CN107086254A - 用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，包括如下步骤：依次进行三步扩散和推进，其中，第一步扩散和第一次推进的中心温度为810℃，第二步扩散和第二次推进的中心温度为820℃，第三步扩散和第三次推进的中心温度为830℃，于每步扩散中通入携带磷源氮气。本发明实现了四探针测试条件下90‑100Ω/sq的高方阻，5点测试均匀性更好，有效降低了结深，减少了表面复合，配合合适的丝网印刷工艺，可以有效提升电池的开路电压和短路电流，使电池效率至少有0.1％的绝对值提升。该工艺过程操作简单，没有增加生产成本，易于工业化推广。
Description
技术领域
本发明属于光伏领域晶硅电池的扩散工艺，涉及一种用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺。
背景技术
晶体硅太阳能电池的基本工艺流程为制绒-扩散-刻蚀-镀膜-印刷-烧结-测试。其中扩散在整个工艺流程中起着至关重要的作用。太阳能电池的发电原理为光生伏特效应，扩散制造了PN结，PN结是光生伏特的关键结构。扩散工艺决定了PN结的结构和硅片的表面状态，最终会影响电池的光电转换效率。扩散的实现方法有热扩散、离子注入、激光、外延及高频电注入法等。目前，工业化的扩散工艺为热扩散，即使用氮气携带三氯氧磷的方式，在有氧气氛中完成高温磷扩散。在三氯氧磷液态源扩散过程中主要发生3个反应：
5POCl3＝P2O5+3PCl5 (1)
4PCl5+5O2＝2P2O5+10Cl2 (2)
2P2O5+5Si＝4P+5SiO2 (3)
常规扩散工艺一般为一步扩散，该工艺的缺陷为方块电阻均匀性差、结深不好控制、表面复合严重，对开路电压和短路电流造成不利影响，从而降低了电池的光电转换效率。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺。
为此，本发明提供的技术方案为：
一种用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，包括：
依次进行三步扩散和推进，其中，第一步扩散和第一次推进的中心温度为810℃，第二步扩散和第二次推进的中心温度为820℃，第三步扩散和第三次推进的中心温度为830℃，于每步扩散中通入携带磷源氮气。
优选的是，所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺中，所述第一步扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间360s；
所述第一步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间300s。
优选的是，所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺中，所述第二部扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间480s；
所述第二步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，时间300s。
优选的是，所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺中，所述第三部扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间540s；
所述第三步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间300s。
优选的是，所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺中，所述第一步扩散前，还包括如下步骤：
氧化：于温度800℃进行氧化，通入氮气15000sccm-25000sccm，氧气1000sccm-2000sccm，持续时间300s。
优选的是，所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺中，于所述氧化步骤前，还包括依次进行的如下步骤：
进舟：将硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为790℃，通入氮气15000sccm-25000sccm；
升温：升温到800℃，通入氮气15000sccm-25000sccm；
恒温：于800℃进行保温，通入氮气15000sccm-25000sccm。
优选的是，所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺中，在所述第三步推进之后，还包括依次进行地如下步骤：
降温：降至中心温度至700℃，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间600s。
取舟：中心温度800℃，通入氮气15000sccm-25000sccm。
优选的是，所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺中，所述第一步扩散、第二步扩散和第三步扩散于升温过程中进行，所述第一步推进、第二步推进和第三步推进于恒温条件下进行。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明在现有设备基础上开发出一套全新的扩散工艺，提高了方块电阻的均匀性，适当减少了结深，增大了方块电阻，降低了表面的杂质浓度，减少了复合，提高了表面少子的存活率，提高了开路电压和短路电流，最终提高了晶硅电池的转换效率。
本发明通过对现有扩散工艺的进一步改进，实现了四探针测试条件下90-100Ω/sq的高方阻，5点测试均匀性更好，有效降低了结深，减少了表面复合，配合合适的丝网印刷工艺，可以有效提升电池的开路电压和短路电流，使电池效率至少有0.1％的绝对值提升。该工艺过程操作简单，没有增加生产成本，易于工业化推广。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供一种用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，包括：
依次进行三步扩散和推进，其中，第一步扩散和第一次推进的中心温度为810℃，第二步扩散和第二次推进的中心温度为820℃，第三步扩散和第三次推进的中心温度为830℃，于每步扩散中通入携带磷源氮气。中心温度指的是扩散基准温度，由于扩散炉内有多个温区，设置中心温度为810℃，各温区温度可能在810℃附近。磷源氮气是指在温度条件下，通入的氮气所能携带的最大磷源量。作为优选，该磷源为三氯氧磷液态源。本发明将磷源分次通入扩散炉内，解决了高浓度磷源的扩散参数调节余地小及扩散速率不均匀，而造成的PN结结面不平整的问题。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述第一步扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间360s；
所述第一步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间300s。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述第二部扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间480s；
所述第二步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，时间300s。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述第三部扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间540s；
所述第三步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间300s。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述第一步扩散前，还包括如下步骤：
氧化：于温度800℃进行氧化，通入氮气15000sccm-25000sccm，氧气1000sccm-2000sccm，持续时间300s。
在上述方案中，作为优选，于所述氧化步骤前，还包括依次进行的如下步骤：
进舟：将硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为790℃，通入氮气15000sccm-25000sccm；
升温：升温到800℃，通入氮气15000sccm-25000sccm；
恒温：于800℃进行保温，通入氮气15000sccm-25000sccm。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，在所述第三步推进之后，还包括依次进行地如下步骤：
降温：降至中心温度至700℃，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间600s。
取舟：中心温度800℃，通入氮气15000sccm-25000sccm。
在本发明的其中一个实施例中，作为优选，所述第一步扩散、第二步扩散和第三步扩散于升温过程中进行，所述第一步推进、第二步推进和第三步推进于恒温条件下进行。
实施例1
(1)进舟：将硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为790℃，通入氮气15000sccm。
(2)升温：快速升温到800℃，通入氮气15000sccm。
(3)恒温：在800℃进行保温，通入氮气15000sccm。
(4)氧化：在800℃进行氧化，通入氮气15000sccm，氧气1000sccm，时间300s。
(5)第一步扩散：升温扩散，中心温度810℃，携带磷源氮气880sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间360s。
(6)第一步推进：恒温推进，中心温度810℃，氮气15000sccm，时间300s。
(7)第二步扩散：升温扩散，中心温度820℃，携带磷源氮气880sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间480s。
(8)第二步推进：恒温推进，中心温度820℃，氮气15000sccm，时间300s。
(9)第三步扩散：升温扩散，中心温度830℃，携带磷源氮气880sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间540s。
(10)第三步推进：恒温推进，中心温度830℃，氮气15000，时间300s。
(11)降温：中心温度700℃，氮气15000sccm，时间600s；
(12)取舟：中心温度800℃，氮气15000sccm。
使用上述扩散工艺获得的一批400片方块电阻为95Ω/sq，使用常规工艺获得的一批400片方块电阻为90Ω/sq，对比结果如下：
| 工艺方案 | U％ | 开路电压 | 短路电流 | 串联电阻 | 填充因子 | 转换效率 |
| 常规工艺 | 8％ | 0.634V | 8.924A | 0.00197Ω | 79.17％ | 18.41％ |
| 改进工艺 | 5％ | 0.635V | 8.954A | 0.00205Ω | 79.29％ | 18.53％ |
实施例2
(1)进舟：将硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为790℃，通入氮气15000sccm。
(2)升温：快速升温到800℃，通入氮气15000sccm。
(3)恒温：在800℃进行保温，通入氮气15000sccm。
(4)氧化：在800℃进行氧化，通入氮气15000sccm，氧气1000sccm，时间300s。
(5)第一步扩散：升温扩散，中心温度810℃，携带磷源氮气840sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间360s。
(6)第一步推进：恒温推进，中心温度810℃，氮气15000sccm，时间300s。
(7)第二步扩散：升温扩散，中心温度820℃，携带磷源氮气840sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间480s。
(8)第二步推进：恒温推进，中心温度820℃，氮气15000sccm，时间300s。
(9)第三步扩散：升温扩散，中心温度830℃，携带磷源氮气840sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间540s。
(10)第三步推进：恒温推进，中心温度830℃，氮气15000，时间300s。
(11)降温：中心温度700℃，氮气15000sccm，时间600s；
(12)取舟：中心温度800℃，氮气15000sccm。
使用上述扩散工艺获得的一批400片方块电阻为98Ω/sq，使用常规工艺获得的一批400片方块电阻为95Ω/sq，对比结果如下：
实施例3
(1)进舟：将硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为790℃，通入氮气15000sccm。
(2)升温：快速升温到800℃，通入氮气15000sccm。
(3)恒温：在800℃进行保温，通入氮气15000sccm。
(4)氧化：在800℃进行氧化，通入氮气15000sccm，氧气1000sccm，时间300s。
(5)第一步扩散：升温扩散，中心温度810℃，携带磷源氮气820sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间360s。
(6)第一步推进：恒温推进，中心温度810℃，氮气15000sccm，时间300s。
(7)第二步扩散：升温扩散，中心温度820℃，携带磷源氮气820sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间480s。
(8)第二步推进：恒温推进，中心温度820℃，氮气15000sccm，时间300s。
(9)第三步扩散：升温扩散，中心温度830℃，携带磷源氮气820sccm，氧气600sccm，氮气13500sccm，时间540s。
(10)第三步推进：恒温推进，中心温度830℃，氮气15000，时间300s。
(11)降温：中心温度700℃，氮气15000sccm，时间600s；
(12)取舟：中心温度800℃，氮气15000sccm。
使用上述扩散工艺获得的一批400片方块电阻为98Ω/sq，使用常规工艺获得的一批400片方块电阻为98Ω/sq，对比结果如下：
| 工艺方案 | U％ | 开路电压 | 短路电流 | 串联电阻 | 填充因子 | 转换效率 |
| 常规工艺 | 11％ | 0.633V | 8.968A | 0.00236Ω | 79.47％ | 18.57％ |
| 改进工艺 | 7％ | 0.634V | 9.017A | 0.00238Ω | 79.50％ | 18.70％ |
实施例4
(1)进舟：将硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为790℃，通入氮气25000sccm。
(2)升温：快速升温到800℃，通入氮气25000sccm。
(3)恒温：在800℃进行保温，通入氮气25000sccm。
(4)氧化：在800℃进行氧化，通入氮气25000sccm，氧气2000sccm，时间300s。
(5)第一步扩散：升温扩散，中心温度810℃，携带磷源氮气800sccm，氧气600sccm，氮气18000sccm，时间360s。
(6)第一步推进：恒温推进，中心温度810℃，氮气25000sccm，时间300s。
(7)第二步扩散：升温扩散，中心温度820℃，携带磷源氮气800sccm，氧气600sccm，氮气18000sccm，时间480s。
(8)第二步推进：恒温推进，中心温度820℃，氮气25000sccm，时间300s。
(9)第三步扩散：升温扩散，中心温度830℃，携带磷源氮气800sccm，氧气600sccm，氮气18000sccm，时间540s。
(10)第三步推进：恒温推进，中心温度830℃，氮气25000sccm，时间300s。
(11)降温：中心温度700℃，氮气25000sccm，时间600s；
(12)取舟：中心温度800℃，氮气25000sccm。
使用上述扩散工艺获得的一批400片方块电阻为100Ω/sq，使用常规工艺获得的一批400片方块电阻为99Ω/sq，对比结果如下：
| 工艺方案 | U％ | 开路电压 | 短路电流 | 串联电阻 | 填充因子 | 转换效率 |
| 常规工艺 | 10％ | 0.633V | 8.921A | 0.00235Ω | 79.3％ | 18.43％ |
| 改进工艺 | 6％ | 0.634V | 8.966A | 0.00237Ω | 79.38％ | 18.56％ |
实施例5
(1)进舟：将硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为790℃，通入氮气25000sccm。
(2)升温：快速升温到800℃，通入氮气25000sccm。
(3)恒温：在800℃进行保温，通入氮气25000sccm。
(4)氧化：在800℃进行氧化，通入氮气25000sccm，氧气2000sccm，时间300s。
(5)第一步扩散：升温扩散，中心温度810℃，携带磷源氮气800sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm，时间360s。
(6)第一步推进：恒温推进，中心温度810℃，氮气25000sccm，时间300s。
(7)第二步扩散：升温扩散，中心温度820℃，携带磷源氮气800sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm，时间480s。
(8)第二步推进：恒温推进，中心温度820℃，氮气25000sccm，时间300s。
(9)第三步扩散：升温扩散，中心温度830℃，携带磷源氮气800sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm，时间540s。
(10)第三步推进：恒温推进，中心温度830℃，氮气25000sccm，时间300s。
(11)降温：中心温度700℃，氮气25000sccm，时间600s；
(12)取舟：中心温度800℃，氮气25000sccm。
使用上述扩散工艺获得的一批400片方块电阻为97Ω/sq，使用常规工艺获得的一批400片方块电阻为99Ω/sq，对比结果如下：
| 工艺方案 | U％ | 开路电压 | 短路电流 | 串联电阻 | 填充因子 | 转换效率 |
| 常规工艺 | 12％ | 0.633V | 8.905A | 0.00238Ω | 79.2％ | 18.37％ |
| 改进工艺 | 8％ | 0.634V | 8.941A | 0.00240Ω | 79.25％ | 18.49％ |
从上述工艺方案的实验对比结果看，本发明提供的3步扩散、推进的工艺方法，降低了表面掺杂浓度，提高了方块电阻的均匀性，最终串联电阻虽略有增加，但是获得了更高的开路电压和短路电流，同时提高了填充因子，晶硅电池的光电转换效率至少提高了0.12％。
这里说明的模块数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如上所述，根据本发明，实现了四探针测试条件下90-100Ω/sq的高方阻，5点测试均匀性更好，有效降低了结深，减少了表面复合，配合合适的丝网印刷工艺，可以有效提升电池的开路电压和短路电流，使电池效率至少有0.1％的绝对值提升。该工艺过程操作简单，没有增加生产成本，易于工业化推广。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (8)
1.一种用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，包括如下步骤：
依次进行三步扩散和推进，其中，第一步扩散和第一次推进的中心温度为810℃，第二步扩散和第二次推进的中心温度为820℃，第三步扩散和第三次推进的中心温度为830℃，于每步扩散中通入携带磷源氮气。
2.如权利要求1所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，所述第一步扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间360s；
所述第一步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间300s。
3.如权利要求1所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，所述第二部扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间480s；
所述第二步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，时间300s。
4.如权利要求1所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，所述第三部扩散中，通入携带磷源氮气800sccm-880sccm，氧气600sccm，氮气13000sccm-18000sccm，持续时间540s；
所述第三步推进中，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间300s。
5.如权利要求1至4任一所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，所述第一步扩散前，还包括如下步骤：
氧化：于温度800℃进行氧化，通入氮气15000sccm-25000sccm，氧气1000sccm-2000sccm，持续时间300s。
6.如权利要求5所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，于所述氧化步骤前，还包括依次进行的如下步骤：
进舟：将硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为790℃，通入氮气15000sccm-25000sccm；
升温：升温到800℃，通入氮气15000sccm-25000sccm；
恒温：于800℃进行保温，通入氮气15000sccm-25000sccm。
7.如权利要求5所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，在所述第三步推进之后，还包括依次进行地如下步骤：
降温：降至中心温度至700℃，通入氮气15000sccm-25000sccm，持续时间600s。
取舟：中心温度800℃，通入氮气15000sccm-25000sccm。
8.如权利要求1所述的用于晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，所述第一步扩散、第二步扩散和第三步扩散于升温过程中进行，所述第一步推进、第二步推进和第三步推进于恒温条件下进行。
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