CN113066894B - 一种适用于hbc电池的硼扩散方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于HBC电池的硼扩散方法，在推进步骤改成氮气氧气混合推进的方式并增加了推进的时间，可以有效的增加结深且降低表面浓度。而且增加了氮气推进的时间，使得BSG中的B浓度降低，BSG更加容易去除干净。本发明对于N型电池来说，具备优良的正表面掺杂能力，较低的死层和较好的光吸收能力；同时本发明采用水平扩散方式，同时具备较好的单面性，利用重力挤压方式，将硅片背靠背放置于水平槽内，硅片间受上表面硅片重力影响进行挤压，高温受热后形变量很小，有效防止了绕扩的发生，在扩散中也减少B向背面扩散，大幅降低背面绕扩。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种适用于HBC电池的硼扩散方法。
背景技术
在所有的太阳能电池中，硅太阳能电池是商业推广范围最大的太阳能电池。光电转换的太阳能电池可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。
P型硅片需要扩散磷元素获得PN结，N型硅片需要扩散硼元素获得PN结。电池片的生产过程中，部分工艺需要在硅片上扩散或者沉积一些元素，形成某种薄层结构。如硼扩散工艺、磷扩散工艺、低压硼扩散工艺、低压磷扩散工艺等。
扩散工艺是制备太阳电池最关键的工序之一。扩散结果的好坏会直接影响到电池效率，而评估扩散好坏的标准就是方阻，表面浓度和结深，对于硼扩散而言在对接触电阻影响不大的情况下，表面浓度越低越好，可以降低表面复合速率，提升开压及电流；较深的结深能增强N型电池正面的场效应，并有利于FF的提升。
目前市面上的硼扩工艺推结的步骤采用单一的高温氧化推进，此种推进方法可以快速降低表面浓度，利用硅与氧气反应生成二氧化硅产生的界面位移，可以析出硅片表面的硼，使得在进行高温推进的同时减少硅中硼的掺杂总量，最终达到低表面浓度的要求。但这样一方面会造成结深较浅，导致正面的场效应减弱；另一方面会增加BSG层中的硼的浓度，造成BSG难清洗，需要增大BSG清洗中HF的浓度及清洗时间，BSG全部去除后才能进行AlOx钝化。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种适用于HBC电池的硼扩散方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种适用于HBC电池的硼扩散方法，包括以下步骤：
(1)进舟：将硅片放置于舟内，进行进舟步骤，进舟时，炉管温度为700-750℃，同时保持2000sccm N2进行持续吹扫；
(2)升温与检漏：舟进入炉管后进行加热升温，目标温度800-850℃，升温同时抽真空，完成抽空后，关闭真空泵进行真空检漏，检漏要求<5mbar/min，完成检漏后，打开真空泵，调节炉管压力，目标真空度为100-500mbar；
(3)预氧化：到达目标温度和目标真空度后，通入2000sccm-10000sccm氧气，进行预氧化，通入时间10-30min；通过预氧化在硅片表面生长一层薄氧化硅，该薄氧化硅起到阻挡层作用，可以防止BCl3气体分解产生的氯化物对硅片表面造成损伤。
(4)抽空：完成氧化后，将炉管抽空，抽空时间3-10min，目标压力<200mabr；
(5)通硼源沉积：通入BCl3气体和O2，气体体积比例BCl3：O2＝1:1～1:3，通入时间为5-20min；较低的比例会造成BCl3不能完全和O2反应，导致过量的BCl3自分解，大量的单质硼沉积在硅片表面，形成损失层，同时分解的Cl2极易对硅片表面造成腐蚀，较高的比例会造成BCl3浓度不足，造成石英炉管内气源分布不均匀，从而导致整管均匀性较差。
(6)升温：完成通源沉积后进行石英炉管抽空，完成抽空后进行加热升温，目标温度1000℃；
(7)推进：到达目标温度后，采用N2，O2交叉通入推进；每次N2推进时间：氧气推进时间＝1：2～1：3，作为优选：每次N2推进时间在10min-25min；
作为优选，每次推进，使用N2流量为3SLM～10SLM，O2流量为5SLM～20SLM进行循环推进，推进次数在2-5次，重复的循环推进可以有效保证较低的表面浓度，较深的PN结深度，同时大幅降低了BSG中B源量，大幅提升B扩散后少子寿命，也降低了后道处理工序的处理难度。
O2推进可以保证氧化层的不断生长，并不断进行B原子向硅体内推进，保证掺杂浓度，但同时B原子在氧化硅中的固溶度大于在硅中固溶度，持续的氧化硅生长会导致大量B吸入到氧化硅层，造成BSG中硼浓度较高形成富硼层，富硼层与酸反应较慢，不利于后续清洗工作。因此本发明引入N2推进，并与氧气推进交叉进行，同样要避免长时间的N2推进造成硅片体内B原子浓度较高，未激活B比例较高形成死层，造成表面复合严重，降低少子寿命，降低电池效率。
(8)降温出舟：降温至800℃，出舟，完成扩散过程。
进一步地，步骤(2)中，升温速率为10℃/min。
进一步地，步骤(7)中，到达目标温度1000℃后，通入氮气3000sccm/min，通入10min；通入氧气5000sccm/min，通入25min；通入氮气3000sccm/min，通入氧气10min通入5000sccm/min，通入25min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在推进步骤改成氮气氧气混合推进的方式并增加了推进的时间，可以有效的增加结深且降低表面浓度。而且增加了氮气推进的时间，使得BSG中的B浓度降低，BSG更加容易去除干净。从ECV结果显示采用本发明的方法结深增加且表面浓度低于常规硼扩散方法。
(2)本发明中增加了氮气推进的时间，使得BSG中的B浓度降低，BSG更加容易去除干净。清洗中药液的浓度为H2O：HF＝20：1(体积比)，温度为常温，BSG清洗时间从原先的600s降低至500s，减少了100s的清洗时间。
(3)本发明方法对于N型电池来说，具备优良的正表面掺杂能力，较低的死层和较好的光吸收能力。同时本发明采用水平扩散方式，同时具备较好的单面性，利用重力挤压方式(重力挤压是硼扩散采用水平放片扩散的方式，相邻的两片叠在一起，上面的一片依靠重力作用压在下面一片上)，将硅片背靠背放置于水平槽内，硅片间受上表面硅片重力影响进行挤压，高温受热后形变量很小，有效防止了绕扩的发生，在扩散中也减少B向背面扩散，大幅降低背面绕扩，对于单面性要求高的高效电池尤为重要。
(4)本发明的扩散方法尤其适用于N型HBC高效电池，HBC电池背面工艺较为复杂，优越的单面性和优良的BSG层大幅降低了后续处理工艺的难度，有利于HBC产品的产业化。
附图说明
图1是本发明方法与对比例1中方法的硼扩散ECV图。
图2是采用对比例1与实施例1中的方法硼扩散后，光伏电池PL图片。
图3是采样检测时的测试位置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。
实施例1
一种适用于HBC电池的硼扩散方法，包括以下步骤：
(1)进舟：将制绒清洗后的硅片放置于水平插片石英舟内，硅片背靠背放置插入水平石英槽内，进行进舟步骤，进舟时，石英炉管温度为700℃，同时保持2000sccm N2进行持续吹扫。
(2)升温与检漏：硅片与石英舟进入石英炉管后进行加热升温，升温速率为10℃/min，目标温度850℃，升温同时使用真空泵进行炉管抽真空，完成抽空后，关闭真空泵进行真空检漏，检漏要求<5mbar/min，完成检漏后，打开真空泵，调节炉管压力，目标真空度为200mbar；
(3)预氧化：到达目标温度和目标真空度后，通入2000sccm氧气，进行预氧化，通入时间10min，通过预氧化在硅片表面生长一层薄氧化硅，该薄氧化硅起到阻挡层作用，可以防止BCl3气体分解产生的氯化物对硅片表面造成损伤。
(4)完成氧化后，将炉管抽空，将炉管内氧气抽走，目标压力<200mabr，防止过量氧气残留在炉管内，造成下一步通源时过多氧气消耗BCl3源。
(5)通硼源沉积：按一定比例通入BCl3气体和氧气，气体体积比例BCl3：O2＝1:1，通入时间为20min，较低的比例会造成BCl3不能完全和O2反应，导致过量的BCl3自分解，大量的单质硼沉积在硅片表面，形成损失层，同时分解的Cl2极易对硅片表面造成腐蚀，较高的比例会造成BCl3浓度不足，造成石英炉管内气源分布不均匀，从而导致整管均匀性较差。
(6)升温：完成通源沉积后继续进行石英炉管抽空，将炉管内BCl3和氧气抽走，目标压力<100mbar，完成抽空后进行加热升温，目标温度1000℃。
(7)推进：到达目标温度后，进入推进步骤，该步采用N2，O2交叉通入推进，通入氮气3000sccm/min，通入10min；通入氧气5000sccm/min，通入25min；通入氮气3000sccm/min，通入10min；通入氧气5000sccm/min，通入25min。
(8)降温出舟：降温至800℃，出舟，完成扩散过程。
实施例2
一种适用于HBC电池的硼扩散方法，包括以下步骤：
(1)进舟：将制绒清洗后的硅片放置于水平插片石英舟内，硅片背靠背放置插入水平石英槽内，进行进舟步骤，进舟时，石英炉管温度为750℃，同时保持2000sccm N2进行持续吹扫。
(2)升温：硅片与石英舟进入石英炉管后进行加热升温，升温速率为10℃/min，目标温度800℃，升温同时使用真空泵进行炉管抽真空，完成抽空后，关闭真空泵进行真空检漏，检漏要求<5mbar/min，完成检漏后，打开真空泵，调节炉管压力，目标真空度为500mbar；
(3)预氧化：到达目标温度和目标真空度后，通入5000sccm氧气，进行预氧化，通入时间20min，通过预氧化在硅片表面生长一层薄氧化硅，该薄氧化硅起到阻挡层作用，可以防止BCl3气体分解产生的氯化物对硅片表面造成损伤。
(4)完成氧化后，将炉管抽空，将炉管内氧气抽走，目标压力<200mabr，防止过量氧气残留在炉管内，造成下一步通源时过多氧气消耗BCl3源。
(5)通硼源沉积：按一定比例通入BCl3气体和氧气，气体体积比例为BCl3：O2＝1:3，通入时间为10min，较低的比例会造成BCl3不能完全和O2反应，导致过量的BCl3自分解，大量的单质硼沉积在硅片表面，形成损失层，同时分解的Cl2极易对硅片表面造成腐蚀，较高的比例会造成BCl3浓度不足，造成石英炉管内气源分布不均匀，从而导致整管均匀性较差。
(6)完成通源沉积后继续进行石英炉管抽空，将炉管内BCl3和氧气抽走，目标压力<100mbar，完成抽空后进行加热升温，目标温度1000℃。
(7)到达目标温度后，进入推进步骤，该步采用N2，O2交叉通入推进，通入氮气4000sccm，通入10min；通入氧气6000sccm，通入30min；通入氮气4000sccm，通入10min；通入氧气6000sccm，通入30min。
实施例3
一种适用于HBC电池的硼扩散方法，包括以下步骤：
(1)进舟：将制绒清洗后的硅片放置于水平插片石英舟内，硅片背靠背放置插入水平石英槽内，进行进舟步骤，进舟时，石英炉管温度为720℃，同时保持2000sccm N2进行持续吹扫。
(2)升温与检漏：硅片与石英舟进入石英炉管后进行加热升温，升温速率为10℃/min，目标温度820℃，升温同时使用真空泵进行炉管抽真空，完成抽空后，关闭真空泵进行真空检漏，检漏要求<5mbar/min，完成检漏后，打开真空泵，调节炉管压力，目标真空度为100mbar；
(3)预氧化：到达目标温度和目标真空度后，通入6000sccm氧气，进行预氧化，通入时间10min，通过预氧化在硅片表面生长一层薄氧化硅，该薄氧化硅起到阻挡层作用，可以防止BCl3气体分解产生的氯化物对硅片表面造成损伤。
(4)完成氧化后，将炉管抽空，将炉管内氧气抽走，目标压力<200mabr，防止过量氧气残留在炉管内，造成下一步通源时过多氧气消耗BCl3源。
(5)通硼源沉积：按一定比例通入BCl3气体和氧气，气体体积比例BCl3：O2＝1:2，通入时间为15min，较低的比例会造成BCl3不能完全和O2反应，导致过量的BCl3自分解，大量的单质硼沉积在硅片表面，形成损失层，同时分解的Cl2极易对硅片表面造成腐蚀，较高的比例会造成BCl3浓度不足，造成石英炉管内气源分布不均匀，从而导致整管均匀性较差。
(6)升温：完成通源沉积后继续进行石英炉管抽空，将炉管内BCl3和氧气抽走，目标压力<100mbar，完成抽空后进行加热升温，目标温度1000℃。
(7)推进：到达目标温度后，进入推进步骤，该步采用N2，O2交叉通入推进，通入氮气3000sccm/min，通入10min；通入氧气5000sccm/min，通入30min；通入氮气3000sccm/min，通入10min；通入氧气5000sccm/min，通入30min。
(8)降温出舟：降温至800℃，出舟，完成扩散过程。
对比例1
本对比例中，硼扩散的具体步骤如表1所示。
由图1可知，ECV(电化学微分电容电压)结果显示采用本发明的扩散方法得到的结果是：结深增加且表面浓度低于对比例中硼扩散的结果。图1中两种方法后段的差异主要由结深不同导致，表面浓度主要看表面深度0-0.05μm处的浓度。
表1对比例1中方法与本发明方法步骤对比
表2
表3不同炉管区域对应扩散方阻值及其片内方阻均匀性
通过表2与图1可知，采用本发明的新型硼扩散方法，可以获得较深的PN结和较低的表面掺杂浓度，低表面掺杂浓度能够降低太阳能电池表面复合速率，提升开压及电流；较深的结深能增强N型HBC电池正面的场效应，并有利于FF的提升。
卸片(即将硅片从石英舟上取下)前对石英舟上不同位置的硅片进行采样检测，测试位置见图3，测试结果如表3所示，通过表3所示的数据可以看出，本发明方法具备优良的片内和片间扩散均匀性，可以进一步提升PN结一致性，有利于载流子的横向传输。图2为采用对比例1与实施例1中的方法硼扩散后，光伏电池PL(光致发光)图片；由图2可知，本发明对应的实施例具备更优的PL亮度和均一性。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种适用于HBC电池的硼扩散方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)进舟：将硅片放置于舟内，进行进舟步骤，进舟时，炉管温度为700-750℃，同时保持2000sccm N2进行持续吹扫；采用水平扩散方式，利用重力挤压方式将硅片背靠背放置于水平槽内；
(2)升温与检漏：舟进入炉管后进行加热升温，目标温度800-850℃，升温同时抽真空，完成抽空后，关闭真空泵进行真空检漏，检漏要求＜5mbar/min，完成检漏后，打开真空泵，调节炉管压力，目标真空度为100-500mbar；
(3)预氧化：到达目标温度和目标真空度后，通入2000sccm-10000sccm氧气，进行预氧化，通入时间10-30min；
(4)抽空：完成氧化后，将炉管抽空，抽空时间3-10min，目标压力＜200mabr；
(5)通硼源沉积：通入BCl3气体和O2，气体体积比例为BCl3∶O2＝1∶1～1∶3，通入时间为5-20min；
(6)升温：完成通源沉积后进行炉管抽空，目标压力＜100mbar，完成抽空后进行加热升温，目标温度1000℃；
(7)推进：到达目标温度后，采用N2，O2交叉通入推进；每次N2推进时间∶O2推进时间＝1∶2～1∶3，每次推进，使用N2流量为3SLM～10SLM，O2流量为5SLM～20SLM，进行循环推进，推进次数在2-5次；
(8)降温出舟：降温，出舟，完成扩散过程。
2.根据权利要求1所述的一种适用于HBC电池的硼扩散方法，其特征是，步骤(2)中，升温速率为10℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种适用于HBC电池的硼扩散方法，其特征是，步骤(7)中，到达目标温度1000℃后，通入氮气3000sccm，通入10min；通入氧气5000sccm，通入25min；通入氮气3000sccm，通入10min；通入氧气5000sccm，通入25min。
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