CN111883421B - 一种基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，包括：步骤S1、对硅片进行清洗制绒，送入扩散管，升温并抽真空；步骤S2、扩散炉内温度稳定在预设温度后，通入氧气，并通入磷源或硼源沉积，源瓶控压压力设为600～800mbar；步骤S3、继续升温至预设温度，通入氧气，进行磷扩散推进或硼扩散推进；步骤S4、当温度降至预设温度，通源及氧气，源瓶控压压力设为600～800mbar；步骤S5、当温度进一步降至预设温度，通源及氧气，调整炉管压力值，将源瓶控压压力调整为100～500mbar或将源瓶压力设置与炉管压力值相近。本发明有利于扩散轻掺杂区方阻的提升和效率的提高。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能电池生产制造技术领域，特指一种基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法。
背景技术
通过制绒小绒面、扩散高方阻和激光选择性发射极技术（SE）相匹配，PERC电池实现了0.2～0.3%的效率提升。为了保证电池片的填充，需要激光SE后的重掺杂区能与正银浆料形成较好的接触。当前PERC+SE电池的扩散方阻一般控制在140～160Ω/□，为了进一步提升轻掺杂区的量子效率和电池片效率，后期扩散方阻可能会提升到200Ω/□甚至更高，这对扩散方阻不均匀度和扩散稳定性提出了很高的要求。常压扩散由于扩散方阻均匀性差、产能低、生产成本高和对车间环境污染较大等原因，逐渐被低压扩散技术所淘汰。
低压扩散的通源方式有非源瓶控压（炉管控压）和源瓶控压2种。非源瓶控压通源模式，源瓶内的压力接近扩散炉管内压力值，此压力条件下源的饱和蒸气压较大，扩散小氮携带的源浓度较高。扩散方阻受源瓶恒温箱温度、通源气路环境温度、扩散炉管压力和小氮流量波动影响较大，扩散批次间的方阻稳定性偏差，不利于扩散高方阻片的稳定生产。
为了提升扩散方阻的均匀性和稳定性，一般采用采取源瓶控压的通源方式。激光SE导入后，扩散轻掺杂区域的方阻越做越高，这就要求扩散后形成高浓度厚磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，确保激光SE后方阻下降到60～90Ω/□，改善重掺杂区金属化烧结接触，提升电池片填充因子（FF）。源瓶控压通源模式下，通过设置较大的扩散小氮降温沉积，控压流量计容易堵塞，使得源瓶控压失效，造成扩散方阻的稳定性变差，造成扩散返工和备件成本上升。而通过延长降温通源时间来实现高浓度厚磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，则不利于扩散产能的释放和生产成本的下降。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于源瓶控可调实现低压高方阻的扩散方法，该方法能提升扩散高方阻的均匀性、稳定性、有利于高浓度厚磷硅玻璃层或硼硅玻璃层的形成。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，包括：
步骤S1、对硅片进行清洗制绒，送入扩散管中，升温并抽真空；
步骤S2、低温沉积：扩散炉内温度稳定在预设温度后，通入氧气，并通入磷源或硼源沉积，源瓶控压压力设为600～800mbar；
步骤S3、升温及推进：继续升温至预设温度，通入氧气，进行磷扩散推进或硼扩散推进；
步骤S4、第一次降温通源沉积：当温度降至预设温度，通源及氧气，源瓶控压压力设为600～800mbar；
步骤S5、第二次降温通源沉积：当温度进一步降至预设温度，通源及氧气，调整炉管压力值，将源瓶控压压力调整为100～500mbar或将源瓶压力设置与炉管压力值相近。
作为上述技术方案的进一步改进：低温沉积之前还包括预氧化处理，具体步骤为：在进行磷扩散或硼扩散前，通入氧气，对硅片进行预氧化处理。
作为上述技术方案的进一步改进：第二次降温通源沉积后还包括后氧化处理，具体步骤为：第二次降温通源沉积后，通入氧气，进行短时间的氧化处理。
作为上述技术方案的进一步改进：步骤S2中，预设温度为760～795℃，通入的磷源流量为300～1200sccm，氧气流量为300～900sccm，炉管压力为60～160mbar，沉积时间为10～20min。
作为上述技术方案的进一步改进：步骤S2中，预设温度为840～880℃，通入的硼源流量为100～600sccm，氧气流量为100～900sccm，炉管压力为60～160mbar，沉积时间为15～30min。
作为上述技术方案的进一步改进：步骤S3中，磷扩散推进的预设温度为830～880℃，推进时间为15～25min。
作为上述技术方案的进一步改进：步骤S3中，硼扩散推进的预设温度为900～1000℃,推进时间20～40min。
作为上述技术方案的进一步改进：步骤S4中，磷扩散的第一次降温通源沉积预设温度为800～825℃，通源时间为3～6min，通源流量为120～300sccm，氧气流量为0～480sccm。
作为上述技术方案的进一步改进：步骤S5中，磷扩散的第二次降温通源沉积预设温度为760～805℃，通源时间10～20min，通源流量为100～600sccm，氧气流量为240～800sccm，炉管压力值调整为100～180mbar。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，在低温沉积步时，通过PLC（程序逻辑控制）和控压模块控制源瓶通源时处于微负压（600～800mbar）状态，此状态下的扩散小氮携带混合均匀、低浓度源，有利于提升扩散高方阻的均匀性和稳定性；在降温沉积步时，源瓶可通过PLC和控压模块控制使源瓶通源时处于负压（100～500mbar）状态或者使通源路径不经过控压模块，使源瓶压力与炉管相同或相近，此状态下的扩散小氮携带高浓度源，有利于高浓度厚磷硅玻璃层或硼硅玻璃层的形成。本发明改善了扩散高方阻的不均匀性和稳定性，优化扩散降温通源时间，形成有利于激光SE推结的高浓度厚PSG或BSG层。本发明应用于磷扩散时，激光SE后方阻下降值可达100～140Ω/□，可降低了激光SE推结功率，减少晶格热损伤程度。轻掺杂区扩散方阻提升，有利于该区域量子效率的提升，实现电池片整体效率的提升。
附图说明
图1是本发明基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法实现的流程示意图。
图2是本发明在具体实施例中应用的测试结果图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，包括：
步骤S1、对硅片进行清洗制绒，送入扩散管中，并进行升温和抽真空；
步骤S2、低温沉积：扩散炉内温度稳定在预设温度后，通入磷源或硼源，并通入氧气，源瓶控压压力设为600～800mbar；
步骤S3、升温及推进：继续升温至预设温度，通入氧气，进行磷扩散或硼扩散推进；
步骤S4：第一次降温通源沉积：当温度降至预设温度，通源及氧气，源瓶控压压力设为600～800mbar；
步骤S5：第二次降温通源沉积：当温度进一步降至预设温度，通源及氧气，调整炉管压力值，将源瓶控压压力调整为100～500mbar或将源瓶压力设置与炉管压力相近。
本发明的基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，在低温沉积步时，通过PLC（程序逻辑控制）和控压模块控制源瓶通源时处于微负压（600～800mbar）状态，此状态下的扩散小氮携带混合均匀、低浓度源，有利于提升扩散高方阻的均匀性和稳定性；在降温沉积步时，源瓶可通过PLC和控压模块控制使源瓶通源时处于负压（100～500mbar）状态或者使通源路径不经过控压模块，使源瓶压力与炉管相同或相近，此状态下的扩散小氮携带高浓度源，有利于高浓度厚磷硅玻璃层或硼硅玻璃层的形成。本发明改善了扩散高方阻的不均匀性和稳定性，优化扩散降温通源时间，形成有利于激光SE推结的高浓度厚PSG或BSG层。本发明应用于磷扩散时，激光SE后方阻下降值可达100～140Ω/□，可降低了激光SE推结功率，减少晶格热损伤程度。轻掺杂区扩散方阻提升，有利于该区域量子效率的提升，实现电池片整体效率的提升。
本实施例中，低温沉积之前还包括预氧化处理，具体步骤为：在进行低压磷扩散或硼扩散前，通入氧气，对硅片进行预氧化处理，氧化时间为3～6min。
本实施例中，第二次降温通源沉积后还包括后氧化处理，具体步骤为：第二次降温通源沉积后，通入氧气，对硅片进行短时间的氧化处理。通过预氧化以及后氧化处理，有利于增强扩散方阻均匀性，减小表面掺杂浓度，提高硅片的少子寿命。
本发明应用于磷扩散时，具体步骤如下：
S01、清洗制绒后的硅片插入石英舟中，将插片石英舟送入扩散管中，进行升温和抽真空；
S02、预氧化：预设温度达到760～785℃前，通入氧气，氧气流量600～1800sccm，氧化4～8min，炉管压力为60～160mbar；
S03、低温沉积：预设温度为760～795℃，通入磷源，通源流量300～1200sccm，氧气流量300～900sccm，炉管压力为60～160mbar，源瓶控压压力设定为600～800mbar，沉积时间为10～20min；
S04、升温及推进：继续升温至预设温度830～880℃，通入氧气，进行磷扩散推进，推进时间为15～25min，氧气流量为0～600sccm，炉管压力为60～160mbar；
S05、第一次降温通源沉积：磷扩散的第一次降温预设温度为800～825℃，通源时间为3～6min，通源流量为120～300sccm，氧气流量为0～480sccm，炉管压力60～160mbar，源瓶控压压力设定为600～800mbar；
S06、第二次降温：磷扩散的第二次降温预设温度为760～810℃，通源时间10～20min，通源流量为100～600sccm，氧气流量为240～800sccm，炉管压力值调整为100～180mbar，源瓶控压压力值调整为100～500mbar；
S07、扩散后氧化： 氧化处理的预设温度为温度760～780℃，氧化时间0.5～1min，氧气流量1000～2000sccm，炉管压力100～180mbar；
S08、回压，出舟冷却。
本发明应用于硼扩散时，具体步骤如下：
S001、清洗制绒后的硅片插入石英舟中，将插片石英舟送入扩散管中，进行升温和抽真空；
S002、预氧化：预设温度达到800～850℃前，通入氧气，氧气流量1500～2500sccm，氧化3～6min，炉管压力为80～150mbar；
S003、低温沉积：预设温度为840～880℃，通入硼源，通源流量100～600sccm，氧气流量100～900sccm，炉管压力60～160mbar，源瓶控压压力设定值600～800mbar，沉积时间为15～30min；
S004、升温及推进：继续升温至预设温度900～1000℃，通入氧气，进行硼扩散推进，推进20～40min，氧气流量为0～600sccm，炉管压力为80～150mbar；
S005、第一次降温通源沉积：硼扩散的第一次降温沉积预设温度为820～880℃，通源时间为5～10min，通源流量为100～300sccm，氧气流量为2000～4000sccm，炉管压力120～200mbar，源瓶控压压力设定为600～800mbar；
S006、第二次降温通源沉积：硼扩散的第二次降温沉积预设温度为800～850℃，通源时间15～25min，通源流量为100～200sccm，氧气流量为2000～4000sccm，炉管压力值调整为160～240mbar，源瓶控压压力值调整为240～400mbar；
S007、扩散后氧化： 氧化处理的预设温度为温度780～810℃，氧化时间5～10min，氧气流量2000～4000sccm，炉管压力180～240mbar；
S008、回压，出舟冷却。
如图2所示，采用本发明提供的基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法得到降温通源控压压力与轻重掺杂区方阻关系图，降温通源源瓶控压压力越低，激光SE后重掺杂区方阻越低，轻掺杂区方阻下降值由91.5Ω/□提升到110.5Ω/□，说明本发明的方法能够实现高浓度厚磷硅玻璃层或硼硅玻璃层，降低激光SE推结功率，减少晶格热损伤程度。此外，本发明还有利于扩散轻掺杂区方阻值进一步提升，轻掺杂区域方阻可以做到160～220Ω/□，甚至更高，有利于电池片效率进一步提升。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，其特征在于，包括：
步骤S1、对硅片进行清洗制绒，送入扩散管中，升温并抽真空；
步骤S2、低温沉积：扩散炉内温度稳定在预设温度后，通入氧气，并通入磷源或硼源沉积，源瓶控压压力设为600～800mbar；
步骤S3、升温及推进：继续升温至预设温度，通入氧气，进行磷扩散推进或硼扩散推进；
步骤S4、第一次降温通源沉积：当温度降至预设温度，通源及氧气，源瓶控压压力设为600～800mbar；
步骤S5、第二次降温通源沉积：当温度进一步降至预设温度，通源及氧气，调整炉管压力值，将源瓶控压压力调整为100～500mbar或将源瓶压力设置与炉管压力值相近；
步骤S2中，通入磷源的预设温度为760～795℃；通入硼源的预设温度为840～880℃；
步骤S3中，磷扩散推进的预设温度为830～880℃；硼扩散推进的预设温度为900～1000℃；
步骤S4中，磷扩散的第一次降温通源沉积预设温度为800～825℃，通源时间为3～6min，通源流量为120～300sccm，氧气流量为0～480sccm，炉管压力60～160mbar，源瓶控压压力设定为600～800mbar；硼扩散的第一次降温沉积预设温度为820～880℃，通源时间为5～10min，通源流量为100～300sccm，氧气流量为2000～4000sccm，炉管压力120～200mbar，源瓶控压压力设定为600～800mbar；
步骤S5中，磷扩散的第二次降温通源沉积预设温度为760～810℃，通源时间10～20min，通源流量为100～600sccm，氧气流量为240～800sccm，炉管压力值调整为100～180mbar，源瓶控压压力调整为100～500mbar或将源瓶压力设置与炉管压力值相近；硼扩散的第二次降温沉积预设温度为800～850℃，通源时间15～25min，通源流量为100～200sccm，氧气流量为2000～4000sccm，炉管压力值调整为160～240mbar，源瓶控压压力值调整为240～400mbar或将源瓶压力设置与炉管压力值相近。
2.根据权利要求1所述的基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，其特征在于，低温沉积之前还包括预氧化处理，具体步骤为：在进行磷扩散或硼扩散前，通入氧气，对硅片进行预氧化处理。
3.根据权利要求2所述的基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，其特征在于，第二次降温通源沉积后还包括后氧化处理，具体步骤为：第二次降温通源沉积后，通入氧气，进行氧化处理。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，其特征在于，步骤S2中，通入的磷源流量为300～1200sccm，氧气流量为300～900sccm，炉管压力为60～160mbar，沉积时间为10～20min。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，其特征在于，步骤S2中，通入的硼源流量为100～600sccm，氧气流量为300～900sccm，炉管压力为60～160mbar，沉积时间为15～30min。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，其特征在于，步骤S3中，磷扩散的推进时间为15～25min。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的基于源瓶控压可调实现低压高方阻的扩散方法，其特征在于，步骤S3中，硼扩散的推进时间20～40min。
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