CN104319308A - 一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，通过光化臭氧发生装置在制绒后的硅片制绒面生长厚度为1-20nm的二氧化硅。该二氧化硅较仅采用扩散工艺中前氧化步骤形成的二氧化硅膜厚度，均匀性及致密性好，在后续的扩散过程中，磷元素在二氧化硅中扩散速度低于在硅中的速度，该氧化膜对反应起到缓冲左右，更有利于磷元素均匀扩散进硅片内部，从而使电池片制备中的磷扩散均匀性得到提高，一定程度上提升了太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方，属于太阳能光伏技术领域。
背景技术
近年来，太阳能电池片生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，使得光伏发电的应用日益普及并迅猛发展，逐渐成为电力供应的重要来源。太阳能电池片可以在阳光的照射下，把光能转换为电能，实现光伏发电。
太阳能电池片的生产工艺比较复杂，简单说来，太阳能电池的制作过程主要包括：制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结等。扩散制作PN结是晶硅太阳电池的核心，也是电池质量好坏的关键之一。在太阳能电池领域中，扩散工艺中氧化步骤主要作用为在基片表面形成一层氧化膜，由于扩散磷源中的磷元素在氧化硅中扩散速度慢于在硅中的速度，所以该氧化膜可以对反应起到缓冲左右，有利于磷元素均匀扩散进硅片内部，因此，氧化步骤对扩散方阻的均匀性起着至关重要的作用。但是在实际生产过程中发现，由于在扩散炉中，受到管内气流，温度，压力等参数的影响，扩散工艺中预氧化步骤形成的SiO2层的均匀性和致密性较差，直接影响了方阻的均匀性。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，通过光化臭氧发生装置在制绒后硅片制绒面表面生长厚度为1-20nm的二氧化膜，并在后续的扩散工艺中省去了前氧化阶段。在后续的扩散工艺中，二氧化硅对磷扩散起到缓冲左右，此方法形成的二氧化硅膜与仅采用扩散工艺中前氧化步骤形成的二氧化硅膜进行比较，均匀性及致密性好，更有利于磷元素均匀扩散进硅片内部，从而使电池片制备中的磷扩散均匀性得到提高，一定程度上提升了太阳能电池的转换效率。
一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，主要为制绒后，在硅片制绒面上制备一层二氧化硅。
其中二氧化硅使用光化臭氧发生器制备而成。
一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，包括以下步骤：
1)将硅片进行常规制绒。
2)将制绒后的硅片置于光化臭氧产生器产生的臭氧氛围中，使硅片的制绒面在臭氧中氧化，得到1-20nm的二氧化硅。
3)把在臭氧中氧化后的硅片进行扩散，再进行常规镀膜、正反面电极印刷、烧结。
其中光化臭氧产生器的氧气流量为2-40L/min，吹扫时间为0.2-60min。
其中扩散工艺共包括以下步骤，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉：
1、准备阶段：大N2流量5slm，压力5pa；
2、进舟阶段：大N2流量5slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力5Pa；
3、出舟阶段：大N2流量5slm 2slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-30pa，时间8min；
4、检漏阶段：炉内通入氮气8.5slm，大N2流量5slm 2slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-200pa，时间2min；
5、加热阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力10pa，时间15min；
6、扩散阶段：大N2流量12slm，O2流量350sccm，小N2流量1000sccm，压力10pa，时间15min，温度800℃-850℃；
7、后氧化阶段：大N2流量12slm，O2流量500sccm，小N2流量50sccm，压力10pa，时间6min；
8、推进阶段：大N2流量12slm，O2流量4500sccm，小N2流量50sccm，压力10Pa，时间6min；
9、扩散阶段：大N2流量12slm，O2流量350sccm，小N2流量1000sccm，压力10pa，时间2min，温度800℃-850℃；
10、推进阶段：：大N2流量12slm，O2流量500sccm，小N2流量50sccm，压力10pa，时间7min；
11、冷却阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
12、进桨阶段：大N2流量10slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
13、退出阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力5Pa，时间8min。
本发明不包含传统工艺中的前氧化步骤，采用在臭氧中氧化形成的二氧化硅膜厚度，均匀性及致密性好，在后续的扩散过程中，磷元素在二氧化硅中扩散速度低于在硅中的速度，该氧化膜对反应起到缓冲左右，更有利于磷元素均匀扩散进硅片内部，从而使电池片制备中的磷扩散均匀性得到提高，一定程度上提升了太阳能电池的转换效率。
具体实施方式
为了是本技术领域的人员更好的理解本发明专利方案，并使本发明的上述目的，特征，和优点能够更明显易懂，下面结合实施例做进一步详细说明。
实施例：
一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，包括以下步骤：
1)将156mm×156mm规格的P型多晶硅片进行常规制绒。
2)将制绒后的硅片置于光化臭氧产生器产生的臭氧氛围中，使硅片的制绒面在臭氧中氧化，光化臭氧产生器的氧气流量为2-40L/min，，吹扫时间为0.2-60min。
3)把在臭氧中氧化后的硅片进行扩散，再进行常规镀膜、正反面电极印刷、烧结。
扩散步骤采用下述扩散工艺，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉：
1、准备阶段：大N2流量5slm，压力5pa
2、进舟阶段：大N2流量5slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力5Pa；
3、出舟阶段：大N2流量5slm 2slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-30pa，时间8min；
4、检漏阶段：炉内通入氮气8.5slm，大N2流量5slm 2slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-200pa，时间2min；
5、加热阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力10pa，时间15min；
6、扩散阶段：大N2流量12slm，O2流量350sccm，小N2流量1000sccm，压力10pa，时间15min；温度800℃-850℃；
7、后氧化阶段：大N2流量12slm，O2流量500sccm，小N2流量50sccm，压力10pa，时间6min；
8、推进阶段：大N2流量12slm，O2流量4500sccm，小N2流量50sccm，压力10Pa，时间6min；
9、扩散阶段：大N2流量12slm，O2流量350sccm，小N2流量1000sccm，压力10pa，时间2min；温度800℃-850℃；
10、推进阶段：：大N2流量12slm，O2流量500sccm，小N2流量50sccm，压力10pa，时间7min；
11、冷却阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
12、进桨阶段：大N2流量10slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
13、退出阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力5Pa，时间8min。对比例：
取156mm×156mm规格的P型多晶硅片，将硅片进行制绒，扩散，镀膜,正反面电极印刷，烧结。其中扩散步骤采用下述传统扩散工艺，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉：
1、准备阶段：大N2流量5slm，压力5pa
2、进舟阶段：大N2流量5slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力5Pa；
3、出舟阶段：大N2流量5slm 2slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-30pa，时间8min；
4、检漏阶段：炉内通入氮气8.5slm，大N2流量5slm 2slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-200pa，时间2min；
5、加热阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力10pa，时间15min；
6、前氧化阶段：大N2流量12slm，O2流量1000sccm，小N2流量0sccm，压力10pa，时间2min；
7、扩散阶段：大N2流量12slm，O2流量350sccm，小N2流量1000sccm，压力10pa，时间15min；温度800℃-850℃；
8、后氧化阶段：大N2流量12slm，O2流量500sccm，小N2流量50sccm，压力10pa，时间6min；
9、推进阶段：大N2流量12slm，O2流量4500sccm，小N2流量50sccm，压力10Pa，时间6min；
10、扩散阶段：大N2流量12slm，O2流量350sccm，小N2流量1000sccm，压力10pa，时间2min；温度800℃-850℃；
11、推进阶段：：大N2流量12slm，O2流量500sccm，小N2流量50sccm，压力10pa，时间7min；
12、冷却阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
13、进桨阶段：大N2流量10slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
14、退出阶段：大N2流量12slm，O2流量0sccm，小N2流量0sccm，压力5Pa，时间8min。
实施例中不包含传统工艺中的前氧化步骤，采用在臭氧中氧化形成的二氧化硅膜厚度，均匀性及致密性好，在后续的扩散过程中，磷元素在二氧化硅中扩散速度低于在硅中的速度，该氧化膜对反应起到缓冲左右，更有利于磷元素均匀扩散进硅片内部。把实施例和对比例扩散后，抽取10pcs进行方阻测试，测试采用美国四维公司的280SI方阻测试仪，由数据可以看出改善后的实施例的D单片均匀性的平均值1.43较原始工艺均匀性5.33％低3.9％，改善后的实施例整管均匀性1.28％较原始工艺4.57％低3.29％；实施例和对比例的硅片经过后续刻蚀，镀膜,正反面电极印刷，烧结工序，其电池片的转换效率如表2所示，由数据可以看出，改善后的实施例的效率较对比例提高0.08％。
注：整管均匀性计算方式为(最大值-最小值)/(最大值+最小值)×100％
表1：对比例和实施例均匀性差异
表2：实施例和对比例电性能参数对比：:
| 分类 | Uoc(mV) | Isc(A) | Rs(mΩ) | Rsh(Ω) | FF(％) | Eta(％) | Irev2(A) |
| 实施例 | 632.16 | 8.83 | 2.94 | 503.87 | 78.58 | 18.03 | 0.17 |
| 对比例 | 631.46 | 8.83 | 2.95 | 437.78 | 78.40 | 17.95 | 0.18 |
解释：方阻是指：一个正方形的薄膜导电材料边到边之间的电阻，计算公式为方块电阻：Rs□＝ρL/S(其中ρ为块材的电阻率单位为Ω.m，L为长度，单位为m；S为截面积，单位为m2)，长宽相等时Rs□＝ρ/h，h为薄膜的厚度。Rs□的单位为Ω/sq或Ω/□(ohms per square)。
Std Deviation：每个硅片测试5个点的方阻值，Std Deviation＝测试的5个点值的标准差/平均值*100，用来表征我们P扩散后硅片方阻的均匀性。这个数据会显示在280SI方阻测试仪上，测试仪会自动给出。
Claims (5)
1.一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，其特征为：制绒后，在硅片制绒面上制备一层二氧化硅。
2.如权利要求2所述的一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，其特征为：其中二氧化硅使用光化臭氧发生器制备而成。
3.一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，其特征为：包括以下步骤：
1）将硅片进行常规制绒；
2）将制绒后的硅片置于光化臭氧产生器产生的臭氧氛围中，使硅片的制绒面在臭氧中氧化，得到1-20nm的二氧化硅；
3）把在臭氧中氧化后的硅片进行扩散工艺，再进行常规镀膜、正反面电极印刷、烧结。
4.如权利要求3所述的一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，其特征为：光化臭氧产生器的氧气流量为2-40L/min，吹扫时间为0.2-60min。
5.如权利要求3所述的一种提高晶体硅太阳能电池扩散均匀性的方法，其特征为：扩散工艺共包括以下步骤，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉：
1、准备阶段：大N2流量5slm，压力5pa；
2、进舟阶段：大N2 流量5slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa；
3、出舟阶段：大N2 流量5slm 2slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-30pa，时间8min；
4、检漏阶段：炉内通入氮气8.5slm，大N2 流量5slm 2slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-200pa，时间2min；
5、加热阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力10pa，时间15min；
6、扩散阶段：大N2 流量12slm，O2 流量350sccm，小N2 流量1000sccm，压力10pa，时间15min，温度800℃ -850℃ ；
7、后氧化阶段：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间6min；
8、推进阶段：大N2 流量12slm，O2 流量4500sccm，小N2 流量50sccm，压力10Pa，时间6min；
9、扩散阶段：大N2 流量12slm，O2 流量350sccm，小N2 流量1000sccm，压力10pa，时间2min，温度800℃ -850℃ ；
10、推进阶段：：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间7min；
11、冷却阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
12、进桨阶段：大N2 流量10slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
13、退出阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa，时间8min。
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