CN107681022A - 一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，对于绒面尺寸为0.1～2μm的晶体硅片，通过低压氧化工艺，在晶体硅小绒面结构的表面生成了一层均匀的SiO2层，不仅可以降低表面复合速率，提升少子寿命，解决晶体硅小绒面结构的表面钝化问题，而且可以降低发射极表面掺杂浓度，解决小绒面结构表面掺杂浓度过高的问题，使得“死层”的影响明显减弱，提高电池的短波响应；同时，在低压状态下进行氧化工艺，提高了扩散炉炉管内气体的稳定性、均匀性及环境洁净度，大大提高了氧化后方阻的均匀性，提高电池效率，同时还可以解决常压氧化硅片表面外观异常问题，硅片表面白点等外观异常数量明显减少，有效提高了电池产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅电池领域，特别是一种晶体硅制绒工艺。
背景技术
高效率、低成本晶体硅电池是未来光伏市场的主流方向，而如何尽可能避免光学和电学损失，是研究关注的两个核心问题。
陷光技术是解决光学损失、提升太阳光谱利用率的重要手段。为提高晶体硅电池表面陷光效果，提升对光的吸收，小绒面结构被越来越多的应用于晶体硅电池中。然而，由于绒面尺寸从微米级下降到准微米级对太阳电池扩散工艺和减反射膜沉积工艺影响较大，容易引起扩散表面掺杂浓度高和钝化效果差等问题。有人尝试采用在减反射膜沉积工序之前增加传统热氧化工艺来解决这一问题，然而传统热氧化工艺会引起氧化后方阻不均匀、钝化效果差等问题，并容易产生白点等外观不良，影响电池片外观质量。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，提升产品质量。
技术方案：一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，包括以下步骤：
步骤一：进舟：向低压扩散炉炉管内通入氮气，同时将刻蚀清洗后的表面具有小绒面结构的硅片插入石英舟后送入炉管内；
步骤二：升温：停止通入氮气，升温至600～850℃，并将炉管内气体压力控制在50～150mbar；
步骤三：检漏保压：检测炉管内气体压力，控制炉管内温度在600～850℃、气体压力在50～150mbar，保压时间为1～3min；
步骤四：氧化：向炉管内通入氧气，通入时间为5～30min，控制炉管内温度在600～850℃、气体压力在50～150mbar；
步骤五：出舟：停止通入氧气，向炉管内通入氮气，并将炉管内温度降至500～700℃、气体压力升至900～1000mbar，然后石英舟出炉管，取出氧化后的硅片。
进一步的，步骤一中，进舟过程中持续通入氮气，氮气流量为1500～3500sccm。
进一步的，步骤四中，氧气流量为1000～2000sccm。
进一步的，步骤五中，氮气流量为1500～3000sccm。
进一步的，所述表面具有小绒面结构的硅片，其绒面尺寸为0.1～2μm。
进一步的，所述氧化后的硅片，在所述小绒面结构上形成的氧化层厚度为1～5nm。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：通过低压氧化工艺，在晶体硅小绒面结构的表面生成了一层均匀的SiO2层，不仅可以降低表面复合速率，提升少子寿命，解决晶体硅小绒面结构的表面钝化问题，而且可以降低发射极表面掺杂浓度，解决小绒面结构表面掺杂浓度过高的问题，使得“死层”的影响明显减弱，提高电池的短波响应；同时，在低压状态下进行氧化工艺，提高了扩散炉炉管内气体的稳定性、均匀性及环境洁净度，大大提高了氧化后方阻的均匀性，提高电池效率，同时还可以解决常压氧化硅片表面外观异常问题，硅片表面白点等外观异常数量明显减少，有效提高了电池产品质量。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，包括以下步骤：
步骤一：进舟：向低压扩散炉炉管内持续通入流量为1500sccm的氮气，同时将刻蚀清洗后的硅片插入石英舟后送入炉管内；该硅片表面具有小绒面结构的绒面尺寸为0.5μm。
步骤二：升温：停止通入氮气，升温至600℃，并将炉管内气体压力控制在60mbar。
步骤三：检漏保压：检测炉管内气体压力，控制炉管内温度在600℃、气体压力在60mbar，保压时间为2min。
步骤四：氧化：向炉管内通入流量为1000sccm的氧气，通入时间为5min，控制炉管内温度在600℃、气体压力在60mbar。
步骤五：出舟：停止通入氧气，向炉管内通入流量为1500sccm的氮气，并将炉管内温度降至500℃、气体压力升至1000mbar，然后石英舟出炉管，取出氧化后的硅片，在小绒面结构上形成的SiO2氧化层厚度为2nm。
本实施例制得的在小绒面结构(绒面尺寸0.1μm)上形成氧化层的晶体硅片，与常规氧化工艺制得的在小绒面结构(绒面尺寸0.1μm)上形成氧化层的晶体硅片相比：发射极方块电阻不均匀度从20.3％下降到11.1％，硅片表面白点比率从12％下降到1％，硅片平均表面复合速率从350cm/s降低到140cm/s、平均少子寿命从7μs增加到16μs，电池效率提升0.15％。
实施例2
一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，包括以下步骤：
步骤一：进舟：向低压扩散炉炉管内持续通入流量为1500sccm的氮气，同时将刻蚀清洗后的硅片插入石英舟后送入炉管内；该硅片表面具有小绒面结构的绒面尺寸为0.5μm。
步骤二：升温：停止通入氮气，升温至600℃，并将炉管内气体压力控制在50mbar。
步骤三：检漏保压：检测炉管内气体压力，控制炉管内温度在600℃、气体压力在65mbar，保压时间为1.5min。
步骤四：氧化：向炉管内通入流量为1000sccm的氧气，通入时间为9min，控制炉管内温度在600℃、气体压力在75mbar。
步骤五：出舟：停止通入氧气，向炉管内通入流量为1500sccm的氮气，并将炉管内温度降至500℃、气体压力升至1000mbar，然后石英舟出炉管，取出氧化后的硅片，在小绒面结构上形成的SiO2氧化层厚度为2nm。
本实施例制得的在小绒面结构(绒面尺寸0.5μm)上形成氧化层的晶体硅片，与常规氧化工艺制得的在小绒面结构(绒面尺寸0.5μm)上形成氧化层的晶体硅片相比：发射极方块电阻不均匀度从19.2％下降到9.4％，硅片表面白点比率从10.5％下降到0.9％，硅片平均表面复合速率从329cm/s降低到135cm/s、平均少子寿命从9μs增加到19μs，电池效率提升0.12％。
实施例3
一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，包括以下步骤：
步骤一：进舟：向低压扩散炉炉管内持续通入流量为2500sccm的氮气，同时将刻蚀清洗后的硅片插入石英舟后送入炉管内；该硅片表面具有小绒面结构的绒面尺寸为1μm。
步骤二：升温：停止通入氮气，升温至700℃，并将炉管内气体压力控制在80mbar。
步骤三：检漏保压：检测炉管内气体压力，控制炉管内温度在700℃、气体压力在100mbar，保压时间为2.5min。
步骤四：氧化：向炉管内通入流量为1500sccm的氧气，通入时间为30min，控制炉管内温度在700℃、气体压力在100mbar。
步骤五：出舟：停止通入氧气，向炉管内通入流量为2000sccm的氮气，并将炉管内温度降至600℃、气体压力升至1000mbar，然后石英舟出炉管，取出氧化后的硅片，在小绒面结构上形成的SiO2氧化层厚度为3nm。
本实施例制得的在小绒面结构(绒面尺寸1μm)上形成氧化层的晶体硅片，与常规氧化工艺制得的在小绒面结构(绒面尺寸1μm)上形成氧化层的晶体硅片相比：发射极方块电阻不均匀度从16.5％下降到8％，硅片表面白点比率从10％下降到085％，硅片平均表面复合速率从301cm/s降低到126cm/s、平均少子寿命从10μs增加到20μs，电池效率提升0.11％。
实施例4
一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，包括以下步骤：
步骤一：进舟：向低压扩散炉炉管内持续通入流量为3500sccm的氮气，同时将刻蚀清洗后的硅片插入石英舟后送入炉管内；该硅片表面具有小绒面结构的绒面尺寸为1.5μm。
步骤二：升温：停止通入氮气，升温至650℃，并将炉管内气体压力控制在150mbar。
步骤三：检漏保压：检测炉管内气体压力，控制炉管内温度在780℃、气体压力在150mbar，保压时间为3min。
步骤四：氧化：向炉管内通入流量为2000sccm的氧气，通入时间为5min，控制炉管内温度在780℃、气体压力在150mbar。
步骤五：出舟：停止通入氧气，向炉管内通入流量为3000sccm的氮气，并将炉管内温度降至500℃、气体压力升至1000mbar，然后石英舟出炉管，取出氧化后的硅片，在小绒面结构上形成的SiO2氧化层厚度为1nm。
本实施例制得的在小绒面结构(绒面尺寸1.5μm)上形成氧化层的晶体硅片，与常规氧化工艺制得的在小绒面结构(绒面尺寸1.5μm)上形成氧化层的晶体硅片相比：发射极方块电阻不均匀度从14.5％下降到8％，硅片表面白点比率从10％下降到0.8％，硅片平均表面复合速率从275cm/s降低到110cm/s、平均少子寿命从13μs增加到26μs，电池效率提升0.08％。
实施例5
一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，包括以下步骤：
步骤一：进舟：向低压扩散炉炉管内持续通入流量为3500sccm的氮气，同时将刻蚀清洗后的硅片插入石英舟后送入炉管内；该硅片表面具有小绒面结构的绒面尺寸为2μm。
步骤二：升温：停止通入氮气，升温至850℃，并将炉管内气体压力控制在50mbar。
步骤三：检漏保压：检测炉管内气体压力，控制炉管内温度在850℃、气体压力在50mbar，保压时间为1min。
步骤四：氧化：向炉管内通入流量为1500sccm的氧气，通入时间为20min，控制炉管内温度在850℃、气体压力在50mbar。
步骤五：出舟：停止通入氧气，向炉管内通入流量为3000sccm的氮气，并将炉管内温度降至700℃、气体压力升至1000mbar，然后石英舟出炉管，取出氧化后的硅片，在小绒面结构上形成的SiO2氧化层厚度为5nm。
本实施例制得的在小绒面结构(绒面尺寸2μm)上形成氧化层的晶体硅片，与常规氧化工艺制得的在小绒面结构(绒面尺寸2μm)上形成氧化层的晶体硅片相比：发射极方块电阻不均匀度从12％下降到7.5％，硅片表面白点比率从9％下降到0.7％，硅片平均表面复合速率从240cm/s降低到105cm/s、平均少子寿命从15μs增加到27μs，电池效率提升0.05％。
Claims (6)
1.一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：进舟：向低压扩散炉炉管内通入氮气，同时将刻蚀清洗后的表面具有小绒面结构的硅片插入石英舟后送入炉管内；
步骤二：升温：停止通入氮气，升温至600～850℃，并将炉管内气体压力控制在50～150mbar；
步骤三：检漏保压：检测炉管内气体压力，控制炉管内温度在600～850℃、气体压力在50～150mbar，保压时间为1～3min；
步骤四：氧化：向炉管内通入氧气，通入时间为5～30min，控制炉管内温度在600～850℃、气体压力在50～150mbar；
步骤五：出舟：停止通入氧气，向炉管内通入氮气，并将炉管内温度降至500～700℃、气体压力升至900～1000mbar，然后石英舟出炉管，取出氧化后的硅片。
2.根据权利要求1所述的一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，其特征在于：步骤一中，进舟过程中持续通入氮气，氮气流量为1500～3500sccm。
3.根据权利要求1所述的一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，其特征在于：步骤四中，氧气流量为1000～2000sccm。
4.根据权利要求1所述的一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，其特征在于：步骤五中，氮气流量为1500～3000sccm。
5.根据权利要求1所述的一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，其特征在于：所述表面具有小绒面结构的硅片，其绒面尺寸为0.1～2μm。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种晶体硅小绒面结构低压氧化工艺，其特征在于：所述氧化后的硅片，在所述小绒面结构上形成的氧化层厚度为1～5nm。
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