CN113964239A - 一种太阳能单晶perc的低压扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能单晶PERC的低压扩散工艺，所述低压扩散工艺包括依次进行的一步通源、一步无氧推进、二步通源、二步无氧推进、三步通源、三步有氧推进、四步通源和四步有氧推进；本发明将四步通源、两步无氧推进和两步有氧推进相结合，前期通源后先进行两步无氧推进可降低表面浓度，后期通源后再进行两步有氧推进可提升扩散长度，进而提高方阻均匀性；本发明所述低压扩散工艺能够制得表面浓度低、结深较小、均匀性高的太阳能电池片，具备较高的开路电压和短路电流，且转化效率高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能单晶PERC领域，具体涉及一种太阳能单晶PERC的低压扩散工艺及其应用。
背景技术
太阳能光伏电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池制备的核心是扩散工序形成的p-n结，太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴--电子对。在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。随着光伏市场的竞争越来越激烈，提高电池转换效率成为竞争的必要因素，新的激光掺杂技术可以提升PERC的转换效率，激光掺杂需要搭配高方阻工艺，传统工艺制备出高方阻均匀性较差，使得激光掺杂工艺效率提升受到限制，如何提升高方阻均匀性成为PERC电池提效的主要问题。
CN104269459B公开了一种减压扩散工艺，它包括恒温降压过程、前氧化过程、升温过程、深扩散过程、磷推进过程、后氧化处理和降温升压过程。相对于常压扩散工艺，本发明的减压扩散工艺引入扩散过程中压力这个变量，降低扩散炉管内压力，同时调节温度、时间、气流量来使扩散方块电阻均匀性更好，所制备的电池片光电转换效率更高，同时提高设备单位时间的产量与节省扩散磷源的用量。
CN112466985A公开了一种改善扩散方阻单片均匀度的低压扩散工艺，采用管式低压扩散氧化炉制备，包括如下步骤：S1、低温常压进舟：S2、抽真空：S3、两次交替低温低压充氮氧化：S4、三次推结：S5、低温低压氧化：S6、充氮降温升压：S7、出舟。该工艺改善了扩散方阻单片均匀度，使硅片内p-n结生长均匀一致，提高氧化吸杂效果的，减少了少数载流子的复合中心数量，提高少数载流子寿命，达到提升电池片效率的效果。
目前常用的低压扩散工艺制备的电池片表现出较高表面浓度和结深，必然会导致欧姆接触较差，纵向传输过程电阻较大，也会使电池段的短波响应较不好，短路电流较低，电池片的转换效率低。
因此，还需要提供一种新型的太阳能单晶PERC低压扩散工艺，以提升高方阻均匀性，进而可以提高电池片的转换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能单晶PERC的低压扩散工艺，所述低压扩散工艺包括依次进行的一步通源、一步无氧推进、二步通源、二步无氧推进、三步通源、三步有氧推进、四步通源和四步有氧推进；本发明将四步通源、两步无氧推进和两步有氧推进相结合，前期通源后先进行两步无氧推进可降低表面浓度，后期通源后再进行两步有氧推进可提升扩散长度，进而提高方阻均匀性；本发明所述低压扩散工艺能够制得表面浓度低、结深较小、均匀性高的太阳能电池片，具备较高的开路电压和短路电流，且转化效率高。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的在于提供一种太阳能单晶PERC的低压扩散工艺，所述低压扩散工艺包括依次进行的一步通源、一步无氧推进、二步通源、二步无氧推进、三步通源、三步有氧推进、四步通源和四步有氧推进。
本发明将四步通源、两步无氧推进和两步有氧推进相结合，前期通源后先进行两步无氧推进可降低表面浓度，后期通源后再进行两步有氧推进可提升扩散长度，进而提高方阻均匀性。
作为本发明优选的技术方案，在所述一步通源之前，依次进行升温与前氧化。
优选地，所述升温的终点温度为650-800℃，例如可以是650℃，660℃，670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述升温的时间为240-500s，例如可以是240s，260s，280s，300s，320s，340s，360s，380s，400s，420s，440s，460s，480s，500s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，在所述升温的过程中通入氮气。
优选地，所述升温中氮气的流量为1000-5000sccm，例如可以是1000sccm，1500sccm，2000sccm，2500sccm，3000sccm，3500sccm，4000sccm，4500sccm，5000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述升温的压力为1000-1100mbar，例如可以是1000mbar，1010mbar，1020mbar，1030mbar，1040mbar，1050mbar，1060mbar，1070mbar，1080mbar，1090mbar，1100mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，在所述前氧化的过程中通入氧气。
优选地，所述前氧化中氧气的流量为500-1000sccm，例如可以是500sccm，550sccm，600sccm，650sccm，700sccm，750sccm，800sccm，850sccm，900sccm，950sccm，1000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述前氧化的温度为650-800℃，例如可以是650℃，660℃，670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述前氧化的时间为100-300s，例如可以是100s，120s，140s，160s，180s，200s，220s，240s，260s，280s，300s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述前氧化的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，在所述一步通源的过程中通入大氮、三氯氧磷和氧气。
优选地，所述一步通源中大氮的流量为200-800sccm，例如可以是200sccm，250sccm，300sccm，350sccm，400sccm，450sccm，500sccm，550sccm，60sccm，650sccm，700sccm，750sccm，800sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一步通源中三氯氧磷的流量为500-1500sccm，例如可以是500sccm，600sccm，700sccm，800sccm，900sccm，1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一步通源中氧气的流量为300-1000sccm，例如可以是300sccm，350sccm，400sccm，450sccm，500sccm，550sccm，600sccm，650sccm，700sccm，750sccm，800sccm，850sccm，900sccm，950sccm，1000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一步通源的温度为650-800℃，例如可以是650℃，660℃，670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一步通源的时间为100-300s，例如可以是100s，120s，140s，160s，180s，200s，220s，240s，260s，280s，300s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一步通源的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，在所述一步无氧推进的过程中通入氮气。
优选地，所述一步无氧推进中氮气的流量为1000-2000sccm，例如可以是1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm，1600sccm，1700sccm，800sccm，900sccm，2000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一步无氧推进的温度为650-800℃，例如可以是650℃，660℃，670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一步无氧推进的时间为100-300s，例如可以是100s，120s，140s，160s，180s，200s，220s，240s，260s，280s，300s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述一步无氧推进的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，在所述二步通源的过程中通入大氮、三氯氧磷和氧气。
优选地，所述二步通源中大氮的流量为200-800sccm，例如可以是200sccm，250sccm，300sccm，350sccm，400sccm，450sccm，500sccm，550sccm，60sccm，650sccm，700sccm，750sccm，800sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二步通源中三氯氧磷的流量为500-1500sccm，例如可以是500sccm，600sccm，700sccm，800sccm，900sccm，1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二步通源中氧气的流量为300-1000sccm，例如可以是300sccm，350sccm，400sccm，450sccm，500sccm，550sccm，600sccm，650sccm，700sccm，750sccm，800sccm，850sccm，900sccm，950sccm，1000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二步通源的温度为670-820℃，例如可以是670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃，810℃，820℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二步通源的时间为100-300s，例如可以是100s，120s，140s，160s，180s，200s，220s，240s，260s，280s，300s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
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优选地，在所述二步无氧推进的过程中通入氮气。
优选地，所述二步无氧推进中氮气的流量为800-1500sccm，例如可以是800sccm，900sccm，1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二步无氧推进的温度为830-870℃，例如可以是830℃，835℃，840℃，845℃，850℃，855℃，860℃，865℃，870℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二步无氧推进的时间为600-1200s，例如可以是600s，650s，700s，750s，800s，850s，900s，950s，1000s，1050s，1100s，1150s，1200s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述二步无氧推进的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，在所述二步无氧推进后，所述三步通源前进行降温。
优选地，在所述降温的过程中通入氮气。
优选地，在所述降温中氮气的流量为800-1500sccm，例如可以是800sccm，900sccm，1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述降温的时间为60-1000s，例如可以是600s，650s，700s，750s，800s，850s，900s，950s，1000s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述降温的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，在所述三步通源的过程中通入大氮、三氯氧磷和氧气。
优选地，所述三步通源中大氮的流量为200-800sccm，例如可以是200sccm，250sccm，300sccm，350sccm，400sccm，450sccm，500sccm，550sccm，60sccm，650sccm，700sccm，750sccm，800sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步通源中三氯氧磷的流量为500-1500sccm，例如可以是500sccm，600sccm，700sccm，800sccm，900sccm，1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步通源中氧气的流量为300-1000sccm，例如可以是300sccm，350sccm，400sccm，450sccm，500sccm，550sccm，600sccm，650sccm，700sccm，750sccm，800sccm，850sccm，900sccm，950sccm，1000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步通源的温度为650-800℃，例如可以是650℃，660℃，670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步通源的时间为100-300s，例如可以是100s，120s，140s，160s，180s，200s，220s，240s，260s，280s，300s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步通源的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，在所述三步有氧推进的过程中通入氮气和氧气。
优选地，所述三步有氧推进中氮气的流量为1000-2000sccm，例如可以是1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm，1600sccm，1700sccm，800sccm，900sccm，2000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步有氧推进中氧气的流量为200-1000sccm，例如可以是200sccm，300sccm，400sccm，500sccm，600sccm，700sccm，800sccm，900sccm，1000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步有氧推进的温度为650-800℃，例如可以是650℃，660℃，670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步有氧推进的时间为300-800s，例如可以是300s，320s，350s，380s，400s，430s，450s，480s，500s，520s，550s，570s，600s，620s，650s，670s，700s，730s，750s，770s，800s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述三步有氧推进的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，在所述四步通源的过程中通入大氮、三氯氧磷和氧气。
优选地，所述四步通源中大氮的流量为100-500sccm，例如可以是100sccm，150sccm，200sccm，250sccm，300sccm，350sccm，400sccm，450sccm，500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步通源中三氯氧磷的流量为500-1500sccm，例如可以是500sccm，600sccm，700sccm，800sccm，900sccm，1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步通源中氧气的流量为500-1500sccm，例如可以是500sccm，600sccm，700sccm，800sccm，900sccm，1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步通源的温度为650-800℃，例如可以是650℃，660℃，670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步通源的时间为400-800s，例如可以是400s，420s，450s，480s，530s，550s，570s，600s，620s，650s，680s，700s，730s，750s，780s，800s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步通源的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，在所述四步有氧推进的过程中通入氮气和氧气。
优选地，所述四步有氧推进中氮气的流量为200-1000sccm，例如可以是200sccm，300sccm，400sccm，500sccm，600sccm，700sccm，800sccm，900sccm，1000sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步有氧推进中氧气的流量为500-1500sccm，例如可以是500sccm，600sccm，700sccm，800sccm，900sccm，1000sccm，1100sccm，1200sccm，1300sccm，1400sccm，1500sccm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步有氧推进的温度为650-800℃，例如可以是650℃，660℃，670℃，680℃，690℃，700℃，710℃，720℃，730℃，740℃，750℃，760℃，770℃，780℃，790℃，800℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步有氧推进的时间为200-600s，例如可以是200s，220s，250s，270s，300s，330s，350s，380s，400s，420s，450s，480s，500s，520s，550s，570s，600s等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述四步有氧推进的压力为50-200mbar，例如可以是50mbar，60mbar，70mbar，80mbar，90mbar，100mbar，110mbar，120mbar，130mbar，140mbar，150mbar，160mbar，170mbar，180mbar，190mbar，200mbar等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述低压扩散工艺包括如下步骤：
(1)进舟：将制绒后具有金字塔绒面的硅片插到石英舟内，而后送入到低压扩散炉中；
(2)升温，工艺条件为：保持压力为1000-1100mbar，240-500s内将温度升至650-800℃，同时以1000-5000sccm的流量通入氮气；
(3)前氧化，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，以500-1000sccm的流量通入氧气进行前氧化，控制前氧化的时间为100-300s；
(4)一步通源，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入200-800sccm大氮、500-1500sccm三氯氧磷和300-1000sccm氧气，控制一步通源的时间为100-300s；
(5)一步无氧推进，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入1000-2000sccm氮气，控制一步无氧推进的时间为100-300s；
(6)二步通源，工艺条件为：在温度为670-820℃、压力为50-200mbar的条件下，通入200-800sccm大氮、500-1500sccm三氯氧磷和300-1000sccm氧气，控制二步通源的时间为100-300s；
(7)二步无氧推进，工艺条件为：在温度为830-870℃、压力为50-200mbar的条件下，通入800-1500sccm氮气，控制二步无氧推进的时间为600-1200s；
(8)降温，工艺条件为：保持压力为50-200mbar，600-1000s内将温度降至650-800℃，同时以800-1500sccm的流量通入氮气；
(9)三步通源，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入200-800sccm大氮、500-1500sccm三氯氧磷和300-1000sccm氧气，控制三步通源的时间为100-300s；
(10)三步有氧推进，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入1000-2000sccm氮气和200-1000sccm氧气，控制三步有氧推进的时间为300-800s；
(11)四步通源，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入100-500sccm大氮、500-1500sccm三氯氧磷和500-1500sccm氧气，控制四步通源的时间为400-800s；
(12)四步有氧推进，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入200-1000sccm氮气和500-1500sccm氧气，控制四步有氧推进的时间为200-600s；
(13)出舟。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述太阳能单晶PERC的低压扩散工艺将将四步通源、两步无氧推进和两步有氧推进相结合，前期通源后先进行两步无氧推进可降低表面浓度，后期通源后再进行两步有氧推进可提升扩散长度，进而提高方阻均匀性；
(2)本发明所述太阳能单晶PERC的低压扩散工艺能够制得表面浓度低、结深较小、均匀性高的太阳能电池片，具备较高的开路电压和短路电流，且转化效率高。
附图说明
图1为本发明所述低压扩散工艺的流程图；
图2为本发明所述实施例与对比例在不均匀度测试中方阻测试点选取的示意图。
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。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
如图1所示，本发明所述实施例对应的低压扩散工艺包括如下内容：
将制绒后具有金字塔绒面的硅片插到石英舟内，在低压扩散炉中依次经过升温、前氧化、一步通源、一步无氧推进、二步通源、二步无氧推进、降温、三步通源、三步有氧推进、四步通源和四步有氧推进后，进入下一工序。
实施例1
本实施例提供了一种太阳能单晶PERC及其低压扩散工艺，所述低压扩散工艺包括如下步骤：
(1)进舟：将制绒后具有金字塔绒面的硅片插到石英舟内，而后送入到低压扩散炉中；
(2)升温，工艺条件为：保持压力为1060mbar，400s内将温度升至780℃，同时以2000sccm的流量通入氮气；
(3)前氧化，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，以800sccm的流量通入氧气进行前氧化，控制前氧化的时间为150s；
(4)一步通源，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，通入600sccm大氮、800sccm三氯氧磷和600sccm氧气，控制一步通源的时间为200s；
(5)一步无氧推进，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，通入1500sccm氮气，控制一步无氧推进的时间为120s；
(6)二步通源，工艺条件为：在温度为800℃、压力为100mbar的条件下，通入600sccm大氮、800sccm三氯氧磷和600sccm氧气，控制二步通源的时间为200s；
(7)二步无氧推进，工艺条件为：在温度为850℃、压力为100mbar的条件下，通入1500sccm氮气，控制二步无氧推进的时间为800s；
(8)降温，工艺条件为：保持压力为100mbar，720s内将温度降至780℃，同时以1300sccm的流量通入氮气；
(9)三步通源，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，通入400sccm大氮、600sccm三氯氧磷和900sccm氧气，控制三步通源的时间为120s；
(10)三步有氧推进，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，通入1500sccm氮气和800sccm氧气，控制三步有氧推进的时间为500s；
(11)四步通源，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，通入300sccm大氮、700sccm三氯氧磷和800sccm氧气，控制四步通源的时间为600s；
(12)四步有氧推进，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，通入500sccm氮气和1000sccm氧气，控制四步有氧推进的时间为300s；
(13)出舟。
实施例2
本实施例提供了一种太阳能单晶PERC及其低压扩散工艺，所述低压扩散工艺包括如下步骤：
(1)进舟：将制绒后具有金字塔绒面的硅片插到石英舟内，而后送入到低压扩散炉中；
(2)升温，工艺条件为：保持压力为1060mbar，350s内将温度升至700℃，同时以3000sccm的流量通入氮气；
(3)前氧化，工艺条件为：在温度为700℃、压力为200mbar的条件下，以500sccm的流量通入氧气进行前氧化，控制前氧化的时间为250s；
(4)一步通源，工艺条件为：在温度为700℃、压力为200mbar的条件下，通入400sccm大氮、600sccm三氯氧磷和400sccm氧气，控制一步通源的时间为100s；
(5)一步无氧推进，工艺条件为：在温度为700℃、压力为200mbar的条件下，通入1500sccm氮气，控制一步无氧推进的时间为200s；
(6)二步通源，工艺条件为：在温度为760℃、压力为200mbar的条件下，通入400sccm大氮、600sccm三氯氧磷和400sccm氧气，控制二步通源的时间为180s；
(7)二步无氧推进，工艺条件为：在温度为830℃、压力为200mbar的条件下，通入1300sccm氮气，控制二步无氧推进的时间为700s；
(8)降温，工艺条件为：保持压力为200mbar，850s内将温度降至700℃，同时以1000sccm的流量通入氮气；
(9)三步通源，工艺条件为：在温度为700℃、压力为200mbar的条件下，通入600sccm大氮、1000sccm三氯氧磷和600sccm氧气，控制三步通源的时间为200s；
(10)三步有氧推进，工艺条件为：在温度为700℃、压力为200mbar的条件下，通入1300sccm氮气和700sccm氧气，控制三步有氧推进的时间为400s；
(11)四步通源，工艺条件为：在温度为700℃、压力为200mbar的条件下，通入200sccm大氮、500sccm三氯氧磷和500sccm氧气，控制四步通源的时间为400s；
(12)四步有氧推进，工艺条件为：在温度为700℃、压力为200mbar的条件下，通入200sccm氮气和500sccm氧气，控制四步有氧推进的时间为200s；
(13)出舟。
实施例3
本实施例提供了一种太阳能单晶PERC及其低压扩散工艺，所述低压扩散工艺包括如下步骤：
(1)进舟：将制绒后具有金字塔绒面的硅片插到石英舟内，而后送入到低压扩散炉中；
(2)升温，工艺条件为：保持压力为1000mbar，500s内将温度升至800℃，同时以5000sccm的流量通入氮气；
(3)前氧化，工艺条件为：在温度为800℃、压力为50mbar的条件下，以1000sccm的流量通入氧气进行前氧化，控制前氧化的时间为300s；
(4)一步通源，工艺条件为：在温度为800℃、压力为50mbar的条件下，通入800sccm大氮、1500sccm三氯氧磷和1000sccm氧气，控制一步通源的时间为300s；
(5)一步无氧推进，工艺条件为：在温度为800℃、压力为50mbar的条件下，通入1000sccm氮气，控制一步无氧推进的时间为100s；
(6)二步通源，工艺条件为：在温度为820℃、压力为50mbar的条件下，通入800sccm大氮、1500sccm三氯氧磷和1000sccm氧气，控制二步通源的时间为300s；
(7)二步无氧推进，工艺条件为：在温度为870℃、压力为50mbar的条件下，通入800sccm氮气，控制二步无氧推进的时间为600s；
(8)降温，工艺条件为：保持压力为50mbar，600s内将温度降至800℃，同时以800sccm的流量通入氮气；
(9)三步通源，工艺条件为：在温度为800℃、压力为50mbar的条件下，通入800sccm大氮、1500sccm三氯氧磷和1000sccm氧气，控制三步通源的时间为100s；
(10)三步有氧推进，工艺条件为：在温度为800℃、压力为50mbar的条件下，通入2000sccm氮气和1000sccm氧气，控制三步有氧推进的时间为300s；
(11)四步通源，工艺条件为：在温度为800℃、压力为50mbar的条件下，通入500sccm大氮、1500sccm三氯氧磷和1500sccm氧气，控制四步通源的时间为450s；
(12)四步有氧推进，工艺条件为：在温度为800℃、压力为50mbar的条件下，通入1000sccm氮气和1500sccm氧气，控制四步有氧推进的时间为300s；
(13)出舟。
实施例4
本实施例提供了一种太阳能单晶PERC及其低压扩散工艺，所述低压扩散工艺包括如下步骤：
(1)进舟：将制绒后具有金字塔绒面的硅片插到石英舟内，而后送入到低压扩散炉中；
(2)升温，工艺条件为：保持压力为1100mbar，240s内将温度升至650℃，同时以1000sccm的流量通入氮气；
(3)前氧化，工艺条件为：在温度为650℃、压力为150mbar的条件下，以800sccm的流量通入氧气进行前氧化，控制前氧化的时间为100s；
(4)一步通源，工艺条件为：在温度为650℃、压力为150mbar的条件下，通入200sccm大氮、500sccm三氯氧磷和300sccm氧气，控制一步通源的时间为200s；
(5)一步无氧推进，工艺条件为：在温度为650℃、压力为150mbar的条件下，通入2000sccm氮气，控制一步无氧推进的时间为300s；
(6)二步通源，工艺条件为：在温度为670℃、压力为150mbar的条件下，通入200sccm大氮、500sccm三氯氧磷和300sccm氧气，控制二步通源的时间为100s；
(7)二步无氧推进，工艺条件为：在温度为830℃、压力为150mbar的条件下，通入1000sccm氮气，控制二步无氧推进的时间为1200s；
(8)降温，工艺条件为：保持压力为150mbar，1000s内将温度降至650℃，同时以1500sccm的流量通入氮气；
(9)三步通源，工艺条件为：在温度为650℃、压力为150mbar的条件下，通入200sccm大氮、500sccm三氯氧磷和300sccm氧气，控制三步通源的时间为300s；
(10)三步有氧推进，工艺条件为：在温度为650℃、压力为150mbar的条件下，通入1000sccm氮气和200sccm氧气，控制三步有氧推进的时间为800s；
(11)四步通源，工艺条件为：在温度为650℃、压力为150mbar的条件下，通入100sccm大氮、900sccm三氯氧磷和900sccm氧气，控制四步通源的时间为800s；
(12)四步有氧推进，工艺条件为：在温度为650℃、压力为150mbar的条件下，通入500sccm氮气和1000sccm氧气，控制四步有氧推进的时间为600s；
(13)出舟。
对比例1
本对比例提供了一种太阳能单晶PERC及其低压扩散工艺，参照实施例1所述的低压扩散工艺，区别仅在于：步骤(10)所述三步有氧推进替换为三步无氧推进，即，步骤(10)具体如下：
(10)三步无氧推进，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，通入1500sccm氮气，控制三步无氧推进的时间为500s。
对比例2
本对比例提供了一种太阳能单晶PERC及其低压扩散工艺，参照实施例1所述的低压扩散工艺，区别仅在于：步骤(12)所述四步有氧推进替换为四步无氧推进，即，步骤(12)具体如下：
(12)四步无氧推进，工艺条件为：在温度为780℃、压力为100mbar的条件下，通入500sccm氮气，控制四步无氧推进的时间为300s。
对比例3
本对比例提供了一种太阳能单晶PERC及其低压扩散工艺，采用CN112466985A所述的低压扩散工艺制备太阳能单晶PERC。
将上述实施例与对比例所得太阳能单晶PERC的方阻均匀性进行测试，测试方法如下：
在正方形电池片的中心以及四个角选取5个测试点，如图2所示，测试各点方阻Ri，i＝1，2，3，4，5，选取Ri中的最大值Rmax和最小值Rmin，通过计算可得出不均匀度，即，不均匀度＝(Rmax-Rmin)/(Rmax+Rmin)×100％。
将上述实施例与对比例不均匀度的测试结果列于表1。
表1
由表1可以得出以下几点：
(1)由实施例1-4可以看出，采用本发明所述低压扩散工艺制备的太阳能单晶PERC的方阻均匀性较好，不均匀度均在5％以下；
(2)将实施例1与对比例1-3进行对比，可以发现，由于对比例1所述低压扩散工艺中将三步有氧推进替换成了三步无氧推进，导致磷的沉积不均匀，进而导致方阻的不均匀度增加至6.4％；由于对比例2所述低压扩散工艺中四步有氧推进替换成了四步无氧推进，导致磷的沉积不均匀，进而导致方阻的不均匀度增加至6.3％；由于对比例3未采用本发明所述的低压扩散工艺，方阻的不均匀度最大，由2.7％增加至6.8％。
太阳能单晶PERC的生产步骤包括依次进行的照碱制绒、低压扩散、激光掺杂、湿法刻蚀、氧化退火、ALD双面氧化铝、正面镀膜、背面镀膜、激光开窗、丝网印刷烧结、电注入和测试包装，所有实施例与对比例中，除低压扩散工艺不同，其他步骤完全相同。
将上述实施例与对比例所得太阳能单晶PERC进行电性能测试，测试内容包括开路电压Uoc、短路电流Isc、串联电阻Rs、并联电阻Rsh、填充因子FF和转化效率Ncell，测试仪器为电性能测试仪，将测试结果列于表2。
表2
由表2可以得出以下几点：
(1)由实施例1-4可以看出，本发明所述低压扩散工艺制备的太阳能单晶PERC的电性能较好，转化效率Ncell均在22.67％以上，其中，实施例1性能最佳，开路电压Uoc为0.6833V，短路电流Isc为10.5237A，转化效率Ncell为22.74％；
(2)将实施例1与对比例1、2进行对比，可以发现，由于对比例1所述低压扩散工艺中将三步有氧推进替换成了三步无氧推进，导致方阻的不均匀度增加，进而导致开路电压降至0.6813V，短路电流降至10.5132A，转化效率Ncell降至22.66％；由于对比例2所述低压扩散工艺中四步有氧推进替换成了四步无氧推进，导致方阻的不均匀度增加，进而导致开路电压降至0.6814V，短路电流降至10.5125A，转化效率Ncell降至22.65％；
(3)将实施例1与对比例3进行对比，可以发现，对比例3未采用本发明所述的低压扩散工艺，开路电压Uoc为0.6809V，短路电流Isc为10.5122A，转化效率Ncell为22.63％，与对比例3所述的现有技术相比，本发明实施例1所述低压扩散工艺的开路电压Uoc提升了2.4mV，短路电流Isc提升11.5mA，转化效率Ncell提升0.11％。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能单晶PERC的低压扩散工艺，其特征在于，所述低压扩散工艺包括依次进行的一步通源、一步无氧推进、二步通源、二步无氧推进、三步通源、三步有氧推进、四步通源和四步有氧推进。
2.根据权利要求1所述的低压扩散工艺，其特征在于，在所述一步通源之前，依次进行升温与前氧化；
优选地，所述升温的终点温度为650-800℃；
优选地，所述升温的时间为240-500s；
优选地，在所述升温的过程中通入氮气；
优选地，所述升温中氮气的流量为1000-5000sccm；
优选地，所述升温的压力为1000-1100mbar。
3.根据权利要求2所述的低压扩散工艺，其特征在于，在所述前氧化的过程中通入氧气；
优选地，所述前氧化中氧气的流量为500-1000sccm；
优选地，所述前氧化的温度为650-800℃；
优选地，所述前氧化的时间为100-300s；
优选地，所述前氧化的压力为50-200mbar。
4.根据权利要求1-3任一项所述的低压扩散工艺，其特征在于，在所述一步通源的过程中通入大氮、三氯氧磷和氧气；
优选地，所述一步通源中大氮的流量为200-800sccm；
优选地，所述一步通源中三氯氧磷的流量为500-1500sccm；
优选地，所述一步通源中氧气的流量为300-1000sccm；
优选地，所述一步通源的温度为650-800℃；
优选地，所述一步通源的时间为100-300s；
优选地，所述一步通源的压力为50-200mbar；
优选地，在所述一步无氧推进的过程中通入氮气；
优选地，所述一步无氧推进中氮气的流量为1000-2000sccm；
优选地，所述一步无氧推进的温度为650-800℃；
优选地，所述一步无氧推进的时间为100-300s；
优选地，所述一步无氧推进的压力为50-200mbar。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低压扩散工艺，其特征在于，在所述二步通源的过程中通入大氮、三氯氧磷和氧气；
优选地，所述二步通源中大氮的流量为200-800sccm；
优选地，所述二步通源中三氯氧磷的流量为500-1500sccm；
优选地，所述二步通源中氧气的流量为300-1000sccm；
优选地，所述二步通源的温度为670-820℃；
优选地，所述二步通源的时间为100-300s；
优选地，所述二步通源的压力为50-200mbar；
优选地，在所述二步无氧推进的过程中通入氮气；
优选地，所述二步无氧推进中氮气的流量为800-1500sccm；
优选地，所述二步无氧推进的温度为830-870℃；
优选地，所述二步无氧推进的时间为600-1200s；
优选地，所述二步无氧推进的压力为50-200mbar。
6.根据权利要求1-5任一项所述的低压扩散工艺，其特征在于，在所述二步无氧推进后，所述三步通源前进行降温；
优选地，在所述降温的过程中通入氮气；
优选地，在所述降温中氮气的流量为800-1500sccm；
优选地，所述降温的时间为60-1000s；
优选地，所述降温的压力为50-200mbar。
7.根据权利要求1-6任一项所述的低压扩散工艺，其特征在于，在所述三步通源的过程中通入大氮、三氯氧磷和氧气；
优选地，所述三步通源中大氮的流量为200-800sccm；
优选地，所述三步通源中三氯氧磷的流量为500-1500sccm；
优选地，所述三步通源中氧气的流量为300-1000sccm；
优选地，所述三步通源的温度为650-800℃；
优选地，所述三步通源的时间为100-300s；
优选地，所述三步通源的压力为50-200mbar；
优选地，在所述三步有氧推进的过程中通入氮气和氧气；
优选地，所述三步有氧推进中氮气的流量为1000-2000sccm；
优选地，所述三步有氧推进中氧气的流量为200-1000sccm；
优选地，所述三步有氧推进的温度为650-800℃；
优选地，所述三步有氧推进的时间为300-800s；
优选地，所述三步有氧推进的压力为50-200mbar。
8.根据权利要求1-7任一项所述的低压扩散工艺，其特征在于，在所述四步通源的过程中通入大氮、三氯氧磷和氧气；
优选地，所述四步通源中大氮的流量为100-500sccm；
优选地，所述四步通源中三氯氧磷的流量为500-1500sccm；
优选地，所述四步通源中氧气的流量为500-1500sccm；
优选地，所述四步通源的温度为650-800℃；
优选地，所述四步通源的时间为400-800s；
优选地，所述四步通源的压力为50-200mbar。
9.根据权利要求1-8任一项所述的低压扩散工艺，其特征在于，在所述四步有氧推进的过程中通入氮气和氧气；
优选地，所述四步有氧推进中氮气的流量为200-1000sccm；
优选地，所述四步有氧推进中氧气的流量为500-1500sccm；
优选地，所述四步有氧推进的温度为650-800℃；
优选地，所述四步有氧推进的时间为200-600s；
优选地，所述四步有氧推进的压力为50-200mbar。
10.根据权利要求1-9任一项所述的低压扩散工艺，其特征在于，所述低压扩散工艺包括如下步骤：
(1)进舟：将制绒后具有金字塔绒面的硅片插到石英舟内，而后送入到低压扩散炉中；
(2)升温，工艺条件为：保持压力为1000-1100mbar，240-500s内将温度升至650-800℃，同时以1000-5000sccm的流量通入氮气；
(3)前氧化，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，以500-1000sccm的流量通入氧气进行前氧化，控制前氧化的时间为100-300s；
(4)一步通源，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入200-800sccm大氮、500-1500sccm三氯氧磷和300-1000sccm氧气，控制一步通源的时间为100-300s；
(5)一步无氧推进，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入1000-2000sccm氮气，控制一步无氧推进的时间为100-300s；
(6)二步通源，工艺条件为：在温度为670-820℃、压力为50-200mbar的条件下，通入200-800sccm大氮、500-1500sccm三氯氧磷和300-1000sccm氧气，控制二步通源的时间为100-300s；
(7)二步无氧推进，工艺条件为：在温度为830-870℃、压力为50-200mbar的条件下，通入800-1500sccm氮气，控制二步无氧推进的时间为600-1200s；
(8)降温，工艺条件为：保持压力为50-200mbar，600-1000s内将温度降至650-800℃，同时以800-1500sccm的流量通入氮气；
(9)三步通源，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入200-800sccm大氮、500-1500sccm三氯氧磷和300-1000sccm氧气，控制三步通源的时间为100-300s；
(10)三步有氧推进，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入1000-2000sccm氮气和200-1000sccm氧气，控制三步有氧推进的时间为300-800s；
(11)四步通源，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入100-500sccm大氮、500-1500sccm三氯氧磷和500-1500sccm氧气，控制四步通源的时间为400-800s；
(12)四步有氧推进，工艺条件为：在温度为650-800℃、压力为50-200mbar的条件下，通入200-1000sccm氮气和500-1500sccm氧气，控制四步有氧推进的时间为200-600s；
(13)出舟。
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Denomination of invention: A Low Pressure Diffusion Process for Solar Single Crystal PERC Effective date of registration: 20231102 Granted publication date: 20230721 Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: HENGDIAN GROUP DMEGC MAGNETICS Co.,Ltd. Registration number: Y2023980063485 |
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