CN105280484A - 一种晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，包括如下步骤：（1）进炉；（2）低温氧化；（3）低温气体反应沉积；（4）升温杂质再分布；（5）高温气体反应沉积；（6）降温杂质再分布；（7）低温气体反应沉积；（8）低温杂质再分布；（9）出炉。本发明可提高电池片的光电转化率，缩短生产时间，提高生产效率。

Description

一种晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺
技术领域
本发明涉及一种扩散工艺，尤其涉及一种晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，属于太阳能电池加工工艺技术领域。
背景技术
太阳能电池生产过程中，扩散阶段形成的PN结被称为太阳能电池的心脏，PN结方块电阻的大小对电池性能有着重要的影响，现有太阳能电池的方块电阻大多为50Ω-60Ω，这是为了保证在丝网印刷时，电极栅线和电池片之间形成良好的欧姆接触。但是重掺杂的情况使载流子发生严重的复合，导致短路电流和开路电压较小。因此，如果能够保证电池有良好的欧姆接触，又可以提高电池的短路电流和开路电压，将大大改善太阳能电池的效率。
以往的研究表明，在未改变其他工艺参数的条件下，当发射极方块电阻升高时，短路电流持续上升，开路电压在方阻接近70Ω时接近饱和，而填充因子(FillFactor,FF)则因串联电阻的增加呈下降趋势。器件的效率在70Ω左右时也达到最高。
因此，调试高方阻已成为目前的发展趋势，由于其具有较低的表面杂质浓度，有效降低了表面的杂质复合中心，提高了表面少子的存活率，同时增加短波的响应，如此有效地增加了短路电流（ISC）和开路电压（VOC），从而达到提高电池效率的目的。而传统的一次扩散制结工艺，如图1所示，其过程为：进炉→恒温氧化→恒温气体反应沉淀→恒温杂质再分布→吸杂→出炉；该一次扩散制结工艺，方阻均匀性不易控制，时间冗长，前表面死层浓度较高，整体VOC不高。再者，该过程很容易导致表面杂质浓度过高，过高的表面杂质浓度会造成“死层”。光在“死层”中发出的光生载流子都无谓地复合掉，导致效率下降。
发明内容
本发明为了克服现有技术中扩散工艺存在的方阻均匀性不易控制、时间冗长、前表面死层浓度较高，整体VOC不高的技术问题，提供一种晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，提高电池片方阻及光电转换效率。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，包括如下步骤：
（1）进炉；
（2）低温氧化；
（3）低温气体反应沉积；
（4）升温杂质再分布；
（5）高温气体反应沉积；
（6）降温杂质再分布；
（7）低温气体反应沉积；
（8）低温杂质再分布；
（9）出炉。
进一步地，所述步骤（1）的过程为：将硅片放入扩散炉中，将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm（标准毫升/分钟）的氮气，持续时间为10-20min。
进一步地，所述步骤（2）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气以及流量为1000-2000sccm的干氧，持续时间为5-10min。
进一步地，所述步骤（3）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气、流量为500-1000sccm的干氧以及流量为500-1000sccm的较低浓度的小氮，持续时间为5-15min。
进一步地，所述步骤（4）的过程为：将温度上升至800-850℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为10-20min。
进一步地，所述步骤（5）的过程为：将温度维持在800-850℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气、流量为500-1000sccm的干氧以及流量为1000-1500sccm的较高浓度的小氮，持续时间为10-25min。
进一步地，所述步骤（6）的过程为：将温度降至750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为10-20min。
进一步地，所述步骤（7）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气、流量为500-1000sccm的干氧以及流量为500-1000sccm的较低浓度的小氮，持续时间为5-10min。
进一步地，所述步骤（8）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为5-10min。
进一步地，所述步骤（9）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为10-20min，之后将硅片取出。
本发明的扩散工艺，通过三次变温扩散制结，多增加了两步再分布工艺，这样在杂质总量不变的条件下，预期结深会略有增加，前表面杂质浓度会减少，扩散均匀性会更好，“死层”的影响会减少，同时变温扩散兼具有吸杂的优势，故有效地ISC和VOC有较大幅度提高，FF也有所增加，效率改善较大。变温扩散工艺采用三次变温扩散技术，三步扩散成结，工艺调节余地大，工艺条件相对宽松。经三次预淀积和再分布，扩散的均匀性和重复性均得到显著改善。将三步的磷源浓度由低-高-低驱入衬底，温度随着低-高-低变化，使得硅片表面浓度逐渐减少，降低硅片表面复合及缺陷浓度，形成浓度梯度，进而提高开路电压和短路电流；同时变温扩散的模式，可有效地起到吸杂的效果，进而获得较低的表面浓度和较深的结深，改善FF，最终提升太阳电池转换效率。同时此吸杂工艺的去除有效地减少了工艺运行时间；本发明制成的电池片光电转化率提高了0.05%-0.1%;其中VOC提升了1-3mV，ISC提高了10-30mA，组件功率提升了0.5-1W；减少了生产时间，提高了生产效率。
因此，由发明的扩散工艺制成的电池片，光电转化率提高了0.05%-0.1%，同时，缩短了生产时间，提高了生产效率。
附图说明
图1为传统的一次扩散制结工艺流程图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的温度变化折线图；
图4为本发明的ECV表面浓度与结深曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图2、3所示，本发明的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，包括如下步骤：
（1）进炉；该进炉过程为：将硅片放入扩散炉中，将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为10-20min；
（2）低温氧化，即对进炉操作后的硅片进行低温氧化；该过程为：将温度维持在750-800℃，通入氮气，氮气流量为6000-8000sccm，通入干氧，干氧流量为1000-2000sccm，低温氧化过程的时间持续5-10min；
（3）低温气体反应沉积，即对低温氧化后的硅片进行低温气体反应沉积；该低温气体反应沉积的过程为：将温度维持在750-800℃，通入氮气，该氮气流量为6000-8000sccm，通入干氧，干氧的流量为500-1000sccm，通入较低浓度的小氮，该较低浓度的小氮流量为500-1000sccm，低温气体反应沉积过程的时间持续5-15min；
（4）升温杂质再分布，即对低温气体反应沉积后的硅片进行升温再分布；该升温杂质再分布的过程为：将温度升高至在800-850℃，通入氮气，氮气的流量为6000-8000sccm，升温杂质再分布过程的时间持续10-20min；
（5）高温气体反应沉积，即对升温再分布操作后的硅片进行高温气体反应沉积；该高温气体反应沉积的过程为：将温度维持在800-850℃，通入氮气，该氮气的流量为6000-8000sccm，通入干氧，该干氧的流量为500-1000sccm，通入较高浓度的小氮，该较高浓度的小氮流量为1000-1500sccm，高温气体反应沉积过程的时间持续10-25min；
（6）降温杂质再分布，即对高温气体反应沉积操作后的硅片进行降温杂质再分布；该降温杂质再分布的过程为：将温度降低至750-800℃，通入氮气，该氮气的流量为6000-8000sccm，降温杂质再分布过程的时间持续10-20min；
（7）低温气体反应沉积，即对降温杂质再分布后的硅片进行低温气体反应沉积；该低温气体反应沉积过程为：将温度维持在750-800℃，通入氮气，该氮气流量为6000-8000sccm，通入干氧，干氧的流量为500-1000sccm，通入较低浓度的小氮，该较低浓度的小氮的流量为500-1000sccm，低温气体反应沉积过程的时间持续5-10min；
（8）低温杂质再分布，即对低温气体反应沉积后的硅片进行低温杂质再分布；该低温杂质再分布过程为：将温度维持在750-800℃，通入氮气，该氮气的流量为6000-8000sccm，该低温杂质再分布的时间持续5-10min；
（9）出炉，即对低温杂质再分布后的硅片进行出炉操作。该出炉操作的过程为：将温度维持在750-800℃，通入氮气，该氮气的流量为6000-8000sccm，该出炉操作的时间持续10-20min，之后再取出硅片，完成扩散工艺过程。
如图4所示，本发明的ECV表面浓度与结深关系的曲线图，其中实线为传统的一次扩散制结工艺；而虚线则为本发明的扩散工艺；本发明生产的ECV表面浓度从（7-8）*E20/cm3降低至（3-4）*E20/cm3，结深略微增加了0.03-0.08um；本发明的扩散工艺电池片的光电转化率提高了0.05-0.1%；其中VOC提升1-3mV，ISC提升10-30mA，组件功率提升了0.5-1W。本发明采用三次变温扩散工艺缩短工艺时间，低温-高温-低温的方式，且去除了吸杂这一步骤，节约成本，并获得低表面浓度较深结的ECV浓度曲线，有效地提高了VOC，从而提高了生产效率。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，包括如下步骤：
（1）进炉；
（2）低温氧化；
（３）低温气体反应沉积；
（４）升温杂质再分布；
（５）高温气体反应沉积；
（６）降温杂质再分布；
（７）低温气体反应沉积；
（８）低温杂质再分布；
（9）出炉。
2.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（1）的过程为：将硅片放入扩散炉中，将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为10-20min。
3.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（2）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气以及流量为1000-2000sccm的干氧，持续时间为5-10min。
4.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（3）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气、流量为500-1000sccm的干氧以及流量为500-1000sccm的较低浓度的小氮，持续时间为5-15min。
5.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（4）的过程为：将温度上升至800-850℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为10-20min。
6.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（5）的过程为：将温度维持在800-850℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气、流量为500-1000sccm的干氧以及流量为1000-1500sccm的较高浓度的小氮，持续时间为10-25min。
7.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（6）的过程为：将温度降至750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为10-20min。
8.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（7）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气、流量为500-1000sccm的干氧以及流量为500-1000sccm的较低浓度的小氮，持续时间为5-10min。
9.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（8）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为5-10min。
10.根据权利要求1所述的晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其特征在于：所述步骤（9）的过程为：将温度维持在750-800℃，通入流量为6000-8000sccm的氮气，持续时间为10-20min，之后将硅片取出。
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