CN104241450B - 一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法 - Google Patents

一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,包括如下步骤:(1)将待处理的硅片放入扩散炉内进行氧化处理;(2)调温至820~830℃,通源进行扩散,携源氮气采用脉冲式供气;(3)降温至780~800℃,停止脉冲供气,采用均一流量通入氮气和氧气,进行推进处理;(4)降温出舟,完成扩散过程。本发明开发了一种新的晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,提高了扩散后方块电阻的均匀性;实验证明,由本发明的方法制得的硅片的均匀性极好,不均匀度为1.06~1.85%,且其片内和片间的均匀性均较好,效果非常显著。

Description

一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,属于太阳能电池技术领域。
背景技术
随着常规能源的逐步枯竭和对能源需求的的日益剧增,人类面临的越来越严重的能源危机,而发展太阳能电池是解决上述问题的途经之一。目前,晶体硅太阳电池作为主要的光伏材料占市场份额的80~90%。现有技术中,晶体硅太阳电池的制造流程如下:表面清洗及织构化、扩散制结、清洗刻蚀去边、镀减反射膜、丝网印刷、烧结形成欧姆接触、测试。上述这种商业化的晶体硅电池制造技术相对简单、成本较低,适合工业化、自动化生产,因而得到了广泛应用。其中,扩散制结工艺作为晶体硅太阳电池的核心技术,其目的是形成与基体导电类型相反的发射区,从而形成PN结。
众所周知,方块电阻的均匀性是扩散制PN结工艺追求的首要目标,方块电阻均匀性的好坏严重影响着太阳电池效率的高低,尤其对于方块电阻日益提高的太阳能电池而言,方块电阻的均匀性的重要性更加明显。例如,中国发明专利申请CN102005502A公开了一种改善太阳能电池磷扩散均匀性的方法,其主要通过采用扩散炉内各温区温度一致,且保持均匀气体环境,从而大大提高扩散均匀性、一致性及工艺重复性与稳定性。其最终得到的扩散后方块电阻的平均不均匀度为3.6%,且片间的均匀性较差,可参见其说明书[0036]段。此外,中国实用新型专利CN203270093U公开了一种扩散炉及其扩散炉用尾气管,其从扩散炉尾气管的设计上进行了提高方阻均匀性阐述。其虽然取得了一定的效果,但仍有进一步提升的必要。因此,开发一种高均匀度的PN结制造方法具有现实的积极意义。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法。
为达到上述发明目的,本发明采用的技术方案是:一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,包括如下步骤:
(1) 将待处理的硅片放入扩散炉内进行氧化处理;
(2) 调温至820~830℃,通源进行扩散,携源氮气采用脉冲式供气,每个脉冲的时间为15~30秒,在高供气点氮气流量为30000~40000 sccm,在低供气点氮气流量为10000~20000 sccm;扩散时间为15~30分钟;
(3) 降温至780~800℃,停止脉冲供气,采用均一流量通入氮气和氧气,进行推进处理;
所述氮气和氧气的流量分别为15000~25000 sccm和1000~2000 sccm;
(4) 降温出舟,完成扩散过程。
上述技术方案中,所述步骤(1)中待处理的硅片位制绒清洗完毕后的硅片。
上述技术方案中,所述步骤(1)中,氧化处理的温度为750~850℃,氧化时间为5~15分钟;氧气流量为2000~3000 sccm。
上述技术方案中,所述步骤(2)中,干氧的通气方式为均一流量,其流量为500~1000 sccm。
优选的,所述步骤(1)中的硅片为P型硅片,所述步骤(2)中的源为磷源。
上述技术方案中,所述磷源为三氯氧磷,温度为30~35℃。
上述技术方案中,所述完成扩散过程之后的硅片的目标方块电阻值大于85欧姆。
本发明同时请求保护由上述扩散制结方法获得的硅片。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
1、本发明开发了一种新的晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,提高了扩散后方块电阻的均匀性;实验证明,由本发明的方法制得的硅片的均匀性极好,不均匀度为1.06~1.85%,且其片内和片间的均匀性均较好,效果非常显著;
2、本发明无须增添任何设备工装,利用现有设备即可完成扩散制结工艺,适应性较好;
3、本发明的制备方法简单易行,成本较低,适于推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一:
一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,包括如下步骤:
(1) 将制绒清洗过后的一组单晶P型硅片(400片)放入扩散炉内,在750度下进行氧化处理;氧气流量为2000 sccm,时间为15min;
(2) 升温至820℃,通三氯氧磷扩散源进行扩散(磷源温度为30℃),携源氮气采用脉冲式供气,每个脉冲的时间为15秒,在高供气点氮气流量为30000 sccm,在低供气点氮气流量为20000 sccm;扩散时间为15分钟;
(3) 降温至780℃,停止脉冲供气,采用均一流量通入氮气和氧气,进行推进处理;
所述氮气和氧气的流量分别为15000 sccm和1000 sccm;保持15分钟;
(4) 降温出舟,完成扩散过程。
所述步骤(2)中,干氧的通气方式为均一流量,其流量为500 sccm。
所述完成扩散过程之后的硅片的目标方块电阻值为90欧姆。
对比例一
采用与实施例相同的一组单晶P型硅片(400片),按照中国发明专利申请CN102005502A的方法进行扩散制结。
PN结制造过程完毕后,从上述实施例和对比例得到的硅片中每组各均匀位置抽取5片硅片进行方块电阻的测试,得到如下数据:
实施例一
位置 中心 角1 角2 角3 角4 不均匀度
35 90.6 88.6 89.4 87.7 88.6 1.63%
115 91.4 89.5 88.2 88.1 89.4 1.85%
195 89.6 88.7 90.5 87.9 87.9 1.46%
275 89.9 87.1 88.4 88.9 90.1 1.69%
355 89.2 89.1 87.6 87.1 86.9 1.31%
对比例一
位置 中心 角1 角2 角3 角4 不均匀度
35 57.2 61.2 58.1 62.1 59.1 4.11%
115 59.0 63.1 62.3 55.6 59.1 6.27%
195 56.0 62.4 60.1 64.1 54.9 7.73%
275 55.0 61.5 61.1 62.1 59.9 5.92%
355 52.5 61.9 59.1 54.3 56.1 8.28%
由上述2个表格可见,采用现有技术的工艺得到的扩散后硅片不均匀度在4.11~8.28%,而采用本发明实施例一的制备方法,不均匀度在1.31~1.85%,其方块电阻的均匀性较好。
然后,对实施例和对比例的硅片在AM1.5、光强1000W,温度25℃条件下测量其电性能参数,结果如下:
Voc Isc FF EFF
实施例一 0.631 8.67 78.74% 17.71%
对比例一 0.630 8.66 78.55% 17.61%
由上表可见,本发明实施例的光电转换效率比对比例的提高约0.1%,可见本发明的扩散工艺可以大幅度提高扩散的均匀性,一定程度上提升太阳能电池的光电转换效率。
实施例二
一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,包括如下步骤:
(1) 将制绒清洗过后的一组单晶P型硅片(400片)放入扩散炉内,在800度下进行氧化处理;氧气流量为2000 sccm,时间为10 min;
(2) 升温至820℃,通三氯氧磷扩散源进行扩散(磷源温度为30℃),携源氮气采用脉冲式供气,每个脉冲的时间为20秒,在高供气点氮气流量为35000 sccm,在低供气点氮气流量为15000 sccm;扩散时间为20分钟;
(3) 降温至790℃,停止脉冲供气,采用均一流量通入氮气和氧气,进行推进处理;
所述氮气和氧气的流量分别为20000 sccm和1500 sccm;保持15分钟;
(4) 降温出舟,完成扩散过程。
所述步骤(2)中,干氧的流量的通气方式为均一流量,流量为800 sccm。
所述完成扩散过程之后的硅片的目标方块电阻值为100欧姆。
PN结制造过程完毕后,从上述实施例得到的硅片中每组各均匀位置抽取5片硅片进行方块电阻的测试,得到如下数据:
位置 中心 角1 角2 角3 角4 不均匀度
35 90.5 88.4 89.1 88.8 90.4 1.17%
115 88.7 89.1 89.7 89.2 90.6 1.06%
195 89.3 88.1 90.6 88.8 88.6 1.40%
275 89.9 88.6 87.8 89.4 90.2 1.35%
355 91.2 88.1 89.4 88.5 89.8 1.73%
实施例三
一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,包括如下步骤:
(1) 将制绒清洗过后的一组单晶P型硅片(400片)放入扩散炉内,在850度下进行氧化处理;氧气流量为1500 sccm,时间为6 min;
(2) 降温至820℃,通三氯氧磷扩散源进行扩散(磷源温度为30℃),携源氮气采用脉冲式供气,每个脉冲的时间为25秒,在高供气点氮气流量为40000 sccm,在低供气点氮气流量为20000 sccm;扩散时间为25分钟;
(3) 降温至800℃,停止脉冲供气,采用均一流量通入氮气和氧气,进行推进处理;
所述氮气和氧气的流量分别为25000 sccm和2000 sccm;保持15分钟;
(4) 降温出舟,完成扩散过程。
所述步骤(2)中,干氧的流量的通气方式为均一流量,流量为900 sccm。
所述完成扩散过程之后的硅片的目标方块电阻值为110欧姆。
PN结制造过程完毕后,从上述实施例得到的硅片中每组各均匀位置抽取5片硅片进行方块电阻的测试,得到如下数据:
位置 中心 角1 角2 角3 角4 不均匀度
35 89.4 88.7 88.5 89.1 90.6 1.18%
115 88.5 87 89 88.3 89.1 1.19%
195 87.9 88.9 90.2 87.7 89.1 1.41%
275 89.1 88.3 88.7 87.7 90 1.30%
355 91.2 89.3 88.1 89.8 88.4 1.73%
由上述表格可见,从实施例一至三可知,采用本发明的制备方法得到的方块电阻的不均匀度在1.06~1.85%之间,其方块电阻的均匀性较好,有利于太阳电池效率的提升。

Claims (7)

1.一种晶体硅太阳能电池的扩散制结方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1) 将待处理的硅片放入扩散炉内进行氧化处理;
(2) 调温至820~830℃,通源进行扩散,携源氮气采用脉冲式供气,每个脉冲的时间为15~30秒,在高供气点氮气流量为30000~40000 sccm,在低供气点氮气流量为10000~20000 sccm;扩散时间为15~30分钟;
(3) 降温至780~800℃,停止脉冲供气,采用均一流量通入氮气和氧气,进行推进处理;
所述氮气和氧气的流量分别为15000~25000 sccm和1000~2000 sccm;
(4) 降温出舟,完成扩散过程。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(1)中待处理的硅片为制绒清洗完毕后的硅片。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(1)中,氧化处理的温度为750~850度,氧化时间为5~15分钟;氧气流量为2000~3000 sccm。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤(1)中的硅片为P型硅片,所述步骤(2)中的源为磷源。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述磷源为三氯氧磷,温度为30~35℃。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述完成扩散过程之后的硅片的目标方块电阻值大于85欧姆。
7.根据权利要求1至6任一项所述的扩散制结方法获得的硅片。
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