CN113421944B - 一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，包括升温氧化工艺温度680～760℃，同时通入氮气5000～10000sccm和氧气500～1000sccm，时间300～600s；降温氧化工艺温度650～700℃，同时通入氮气20000～30000sccm和氧气3000～6000sccm，时间600～1000s；阶梯式降温退火一工艺温度600～650℃，同时通入氮气20000～30000sccm，时间1200～2000s；阶梯式降温退火二工艺温度550～600℃，同时通入氮气20000～30000sccm，时间1200～1800s；本发明可实现晶硅太阳能电池转换效率增益，新增的升温、降温氧化工艺和阶梯降温退火工艺可进一步弥补硅片内部缺陷，进一步提高少子寿命，从而进一步提升电池转换效率。
Description
技术领域
本发明属于晶硅太阳能电池制造技术领域，涉及一种氧化退火工艺，具体涉及一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺。
背景技术
为了提高晶硅太阳能电池转换效率，目前主流光伏企业电池制造商将产品升级为选择性发射极背面钝化高效电池。其与常规传统的电池产品相比，制造工序扩展为制绒、扩散、SE（选择性重掺发射极）、刻蚀、氧化、背钝化、镀膜、背面开槽、丝网印刷+烧结。在常规电池制造流程上增加了SE、氧化、背钝化和背面开槽四道工序，其都是为了进一步获得更高的电池转换效率，提高企业自身在行业内的影响力及竞争力。
其中，氧化工艺为使用氮气、氧气混合气体在650～780°高温下、在常压或低压下，以石英舟为硅片载体进到带有电阻丝加热的石英舟管内进行的工艺。其原理为氧原子填充到硅片表面悬挂键上或者进入到硅片内部填充到空缺、位错、层错等缺陷位置，最终在硅片表面形成一层厚度约为2～5nm质量致密且均匀的二氧化硅层。该氧化层能够修复硅片表面晶格缺陷填充悬挂键，对硅片表面有很好的钝化效果，提高少子寿命，从而提高晶硅电池片转换效率，同时能够大大提高电池片的抗PID效果（电势诱导衰减），降低组件端功率衰减，提高其使用寿命。
但是，目前选择性发射极背面钝化高效电池的制造工艺存在只停留在利用氧化步骤上的问题；为解决上述问题，开发一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺很有必要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，可实现转换效率增益，同时新增的升温氧化工艺、降温氧化工艺和阶梯降温退火工艺可进一步弥补硅片内部缺陷，进一步提高少子寿命，从而进一步提升电池转换效率。
本发明的目的是这样实现的：一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，包括如下步骤：
S4，升温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，升温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气和500～1000sccm的氧气，时间300～600s；其中，在恒温氧化前新增升温氧化，相当于升温过程中提前通入氧气，该氧气可弥补进舟过程中炉口温度降低过多导致的炉口炉尾氧化层厚度差异；
S6，降温氧化：加热控温系统停止加热，降低工艺温度，降温氧化目标温度650～700℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间600～1000s；其中，在恒温氧化后新增降温氧化，相当于降温过程中继续向工艺炉管内继续通入氧气，该氧气可继续在硅片表面生长氧化层；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火一目标温度600～650℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火二目标温度550～600℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1800s；
其中，S7、S8步骤中，通入的氮气可通过其自身的流通协助快速带走热量，让硅片快速降温。
优选的提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，包括如下步骤：
S4，升温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，升温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气和500～1000sccm的氧气，时间300～600s；
S6，降温氧化：加热控温系统停止加热，降低工艺温度，降温氧化目标温度650～700℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间600～1000s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火一目标温度600～650℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火二目标温度550～600℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1800s；
S9，阶梯式降温退火三：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火三目标温度500～550℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1500s；
其中，S7、S8、S9步骤中，通入的氮气可通过其自身的流通协助快速带走热量，让硅片快速降温；
进一步优选的提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，包括如下步骤：
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，进舟速度100～200mm/s，时间400～700s，进舟过程中通入5000～20000sccm的氮气，待工艺硅片搬运输送到工艺炉管内后关闭炉门；其中，通入的氮气起到吹扫作用，可清除硅片表面浮尘颗粒，从而避免导致EL黑点或外观不良；
S3，升温：工艺炉管内设有加热控温系统，加热控温系统自动升温并控温至工艺目标温度，升温目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气，时间1000～1500s；其中，通入的氮气可协助工艺炉管利用氮气气体的流动性平衡炉口至炉尾的温度分布，直至各个温区都恒定在统一的温度；
S4，升温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，升温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气和500～1000sccm的氧气，时间300～600s；
S5，恒温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，恒温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉炉管内通入10000～20000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间1000～1400s；在高温环境下，随着时间的延长，硅片表面会慢慢形成一层质量较致密且均匀性较好的二氧化硅层；
S6，降温氧化：加热控温系统停止加热，降低工艺温度，降温氧化目标温度650～700℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间600～1000s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火一目标温度600～650℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火二目标温度550～600℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1800s；
S9，阶梯式降温退火三：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火三目标温度500～550℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1500s；
其中，S7、S8、S9步骤中，通入的氮气可通过其自身的流通协助快速带走热量，让硅片快速降温；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，出舟速度100～200mm/s，时间400～700s，出舟过程中通入10000～30000sccm的氮气，已结束工艺硅片搬运输送到工艺炉管外后关闭炉门；其中，通入的氮气起到降温和吹扫的作用；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
更进一步优选的提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，所述步骤S6和/或S7和/或S8和/或S9中，可对工艺炉管配置安装隔膜真空泵实现低压，利用隔膜真空泵的抽速控制气体流通速率带走热量，降低工艺温度。
再更进一步优选的提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，所述低压为100～200mbar。
更进一步优选的提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，所述步骤S6和/或S7和/或S8和/或S9中，可对工艺炉管四周配置安装冷却水管道，利用冷却水流速控制带走热量，降低工艺温度。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）本发明以选择性发射极背面钝化高效电池的现有制造工艺流程为基础，对其中的氧化工艺进行了研究和改进，在氧化工艺后增加了阶梯降温退火步骤，阶梯降温退火工艺建立在氧化工艺步骤后，可对硅片晶格缺陷有进一步的修复作用，使杂乱的晶格顺序变得更为有序，进一步弥补了硅片内部缺陷，减少复合中心，提高了少子寿命，同时阶梯降温退火能够激活更多磷源子，降低扩散段在硅片表面沉积的磷原子含量，减少“死层”，降低硅与二氧化硅界面态密度，进一步提高氧化层钝化效果，从而提高了转换效率；
（2）本发明无需设备投入，仅需在氧化退火原有机台上对工艺过程进行重新编写，实现成本低，转换效益增益，利用氧化与退火双重优势，不仅实现了氧化层对硅片表面的钝化，提高了晶硅电池的抗PID性能，而且利用退火工艺继续消除了硅片表面缺陷及氧化层内应力，提升钝化效果，进一步提升了晶硅电池的转换效率。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是现有的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
如图1所示，本发明提供了一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，包括如下步骤：
S4，升温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，升温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气和500～1000sccm的氧气，时间300～600s；其中，在恒温氧化前新增升温氧化，相当于升温过程中提前通入氧气，该氧气可弥补进舟过程中炉口温度降低过多导致的炉口炉尾氧化层厚度差异；
S6，降温氧化：加热控温系统停止加热，降低工艺温度，降温氧化目标温度650～700℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间600～1000s；其中，在恒温氧化后新增降温氧化，相当于降温过程中继续向工艺炉管内继续通入氧气，该氧气可继续在硅片表面生长氧化层；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火一目标温度600～650℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火二目标温度550～600℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1800s；
其中，S7、S8步骤中，通入的氮气可通过其自身的流通协助快速带走热量，让硅片快速降温。
优选的，本发明提供了一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，包括如下步骤：
S4，升温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，升温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气和500～1000sccm的氧气，时间300～600s；
S6，降温氧化：加热控温系统停止加热，降低工艺温度，降温氧化目标温度650～700℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间600～1000s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火一目标温度600～650℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火二目标温度550～600℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1800s；
S9，阶梯式降温退火三：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火三目标温度500～550℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1500s；
其中，S7、S8、S9步骤中，通入的氮气可通过其自身的流通协助快速带走热量，让硅片快速降温；
进一步优选的，本发明提供了一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，包括如下步骤：
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，进舟速度100～200mm/s，时间400～700s，进舟过程中通入5000～20000sccm的氮气，待工艺硅片搬运输送到工艺炉管内后关闭炉门；其中，通入的氮气起到吹扫作用，可清除硅片表面浮尘颗粒，从而避免导致EL黑点或外观不良；
S3，升温：工艺炉管内设有加热控温系统，加热控温系统自动升温并控温至工艺目标温度，升温目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气，时间1000～1500s；其中，通入的氮气可协助工艺炉管利用氮气气体的流动性平衡炉口至炉尾的温度分布，直至各个温区都恒定在统一的温度；
S4，升温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，升温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气和500～1000sccm的氧气，时间300～600s；
S5，恒温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，恒温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉炉管内通入10000～20000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间1000～1400s；在高温环境下，随着时间的延长，硅片表面会慢慢形成一层质量较致密且均匀性较好的二氧化硅层；
S6，降温氧化：加热控温系统停止加热，降低工艺温度，降温氧化目标温度650～700℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间600～1000s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火一目标温度600～650℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火二目标温度550～600℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1800s；
S9，阶梯式降温退火三：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火三目标温度500～550℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1500s；
其中，S7、S8、S9步骤中，通入的氮气可通过其自身的流通协助快速带走热量，让硅片快速降温；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，出舟速度100～200mm/s，时间400～700s，出舟过程中通入10000～30000sccm的氮气，已结束工艺硅片搬运输送到工艺炉管外后关闭炉门；其中，通入的氮气起到降温和吹扫的作用；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
其中，步骤S6和/或S7和/或S8和/或S9中，可以是，对工艺炉管配置安装隔膜真空泵实现低压，低压为100～200mbar，利用隔膜真空泵的抽速控制气体流通速率带走热量，降低工艺温度。
其中，步骤S6和/或S7和/或S8和/或S9中，还可以是，对工艺炉管四周配置安装冷却水管道，利用冷却水流速控制带走热量，降低工艺温度。
下面是本发明提供的六个实施例和三个对比例。
【实施例1】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度680℃，同时向工艺炉管内通入5000sccm的氮气，时间1000s；
S4，升温氧化：目标温度680℃，同时向管内通入5000sccm的氮气和500sccm的氧气，时间300s；
S5，恒温氧化：目标温度680℃，同时向工艺炉管内通入10000sccm的氮气和3000sccm的氧气，时间1400s；
S6，降温氧化：停止加热，并降低工艺温度至650℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气和3000ccm的氧气，时间600s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度至600℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气，时间1200s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度至550℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气，时间1200s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
【实施例2】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度730℃，同时向工艺炉管内通入7000sccm的氮气，时间1300s；
S4，升温氧化：目标温度730℃，同时向管内通入8000sccm的氮气和800sccm的氧气，时间400s；
S5，恒温氧化：目标温度730℃，同时向工艺炉管内通入15000sccm的氮气和4500sccm的氧气，时间1200s；
S6，降温氧化：停止加热，并降低工艺温度至670℃，同时向工艺炉管内通入25000sccm的氮气和5000ccm的氧气，时间800s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度至620℃，同时向工艺炉管内通入25000sccm的氮气，时间1600s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度至570℃，同时向工艺炉管内通入25000sccm的氮气，时间1600s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
【实施例3】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度760℃，同时向工艺炉管内通入10000sccm的氮气，时间1500s；
S4，升温氧化：目标温度760℃，同时向管内通入10000sccm的氮气和1000sccm的氧气，时间600s；
S5，恒温氧化：目标温度760℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气和6000sccm的氧气，时间1000s；
S6，降温氧化：停止加热，并降低工艺温度至700℃，同时向工艺炉管内通入30000sccm的氮气和6000ccm的氧气，时间1000s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度至650℃，同时向工艺炉管内通入30000sccm的氮气，时间2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度至600℃，同时向工艺炉管内通入30000sccm的氮气，时间1800s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
【实施例4】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度680℃，同时向工艺炉管内通入5000sccm的氮气，时间1000s；
S4，升温氧化：目标温度680℃，同时向管内通入5000sccm的氮气和500sccm的氧气，时间300s；
S5，恒温氧化：目标温度680℃，同时向工艺炉管内通入10000sccm的氮气和3000sccm的氧气，时间1400s；
S6，降温氧化：停止加热，并降低工艺温度至650℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气和3000ccm的氧气，时间600s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度至600℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气，时间1200s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度至550℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气，时间1200s；
S9，阶梯式降温退火三：继续降低工艺温度至500℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气，时间1200s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
【实施例5】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度730℃，同时向工艺炉管内通入7000sccm的氮气，时间1300s；
S4，升温氧化：目标温度730℃，同时向管内通入8000sccm的氮气和800sccm的氧气，时间400s；
S5，恒温氧化：目标温度730℃，同时向工艺炉管内通入15000sccm的氮气和4500sccm的氧气，时间1200s；
S6，降温氧化：停止加热，并降低工艺温度至670℃，同时向工艺炉管内通入25000sccm的氮气和5000ccm的氧气，时间800s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度至620℃，同时向工艺炉管内通入25000sccm的氮气，时间1600s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度至570℃，同时向工艺炉管内通入25000sccm的氮气，时间1600s；
S9，阶梯式降温退火三：继续降低工艺温度至530℃，同时向工艺炉管内通入25000sccm的氮气，时间1300s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
【实施例6】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度760℃，同时向工艺炉管内通入10000sccm的氮气，时间1500s；
S4，升温氧化：目标温度760℃，同时向管内通入10000sccm的氮气和1000sccm的氧气，时间600s；
S5，恒温氧化：目标温度760℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气和6000sccm的氧气，时间1000s；
S6，降温氧化：停止加热，并降低工艺温度至700℃，同时向工艺炉管内通入30000sccm的氮气和6000ccm的氧气，时间1000s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度至650℃，同时向工艺炉管内通入30000sccm的氮气，时间2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度至600℃，同时向工艺炉管内通入30000sccm的氮气，时间1800s；
S9，阶梯式降温退火三：继续降低工艺温度至550℃，同时向工艺炉管内通入30000sccm的氮气，时间1500s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
【对比例1】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度680℃，同时向工艺炉管内通入5000sccm的氮气，时间1000s；
S5，恒温氧化：目标温度680℃，同时向工艺炉管内通入10000sccm的氮气和3000sccm的氧气，时间1400s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
【对比例2】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度730℃，同时向工艺炉管内通入7000sccm的氮气，时间1300s；
S5，恒温氧化：目标温度730℃，同时向工艺炉管内通入15000sccm的氮气和4500sccm的氧气，时间1200s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
【对比例3】
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，关闭炉门，进舟速度150mm/s，时间450s，进舟过程中通入15000sccm的氮气；
S3，升温：加热控温系统自动升温并控温至目标温度760℃，同时向工艺炉管内通入10000sccm的氮气，时间1500s；
S5，恒温氧化：目标温度760℃，同时向工艺炉管内通入20000sccm的氮气和6000sccm的氧气，时间1000s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，关闭炉门，出舟速度150mm/s，时间450s，出舟过程中通入15000sccm的氮气；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
下面是本发明提供的上述实施例和对比例的实验结果对比表及分析（各实验结果为同一个工艺炉管的炉口、炉中、炉尾硅片的测试数据均值）。
表一
表二
表三
表四
表五
表六
从实施例1与对比例1、实施例2与对比例2、实施3与对比例3、实施例4与对比例1、实施例5与对比例2、实施6与对比例3的对比数据可以看出，本发明的氧化退火工艺的电池片电性能参数能够实现增益。主要优势表现为，开路电压（Uoc）提升1.0mV，短路电流（Isc）提升1.0～7.0mA，转换效率提升0.02～0.05%。
实验结果表明，本发明氧化退火工艺有更佳的钝化效果，通过ECV测试发现该发明工艺的表面杂质浓度会降低，少数载流子复合减少，暗饱和电流密度J0降低，实现转换效率提升。
综上所述，本发明利用氧化与退火双重优势，不仅实现了二氧化硅层对硅片表面缺陷的钝化，同时降低了硅片表面杂质浓度，减少了少数载流子的复合中心降低表面复合速度，降低了暗饱和电流密度，而且利用退火工艺继续消除了硅片表面缺陷及氧化层内应力增强钝化效果，进一步提升了晶硅太阳能电池的转换效率。
与此同时，在硅片表面形成的氧化层还可以提高晶硅电池的抗PID（电势诱导衰减）性能，阻挡金属离子尤其是Na+对电池片表面的侵蚀，能够延长组件的使用寿命。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1，装片：自动化将刻蚀后的硅片装入氧化退火工序专用的石英舟内；
S2，进舟：打开炉门，自动化将装满待工艺硅片的石英舟搬运输送到工艺炉管内，进舟速度100～200mm/s，时间400～700s，进舟过程中通入5000～20000sccm的氮气，待工艺硅片搬运输送到工艺炉管内后关闭炉门；
S3，升温：工艺炉管内设有加热控温系统，加热控温系统自动升温并控温至工艺目标温度，升温目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气，时间1000～1500s；
S4，氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉管内通入5000～10000sccm的氮气和500～1000sccm的氧气，时间300～600s；
S5，恒温氧化：加热控温系统自动控温至工艺目标温度，恒温氧化目标温度680～760℃，同时向工艺炉炉管内通入10000～20000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间1000～1400s；
S6，降温氧化：加热控温系统停止加热，降低工艺温度，降温氧化目标温度650～700℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气和3000～6000sccm的氧气，时间600～1000s；
S7，阶梯式降温退火一：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火一目标温度600～650℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～2000s；
S8，阶梯式降温退火二：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火二目标温度550～600℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1800s；
S9，阶梯式降温退火三：继续降低工艺温度，阶梯式降温退火三目标温度500～550℃，同时向工艺炉管内通入20000～30000sccm的氮气，时间1200～1500s；
S10，出舟：自动化将装满已结束工艺硅片的石英舟从工艺炉管内搬运输送出来，出舟速度100～200mm/s，时间400～700s，出舟过程中通入10000～30000sccm的氮气，已结束工艺硅片搬运输送到工艺炉管外后关闭炉门；
S11，卸片：自动化将已结束工艺硅片从石英舟内取出，插入花篮中，转交到下一个工序。
2.根据权利要求1所述的提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，其特征在于：所述步骤S6和/或S7和/或S8和/或S9中，对工艺炉管配置安装隔膜真空泵实现低压，利用隔膜真空泵的抽速控制气体流通速率带走热量，降低工艺温度。
3.根据权利要求2所述的提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，其特征在于：所述低压为100～200mbar。
4.根据权利要求1所述的提高晶硅太阳能电池转换效率的氧化退火工艺，其特征在于：所述步骤S6和/或S7和/或S8和/或S9中，对工艺炉管四周配置安装冷却水管道，利用冷却水流速控制带走热量，降低工艺温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Jing Yanjiao Inventor after: Peng Ping Inventor after: Fan Xinchuan Inventor after: Chen Qingfa Inventor after: Xia Zhonggao Inventor after: Li Xujie Inventor after: Guo Fei Inventor after: Yang Jie Inventor before: Jing Yanjiao Inventor before: Peng Ping Inventor before: Fan Xinchuan Inventor before: Chen Qingfa Inventor before: Xia Zhonggao Inventor before: Li Xujie Inventor before: Guo Fei Inventor before: Yang Jie |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |