CN113013284B - 一种se扩散方法及得到的硅片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SE扩散方法及得到的硅片，涉及太阳能电池技术领域。所述方法包括降温沉积的步骤：在降温的过程中通入磷源，生长PSG层。本发明的SE扩散工艺，通过降温过程补磷源的方式，可有效增加PSG中的P浓度，激光掺杂之后能够形成良好的重掺区，解决了高方阻选择性发射电极电池欧姆接触不良的问题，有利于高方阻电池的制备，提高电池开压和电流，进而提高电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，涉及一种SE扩散方法及得到的硅片。
背景技术
目前的太阳能电池技术领域，高效电池技术应用不断进步，例如PERC等高效电池，其电池的转换效率不断的在提升，在不断叠加技术当中，其中之一可以利用激光进行掺杂，制备选择性发射电极(SE)电池。
制备SE电池主要具有两个特征：1)金属栅线与硅片接触区域为重掺杂区，其可以形成良好的欧姆接触，改善填充因子；2)受光区域为轻掺杂区，其可以改善短波的响应，低的表面浓度减少了少子的复合，从而提升了开路电压和短路电流。
激光磷硅玻璃掺杂法是近期研究较多的SE新技术，它主要是用磷硅玻璃(PSG)作为磷源，采用激光烧蚀的方式形成重掺，该技术的特点是工艺流程简单，易于实现。但目前存在的缺点是：因硅片受光区域为轻掺杂区，所以扩散工艺必须使用高方阻工艺，硅片的方阻越高其Voc和Isc越高，而传统SE扩散工艺，越是高方阻工艺，其表面磷浓度越低(方阻测试的是整个硅里面的激活磷的浓度，方阻高，意味着扩散到整个硅里面的磷源少)，在激光烧蚀时，不能形成良好的重掺，从而导致欧姆接触不好，Rs偏高，填充因子下降，电池效率降低。
然而，现有SE扩散工艺，在沉积之后，仅通过恒温补源的方式，因P在Si中饱和度的问题，无法有效增加PSG中P浓度。由此导致激光掺杂时无法库存足够的P源，在高方阻时，无法有效改善接触问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种SE扩散方法及得到的硅片。解决了现有SE扩散工艺高方阻导致硅片表面PSG中P浓度不够，激光掺杂后方阻偏高，最终造成硅片重掺杂区域欧姆接触不良的技术问题。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种SE扩散方法，所述方法包括降温沉积的步骤：在降温的过程中通入磷源，生长PSG层，通过该方法可以增加PSG中的磷浓度。
本发明通过降温补磷源的SE扩散方式，可以将PSG层中P浓度得到有效积累，在激光掺杂之后能有效改善降低重扩区方阻，进而改善欧姆接触。在提高方阻获得高开压的同时，接触上也有优势，因此能够进一步提高太阳能电池的转化效率。
优选地，所述降温为：从840～880℃(例如840℃、850℃、855℃、860℃、870℃或880℃等)降至780～800℃(例如780℃、782℃、785℃、790℃、793℃、796℃或800℃等)。
优选地，所述降温的时间为20～30min，例如20min、22min、24min、25min、28min或30min等。
优选地，所述降温的速率为≤10℃/min，例如1℃/min、1.3℃/min、1.5℃/min、2℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min等，由于降温速率过快会导致局部P堆积的问题，导致外观不良，故优选上述范围，更优选1.3～5℃/min，进一步优选为1.3～1.5℃/min。
优选地，降温沉积过程中，使用载气载入磷源，在氧气气氛下降温生长PSG。
优选地，所述氧气的流量为300～400ml/min，所述载气和氧气的流量比为3:1～1:1，所述氧气的流量例如300ml/min、320ml/min、345ml/min、360ml/min、380ml/min或400ml/min等。所述载气和氧气的流量比例如3:1、2.5:1、2.2:1、2:1、1.8:1、1.5:1、1.3:1或1:1等，优选为2.5:1～3:1。
本发明对载气和磷源的具体种类不作限定，本领域技术人员可根据需要进行选择，更优选载气为N2，磷源为POCl3。
优选地，所述降温沉积过程中，压强控制在400～600mbar，例如400mbar、425mbar、450mbar、480mbar、500mbar、520mbar、540mbar、565mbar、580mbar或600mbar等，优选为450～550mbar。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述方法还包括在降温沉积之前进行如下步骤：
(1)进舟：P型硅片进入反应炉中，升温，通入N2；
(2)低温低压沉积：通入O2，使用载气载入磷源，控制温度在780～800℃，压强为95～120mbar，经过此步骤在P型硅片的表面形成PN结；
(3)高温推进和氧化：在通有O2的条件下，控制温度840～880℃。
本发明步骤(2)所述温度为780～800℃，例如780℃、782℃、785℃、788℃、790℃、795℃或800℃等；压强为95～120mbar，例如95mbar、100mbar、110mbar、115mbar或120mbar等。步骤(3)所述温度为840～880℃，例如840℃、850℃、860℃、870℃或880℃等。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述方法还包括在步骤(1)之后步骤(2)之前进行步骤(1’)温度和压强稳定：在通有N2的条件下，控制温度在780～800℃，压强95～120mbar。通过此步骤可以提升工艺稳定性，更好地形成PN结。
本发明步骤(1’)中的温度为780～800℃，例如780℃、782℃、785℃、788℃、790℃、795℃或800℃等；压强为95～120mbar，例如95mbar、100mbar、110mbar、115mbar或120mbar等。
优选地，步骤(1’)中N2的流量为2800～3200ml/min，例如2800ml/min、2900ml/min、3000ml/min、3050ml/min、3100ml/min或3200ml/min等。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述方法还包括在步骤(2)之后步骤(3)之前进行步骤(2’)升温和增压：控制N2流量900～1000ml/min，通入2000～2500ml/min的O2，升温至840～880℃，压强增至500～600mbar。由于磷在PSG中有一定的固溶度，为了让PSG中储存足够的磷源，在高压，同时高氧的氛围下，SiO2厚度可明显增加，进而达到高磷含量的PSG层，有利于后面的激光掺杂。
本发明步骤(2’)中的温度N2流量为900～1000ml/min，例如900ml/min、950ml/min或1000ml/min等；O2流量为2000～2500ml/min，例如2000ml/min、2100ml/min、2200ml/min、2300ml/min、2400ml/min或2500ml/min等；升温至840～880℃，例如840℃、850℃、860℃、870℃或880℃等；压强增至500～600mbar，例如500mbar、525mbar、535mbar、550mbar、560mbar、580mbar或600mbar等。
优选地，步骤(2’)中升温的升温速率为9～12℃/min，例如9℃/min、10℃/min、11℃/min或12℃/min。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(1)所述P型硅片为制绒后的P型硅片，所述制绒例如双面制绒。
本发明步骤(1)所述进舟的操作为现有技术，其温度和N2流量可参照现有技术进行选择，更优选步骤(1)升温至760～780℃，N2的流量为2800～3200ml/min，所述温度例如760℃、770℃或780℃等，所述N2的流量例如2800ml/min、2850ml/min、2900ml/min、2950ml/min、3000ml/min、3100ml/min或3200ml/min等。
优选地，步骤(2)所述O2的流量为500～600ml/min，例如500ml/min、525ml/min、550ml/min、580ml/min或600ml/min等。
优选地，步骤(2)所述载气和氧气的流量比为1:2～2:1，例如1:2、1:1.5、1:1或2:1等，优选为1:1。
本发明对载气和磷源的具体种类不作限定，本领域技术人员可根据需要进行选择，更优选步骤(2)所述载气为N2，磷源为POCl3。
优选地，步骤(2)所述低温低压沉积的时间为15～20min，例如15min、16min、18min或20min等。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(3)所述O2的流量为3700～4250ml/min，例如3700ml/min、3850ml/min、4000ml/min、4100ml/min或4200ml/min等。为了获得合适的方阻和低的表面P浓度，通过高温高氧推进有利于将表面磷源推进硅中，并可有效降低非激活磷的含量，同时高氧有利于防止表面磷浓度的剧增。
优选地，步骤(3)控制压强在900～1000mbar，例如900mbar、950mbar、970mbar或1000mbar等。通过在较高的压强条件下进行处理，再进行后续的降温沉积步骤，可以使PSG的厚度更厚，从而进一步提升PSG磷浓度。
优选地，步骤(3)高温推进和氧化的时间为10～15min，例如10min、11min、12min、13min或15min等。
作为本发明所述方法的优选技术方案，其特征在于，所述方法还包括在降温沉积之后进行恒温补源和出舟的步骤；
优选地，所述恒温补源的温度为760～780℃，例如760℃、765℃、770℃、775℃或780℃等。由于考虑到温度对材料固溶度的影响以及温度过高会导致局部P堆积影响外观，故优选上述温度进行恒温补源。
优选地，所述出舟过程中通有N2，所述N2的流量为2800～3200ml/min，例如2800ml/min、2900ml/min、2950ml/min、3000ml/min、3100ml/min或3200ml/min等。
优选地，所述出舟过程中控制温度在760～775℃，例如760℃、765℃、768℃、770℃或775℃等。
作为本发明所述方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)低温进舟：将制绒后的多晶硅片装入扩散炉中，设置炉管温度为760～780℃，并通入2800～3200ml/min的N2；
(2)温度和压强稳定：控制N2流量为2800～3200ml/min，设置炉管温度780～800℃，压强95～120mbar；
(3)低温低压沉积：通入500～600ml/min的O2、500～600ml/min的N2-POCl3，设置炉管温度780～800℃，时间为15～220min，压强95～120mbar；
(4)快速升温和增压：进舟后控制N2流量900～1000ml/min，通入2000～2500ml/min的O2，设置炉管以8～12℃/min的升温速率快速升温至840～880℃，压强增至500～600mbar；
(5)高温高压推进和氧化：通入3700～4250ml/min的O2，设置炉管温度840～880℃，时间为10～15min，压强900～1000mbar；
(6)降温沉积：设置炉管温度降至780～800℃，通过设置降温的时间，控制不同的降温速率，降温的时间为20～30min，通入300～400ml/min的O2、800～1000ml/min的N2-POCl3，控制炉管在降温过程中通入磷源，压强400～600mbar；
(7)设置炉管温度760～780℃，恒温补源，压强400～600mbar。
(8)低温出舟：通入2800～3200ml/min的N2，设置炉管温度稳定至760～775℃。
本发明中所述“800～1000ml/min的N2-POCl3”指：800～1000ml/min流量的N2通过液态的POCl3，即使用N2载入POCl3。
第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述方法制备得到的硅片，所述硅片中的磷浓度为1E20～3E20/cm3，硅片方阻的平均值为120～140Ω/sq。
本发明所述硅片的方阻可采用现有技术常规测试手段进行测试，例如采用四探针法进行测试。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的SE扩散工艺，通过降温过程补磷源的方式，可有效增加PSG中的P浓度，激光掺杂之后能够形成良好的重掺区，解决了高方阻选择性发射电极电池欧姆接触不良的问题，有利于高方阻电池的制备，提高电池开压和电流，进而提高电池效率。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种新型的增加PSG中P浓度的SE扩散工艺，包括低温进舟、温度和压强稳定、低温低压沉积、快速升温和增压、高温高压推进和氧化、降温过程补源沉积、低温氧化和低温出舟步骤，具体步骤如下：
(1)低温进舟：将制绒后的多晶硅片装入扩散炉中，设置炉管温度为770℃，并通入3000ml/min的N2；
(2)温度和压强稳定：控制N2流量为3000ml/min，设置炉管温度790℃，压强100mbar；
(3)低温低压沉积：通入500ml/min的O2、500ml/min的N2-POCl3，设置炉管温度790℃，时间为16min，压强100mbar；
(4)快速升温和增压：进舟后控制N2流量1000ml/min，O2流量为3000ml/min，设置炉管快速升温至860℃，升温速率10℃/min，压强增至500mbar；
(5)高温高压推进和氧化：通入4000ml/min的O2，设置炉管温度860℃，时间为10min，压强900mbar，按此条件生长PSG中磷浓度更高；
(6)降温过程补源沉积：设置炉管温度降至800℃，设置降温时间30min以使降温速率为2℃/min。通入300ml/min的O2、800ml/min的N2-POCl3，炉管在降温过程中通入磷源，压强500mbar；
(7)设置炉管温度780℃恒温补源，通入300ml/min的O2、800ml/min的N2-POCl3，压强500mbar；
(8)低温出舟：通入3000ml/min的N2，设置炉管温度稳定至770℃，采用四探针法测试硅片的方阻，平均值为130Ω/sq，比常规扩散工艺(对比例1)的方阻高～10Ω/sq(参见表1)。
实施例2
除了步骤(6)设置炉管温度降至800℃，设置降温时间40min以使降温速率为1.5℃/min外，其他方法和条件与实施例1相同。
实施例3
除了步骤(6)设置炉管温度降至800℃，设置降温时间20min以使降温速率为3℃/min外，其他方法和条件与实施例1相同。
实施例4
除了步骤(5)将4000ml/min的O2调整为500ml/min的O2和3500ml/min的N2外，其他方法和条件与实施例1相同。
对比例1
本对比例为常规扩散工艺，包括以下步骤：
(1)低温进舟：将制绒后的多晶硅片装入扩散炉中，设置炉管温度为770℃，并通入3000ml/min的N2；
(2)温度和压强稳定：控制N2流量为3000ml/min，设置炉管温度790℃，压强100mbar；
(3)低温低压沉积：通入500ml/min的O2、500ml/min的N2-POCl3，设置炉管温度790℃，时间为16min，压强100mbar；
(4)快速升温和增压：进舟后控制N2流量1000ml/min，O2流量为3000ml/min，设置炉管快速升温至860℃，升温速率10℃/min，压强增至500mbar；
(5)高温高压推进和氧化：通入1500ml/min的N2，设置炉管温度860℃，时间为10min，压强100mbar，按此条件生长PSG；
(6)降温过程补源沉积：设置炉管温度降至800℃，设置降温时间30min以使降温速率为2℃/min。通入1500ml/minN2，压强100mbar；
(7)设置炉管温度780℃恒温补源，通入300ml/min的O2、800ml/min的N2-POCl3，压强500mbar；
(8)低温出舟：通入3000ml/min的N2，设置炉管温度稳定至770℃。
制成电池并进行检测，各实施例和对比例的性能结果参见表1和表2。
采用上述各实施例和常规产线工艺(对比例1)所得产品继续进行电池的制备，包括：
(A)扩散后硅片对发射极进行激光掺杂，掺杂功率为41％功率，目的是将扩散后形成PSG层中的P进一步向硅中掺杂，形成局部重掺区域；
(B)掺杂后硅片进行刻蚀，去掉N性发射极表面的PSG层，和硅片四个侧面的N型掺杂层，同时P型面进行抛光；
(C)刻蚀后硅片的P型面原子层沉积一层致密的氧化铝进行背钝化，氧化铝厚度为10nm；背钝化后的硅片两面进行PECVD镀上氮化硅薄膜，正背面氮化硅厚度和折射率分别为85±5nm，2.05±0.05和90±5nm，2.15±0.1。氮化硅薄膜既可以作为光的减反射膜增加光的吸收，又能对硅片起到场钝化的作用；
(D)在P型面进行激光开槽，激光开槽图形与背场网板图形相匹配。目的是使印刷后的铝浆料与硅片更好的接触；按照背银-背铝-正银的顺序进行丝网印刷，依次印刷上背银电极，铝背场，正银电极。其中：正面主栅为9根，副栅为100根，每根主栅上Pad点为9个。背面主栅为9根，副栅为146根，每根主栅上银电极为9个。
(E)印刷后的电池片经过高温(～800℃)烧结炉，实现浆料与硅紧密接触，同时进一步提高钝化效果。
(F)电池片经过105℃，3.5A退火24h，达到降低衰减，并进一步提效的目的。
表1
表2
采用实施例1的扩散方法得到的产品制备出的电池片转换效率与常规扩散工艺(对比例1)相比高出0.12％。其优势主要体现在Voc较高，同时接触电阻率更低，FF略有优势。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (23)
1.一种SE扩散方法，其特征在于，所述方法包括降温沉积的步骤：在降温的过程中通入磷源，生长PSG层；
所述降温为：从840～880℃降至780～800℃；
所述降温的时间为20～30min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降温的速率为≤10℃/min。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述降温的速率为1.3～5℃/min。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述降温的速率为1.3～1.5℃/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，降温沉积过程中，使用载气载入磷源，在氧气气氛下降温生长PSG。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧气的流量为300～400ml/min，所述载气和氧气的流量比为3:1～1:1。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述载气和氧气的流量比为2.5:1～3:1。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述载气为N2，磷源为POCl3。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降温沉积过程中，压强控制在400～600mbar。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述降温沉积过程中，压强控制在450～550mbar。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在降温沉积之前进行如下步骤：
(1)进舟：P型硅片进入反应炉中，升温，通入N2；
(2)低温低压沉积：通入O2，使用载气载入磷源，控制温度在780～800℃，压强为95～120mbar；
(3)高温推进和氧化：在通有O2的条件下，控制温度840～880℃。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(1)之后步骤(2)之前进行步骤(1’)温度和压强稳定：在通有N2的条件下，控制温度在780～800℃，压强95～120mbar。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(1’)中N2的流量为2800～3200ml/min。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(2)之后步骤(3)之前进行步骤(2’)升温和增压：控制N2流量900～1000ml/min，通入2000～2500ml/min的O2，升温至840～880℃，压强增至500～600mbar。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述升温的升温速率为9～12℃/min。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述P型硅片为制绒后的P型硅片。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述O2的流量为3700～4250ml/min，控制压强在900～1000mbar。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(3)高温推进和氧化的时间为10～15min。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在降温沉积之后进行恒温补源和出舟的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述恒温补源的温度为760～780℃。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述出舟过程中通有N2，所述N2的流量为2800～3200ml/min，出舟过程中控制温度在760～775℃。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)低温进舟：将制绒后的多晶硅片装入扩散炉中，设置炉管温度为760～780℃，并通入2800～3200ml/min的N2；
(2)温度和压强稳定：控制N2流量为2800～3200ml/min，设置炉管温度780～800℃，压强95～120mbar；
(3)低温低压沉积：通入500～600ml/min的O2、500～600ml/min的N2-POCl3，设置炉管温度780～800℃，时间为15～220min，压强95～120mbar；
(4)快速升温和增压：进舟后控制N2流量900～1000ml/min，通入2000～2500ml/min的O2，设置炉管以8～12℃/min的升温速率快速升温至840～880℃，压强增至500～600mbar；
(5)高温高压推进和氧化：通入3700～4250ml/min的O2，设置炉管温度840～880℃，时间为10～15min，压强900～1000mbar；
(6)降温沉积：设置炉管温度降至780～800℃，通过设置降温的时间，控制不同的降温速率，降温的时间为20～30min，通入300～400ml/min的O2、800～1000ml/min的N2-POCl3，控制炉管在降温过程中通入磷源，压强400～600mbar；
(7)设置炉管温度760～780℃，恒温补源，压强400～600mbar；
(8)低温出舟：通入2800～3200ml/min的N2，设置炉管温度稳定至760～775℃。
23.根据权利要求1-22任一项所述方法制备得到的硅片，其特征在于，所述硅片中的磷浓度为1E20～3E20/cm3，硅片方阻的平均值为120～140Ω/sq。
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