CN109103081A - 一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，包括以下步骤：S1.扩散炉预热并通氮气；S2.进舟，保持扩散炉的温度在750～780℃，同时通氮气；S3.通氧气、氮气，氧气与硅片表面的硅反应生成一层二氧化硅层；S4.第一次沉积三氯氧磷；S5.第二次沉积三氯氧磷，磷源浓度较步骤S4提高；S6.升温扩散推进；S7.高温下，第三次沉积三氯氧磷；S8.高温推进结深；S9.降温退火；S10.退舟。本发明沉积磷时，先低浓度后高浓度升温，采用递增渐变式进行扩散，有利于提高电池片的电性能，减小扩散极差。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺。
背景技术
目前，晶体硅太阳能电池已得到大范围推广应用，这主要是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时晶体硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池有着优异的电学性能和机械性能，晶体硅太阳能电池制造成本又不断下降，因此，晶体硅太阳能电池在光伏领域占据着重要的地位。
常规的晶体硅太阳能电池的生产工艺包括制绒、扩散、刻蚀、镀膜、丝印烧结，其中扩散是晶体硅太阳能电池最关键的工艺环节。商业化晶体硅太阳能电池扩散由于成本的因素一般采用常压管式高温扩散方法，其工艺方法有高浓度一步扩散法、二步升温扩散法等，但是由于设备和扩散时间等因素会造成片内方块电阻均匀性差，导致电池电性能波动较大，低效率片较多，转换效率集中性较差，EL黑心片较多，最终转换效率优品率下降。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，能够有效提高电池片的转换效率。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，包括以下步骤
S1.将扩散炉预热至780～800℃，并通氮气；
S2.将制绒清洗后的硅片送入所述扩散炉内，保持所述扩散炉的温度在750～780℃，同时通氮气；
S3.将所述扩散炉保持在750～800℃，以18L/min的流量通入氮气，以0.5～1.5L/min的流量通入氧气，氧气与硅片表面的硅反应生成一层二氧化硅层；
S4.将所述扩散炉保持在750～800℃，以18～20L/min的流量通入氮气，以0.3～0.5L/min的流量通入氧气，以0.3～0.5L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为200～400s；
S5.将所述扩散炉保持在750～800℃，以14～20L/min的流量通入氮气，以0.5～0.8L/min的流量通入氧气，以0.7～1.0L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为600～800s；
S6.将所述扩散炉升温并保持在810～850℃，通氮气，时间为500～700s；
S7.将所述扩散炉保持在810～850℃，以15～20L/min的流量通入氮气，以0.5～0.8L/min的流量通入氧气，以1.4～2.0L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为400～600s；
S8.将所述扩散炉保持在810～850℃，通氮气，时间为100～200s；
S9.将所述扩散炉降温并保持在700～780℃，以20～30L/min的流量通入氮气，以1～2L/min的流量通入氧气，时间为600～1200s；
S10.将所述扩散炉保持在780～800℃，通氮气，退舟。
在步骤S3中，由于刚开始升温，硅片四周边沿温度较高，因此四周边沿比中心有相对较厚的二氧化硅层。
步骤S6主要是对步骤S5中沉积在硅片表面的磷原子进行升温扩散推进。
步骤S7在一次沉积的基础上，加大磷源量，增大表面磷原子的浓度。
步骤S8对步骤S5以及步骤S7沉积在硅片表面的磷原子进行高温推进。
步骤S9进行降温退火有利于提高电池片的电性能，可以减少硅片出炉时由于温差太大造成隐裂片。
进一步地，步骤S1中，将扩散炉预热至780～800℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为5s。
进一步地，步骤S2中，将制绒清洗后的硅片送入所述扩散炉内，保持所述扩散炉的温度在750～780℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为300s。
进一步地，步骤S3的时间为300s。
进一步地，步骤S10中，将所述扩散炉保持在780～800℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为300～500s，然后退舟。
进一步地，还包括步骤S11.将所述扩散炉保持在780～800℃，以15～20L/min的流量通入氮气，时间为5s。
进一步地，步骤S6中，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃。
进一步地，步骤S7中，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃.
进一步地，步骤S8中，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃.
进一步地，步骤S1、S2、S3、S4、S5、S9、S10中，所述扩散炉的炉口到炉尾温度一致。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过先低浓度后高浓度升温渐变式扩散，再降温退火的方法，降低P/N结区的磷掺杂浓度，有效提高了电池片的Uoc和Isc两个关键的电性能，从而提高了电池片的转换效率；通过控制扩散工艺的参数，减小了片内方块电阻的极差。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
【实施例1】
一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，以国产管式高温扩散炉进行实验，磷源为尾部推进式扩散，包括以下步骤
S1.将扩散炉初始炉管温度从炉口至炉尾加热至780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为5s，工艺开始待定；
S2.将制绒清洗好的硅片送入炉管，温度从炉口至炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为300s；
S3.硅片进入炉管后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以18L/min的流量通入氮气，以1L/min的流量通入氧气，时间为300s；
S4.步骤S3完成后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以18L/min的流量通入氮气，以0.35L/min的流量通入氧气，以0.35L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为300s；
S5.步骤S4完成后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以18L/min的流量通入氮气，以0.5L/min的流量通入氧气，以0.8L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为600s；
S6.步骤S5完成后，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为600s，此步骤对步骤S5低温沉积在硅片表面的磷原子进行升温扩散推进；
S7.步骤S6完成后，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃，以18L/min的流量通入氮气，以0.5L/min的流量通入氧气，以1.5L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为600s；
S8.步骤S7完成后，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃，以18L/min的流量通入氮气，时间为200s，此步骤对S5和S7沉积在硅片表面的磷原子进行高温推进结深；
S9.步骤S8完成后，温度从炉口到炉尾保持在750℃、750℃、750℃、750℃、750℃，以25L/min的流量通入氮气，以2L/min的流量通入氧气，时间为900s；
S10.步骤S9完成后，温度从炉口到炉尾保持在750℃、750℃、750℃、750℃、750℃，以18L/min的流量通入氮气，时间为300s，退舟；
S11.步骤S10完成后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以18L/min的流量通入氮气，时间为5s，结束。
实施例1中，各步骤的工艺设定如下表：
扩散后方阻值如下表：
【对比例】
一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，以国产管式高温扩散炉进行实验，磷源为尾部推进式扩散，包括以下步骤
S1.将扩散炉初始炉管温度从炉口至炉尾加热至780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以25L/min的流量通入氮气，时间为5s，工艺开始待定；
S2.将制绒清洗好的硅片送入炉管，温度从炉口至炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以25L/min的流量通入氮气，时间为300s；
S3.硅片进入炉管后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为500s；
S4.步骤S3完成后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为500s；
S5.步骤S4完成后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以18L/min的流量通入氮气，以1L/min的流量通入氧气，时间为300s；
S6.步骤S5完成后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以18L/min的流量通入氮气，以1.5L/min的流量通入氧气，以1.8L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为600s；
S7.步骤S6完成后，温度从炉口到炉尾保持在835℃、830℃、830℃、825℃、825℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为600s；
S8.步骤S7完成后，温度从炉口到炉尾保持在835℃、830℃、830℃、825℃、825℃，以16L/min的流量通入氮气，以1.2L/min的流量通入氧气，以1.6L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为600s；
S9.步骤S8完成后，温度从炉口到炉尾保持在835℃、830℃、830℃、825℃、825℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为200s；
S10.步骤S9完成后，温度从炉口到炉尾保持在750℃、750℃、750℃、750℃、750℃，以18L/min的流量通入氮气，以2L/min的流量通入氧气，时间为900s；
S11.步骤S10完成后，温度从炉口到炉尾保持在750℃、750℃、750℃、750℃、750℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为300s，退舟；
S12.步骤S11完成后，温度从炉口到炉尾保持在780℃、780℃、780℃、780℃、780℃，以18L/min的流量通入氮气，时间为5s，结束。
对比例中，各步骤的工艺设定如下表：
扩散后方阻值如下表：
将实施例1与对比例制得的电池片继续经过刻蚀、PECVD、丝网印刷、烧结步骤，得到最终产品，测试产品的电性能，如下表所示：
| 电性能 | E | Pmpp | Umpp | Impp | Uoc | Isc | Rs | Rsh | FF | NCell |
| 实施例1 | 996.8 | 4.956 | 0.551 | 8.986 | 0.646 | 9.500 | 1.760 | 175.1 | 80.78 | 20.284 |
| 对比例 | 988.3 | 4.930 | 0.550 | 8.969 | 0.643 | 9.472 | 1.670 | 139.3 | 80.93 | 20.180 |
从上述实验数据可以看出，实施例1提供的方案比对比例的方案Uoc(开路电压)高3毫伏，Isc(短路电流)高28毫安，最终的NCell(转换效率)提高了0.104％。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将扩散炉预热至780～800℃，并通氮气；
S2.将制绒清洗后的硅片送入所述扩散炉内，保持所述扩散炉的温度在750～780℃，同时通氮气；
S3.将所述扩散炉保持在750～800℃，以18～20L/min的流量通入氮气，以0.5～1.5L/min的流量通入氧气，氧气与硅片表面的硅反应生成一层二氧化硅层；
S4.将所述扩散炉保持在750～800℃，以18～20L/min的流量通入氮气，以0.3～0.5L/min的流量通入氧气，以0.3～0.5L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为200～400s；
S5.将所述扩散炉保持在750～800℃，以14～20L/min的流量通入氮气，以0.5～0.8L/min的流量通入氧气，以0.7～1.0L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为600～800s；
S6.将所述扩散炉升温并保持在810～850℃，通氮气，时间为500～700s；
S7.将所述扩散炉保持在810～850℃，以15～20L/min的流量通入氮气，以0.5～0.8L/min的流量通入氧气，以1.4～2.0L/min的流量通入三氯氧磷源，时间为400～600s；
S8.将所述扩散炉保持在810～850℃，通氮气，时间为100～200s；
S9.将所述扩散炉降温并保持在700～780℃，以20～30L/min的流量通入氮气，以1～2L/min的流量通入氧气，时间为600～1200s；
S10.将所述扩散炉保持在780～800℃，通氮气，退舟。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，步骤S1中，将扩散炉预热至780～800℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为5s。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，步骤S2中，将制绒清洗后的硅片送入所述扩散炉内，保持所述扩散炉的温度在750～780℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为300s。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，步骤S3的时间为300s。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，步骤S10中，将所述扩散炉保持在780～800℃，以20L/min的流量通入氮气，时间为300～500s。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，还包括步骤S11.将所述扩散炉保持在780～800℃，以15～20L/min的流量通入氮气，时间为5s。
7.根据权利要求1-6任一所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，步骤S6中，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃。
8.根据权利要求7所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，步骤S7中，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃。
9.根据权利要求8所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，步骤S8中，温度从炉口到炉尾保持在840℃、835℃、835℃、830℃、830℃。
10.根据权利要求9所述的晶体硅太阳能电池的扩散工艺，其特征在于，步骤S1、S2、S3、S4、S5、S9、S10中，所述扩散炉的炉口到炉尾温度一致。
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