CN113345981A - 一种用于制备选择性发射极的链式设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备选择性发射极的链式设备，包括用于传送硅片的传送装置，以及沿传送方向依次设置的功能区：链式制绒区，第一氧化区，第一沉积区，烘干区，第二氧化区，第一扩散区，第二沉积区，第二扩散区，第三氧化区。本发明的链式设备能制备N型电池的选择性发射极，且外扩可控，结深差异化可控，不损伤绒面，全程链式，产能高。
Description
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体涉及一种用于制备选择性发射极的链式设备。
背景技术
目前，N型电池选择性发射极制备工艺主要有：二次扩散法、掩膜法、反刻蚀法、激光掺杂法和掺杂浆料热扩散法等。
二次扩散法需要经历沉积掩膜层-激光开槽（重掺区）、第一次热扩散（重掺区制备）、清洗掩膜层、第二次热扩散（轻掺区制备）等步骤，需要2次进出管式炉，并且需要用到激光设备，易损伤绒面结构，耗时长，成本大，工艺繁琐。
掩膜法需要经历第一次热扩散、掩膜图形化、清洗非掩膜区BSG、去掩膜、第二次热扩散等步骤，全程也需2次进出管式炉，耗时较长，操作繁琐。
反刻蚀法需要经历热扩散、掩膜图形化、酸腐蚀（非掩膜区）、去掩膜层等步骤，虽工艺步骤简单但是工艺窗口窄，不利于工艺控制，而且破坏绒面，不适用受光面结构制备，且存在环保压力。
激光掺杂法，在热扩散后的电池片BSG表面进行图案化激光处理，存在2个难点：首先是激光对绒面的损伤无法消除；其次是由于硼在硅中的掺杂难度大，激光能量控制难度高，工艺窗口窄；这两方面的矛盾导致工艺尚未成熟。
综上所述，现有的N型电池选择性发射极制备工艺的缺点总结如下：①耗时较长，需2次进出管式炉，管式炉升温降温，进出炉都比较耗时，且热历程过长，影响硅片性能；②工艺复杂，如使用掩膜，需沉积膜层或印刷掩膜，还需使用湿法方式进行清洗和去除掩膜，化学品的使用增加环保压力；③工艺不稳定，窗口小，如激光掺杂工艺，激光能量过大损伤正面绒面结构，激光能量太小硼源掺杂不够，达不到预期效果；④损伤绒面，N型电池正面为受光面，激光的方式或化学品腐蚀的方式都会破坏绒面，对电池短路电流有很大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备选择性发射极的链式设备，包括用于平置传送硅片的传送装置，以及沿硅片传送方向依次设置、且被传送装置贯穿的功能区：
第一沉积区，其对途径的硅片进行第一次沉积处理，在硅片上表面重掺区沉积硼浆，形成作为重掺区掺杂源的硼浆层，该硅片为制绒后的硅片；
第一扩散区，其对途径的硅片进行第一次高温推进处理，使重掺区掺杂源向硅片中扩散；
第二沉积区，其对途径的硅片进行第二次沉积处理，在硅片上表面轻掺区沉积作为轻掺区掺杂源的液态硼源；
第二扩散区，对硅片进行第二次高温推进处理，使重掺区掺杂源和轻掺区掺杂源向硅片中扩散。
优选的，第一沉积区设有对途径的硅片进行第一次沉积处理的：丝网印刷机构、喷墨打印机构、转印机构或喷涂机构。
优选的，第二沉积区设有对途径的硅片进行第二次沉积处理的：喷涂机构、旋涂机构或滚刷机构。
优选的，所述功能区还包括：设置在第一沉积区之前的第一氧化区；第一氧化区，其对途径的硅片进行第一次氧化处理，在硅片表面形成第一氧化层，该硅片为制绒后的硅片。
优选的，所述功能区还包括：设置在第一沉积区和第一扩散区之间的第二氧化区；第二氧化区，其对途径的硅片进行第二次氧化处理，在硅片的硼浆层表面形成第二氧化层。
优选的，所述功能区还包括：设置在第二扩散区之后的第三氧化区；第三氧化区，其对途径的硅片进行第三次氧化处理。
优选的，所述功能区还包括：设置在第一氧化区之前的链式制绒区；链式制绒区，其对途径的硅片进行链式制绒，在硅片上表面和下表面形成绒面。
优选的，所述功能区还包括：设置在第一沉积区和第二氧化区之间的烘干区；烘干区，其对途径的硅片进行烘干处理，使硅片上的硼浆层被烘干。
优选的，所述链式设备还包括：
控制第一氧化区温度的第一温控装置，向第一氧化区供应氧气的第一供气管，控制第一供气管流量的第一流量阀；
控制烘干区温度的第二温控装置；
控制第二氧化区温度的第三温控装置，向第二氧化区供应氧气的第二供气管，控制第二供气管流量的第二流量阀；
控制第一扩散区温度的第四温控装置，向第一扩散区供应氮气的第三供气管，控制第三供气管流量的第三流量阀；
控制第二扩散区温度的第五温控装置，向第二扩散区供应氮气的第四供气管，控制第四供气管流量的第四流量阀，向第二扩散区供应氧气的第五供气管，控制第五供气管流量的第五流量阀；
控制第三氧化区温度的第六温控装置，向第三氧化区供应氧气的第六供气管，控制第六供气管流量的第六流量阀，向第三氧化区供应氮气的第七供气管，控制第七供气管流量的第七流量阀。
优选的，所述链式设备还包括：设置在相邻两个功能区之间的气幕装置，气幕装置输出幕状气流阻挡相邻两个功能区之间的气体流通。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种用于制备选择性发射极的链式设备，其能制备N型电池的选择性发射极，且外扩可控，结深差异化可控，不损伤绒面，全程链式，产能高。
本发明链式设备可采用全程链式方式实施：制绒→第一次氧化→沉积硼浆→烘干硼浆→第二次氧化→第一次高温推进→沉积液态硼源→第二次高温推进→第三次氧化，整个制备工艺在同一个链式设备中实施，硅片不需要在多个设备之间周转，对电池片洁净度有很大提升。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种用于制备选择性发射极的链式设备，包括：用于平置传送硅片的传送装置，沿硅片传送方向依次设置、且被传送装置贯穿的多个功能区，以及设置在相邻两个功能区之间的气幕装置；气幕装置输出幕状气流阻挡相邻两个功能区之间的气体流通；
所述多个功能区包括硅片依次途径的：
链式制绒区，其对途径的硅片进行链式制绒，在硅片上表面和下表面形成绒面；链式制绒区可对完成制绒的硅片进行清洗和风干；
第一氧化区，其对途径的硅片进行第一次氧化处理，在硅片表面形成第一氧化层；第一氧化区配有：控制第一氧化区温度的第一温控装置，向第一氧化区供应氧气的第一供气管，控制第一供气管流量的第一流量阀；
第一沉积区，其设有丝网印刷机构、喷墨打印机构、转印机构或喷涂机构，可采用丝网印刷、喷墨打印、转印或喷涂的方式，对途径的硅片进行第一次沉积处理，在硅片上表面重掺区沉积硼浆，形成作为重掺区掺杂源的硼浆层；
烘干区，其对途径的硅片进行烘干处理，使硅片上的硼浆层被烘干；烘干区配有：控制烘干区温度的第二温控装置；
第二氧化区，其对途径的硅片进行第二次氧化处理，在硅片的硼浆层表面形成第二氧化层；第一氧化区配有：控制第二氧化区温度的第三温控装置，向第二氧化区供应氧气的第二供气管，控制第二供气管流量的第二流量阀；
第一扩散区，其对途径的硅片进行第一次高温推进处理，使重掺区掺杂源向硅片中扩散；第一扩散区配有：控制第一扩散区温度的第四温控装置，向第一扩散区供应氮气的第三供气管，控制第三供气管流量的第三流量阀；
第二沉积区，其设有喷涂机构、旋涂机构或滚刷机构，可采用喷涂、旋涂或滚刷的方式，对途径的硅片进行第二次沉积处理，在硅片上表面轻掺区沉积作为轻掺区掺杂源的液态硼源；
第二扩散区，对硅片进行第二次高温推进处理，使重掺区掺杂源和轻掺区掺杂源向硅片中扩散；第二扩散区配有：控制第二扩散区温度的第五温控装置，向第二扩散区供应氮气的第四供气管，控制第四供气管流量的第四流量阀，向第二扩散区供应氧气的第五供气管，控制第五供气管流量的第五流量阀；
第三氧化区，其对途径的硅片进行第三次氧化处理；第三氧化区配有：控制第三氧化区温度的第六温控装置，向第三氧化区供应氧气的第六供气管，控制第六供气管流量的第六流量阀，向第三氧化区供应氮气的第七供气管，控制第七供气管流量的第七流量阀。
本发明的链式设备可制备N型电池的选择性发射极，只需将N型单晶硅片送入链式设备，传送装置平置传送N型单晶硅片，使N型单晶硅片依次途径：链式制绒区→第一氧化区→第一沉积区→烘干区→第二氧化区→第一扩散区→第二沉积区→第二扩散区→第三氧化区，便可产出具有选择性发射极的N型单晶硅片，全程链式。
具体的：
1）N型单晶硅片（以下简称硅片）途径链式制绒区，在硅片上表面和下表面形成绒面；
2）硅片途径第一氧化区，第一供气管向第一氧化区供应氧气，第一流量阀控制第一供气管的氧气流量，第一温控装置将第一氧化区的温度控制在500-700℃，硅片途径第一氧化区的时间为30-180s，硅片得到第一次氧化处理，在硅片表面形成第一氧化层；
3）硅片途径第一沉积区，通过丝网印刷、喷墨打印、转印或喷涂的方式，在硅片上表面重掺区沉积硼浆，形成作为重掺区掺杂源的硼浆层；硼浆可选用纳米硅体系硼浆、硼化合物硼浆、硼聚合物硼浆中的一种或几种；如有必要，硅片在被丝网印刷、喷墨打印、转印或喷涂时可暂停传送，或在第一沉积区设置第一硅片缓存机构；
4）硅片途径烘干区，第二温控装置将烘干区的温度控制在200-400℃，烘干区的气氛为空气，硅片途径烘干区的时间为20-180s，硅片得到烘干处理，硅片上的硼浆层被烘干；
5）硅片途径第二氧化区，第二供气管向第二氧化区供应氧气，第二流量阀控制第二供气管的氧气流量，第三温控装置将第二氧化区的温度控制在650-800℃，硅片途径第二氧化区的时间为5-10min，硅片得到第二次氧化处理，在硅片的硼浆层表面形成第二氧化层；
6）硅片途径第一扩散区，第三供气管向第一扩散区供应氮气，第三流量阀控制第三供气管的氮气流量，第四温控装置将第一扩散区的温度控制在750-950℃，硅片途径第一扩散区的时间为5-15min，硅片得到第一次高温推进处理，重掺区掺杂源向硅片中扩散；
7）硅片途径第二沉积区，通过喷涂、旋涂或滚刷的方式，在硅片上表面轻掺区沉积作为轻掺区掺杂源的液态硼源；液态硼源可选用符合化学计量比和非化学计量比的硼化合物、硼聚合物（硼化合物、硼聚合物都用，或只用其一）；如有必要，硅片在喷涂、旋涂或滚刷时可暂停传送，或在第二沉积区设置第二硅片缓存机构；
8）硅片途径第二扩散区，第四供气管向第二扩散区供应氮气，第四流量阀控制第四供气管的氮气流量，第五供气管向第二扩散区供应氧气，第五流量阀控制第五供气管的流量氧气，第五温控装置将第二扩散区的温度控制在800-950℃，硅片途径第二扩散区的时间为5-20min，硅片得到第二次高温推进处理，重掺区掺杂源和轻掺区掺杂源向硅片中扩散；
9）硅片途径第三氧化区，第六供气管向第三氧化区供应氧气，第六流量阀控制第六供气管的氧气流量，第七供气管向第三氧化区供应氮气，第七流量阀控制第七供气管的氮气流量，第六温控装置将第三氧化区的温度控制在800-900℃，硅片途径第二扩散区的时间为5-20min，硅片得到第三次氧化处理。
在第一沉积区之前对硅片进行第一次氧化处理，可在硼浆层下预先设置第一氧化层，在第一次高温推进处理过程中，该第一氧化层可有效减少硼浆的横向扩散。
在第一扩散区之前对硅片进行第二次氧化处理，可在硼浆层表面形成第二氧化层，在第一次高温推进处理过程中，该第二氧化层可以阻挡重掺区掺杂源外扩，减少或避免外扩硼源对轻掺区的影响。
而且，在第二次高温推进处理（共同推进）过程中，可利用硼在氧化层中固溶度更高的原理，减缓轻掺区的掺杂，实现重轻掺杂的差异化分布。
在第二扩散区之后对硅片进行第三次氧化处理，可降低硅片表面掺杂浓度，减小表面复合，还有继续推进结深的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，包括用于传送硅片的传送装置，以及沿传送方向依次设置的功能区：
第一沉积区，其对途径的硅片进行第一次沉积处理，在硅片上表面重掺区沉积硼浆，形成作为重掺区掺杂源的硼浆层；
第一扩散区，其对途径的硅片进行第一次高温推进处理，使重掺区掺杂源向硅片中扩散；
第二沉积区，其对途径的硅片进行第二次沉积处理，在硅片上表面轻掺区沉积作为轻掺区掺杂源的液态硼源；
第二扩散区，对硅片进行第二次高温推进处理，使重掺区掺杂源和轻掺区掺杂源向硅片中扩散。
2.根据权利要求1所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，第一沉积区设有对途径的硅片进行第一次沉积处理的：丝网印刷机构、喷墨打印机构、转印机构或喷涂机构。
3.根据权利要求1所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，第二沉积区设有对途径的硅片进行第二次沉积处理的：喷涂机构、旋涂机构或滚刷机构。
4.根据权利要求1所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，所述功能区还包括：设置在第一沉积区之前的第一氧化区；
第一氧化区，其对途径的硅片进行第一次氧化处理，在硅片表面形成第一氧化层。
5.根据权利要求4所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，所述功能区还包括：设置在第一沉积区和第一扩散区之间的第二氧化区；
第二氧化区，其对途径的硅片进行第二次氧化处理，在硅片的硼浆层表面形成第二氧化层。
6.根据权利要求5所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，所述功能区还包括：设置在第二扩散区之后的第三氧化区；
第三氧化区，其对途径的硅片进行第三次氧化处理。
7.根据权利要求6所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，所述功能区还包括：设置在第一氧化区之前的链式制绒区；
链式制绒区，其对途径的硅片进行链式制绒，在硅片上表面和下表面形成绒面。
8.根据权利要求7所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，所述功能区还包括：设置在第一沉积区和第二氧化区之间的烘干区；
烘干区，其对途径的硅片进行烘干处理，使硅片上的硼浆层被烘干。
9.根据权利要求8所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，所述链式设备还包括：
控制第一氧化区温度的第一温控装置，向第一氧化区供应氧气的第一供气管，控制第一供气管流量的第一流量阀；
控制烘干区温度的第二温控装置；
控制第二氧化区温度的第三温控装置，向第二氧化区供应氧气的第二供气管，控制第二供气管流量的第二流量阀；
控制第一扩散区温度的第四温控装置，向第一扩散区供应氮气的第三供气管，控制第三供气管流量的第三流量阀；
控制第二扩散区温度的第五温控装置，向第二扩散区供应氮气的第四供气管，控制第四供气管流量的第四流量阀，向第二扩散区供应氧气的第五供气管，控制第五供气管流量的第五流量阀；
控制第三氧化区温度的第六温控装置，向第三氧化区供应氧气的第六供气管，控制第六供气管流量的第六流量阀，向第三氧化区供应氮气的第七供气管，控制第七供气管流量的第七流量阀。
10.根据权利要求1所述的用于制备选择性发射极的链式设备，其特征在于，所述链式设备还包括：设置在相邻两个功能区之间的气幕装置，气幕装置输出幕状气流阻挡相邻两个功能区之间的气体流通。
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