CN114695598B - 一种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法及其应用。所述制备方法包括扩散工艺和链式氧化工艺；所述扩散工艺包括低温扩散和高温推进，所述链式氧化工艺包括高温链式氧化。本发明首先通过扩散工艺的优化，制备了0.15um深的低掺杂扩散浅结，同时，利用高温链式氧化的光子热激活辐射能，在扩散层表面形成一定剂量浓度的掺杂，来解决后续与银浆形成合金欧姆接触的失配问题，最终获得了较高的光电转换效率提升。
Description
技术领域
本发明涉及光伏领域，涉及晶硅太阳能电池制造领域，尤其涉及一种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法及其应用。
背景技术
非可再生能源逐渐枯竭，全球变暖日益严重，建立以可再生能源为主的能源系统，实现绿色可持续发展已成为全球共识。目前，全球已有130多个国家和地区相继宣布“碳中和”目标，部分国家更是采取立法形式明确“碳中和”责任，以有效应对气候变化带来的危机和挑战。目前，全球可再生能源渗透率仍处于低位，具有广阔发展空间，其中，光伏发电经济优势明显，度电成本已低于煤电，未来还将不断下降，发展潜力不容小觑。
在此基础上，提高太阳能电池的光电转换效率变的尤为重要；目前传统的高效电池，扩散发射极的结深，基本都在0.2um～0.3um左右，对于短波的吸收损失较明显；而想通过传统的扩散工艺方式，制备0.1um～0.2um的扩散浅结，扩散方阻会非常高，表面浓度会较低，这样非常容易引起，丝网工序的合金欧姆接触出现问题，导致太阳能电池的光电转换效率失效；因此，想通过目前传统的太阳能制造工艺获得扩散浅结，难度是非常大的。
CN103943719A公开了一种采用预氧结合低温一高温一低温的变温扩散方式对磷掺杂浓度进行控制的方法，该方法包含预氧化与低温一高温一低温三步变温扩散过程，该工艺通过对温度梯度进行优化，能精确控制磷掺杂浓度梯度，获得良好的PN结以及方阻均匀性，提高太阳能电池的转换效率，该发明主要阐述了如何通过扩散工艺的优化调整，重点说明了变温扩散方式对磷掺杂浓度进行控制的方法，但是仅局限在扩散单个工序优化，并仅实现了ECV曲线的扩散分布优化。
CN105280484A公开了一种晶硅高效高方阻电池片的扩散工艺，其内容主要包括如下步骤：(1)进炉；(2)低温氧化；(3)低温气体反应沉积；(4)升温杂质再分布；(5)高温气体反应沉积；(6)降温杂质再分布；(7)低温气体反应沉积；(8)低温杂质再分布；(9)出炉。与CN103943719A相同仅仅是在扩散单个工序上进行优化，太阳能光电转换效率需要进一步改善突破。
CN204905275U公开了一种基于链式氧化法提升太阳电池抗PID效应的装置，其内容主要包括：臭氧发生器、压缩空气输送管道和混合器；臭氧发生器的臭氧出口通过臭氧输送管道连接混合器，压缩空气通过压缩空气输送管道连接混合器，混合器通过混合气输送管道连接混和气输出端混合器输出端连接在匀流板的进气口；匀流板内为空心，其一端开有进气口，下端壁上均匀开有多个出气孔；匀流板安装在电池片制作设备的刻蚀装置和PECVD装置之间的硅片传输轨道上方，出气孔正对硅片传输轨道；臭氧发生器上安装有控制臭氧产：生量的装置。该实用新型能够在沉积氮化硅薄膜之前于硅片表面迅速生长氧化硅薄膜，提升光伏电池抗PID效应，延长其使用寿命。但是该专利思路仅仅是考虑了太阳能电池的使用可靠性，并未从高温方式下改善提高太阳能电池的光电转换效率。
目前传统的太阳能电池光电转换效率已经接近瓶颈，如何通过工艺细节的进一步优化或者改善突破，成为技术工程师们日思夜想的一道道难题，我们需要寻找新的突破点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法及其应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括扩散工艺和链式氧化工艺。
所述扩散工艺包括低温扩散和高温推进，所述链式氧化工艺包括高温链式氧化。
本发明通过扩散工艺的DOE实验，分析影响因子：温度、时间、流量、配方等，明确改变扩散工艺ECV曲线的关键因子，包括表面浓度、发射极结深、余误差分布和高斯分布的掺杂分布曲线；其次，通过对高温链式氧化的原理性理解，以及实验过程中摸索出对表面掺杂的影响；最后，结合太阳能晶硅电池的光伏发电原理，创造性的发明出将扩散工艺和链氧工艺结合在一起，制备出了0.15um左右的扩散发射极结，并且实现了高表面掺杂浓度下，良好的欧姆合金接触，提高短波光谱吸收，提升了太阳能电池的光电转换效率。
本发明首先通过扩散工艺的优化，制备了0.15um深的低掺杂扩散浅结，同时，利用高温链式氧化的光子热激活辐射能，在扩散层表面形成一定剂量浓度的掺杂，来解决后续与银浆形成合金欧姆接触的失配问题。最终，获得了较高的光电转换效率提升。
作为本发明优选的技术方案，所述扩散工艺包括依次进行的进舟、第一升温、第一恒温、真空稳定、真空检漏、氧化、第一低温扩散通源、第二低温扩散通源、第二升温、第二恒温、高温推进、第一降温、补充扩散、吹扫、PSG沉积反应、氧化反应、第二降温、充氮气和出舟。
优选地，所述低温扩散包括在一定温度下进行扩散恒定源。
优选地，所述恒定源为三氯氧磷。
优选地，所述低温扩散包括第一低温扩散通源和第二低温扩散通源。
优选地，所述第一低温扩散通源的温度为770～790℃，其中所述温度可以是770℃、772℃、774℃、776℃、778℃、780℃、782℃、784℃、786℃、788℃或790℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一低温扩散通源的时间为220～260s，其中所述时间可以是220s、225s、230s、235s、240s、245s、250s、255s或260s等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一低温扩散通源的小氮流量为1000～1100sccm，其中所述小氮流量可以是1000sccm、1020sccm、1040sccm、1060sccm、1080sccm或1100sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一低温扩散通源的氧气流量为450～550sccm，其中所述氧气流量可以是450sccm、460sccm、470sccm、480sccm、490sccm、500sccm、510sccm、520sccm、530sccm、540sccm或550sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一低温扩散通源的大氮流量为0sccm。
优选地，所述第一低温扩散通源的炉管压力为50～60mbar，其中所述炉管压力可以是50mbar、51mbar、52mbar、53mbar、54mbar、55mbar、56mbar、57mbar、58mbar、59mbar或60mbar等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二低温扩散通源的温度为790～810℃，其中所述温度可以是790℃、792℃、794℃、796℃、798℃、800℃、802℃、804℃、806℃、808℃或810℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二低温扩散通源的时间为190～230s，其中所述时间可以是190s、195s、200s、205s、210s、215s、220s、225s或230s等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二低温扩散通源的小氮流量为1100～1200sccm，其中所述小氮流量可以是1100sccm、1120sccm、1140sccm、1160sccm、1180sccm或1200sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二低温扩散通源的氧气流量为550～650sccm，其中所述氧气流量可以是550sccm、560sccm、570sccm、580sccm、590sccm、600sccm、610sccm、620sccm、630sccm、640sccm或650sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二低温扩散通源的大氮流量为0sccm。
优选地，所述第二低温扩散通源的炉管压力为50～60mbar，其中所述炉管压力可以是50mbar、52mbar、54mbar、56mbar、58mbar或60mbar等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明在低温扩散时，在800℃左右通入恒定的源量(三氯氧磷)，即恒定源扩散，这时的扩散分布曲线，满足余误差分布。
作为本发明优选的技术方案，所述高温推进包括高温下将晶硅表面的磷源向硅基体内推进。
优选地，所述高温推进的时间为350～370s，其中所述时间可以是350s、352s、354s、356s、358s、360s、362s、364s、366s、368s或370s等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高温推进的温度为800～900℃，其中所述温度可以是800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃或900℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高温推进的小氮流量为750～850sccm，其中所述小氮流量可以是750sccm、760sccm、770sccm、780sccm、790sccm、800sccm、810sccm、820sccm、830sccm、840sccm或850sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高温推进的氧气流量为0sccm。
优选地，所述高温推进的大氮流量为950～1050sccm，其中所述大氮流量可以是950sccm、960sccm、970sccm、980sccm、990sccm、1000sccm、1010sccm、1020sccm、1030sccm、1040sccm或1050sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高温推进的炉管压力为50～60mbar，其中所述炉管压力可以是50mbar、51mbar、52mbar、53mbar、54mbar、55mbar、56mbar、57mbar、58mbar、59mbar或60mbar等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明停止通入源量后开始升温至850℃左右，进行一定条件下，固定掺杂源量的高温推进，即恒量源扩散，这时的扩散分布曲线，满足高斯分布。
作为本发明优选的技术方案，所述PSG沉积反应的温度为700～800℃，其中所述温度可以是700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃或800℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述PSG沉积反应的时间为700～800s，其中所述时间可以是700s、710s、720s、730s、740s、750s、760s、770s、780s、790s或800s等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述PSG沉积反应中通入三氯氧磷。
优选地，所述PSG沉积反应的小氮流量为1250～1350sccm，其中所述小氮流量可以是1250sccm、1260sccm、1270sccm、1280sccm、1290sccm、1300sccm、1310sccm、1320sccm、1330sccm、1340sccm或1350sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述PSG沉积反应的氧气流量为550～650sccm，其中所述氧气流量可以是550sccm、560sccm、570sccm、580sccm、590sccm、600sccm、610sccm、620sccm、630sccm、640sccm或650sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述PSG沉积反应的大氮流量为0sccm。
优选地，所述PSG沉积反应的炉管压力为55～65mbar，其中所述炉管压力可以是55mbar、56mbar、57mbar、58mbar、59mbar、60mbar、61mbar、62mbar、63mbar、64mbar或65mbar等，但不仅限于所列举的数值，该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，所述第一升温和第一恒温中，对炉管进行抽真空处理。
优选地，所述第一恒温时通入小氮对管道进行吹扫，所述吹扫的流量为450～550sccm，其中所述流量可以是450sccm、460sccm、470sccm、480sccm、490sccm、500sccm、510sccm、520sccm、530sccm、540sccm或550sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述真空稳定中压力稳定后关闭所有气体通入保持炉管的压力为50～60mbar，其中所述压力可以是50mbar、51mbar、52mbar、53mbar、54mbar、55mbar、56mbar、57mbar、58mbar、59mbar或60mbar等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述氧化包括在晶硅片表面进行一层氧化硅层。
作为本发明优选的技术方案，所述第二升温的截至温度为830～870℃，其中所述截至温度可以是830℃、835℃、840℃、845℃、850℃、855℃、860℃、865℃或870℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二升温中通入氮气用于去除残余的三氯氧磷。
优选地，所述第二升温中大氮流量为950～1050sccm，其中所述大氮流量可以是950sccm、960sccm、970sccm、980sccm、990sccm、1000sccm、1010sccm、1020sccm、1030sccm、1040sccm或1050sccm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二恒温中通入氧气用于进一步反应残余的三氯氧磷。
优选地，所述第二恒温中氧气流量为550～650sccm，其中所述氧气流量可以是550sccm、560sccm、570sccm、580sccm、590sccm、600sccm、610sccm、620sccm、630sccm、640sccm或650sccm等，但不仅限于所列举的数值，该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，所述第一降温的温度为750～810℃，其中所述温度可以是750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃或810℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中第一降温作为补充扩散的设定温度。
优选地，所述补充扩散用于修复高温推进带来的晶硅片局部区域掺杂过低的缺陷。
优选地，所述吹扫将炉管内残余的三氯氧磷去除。
优选地，所述氧化反应将PSG沉积反应中通入的三氯氧磷去除。
优选地，所述第二降温用于修复晶硅片的晶格错位。
优选地，所述充氮气用于恢复炉管的常压状态。
作为本发明优选的技术方案，所述链式氧化工艺包括高温链式氧化。
优选地，所述高温链式氧化的温度为660～670℃，其中所述温度可以是660℃、662℃、664℃、666℃、668℃或670℃等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高温链式氧化的时间为1～5min，其中所述时间可以是1min、2min、3min、4min或5min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围外其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高温链式氧化的氧气流量为95～105slm，其中所述氧气流量可以是95slm、96slm、97slm、98slm、99slm、100slm、101slm、102slm、103slm、104slm或105slm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高温链式氧化的氮气流量为5～15slm，其中所述氮气流量可以是5slm、6slm、7slm、8slm、9slm、10slm、11slm、12slm、13slm、14slm或15slm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明通过对低温扩散源量的控制和高温推进时间的控制，制备出本发明的扩散曲线掺杂分布，但是扩散曲线的表面掺杂浓度较低，会导致后续合金欧姆接触的失效，因此，需要引入高温链式氧化来激活表面掺杂。
高温链式氧化炉是一种升温速度非常快的，保温时间很短的热处理方式。升温速率能达到10～100摄氏度每秒。一般采用红外卤素灯加热，加热时电流很大，功率很大。卤钨灯加热过程中，发射大量的高能电子，高能电子轰击硅片时，辐照电子与晶格相互作用，破坏原子在晶格中的位置，使原子产生位移效应，同时形成空穴-间隙原子对；同时磷扩散，有间隙扩散和替位扩散两种，高能电子的轰击就降低了磷扩散的难度。链氧设备，使用卤钨灯红外灯管加热，硅片表面有恒定源存在的情况下，触发了扩散增强机制，导致磷源再分布。
根据上述原理介绍，尝试了不同高温链式氧化的温度条件，发现温度越高，光子热激辐射的能力越强，有效扩散激活掺杂能力越高，薄层方块电阻的变化越大，不同链式氧化温度，对应的方阻变化差值，差值越大说明激活掺杂能力越强。因此，本发明采用高温光子热激辐射来激活磷掺杂。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法按照工艺顺序依次包括：
制绒工艺、所述扩散工艺、激光掺杂工艺、所述链式氧化工艺、去除PSG工艺、碱背抛工艺、退火工艺、ALD钝化工艺、正面PECVD工艺、背面PECVD工艺、激光开槽工艺、丝网印刷工艺和电注入工艺。
本发明除扩散工艺和链式氧化工艺外，其他工艺均采用常规工艺手段，在此不做过多赘述。
本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法的应用，所述制备方法应用于光伏领域。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明制备的太阳能电池转换率较常规的太阳能电池达到了0.1％的提升。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中磷扩散杂质分布ECV曲线图。
图2是本发明具体实施方式中两种条件下的扩散杂质分布ECV曲线图。
图3是本发明具体实施方式中链式氧化炉的结构图。
图4是本发明具体实施方式中高温链式氧化掺杂曲线图(有/无PSG层)。
图5是本发明具体实施方式中太阳能电池的工艺流程图。
图6是本发明具体实施方式中掺杂分布曲线图。
图7是本发明实施例1和对比例1的QE量子效率图。
图8是本发明实施例1和对比例1的ECV掺杂浓度分布曲线图。
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。
本发明提供一种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括扩散工艺和链式氧化工艺。
所述扩散工艺包括低温扩散和高温推进，所述链式氧化工艺包括高温链式氧化。
本发明中通过扩散工艺的DOE实验，分析影响因子：温度、时间、流量、配方等，明确改变扩散工艺ECV曲线的关键因子，包括表面浓度、发射极结深、余误差分布和高斯分布的掺杂分布曲线；其次，通过对高温链式氧化的原理性理解，以及实验过程中摸索出对表面掺杂的影响；最后，结合太阳能晶硅电池的光伏发电原理，创造性的发明出将扩散工艺和链氧工艺结合在一起，制备出了0.15um左右的扩散发射极结，并且实现了高表面掺杂浓度下，良好的欧姆合金接触，提高短波光谱吸收，提升了太阳能电池的光电转换效率。
本发明首先通过扩散工艺的优化，制备了0.15um深的低掺杂扩散浅结，同时，利用高温链式氧化的光子热激活辐射能，在扩散层表面形成一定剂量浓度的掺杂，来解决后续与银浆形成合金欧姆接触的失配问题。最终，获得了较高的光电转换效率提升。
进一步地，所述扩散工艺包括依次进行的进舟、第一升温、第一恒温、真空稳定、真空检漏、氧化、第一低温扩散通源、第二低温扩散通源、第二升温、第二恒温、高温推进、第一降温、补充扩散、吹扫、PSG沉积反应、氧化反应、第二降温、充氮气和出舟。
进一步地，所述低温扩散包括在一定温度下进行扩散恒定源。
进一步地，所述恒定源为三氯氧磷。
进一步地，所述低温扩散包括第一低温扩散通源和第二低温扩散通源。
进一步地，所述第一低温扩散通源的温度为770～790℃。
进一步地，所述第一低温扩散通源的时间为220～260s。
进一步地，所述第一低温扩散通源的小氮流量为1000～1100sccm。
进一步地，所述第一低温扩散通源的氧气流量为450～550sccm。
进一步地，所述第一低温扩散通源的大氮流量为0sccm。
进一步地，所述第一低温扩散通源的炉管压力为50～60mbar。
进一步地，所述第二低温扩散通源的温度为790～810℃。
进一步地，所述第二低温扩散通源的时间为190～230s。
进一步地，所述第二低温扩散通源的小氮流量为1100～1200sccm。
进一步地，所述第二低温扩散通源的氧气流量为550～650sccm。
进一步地，所述第二低温扩散通源的大氮流量为0sccm。
进一步地，所述第二低温扩散通源的炉管压力为50～60mbar。
本发明在低温扩散时，在本发明限定的温度下通入恒定的源量(三氯氧磷)，即恒定源扩散，这时的扩散分布曲线，满足余误差分布。由低温扩散(余误差分布)和高温推进(高斯分布)组成磷扩散掺杂的杂质分布曲线。
其中，磷扩散掺杂的杂质分布曲线如图1所示，图中Ⅰ为PSG层掺杂，一方面促进SE激光掺杂，另一方面高温链式热氧化，热光子辐射可激活掺杂；Ⅱ为表层掺杂，一方面高浓度掺杂会带来晶格失配造成的死层，减少短波响应，另外一方面会如果低浓度掺杂会影响后续丝网的欧姆接触传导；Ⅲ为结深曲线，一方面影响浆料的欧姆接触；另一方面对光生吸收相关。
进一步地，所述高温推进包括高温下将晶硅表面的磷源向硅基体内推进。
进一步地，所述高温推进的时间为350～370s。
进一步地，所述高温推进的温度为800～900℃。
进一步地，所述高温推进的小氮流量为750～850sccm。
进一步地，所述高温推进的氧气流量为0sccm。
进一步地，所述高温推进的大氮流量为950～1050sccm。
进一步地，所述高温推进的炉管压力为50～60mbar。
进一步地，所述PSG沉积反应的温度为700～800℃。
进一步地，所述PSG沉积反应的时间为700～800s。
进一步地，所述PSG沉积反应中通入三氯氧磷。
进一步地，所述PSG沉积反应的小氮流量为1250～1350sccm。
进一步地，所述PSG沉积反应的氧气流量为550～650sccm。
进一步地，所述PSG沉积反应的大氮流量为0sccm。
进一步地，所述PSG沉积反应的炉管压力为55～65mbar。
本发明通过对低温扩散源量的控制和高温推进时间的控制，制备出了本发明的扩散曲线掺杂分布，如图2，可以得知，本发明获得了0.15um左右的浅发射极制备，但同时，该扩散曲线的表面掺杂浓度较低，这样会导致后续合金欧姆接触的失效，因此，必须引入高温链式氧化，激活表面掺杂。
进一步地，所述链式氧化工艺包括进氧化腔、高温链式氧化和出氧化腔。
进一步地，所述高温链式氧化的温度为660～670℃。
进一步地，所述高温链式氧化的时间为1～5min。
进一步地，所述高温链式氧化的氧气流量为95～105slm。
进一步地，所述高温链式氧化的氮气流量为5～15slm。
本发明采用如图3所示的链式氧化铝进行加热，加热时电流很大，功率很大。卤钨灯加热过程中，发射大量的高能电子，高能电子轰击硅片时，辐照电子与晶格相互作用，破坏原子在晶格中的位置，使原子产生位移效应，同时形成空穴-间隙原子对；同时磷扩散，有间隙扩散和替位扩散两种，高能电子的轰击就降低了磷扩散的难度。链氧设备，使用卤钨灯红外灯管加热，硅片表面有恒定源存在的情况下，触发了扩散增强机制，导致磷源再分布。
本发明通过实验发现，图1-Ⅰ的PSG掺杂层，是链式氧化条件下的表面磷激活掺杂来源，保留PSG层过链式氧化和去除PSG层过链式氧化，表面浓度发生了不同的变化，如图4所示，保留PSG层和去除PSG层，在高温链式氧化后的ECV掺杂曲线测试，表现出了不同的表面掺杂浓度，而保留PSG层的高温链式氧化后的掺杂曲线，正是我们寻求解决表层掺杂影响的合金欧姆接触的关键因素。
进一步地，所述制备方法按照工艺顺序依次包括如图5所示：
制绒工艺、所述扩散工艺、激光掺杂工艺、所述链式氧化工艺、去除PSG工艺、碱背抛工艺、退火工艺、ALD钝化工艺、正面PECVD工艺、背面PECVD工艺、激光开槽工艺、丝网印刷工艺和电注入工艺。
为了更好的理解本发明中一种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法，采用以下实施例和对比例进行说明：
实施例1
本实施例提供一种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法：
所述制备方法按照工艺顺序依次包括，如图5所示：
制绒工艺、扩散工艺、激光掺杂工艺、链式氧化工艺、去除PSG工艺、碱背抛工艺、退火工艺、ALD钝化工艺、正面PECVD工艺、背面PECVD工艺、激光开槽工艺、丝网印刷工艺和电注入工艺。
其中，扩散工艺包括以下步骤：
(1)将需要扩散的晶硅片，整齐的插放到，等待进炉管的石英舟上；
(2)进舟，将晶硅片送入高温适应炉管里面，时间设定为630s，温度设定在770℃，通入氮气流量设定为2000sccm，压力设置在接近常压1000mbar；
(3)第一升温，等待炉管升温至设定的温度，时间设定为60s，温度设定为770℃，氮气流量设定为2000sccm，炉管的真空压力设定为700mbar，对炉管做一个预抽真空的动作；
(4)第一恒温，等待炉管稳定在我们设定的温度±5℃范围内，并且将炉管进行抽真空的动作，时间设定为180s，温度设定在770℃，通入氮气流量设定为2000sccm，炉管压力设定为55mbar，并且提前通入一部分小氮(三氯氧磷关闭)进行管道的吹扫，流量设定为500sccm；
(5)真空稳定，等待炉管内抽到设定真空压力，时间设定为60s，温度设定在770℃，关闭所有气体通入，炉管压力设定为55mbar；
(6)真空检漏，查看炉管是否有裂纹和密封不好的情况出现，导致真空压力出现回升波动，时间设定为60s，温度设定在770℃，关闭所有气体通入，炉管压力设定为55mbar；
(7)氧化，在进入掺杂扩散前，需要对晶硅片表面进行一层氧化硅层的生长保护，防止后续三氯氧磷反应过程中，对晶硅片表面有腐蚀影响，时间设定为300s，温度设定在775℃，小氮流量设定为500sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为900sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为55mbar；
(8)第一低温扩散通源，在775℃温度下，进行第一次三氯氧磷扩散掺杂反应，时间设定为240s，温度设定在775℃，小氮流量设定为1050sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为500sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为55mbar；
(9)第二低温扩散通源，将温度调整至795℃，进行第二次三氯氧磷扩散掺杂反应，目的是通过变温扩散，激活氧化层中的掺杂磷源，让扩散反应更加均匀，时间设定为210s，温度设定在795℃，小氮流量设定为1150sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为600sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为55mbar；
(10)第二升温，将温度从795℃升高至850℃的过程，以便完成后续的高温掺杂推进反应，同时通入大量氮气携带走一部分残余的三氯氧磷，避免安全风险，时间设定为300s，温度设定在850℃，小氮流量设定为800sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为1000sccm，炉管压力设定为55mbar；
(11)第二恒温，温度升高至设定温度后，需要恒温稳定一段时间，同时通入一定量的氧气，反应掉残余的三氯氧磷，避免安全风险，时间设定为240s，温度设定在850℃，小氮流量设定为500sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为600sccm，大氮流量为500sccm，炉管压力设定为55mbar；
(12)高温推进，达到设定高温后，并且确保炉管内未有反应气体后，进行高温下的掺杂推进工作，将晶硅表层的磷源往硅基体内推进，这一步的时间和温度都很关键，直接影响扩散发射极的结深，时间设定为360s，温度设定在850℃，小氮流量设定为800sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为1000，炉管压力设定为55mbar；
(13)第一降温，温度降低至800℃左右，作为补充扩散的设定温度，时间设定为1380s，温度设定在790℃，小氮流量设定为800sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为1000sccm，炉管压力设定为55mbar；
(14)补充扩散，修复高温推进带来的晶硅片局部区域掺杂过低的现象，时间设定为90s，温度设定在790℃，小氮流量设定为1300sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为600sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为60mbar；
(15)吹扫，扩散完成后，将炉管内的残余三氯氧磷通过氮气和抽真空去除干净，时间设定为120s，温度设定在780℃，小氮流量设定为800sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为1000sccm，炉管压力设定为60mbar；
(16)PSG沉积反应，这一步的作用是一方面为接下来的激光局部掺杂提供足够的磷源，另一方面就是本专利的关键发现，可以匹配后续的高温链式氧化激活磷源，形成表面高掺杂，时间设定为760s，温度设定在750℃，小氮流量设定为1300sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为600sccm，大氮流量为0sccm，炉管压力设定为60mbar；
(17)氧化反应，通入大量的氧气，将炉管内残余的三氯氧磷充分反应掉，避免接下来的开炉内造成泄漏风险，时间设定为180s，温度设定在700℃，小氮流量设定为500sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为1500sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为60mbar；
(18)第二降温，这一步骤的降温，是将温度设定到非常低的一个值，目的是让完成扩散后的晶硅片有一个变温的过程，这个过程会促进晶格的位移，会修复一部分高温扩散带来的晶格错位现象，进一步改善扩散反射极的品质，时间设定为360s，温度设定在700℃，小氮流量设定为1000sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为0sccm，炉管压力设定为60mbar；
(19)充氮气，将炉管通入大量氮气，恢复炉管的常压状态，以便为后续的开炉门取晶硅片做准备，时间设定为240s，温度设定在700℃，小氮流量设定为1000sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为3000sccm，炉管压力设定为1000mbar；
(20)出舟，开炉门，取石英舟，结束整个扩散工艺流程，时间设定为630s，温度设定在750℃，小氮流量设定为0sccm，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为2000sccm，炉管压力设定为1000mbar
其中，链式氧化工艺包括以下步骤：
(1)放承载盒，将装有晶硅片的承载盒放置到自动化上料机上面；
(2)进氧化腔体准备，将晶硅片从承载盒里面推出，整齐排列至链式氧化炉腔前面的传送皮带上；
(3)进入高温氧化炉腔体内，传送带速度设定为3.8m/min，红外卤素灯温度设定为665℃，通入氧气流量为100slm，氮气流量为10slm；
(4)出氧化腔体，完成高温链式氧化激活的硅片，通过传送皮带，整体排列至下料端，等待送入承载盒内；
(5)装入承载盒，将完成氧化激活的晶硅片从传送皮带上依次推入承载盒内，完成装片后，送入下一道去PSG工序。
实施例2
本实施例将扩散工艺中步骤(8)替换为：第一低温扩散通源，在770℃温度下，进行第一次三氯氧磷扩散掺杂反应，时间设定为260s，温度设定在770℃，小氮流量设定为1000sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为450sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为50mbar；
将扩散工艺中步骤(9)替换为：第二低温扩散通源，将温度调整至790℃，进行第二次三氯氧磷扩散掺杂反应，目的是通过变温扩散，激活氧化层中的掺杂磷源，让扩散反应更加均匀，时间设定为230s，温度设定在790℃，小氮流量设定为1100sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为550sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为50mbar；
将扩散工艺中步骤(12)替换为：高温推进，达到设定高温后，并且确保炉管内未有反应气体后，进行高温下的掺杂推进工作，将晶硅表层的磷源往硅基体内推进，这一步的时间和温度都很关键，直接影响扩散发射极的结深，时间设定为370s，温度设定在800℃，小氮流量设定为750sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为950sccm，炉管压力设定为50mbar；
将扩散工艺中步骤(16)替换为：PSG沉积反应，这一步的作用是一方面为接下来的激光局部掺杂提供足够的磷源，另一方面就是本专利的关键发现，可以匹配后续的高温链式氧化激活磷源，形成表面高掺杂，时间设定为800s，温度设定在700℃，小氮流量设定为1250sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为550sccm，大氮流量为0sccm，炉管压力设定为55mbar；
将链式氧化工艺中步骤(3)替换为：进入高温氧化炉腔体内，传送带速度设定为3.8m/min，红外卤素灯温度设定为660℃，通入氧气流量为95slm，氮气流量为5slm。
其他条件均与实施例1相同。
实施例3
本实施例将扩散工艺中步骤(8)替换为：第一低温扩散通源，在790℃温度下，进行第一次三氯氧磷扩散掺杂反应，时间设定为220s，温度设定在790℃，小氮流量设定为1100sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为550sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为60mbar；
将扩散工艺中步骤(9)替换为：第二低温扩散通源，将温度调整至810℃，进行第二次三氯氧磷扩散掺杂反应，目的是通过变温扩散，激活氧化层中的掺杂磷源，让扩散反应更加均匀，时间设定为190s，温度设定在1200℃，小氮流量设定为650sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为650sccm，大氮流量为0，炉管压力设定为60mbar；
将扩散工艺中步骤(12)替换为：高温推进，达到设定高温后，并且确保炉管内未有反应气体后，进行高温下的掺杂推进工作，将晶硅表层的磷源往硅基体内推进，这一步的时间和温度都很关键，直接影响扩散发射极的结深，时间设定为350s，温度设定在900℃，小氮流量设定为850sccm(三氯氧磷关闭)，氧气流量设定为0sccm，大氮流量为1050sccm，炉管压力设定为60mbar；
将扩散工艺中步骤(16)替换为：PSG沉积反应，这一步的作用是一方面为接下来的激光局部掺杂提供足够的磷源，另一方面就是本专利的关键发现，可以匹配后续的高温链式氧化激活磷源，形成表面高掺杂，时间设定为700s，温度设定在800℃，小氮流量设定为1350sccm(三氯氧磷开启)，氧气流量设定为650sccm，大氮流量为0sccm，炉管压力设定为65mbar；
将链式氧化工艺中步骤(3)替换为：进入高温氧化炉腔体内，传送带速度设定为3.8m/min，红外卤素灯温度设定为670℃，通入氧气流量为105slm，氮气流量为15slm。
其他条件均与实施例1相同。
实施例4
本实施例除将扩散工艺中步骤(8)中第一低温扩散通源的温度替换为700℃外，其他条件均与实施例1相同。
实施例5
本实施例除将扩散工艺中步骤(12)中高温推进中的温度设定为950℃外，其他条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例除将高温链式氧化工序中红外卤素灯温度设定为665℃替换为700℃外，其他条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例除将扩散工艺步骤(9)第二低温扩散通源去掉外，其他条件均与实施例1相同。
实施例8
本实施例除将扩散工艺步骤(16)PSG沉积反应去掉外，其他条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例除将链式氧化替换为常规的高温管式氧化外，其他条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例除将扩散工艺步骤(12)高温推进步骤去掉外，其他条件均与实施例1相同。
对比例3
本实施例除将链式氧化工序替换为常温链式氧化工序外，其他条件均与实施例1相同。
对本发明实施例1和对比例1中进行几次批量生产，结果如表1所示：
表1
通过上述表格可以看出，通过本发明制备浅结扩散发射极，获得了晶硅太阳能电池转换效率0.1％的提升，主要提升了开路电压Uoc和短路电流Isc。
其中，本发明中实施例1与对比例1掺杂分布曲线如图6所示，量子效率QE曲线图如图7所示，ECV(电化学腐蚀)掺杂浓度分布曲线图8所示，通过图7量子效率QE曲线图，能明显发现在300nm～500nm的短波光谱响应，实施例1明显要高于对比例1，从图8中可以得知，本发明实施例1的结深在0.15um，表面浓度在1.0×1021cm-3，均优于对比例1。
对实施例1-8和对比例1-3中的太阳能电池进行产线生产，测试结果如表2所示。
表2
| △UOC/A | △Isc/A | △FF | △Ncell/％ | |
| 实施例1 | 0.0013 | 0.020 | 0.04 | 0.09 |
| 实施例2 | 0.0010 | 0.0130 | 0.16 | 0.101 |
| 实施例3 | 0.0011 | 0.0300 | 0.07 | 0.109 |
| 实施例4 | -0.0007 | -0.0099 | 0.00 | -0.040 |
| 实施例5 | -0.0004 | -0.0250 | 0.00 | -0.056 |
| 实施例6 | -0.0004 | -0.0100 | -0.06 | -0.047 |
| 实施例7 | -0.0007 | -0.0181 | -0.08 | -0.077 |
| 实施例8 | -0.0010 | -0.0230 | 0.02 | -0.067 |
| 对比例1 | -0.0022 | -0.0169 | -0.02 | -0.108 |
| 对比例2 | -0.0024 | -0.0199 | -0.16 | -0.158 |
| 对比例3 | -0.0035 | -0.0399 | -0.10 | -0.212 |
通过上述表格可以得到，实施例1-3的效率提升是较明显，并且效率提升0.1％左右，结果较一致；实施例4将第一低温扩散通源温度替换为较低温度，实施例5将扩散工艺中的高温推进温度提升，实施例6将高温链式氧化工序中的温度进一步提升，实施例7将第二低温扩散通源去掉，与实施例1相比，实施例4-6的光转换效率均下降，对比例1将链式氧化替换为高温管式氧化，对比例2去掉高温推进工艺步骤，对比例3将高温链式氧化替换为常温链式氧化，可以观察到，太阳能电池的光转换效率进一步下降。
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 (51)
1.一种浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括扩散工艺和链式氧化工艺；
所述扩散工艺包括低温扩散和高温推进，所述链式氧化工艺包括高温链式氧化；所述扩散工艺包括依次进行的进舟、第一升温、第一恒温、真空稳定、真空检漏、氧化、第一低温扩散通源、第二低温扩散通源、第二升温、第二恒温、高温推进、第一降温、补充扩散、吹扫、PSG沉积反应、氧化反应、第二降温、充氮气和出舟。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温扩散包括在一定温度下进行扩散恒定源。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述恒定源为三氯氧磷。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温扩散包括第一低温扩散通源和第二低温扩散通源。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一低温扩散通源的温度为770～790℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一低温扩散通源的时间为220～260s。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一低温扩散通源的小氮流量为1000～1100sccm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一低温扩散通源的氧气流量为450～550sccm。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一低温扩散通源的大氮流量为0sccm。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一低温扩散通源的炉管压力为50～60mbar。
11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二低温扩散通源的温度为790～810℃。
12.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二低温扩散通源的时间为190～230s。
13.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二低温扩散通源的小氮流量为1100～1200sccm。
14.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二低温扩散通源的氧气流量为550～650sccm。
15.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二低温扩散通源的大氮流量为0sccm。
16.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二低温扩散通源的炉管压力为50～60mbar。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温推进包括高温下将晶硅表面的磷源向硅基体内推进。
18.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温推进的时间为350～370s。
19.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温推进的温度为800～900℃。
20.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温推进的小氮流量为750～850sccm。
21.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温推进的氧气流量为0sccm。
22.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温推进的大氮流量为950～1050sccm。
23.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温推进的炉管压力为50～60mbar。
24.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PSG沉积反应的温度为700～800℃。
25.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PSG沉积反应的时间为700～800s。
26.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PSG沉积反应中通入三氯氧磷。
27.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PSG沉积反应的小氮流量为1250～1350sccm。
28.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PSG沉积反应的氧气流量为550～650sccm。
29.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PSG沉积反应的大氮流量为0sccm。
30.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PSG沉积反应的炉管压力为55～65mbar。
31.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一升温和第一恒温中，对炉管进行抽真空处理。
32.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一恒温时通入小氮对管道进行吹扫，所述吹扫的流量为450～550sccm。
33.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空稳定中压力稳定后关闭所有气体通入保持炉管的压力为50～60mbar。
34.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化包括在晶硅片表面进行一层氧化硅层。
35.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二升温的截至温度为830～870℃。
36.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二升温中通入氮气用于去除残余的三氯氧磷。
37.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二升温中大氮流量为950～1050sccm。
38.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二恒温中通入氧气用于进一步反应残余的三氯氧磷。
39.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二恒温中氧气流量为550～650sccm。
40.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一降温的温度为750～810℃。
41.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述补充扩散用于修复高温推进带来的晶硅片局部区域掺杂过低的缺陷。
42.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吹扫将炉管内残余的三氯氧磷去除。
43.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化反应将PSG沉积反应中通入的三氯氧磷去除。
44.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二降温用于修复晶硅片的晶格错位。
45.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述充氮气用于恢复炉管的常压状态。
46.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述链式氧化工艺包括高温链式氧化。
47.根据权利要求46所述的制备方法，其特征在于，所述高温链式氧化的温度为660～670℃。
48.根据权利要求46所述的制备方法，其特征在于，所述高温链式氧化的时间为1～5min。
49.根据权利要求46所述的制备方法，其特征在于，所述高温链式氧化的氧气流量为95～105slm。
50.根据权利要求46所述的制备方法，其特征在于，所述高温链式氧化的氮气流量为5～15slm。
51.一种如权利要求1-50任一项所述的浅结扩散发射极的晶硅太阳能电池的制备方法的应用，其特征在于，所述制备方法应用于光伏领域。
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