CN114242812A - 一种硅基太阳能电池选择性发射极掺杂效果检测方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种硅基太阳能电池选择性发射极掺杂效果检测方法，包括：对衬底硅片的正面全部区域进行扩散掺杂形成轻掺杂区域；在所述衬底硅片正面局部区域进行激光掺杂形成重掺杂区域；采用具有2个以上探头的方阻测试仪对所述轻掺杂区域和所述重掺杂区域进行第一次方块电阻检测；所述重掺杂区域的面积不小于所述硅片衬底表面积的1％。于衬底硅片正面形成局部设置的重掺杂区域，同时完成对同一衬底硅片内轻/重掺杂区域的第一次方块电阻测试，实现方块电阻准确快速监测，减少测试次数及测试数量，能够有效检测选择性发射极的掺杂效果。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种硅基太阳能电池选择 性发射极掺杂效果检测方法。
背景技术
目前，光伏硅片尺寸不断扩大，组件技术不断创新的同时，基于大尺 寸硅片的高功率组件成为光伏行业的创新趋势，目前硅片尺寸的不断变 大，对大硅片在工艺制程中的各种数据测试监控，也提出新的要求。
选择性发射极(Seletive emitter，SE)结构是一种高效太阳能电池结 构，目前基于大尺寸硅片的太阳能电池也广泛采用这一结构。在制备选择性 发射极时，通常先对硅片衬底进行扩散形成轻掺杂结，之后在通过激光掺杂 的方式在硅片衬底的局部区域形成重掺杂结。选择性发射极掺杂效果对太阳 能电池性能有重要影响，因此，提供一种选择性发射极掺杂效果检测方法十 分必要。
发明内容
本申请提供一种硅基太阳能电池选择性发射极掺杂效果检测方法，能够 有效检测选择性发射极的掺杂效果。
根据一些实施例，本申请提供了一种硅基太阳能电池选择性发射极掺杂 效果检测方法，包括：对衬底硅片的正面全部区域进行扩散掺杂形成轻掺杂 区域；在所述衬底硅片正面局部区域进行激光掺杂形成重掺杂区域；采用具 有2个以上探头的方阻测试仪对所述轻掺杂区域和所述重掺杂区域进行第一 次方块电阻检测；所述重掺杂区域的面积不小于所述硅片衬底表面积的1％。
优选的是，在所述衬底硅片正面局部区域进行激光掺杂形成重掺杂区域 包括：选取预先设计的激光掺杂图形版图；在选取的激光掺杂图形版图的基 础上，于衬底硅片正面进行激光照射以使衬底硅片正面变成熔融态，掺杂原 子进入熔融硅中以形成重掺杂区。
优选的是，选取预先设计的激光掺杂图形版图包括：重掺杂区域呈至少 两个间隔分布的区域。
优选的是，重掺杂区域呈至少两个间隔分布的正方形。
优选的是，正方形的重掺杂区域的边长设计为衬底硅片尺寸边长的 12％～20％。
优选的是，于衬底硅片正面进行激光照射以使衬底硅片正面变成熔融态， 掺杂原子进入熔融硅中以形成重掺杂区包括：选取激光的光斑为矩形光斑， 该矩形光斑的宽度在90μm至120μm之间、高度在90μm至120μm之间， 所述矩形光斑间呈相切状态线性排布。
优选的是，还包括：设定所述激光的激光打斑工艺参数，激光功率控制 在65％～85％之间，频率控制在300～400Khz之间。
优选的是，还包括：将经激光掺杂后的衬底硅片于其正面进行氧化；对 氧化后的同位置轻/重掺杂区域进行第二次方块电阻检测。
优选的是，还包括：将经氧化后的衬底硅片经背面、碱抛清洗后，对同 位置轻/重掺杂区域进行第三次方块电阻检测。
优选的是，所述衬底硅片为P型衬底硅片，所述P型衬底硅片的尺寸为 G12以上或者M6以下或者M10。
本申请的实施例至少具有以下优点：采用本申请的检测方法，可以实现 轻/重掺杂区域方块电阻值在同一硅片上经一次测试完成，无需二次测试，并 且可顺次进行氧化后、碱抛后同位置方块电阻的测试，通过监控轻/重掺杂区 域的方块电阻达到扩散工艺稳定性、SE激光掺杂效果监控的目的，助于识别 现场工艺制程变动点，提高选择性发射极太阳能电池工艺制程的稳定性。
本申请实施例提供的检测方法，特别适合于利用大尺寸硅片制备具有选 择性发射极结构太阳能电池过程中对扩散掺杂、激光掺杂效果的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实 施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为本申请实施例一中硅基太阳能电池选择性发射极掺杂效果检测 方法的流程图；
图1b为本申请实施例一中衬底硅片激光掺杂后顺次进行氧化后、碱抛后 同位置方块电阻的测试流程图；
图2a为本申请实施例一的掺杂版图示意图；
图2b为本申请实施例一的P型衬底硅片轻/重掺杂区域测试点示意图；
图3a为本申请实施例二的掺杂版图示意图；
图3b为本申请实施例二的P型衬底硅片轻/重掺杂区域测试点示意图；
图4a为本申请实施例一掺杂硅片镀膜后示意图；
图4b为本申请实施例二掺杂硅片镀膜后示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图 对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理 解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术 细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改， 也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描 述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾 的前提下可以相互结合，相互引用。
作为一种高效电池结构,选择性发射极(Seletive emitter，SE)结构 在硅基太阳能电池中得到了广泛应用。选择性发射极掺杂效果对太阳能电池 性能有重要影响，为此，本申请实施例了提供一种选择性发射极掺杂效果检 测方法，对选择性发射极掺杂效果进行检测，根据检测结果来确定较优的选 择性发射极掺杂工艺参数。
如图1a所示，该方法包括以下步骤：
步骤1，对衬底硅片的正面全部区域进行扩散掺杂形成轻掺杂区域；
步骤2，在衬底硅片正面局部区域进行激光掺杂形成重掺杂区域；
步骤3，采用具有2个以上探头的方阻测试仪对轻掺杂区域和重掺杂区 域进行第一次方块电阻检测；
其中，重掺杂区域的面积不小于硅片衬底表面积的1％。
可以理解的是，本申请实施例中将重掺杂区域的面积设置为不小于硅片 表面积的1％，便于方阻测试仪的探头与重掺杂区域接触来测试重掺杂区域的 方阻，从而对重掺杂区域的掺杂效果进行判定。
在太阳能电池制备过程中，在形成选择性发射极之前可以包括在衬底硅 片表面制绒等步骤，在形成选择性发射极之后还可以包括高温氧化、背面抛 光等步骤。采用本申请实施例提供的检测方法，不仅可以检测选择性发射极 最初形成时的掺杂效果，还可以进一步地对经历了高温氧化、背面抛光等步 骤后的轻掺杂区域和重掺杂区域的方块电阻进行检测，进一步监控经历高温 氧化、背面抛光等步骤后选择性发射极的掺杂效果。
下面以P型SE+PERC太阳能电池为例，对本申请做进一步解释说明。
首先对SE+PERC太阳能电池的概念进行解释，指将选择性发射极(SE)与 局部接触背钝化技术(PERC)相结合。P型SE+PERC太阳能电池即衬底硅片采 用P型硅片。
图1a是本申请实施例一中硅基太阳能电池选择性发射极掺杂效果检测 方法的流程图；图2a为本申请实施例一的掺杂版图示意图。
以下结合附图对本实施例提供的一种硅基太阳能电池选择性发射极掺杂 效果检测方法作进一步详细说明，具体步骤如下：
如图1a所示，步骤S101，对衬底硅片的正面全部区域进行扩散掺杂形 成轻掺杂区域；
在本实施例中，需要说明的是，在SE+PERC电池工艺制程扩散后，形成 具有PN结的P型衬底硅片。具体的为选取一定数量的单晶片源，将所选单晶 片源通过同一台制绒机进行常规制绒，制绒完成后，将硅片插在石英舟上通 过同一扩散炉管进行优化扩散，使用低压扩散技术，形成PN结。对衬底硅片 的正面全部区域进行扩散掺杂形成轻掺杂区域，从扩散炉管的恒温区炉中位 置处选取两片衬底硅片进行测试，并且选取的衬底硅片扩散方阻值为152Ω。
步骤S102，在衬底硅片正面局部区域进行激光掺杂形成重掺杂区域。
在一些实施例中，首先预先设计激光掺杂图形版图，然后在选取的激光 掺杂图形版图的基础上，于衬底硅片正面进行激光照射以使衬底硅片正面变 成熔融态，掺杂原子进入熔融硅中以形成重掺杂区，其中重掺杂区域的面积 不小于硅片衬底表面积的1％。预先设计激光掺杂图形版图主要包括呈至少两 个间隔分布的重掺杂区域，在一个例子中，重掺杂区域设置为正方形，在其 他实施例中也可以为其他形状，本申请不对重掺杂区域的形状做限制。
其中由于衬底硅片的尺寸大小不一，本申请实施例应用的尺寸为G12以 上或者M6以下或者M10，因此重掺杂区域的边长同步随着衬底硅片尺寸灵活 变化，优选的为，正方形的重掺杂区域的边长设计为衬底硅片尺寸边长的 12％～20％，例如13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％等。
在一些实施例中，在激光掺杂图形版图的基础上，于衬底硅片正面进行 激光掺杂以形成局部重掺杂相间隔的重掺杂区域，其中激光掺杂技术可通过 Q开关和半导体泵浦固态激光器来实现，对激光打斑工艺的参数进行设置， 选取激光为单一激光且激光的光斑为矩形光斑，该矩形光斑的宽度在90μm 至120μm之间、高度在90μm至120μm之间，矩形光斑间呈相切状态线性 排布，激光功率控制在65％～85％，频率控制在300～400Khz之间。
为了便于理解，举例进行详细说明，需要说明的是，本申请在轻掺杂的 基础上进一步形成重掺杂区域，也即重掺杂以外的区域为轻掺杂区域，因此 在本实施例中为了测试需要，在轻掺杂区域内选取测试点，测试点设置为与 重掺杂区域相同的正方形区域。比如在一个例子中，同一衬底硅片内轻掺杂 区域、重掺杂区域测试点可依次按2+3/3+2或4+5/5+4等版图设计及其他数 量匹配设计。参照图2a，轻掺杂区域、重掺杂区域测试点按2+3数量匹配设 计表示有两个轻掺杂区域、三个重掺杂区域，两个轻掺杂区域和三个重掺杂 区域呈十字排布，其中两个轻掺杂区域设置在外围且相邻并且标记为1和2， 三个重掺杂区域标记为3、4和5。轻掺杂区域、重掺杂区域测试点按3+2数 量匹配设计表示有三个轻掺杂区域、两个重掺杂区域，同样的也呈十字排布， 两个重掺杂区域设置在外围且相邻。
参照图3a，轻掺杂区域、重掺杂区域测试点按4+5数量匹配设计表示有 四个轻掺杂区域、五个重掺杂区域，四个轻掺杂区域和五个重掺杂区域呈三 行三列排布，其中四个轻掺杂区域设置在衬底硅片的四个角位置处并且依次 标记为1、2、3和4，五个重掺杂区域标记为5、6、7、8和9。轻掺杂区域、 重掺杂区域测试点按5+4数量匹配设计表示有五个轻掺杂区域和四个重掺杂 区域，同样的也呈三行三列排布，四个重掺杂区域设置在衬底硅片的四个角 位置处。
在本申请的实施例一中，以轻掺杂区域、重掺杂区域测试点数量按2+3 设计为例进行说明，如图2a所示。
图2b为本申请实施例一的P型衬底硅片轻/重掺杂区域测试点示意图。
请参考图2b所示，在本实施例一中，以激光的宽度在95μm，高度在100 μm，功率为70％，频率为350Khz为例进行说明。依次对扩散形成有轻掺杂 区域的两片衬底硅片正面进行激光掺杂，P型衬底硅片扩散后，在衬底硅片 表面形成一层富磷的PSG层，选择性发射极(selective emiter，SE)激光发 射器利用这层富磷PSG层作为掺杂源，在高频下发射激光脉冲熔融衬底硅片 表层，使PSG层中的磷原子推进到衬底硅片表层，掺杂磷原子固化后会快速 取代硅原子的位置从而达到掺杂原子扩散推进的目的，以此得到局部重掺杂 区域，掺杂后硅片见图2b。
步骤S103，采用具有2个以上探头的方阻测试仪对轻掺杂区域和重掺杂 区域进行第一次方块电阻检测。
请继续参考图1a所示，在一些实施例中，在常规的PERC(局部接触背 钝化技术)高效太阳能电池工艺流程中，扩散后衬底硅片正面方阻测试一般 使用四探针方阻测试仪监测，四探针方阻测试仪由四根探针组成，四根探针 之间的距离相等，四根探针连接到低电阻测试仪上，当四探针测试头压在导 电薄膜材料上面时，低电阻测试仪就能显示出材料的方阻。本实施例形成的 是以轻掺杂区域、重掺杂区域测试点数量分别按2+3为例进行说明，因此采 用五探头方阻测试仪进行同片内轻掺杂、重掺杂区域方块电阻数值测试，将 测试后的数据记录于表1中。
在一些相关技术的衬底硅片制程中重掺杂区域方阻监测方式需要分别测 试该衬底硅片前后两次的方阻值：即扩散后测试一次方块电阻，此为前；激 光掺杂后测试一次方块电阻，此为后；差值即为方阻降幅；该方式衬底硅片 激光重掺杂后表面整面或大面积为重掺杂方块区域，衬底硅片表面无四探针 探头可测的扩散轻掺杂区域，所以不能通过下传制程氧化后、碱抛后来监测 掺杂方阻变化。因此经本实施例一制程的衬底硅片可顺次进行氧化后、碱抛 后同位置轻/重掺杂区域方块电阻的测试，通过监控轻/重掺杂区域的方块电阻达到分析扩散工艺稳定性、SE激光掺杂效果监控等目的。
图1b是本申请实施例一中衬底硅片激光掺杂后顺次进行氧化后、碱抛后 同位置轻/重掺杂区域方块电阻的测试流程图；具体步骤包括如下：
如图1b所示，步骤S201，衬底硅片经高温氧化形成正面氧化保护层， 并进行第二次方块电阻测试。
在一些实施例中，衬底硅片经扩散、刻蚀工序后进入氧化，衬底硅片在 长期工作后会产生一种衰减，称为PID(Potential Induced Degradation)， 使衬底硅片的性能低于设计标准。为达到抗PID的目的，刻蚀后需在衬底硅 片表面生长一层二氧化硅，采用热氧工艺，即高温下在炉管中通氧气对表面 进行氧化形成氧化层。
将所取的两片衬底硅片依次进行正面氧化工序，完成后再使用五探头方 阻测试仪进行衬底硅片内同位置轻掺杂、重掺杂区域方块电阻数值测试并记 录。其中记录数据见表1。
步骤S202，将经氧化后的衬底硅片经背面、碱抛清洗后，进行第三次方 块电阻测试。
在一些实施例中，采用体积浓度为6％的HF溶液去除衬底硅片背面的磷 硅玻璃(PSG)，之后对衬底硅片背面进行碱抛光，使用体积浓度6.1％的氢 氧化钾/添加剂溶液进行背面抛光、清洗完成后，同样使用五探头方阻测试仪 对衬底硅片内同位置轻掺杂、重掺杂区域方块电阻进行测试并记录。其中记 录数据见表1。
通过以上步骤对衬底硅片进行测试后，将测试数据进行整理分析如下：
①选择性发射极(selective emiter，SE)激光掺杂后，重掺杂区域方块 电阻均值为85.7Ω，在80-90Ω正常值内；方块电阻降幅66.6Ω，在60-70Ω 正常范围内；
②氧化后，轻掺杂区域方阻较选择性发射极激光后变化不大，正常；重 掺杂区域方阻较选择性发射极激光后方阻降低3.6Ω，在3-5Ω范围，正常；
③碱抛后，轻掺杂区域方块电阻较氧化后提升10.3Ω，在8-11Ω范围， 正常；重掺杂区域方块电阻较氧化后提升2.1Ω，在2-4Ω范围，正常；
通过以上工序掺杂方块电阻测试，均可表明制程工艺监测无异常。为了 使本申请激光掺杂更明显，对该实施例掺杂硅片经PECVD镀膜后成像，见图 4a，轻掺杂区域与重掺杂区域明显可见。
本申请实施例在激光掺杂图形版图的基础上，于衬底硅片正面局部区域 进行激光掺杂形成重掺杂区域，同时完成四探针对同一衬底硅片内轻/重掺杂 区域方块电阻测试，实现选择性发射极激光后方块电阻准确快速监测，减少 测试次数及测试数量，能够有效检测选择性发射极的掺杂效果。另外本实施 例提供的检测方法，特别适合于利用大尺寸硅片制备具有选择性发射极结构 太阳能电池过程中对扩散掺杂、激光掺杂效果的检测，通过该检测方法的应 用，可根据工艺制程方块电阻变化差异，同时对链氧、碱抛工序下方阻变化 状态监控，通过监控轻/重掺杂区域的方块电阻分析扩散工艺稳定性、SE激 光掺杂效果监控等，助于识别现场工艺制程变动点，提高选择性发射极太阳 能电池工艺制程的稳定性。
实施例二
将选择性发射极激光的参数改变为功率80％，频率380Khz；则此时的激 光矩形光斑宽度在105μm，高度105μm，光斑间呈相切态。
图3a为本申请实施例二的掺杂版图示意图；图3b为本申请实施例二的 P型衬底硅片轻/重掺杂区域测试点示意图。
请参考图3a和图3b所示，在本申请的实施例二中，以轻掺杂区域、重 掺杂区域测试点数量按4+5设计为例进行说明，见图3a。选取衬底硅片的正 面全部区域进行扩散掺杂完成后的P型衬底硅片两片，扩散方阻值为153Ω， 依次对所取的两片扩散后衬底硅片进行激光掺杂，掺杂后硅片见图3b，后使 用九探头方阻测试仪进行片内轻掺杂、重掺杂区域方块电阻数值测试并记录。 其中记录数据见表2。
将对应测试数据整理分析，见表2，显示选择性发射极激光掺杂后重掺 杂区域方块电阻异常，方阻均值为112.5Ω较正常状态80-90Ω严重偏高；计 算方阻降幅为40Ω，较正常状态60-70Ω严重偏小；停止后续氧化后及碱抛 工序后方块电阻的测试，安排排查。
经现场分析发现为激光实际功率虚高导致激光光斑能量偏小导致，进行 激光调节后确认正常，达到监测目的。由此可见，根据衬底硅片尺寸大小灵 活选择重掺杂区域方块边长，在同衬底硅片内可匹配设计不同数量的轻掺杂 区域、重掺杂区域测试点，均可实现选择性发射极激光后方块电阻准确快速 监测且制程工艺监测无异常。
为了使本申请激光掺杂更明显，对该实施例掺杂硅片经PECVD镀膜后成 像，见图4b，轻掺杂区域与重掺杂区域明显可见。
应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释 本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和 范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保 护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和 边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
表1.
表2.
Claims (10)
1.一种硅基太阳能电池选择性发射极掺杂效果检测方法，其特征在于，包括：
对衬底硅片的正面全部区域进行扩散掺杂形成轻掺杂区域；
在所述衬底硅片正面局部区域进行激光掺杂形成重掺杂区域；
采用具有2个以上探头的方阻测试仪对所述轻掺杂区域和所述重掺杂区域进行第一次方块电阻检测；
所述重掺杂区域的面积不小于所述硅片衬底表面积的1％。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其中，在所述衬底硅片正面局部区域进行激光掺杂形成重掺杂区域包括：
选取预先设计的激光掺杂图形版图；
在选取的激光掺杂图形版图的基础上，于衬底硅片正面进行激光照射以使衬底硅片正面变成熔融态，掺杂原子进入熔融硅中以形成重掺杂区。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其中，选取预先设计的激光掺杂图形版图包括：
重掺杂区域呈至少两个间隔分布的区域。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其中，重掺杂区域呈至少两个间隔分布的正方形。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其中，正方形的重掺杂区域的边长设计为衬底硅片尺寸边长的12％～20％。
6.根据权利要求2所述的检测方法，其中，于衬底硅片正面进行激光照射以使衬底硅片正面变成熔融态，掺杂原子进入熔融硅中以形成重掺杂区包括：
选取激光的光斑为矩形光斑，该矩形光斑的宽度在90μm至120μm之间、高度在90μm至120μm之间，所述矩形光斑间呈相切状态线性排布。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其中，还包括：
设定所述激光的激光打斑工艺参数，激光功率控制在65％～85％之间，频率控制在300～400Khz之间。
8.根据权利要求2所述的检测方法，其中，还包括：将经激光掺杂后的衬底硅片于其正面进行氧化；对氧化后的同位置轻/重掺杂区域进行第二次方块电阻检测。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其中，还包括：将经氧化后的衬底硅片经背面、碱抛清洗后，对同位置轻/重掺杂区域进行第三次方块电阻检测。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的检测方法，其中，所述衬底硅片为P型衬底硅片，所述P型衬底硅片的尺寸为G12以上或者M6以下或者M10。
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|---|---|---|---|---|
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