CN108470798A - 一种用于晶硅电池片的含氧扩散方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于晶硅硅片的含氧扩散方法，包括以下步骤：低温进舟、低温稳定、前氧处理、低温沉积、升温推进、高温沉积、高温含氧推进、冷却、低温后氧处理、低温出舟；本发明通过前氧处理在硅片表面形成一层均匀的氧化层作为扩散面，厚度均匀的氧化层有助于减小气流和温度对磷原子沉积的影响改善了硅片扩散结的均匀性，提升了电池的开路电压，填充因子和转化效率；通过将高温推进设计为高温含氧推进，可使通入的大量氧气延缓扩散作用，降低表面浓度，减少死层；通过在扩散结束后增加后氧处理，可深度氧化硅片绒面，再通过后续HF的漂洗，表面扩散结的差异将被缩小，改善了扩散结的均匀性，有效减少死层、降低硅表面的复合，提高电池片的整体电性能。
Description
技术领域
本专利涉及一种用于晶硅电池片的含氧扩散方法，属于晶硅太阳能电池扩散技术领域。
背景技术
在晶硅太阳能电池生产制造中，扩散制结是最核心工序，在硅片表面形成均匀的高质量的 p-n 结是电池效率提升的关键。目前，太阳能电池片的高方阻发射结是实现高效太阳能电池的有效途径之一，但该工艺受到以下两个方面的制约：一是，常规管式扩散炉制成的p-n结受硅片制绒面形貌、扩散进出舟温差、气流等因素的影响，扩散很难做到均匀的高方阻发射结，影响电池片开路电压和填充因子，成为了效率提升的瓶颈之一；二是，业内通过改造扩散炉管，从一端进气变为全段多孔进气或以抽真空的方式做低压扩散，有助于改善硅片片内和片间的方阻均匀性，但其改造成本较高，制约了产业推广。
发明内容
针对太阳能电池片高方阻发射结工艺的不足之处，本专利的目的是通过优化传统扩散工艺提供一种用于晶硅电池片获得均匀的高方阻发射结的含氧扩散方法，该方法增加了前/后氧处理，并将高温推进设计为高温含氧推进，通过前氧处理在硅片表面形成一层均匀的氧化层作为扩散面进行后续扩散处理，厚度均匀的氧化层有助于减小气流和温度对磷原子沉积的影响，改善了硅片 扩散结的均匀性，提升了电池的开路电压，填充因子和转化效率；通过将常规高温推进设计为高温含氧推进，可使通入的大量氧气延缓扩散作用，降低表面浓度，减少死层；通过在扩散结束后增加后氧处理，可深度氧化硅片绒面，再通过后续HF的漂洗，表面扩散结的差异将被缩小，改善了扩散结的均匀性，也有效地减少死层、降低硅表面的复合，提高电池片的整体电性能。
为实现上述目的，本专利采用以下技术方案：1、一种用于晶硅电池片的含氧扩散方法，其特征在于依次推进以下步骤：
低温推进：将扩散炉温度设置为≤750度，将承载硅片的石英舟以≤70cm/min的速度送进扩散炉中；
低温稳定：对扩散炉通入大氮5~15L/min，并将扩散炉温度设置为≤790度，稳定时间 3~6min；
前氧处理：在扩散炉温度≤790度下，对扩散炉通入氮气和氧气的混合气体，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min，前氧处理时间为1~7min；
低温沉积：在扩散炉温度≤790度下，对扩散炉通入大氮、氧气和小氮的混合气体，其中大氮的流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min，小氮的流量为0.5~1.0L/min，低温沉积时间为5~10min；
升温推进：对扩散炉通入大氮13~18L/min，并以9~12℃/min的加热速度将扩散炉内的温度提升至815~840℃，升温推进时间为7~12min；
高温沉积：在扩散炉温度815~840℃下，保持5~10min，并在该时间范围内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，其中大氮的流量为8~14L/min，氧气的流量为1.5~2.5L/min，小氮的流量为1.0~2.0L/min；
高温含氧推进：将扩散炉以9~12℃/min的加热速度将扩散炉内的温度提升至825~850℃，并在该时间范围内通入大氮与氧气的混合气体，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为3.5~4.5L/min，高温含氧推进时间为1~10min；
冷却：将扩散炉温度降低至≤790度，并通入大氮25~32L/min，冷却时间为 3~6min；
低温后氧处理：在扩散炉温度≤790度下保持1~7min，并在该时间范围内通入大氮和氧气的混合气体，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min；
低温出舟：对扩散炉通入大氮25~32L/min，并将承载硅片的石英舟以≤50cm/min的速度从扩散炉中运出。
进一步的，所述前氧处理步骤中大氮与氧气体积比为12:1。
进一步的，所述低温沉积步骤中大氮、氧气及小氮的体积比为3.2:3:2。
进一步的，所述高温沉积步骤中大氮、氧气及小氮的体积比为8:1.5:1。
进一步的，所述高温含氧推进步骤中大氮与氧气体积比为3:1。
进一步的，根据公知常识，所述大氮为纯氮气，所述小氮为携带磷源的氮气。
通过本发明扩散的多晶黑硅硅片方阻可控，可控制在100Ω/□~120Ω/□之间，且片内及片间极差均能较好地控制在18以内，获得均匀的高方阻发射结，均匀性与电性能良好，实验证明，相对于现有工艺（对比例1及2），该扩散方法制得的黑硅电池片，开路电压提升1~ 2 mV，短路电流提升50 ~ 70 mA，效率提升0.1%~0.15%，效果提升显著；多晶硅电池片的开路电压可提升1.5~2.5mV，短路电流提升10~20mA，效率提升0.05~0.10%，效果提升显著，本专利具体实施案例的效果对比详见（表一）。
表1：专利具体实施案例的效果对比。
| 方案 | Qty | 方阻 | 均匀性（Cpk） | Uoc(mV) | Isc(A) | FF(%) | Eff.(%) |
| 实施例1 | 28031 | 113.25 | 1.58 | 637.9 | 8.981 | 80.38 | 18.75 |
| 对比例1 | 15174 | 90.18 | 1.32 | 635.8 | 8.968 | 80.54 | 18.67 |
附图说明
为对本专利的有益效果做进一步说明，以下将结合附图对本专利的具体实施方法及产生的技术效果做进一步阐述，以充分地了解本专利的目的、特征和效果。
图1所示为本专利扩散后的方阻分布对比图。
图2所示为本专利制备多晶电池片效率分布对比图。
具体实施方式：
实施例1：一种用于晶硅硅片的含氧扩散方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）低温进舟：将待机温度设置为750℃，将承载硅片的石英舟以50cm/min的速度送进扩散炉中，并通入大氮5~15L/min；
（2）低温稳定：通入大氮5~15L/min，并控制炉管温度≤90℃，低温稳定步骤的时间为 3~6min；
（3）前氧处理：通入氮气和氧气的混合气体，大氮与氧气体积比为12:1，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min，前氧处理步骤的时间为1~7min；
（4）低温沉积：在790℃温度下保持5~10min，并在该时间范围内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮、氧气及小氮的体积比为3.2:3:2；其中大氮的流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min，小氮的流量为0.5~1.0L/min；
（5）升温推进：以9~12℃/min的加热速度将扩散炉内的温度提升至815~840℃，并在该时间范围内通入大氮13~18L/min， 升温推进步骤的时间为7~12min；
（6）高温沉积：在815~840℃温度下保持5~10min，并在该时间范围内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮、氧气及小氮的体积比为8:1.5:1；其中大氮的流量为8~14L/min，氧气的流量为1.5~2.5L/min，小氮的流量为1.0~2.0L/min；
（7）高温含氧推进：以9~12℃/min的加热速度将扩散炉内的温度提升至825~850℃，并在该时间范围内通入大氮与氧气的混合气体，大氮与氧气的体积比为，大氮与氧气体积比为3:1，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为3.5~4.5L/min，高温含氧推进步骤的时间为1~10min；
（8）冷却：通入大氮25~32L/min，并将扩散炉内的温度降至790℃，冷却步骤的时间为 3~6min；
（9）低温后氧处理：在790℃温度下保持1~7min，并在该时间范围内通入大氮和氧气的混合气体，大氮与氧气体积比为12:1，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min；
（10）低温出舟：将承载硅片的石英舟以30cm/min的速度从扩散炉中运出，并通入大氮25~32L/min。
为充分表明本案专利所带来的显著效果，下面列举对比例。
对比例1：包括以下步骤：
（1）低温进舟：将待机温度设置为750℃，将承载硅片的石英舟以50cm/min的速度送进扩散炉中，并通入大氮5~15L/min；
（2）低温稳定：通入大氮5~15L/min，并控制炉管温度≤790℃，低温稳定步骤的时间为3~6min；
（3）低温沉积：在790℃温度下保持5~10min，并在该时间范围内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮、氧气及小氮的体积比为3.2:3:2；其中大氮的流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min，小氮的流量为0.5~1.0L/min；
（4）升温推进：以9~12℃/min的加热速度将扩散炉内的温度提升至815~840℃，并在该时间范围内通入大氮13~18L/min， 升温推进步骤的时间为7~12min；
（5）高温沉积：在815~840℃温度下保持5~10min，并在该时间范围内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，大氮、氧气及小氮的体积比为8:1.5:1；其中大氮的流量为8~14L/min，氧气的流量为1.5~2.5L/min，小氮的流量为1.0~2.0L/min；
（6）高温推进：以9~12℃/min的加热速度将扩散炉内的温度提升至825~850℃，并在该时间范围内通入大氮13~18L/min，高温推进步骤的时间为1~10min；
（7）冷却：通入大氮25~32L/min，并将扩散炉内的温度降至790℃，冷却步骤的时间为 3~6min；
（8）低温出舟：将承载硅片的石英舟以30cm/min的速度从扩散炉中运出，并通入大氮25~32L/min。
如图1所示，实施例1扩散后的方阻分布相比对比例1更加集中；如图2所示，实施例1制备多晶电池片效率分布相比对比例1效率明显提高，并且效率分布更加集中。
显而易见，上述实施方式仅仅为本发明的其中一个示范例，任何在本发明所提供工艺或原理上的改进均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于晶硅电池片的含氧扩散方法，其特征在于依次推进以下步骤：
低温推进：将扩散炉温度设置为≤750度，将承载硅片的石英舟以≤70cm/min的速度送进扩散炉中；
低温稳定：对扩散炉通入大氮5~15L/min，并将扩散炉温度设置为≤790度，稳定时间 3~6min；
前氧处理：在扩散炉温度≤790度下，对扩散炉通入氮气和氧气的混合气体，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min，前氧处理时间为1~7min；
低温沉积：在扩散炉温度≤790度下，对扩散炉通入大氮、氧气和小氮的混合气体，其中大氮的流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min，小氮的流量为0.5~1.0L/min，低温沉积时间为5~10min；
升温推进：对扩散炉通入大氮13~18L/min，并以9~12℃/min的加热速度将扩散炉内的温度提升至815~840℃，升温推进时间为7~12min；
高温沉积：在扩散炉温度815~840℃下，保持5~10min，并在该时间范围内通入大氮、氧气和小氮的混合气体，其中大氮的流量为8~14L/min，氧气的流量为1.5~2.5L/min，小氮的流量为1.0~2.0L/min；
高温含氧推进：将扩散炉以9~12℃/min的加热速度将扩散炉内的温度提升至825~850℃，并在该时间范围内通入大氮与氧气的混合气体，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为3.5~4.5L/min，高温含氧推进时间为1~10min；
冷却：将扩散炉温度降低至≤790度，并通入大氮25~32L/min，冷却时间为 3~6min；
低温后氧处理：在扩散炉温度≤790度下保持1~7min，并在该时间范围内通入大氮和氧气的混合气体，其中大氮流量为8~14L/min，氧气的流量为0.9~1.5L/min；
低温出舟：对扩散炉通入大氮25~32L/min，并将承载硅片的石英舟以≤50cm/min的速度从扩散炉中运出。
2.根据权利要求1所述的一种用于晶硅电池片的含氧扩散方法，其特征在于所述前氧处理步骤中大氮与氧气体积比为12:1。
3.根据权利要求1所述的一种用于晶硅电池片的含氧扩散方法，其特征在于所述低温沉积步骤中大氮、氧气及小氮的体积比为3.2:3:2。
4.根据权利要求1所述的一种用于晶硅电池片的含氧扩散方法，其特征在于所述高温沉积步骤中大氮、氧气及小氮的体积比为8:1.5:1。
5.根据权利要求1所述的一种用于晶硅电池片的含氧扩散方法，其特征在于所述高温含氧推进步骤中大氮与氧气体积比为3:1。
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