CN105070654B - 一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺 - 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效率的扩散工艺，该方法是把传统工艺中的后氧化与推进这两步演变成五步，五步的氧气流量逐渐增加，温度逐渐增加。即在推进的过程中，推动力逐渐增加。该工艺相比传统工艺表面浓度更低，表面浓度梯度更平缓。这样一方面提高开压；另一方面有利于欧姆接触，降低串联电阻，提高填充因子，一定程度上提高电池片光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺，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，传统扩散工艺核心步骤有：氧化、扩散、推进，具体步骤为：前氧阶段、扩散阶段（一）、后氧化阶段、推进阶段、扩散阶段（二）、再推进阶段；其中后氧化的作用使通入的和部分残留在硅片表面的POCl3进一步氧化成P原子，而推进的作用是把P原子推进硅片内部形成PN结。后氧化和推进步的O2流量和温度这两个参数对表面浓度和表面浓度梯度影响较大，而表面浓度以及表面浓度梯度对电池片的效率影响较大。因此，设计一种方案，降低表面浓度和表面浓度梯度，提高开路电压和欧姆接触，最终提高太阳能电池转化效率显得尤为重要。
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效率的扩散工艺，通过把传统工艺中的后氧化与推进这两步演变成五步，这五步是让氧化和推进同时进行。五步的氧气流量逐渐增加，温度按一定梯度逐渐增加。即在推进的过程中，推动力逐渐增加，但五步整体时间和两步一致。该工艺相比传统工艺表面浓度更低，浓度梯度更平缓。这样一方面提高开压；另一方面有利于欧姆接触，降低串联电阻，提高填充因子，一定程度上提高电池片效率。
一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺，分为16个步骤，分别为： 1）进舟阶段；2）出舟阶段；3）检漏阶段；4）加热阶段；5）前氧阶段、6）扩散阶段（一）；7）氧化推进阶段（一）；8）氧化推进阶段（二）、9）氧化推进阶段（三）、10）氧化推进阶段（四）、11）氧化推进阶段（五）；12）扩散阶段（二）；13）再推进阶段；14）冷却阶段；15）进舟阶段；16）出舟阶段。
一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉，具体为：
1）进舟阶段：大N2 流量5slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa；
2）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；
3）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；
4）加热阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力10pa，时间15min；
5）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；
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）氧化推进阶段（一）：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间3min, 温度：820℃；
8）氧化推进阶段（二）：大N2 流量12slm，O2 流量1500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；826℃；
9）氧化推进阶段（三）：大N2 流量12slm，O2 流量2500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；832℃；
10）氧化推进阶段（四）：大N2 流量12slm，O2 流量3500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；838℃；
11）氧化推进阶段（五）：大N2 流量12slm，O2 流量4500sccm，小N2 流量50sccm，压力10Pa，时间3min；844℃；
12）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℃；
13）推进阶段：：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间7min；
14）冷却阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
15）进桨阶段：大N2 流量10slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
16）退出阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa，时间8min。
一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉，具体为：
1）进舟阶段：大N2 流量5slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa；
2）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 ；
3）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；
4）加热阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力10pa，时间15min；
5）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；
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）氧化推进阶段（一）：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间3min, 温度：820℃；
8）氧化推进阶段（二）：大N2 流量12slm，O2 流量1500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；824℃；
9）氧化推进阶段（三）：大N2 流量12slm，O2 流量2500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；828℃；
10）氧化推进阶段（四）：大N2 流量12slm，O2 流量3500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；832℃；
11）氧化推进阶段（五）：大N2 流量12slm，O2 流量4500sccm，小N2 流量50sccm，压力10Pa，时间3min；836℃；
12）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℃；
13）推进阶段：：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间7min；
14）冷却阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
15）进桨阶段：大N2 流量10slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
16）退出阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa，时间8min。
本发明的优点在于：把传统工艺中的后氧化与推进这两步演变成五步，氧化和推进同时进行，五步的氧气流量逐渐增加，温度按一定梯度逐渐增加，使电池片效率有一定的提高。
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：
一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺，取硅片是电阻率为1-3Ω.cm的156mmx156mm规格的P型多晶硅片500pcs，将硅片进行制绒，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉，扩散工艺具体为：
1）进舟阶段：大N2 流量5slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa；
2）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；
3）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；
4）加热阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力10pa，时间15min；
5）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；
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）氧化推进阶段（一）：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间3min, 温度：820℃；
8）氧化推进阶段（二）：大N2 流量12slm，O2 流量1500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；826℃；
9）氧化推进阶段（三）：大N2 流量12slm，O2 流量2500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；832℃；
10）氧化推进阶段（四）：大N2 流量12slm，O2 流量3500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；838℃；
11）氧化推进阶段（五）：大N2 流量12slm，O2 流量4500sccm，小N2 流量50sccm，压力10Pa，时间3min；844℃；
12）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℃；
13）推进阶段：：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间7min；
14）冷却阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
15）进桨阶段：大N2 流量10slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
16）退出阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa，时间8min。
实施例二：
一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺，取硅片是电阻率为1-3Ω.cm 的156mmx156mm 规格的P型多晶硅片500pcs，将硅片进行制绒，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉，扩散工艺具体为：
1）进舟阶段：大N2 流量5slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa；
2）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 ；
3）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；
4）加热阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力10pa，时间15min；
5）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；
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）氧化推进阶段（一）：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间3min, 温度：820℃；
8）氧化推进阶段（二）：大N2 流量12slm，O2 流量1500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；824℃；
9）氧化推进阶段（三）：大N2 流量12slm，O2 流量2500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；828℃；
10）氧化推进阶段（四）：大N2 流量12slm，O2 流量3500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；832℃；
11）氧化推进阶段（五）：大N2 流量12slm，O2 流量4500sccm，小N2 流量50sccm，压力10Pa，时间3min；836℃；
12）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℃；
13）推进阶段：：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间7min；
14）冷却阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
15）进桨阶段：大N2 流量10slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
16）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：
取硅片电阻率为1-3Ω.cm 的156mmX156mm 规格的P型多晶硅片500pcs，将硅片采用下述传统扩散工艺，扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉：
1）进舟阶段：大N2 流量5slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa；
2）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 ；
3）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 ；
4）加热阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力10pa，时间15min ；
5）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；
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； 温度822℃；
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；温度822℃；
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。
采用实施例1、2和对比例扩散后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下表所示：
实施例1和2中五步氧化推进同时进行，温度较对比例高，表面浓度较对比例要低，表面浓度梯度要小。由数据可以看出，改善后的实施例一的开压高0.9mV，短路电流高10mA，Rs低0.02 mΩ，FF高0.59%，效率较对比例提高0.18%；改善后的实施例二的开压高1.1mV，短路电流高8mA，Rs低0.02 mΩ，FF高0.48%，效率较对比例提高0.15%。
Claims (2)
1.一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺，其特征在于：扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉，具体为：
1）进舟阶段：大N2 流量5slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa；
2）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；
3）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；
4）加热阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力10pa，时间15min；
5）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；
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）氧化推进阶段（一）：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间3min, 温度：820℃；
8）氧化推进阶段（二）：大N2 流量12slm，O2 流量1500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；826℃；
9）氧化推进阶段（三）：大N2 流量12slm，O2 流量2500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；832℃；
10）氧化推进阶段（四）：大N2 流量12slm，O2 流量3500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；838℃；
11）氧化推进阶段（五）：大N2 流量12slm，O2 流量4500sccm，小N2 流量50sccm，压力10Pa，时间3min；844℃；
12）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℃；
13）推进阶段：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间7min；
14）冷却阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
15）进桨阶段：大N2 流量10slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
16）退出阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa，时间8min。
2.一种提高晶体硅太阳能电池效率的扩散工艺，其特征在于：扩散设备采用荷兰TEMPRESS扩散炉，具体为：
1）进舟阶段：大N2 流量5slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力5Pa；
2）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；
3）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；
4）加热阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力10pa，时间15min；
5）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；
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）氧化推进阶段（一）：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间3min, 温度：820℃；
8）氧化推进阶段（二）：大N2 流量12slm，O2 流量1500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；826℃；
9）氧化推进阶段（三）：大N2 流量12slm，O2 流量2500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；832℃；
10）氧化推进阶段（四）：大N2 流量12slm，O2 流量3500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间2min ；838℃；
11）氧化推进阶段（五）：大N2 流量12slm，O2 流量4500sccm，小N2 流量50sccm，压力10Pa，时间3min；844℃；
12）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℃；
13）推进阶段：大N2 流量12slm，O2 流量500sccm，小N2 流量50sccm，压力10pa，时间7min；
14）冷却阶段：大N2 流量12slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力15Pa，时间15min；
15）进桨阶段：大N2 流量10slm，O2 流量0sccm，小N2 流量0sccm，压力-30Pa，时间10min；
16）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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