CN109962012A - 一种n型电池的共扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池的制造工艺，特别涉及一种N型电池的共扩散工艺，属于太阳能电池领域。一种N型电池的共扩散工艺，该工艺包括如下步骤，i)制绒：硅片清洗制绒，表面形成金字塔结构；ii)硼源沉积：采用APCVD的方法在硅片绒面沉积一层BSG，通入SiH4及B2H6气体，沉积温度为250‑270℃，沉积厚度为50‑70nm；iii)硼磷共扩散：将带有单面BSG的硅片放入管式炉中，先升温至980‑1000℃，在氮气或氧气环境下，推进硼的扩散，时间为25‑35min；降温至850‑860℃，通入磷源，沉积一层PSG，时间为8‑12min；高温共推进工艺，温度为945‑960℃，时间为25‑35min。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池的制造工艺，特别涉及一种N型电池的共扩散工艺，属于太阳能电池领域。
背景技术
单晶电池分为P型和N型，与传统的P型单晶电池相比，N型单晶电池凭借光电转换效率高、温度系数低、光衰减系数低、弱光响应等优势，具备较大的效率提升空间和潜力，是高效电池技术路线的必然选择，且随着PERL、PERT等电池新技术的引入，N型单晶电池的效率优势愈加显著。
传统N型电池PN结制备过程中包含硼扩散、单面刻蚀、磷扩散等工艺，耗时较长，时长大于六小时，浪费资源，成本较高。目前，商业生产中N型电池的制备包含两种独立的扩散工艺，即硼扩散及磷扩散工艺，耗时较长，需区分硼、磷扩散管，影响产能，不利于量产计划的推行。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种N型电池的共扩散工艺，该方法以APCVD(atmosphere pressure chemical vapor deposition，常压化学沉积法)沉积硼源BSG(boron silicon glass，硼硅玻璃)为基础，在磷扩散工艺中加入无磷高温推进过程，实现硼及磷共扩散的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种N型电池的共扩散工艺，该工艺包括如下步骤，
i)制绒：硅片清洗制绒，表面形成金字塔结构；
ii)硼源沉积：采用APCVD的方法在硅片绒面沉积一层BSG，通入SiH4及B2H6气体，沉积温度为250-270℃，沉积厚度为50-70nm；
iii)硼磷共扩散：
1.将带有单面BSG的硅片放入管式炉中，先升温至980-1000℃，在氮气或氧气环境下，推进硼的扩散，时间为25-35min；
2.降温至850-860℃，通入磷源，沉积一层PSG，时间为8-12min；
3.高温共推进工艺，温度为945-960℃，时间为25-35min。
本发明工艺以APCVD沉积硼源为基础，在磷扩散过程中引入无磷高温推进的过程，实现硼磷共扩散的目的，该方法较常规N型电池工艺可节省1～2小时，具有成本优势。
作为优选，所述的升温速率为8-12℃/min。
作为优选，该工艺还包括：iv)BSG/PSG去除工艺：采用HF清洗BSG、PSG，HF：H2O体积比为4～8：32，清洗时间为5～10min，直至硅片表面疏水为止。
作为优选，该工艺还包括v)钝化工艺：于清洗后的硅片正表面沉积6～10nm的AlOx及80nm厚的SiNx薄膜，背面沉积80nm的SiNx薄膜。
作为优选，该工艺还包括：vi)丝网印刷及测试：于SiNx薄膜表面印刷用于导电的浆料，烧结后进行测试分选，得到扩散后的硅片。
与现有技术相比，本发明具有以下明显的优点和有益效果：
1、硼磷共扩散工艺，可省略常规N型电池制备流程中去除硼硅玻璃这一步骤，1000片可节约0.5小时时间，利于量产；
2、硼磷共扩散，可减少扩散工艺中的升温及降温过程，可节省时间30～60min，提高产能，具有成本优势；
此外，对现有技术的改造，本发明不需要改变已有产线生产工艺，也不需要昂贵、占地面积大的装置设备，不改变电池片原有的电性能及效率，结构简单，易于量产化，效果明显，产量高，可靠性高。
附图说明
图1是常规N型电池的制备工艺流程图；
图2是本发明N型电池的制备工艺流程图；
图3是常规N型电池磷及硼扩散过程曲线图；
图4是本发明N型电池的共扩散过程曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种N型电池的共扩散工艺，工艺流程图见图2，共扩散过程曲线图见图4，以生产1000片为例，该工艺的具体步骤为，
i)制绒：硅片清洗制绒，表面形成金字塔结构；
ii)硼源沉积：采用APCVD的方法在硅片绒面沉积一层BSG，通入SiH4及B2H6气体，沉积温度约为260℃，沉积厚度为60nm，因APCVD为板式薄膜沉积方法，无绕镀现象存在，可实现单面BSG沉积；工艺时长约为0.5小时。
iii)硼磷共扩散：
1.将带有单面BSG的硅片放入管式炉中，先升温至990℃(升温速率10℃/min)，在氮气或氧气环境下，推进硼的扩散，时间约为30min。2.降温至850℃，通入磷源，沉积一层PSG(phosphos，磷硅玻璃)，时间约为10min。3.高温共推进工艺，温度约为950℃，时间约为30min；工艺时长约为3小时(包含升温、降温时间，硅片进出时间)。
iv)BSG/PSG去除工艺：采用HF清洗BSG、PSG，HF：H2O体积比为4～8：32，清洗时间为5～10min，直至硅片表面疏水为止；
v)钝化工艺：于清洗后的硅片正表面沉积6～10nm的AlOx及80nm厚的SiNx薄膜，背面沉积80nm的SiNx薄膜。
vi)丝网印刷及测试：于SiNx薄膜表面印刷用于导电的浆料，烧结后进行测试分选。
对比例1常规N型电池的共扩散工艺
工艺流程图见图1，共扩散过程曲线图见图3，以生产1000片为例，具体步骤是：
i)制绒：硅片清洗制绒，表面形成金字塔结构；
ii)硼源沉积及扩散推进：将带有绒面的硅片放置于扩散管式炉中，通入BBr3及O2气体，沉积温度约860℃，沉积时间为20min。其后于990℃，高温推进硼原子的进一步扩散，推进时间为60min。因扩散管式炉为板式管式通源沉积方法，为双面B扩散工艺，硅片的正背面都有B扩散层；工艺总时长约为3小时(包含升温、降温，硅片进出管时间)。
iii)单边背刻蚀工艺：以HF/HNO3(40L/100L)刻蚀背面的B扩散层，以避免电池出现漏电现象；工艺时长约为0.5小时。
iv)磷源沉积及扩散推进：将刻蚀后硅片放入管式炉中，通入POCl3及O2气体，沉积温度约800℃，沉积时间为20min。其后于870℃，高温推进磷原子的进一步扩散，推进时间为60min；工艺总时长为2小时。
v)BSG/PSG去除工艺：采用HF清洗BSG、PSG，HF：H2O体积比为4～8：32，清洗时间为5～10min，直至硅片表面疏水为止；
vi)钝化工艺：于清洗后的硅片正表面沉积6～10nm的AlOx及80nm厚的SiNx薄膜，背面沉积80nm的SiNx薄膜。
vii)丝网印刷及测试：于SiNx薄膜表面印刷用于导电的浆料，烧结后进行测试分选。
对比例2APCVD方法
以生产1000片为例，具体步骤是：
i)制绒：硅片清洗制绒，表面形成金字塔结构；
ii)硼源沉积：采用APCVD的方法在硅片绒面沉积一层BSG，通入SiH4及B2H6气体，沉积温度约为260℃，沉积厚度为60nm，因APCVD为板式薄膜沉积方法，无绕镀现象存在，可实现单面BSG沉积；工艺时长约为0.5小时。
iii)硼扩散推进：将带有BSG的硅片放置于扩散管式炉中，于990℃高温推进硼原子的进一步扩散，推进时间为60min。工艺总时长约为2.5小时(包含升温、降温，硅片进出管时间)。
iv)磷源沉积：采用APCVD的方法在硅片绒面沉积一层BSG，通入SiH4及PH3气体，沉积温度约为260℃，沉积厚度为60nm，因APCVD为板式薄膜沉积方法，无绕镀现象存在，可实现单面PSG沉积；工艺时长约为0.5小时。
v)磷扩散推进：将半成品片放入管式炉中，于870℃，高温推进磷原子的进一步扩散，推进时间为60min；工艺总时长为2小时(包含升温、降温，硅片进出管时间)。
vi)BSG/PSG去除工艺：采用HF清洗BSG、PSG，HF：H2O体积比为4～8：32，清洗时间为5～10min，直至硅片表面疏水为止；
vii)钝化工艺：于清洗后的硅片正表面沉积6～10nm的AlOx及80nm厚的SiNx薄膜，背面沉积80nm的SiNx薄膜。
viii)丝网印刷及测试：于SiNx薄膜表面印刷用于导电的浆料，烧结后进行测试分选。
对于对比例2的方法，说明：先APCVD分别沉积硼磷后，共同在管式炉中扩散的方法不适合量产，原因有二。一是硼源沉积后，翻转时会被摩擦，影响源含量。二是硼磷最佳扩散温度不同，难以获得较好的扩散结果，磷源在990℃扩散60min条件下，扩散量太高，电池效率不高。
分别对采用实施例1、对比例1和对比例2扩散后的硅片进行检测，结果见表1，数据证明制得的硅片均满足生产工艺要求。
表1
综上，N型电池的几种扩散工艺的比较见表2。
表2
上述数据证明，本发明工艺与现有工艺比较具有如下优势：
1.本发明中的电池工艺只需六步，而常规电池工艺需七步。本发明减少了管式炉的使用及清洗机台的使用，可减少废液处理量。
2.本发明中的扩散工艺时长需3.5小时，而常规扩散工艺需要5.5小时。本发明节省了2小时时间，具有时间优势。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (5)
1.一种N型电池的共扩散工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤，
i)制绒：硅片清洗制绒，表面形成金字塔结构；
ii)硼源沉积：采用APCVD的方法在硅片绒面沉积一层BSG，通入SiH4及B2H6气体，沉积温度为250-270℃，沉积厚度为50-70nm；
iii)硼磷共扩散：
1.将带有单面BSG的硅片放入管式炉中，先升温至980-1000℃，在氮气或氧气环境下，推进硼的扩散，时间为25-35min；
2.降温至850-860℃，通入磷源，沉积一层PSG，时间为8-12min；
3.高温共推进工艺，温度为945-960℃，时间为25-35min。
2.根据权利要求1所述的N型电池的共扩散工艺，其特征在于：所述的升温速率为8-12℃/min。
3.根据权利要求1所述的N型电池的共扩散工艺，其特征在于该工艺还包括：
iv)BSG/PSG去除工艺：采用HF清洗BSG、PSG，HF：H2O体积比为4~8：32，清洗时间为5~10min，直至硅片表面疏水为止。
4.根据权利要求1所述的N型电池的共扩散工艺，其特征在于该工艺还包括：
v)钝化工艺：于清洗后的硅片表面正面沉积6~10nmAlOx及80nm的SiNx薄膜，背面沉积80nm厚的SiNx薄膜。
5.根据权利要求1所述的N型电池的共扩散工艺，其特征在于该工艺还包括：
vi)丝网印刷及测试：于SiNx薄膜表面印刷用于导电的浆料，烧结后进行测试分选，得到扩散后的硅片。
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