CN109244193B - 一种太阳能电池片制备工艺及工艺控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池片制备工艺及工艺控制系统，涉及太阳能电池片制备技术领域。本发明制备步骤依次包括制绒、低压扩散、刻蚀、PECVD、背电极印刷、背电场印刷、正电极印刷、烧结、测试分选；工艺控制系统，包括主控制器、供气系统、温控系统和压力控制系统；所述主控制器分别与供气系统、温控系统和压力控制系统相连。本发明通过低压扩散工艺制得的太阳能电池片扩散均匀性好，转换效率高且成本低；同时通过本发明的工艺控制系统，便于对低压扩散工艺全程进行控制，便于在稳定的炉内条件下进行P‑N结扩散。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池片制备技术领域，特别是涉及一种太阳能电池片制备工艺及一种太阳能电池片制备工艺控制系统。
背景技术
太阳能电池片扩散是太阳能电池硅片制作的一个过程：P-N结扩散，扩散工序：将硅片放入高温扩散炉中,通以氮气和POCL3等气体,在高温下分解后在硅片表面形成P-N结，其扩散制结(p-n结)的目的：在P型硅表面,通过扩散P原子构成。
随着技术不断进步，晶体硅太阳能电池片逐渐向大尺寸、超薄化、更高产能(单管≥800Pcs)、更低的表面杂质浓度(表面方块电阻70～140Ohm)、更好方阻均匀性(均匀性4％以内)和更高能效比方向的发展，传统闭管常压扩散炉已不能满足要求，这些需求将带来对新型扩散技术和设备制造水平的进一步挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池片制备工艺及工艺控制系统，通过低压扩散工艺制得的太阳能电池片扩散均匀性好，转换效率高且成本低；同时通过本发明的工艺控制系统，便于对低压扩散工艺全程进行控制，便于在稳定的炉内条件下进行P-N结扩散。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种太阳能电池片制备工艺，所述太阳能电池片制备步骤依次包括制绒、低压扩散、刻蚀、PECVD、背电极印刷、背电场印刷、正电极印刷、烧结、测试分选；
其中，所述低压扩散具体包括如下步骤：
步骤1、回压准备：
通过温控系统将扩散炉预热升温至780℃，同时通入大氮并通过扩散炉的压力控制系统调整炉内压力至1060±20mbar；大氮的流量为10000sccm，回压准备时间为30秒；
步骤2、进舟回温：
将制绒后的硅片送入扩散炉，同时通大氮700秒并通过扩散炉的压力控制系统控制压力恒定在1060±20mbar范围内，大氮的流量为5000sccm；停止通大氮，通过压力控制系统在600秒时间内调整炉内压力至150±5mbar；
步骤3、低温预氧化；
通入氧气和大氮进行预氧化，预氧化时间控制在300秒，氧气的流量为500sccm，大氮的流量为1000sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤4、低温扩散：
在780℃条件下，向扩散炉内同时通入氧气、大氮以及携带磷源的小氮进行低温沉积扩散，时间为900秒，大氮的流量为1200sccm，氧气的流量为120sccm，小氮的流量为120sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤5、磷杂质推进：
停止向炉内通入小氮和氧气，保持大氮流量为1500sccm，通过温控系统使炉内温度升至830℃，对晶体硅片进行磷杂质推进，磷杂质推进时间为900秒，炉内的压强维持在150±5mbar；
步骤6、降温氧化：
通过温控系统将扩散炉降温至700℃，并同时通入氧气和大氮，降温氧化时间为900秒，氧气的流量为1000sccm，大氮的流量为500sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤7、回压出舟：
停止通入氧气，同时调整大氮的流量至10000sccm，并通过压力控制系统调整炉内压力至1060±20mbar，回压时间为150秒；回压后调整大氮的流量至5000sccm，并通过压力控制系统调整炉内压力恒定在1060±20mbar范围内850秒后出舟。
一种太阳能电池片制备工艺的工艺控制系统，包括主控制器、供气系统、温控系统和压力控制系统；
其中，所述供气系统包括大氮供气单元、小氮供气单元和氧气供气单元；
其中，所述温控系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器以及加热单元；
其中，所述压力控制系统包括压力传感器和真空泵；
所述主控制器分别与供气系统、温控系统和压力控制系统相连。
进一步地，所述大氮供气单元包括一大氮储罐；所述大氮储罐的出口管上连接有第一电子流量计和第一流量调节阀；所述大氮储罐的出口管内还装设有一第二温度传感器。
进一步地，所述小氮供气单元包括一小氮储罐；所述小氮储罐的出口管上连接有第二电子流量计和第二流量调节阀，所述小氮储罐的出口管内还装设有一第三温度传感器。
进一步地，所述氧气供气单元包括一氧气储罐；所述氧气储罐的出口管上连接有第三电子流量计和第三流量调节阀，所述氧气储罐的出口管内还装设有一第四温度传感器。
进一步地，所述主控制器的信号接收端分别连接有第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器；所述主控制器的信号输出端分别连接有第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀、加热单元和真空泵。
温度控制方法包括：
S01、通过第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器分别测量炉内温度，大氮、小氮以及氧气的气体温度；
S02、根据预设的升温值、以及大氮、小氮以及氧气的进气量通过主控制器调整控制加热单元进行加热。
压力控制方法包括：
S001、通过压力传感器检测炉内压力；
S002、进行恒压时，通过第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计分别获取大氮、小氮以及氧气的进气流量；进行升压时，根据预设时间以及第一电子流量计检测到的大氮进气流量；
S003、通过主控制器控制真空泵的工作功率从而保持炉内压力恒定或升压。
气体流量控制方法包括：根据气体流量预设值通过主控制器调整第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀的开度从而调整气体流量；同时通过第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计分别实时检测大氮、小氮以及氧气的进气流量并反馈至主控制器，并通过主控制器调整第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀开度进行调整直至实际检测值满足预设值。
进一步地，所述主控制器选用AT89C58。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过低压扩散工艺制得的太阳能电池片扩散均匀性好，转换效率高且成本低；同时通过本发明的工艺控制系统，便于对低压扩散工艺全程进行控制，便于在稳定的炉内条件下进行P-N结扩散；通过本发明工艺制备的电池片其电性能有以下提升：开路电压(Voc)1mV以上，短路电流(Isc)20mA以上，填充因子(FF)能达0.2％以上，转换效率(Eff)提升至少0.1％，产能提高1倍。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明太阳能电池片制备工艺流程图；
图2为本发明太阳能电池片制备低温扩散工艺步骤图；
图3为本发明工艺控制系统结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种太阳能电池片制备工艺，太阳能电池片制备步骤依次包括制绒、低压扩散、刻蚀、PECVD、背电极印刷、背电场印刷、正电极印刷、烧结、测试分选；
其中，低压扩散具体包括如下步骤：
步骤1、回压准备：
通过温控系统将扩散炉预热升温至780℃，同时通入大氮并通过扩散炉的压力控制系统调整炉内压力至1060±20mbar；大氮的流量为10000sccm，回压准备时间为30秒；
步骤2、进舟回温：
将制绒后的硅片送入扩散炉，同时通大氮700秒并通过扩散炉的压力控制系统控制压力恒定在1060±20mbar范围内，大氮的流量为5000sccm；停止通大氮，通过压力控制系统在600秒时间内调整炉内压力至150±5mbar；
步骤3、低温预氧化；
通入氧气和大氮进行预氧化，预氧化时间控制在300秒，氧气的流量为500sccm，大氮的流量为1000sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤4、低温扩散：
在780℃条件下，向扩散炉内同时通入氧气、大氮以及携带磷源的小氮进行低温沉积扩散，时间为900秒，大氮的流量为1200sccm，氧气的流量为120sccm，小氮的流量为120sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤5、磷杂质推进：
停止向炉内通入小氮和氧气，保持大氮流量为1500sccm，通过温控系统使炉内温度升至830℃，对晶体硅片进行磷杂质推进，磷杂质推进时间为900秒，炉内的压强维持在150±5mbar；
步骤6、降温氧化：
通过温控系统将扩散炉降温至700℃，并同时通入氧气和大氮，降温氧化时间为900秒，氧气的流量为1000sccm，大氮的流量为500sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤7、回压出舟：
停止通入氧气，同时调整大氮的流量至10000sccm，并通过压力控制系统调整炉内压力至1060±20mbar，回压时间为150秒；回压后调整大氮的流量至5000sccm，并通过压力控制系统调整炉内压力恒定在1060±20mbar范围内850秒后出舟。
一种太阳能电池片制备工艺的工艺控制系统，包括主控制器、供气系统、温控系统和压力控制系统；
其中，供气系统包括大氮供气单元、小氮供气单元和氧气供气单元；
其中，温控系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器以及加热单元；
其中，压力控制系统包括压力传感器和真空泵；
主控制器分别与供气系统、温控系统和压力控制系统相连。
优选地，大氮供气单元包括一大氮储罐；大氮储罐的出口管上连接有第一电子流量计和第一流量调节阀；大氮储罐的出口管内还装设有一第二温度传感器。
优选地，小氮供气单元包括一小氮储罐；小氮储罐的出口管上连接有第二电子流量计和第二流量调节阀，小氮储罐的出口管内还装设有一第三温度传感器。
优选地，氧气供气单元包括一氧气储罐；氧气储罐的出口管上连接有第三电子流量计和第三流量调节阀，氧气储罐的出口管内还装设有一第四温度传感器。
优选地，主控制器的信号接收端分别连接有第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器；主控制器的信号输出端分别连接有第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀、加热单元和真空泵。
温度控制方法包括：
S01、通过第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器分别测量炉内温度，大氮、小氮以及氧气的气体温度；
S02、根据预设的升温值、以及大氮、小氮以及氧气的进气量通过主控制器调整控制加热单元进行加热。
压力控制方法包括：
S001、通过压力传感器检测炉内压力；
S002、进行恒压时，通过第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计分别获取大氮、小氮以及氧气的进气流量；进行升压时，根据预设时间以及第一电子流量计检测到的大氮进气流量；
S003、通过主控制器控制真空泵的工作功率从而保持炉内压力恒定或升压。
气体流量控制方法包括：根据气体流量预设值通过主控制器调整第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀的开度从而调整气体流量；同时通过第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计分别实时检测大氮、小氮以及氧气的进气流量并反馈至主控制器，并通过主控制器调整第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀开度进行调整直至实际检测值满足预设值。
优选地，主控制器选用AT89C58。
优选地，加热单元选用红外线加热器，型号为HRS。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种太阳能电池片制备工艺，所述太阳能电池片制备步骤依次包括制绒、低压扩散、刻蚀、PECVD、背电极印刷、背电场印刷、正电极印刷、烧结、测试分选；其特征在于：
其中，所述低压扩散具体包括如下步骤：
步骤一、回压准备：
通过温控系统将扩散炉预热升温至780℃，同时通入大氮并通过扩散炉的压力控制系统调整炉内压力至1060±20mbar；大氮的流量为10000sccm，回压准备时间为30秒；
步骤二、进舟回温：
将制绒后的硅片送入扩散炉，同时通大氮700秒并通过扩散炉的压力控制系统控制压力恒定在1060±20mbar范围内，大氮的流量为5000sccm；停止通大氮，通过压力控制系统在600秒时间内调整炉内压力至150±5mbar；
步骤三、低温预氧化；
通入氧气和大氮进行预氧化，预氧化时间控制在300秒，氧气的流量为500sccm，大氮的流量为1000sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤四、低温扩散：
在780℃条件下，向扩散炉内同时通入氧气、大氮以及携带磷源的小氮进行低温沉积扩散，时间为900秒，大氮的流量为1200sccm，氧气的流量为120sccm，小氮的流量为120sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤五、磷杂质推进：
停止向炉内通入小氮和氧气，保持大氮流量为1500sccm，通过温控系统使炉内温度升至830℃，对晶体硅片进行磷杂质推进，磷杂质推进时间为900秒，炉内的压强维持在150±5mbar；
步骤六、降温氧化：
通过温控系统将扩散炉降温至700℃，并同时通入氧气和大氮，降温氧化时间为900秒，氧气的流量为1000sccm，大氮的流量为500sccm，炉内压力为150±5mbar；
步骤七、回压出舟：
停止通入氧气，同时调整大氮的流量至10000sccm，并通过压力控制系统调整炉内压力至1060±20mbar，回压时间为150秒；回压后调整大氮的流量至5000sccm，并通过压力控制系统调整炉内压力恒定在1060±20mbar范围内850秒后出舟；
其中，温度控制方法包括：
S01、通过第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器分别测量炉内温度，大氮、小氮以及氧气的气体温度；
S02、根据预设的升温值、以及大氮、小氮以及氧气的进气量通过主控制器调整控制加热单元进行加热；
压力控制方法包括：
S001、通过压力传感器检测炉内压力；
S002、进行恒压时，通过第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计分别获取大氮、小氮以及氧气的进气流量；进行升压时，根据预设时间以及第一电子流量计检测到的大氮进气流量；
S003、通过主控制器控制真空泵的工作功率从而保持炉内压力恒定或升压；
气体流量控制方法包括：根据气体流量预设值通过主控制器调整第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀的开度从而调整气体流量；同时通过第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计分别实时检测大氮、小氮以及氧气的进气流量并反馈至主控制器，并通过主控制器调整第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀开度进行调整直至实际检测值满足预设值。
2.如权利要求1所述的一种太阳能电池片制备工艺的工艺控制系统，其特征在于，包括主控制器、供气系统、温控系统和压力控制系统；
其中，所述供气系统包括大氮供气单元、小氮供气单元和氧气供气单元；
其中，所述温控系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器以及加热单元；
其中，所述压力控制系统包括压力传感器和真空泵；
所述主控制器分别与供气系统、温控系统和压力控制系统相连。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池片制备的工艺控制系统，其特征在于，所述大氮供气单元包括一大氮储罐；所述大氮储罐的出口管上连接有第一电子流量计和第一流量调节阀；所述大氮储罐的出口管内还装设有一第二温度传感器。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能电池片制备的工艺控制系统，其特征在于，所述小氮供气单元包括一小氮储罐；所述小氮储罐的出口管上连接有第二电子流量计和第二流量调节阀，所述小氮储罐的出口管内还装设有一第三温度传感器。
5.根据权利要求2所述的一种太阳能电池片制备的工艺控制系统，其特征在于，所述氧气供气单元包括一氧气储罐；所述氧气储罐的出口管上连接有第三电子流量计和第三流量调节阀，所述氧气储罐的出口管内还装设有一第四温度传感器。
6.根据权利要求2所述的一种太阳能电池片制备的工艺控制系统，其特征在于，所述主控制器的信号接收端分别连接有第一电子流量计、第二电子流量计、第三电子流量计、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器；所述主控制器的信号输出端分别连接有第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀、加热单元和真空泵。
7.根据权利要求2所述的一种太阳能电池片制备的工艺控制系统，其特征在于，所述主控制器选用AT89C58。
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