CN103715308A - 一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺 - Google Patents

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Abstract

一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，包括以下步骤：步骤1：将清洗制绒后的多晶硅片置于扩散炉中，扩散炉升温，通入氧气和主氮气，对多晶硅片进行预处理；步骤2：扩散炉中通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，对多晶硅片进行沉积扩散；步骤3：扩散炉升温，通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，对多晶硅片进行二次扩散；步骤4：扩散炉中通入氧气和主氮气，对多晶硅片进行推结；步骤5：扩散炉降温，通入主氮气；步骤6：多晶硅片出炉，降温处理。此工艺形成的P-N结的浓度梯度比恒温扩散的浓度梯度更大，减少少子复合，提高高能光子的响应，从而提高多晶硅太阳能电池的转换效率。

Description

一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺
技术领域
本发明涉及太阳能电池的制结工艺，特别是一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺。
背景技术
太阳能电池的制结过程是在一块基体材料上生成导电类型不同的扩散层，是电池制造过程中的关键工序。制结方法中的热扩散制P-N结法为用加热方法使V族杂质掺入P型硅或使III族杂质掺入N型硅。杂质元素在高温时由于热扩散运动进入基体，它在基体中的分布方式视杂质元素种类、初始浓度及扩散温度而异。这种分布方式对电池的电性能影响很大，制P-N结的工艺不同，所得分布也不同。
多晶硅不同晶向的晶粒间存在着晶界，而很多晶界结构复杂，存在深能级缺陷的杂质。这样大量的晶界充当了陷阱和复合中心，使电池转换效率下降。为了提高多晶硅电池的效率，须尽量减少少子的复合损失。目前，提高多晶硅太阳能电池的光电转换效率的途径，主要是对扩散工艺进行改进，来减少少子复合，获得更高的少子寿命。
专利文件CN102383198A公布的一种晶硅电池的三步变温扩散工艺，通过低温沉积扩散来制备低浓度的掺杂层；然后升高温度推结，增加PN结深度；最后在高温下再次沉积扩散并推结，增加表面浓度的同时增加结深，增强电池蓝光响应。该工艺未提及对电池片少子寿命的影响。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，以减少少子复合，获得更高的少子寿命，并提高高能光子的响应，从而提高多晶硅电池的效率。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，包括以下步骤：
步骤1：将清洗制绒后的多晶硅片置于扩散炉中，扩散炉升温，通入氧气和主氮气，对多晶硅片进行预处理；
步骤2：扩散炉中通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，对多晶硅片进行沉积扩散；
步骤3：扩散炉升温，通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，对多晶硅片进行二次扩散；
步骤4：扩散炉中通入氧气和主氮气，对多晶硅片进行推结；
步骤5：扩散炉降温，通入主氮气；
步骤6：多晶硅片出炉，降温处理。
优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，所述步骤1中，扩散炉升温至800～820℃，氧气流量为1.6～2.2升/分钟，主氮气流量为11～16升/分钟，预处理时间为300～800秒。
更优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，所述扩散炉升温至810℃，氧气流量为2升/分钟，主氮气流量为12升/分钟，预处理时间为400秒。
优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，所述步骤2中，携带三氯氧磷的氮气流量为1.6～2升/分钟、氧气流量为0.5～0.9升/分钟、主氮气流量为22～32升/分钟，沉积扩散时间为500～800秒，沉积扩散温度为800～820℃。
更优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，所述携带三氯氧磷的氮气流量为1.6升/分钟、氧气流量为0.8升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，沉积扩散时间为600秒，沉积扩散温度为810℃。
优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，所述步骤3中，扩散炉升温至820～840℃，携带三氯氧磷的氮气流量为1.6～2升/分钟、氧气流量为0.5～0.9升/分钟、主氮气流量为22～32升/分钟，二次扩散时间为960～1300秒。
更优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，所述携带三氯氧磷的氮气流量为1.6升/分钟、氧气流量为0.8升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，二次扩散时间为1200秒，二次扩散温度为825℃。
优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，所述步骤4中，氧气流量为1.6～2升/分钟、主氮气流量为22～32升/分钟，推结时间为500～800秒，推结温度为820～840℃。
更优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，氧气流量为2升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，推结时间为600S，推结温度为825℃。
优选地，在上述多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺中，所述步骤5中，扩散炉降温至800℃，主氮气流量为12升/分钟，降温时间600秒。
本发明提供的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺是在原有设备基础之上进行工艺改进，适应于工业化大规模生产。此工艺形成的P-N结的浓度梯度比恒温扩散的浓度梯度更大，在N型顶层区的前表面方向的杂质浓度逐渐增加，更大的浓度梯度产生一个附加的促进更多少子向结的边界移动的电场，避免靠近表面复合很高的区域，从而减少少子复合，提高高能光子的响应，从而提高多晶硅太阳能电池的转换效率。
附图说明
图1为一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，包括以下步骤：
步骤1：将清洗制绒后的多晶硅片置于扩散炉中，扩散炉升温，通入氧气和主氮气，对多晶硅片进行预处理；
步骤2：扩散炉中通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，对多晶硅片进行沉积扩散；
步骤3：扩散炉升温，通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，对多晶硅片进行二次扩散；
步骤4：扩散炉中通入氧气和主氮气，对多晶硅片进行推结；
步骤5：扩散炉降温，通入主氮气；
步骤6：多晶硅片出炉，降温处理。
扩散炉的温度、通入的掺杂源的浓度对太阳能电池多晶硅片的扩散结的深度和浓度影响很大，因此需要严格控制扩散炉的温度和通入的掺杂源的流量。
以下以优选的实施例对本发明进行进一步说明。
实施例一：
一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，包括以下步骤：
步骤1：将清洗制绒后的多晶硅片置于扩散炉中，扩散炉升温至810℃，通入氧气和主氮气，氧气流量为2升/分钟，主氮气流量为12升/分钟，预处理时间为400秒，对多晶硅片进行预处理；
步骤2：扩散炉中通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，携带三氯氧磷的氮气流量为1.6升/分钟、氧气流量为0.8升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，沉积扩散时间为600秒，沉积扩散温度为810℃，对多晶硅片进行沉积扩散；
步骤3：扩散炉升温，通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，携带三氯氧磷的氮气流量为1.6升/分钟、氧气流量为0.8升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，二次扩散时间为1200秒，二次扩散温度为825℃，对多晶硅片进行二次扩散；
步骤4：扩散炉中通入氧气和主氮气，氧气流量为2升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，推结时间为600S，推结温度为825℃，对多晶硅片进行推结；
步骤5：扩散炉降温至800℃，通入主氮气，主氮气流量为12升/分钟，降温时间600秒；
步骤6：多晶硅片出炉，降温处理。
扩散后的多晶硅片平均方块电阻为60Ω，范围控制在55～65Ω之间。扩散后的多晶硅片的平均少子寿命比恒温扩散多晶硅片的平均少子寿命绝对值提高3μs。对应的多晶硅电池的转换效率比恒温扩散的多晶硅电池的转换效率绝对值提高0.15％。
实施例二：
一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，包括以下步骤：
步骤1：将清洗制绒后的多晶硅片置于扩散炉中，扩散炉升温至800℃，通入氧气和主氮气，氧气流量为2.2升/分钟，主氮气流量为16升/分钟，预处理时间为300秒，对多晶硅片进行预处理；
步骤2：扩散炉中通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，携带三氯氧磷的氮气流量为2升/分钟、氧气流量为0.9升/分钟、主氮气流量为32升/分钟，沉积扩散时间为800秒，沉积扩散温度为800℃，对多晶硅片进行沉积扩散；
步骤3：扩散炉升温，通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，携带三氯氧磷的氮气流量为2升/分钟、氧气流量为0.9升/分钟、主氮气流量为32升/分钟，二次扩散时间为1300秒，二次扩散温度为820℃，对多晶硅片进行二次扩散；
步骤4：扩散炉中通入氧气和主氮气，氧气流量为2升/分钟、主氮气流量为32升/分钟，推结时间为800S，推结温度为820℃，对多晶硅片进行推结；
步骤5：扩散炉降温至800℃，通入主氮气，主氮气流量为12升/分钟，降温时间600秒；
步骤6：多晶硅片出炉，降温处理。
扩散后的多晶硅片平均方块电阻为58Ω，范围控制在53～63Ω之间。扩散后的多晶硅片的平均少子寿命比恒温扩散多晶硅片的平均少子寿命绝对值提高2μs。对应的多晶硅电池的效率比恒温扩散的多晶硅电池的转换效率绝对值提高0.09％。
实施例三：
一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，包括以下步骤：
步骤1：将清洗制绒后的多晶硅片置于扩散炉中，扩散炉升温至820℃，通入氧气和主氮气，氧气流量为1.6升/分钟，主氮气流量为11升/分钟，预处理时间为800秒，对多晶硅片进行预处理；
步骤2：扩散炉中通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，携带三氯氧磷的氮气流量为1.6升/分钟、氧气流量为0.5升/分钟、主氮气流量为22升/分钟，沉积扩散时间为500秒，沉积扩散温度为820℃，对多晶硅片进行沉积扩散；
步骤3：扩散炉升温，通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，携带三氯氧磷的氮气流量为1.6升/分钟、氧气流量为0.5升/分钟、主氮气流量为22升/分钟，二次扩散时间为960秒，二次扩散温度为840℃，对多晶硅片进行二次扩散；
步骤4：扩散炉中通入氧气和主氮气，氧气流量为1.6升/分钟、主氮气流量为22升/分钟，推结时间为500S，推结温度为840℃，对多晶硅片进行推结；
步骤5：扩散炉降温至800℃，通入主氮气，主氮气流量为12升/分钟，降温时间600秒；
步骤6：多晶硅片出炉，降温处理。
扩散后的多晶硅片平均方块电阻为56Ω，范围控制在52～60Ω之间。扩散后的多晶硅片的平均少子寿命比恒温扩散多晶硅片的平均少子寿命绝对值提高1μs。对应的多晶硅电池的效率比恒温扩散的多晶硅电池的转换效率绝对值提高0.07％。
实施例四：
一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，包括以下步骤：
步骤1：将清洗制绒后的多晶硅片置于扩散炉中，扩散炉升温至815℃，通入氧气和主氮气，氧气流量为1.8升/分钟，主氮气流量为15升/分钟，预处理时间为600秒，对多晶硅片进行预处理；
步骤2：扩散炉中通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，携带三氯氧磷的氮气流量为1.8升/分钟、氧气流量为0.7升/分钟、主氮气流量为27升/分钟，沉积扩散时间为560秒，沉积扩散温度为815℃，对多晶硅片进行沉积扩散；
步骤3：扩散炉升温，通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，携带三氯氧磷的氮气流量为1.8升/分钟、氧气流量为0.7升/分钟、主氮气流量为27升/分钟，二次扩散时间为1100秒，二次扩散温度为835℃，对多晶硅片进行二次扩散；
步骤4：扩散炉中通入氧气和主氮气，氧气流量为1.8升/分钟、主氮气流量为27升/分钟，推结时间为660S，推结温度为835℃，对多晶硅片进行推结；
步骤5：扩散炉降温至800℃，通入主氮气，主氮气流量为12升/分钟，降温时间600秒；
步骤6：多晶硅片出炉，降温处理。
扩散后的多晶硅片平均方块电阻为58Ω，范围控制在53～63Ω之间。扩散后的多晶硅片的平均少子寿命比恒温扩散多晶硅片的平均少子寿命绝对值提高2μs。对应的多晶硅电池的效率比恒温扩散的多晶硅电池的转换效率绝对值提高0.1％。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将清洗制绒后的多晶硅片置于扩散炉中，扩散炉升温，通入氧气和主氮气，对多晶硅片进行预处理；
步骤2：扩散炉中通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，对多晶硅片进行沉积扩散；
步骤3：扩散炉升温，通入携带三氯氧磷的氮气、氧气和主氮气，对多晶硅片进行二次扩散；
步骤4：扩散炉中通入氧气和主氮气，对多晶硅片进行推结；
步骤5：扩散炉降温，通入主氮气；
步骤6：多晶硅片出炉，降温处理。
2.根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，所述步骤1中，扩散炉升温至800～820℃，氧气流量为1.6～2.2升/分钟，主氮气流量为11～16升/分钟，预处理时间为300～800秒。
3.根据权利要求2所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，所述扩散炉升温至810℃，氧气流量为2升/分钟，主氮气流量为12升/分钟，预处理时间为400秒。
4.根据权利要求2所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，所述步骤2中，携带三氯氧磷的氮气流量为1.6～2升/分钟、氧气流量为0.5～0.9升/分钟、主氮气流量为22～32升/分钟，沉积扩散时间为500～800秒，沉积扩散温度为800～820℃。
5.根据权利要求4所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，所述携带三氯氧磷的氮气流量为1.6升/分钟、氧气流量为0.8升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，沉积扩散时间为600秒，沉积扩散温度为810℃。
6.根据权利要求4所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，所述步骤3中，扩散炉升温至820～840℃，携带三氯氧磷的氮气流量为1.6～2升/分钟、氧气流量为0.5～0.9升/分钟、主氮气流量为22～32升/分钟，二次扩散时间为960～1300秒。
7.根据权利要求6所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，所述携带三氯氧磷的氮气流量为1.6升/分钟、氧气流量为0.8升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，二次扩散时间为1200秒，二次扩散温度为825℃。
8.根据权利要求6所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，所述步骤4中，氧气流量为1.6～2升/分钟、主氮气流量为22～32升/分钟，推结时间为500～800秒，推结温度为820～840℃。
9.根据权利要求8所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，氧气流量为2升/分钟、主氮气流量为30升/分钟，推结时间为600S，推结温度为825℃。
10.根据前述权利要求中任一项所述的多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺，其特征在于，所述步骤5中，扩散炉降温至800℃，主氮气流量为12升/分钟，降温时间600秒。
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