CN108447949B - 一种链式扩散工艺及链式扩散设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种链式扩散工艺及链式扩散设备，解决链式扩散后得到的p‑n结表面磷浓度高、结深浅，表面少子复合几率增加、结区漏电严重的问题和硅片基体内存在的杂质容易形成符合中心，体内复合几率增加的问题，在太阳能电池片生产的扩散工序中，使p‑n结表面磷表面浓度降低，结深得到增加，减小表面少子复合和结区漏电情况，并对对硅片基体内杂质进行吸杂，降低体内复合几率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池生产制造技术领域，尤其涉及一种链式扩散工艺及链式扩散设备。
背景技术
目前太阳能电池片领域中的扩散工序，采用的是管式扩散，将硅片插入石英舟，再放入石英管内进行杂质扩散工艺，扩散源POCl3由少量N2携带进入扩散管，并通入O2，两种气体反应生成P2O5沉积在硅片表面，然后P2O5再与Si反应生成P和SiO2。另外通入大量N2饱和，防止杂质进入，并排除Cl2等尾气。
相对于传统管式扩散，液体源链式扩散采用H3PO4、CH3CH2OH和去离子水的混合溶液作为扩散源。H3PO4易溶于水和乙醇；加热到213℃时失去部分水转变为H4P2O7，加热到300℃时失去一分子水，进一步转变为HPO3，当温度继续升高时再次脱水转变成P2O5进而与Si反应生成掺杂的P。链式扩散具有很多优势，如工艺稳定、方阻均匀性好，环境污染少、安全性高。
相对于传统管式扩散，链式扩散具有很多优势，但它同时也存在一个很大的弊端：链式扩散工艺时间短，扩散源过量，所以扩散后得到的p-n结表面磷浓度高、结深浅，使得表面复合几率增加、结区漏电严重；同时硅片基体内存在的杂质在设备运行过程中难以析出；以上两者使得表面与体内复合几率增加、结区漏电严重，进而影响短波响应。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决链式扩散后得到的p-n结表面磷浓度高、结深浅，表面少子复合几率增加、结区漏电严重的问题和硅片基体内存在的杂质容易形成符合中心，体内复合几率增加的问题，本发明提供一种p-n结表面磷表面浓度降低，结深增加，减小表面少子复合和结区漏电情况，并对对硅片基体内杂质进行吸杂，降低体内复合几率的一种链式扩散工艺及链式扩散设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种链式扩散工艺，包括硅片在传输带上分别经过喷涂工序、升温脱水工序、高温扩散工序、降温吸杂工序和激光推结工序；
A、喷涂工序：在硅片绒面表面均匀涂抹一层磷酸，硅片绒面表面磷酸的量保持在0.5～2.0mol/cm2；
B、升温脱水工序：涂抹后的硅片进入烘干区域，烘干区域的温度范围为500～550℃，烘干区域腔体内由氮气饱和；
C、高温扩散工序：对烘干后的硅片进行高温扩散处理，区域内分的温度范围为800℃～850℃，腔体内除氮气饱和外，并通有200～800L/min的氧气；
D、降温吸杂工序：对高温扩散后的硅片进行梯度降温处理，梯度降温区间至少设计为三个，腔体内除氮气饱和外，并通有200～800L/min的氧气；
E、激光推结工序：降温后的硅片传输到激光区域，硅片表面进行激光处理。
进一步的喷涂工序中，采用的喷涂方式为超声波喷雾沉积、喷墨沉积或软涂抹沉积。
进一步的，降温吸杂工序中，梯度降温区间为三个，三个温区要求分别为600℃±20℃，200℃±20℃与50℃±20℃。
进一步的，激光推结工序中，百分比下测的激光能量范围为0～20W，激光区域温度范围为50±5℃，激光速度为50～70片/min。
一种链式扩散设备，包括依次连接的上料装置、喷涂装置、烘干装置和下料装置，所述的烘干装置与下料装置之间还连接有激光装置；还包括网带传输装置，硅片放置于网带传输装置上并由网带传输装置带动从喷涂装置处经过烘干装置内腔并传送至激光装置处；
所述的烘干装置包括烘干箱体，所述网带传输装置贯穿烘干箱体，所述烘干箱体内沿网带传输装置的传输方向依次固定有升温脱水箱体、高温扩散箱体和降温吸杂箱体；所述升温脱水箱体、高温扩散箱体箱体外壁上分别固定有冷却水管。所述升温脱水箱体、高温扩散箱体的箱体内分别固定连接有加热管，所述的升温脱水箱体、高温扩散箱体内饱和填充有氮气且分别固定有通入氧气的进气管和向外排气的出气管；
所述的降温吸杂箱体包括至少三个梯度降温箱体，每个梯度降温箱体外壁上分别固定有冷却水管，沿网带传输装置传输方向的第一个梯度降温箱体内固定有进气管、最后一个梯度降温箱体内固定有出气管；
所述的激光装置包括激光发生箱体和皮带传输装置，所述皮带传输装置贯穿于激光发生箱体，所述皮带传输装置承接网带传输装置输送的硅片通过激光发生箱体后将硅片传输至下料装置上，所述的激光发生箱体内固定有激光发生装置。
进一步的，网带传输装置包括分别位于烘干装置两端的传动滚轮，所述传动滚轮上传动连接有陶瓷网带，所述的陶瓷网带上表面两侧沿传动方向分别间隔均布有三角支架，硅片置于三角支架上。
进一步的，冷却水管为依次首尾连接的U型水管。
进一步的，进气管管路连接有进气泵，所述出气管管路连接有出气泵，所述进气泵连通有氧气源和氮气源。
进一步的，激光发生装置包括固定在激光发生箱体内的激光发生器、两块反射镜、扩束镜、两个光闸和振镜场镜，所述激光发生器发出光束与第一块反射镜成角为45°，第一块反射镜反射的光束打向第二块反射镜且与第二块反射镜成角为45°，所述第二块反射镜反射光束光路上固定有扩束镜，通过扩束镜的光束经过两个光闸并最终通过振镜场镜后垂直打向下方硅片。
在烘干装置中设计的进气管和出气管，可为烘干装置内腔填充氮气和定量通氧提供条件，使烘干装置内形成稳定且良好的气路循环环境。在降温吸杂工序中设计至少三个降温吸杂箱体，可在降温吸杂工序提供有效的梯度降温的空间，解决链式扩散时间短，得到的p-n结表面磷浓度高、结深浅，表面少子复合几率增加、结区漏电严重的问题。在降温吸杂工序后设计激光装置，可使硅片内磷在高能下进行进一步向内部移动的作用，进一步推结，使得表面浓度降低，体浓度与结深均得到增加，减小了表面磷浓度高带来少子复合，同时激光图形的设计选择多样，可满足不同扩散工艺要求，如选择性发射极即SE电池的制备。
本发明的有益效果是，本发明提供的一种链式扩散工艺及链式扩散设备，在太阳能电池片生产的扩散工序中，使p-n结表面磷表面浓度降低，结深得到增加，减小表面少子复合和结区漏电情况，并对对硅片基体内杂质进行吸杂，降低体内复合几率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明最优实施例的结构示意图。
图2是激光发生装置的俯视图。
图中1、上料装置 2、喷涂装置 3-1、烘干箱体 3-2、升温脱水箱体 3-3、高温扩散箱体 3-4、冷却水管 3-5、加热管 3-6、进气管 3-7、出气管 3-8、梯度降温箱体 4、下料装置 5-1、激光发生箱体 5-2、皮带传输装置 6-1、传动滚轮 6-2、陶瓷网带 6-3、三角支架。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和图2所示一种链式扩散工艺及链式扩散设备，是本发明最优实施例。
一种链式扩散工艺，包括硅片在传输带上分别经过喷涂工序、升温脱水工序、高温扩散工序、降温吸杂工序和激光推结工序。
A、喷涂工序：在硅片绒面表面均匀涂抹一层磷酸，硅片绒面表面磷酸的量保持在1.0mol/cm2；
B、升温脱水工序：涂抹后的硅片进入烘干区域，烘干区域的温度范围为530℃，烘干区域腔体内由氮气饱和；
C、高温扩散工序：对烘干后的硅片进行高温扩散处理，区域内分的温度范围为830℃，腔体内除氮气饱和外，并通有500L/min的氧气；
D、降温吸杂工序：对高温扩散后的硅片进行梯度降温处理，梯度降温区间设计为三个，三个温区要求分别为600℃±20℃，200℃±20℃与50℃±20℃。腔体内除氮气饱和外，并通有500L/min的氧气，使得氧气在硅片表面形成一层较为致密的氧化膜，保护扩散面；
E、激光推结工序：降温后的硅片传输到激光区域，硅片表面进行激光处理。根据不同的激光图形，百分比下测的激光能量为15W，激光区域温度范围为52℃，激光速度为60片/min,在此工艺条件下能提供良好的激光光斑效果。
在完成激光推结工序后，可对比激光前后ECV测试硅片p-n结表面磷浓度和结深情况。
升温扩散工序时，增加扩散温度的同时通一定量的氧气，使得在硅片表面形成一层薄的SiO2保护膜，由于磷在二氧化硅中的扩散速率很低，给定的温度下，磷在硅中的扩散速率增加的程度随着硅表面氧化硅层的生长速率(氧化速率)的增加而增加。在相同时间内提高了磷的量与扩散深度，形成重磷扩散区域。并且由于重扩散导致的大量硅间隙与磷原子形成SiP粒子，这些SiP粒子成为吸杂点，杂质会朝着吸杂点迁移。在这种重磷扩散区中金属杂质的溶解性增加，同时在Si3P4沉淀物中的杂质发生分凝导致有效的吸杂，提高吸杂效果。
降温吸杂工序时，采用的是梯度降温的方式，低温过程中金属在不同掺杂区域的分凝系数相差很大，可以有效地析出杂质，从而显著地改善材料的性能，如果高温扩散后采用快速降温的方法降到低温，那么那些在高温下分解的金属杂质来不及形成沉淀或者来不及扩散到表面扩散层中而被冻结在原处，这样导致材料中仍然具有高含量的金属杂质，因此采用梯度降温的缓慢退火的方式，达到硅片基体内杂质的吸杂作用。
降温后采用激光，使硅片内磷在高能下进行进一步向内部移动的作用进一步推结，使得表面浓度降低，体浓度与结深均得到增加，减小了表面磷浓度高带来少子复合，同时激光图形的设计选择多样，可满足不同扩散工艺要求，如选择性发射极即SE电池的制备等。
对应上述链式扩散工艺，针对工艺要求，可设计如下的链式扩散设备，包括依次连接的上料装置1、喷涂装置2、烘干装置和下料装置4。
烘干装置与下料装置4之间还连接有激光装置；还包括网带传输装置，硅片放置于网带传输装置上并由网带传输装置带动从喷涂装置2处经过烘干装置内腔并传送至激光装置处。
烘干装置包括烘干箱体3-1，所述网带传输装置贯穿烘干箱体3-1。网带传输装置包括分别位于烘干装置两端的传动滚轮6-1，所述传动滚轮6-1上传动连接有陶瓷网带6-2，所述的陶瓷网带6-2上表面两侧沿传动方向分别间隔均布有三角支架6-3，硅片置于三角支架6-3上。
烘干箱体3-1内沿网带传输装置的传输方向依次固定有升温脱水箱体3-2、高温扩散箱体3-3和降温吸杂箱体；所述升温脱水箱体3-2、高温扩散箱体3-3箱体外壁上分别固定有冷却水管3-4，所述升温脱水箱体3-2、高温扩散箱体3-3的箱体内分别固定连接有加热管3-5，所述的升温脱水箱体3-2、高温扩散箱体3-3内饱和填充有氮气且分别固定有通入氧气的进气管3-6和向外排气的出气管3-7；
降温吸杂箱体包括三个梯度降温箱体3-8，每个梯度降温箱体3-8外壁上分别固定有冷却水管3-4，沿网带传输装置传输方向的第一个梯度降温箱体3-8内固定有进气管3-6、最后一个梯度降温箱体3-8内固定有出气管3-7。冷却水管3-4为依次首尾连接的U型水管。进气管3-6管路连接有进气泵，所述出气管3-7管路连接有出气泵，所述进气泵连通有氧气源和氮气源。
激光装置包括激光发生箱体5-1和皮带传输装置5-2，所述皮带传输装置5-2贯穿于激光发生箱体5-1，所述皮带传输装置5-2承接网带传输装置输送的硅片通过激光发生箱体5-1后将硅片传输至下料装置4上，所述的激光发生箱体5-1内固定有激光发生装置。
激光发生装置包括固定在激光发生箱体5-1内的激光发生器、两块反射镜、扩束镜、两个光闸和振镜场镜，所述激光发生器发出光束与第一块反射镜成角为45°，第一块反射镜反射的光束打向第二块反射镜且与第二块反射镜成角为45°，所述第二块反射镜反射光束光路上固定有扩束镜，通过扩束镜的光束经过两个光闸并最终通过振镜场镜后垂直打向下方硅片。
在烘干装置中设计的进气管3-6和出气管3-7，可为烘干装置内腔填充氮气和定量通氧提供条件，使烘干装置内形成稳定且良好的气路循环环境。在降温吸杂工序中设计至少三个降温吸杂箱体，可在降温吸杂工序提供有效的梯度降温的空间，解决链式扩散时间短，得到的p-n结表面磷浓度高、结深浅，表面少子复合几率增加、结区漏电严重的问题。在降温吸杂工序后设计激光装置，可使硅片内磷在高能下进行进一步向内部移动的作用，进一步推结，使得表面浓度降低，体浓度与结深均得到增加，减小了表面磷浓度高带来少子复合，同时激光图形的设计选择多样，可满足不同扩散工艺要求，如选择性发射极即SE电池的制备。
如此设计的一种链式扩散工艺及链式扩散设备，在太阳能电池片生产的扩散工序中，使p-n结表面磷表面浓度降低，结深得到增加，减小表面少子复合和结区漏电情况，并对对硅片基体内杂质进行吸杂，降低体内复合几率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种链式扩散设备，包括依次连接的上料装置（1）、喷涂装置（2）、烘干装置和下料装置（4），其特征在于：所述的烘干装置与下料装置（4）之间还连接有激光装置；还包括网带传输装置，硅片放置于网带传输装置上并由网带传输装置带动从喷涂装置（2）处经过烘干装置内腔并传送至激光装置处；
所述的烘干装置包括烘干箱体（3-1），所述网带传输装置贯穿烘干箱体（3-1），所述烘干箱体（3-1）内沿网带传输装置的传输方向依次固定有升温脱水箱体（3-2）、高温扩散箱体（3-3）和降温吸杂箱体；所述升温脱水箱体（3-2）、高温扩散箱体（3-3）箱体外壁上分别固定有冷却水管（3-4），所述升温脱水箱体（3-2）、高温扩散箱体（3-3）的箱体内分别固定连接有加热管（3-5），所述的升温脱水箱体（3-2）、高温扩散箱体（3-3）内饱和填充有氮气且分别固定有通入氧气的进气管（3-6）和向外排气的出气管（3-7）；
所述的降温吸杂箱体包括至少三个梯度降温箱体（3-8），每个梯度降温箱体（3-8)外壁上分别固定有冷却水管（3-4），沿网带传输装置传输方向的第一个梯度降温箱体（3-8）内固定有进气管（3-6）、最后一个梯度降温箱体（3-8）内固定有出气管（3-7）；
所述的激光装置包括激光发生箱体（5-1）和皮带传输装置（5-2），所述皮带传输装置（5-2）贯穿于激光发生箱体（5-1），所述皮带传输装置（5-2）承接网带传输装置输送的硅片通过激光发生箱体（5-1）后将硅片传输至下料装置（4）上，所述的激光发生箱体（5-1）内固定有激光发生装置。
2.如权利要求1所述的一种链式扩散设备，其特征在于：所述的网带传输装置包括分别位于烘干装置两端的传动滚轮（6-1），所述传动滚轮（6-1）上传动连接有陶瓷网带（6-2），所述的陶瓷网带（6-2）上表面两侧沿传动方向分别间隔均布有三角支架（6-3），硅片置于三角支架（6-3）上。
3.如权利要求1所述的一种链式扩散设备，其特征在于：所述的冷却水管（3-4）为依次首尾连接的U型水管。
4.如权利要求1所述的一种链式扩散设备，其特征在于：所述的进气管（3-6）管路连接有进气泵，所述出气管（3-7）管路连接有出气泵，所述进气泵连通有氧气源和氮气源。
5.如权利要求1所述的一种链式扩散设备，其特征在于：所述的激光发生装置包括固定在激光发生箱体内的激光发生器、两块反射镜、扩束镜、两个光闸和振镜场镜，所述激光发生器发出光束与第一块反射镜成角为45°，第一块反射镜反射的光束打向第二块反射镜且与第二块反射镜成角为45°，所述第二块反射镜反射光束光路上固定有扩束镜，通过扩束镜的光束经过两个光闸并最终通过振镜场镜后垂直打向下方硅片。
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