CN106653598A - 一种扩散快速退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扩散快速退火方法。本发明在低于800℃进行一次通源预沉积过程，沉积过后进行有氧升温推进，且升温温度最高可达840‑880℃，此时推进的PN结较深，随后是有氧降温过程，温度降至810‑850℃，再进行二次通源，二次通源是进行快速退火的关键步骤，之后马上半开炉门，通入大量的氮气，快速降温退火，晶格得到一定程度的修复作用，但是磷源仍然需要一定的推进时间，故而关闭炉门缓慢回温至恒温状态。本发明的有益效果是：进行二次通源，增加表面浓度，提高填充因子；进行晶格修复，减少热损伤，提高开路电压和短路电流，以提高电池片的转换效率，同时快速降温可以减少工艺总时间，提高工艺效率，提高产能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池片相关技术领域，尤其是指一种扩散快速退火方法。
背景技术
太阳能扩散炉主要有管式扩散炉和链式扩散炉，其中管式扩散炉包括闭管式扩散和开管式扩散，由于闭管式扩散炉可与外界环境完全隔离，不受外界环境干扰等优点，扩散后的方阻均匀性较好，目前基本上都采用此设备。闭式扩散炉密封性和保温性能都很好，导致普通的退火工艺需要较长的时间，且所能降到的温度仍然较高，这对修复晶格缺陷不利，同时工艺时间的延长会降低电池片工厂的生产产量，降低企业利润。
扩散工艺是制电池片PN结的重要方法，然而常规扩散工艺所需的温度过高，造成晶体硅的晶格缺陷，同时扩散过程中需要通入大量的氮气和氧气，硅片表面会生成较厚的死层(氧化层)，这些都会降低太阳能的转换效率。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种提高电池片转换效率且减少工艺时间的扩散快速退火方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种扩散快速退火方法，具体操作步骤如下：
(1)将制绒好的硅片插入到石英舟内，并送入到扩散炉管中，炉门关闭后，将炉口至炉尾的温度升到730-800℃，同时一直通入氮气；
(2)一次通源：温度维持在730-800℃的前氧化过程，同时通入氮气和氧气，在前氧化过后进行预沉积过程，在预沉积过程中，只需在前氧化的基础上通入携源氮气；
(3)有氧升温推进，将温度从730-800℃升温至840-880℃，通入氮气和氧气，在有氧升温推进后进行有氧降温过程，将温度从840-880℃降温到810-850℃，再通入氮气和氧气；
(4)二次通源：在温度为810-850℃时，再一次进行通源沉积，通入氮气、氧气和携源氮气；
(5)快速退火：二次通源后，炉门半开，通入氮气，温度从810-850℃降至720-780℃，炉门关闭，温度恢复到750-800℃；
(6)退舟的过程中，通入氮气。
其中：携源氮气指的是以氮气作为载体，氮气和三氯氧磷的混合气体。本发明的工艺特点在于：低于800℃进行一次通源预沉积过程，沉积过后进行有氧升温推进，且升温温度最高可达840-880℃，此时推进的PN结较深，随后是有氧降温过程，温度降至810-850℃，再进行二次通源，二次通源是进行快速退火的关键步骤，之后马上半开炉门，通入大量的氮气，快速降温退火，晶格得到一定程度的修复作用，但是磷源仍然需要一定的推进时间，故而关闭炉门缓慢回温至恒温状态。由于840-880℃高温推进生成深结会导致的电池片表面磷源溶度偏低，而表面浓度偏低会导致电性能填充因子偏低，从而也一定程度上的降低转换效率，所以进行二次通源，增加表面浓度，提高填充因子；高温扩散造成的晶格缺陷，通过半开炉门快速降温，在恒温(750-800℃)后进行晶格修复，减少热损伤，提高开路电压和短路电流，以提高电池片的转换效率，同时快速降温可以减少工艺总时间，提高产能。
作为优选，在步骤(1)中，升温的时间为300-800s，通入的氮气流量为17000-25000sccm。
作为优选，在步骤(2)中，温度维持的时间为500-1000s，通入的氮气流量为13000-23000sccm，通入的氧气流量为200-800sccm，通入的携源氮气流量为500-1800sccm。
作为优选，在步骤(3)中，在有氧升温推进的过程中，升温的时间为500-1700s，通入的氮气流量为10000-23000sccm，通入的氧气流量为200-1000sccm；在有氧降温的过程中，将温度从840-880℃降温到810-850℃后，维持的时间为100-600s，通入的氮气流量为10000-23000sccm，通入的氧气流量为200-1000sccm。
作为优选，在步骤(4)中，通入的氮气流量为13000-23000sccm，通入的氧气流量为200-800sccm，通入的携源氮气流量为500-1800sccm，维持的时间为400-1000s。
作为优选，在步骤(5)中，快速退火的整个过程不需要退舟，而是直接在炉内进行，扩散炉管的进气方式选择尾部进气。扩散炉管的进气方式选择尾部进气，这样通入大量的氮气可增加气体的流动性，使得炉内的温度迅速下降。
作为优选，在步骤(5)中，通入的氮气流量为15000-25000sccm，维持的时间为240-360s，温度从810-850℃降至720-780℃后，炉门关闭，时间维持为300-800s将温度升温到750-800℃。二次通源后，温度迅速降温，晶格得到一定程度的修复作用，但是磷源仍然需要一定的推进时间，所以需要将炉门关闭。
作为优选，在步骤(6)中，通入的氮气流量为17000-25000sccm，时间为500-650s。
本发明的有益效果是：进行二次通源，增加表面浓度，提高填充因子；进行晶格修复，减少热损伤，提高开路电压和短路电流，以提高电池片的转换效率，同时快速降温可以减少工艺总时间，提高工艺效率，提高产能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：
第一步、将制绒好的硅片插入到石英舟内，送到扩散炉中，炉门关闭后将炉口至炉尾的温度升到780℃，升温时间600s，同时一直通入氮气流量为17000sccm；
第二步、维持时间600s，温度维持在780℃的前氧化过程，同时通入氮气流量为15000sccm，氧气流量为350sccm，在前氧化过后进行预沉积过程，在预沉积过程中，只需在前氧化的基础上通入携源氮气流量为1000sccm；
第三步、有氧升温推进，温度从780℃升温至840℃，升温时间为780s，通入氮气流量为16000sccm，氧气流量为1000sccm，在有氧升温推进后进行有氧降温过程，温度从840℃降温到810℃，维持时间480s，通入氮气流量为16000sccm，氧气流量为1000sccm；
第四步、温度降为810℃后，再一次进行通源沉积，通入氮气流量为15500sccm，氧气流量为400sccm，携源氮气流量为1100sccm，维持时间800s，二次通源是进行快速退火的关键步骤；
第五步、快速退火过程直接在炉内进行，二次通源后，炉门半开，通入氮气流量为20000sccm，炉管进气方式选择尾部进气，炉内的温度迅速下降，维持时间240s，温度从810℃降至720℃，炉门关闭，时间维持500s，温度恢复到780℃；
第六步、退舟过程，通入氮气17000sccm，时间600s。
实施例2：
第一步、将制绒好的硅片插入到石英舟内，送到扩散炉中，炉门关闭后将炉口至炉尾的温度升到800℃，升温时间700s，同时一直通入氮气流量为17000sccm；
第二步、维持时间600s，温度维持在800℃的前氧化过程，同时通入氮气流量为15000sccm，氧气流量为350sccm，在前氧化过后进行预沉积过程，在预沉积过程中，只需在前氧化的基础上通入携源氮气流量为1000sccm；
第三步、有氧升温推进，温度从800℃升温至880℃，升温时间为1000s，通入氮气流量为16000sccm，氧气流量为1000sccm，在有氧升温推进后进行有氧降温过程，温度从880℃降温到850℃，维持时间480s，通入氮气流量为16000sccm，氧气流量为1000sccm；
第四步、温度降为850℃后，再一次进行通源沉积，通入氮气流量为15500sccm，氧气流量为400sccm，携源氮气流量为1100sccm，维持时间600s，二次通源是进行快速退火的关键步骤；
第五步、快速退火过程直接在炉内进行，二次通源后，炉门半开，通入氮气流量为20000sccm，炉管进气方式选择尾部进气，炉内的温度迅速下降，维持时间360s，温度从850℃降至760℃，炉门关闭，时间维持500s，温度恢复到780℃；
第六步、退舟过程，通入氮气流量为17000sccm，时间600s。
制绒前将硅片分成姊妹片，除了退火工艺和常规工艺对比外，其他制电池片工序条件都确保一样的，测得的电性能参数如下：
表1电池片电性能对比
| Uoc(v) | Isc(A) | Rs(Ω) | Rsh(Ω) | FF(％) | NCell | |
| 实施例1 | 0.63440 | 8.8352 | 0.00234 | 209.568 | 78.7005 | 0.181270 |
| 对比组1 | 0.63370 | 8.8165 | 0.00224 | 246.955 | 78.7953 | 0.180903 |
| 实施例2 | 0.63347 | 8.8395 | 0.00239 | 241.8756 | 78.7886 | 0.181292 |
| 对比组2 | 0.63236 | 8.8260 | 0.00233 | 214.5151 | 78.8267 | 0.180787 |
其中，Uoc是开路电压，Isc是短路电流，Rs是串联电阻，Rsh是并联电阻，FF是填充因子，Ncell是电池片的转换效率。对比组是和实施例一样的参数，只是不采用开炉门退火，而是通过延长降温工艺时间。与对比组1相比，实施例1的开路电压高了0.7mV，短路电流高了19mA，转换效率提高了0.037％。与对比组2相比，实施例2的开路电压高了1.2mV，短路电流高了13mA，转换效率提高了0.051％。
Claims (8)
1.一种扩散快速退火方法，其特征是，具体操作步骤如下：
(1)将制绒好的硅片插入到石英舟内，并送入到扩散炉管中，炉门关闭后，将炉口至炉尾的温度升到730-800℃，同时一直通入氮气；
(2)一次通源：温度维持在730-800℃的前氧化过程，同时通入氮气和氧气，在前氧化过后进行预沉积过程，在预沉积过程中，只需在前氧化的基础上通入携源氮气；
(3)有氧升温推进，将温度从730-800℃升温至840-880℃，通入氮气和氧气，在有氧升温推进后进行有氧降温过程，将温度从840-880℃降温到810-850℃，再通入氮气和氧气；
(4)二次通源：在温度为810-850℃时，再一次进行通源沉积，通入氮气、氧气和携源氮气；
(5)快速退火：二次通源后，炉门半开，通入氮气，温度从810-850℃降至720-780℃，炉门关闭，温度恢复到750-800℃；
(6)退舟的过程中，通入氮气。
2.根据权利要求1所述的一种扩散快速退火方法，其特征是，在步骤(1)中，升温的时间为300-800s，通入的氮气流量为17000-25000sccm。
3.根据权利要求1所述的一种扩散快速退火方法，其特征是，在步骤(2)中，温度维持的时间为500-1000s，通入的氮气流量为13000-23000sccm，通入的氧气流量为200-800sccm，通入的携源氮气流量为500-1800sccm。
4.根据权利要求1所述的一种扩散快速退火方法，其特征是，在步骤(3)中，在有氧升温推进的过程中，升温的时间为500-1700s，通入的氮气流量为10000-23000sccm，通入的氧气流量为200-1000sccm；在有氧降温的过程中，将温度从840-880℃降温到810-850℃后，维持的时间为100-600s，通入的氮气流量为10000-23000sccm，通入的氧气流量为200-1000sccm。
5.根据权利要求1所述的一种扩散快速退火方法，其特征是，在步骤(4)中，通入的氮气流量为13000-23000sccm，通入的氧气流量为200-800sccm，通入的携源氮气流量为500-1800sccm，维持的时间为400-1000s。
6.根据权利要求1所述的一种扩散快速退火方法，其特征是，在步骤(5)中，快速退火的整个过程不需要退舟，而是直接在炉内进行，扩散炉管的进气方式选择尾部进气。
7.根据权利要求1或6所述的一种扩散快速退火方法，其特征是，在步骤(5)中，通入的氮气流量为15000-25000sccm，维持的时间为240-360s，温度从810-850℃降至720-780℃后，炉门关闭，时间维持为300-800s将温度升高到750-800℃。
8.根据权利要求1所述的一种扩散快速退火方法，其特征是，在步骤(6)中，通入的氮气流量为17000-25000sccm，时间为500-650s。
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