炉；（2）抽真空：抽真空后炉腔内的压力为300±50mTorr；（3）真空检漏：对炉腔进行漏率检测；（4）氧化：低压进行氧化；（5）第一次磷源扩散：低压进行第一次磷源扩散；（6）升温；（7）第二次磷源扩散：低压进行第二次磷源扩散；（8）磷杂质推进：低压进行磷杂质推进；（9）降温；（10）出炉。采用上述的扩散方法，在扩散过程中，提高了杂质的分子自由程和晶体硅片扩散的均匀性，晶体硅太阳能电池片的转换效率高，操作简单，产量大，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池片生产领域，特别涉及一种晶体硅太阳能电池片的扩散方法。
背景技术
扩散是晶体硅太阳能电池片生产过程中的一道重要工序，传统扩散工艺对晶体硅太阳能电池片的表面均匀掺杂，为了减少接触电阻、提高电池带负载能力，太阳能电池片的表面掺杂浓度较高，但表面杂质浓度过高导致扩散区能带收缩、晶格畸变、缺陷增加、“死层”明显、电池短波响应差；为了得到良好短波响应的高效晶体硅太阳能电池片，晶体硅片的扩散朝高方阻方向发展。目前采用的晶体硅太阳能电池片的扩散方法为：将晶体硅片放置于卧式扩散炉腔内，通入混合气体，混合气体由氮气和三氯氧磷按比例混合而成，在常压状态下对晶体硅片进行扩散，扩散加工后得到的晶体硅片内的表面方块电阻均匀性差，在进行高表面方块电阻制作时，容易导致后续的生产过程出现低效率的晶体硅太阳能电池片。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是：提供一种晶体硅片扩散均匀性好、太阳能电池片转换效率高的晶体硅太阳能电池片扩散方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种晶体硅太阳能电池片扩散方法，使用氢氟酸或硝酸对晶体硅片的表面进行油污清洗及制绒，将清洗制绒后的晶体硅片放置于立式扩散炉内进行扩散处理，扩散工艺包括以下步骤：
（1）入炉：将清洗制绒后的晶体硅片顺序放置在石英舟上，将装满晶体硅片的石英舟以300±1mm/min的速度从立式扩散炉的下方匀速送至内炉腔内，在石英舟送入的过程中同时向内炉腔内通入氮气，内、外炉腔内的初始温度为800±0.5℃，氮气的流量为4±0.05L/min；
（2）抽真空：将石英舟送入内炉腔后关闭炉门，停止向内炉腔内通入氮气，打开真空泵对内、外炉腔内进行抽真空，抽真空的时间控制在5～10min内，使内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（3）真空检漏：抽真空后对内、外炉腔内进行3～5min的漏率检测，以保证内、外炉腔内的真空漏率小于0.15～0.2mTorr·l/s；
（4）氧化：使内、外炉腔内的温度升温至835±0.5℃，升温速率为5±0.2℃/min，向内炉腔内通入氧气、对晶体硅片进行氧化，并使石英舟在内炉腔内以0.2～0.5r/min的速度缓慢转动，同时打开真空泵，氧气的流量为0.4±0.01L/min，氧化时间为10±0.1min，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（5）第一次磷源扩散：使内、外炉腔内的温度稳定在835±0.5℃范围内，向内炉腔内通入小氮和氧气，对晶体硅片进行第一次磷源扩散，小氮流量为0.6±0.02L/min，氧气流量为0.3±0.01L/min，第一次磷源扩散时间为10±0.1min，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（6）升温：使内、外炉腔内的温度升温至850±0.5℃，升温速率为5±0.2℃/min，保持升温5±0.1min、使温度稳定在850±0.5℃范围内，停止向内炉腔内通入小氮和氧气，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（7）第二次磷源扩散：使内、外炉腔内的温度稳定在850±0.5℃范围内，向内炉腔内通入小氮和氧气，对晶体硅片进行第二次磷源扩散，小氮流量为0.4±0.01L/min，氧气流量为0.2±0.01L/min，第二次磷源扩散时间为6±0.1min，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（8）磷杂质推进：使内、外炉腔内的温度稳定在850±0.5℃范围内，停止向内炉腔内通入小氮，继续向内炉腔内通入氧气，对晶体硅片进行磷杂质推进，氧气的流量为0.4±0.01L/min，磷杂质推进时间为6±0.05min，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（9）降温：使内、外炉腔内的温度降温至835±0.5℃，降温速率为3±0.1℃/min，保持降温8min、确保降温后的温度稳定在835±0.5℃，向内炉腔内通入氮气，停止向内炉腔内通入氧气，关闭真空泵，氮气的流量为2±0.01L/min；
（10）出炉：石英舟停止转动，打开炉门，使石英舟以150±5mm/min的速度从内炉腔内送出，在出炉的过程中向内炉腔内通入氮气，氮气的流量为4±0.01L/min。
进一步地，前述的一种晶体硅太阳能电池片扩散方法，其中，小氮是指通过磷源瓶的小流量氮气，即携带磷源蒸汽的氮气，氮气的流量为0.01～0.13L/min。
进一步地，前述的一种晶体硅太阳能电池片的扩散方法，其中，石英舟上每次可装载400片晶体硅片。
本发明的有益效果是：采用上述的扩散方法，在扩散过程中，石英舟在内炉腔内以0.2～0.5r/min的速度缓慢地转动，充分地搅拌内炉腔内的气氛，使晶体硅片扩散更加均匀；另外，在低压状态下进行扩散工艺过程，使得内炉腔中为低的杂质源饱和蒸气压，提高了杂质的分子自由程，大大提高了晶体硅片扩散的均匀性，加工制作的晶体硅太阳能电池片的转换效率高，操作简单，产量大，成本低。
附图说明
图1是立式扩散炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
如图1所示为本发明所述的一种晶体硅太阳能电池片扩散方法所使用的立式扩散炉的结构示意图，由内炉腔31、外炉腔32、位于内炉腔31底部的进气口7、位于外炉腔32底部的抽气口9、炉门6、保温层8和设置于炉体外壁上的加热器5、以及用来装载晶体硅片4的石英舟1组成，内、外炉腔31、32的顶部相互连通。选择P型156×156mm的多晶硅片，使用氢氟酸或硝酸对晶体硅片4进行表面油污清洗及制绒，将清洗制绒后的晶体硅片4放置于立式扩散炉内进行扩散，扩散工艺包括以下步骤：
（1）入炉：将清洗制绒后的晶体硅片4顺序放置在石英舟1上，将装满晶体硅片4的石英舟1以300±1mm/min的速度从立式扩散炉的下方匀速送至内炉腔31内，在石英舟1送入的过程中同时向内炉腔31内通入氮气，内、外炉腔31、32内的初始温度为800±0.5℃，氮气的流量为4±0.05L/min；
（2）抽真空：将石英舟1送入内炉腔31后关闭炉门，停止向内炉腔31内通入氮气，打开真空泵对内、外炉腔31、32内进行抽真空，抽真空的时间控制在5～10min内，使内、外炉腔31、32内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（3）真空检漏：抽真空后对内、外炉腔31、32内进行3～5min的漏率检测，以保证内、外炉腔31、32内的真空漏率小于0.15～0.2mTorr·l/s；
（4）氧化：使内、外炉腔31、32内的温度升温至835±0.5℃，升温速率为5±0.2℃/min，向内炉腔31内通入氧气、对晶体硅片4进行氧化，并使石英舟1在内炉腔31内以0.2～0.5r/min的速度缓慢转动，充分搅拌内炉腔31内的气氛，使扩散更加均匀，同时打开真空泵，氧气的流量为0.4±0.01L/min，氧化时间为10±0.1min，内、外炉腔31、32内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（5）第一次磷源扩散：使内、外炉腔31、32内的温度稳定在835±0.5℃范围内，向内炉腔31内通入小氮和氧气，对晶体硅片4进行第一次磷源扩散，小氮流量为0.6±0.02L/min，氧气流量为0.3±0.01L/min，第一次磷源扩散时间为10±0.1min，内、外炉腔31、32内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（6）升温：使内、外炉腔31、32内的温度升温至850±0.5℃，升温速率为5±0.2℃/min，保持升温5±0.1min、使温度稳定在850±0.5℃范围内，停止向内炉腔31内通入小氮和氧气，内、外炉腔31、32内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（7）第二次磷源扩散：使内、外炉腔31、32内的温度稳定在850±0.5℃范围内，向内炉腔31内通入小氮和氧气，对晶体硅片4进行第二次磷源扩散，小氮流量为0.4±0.01L/min，氧气流量为0.2±0.01L/min，第二次磷源扩散时间为6±0.1min，内、外炉腔31、32内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（8）磷杂质推进：使内、外炉腔31、32内的温度稳定在850±0.5℃范围内，停止向内炉腔31内通入小氮，继续向内炉腔31内通入氧气，对晶体硅片4进行磷杂质推进，氧气的流量为0.4±0.01L/min，磷杂质推进时间为6±0.05min，内、外炉腔31、32内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（9）降温：使内、外炉腔31、32内的温度降温至835±0.5℃，降温速率为3±0.1℃/min，保持降温8min、确保降温后的温度稳定在835±0.5℃，向内炉腔31内通入氮气，停止向内炉腔31内通入氧气，关闭真空泵，氮气的流量为2±0.01L/min；
（10）出炉：石英舟1停止转动，打开炉门，使石英舟1以150±5mm/min的速度从内炉腔31内送出，在出炉的过程中向内炉腔31内通入氮气，氮气的流量为4±0.01L/min。
本发明所述的小氮是指通过磷源瓶的小流量氮气，即携带磷源蒸汽的氮气，氮气的流量为0.01～0.13L/min。在进行扩散过程中，石英舟1竖直放置于内炉腔31内，内、外炉腔31、32内的压力保持在300±50mTorr低压状态，气体从进气口7进入内炉腔31内，从抽气口9排出。采用上述的扩散方法，在扩散过程中，石英舟以0.2～0.5r/min的速度缓慢地转动，充分地搅拌内炉腔31内的气氛，使晶体硅片4扩散更加均匀；另外，在低压状态下进行扩散，内炉腔31中为低的杂质源饱和蒸气压，提高了杂质的分子自由程，大大提高了晶体硅片扩散的均匀性，加工制作的晶体硅太阳能电池片的转换效率高，本实施例中对156×156mm的晶体硅片进行扩散，每批次产量达400片，其扩散均匀性仍优于传统扩散工艺的3%，操作简单，产量大，成本低。
Claims (3)
1.一种晶体硅太阳能电池片扩散方法，使用氢氟酸或硝酸对晶体硅片的表面进行油污清洗及制绒，将清洗制绒后的晶体硅片放置于立式扩散炉内进行扩散处理，其特征在于：扩散工艺包括以下步骤：
（1）入炉：将清洗制绒后的晶体硅片顺序放置在石英舟上，将装满晶体硅片的石英舟以300±1mm/min的速度从立式扩散炉的下方匀速送至内炉腔内，在石英舟送入的过程中同时向内炉腔内通入氮气，内、外炉腔内的初始温度为800±0.5℃，氮气的流量为4±0.05L/min；
（2）抽真空：将石英舟送入内炉腔后关闭炉门，停止向内炉腔内通入氮气，打开真空泵对内、外炉腔内进行抽真空，抽真空的时间控制在5～10min内，使内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（3）真空检漏：抽真空后对内、外炉腔内进行3～5min的漏率检测，以保证内、外炉腔内的真空漏率小于0.15～0.2mTorr·l/s；
（4）氧化：使内、外炉腔内的温度升温至835±0.5℃，升温速率为5±0.2℃/min，向内炉腔内通入氧气、对晶体硅片进行氧化，并使石英舟在内炉腔内以0.2～0.5r/min的速度缓慢转动，同时打开真空泵，氧气的流量为0.4±0.01L/min，氧化时间为10±0.1min，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（5）第一次磷源扩散：使内、外炉腔内的温度稳定在835±0.5℃范围内，向内炉腔内通入小氮和氧气，对晶体硅片进行第一次磷源扩散，小氮流量为0.6±0.02L/min，氧气流量为0.3±0.01L/min，第一次磷源扩散时间为10±0.1min，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（6）升温：使内、外炉腔内的温度升温至850±0.5℃，升温速率为5±0.2℃/min，保持升温5±0.1min、使温度稳定在850±0.5℃范围内，停止向内炉腔内通入小氮和氧气，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（7）第二次磷源扩散：使内、外炉腔内的温度稳定在850±0.5℃范围内，向内炉腔内通入小氮和氧气，对晶体硅片进行第二次磷源扩散，小氮流量为0.4±0.01L/min，氧气流量为0.2±0.01L/min，第二次磷源扩散时间为6±0.1min，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（8）磷杂质推进：使内、外炉腔内的温度稳定在850±0.5℃范围内，停止向内炉腔内通入小氮，继续向内炉腔内通入氧气，对晶体硅片进行磷杂质推进，氧气的流量为0.4±0.01L/min，磷杂质推进时间为6±0.05min，内、外炉腔内的压力维持在300±50mTorr范围内；
（9）降温：使内、外炉腔内的温度降温至835±0.5℃，降温速率为3±0.1℃/min，保持降温8min、确保降温后的温度稳定在835±0.5℃，向内炉腔内通入氮气，停止向内炉腔内通入氧气，关闭真空泵，氮气的流量为2±0.01L/min；
（10）出炉：石英舟停止转动，打开炉门，使石英舟以150±5mm/min的速度从内炉腔内送出，在出炉的过程中向内炉腔内通入氮气，氮气的流量为4±0.01L/min。
2.按照权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片扩散方法，其特征在于：小氮是指通过磷源瓶的小流量氮气，即携带磷源蒸汽的氮气，氮气的流量为0.01～0.13L/min。
3.按照权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池片扩散方法，其特征在于：石英舟上每次可装载400片晶体硅片。
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