CN107946402B - 太阳能电池片扩散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池片扩散方法。一种太阳能电池片扩散方法，包括以下步骤：将太阳能电池片放入扩散炉中进行进舟处理；将所述太阳能电池片进行中低温稳定处理；将所述太阳能电池片进行中低温沉积处理；将所述太阳能电池片进行边升温边推进处理；将所述太阳能电池片进行高温沉积处理；将所述太阳能电池片进行高温推进处理；将所述太阳能电池片进行边降温边推进处理；将所述太阳能电池片进行退火吸杂处理；及将所述太阳能电池片进行中低温出舟处理。上述太阳能电池片扩散方法能提高电池转换效率及开路电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池片扩散方法。
背景技术
太阳能电池是一种可以将光能直接转换为电能的器件，由于其应用具有清洁、环保、无污染的优点，因此备受关注，正逐步成为有希望取代传统能源的最佳新能源。
在众多种类的太阳能电池中，多晶硅太阳能电池价格较低且转换效率较高，在光伏市场中占据了绝对的主导地位。随着光伏行业竞争加剧，各太阳能电池生产厂家都在想尽办法提升电池的转换效率。其中，提升方块电阻是其中一个重要方向，这是由于高方阻可获得较低的表面杂质浓度，有效地降低表面的杂质复合中心浓度，提高表面少子的存活率，增强少子对短波的响应，如此便能有效地增加电池的短路电流Isc和开路电压Voc，从而达到提高电池效率的目的。但是，单纯提升方块电阻也是不可取的，因为方阻升高会导致串联升高，填充因子下降，反而使电池转换效率下降。
对太阳能电池片进行扩散直接影响着多晶太阳能电池的方块电阻。然而，现有扩散工艺的钝化效果较差，开路电压较低且对提升电池转换效率的效果不明显。
发明内容
基于此，有必要提供一种能提高电池转换效率及开路电压的太阳能电池片扩散方法。
一种太阳能电池片扩散方法，包括以下步骤：
将太阳能电池片放入扩散炉中进行进舟处理，其中，所述进舟处理的时间为600s～800s，所述扩散炉的温度为780℃～790℃，大氮流量为25slm～30slm，进舟速度为250mm/min～350mm/min；
将所述太阳能电池片进行中低温稳定处理，其中，所述中低温稳定处理的时间为250s～350s，所述扩散炉的温度与所述进舟处理时相同，大氮流量为25slm～30slm，小氧流量为0.8slm～1.2slm；
将所述太阳能电池片进行中低温沉积处理，其中，所述中低温沉积处理的时间为450s～550s，所述扩散炉的温度为790℃～800℃，小氮流量为1slm～1.4slm，小氧流量为0.5slm～0.7slm，大氮流量为18slm～22slm；
将所述太阳能电池片进行边升温边推进处理，其中，所述边升温边推进处理的时间500s～650s，所述扩散炉的温度为830℃～840℃，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量25slm～30slm；
将所述太阳能电池片进行高温沉积处理，其中，所述高温沉积处理的时间450s～550s，所述扩散炉的温度与所述边升温边推进处理时相同，小氮流量为1.4slm～1.8slm，小氧流量为0.7slm～0.9slm，大氮流量为18slm～22slm；
将所述太阳能电池片进行高温推进处理，其中，所述高温推进处理的时间为250s～350s，所述扩散炉的温度与所述边升温边推进处理时相同，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量为25slm～30slm；
将所述太阳能电池片进行边降温边推进处理，其中，所述边降温边推进处理的时间为500s～700s，所述扩散炉的温度为700℃～750℃，大氮流量为20slm～25slm，小氧流量为1.5slm～2.5slm；
将所述太阳能电池片进行退火吸杂处理，其中，所述退火吸杂处理的时间为1100s～1300s，所述扩散炉的温度为650℃～700℃，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量为25slm～30slm；及
将所述太阳能电池片进行中低温出舟处理，其中，所述中低温出舟处理的时间为600s～800s，所述扩散炉的温度为790℃～800℃，大氮流量为25slm～30slm，出舟速度为250mm/min～350mm/min。
上述太阳能电池片扩散方法，包括中低温进舟、中低温稳定、中低温沉积、边升温边推进、高温沉积、高温推进、边降温边推进、退火吸杂及中低温出舟，中低温沉积、高温沉积步降低氧气流量至携源氮的一半进行沉积，可有效提升磷原子扩散速率，可节省30％通源时间，增加产能的同时节省成本；边升温边推进、高温沉积、高温推进、退火吸杂步增加氧气流量，增加氧化层厚度达到增强钝化目的，最终提升开路电压并提升效率；制备的太阳能电池片的方阻控制在90～110Ω/sq时，能够在现有工艺上提升电池转换效率0.05％。
在其中一个实施例中，所述进舟处理时，所述扩散炉的炉口至炉尾温度分别为790℃、780℃、780℃、780℃、780℃。
在其中一个实施例中，所述中低温沉积处理时，所述扩散炉的炉口至炉尾温度分别为800℃、790℃、790℃、790℃、790℃。
在其中一个实施例中，所述中低温出舟处理处理时，所述扩散炉的炉口至炉尾温度分别为800℃、790℃、790℃、790℃、790℃。
在其中一个实施例中，所述太阳能电池片进行中低温出舟处理后的方阻控制在90～110Ω/sq。
在其中一个实施例中，所述太阳能电池片为多晶硅片。
在其中一个实施例中，在所述将太阳能电池片放入扩散炉中进行进舟处理的步骤之前还包括步骤：对所述太阳能电池片进行清洗。
在其中一个实施例中，在所述将太阳能电池片放入扩散炉中进行进舟处理的步骤之前还包括步骤：对所述太阳能电池片进行制绒处理。
在其中一个实施例中，所述将太阳能电池片进行中低温沉积处理的步骤中，小氮中磷源的摩尔百分含量为3％～5％，中低温沉积处理的时间为500s～700s。
在其中一个实施例中，所述磷源为POCl3。
附图说明
图1为实施例7的太阳能电池片的少子寿命分布图；
图2为实施例8的太阳能电池片的少子寿命分布图；
图3为实施例9的太阳能电池片的少子寿命分布图；
图4为实施例10的太阳能电池片的少子寿命分布图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
一实施方式的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S110、对所述太阳能电池片进行清洗及制绒处理。
在其中一个实施例中，太阳能电池片为多晶硅片。
在其中一个实施例中，清洗及制绒处理具体为将太阳能电池片流过含有HF和HNO3的制绒液，制绒液将对硅片表面织构化，进行制绒；制绒后的太阳能电池片后续依次经过水槽、NaOH槽、水槽、HCl槽、水槽进行清洗。当然，在其他实施方式中，也可以采用业内其他常用的方式进行制绒及清洗。
可以理解，步骤S110可以省略。
步骤S120、将太阳能电池片放入扩散炉中进行进舟处理。
其中，进舟处理的时间为600s～800s，扩散炉的温度为780℃～790℃，大氮流量为25slm～30slm，进舟速度为250mm/min～350mm/min。
大氮指的是纯氮气。
在其中一个实施例中，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为790℃、780℃、780℃、780℃、780℃。
在其中一个实施例中，进舟处理的时间为700s。
在其中一个实施例中，大氮流量为30slm。
在其中一个实施例中，进舟速度为300mm/min。
步骤S130、将太阳能电池片进行中低温稳定处理。
其中，中低温稳定处理的时间为250s～350s，扩散炉的温度与所述进舟处理时相同，大氮流量为25slm～30slm，小氧流量为0.8slm～1.2slm。
在其中一个实施例中，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为790℃、780℃、780℃、780℃、780℃。
在其中一个实施例中，中低温稳定处理的时间为300s。
在其中一个实施例中，大氮流量为28slm，小氧流量为1.0slm。
小氧指纯氧气。
步骤S140、将太阳能电池片进行中低温沉积处理。
其中，中低温沉积处理的时间为450s～550s，扩散炉的温度为790℃～800℃，小氮流量为1slm～1.4slm，小氧流量为0.5slm～0.7slm，大氮流量为18slm～22slm。
小氮指扩散氮，即使用小量氮气携带磷源进入炉管，可认为此时磷源在小氮中处于饱和状态，小氮流量越大、通气时间越长，炉内获得的磷源越多。因此，小氮中磷源没有特定的比例，可以根据需要调节。在其中一个实施例中，磷源为POCl3，小氮中磷源的摩尔百分含量为3％～5％。
在其中一个实施例中，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为800℃、790℃、790℃、790℃、790℃。
在其中一个实施例中，中低温沉积处理的时间为500s～700s，优选为为500s。
在其中一个实施例中，小氮流量为1.2slm。
在其中一个实施例中，小氧流量为0.6slm。
在其中一个实施例中，大氮流量为20slm。
步骤S150、将太阳能电池片进行边升温边推进处理。
其中，边升温边推进处理的时间500s～650s，扩散炉的温度为830℃～840℃，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量25slm～30slm。
在其中一个实施例中，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为837℃、836℃、834℃、834℃、834℃。
在其中一个实施例中，边升温边推进处理的时间500s。
在其中一个实施例中，大氮流量为28slm。
在其中一个实施例中，小氧流量为0.4slm。
步骤S160、将太阳能电池片进行高温沉积处理。
其中，高温沉积处理的时间为450s～550s，扩散炉的温度与边升温边推进处理时相同，小氮流量为1.4slm～1.8slm，小氧流量为0.7slm～0.9slm，大氮流量为18slm～22slm。
在其中一个实施例中，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为837℃、836℃、834℃、834℃、834℃。
在其中一个实施例中，高温沉积处理的时间为500s。
在其中一个实施例中，小氮流量为1.6slm。
在其中一个实施例中，小氧流量为0.8slm。
在其中一个实施例中，大氮流量为20slm。
步骤S170、将太阳能电池片进行高温推进处理。
其中，高温推进处理的时间为250s～350s，扩散炉的温度与边升温边推进处理时相同，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量为25slm～30slm。
在其中一个实施例中，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为837℃、836℃、834℃、834℃、834℃。
在其中一个实施例中，高温推进处理的时间300s。
在其中一个实施例中，大氮流量为28slm。
在其中一个实施例中，小氧流量为0.4slm。
步骤S180、将太阳能电池片进行边降温边推进处理。
其中，边降温边推进处理的时间为500s～700s，扩散炉的温度为700℃～750℃，大氮流量为25slm～30slm，氧气流量为1.5slm～2.5slm。
在其中一个实施例中，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为700℃、700℃、700℃、700℃、700℃。
在其中一个实施例中，边降温边推进处理的时间为600s。
在其中一个实施例中，氧气流量为2.0slm。
在其中一个实施例中，大氮流量为22slm。
步骤S190、将太阳能电池片进行退火吸杂处理。
其中，退火吸杂处理的时间为1100s～1300s，扩散炉的温度为650℃～700℃，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量为25slm～30slm。
在其中一个实施例中，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为700℃、700℃、700℃、700℃、700℃。
在其中一个实施例中，退火吸杂处理的时间为1200s。
在其中一个实施例中，大氮流量为25slm。
在其中一个实施例中，小氧流量为0.4slm。
步骤S200、将太阳能电池片进行中低温出舟处理。
其中，中低温出舟处理的时间为600s～800s，扩散炉的温度为790℃～800℃，大氮流量为25slm～30slm，出舟速度为250mm/min～350mm/min。
在其中一个实施例中，中低温出舟处理处理时，扩散炉的炉口至炉尾温度分别为800℃、790℃、790℃、790℃、790℃。
在其中一个实施例中，中低温出舟处理的时间为800s。
在其中一个实施例中，大氮流量为28slm。
在其中一个实施例中，出舟速度为300mm/min。
在其中一个实施例中，太阳能电池片进行中低温出舟处理后的方阻控制在90～110Ω/sq。具体的，通过调节边升温边推进、高温沉积、高温推进三步的温度可以调整方阻，边升温边推进、高温沉积、高温推进三步的温度升高1℃，方阻就会降低1.5Ω/sq，边升温边推进、高温沉积、高温推进三步的温度降低1℃，方阻就会升高1.5Ω/sq。
上述太阳能电池片扩散方法，包括中低温进舟、中低温稳定、中低温沉积、边升温边推进、高温沉积、高温推进、边降温边推进、退火吸杂及中低温出舟，中低温沉积、高温沉积步降低氧气流量至携源氮的一半进行沉积，可有效提升磷原子扩散速率，可节省30％通源时间，增加产能的同时节省成本；边升温边推进、高温沉积、高温推进、退火吸杂步增加氧气流量，增加氧化层厚度达到增强钝化目的，最终提升开路电压并提升效率；制备的太阳能电池片的方阻控制在90～110Ω/sq时，能够在现有工艺上提升电池转换效率0.05％。
以下结合具体实施例对上述太阳能电池片扩散方法进行详细说明。
实施例1～3
实施例1～3的太阳能电池片扩散方法，包括将太阳能电池片依次进行中低温进舟、中低温稳定、中低温沉积、边升温边推进、高温沉积、高温推进、边降温边推进、退火吸杂及中低温出舟的步骤。实施例1中各步骤的相关参数见表1，实施例2中各步骤的相关参数见表2，实施例3中各步骤的相关参数见表3。实施例1～3中太阳能电池片为硅片，正方形硅片，具体尺寸156.75*156.75mm。
表1～3中T1代表炉尾温度，T2代表炉尾靠炉中温度，T3代表炉中温度，T4代表炉中靠炉口温度，T5代表炉口温度，炉尾至炉口的温度依次为T1、T2、T3、T4、T5。实施例1～3中，小氮中磷源为POCl3，小氮中磷源的摩尔百分含量为3.5％。实施例1中进舟速度均为300mm/min，出舟速度均为300mm/min。实施例2中进舟速度均为300mm/min，出舟速度均为300mm/min。实施例3中进舟速度均为300mm/min，出舟速度均为300mm/min。
表1
表2
表3
实施例4～6
实施例4～6的太阳能电池片扩散方法，包括将太阳能电池片依次进行中低温进舟、中低温稳定、中低温沉积、边升温边推进、高温沉积、高温推进、边降温边推进、退火吸杂及中低温出舟的步骤。实施例4及实施例1中未经扩散工艺处理的太阳能电池片相同，实施例5及实施例2中未经扩散工艺处理的太阳能电池片相同，实施例6及实施例3中未经扩散工艺处理的太阳能电池片相同，实施例4～6中各步骤的相关参数见表4。
表4中T1代表炉尾温度，T2代表炉尾靠炉中温度，T3代表炉中温度，T4代表炉中靠炉口温度，T5代表炉口温度，炉尾至炉口的温度依次为T1、T2、T3、T4、T5。实施例4中，小氮中磷源为POCl3，小氮中磷源的摩尔百分含量为3-5％。实施例4中进舟速度均为300mm/min，出舟速度均为300mm/min。实施例5中进舟速度均为300mm/min，出舟速度均为300mm/min。实施例6中进舟速度均为300mm/min，出舟速度均为300mm/min。
表4
经测定，实施例1～6扩散处理后的太阳能电池片的方阻分别为100Ω/sq、98Ω/sq、101Ω/sq、101Ω/sq、99Ω/sq、99Ω/sq。
将实施例1～6扩散处理后的太阳能电池片进行去背结、镀减反射膜、丝网印刷、烧结，制备太阳电池，采用halm测试分选设备测试电性能，其电性能数据如表5所示。将扩散处理后的太阳能电池片制备太阳电池的操作中，实施例1～6中除扩散工艺如上以外，其他各步骤操作及参数等均相同。表5中，Ouput代表实验电池片数量，Uoc代表开路电压，Isc代表短路电流，Rs代表串联电阻，Rsh代表并联电阻，FF代表填充因子，Ncell代表电池能量转换效率，Irev2代表12V反向电压下的漏电流。
表5
从表5可以看出，实施例1～3的太阳能电池片制备得到的太阳能电池的开路电压及能量转化效率相较于实施例4～6均有提高，开路电压提高1mV左右，电池转换效率提高0.03％。
实施例7～10
选取晶粒相同(晶粒相同是指硅片来自于硅锭的相同位置)的4个硅片，进行扩散工艺处理。实施例7的太阳能电池片的扩散工艺与实施例1的太阳能电池片的扩散工艺完全相同，实施例8的太阳能电池片的扩散工艺与实施例2的太阳能电池片的扩散工艺完全相同，实施例9的太阳能电池片的扩散工艺与实施例3的太阳能电池片的扩散工艺完全相同，实施例10的太阳能电池片的扩散工艺与实施例4的太阳能电池片的扩散工艺完全相同。
对实施例7～10制备得到的太阳能电池片采用WT2000进行少子寿命测试。实施例7的太阳能电池片少子寿命分布图如图1所示，少子寿命平均值为16.6μs；实施例8的太阳能电池片少子寿命分布图如图2所示，少子寿命平均值为17.15μs；实施例9的太阳能电池片少子寿命分布图如图3所示，少子寿命平均值为16.62μs；实施例10的太阳能电池片少子寿命分布图如图4所示，少子寿命平均值为15.55μs。
图1至图4中，颜色按少子寿命大小进行匹配，少子寿命数值从小到大对应的颜色为红橙黄绿青蓝紫，即红色部分少子寿命低，紫色部分少子寿命高。从图1～4图可以看出，实施例1～3制备的太阳能电池片寿命相对较高。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种太阳能电池片扩散方法，其特征在于，包括以下步骤：
将太阳能电池片放入扩散炉中进行进舟处理，其中，所述进舟处理的时间为600s～800s，所述扩散炉的温度为780℃～790℃，大氮流量为25slm～30slm，进舟速度为250mm/min～350mm/min；
将所述太阳能电池片进行中低温稳定处理，其中，所述中低温稳定处理的时间为250s～350s，所述扩散炉的温度与所述进舟处理时相同，大氮流量为25slm～30slm，小氧流量为0.8slm～1.2slm；
将所述太阳能电池片进行中低温沉积处理，其中，所述中低温沉积处理的时间为450s～550s，所述扩散炉的温度为790℃～800℃，小氮流量为1slm～1.4slm，小氧流量为0.5slm～0.7slm，大氮流量为18slm～22slm；
将所述太阳能电池片进行边升温边推进处理，其中，所述边升温边推进处理的时间500s～650s，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量25slm～30slm，所述扩散炉的炉口至炉尾温度分别为837℃、836℃、834℃、834℃、834℃；
将所述太阳能电池片进行高温沉积处理，其中，所述高温沉积处理的时间450s～550s，所述扩散炉的温度与所述边升温边推进处理时相同，小氮流量为1.4slm～1.8slm，小氧流量为0.7slm～0.9slm，大氮流量为18slm～22slm；
将所述太阳能电池片进行高温推进处理，其中，所述高温推进处理的时间为250s～350s，所述扩散炉的温度与所述边升温边推进处理时相同，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量为25slm～30slm；
将所述太阳能电池片进行边降温边推进处理，其中，所述边降温边推进处理的时间为500s～700s，所述扩散炉的温度为700℃～750℃，大氮流量为20slm～25slm，小氧流量为1.5slm～2.5slm；
将所述太阳能电池片进行退火吸杂处理，其中，所述退火吸杂处理的时间为1100s～1300s，所述扩散炉的温度为650℃～700℃，小氧流量为0.2slm～0.6slm，大氮流量为25slm～30slm；及
将所述太阳能电池片进行中低温出舟处理，其中，所述中低温出舟处理的时间为600s～800s，所述扩散炉的温度为790℃～800℃，大氮流量为25slm～30slm，出舟速度为250mm/min～350mm/min；且所述太阳能电池片进行中低温出舟处理后的方阻控制在98～110Ω/sq。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，所述进舟处理时，所述扩散炉的炉口至炉尾温度分别为790℃、780℃、780℃、780℃、780℃。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，所述中低温沉积处理时，所述扩散炉的炉口至炉尾温度分别为800℃、790℃、790℃、790℃、790℃。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，所述中低温出舟处理时，所述扩散炉的炉口至炉尾温度分别为800℃、790℃、790℃、790℃、790℃。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，所述太阳能电池片为多晶硅片。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，在所述将太阳能电池片放入扩散炉中进行进舟处理的步骤之前还包括步骤：对所述太阳能电池片进行清洗。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，在所述将太阳能电池片放入扩散炉中进行进舟处理的步骤之前还包括步骤：对所述太阳能电池片进行制绒处理。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，所述将太阳能电池片进行中低温沉积处理的步骤中，小氮中磷源的摩尔百分含量为3％～5％，中低温沉积处理的时间为500s～700s。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池片扩散方法，其特征在于，所述磷源为POCl3。
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