CN105185870A - 一种硅片的磷吸杂扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅片的磷吸杂扩散工艺，属于光伏技术领域。将清洗制绒好的硅片放入扩散炉，通入氮气、氧气和三氯氧磷，在高温下进行扩散；扩散分三次沉积，每次沉积后都有一定时间的推进，然后冷却至常温。按照电池片的正常工艺完成刻蚀、PECVD、丝网烧结等工艺后，电池片的平均转换效率提升0.2%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅片的磷吸杂扩散工艺，特别是涉及太阳能电池制造中的磷掺杂扩散工艺，属于光伏技术领域。
背景技术
随着现代工业化的发展，不可再生能源日益减少，能源问题越来越成为制约国际社会经济发展的瓶颈，很多国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，为经济发展提供新的发展动力。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造商不仅竞相投入巨资，扩大生产，还纷纷建立研发机构，研发新的太阳能电池项目，提高产品的质量和转换效率。然而，作为制作太阳能电池的基体材料，硅片存在微缺陷和金属杂志，这些缺陷和杂质在硅禁带中引入多重深能级，成为少数载流子的复合中心，严重影响了太阳能电池的光电转换效率。
在单晶硅中，由于杂质与杂质，杂质与缺陷之间的相互作用，重金属杂质或微缺陷在一定的温度下会发生迁移和再凝聚现象，利用这种现象，在硅片的背面引入机械损伤、缺陷或沉淀某一种薄膜，也可在体内引入缺陷，使重金属杂质从器件的工作区域富集到这些特殊的区域，即称为杂质的吸除，前者称为外吸杂，后者称为内吸杂。吸杂技术是减少硅片的加工和器件工艺过程的污染，改善器件的性能的一种非常有效的方法。利用杂质向具有晶格不完整的区域聚集的特性引入缺陷形成杂质富集区域，然后将这一层杂质富集的损伤区域去掉，就可达到去除硅片中部分杂质的目的，减少硅片中少数载流子的复合中心，提高电池的短路电流，从而提高太阳能电池光电转换效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种硅片的磷吸杂扩散工艺，将清洗制绒好的硅片放入扩散炉，通入氮气、氧气和三氯氧磷，在高温下进行扩散；扩散分三次沉积，每次沉积后都有一定时间的推进，然后冷却至常温，提高电池短波响应，改进电池的开路电压和短路电流。
一种硅片的磷吸杂扩散工艺，具体步骤为：
（1）开始：时间为5~20s，温度设置为770~790℃，大氮流量为4~15L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（2）进舟：时间为500~900s，温度设置为770~790℃，大氮流量为4~15L/min，小氮和氧气的流量为0L/min，进舟速度为300~600mm/min；
（3）升温：时间为300~800s，温度设置为770~790℃，大氮流量为10~25L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（4）前氧化：时间为200~700s，温度设置为770~790℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为1~5L/min；
（5）第一次沉积：时间为600~1200s，温度设置为770~790℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0.9~2.2L/min，氧气流量为0.3~2.2L/min；
（6）第一次推进：时间为400~700s，温度设置为790~810℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0~2L/min；
（7）第二次沉积：时间为400~700s，温度设置为790~810℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0.9~2.2L/min，氧气流量为0.3~2.2L/min；
（8）第二次推进：时间为300~600s，温度设置为810~830℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0~2L/min；
（9）第三次沉积：时间为200~600s，温度设置为810~830℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0.9~2.2L/min，氧气流量为0.3~2.2L/min；
（10）第三次推进：时间为150~400s，温度设置为830~850℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0~2L/min；
（11）后氧化及降温：时间为300~2000s，温度设置为700~800℃，大氮流量为12~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为1~5L/min；
（12）出舟：时间为700~1200s，温度设置为700~800℃，大氮流量为4~15L/min，小氮和氧气的流量为0L/min，出舟速度为200~400mm/min；
（13）结束：时间为5~20s，温度设置为750~800℃，大氮流量为4~15L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（14）冷却：上述硅片冷却至室温，即得所要求的硅片。
所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其中，第（3）步至第（5）步的设置温度相同。
所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其中，第（6）步至（7）步的设置温度相同。
所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其中，第（8）步至（9）步的设置温度相同。
所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其中，第（6）步比第（5）步的温度高10~20℃。
所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其中，第（8）步比第（7）步的温度高10~20℃。
所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其中，第（10）步比第（9）步的温度高10~20℃。
所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其中，第（3）步至第（11）步的工艺气体总量相同。
本发明制备的硅片通过四探针测试的方块电阻在75~95Ω/□；后续的刻蚀、PECVD、丝印烧结等通过传统工艺完成，做出的电池片平均转换效率比传统工艺提升了0.2%以上。相对传统扩散工艺，该工艺的优点在于有效减小重掺杂“死层”，提高电池短波响应，改进电池的短路电流和开路电压。
具体实施方式
以下所述的仅是本发明所公开的一种硅片的磷吸杂扩散工艺的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所创造构思的前提下，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。
实施例1，
一种硅片的磷吸杂扩散工艺，具体步骤为：
（1）开始：时间为10s，温度设置为770~790℃，大氮流量为9L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（2）进舟：时间为650s，温度设置为770~790℃，大氮流量为9L/min，小氮和氧气的流量为0L/min，进舟速度为400mm/min；
（3）升温：时间为500s，温度设置为770~790℃，大氮流量为18L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（4）前氧化：时间为400s，温度设置为770~790℃，大氮流量为16L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为2L/min；
（5）第一次沉积：时间为800s，温度设置为770~790℃，大氮流量为14L/min，小氮流量为2L/min，氧气流量为2L/min；
（6）第一次推进：时间为450s，温度设置为790~810℃，大氮流量为18L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0L/min；
（7）第二次沉积：时间为500s，温度设置为790~810℃，大氮流量为14.4L/min，小氮流量为1.8L/min，氧气流量为1.8L/min；
（8）第二次推进：时间为350s，温度设置为810~830℃，大氮流量为18L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0L/min；
（9）第三次沉积：时间为300s，温度设置为810~830℃，大氮流量为14.8L/min，小氮流量为1.6L/min，氧气流量为1.6L/min；
（10）第三次推进：时间为150s，温度设置为830~850℃，大氮流量为18L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0L/min；
（11）后氧化及降温：时间为600s，温度设置为780℃，大氮流量为14L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为4L/min；
（12）出舟：时间为900s，温度设置为780℃，大氮流量为9L/min，小氮和氧气的流量为0L/min，出舟速度为250mm/min；
（13）结束：时间为10s，温度设置为780℃，大氮流量为9L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（14）冷却：上述硅片冷却至室温，即得所要求的硅片。
实施例2，
一种硅片的磷吸杂扩散工艺，具体步骤为：
（1）开始：时间为5s，温度设置为770~790℃，大氮流量为9L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（2）进舟：时间为650s，温度设置为770~790℃，大氮流量为9L/min，小氮和氧气的流量为0L/min，进舟速度为400mm/min；
（3）升温：时间为500s，温度设置为770~790℃，大氮流量为15L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（4）前氧化：时间为200s，温度设置为770~790℃，大氮流量为14L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为1L/min；
（5）第一次沉积：时间为700s，温度设置为770~790℃，大氮流量为12.6L/min，小氮流量为1.6L/min，氧气流量为0.8L/min；
（6）第一次推进：时间为400s，温度设置为790~810℃，大氮流量为15L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0L/min；
（7）第二次沉积：时间为500s，温度设置为790~810℃，大氮流量为12.9L/min，小氮流量为1.4L/min，氧气流量为0.7L/min；
（8）第二次推进：时间为300s，温度设置为810~830℃，大氮流量为15L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0L/min；
（9）第三次沉积：时间为300s，温度设置为810~830℃，大氮流量为13.2L/min，小氮流量为1.2L/min，氧气流量为0.6L/min；
（10）第三次推进：时间为150s，温度设置为830~850℃，大氮流量为15L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0L/min；
（11）后氧化及降温：时间为500s，温度设置为780℃，大氮流量为10.5L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为4.5L/min；
（12）出舟：时间为900s，温度设置为780℃，大氮流量为9L/min，小氮和氧气的流量为0L/min，出舟速度为250mm/min；
（13）结束：时间为5s，温度设置为780℃，大氮流量为9L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（14）冷却：上述硅片冷却至室温，即得所要求的硅片。
对比例，具体步骤为：
（1）开始。时间10s，温度800~820℃，大氮流量18L/min。
（2）进舟。时间800s，温度800~820℃，大氮流量18L/min，进舟速度300mm/min。
（3）升温。时间500s，温度800~820℃，大氮流量18L/min。
（4）前氧化。时间400s，温度800~820℃，大氮流量16L/min，氧气流量2L/min。
（5）沉积。时间1500s，温度800~820℃，大氮流量16L/min，小氮流量1.5L/min，氧气流量0.5L/min。
（7）推结。时间900s，温度800~820℃，大氮流量16.5L/min，氧气流量1.5L/min。
（8）出舟。时间800s，温度800℃，大氮流量18L/min，进舟速度300mm/min。
（9）结束。时间10s，温度800℃，大氮流量18L/min。
（10）冷却：上述硅片冷却至室温，即得所要求的硅片。
采用相同的硅片原料：P型多晶硅片，电阻率0.5~3Ω?cm，各选1200片分别进行常规的清洗制绒，分别采用本发明实施例1和实施例2的工艺和对比例传统扩散工艺，后续工艺均采用常规工艺进行生产，对比最终电性能参数。
从上述数据可以看出，相对于传统的扩散工艺，本发明提高了开路电压和短路电流，从而提高了电池片的光伏转换效率。
通过以上的方式，本发明所提供的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，通过有效减小重掺杂“死层”，提高电池短波响应，改进电池的开路电压和短路电流，提高电池片的光伏转换效率。
Claims (8)
1.一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其特征为，具体步骤为：
（1）开始：时间为5~20s，温度设置为770~790℃，大氮流量为4~15L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（2）进舟：时间为500~900s，温度设置为770~790℃，大氮流量为4~15L/min，小氮和氧气的流量为0L/min，进舟速度为300~600mm/min；
（3）升温：时间为300~800s，温度设置为770~790℃，大氮流量为10~25L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（4）前氧化：时间为200~700s，温度设置为770~790℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为1~5L/min；
（5）第一次沉积：时间为600~1200s，温度设置为770~790℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0.9~2.2L/min，氧气流量为0.3~2.2L/min；
（6）第一次推进：时间为400~700s，温度设置为790~810℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0~2L/min；
（7）第二次沉积：时间为400~700s，温度设置为790~810℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0.9~2.2L/min，氧气流量为0.3~2.2L/min；
（8）第二次推进：时间为300~600s，温度设置为810~830℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0~2L/min；
（9）第三次沉积：时间为200~600s，温度设置为810~830℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0.9~2.2L/min，氧气流量为0.3~2.2L/min；
（10）第三次推进：时间为150~400s，温度设置为830~850℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为0~2L/min；
（11）后氧化及降温：时间为300~2000s，温度设置为700~800℃，大氮流量为10~25L/min，小氮流量为0L/min，氧气流量为1~5L/min；
（12）出舟：时间为700~1200s，温度设置为700~800℃，大氮流量为4~15L/min，小氮和氧气的流量为0L/min，出舟速度为200~400mm/min；
（13）结束：时间为5~20s，温度设置为750~800℃，大氮流量为4~15L/min，小氮和氧气的流量均为0L/min；
（14）冷却：上述硅片冷却至室温，即得所要求的硅片。
2.如权利要求1所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其特征在于：第（3）步至第（5）步的设置温度相同。
3.根如权利要求1所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其特征在于：第（6）步至（7）步的设置温度相同。
4.如权利要求1所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其特征在于：第（8）步至（9）步的设置温度相同。
5.如权利要求1所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其特征在于：第（6）步比第（5）步的温度高10~20℃。
6.如权利要求1所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其特征在于：第（8）步比第（7）步的温度高10~20℃。
7.如权利要求1所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其特征在于：第（10）步比第（9）步的温度高10~20℃。
8.如权利要求1所述的一种硅片的磷吸杂扩散工艺，其特征在于：第（3）步至第（11）步的工艺气体总量相同。
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