CN113488562B - 一种原位掺杂非晶硅的晶化退火处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位掺杂非晶硅的晶化退火处理方法，采用链式热处理炉对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理。本发明能省去在晶化退火处理和湿法清洗处理之间的下料和上料环节，避免在这些环节中出现碎片、不良的问题；本发明还能能减少晶化退火处理所需要的工艺时间；本发明还使用光线对硅片进行加热，由于有了光子的辅助，杂质元素更容易占据到硅材料晶格的替代位上，实现掺杂元素激活率的提高。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种原位掺杂非晶硅的晶化退火处理方法。
背景技术
TOPCon被认为是继PERC电池之后最有希望成为下一代规模化生产的高效晶体硅太阳电池技术。在TOPCon电池的制造过程中，其中一个技术路线会用到原位掺杂非晶硅，需要对原位掺杂非晶硅进行高温晶化激活退火。
现有的高温晶化退火方式是在管式炉里面按批次进行的。沉积有原位掺杂非晶硅的硅片经过自动化插卸片装置装载到石英舟内，再将石英舟送入管式炉里面。装有硅片的石英舟送入管式炉后，关闭炉门，电阻丝加热将温度升高到指定的工艺温度。然后退火一定时间10-60分钟后，降温，待硅片温度降低到指定温度后，开启炉门，将装有硅片的石英舟取出，用自动化装卸片装置将硅片取下。到了后道的链式湿法清洗工序，需要再次上料。
由上可知，现有管式退火晶化激活的方式，需要自动化插卸片装置将硅片装载到石英舟上，完成工艺后再将硅片从石英舟卸下。到后道链式湿法清洗工序，需要再次上料。自动化插卸片过程中，不可避免的出现一定比例的碎片、不良。装有硅片的石英舟送入炉管后有一个电阻丝加热的升温过程，完成退火后还有一段降温过程，使得整个工艺的时间较长，在90min左右。另外，使用电阻丝加热的方式进行退火，其物理过程主要是热过程，掺杂元素不能够全部占据到硅材料晶格的替代位上，电活性的激活率有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原位掺杂非晶硅的晶化退火处理方法，采用链式热处理炉对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理。
优选的，在链式热处理炉中设置升温区间、退火区间和冷却区间，硅片由输送机构输送依次经过升温区间、退火区间和冷却区间，在升温区间使硅片温度升高至目标工艺温度，在退火区间对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理，在冷却区间对完成晶化退火处理的硅片进行冷却处理。
优选的，所述输送机构包括滚轮和/或传送带。
优选的，在退火区间，通过光照加热对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理。
优选的，光照加热采用波长600～4000nm的光线。
优选的，退火区间包括沿硅片输送方向依次设置的多个温区，每个温区还可以再细化分成至少两个小温区。
优选的，退火区间包括沿硅片输送方向依次设置的六个温区：温度为500～650℃的第一温区，温度为600～800℃的第二温区，温度为750～900℃的第三温区，温度为850～1050℃的第四温区，温度为850～650℃的第五温区，温度为650～300℃的第六温区。
优选的，在退火区间，通入氮气或氮气与氧气的混合气体。
优选的，所述硅片的传输速度为1.5～6m/min，硅片通过退火区间的总时间为1.5～12min。
优选的，在冷却区间，通过风冷对完成晶化退火处理的硅片进行冷却处理。
优选的，链式热处理炉的输出端对接链式湿法清洗设备，将链式热处理炉输出的硅片直接输入链式湿法清洗设备，在链式湿法清洗设备中对硅片进行湿法清洗处理。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明链式热处理炉的输出端可直接对接链式湿法清洗设备，由于使用链式的硅片传输方式，链式热处理炉输出的硅片可直接传输到链式湿法清洗设备，省去在晶化退火处理和湿法清洗处理之间的下料和上料环节，避免在这些环节中出现碎片、不良的问题。
本发明在退火区间，通过光照加热对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理，且光照加热采用波长600～4000nm的光线，硅片对光线能量的吸收比较充分，可以在较短时间（0.1min～2min）内从室温升高到退火所需要的温度，能减少硅片通过链式热处理炉所需要的工艺时间。
本发明使用链式的硅片传输方式，硅片之间间隔一定距离；在冷却区间，通过风冷对完成晶化退火处理的硅片进行冷却处理，能使硅片在短时间内降温到室温，能进一步减少硅片通过链式热处理炉所需要的工艺时间。
更重要的是，本发明使用光线对硅片进行加热，由于有了光子的辅助，杂质元素更容易占据到硅材料晶格的替代位上，实现掺杂元素激活率的提高。
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。
本发明提供一种原位掺杂非晶硅的晶化退火处理方法，采用链式热处理炉对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理；且在链式热处理炉的输出端对接链式湿法清洗设备的输入端，将链式热处理炉输出的硅片直接输入链式湿法清洗设备，在链式湿法清洗设备中对硅片进行湿法清洗处理。
具体的：
在链式热处理炉中设置升温区间、退火区间和冷却区间，硅片由输送机构输送依次经过升温区间、退火区间和冷却区间；输送机构包括滚轮和/或传送带；硅片的传输速度为1.5～6m/min；
1）在升温区间：
使硅片温度升高至目标工艺温度；
2）在退火区间：
通入氮气或氮气与氧气的混合气体，且通过光照加热对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理；光照加热采用波长600～4000nm的光线；
退火区间包括沿硅片输送方向依次设置的六个温区：温度为500～650℃的第一温区，温度为600～800℃的第二温区，温度为750～900℃的第三温区，温度为850～1050℃的第四温区，温度为850～650℃的第五温区，温度为650～300℃的第六温区；如有必要，每个温区还可以再细化分成至少两个小温区；
硅片通过退火区间的总时间为1.5～12min；
3）在冷却区间：
通过风冷对完成晶化退火处理的硅片进行冷却处理。
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 (1)
1.在原位掺杂非晶硅晶化退火过程中提高掺杂元素激活率的方法，其特征在于：
采用链式热处理炉对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理；在链式热处理炉中设置升温区间、退火区间和冷却区间；硅片由输送机构输送依次经过升温区间、退火区间和冷却区间，输送机构包括滚轮和/或传送带；硅片的传输速度为6m/min，硅片通过退火区间的总时间为1.5min；
在升温区间使硅片温度升高至目标工艺温度；
在退火区间，通入氮气与氧气的混合气体，并通过光照加热对沉积有原位掺杂非晶硅的硅片进行晶化退火处理，光照加热采用波长600～4000nm的光线，且由于有了光子的辅助，杂质元素更容易占据到硅材料晶格的替代位上，实现掺杂元素激活率的提高；退火区间包括沿硅片输送方向依次设置的六个温区：温度为500～650℃的第一温区，温度为600～800℃的第二温区，温度为750～900℃的第三温区，温度为850～1050℃的第四温区，温度为850～650℃的第五温区，温度为650～300℃的第六温区；
在冷却区间，通过风冷对完成晶化退火处理的硅片进行冷却处理；
且链式热处理炉的输出端对接链式湿法清洗设备，将链式热处理炉输出的硅片直接输入链式湿法清洗设备，在链式湿法清洗设备中对硅片进行湿法清洗处理。
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