CN107093648B - 一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池领域，公开了一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，包括以下步骤：（1）制绒；（2）扩散：采用两步通源工艺对硅片进行扩散；（3）清洗；（4）退火：将硅片放入退火设备中升温至720±30℃，退火20‑30min；接着降温至650‑680℃，保持7‑10min；然后取出硅片降至室温；（5）干法刻蚀；（6）二次清洗；（7）镀膜；（8）丝印。本发明具有以下优点：1）实现干法刻蚀退火工艺避免Rsh值偏小问题2）电池片Uoc提升1.5 mV‑2mV，转换效率提升0.05%以上。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备领域，尤其涉及一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池在光伏产业中主要朝高效方向发展，认为廉价、高效的太阳能电池，是当前太阳能电池研究的热点，也是未来太阳能电池发展的方向。减少对煤、石油能源的依赖，转向以太阳能为核心的绿色新能源是人类真正的福祉。太阳每天照射到地球上的能量比全球60亿人口27年消耗的总能量还要多。我国西部地区每年平均有3000小时光照时间，高于世界平均光照水平。如建成10兆瓦太阳能电池，每年将减少15500吨二氧化碳、二氧化硫气体的排放。太阳能电池板按25年寿命计算，将会减少46万吨二氧化碳、二氧化硫气体的排放。所以今年来联合国环境保护组织，世界银行，能源组织和各国政府纷纷强调要重视太阳能这类再生能源的开发与应用。2000年我国国务院正式将以太阳能为核心的绿电能源立为新世纪六大重要支柱产业之一。随着市场竞争的越演越烈、补贴金的一路下滑以及硅价格的不断缩水，而设备、辅材依然坚挺，可压缩的材料与销售成本空间越来越小的形势，使得企业对于提升利润的目光纷纷转向高效太阳能。根据计算，每提高1％的绝对效率，就会降低4％的生产成本，而且现在国内普遍不到20％的转换效率距已验证的最高22.3％的效率有极大的技术发展空间。
目前，在常规工艺电池技术方面，方块电阻越高，电池片表面复合中心浓度越低，制约电池片表面复合中心浓度进一步突破性下降的主要因素是扩散方块电阻方面遇到了瓶颈：当前技术条件下，方阻基本只能做到80欧姆左右，方块电阻进一步提升，会导致电池片方阻片内均匀性变差，且稳定性不好，电池转换效率得不到有效提升。随着一些新技术的研发，行业中出现了诸如：离子注入、背钝化、SE、二次印刷、N型电池等新技术，由于此类技术需要引进价格高昂的设备，短时间难以产生明显经济效益，故研究如何改进工艺，在较低成本下能够利用现有常规产线制造工艺开提升转换效率很有必要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法。
本发明的具体技术方案为：一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，包括以下步骤：
(1)制绒；
(2)扩散：采用两步通源工艺对硅片进行扩散；
(3)清洗；
(4)退火：将硅片放入退火设备中升温至720±30℃，退火20-30min；接着降温至650-680℃，保持7-10min；然后取出硅片降至室温；
(5)干法刻蚀；
(6)二次清洗；
(7)镀膜；
(8)丝印。
本申请人之前采用的硅片制备的工艺流程为制绒-扩散-湿法刻蚀-清洗-氧化-PECVD-丝印，而本发明采用干法刻蚀工艺，但是如果照搬湿法刻蚀的工艺流程，由于干法刻蚀是把硅片边缘的PN结刻蚀掉，如果按湿法刻蚀的氧化工艺流程，刻蚀完后再进行氧化时硅片的磷会在硅片边缘再次形成PN结，导致Rsh偏小，形成短路。为了解决上述技术问题，本发明人根据自身经验以及长期探索，开发出了上述工艺流程，采用该技术方案能够使硅片先形成氧化，再次刻蚀，从而避免了短路的现象。本发明在干法刻蚀前进行了退火工艺，并将刻蚀后氧化工序去除了，虽然表面看上去方案较为简单，但是退火工艺的具体操作过程具有举足轻重的作用，必须控制好该工艺，否则会严重影响硅片质量。对于本领域普通技术人员而言并非是常规技术手段和显而易见的。
作为优选，所述硅片为单晶硅片或多晶硅片。
作为优选，步骤(2)的扩散工艺具体为：
硅片低温沉积：采用相对低沉积步温度及相对低浓度的POCL3，沉积温度748-752℃，沉积时间9min-11min。
二步沉积：升温至800℃-810℃，进行相对高浓度的POCL3二步沉积，沉积保持3min-4min，再升温至850℃-870℃，保持10min-16min。
三步降温吸杂出炉：按810℃-800℃-750℃三个阶段逐步降温，每个阶段分别用400s降温通氧氧化，氧气流量为4000sccm。
本发明采用低温扩散+分步升温推进的扩散方案，可减少单晶电池片表面死层，提高少子寿命，改善方阻均匀性，从而提升Uoc，提高光电转换效率。
作为优选，硅片低温沉积过程中POCL3的流量为900-1000sccm。
作为优选，二步沉积过程中POCL3的流量为1600-1700sccm。
作为优选，步骤(4)中的升温过程中将硅片用20-30min升温至720±30℃。
作为优选，步骤(4)的降温过程中用10-15min降温至650-680℃。
作为优选，步骤(4)过程中大氮量17000sccm。
作为优选，步骤(3)的清洗和步骤(6)的二次清洗工艺具体为：对硅片用8-10wt％的氢氟酸清洗200-300s。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明以衡温退火来修复晶格，减少高温扩散带来的热缺陷，降低漏电，提升Uoc、Isc，同时该退火工艺能起到二次推进的作用，更进一步降低“死层”、激活磷原子，提高载流子(电子-空穴对)密度，与行业现有制备工艺相比，该单晶电池扩散退火工艺具有以下优点：1)实现干法刻蚀退火工艺避免Rsh值偏小问题2)电池片Uoc提升1.5mV-2mV，转换效率提升0.05％以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，包括以下步骤：
选用156.75mm X 210mm的单晶硅片三主栅。
(1)制绒；
(2)扩散：采用两步通源工艺对单晶硅片进行扩散：
硅片低温沉积：采用相对低沉积步温度及相对低浓度的POCL3，沉积温度750℃，沉积时间10min；POCL3的流量为950sccm。
二步沉积：升温至805℃，进行相对高浓度的POCL3二步沉积，沉积保持3.5min，再升温至860℃，保持13min；POCL3的流量为1650sccm。
三步降温吸杂出炉：按810℃-800℃-750℃三个阶段逐步降温，每个阶段分别用400s降温通氧氧化，氧气流量为4000sccm。
(3)清洗：对硅片用9wt％的氢氟酸清洗250s。
(4)退火：将硅片放入退火设备中用25min升温至720℃，退火25min；接着用12.5min降温至665℃，保持8.5min；期间大氮量17000sccm；然后取出硅片降至室温；
(5)干法刻蚀；
(6)二次清洗：对硅片用9wt％的氢氟酸清洗250s。
(7)镀膜；
(8)丝印。
实施例2
一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，包括以下步骤：
选用156.75mm X 210mm的单晶硅片四主栅。
(1)制绒；
(2)扩散：采用两步通源工艺对硅片进行扩散：
硅片低温沉积：采用相对低沉积步温度及相对低浓度的POCL3，沉积温度748℃，沉积时间11min；POCL3的流量为900sccm。
二步沉积：升温至800，进行相对高浓度的POCL3二步沉积，沉积保持4min，再升温至850℃，保持16min；POCL3的流量为1600sccm。
三步降温吸杂出炉：按810℃-800℃-750℃三个阶段逐步降温，每个阶段分别用400s降温通氧氧化，氧气流量为4000sccm。
(3)清洗：对硅片用8wt％的氢氟酸清洗300s。
(4)退火：将硅片放入退火设备中用20min升温至690℃，退火30min；接着用10min降温至650℃，保持10min；期间大氮量17000sccm。然后取出硅片降至室温。
(5)干法刻蚀；
(6)二次清洗：对硅片用8wt％的氢氟酸清洗300s。
(7)镀膜；
(8)丝印。
实施例3
一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，包括以下步骤：
选用多晶硅片。
(1)制绒；
(2)扩散：采用两步通源工艺对硅片进行扩散：
硅片低温沉积：采用相对低沉积步温度及相对低浓度的POCL3，沉积温度752℃，沉积时间9minmin；POCL3的流量为1000sccm。
二步沉积：升温至810℃，进行相对高浓度的POCL3二步沉积，沉积保持3min，再升温至870℃，保持10min；POCL3的流量为1700sccm。
三步降温吸杂出炉：按810℃-800℃-750℃三个阶段逐步降温，每个阶段分别用400s降温通氧氧化，氧气流量为4000sccm。
(3)清洗：对硅片用10wt％的氢氟酸清洗200s。
(4)退火：将硅片放入退火设备中用30min升温至750℃，退火20min；接着用15min降温至680℃，保持7min；期间大氮量17000sccm。然后取出硅片降至室温；
(5)干法刻蚀；
(6)二次清洗：对硅片用10wt％的氢氟酸清洗200s。
(7)镀膜；
(8)丝印。
对实施例1和实施例2制得的产品以及常规工艺制得的产品进行电性能测试，结果如下：
由上可知，本发明工艺制得产品在各项性能上均由于常规工艺制得的产品，特别是电池片Uoc能够提升1.5mV-2mV，转换效率(NCELL)提升0.05％以上。上述数据虽然看似提升的百分比不是很大，但是对于本领域来说，能够实现上述性能的提升已经是很大的突破了。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制绒；
（2）扩散：采用两步通源工艺对硅片进行扩散：
硅片低温沉积：采用相对低沉积温度及相对低浓度的POCl3，沉积温度 748-752℃，沉积时间9min-11min；
二步沉积：升温至800℃-810℃，进行相对高浓度的POCl3二步沉积，沉积保持3min-4min，再升温至850℃-870℃，保持10min-16min；
三步降温吸杂出炉：按810℃-800℃-750℃三个阶段逐步降温，每个阶段分别用400s降温通氧氧化，氧气流量为4000sccm；
（3）清洗；
（4）退火：将硅片放入退火设备中升温至720±30℃，退火20-30min；接着降温至650-680℃，保持7-10min；然后取出硅片降至室温；
（5）干法刻蚀；
（6）二次清洗；
（7）镀膜；
（8）丝印。
2.如权利要求1所述的一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，其特征在于，所述硅片为单晶硅片或多晶硅片。
3.如权利要求1所述的一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，其特征在于，硅片低温沉积过程中POCl3的流量为900-1000sccm。
4.如权利要求3所述的一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，其特征在于，二步沉积过程中POCl3的流量为1600-1700sccm。
5.如权利要求1所述的一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，其特征在于，步骤（4）中的升温过程中将硅片用20-30min升温至720±30℃。
6.如权利要求5所述的一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，其特征在于，步骤（4）的降温过程中用10-15min降温至650-680℃。
7.如权利要求6所述的一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，其特征在于，步骤（4）过程中大氮量17000sccm。
8.如权利要求1所述的一种应用于太阳能电池的扩散退火和干法刻蚀方法，其特征在于，步骤（3）的清洗和步骤（6）的二次清洗工艺具体为：对硅片用8-10wt%的氢氟酸清洗200-300s。
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Denomination of invention: A diffusion annealing and dry etching method for solar cells Effective date of registration: 20210804 Granted publication date: 20181019 Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: HENGDIAN GROUP DMEGC MAGNETICS Co.,Ltd. Registration number: Y2021330001068 |
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