CN107437573A - 太阳能电池硅片的扩散方法、管式扩散炉、太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池硅片的扩散方法、管式扩散炉、太阳能电池，太阳能电池硅片的扩散方法包括步骤：将硅片送至扩散炉管内；加热扩散炉管，以使扩散炉管内的温度沿工艺气体充入扩散炉管的方向增高；对扩散炉管内的硅片进行扩散。上述太阳能电池硅片的扩散方法，通过加热扩散炉管使得扩散炉管内的温度沿工艺气体充入扩散炉管的方向增高，则扩散炉管内工艺气体浓度较大的位置温度较低、工艺气体浓度较小的位置温度较高，由于工艺气体的浓度越大扩散电阻越小、扩散炉管的温度越高扩散电阻越小，则提高了扩散方阻的一致性，提高了扩散均匀性。

Description

太阳能电池硅片的扩散方法、管式扩散炉、太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能电池硅片的扩散方法、管式扩散炉、太阳能电池。
背景技术
目前，将硅片制作为太阳能电池主要包括步骤：制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结。其中，扩散是指在硅片的表层进行掺杂制成PN结结构。
常规管式扩散的方法为：将硅片依序放入石英舟中，将载有硅片的石英舟推送入管式扩散炉的扩散炉管内，并将扩散炉管升温至第一预设温度；向扩散炉管内通入工艺气体，扩散炉管保持均衡温度一定时间，以进行恒定源扩散；停止通入工艺气体，扩散炉管保持均衡温度一定时间，以进行限定源扩散；当扩散炉管的温度降至第二预设温度时，取出硅片，完成扩散。
上述扩散方法中，工艺气体自扩散炉管的炉尾至扩散炉管的炉口经过硅片，受气体流向影响，炉尾处工艺气体的浓度较高，炉口处工艺气体的浓度较低。由于在恒定源扩散和限定源扩散期间，都是保持一个均衡的温度进行扩散，即扩散炉管内各个位置的温度相等，工艺气体的浓度越大扩散电阻越小，扩散炉管的温度越高扩散电阻越小，导致采用上述扩散方法扩散后扩散方阻自炉口到炉尾递减，扩散方阻的一致性较差，扩散均匀性较差。
综上所述，如何扩散太阳能电池硅片，以提高扩散方阻的一致性，提高扩散均匀性，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池硅片的扩散方法，以提高扩散方阻的一致性，提高扩散均匀性。本发明的另一目的是提供一种管式扩散炉，该管式扩散炉能够根据上述太阳能电池硅片的扩散方法完成扩散。本发明的另一目的是提供一种太阳能电池，该太阳能电池的PN结由上述太阳能电池硅片的扩散方法制作。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种太阳能电池硅片的扩散方法，包括步骤：
将硅片送至扩散炉管内；
加热所述扩散炉管，以使所述扩散炉管内的温度沿工艺气体充入所述扩散炉管的方向增高；
对所述扩散炉管内的硅片进行扩散。
优选地，所述工艺气体自所述扩散炉管的炉尾向所述扩散炉管的炉口充入所述扩散炉管。
优选地，所述扩散炉管包括至少两个管段，相邻两个所述管段内的温度沿工艺气体充入所述扩散炉管的方向增高。
优选地，所述扩散炉管内的温度沿工艺气体充入所述扩散炉管的方向递增。
优选地，所述扩散炉管内的最高温度和最低温度的差值为1℃-20℃，所述扩散炉管内的温度不小于780℃且不大于800℃。
优选地，所述工艺气体包括：氧气、氮气和携带杂质源的氮气，其中，所述氧气的流量为500sccm-1000sccm，所述氮气的流量为5slm-10slm，所述氮气的流量为500sccm-1000sccm。
优选地，对所述扩散炉管内的硅片进行扩散具体包括步骤：
对所述硅片进行恒定源扩散；
待所述恒定源扩散结束后，对所述硅片进行限定源扩散；
待所述限定源扩散结束后，将所述硅片的温度降至预设温度。
优选地，所述恒定源扩散的时间为5min-20min，所述限定源扩散的时间为5min-20min。
本发明提供的太阳能电池硅片的扩散方法，通过加热扩散炉管使得扩散炉管内的温度沿工艺气体充入扩散炉管的方向增高，则扩散炉管内工艺气体浓度较大的位置温度较低、工艺气体浓度较小的位置温度较高，由于工艺气体的浓度越大扩散电阻越小、扩散炉管的温度越高扩散电阻越小，则提高了扩散方阻的一致性，提高了扩散均匀性。
基于上述提供的太阳能电池硅片的扩散方法，本发明还提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池的PN结由上述任意一项所述的扩散方法制作。
基于上述提供的太阳能电池硅片的扩散方法，本发明还提供了一种管式扩散炉，管式扩散炉包括：扩散炉管和加热模块，其中，所述加热模块加热所述扩散炉管以使所述扩散炉管内的温度沿工艺气体充入所述扩散炉管的方向增高。
优选地，所述加热模块至少为两个，且所述加热模块沿所述扩散炉管的充气方向分布，相邻两个所述加热模块的加热温度沿所述扩散炉管的充气方向增高。
优选地，所述加热模块为加热丝，且所述加热丝缠绕于所述扩散炉管上。
优选地，所述扩散炉管内的最高温度和最低温度的差值为1℃-20℃，所述扩散炉管内的温度不小于780℃且不大于800℃。
优选地，所述加热模块套设于所述扩散炉管的外侧。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的管式扩散炉的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的太阳能电池硅片的扩散方法，包括步骤：
S01：将硅片送至扩散炉管内：
为了便于放置硅片7，通常将硅片7放置在石英舟上，将载有硅片7的石英舟放入扩散炉管6内。扩散炉管6内的硅片7为多个，且沿工艺气体充入扩散炉管6的方向分布。扩散炉管6具有炉口和炉尾，炉口处设有炉门61，打开炉门61，将载有硅片7的石英舟放入扩散炉管6内。上述炉口和炉尾分别位于扩散炉管6的长度方向的两端。
S02：加热扩散炉管，以使扩散炉管内的温度沿工艺气体充入扩散炉管的方向增高：
扩散过程中，需要向扩散炉管6内充入工艺气体。通常工艺气体的充入方向为扩散炉管6的长度方向。受气体流向影响，沿工艺气体的充入方向，工艺气体的浓度降低。为了提高扩散均匀性，要求扩散炉管6内的温度沿工艺气体充入扩散炉管6的方向增高。在实际操作过程中，扩散炉管6内的温度的增高程度和工艺气体的浓度降低程度相匹配，以保证提高扩散均匀性。
S03：对扩散炉管内的硅片进行扩散：
对于硅片7进行扩散，存在多种方式。优选地，对扩散炉管6内的硅片7进行扩散具体包括步骤：对硅片7进行恒定源扩散；待恒定源扩散结束后，对硅片7进行限定源扩散；待限定源扩散结束后，将硅片7的温度降至预设温度，即完成扩散。
具体地，恒定源扩散和限定源扩散为现有扩散模式，其中，恒定源扩散是指持续通入工艺气体保持硅片7表面杂质浓度不变的情况下进行扩散；限定源扩散是指停止通入工艺气体，仅利用硅片7表面留下的杂质进行扩散。
对于恒定源扩散的扩散时间和限定源扩散的扩散时间，根据实际需要进行设计。优选地恒定源扩散的扩散时间为5min-20min，限定源扩散的扩散时间为5min-20min。当然，也可选择上述扩散时间为其他数值，并不局限于此。
上述步骤S01、步骤S02、步骤S03中，步骤S01、步骤S02的先后顺序可进行互换，也可同时进行，并不局限于上述实施例。
本发明实施例提供的太阳能电池硅片的扩散方法，通过加热扩散炉管6使得扩散炉管6内的温度沿工艺气体充入扩散炉管6的方向增高，则扩散炉管6内工艺气体浓度较大的位置温度较低、工艺气体浓度较小的位置温度较高，由于工艺气体的浓度越大扩散电阻越小、扩散炉管6的温度越高扩散电阻越小，则提高了扩散方阻的一致性，提高了扩散均匀性。
经过试验，采用传统扩散方法后，扩散方阻自炉口到炉尾存在20～30Ω/□的波动；而采用本发明实施例提供的太阳能电池硅片的扩散方法后，扩散方阻自炉口到炉尾的波动可控制在5Ω/□内。其中，“Ω/□”为本领域技术人员所熟知的方阻单位，本文不再赘述。
上述太阳能电池硅片的扩散方法中，工艺气体可自炉口向炉尾充入，也可自炉尾向炉口充入。为了方便充入，优先选择工艺气体自扩散炉管6的炉尾向扩散炉管6的炉口充入扩散炉管6。
具体地，上述扩散炉管6的炉尾处设有进气管62，工艺气体自进气管62进入扩散炉管6内，当工艺气体到达炉口处，进入出气管63，然后经出气管63排出扩散炉管6。可以理解的是，出气管63的进口位于扩散炉管6的炉口，出气管63的出口位于扩散炉管6的炉尾。
上述太阳能电池硅片的扩散方法中，扩散炉管6内的温度沿工艺气体充入扩散炉管6的方向增高，可逐渐增高，也可突变增高。
优选地，扩散炉管6包括至少两个管段，相邻两个管段内的温度沿工艺气体充入扩散炉管6的方向增高。此时，扩散炉管6内的温度沿工艺气体充入扩散炉管6的方向突变增高。对于管段的数目，根据实际需要进行选择，例如管段为5个、6个或7个等。
优选地，扩散炉管6内的温度沿工艺气体充入扩散炉管6的方向递增。
为了提高扩散质量，上述扩散炉管6内的最高温度和最低温度的差值为1℃-20℃，扩散炉管6内的温度不小于780℃且不大于800℃。
具体地，当扩散炉管6包括至少两个管段，任意一个管段内的温度不小于780℃且不大于800℃。
当然，可选择扩散炉管6内的最高温度和最低温度的差值为其他数值，并不局限于上述实施例。
优选地，上述工艺气体包括：氧气、氮气和携带杂质源的氮气，其中，氧气的流量为500sccm-1000sccm，氮气的流量为5slm-10slm，氮气的流量为500sccm-1000sccm。
当然，也可选择上述工艺气体为其他类型，气体的流量亦可为其他数值，并不局限于上述实施例。
基于上述实施例提供的太阳能电池硅片的扩散方法，本发明实施例还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池的PN结由上述实施例提供的太阳能电池硅片的扩散方法制作。
需要说明的是，PN结为空间电荷区。
由于上述太阳能电池硅片的扩散方法具有上述技术效果，上述太阳能电池的PN结由上述太阳能电池硅片的扩散方法制作，则上述太阳能电池也具有相应的技术效果，本文不再赘述。
基于上述实施例提供的太阳能电池硅片的扩散方法，本发明实施例还提供了一种管式扩散炉，如图1所示，该管式扩散炉包括：扩散炉管6和加热模块；其中，加热模块加热扩散炉管6以使扩散炉管6内的温度沿工艺气体充入扩散炉管6的方向增高。
本发明实施例提供的管式扩散炉中，扩散炉管6内的温度沿工艺气体充入扩散炉管6的方向增高，则在扩散过程中，能够实现扩散炉管内的温度沿扩散炉管6的充气方向增高，使得扩散炉管6内工艺气体浓度较大的位置温度较低、工艺气体浓度较小的位置温度较高，由于工艺气体的浓度越大扩散电阻越小、扩散炉管6的温度越高扩散电阻越小，则提高了扩散方阻的一致性，提高了扩散均匀性。
优选地，上述加热模块至少为两个，且加热模块沿扩散炉管6的充气方向分布，相邻两个加热模块的加热温度沿扩散炉管6的充气方向增高。可以理解的，任意两个加热模块的加热温度不同，且加热模块的加热温度沿扩散炉管6的充气方向增高。
上述的管式扩散炉中，扩散炉管6的充气方向通常为扩散炉管6的长度方向，则加热模块沿扩散炉管6的长度方向分布，如图1所示。
对于加热模块的数目，根据实际需要进行设计，例如加热模块为五个，分布为第一加热模块1、第二加热模块2、第三加热模块3、第四加热模块4和第五加热模块5。第一加热模块1、第二加热模块2、第三加热模块3、第四加热模块4和第五加热模块5沿扩散炉管6的充气方向分布，第五加热模块5、第四加热模块4、第三加热模块3、第二加热模块2和第一加热模块1、沿扩散炉管6的充气方向增高。
当然，也可选择加热模块为其他个，例如四个、六个等，本发明实施例对此不做限定。
对于加热模块的类型，根据实际需要进行设计，例如加热模块为加热丝、加热管、加热板或者其他加热模块。优选地，上述加热模块为加热丝，且加热丝缠绕于扩散炉管6上。这样，方便了设置加热模块，也便于提高加热模块的加热效率。
上述管式扩散炉中，也可选择加热模块为一个，加热模块的加热温度沿沿扩散炉管6的充气方向增高，并不局限于上述实施例。
为了提高扩散质量，上述扩散炉管6内的最高温度和最低温度的差值为1℃-20℃，扩散炉管6内的温度不小于780℃且不大于800℃。
当然，可选择扩散炉管6内的最高温度和最低温度的差值为其他数值，并不局限于上述实施例。
上述管式扩散炉中，加热模块可设置在扩散炉管6的一侧，也可与扩散炉管6套设相连。为了提高加热效率，上述加热模块套设于扩散炉管6的外侧。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种太阳能电池硅片的扩散方法，其特征在于，包括步骤：
将硅片送至扩散炉管内；
加热所述扩散炉管，以使所述扩散炉管内的温度沿工艺气体充入所述扩散炉管的方向增高；
对所述扩散炉管内的硅片进行扩散。
2.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述工艺气体自所述扩散炉管的炉尾向所述扩散炉管的炉口充入所述扩散炉管。
3.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述扩散炉管包括至少两个管段，相邻两个所述管段内的温度沿工艺气体充入所述扩散炉管的方向增高。
4.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述扩散炉管内的温度沿工艺气体充入所述扩散炉管的方向递增。
5.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述扩散炉管内的最高温度和最低温度的差值为1℃-20℃，所述扩散炉管内的温度不小于780℃且不大于800℃。
6.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述工艺气体包括：氧气、氮气和携带杂质源的氮气，其中，所述氧气的流量为500sccm-1000sccm，所述氮气的流量为5slm-10slm，所述氮气的流量为500sccm-1000sccm。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的扩散方法，其特征在于，对所述扩散炉管内的硅片进行扩散具体包括步骤：
对所述硅片进行恒定源扩散；
待所述恒定源扩散结束后，对所述硅片进行限定源扩散；
待所述限定源扩散结束后，将所述硅片的温度降至预设温度。
8.根据权利要求7所述的扩散方法，其特征在于，所述恒定源扩散的时间为5min-20min，所述限定源扩散的时间为5min-20min。
9.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的PN结由如权利要求1-8中任意一项所述的扩散方法制作。
10.一种管式扩散炉，其特征在于，包括：扩散炉管和加热模块，其中，所述加热模块加热所述扩散炉管以使所述扩散炉管内的温度沿工艺气体充入所述扩散炉管的方向增高。
11.根据权利要求10所述的管式扩散炉，其特征在于，所述加热模块至少为两个，且所述加热模块沿所述扩散炉管的充气方向分布，相邻两个所述加热模块的加热温度沿所述扩散炉管的充气方向增高。
12.根据权利要求11所述的管式扩散炉，其特征在于，所述加热模块为加热丝，且所述加热丝缠绕于所述扩散炉管上。
13.根据权利要求10所述的管式扩散炉，其特征在于，所述扩散炉管内的最高温度和最低温度的差值为1℃-20℃，所述扩散炉管内的温度不小于780℃且不大于800℃。
14.根据权利要求10所述的管式扩散炉，其特征在于，所述加热模块套设于所述扩散炉管的外侧。
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