CN114759118A - 一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，包括如下步骤：(1)在管式低压扩散氧化炉内通氮进舟，检查气密性后，于低于120mbar的低压下对制绒后的硅片进行前氧化处理；(2)维持所述低压下，然后升温至810‑830℃通源进行表面沉积，对表面沉积后的硅片进行835‑845℃下的无氧推进；重复进行升温通源与无氧推进的操作至少1次；(3)降温后进行后氧化处理，然后通氮出舟制得太阳能电池片。本发明方法能够降低太阳能电池制备工艺过程中磷源消耗成本，提升电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺。
背景技术
晶体硅太阳能光伏发电池产业价值链由两条工艺路线构成，其中单晶太阳能电池加工环节包括高纯硅的生产、单晶拉制、单晶硅切片、电池片生产、组件封装、系统应用；多晶硅太阳能电池加工包括高纯硅的生产、多晶硅铸锭、多晶硅开方、切片、电池片生产、组件封装、系统应用。
随着最近几年太阳能电池的发展，竞争也日趋激烈。低成本、高效率成为太阳能企业的生存之本。在晶体硅太阳能电池生产工艺中，扩散是核心工艺。电池效率提升的关键以及工艺追求的目标是在硅片表面形成均匀的高质量的PN结。目前，常规生产中的扩散工艺是在管式扩散炉内，通过液态磷源或硼源的挥发，在硅片表面沉积磷原子或硼原子，然后向硅片进行体内扩散制成PN结。该扩散方法具有工艺简单、成本较低的优点，但是由于受到硅片表面绒面形貌、扩散进出舟、温差、气流等因素的影响，扩散结很难做到均匀，甚至在绒面的顶部和底部的扩散结深度相差较大，有时相差高达30％，成为了效率提升的瓶颈之一。
业内有很多方法可以改善PN结的宏观均匀性，即方阻的均匀性，例如，在扩散设备内硅表面先氧化再进行磷源或硼源扩散的工艺可以提升硅片方阻的片内均匀性；通源管路从一端进气变为全段多孔进气的设备改进，可以改善整管硅片方阻的片间均匀性；通过扩散炉管抽真空的方式做减压扩散，有助于改善硅片片内和片间的方阻均匀性。以上的方法，取得均一定的成果，但是当扩散方阻提升至90Ω以上时，方阻均匀性还是很难控制。
因此需进一步优化的是在扩散工艺段，目前随着硅片片源的不断过度，相应的电池效率也在稳步提升，但是配套的工艺配方却助力较少，因此对于大幅增加产能后的扩散工艺阶段，调整一套降本提效的工艺技术尤为重要。
发明内容
为了优化扩散工艺以提高电池片性能，而提供一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺。本发明方法能够降低太阳能电池制备工艺过程中磷源消耗成本，提升电池效率。
为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，包括如下步骤：
(1)在管式低压扩散氧化炉内通氮进舟，检查气密性后，于低于120mbar 的低压下对制绒后的硅片进行前氧化处理；
(2)维持所述低压下，然后升温至810-830℃通源进行表面沉积，对表面沉积后的硅片进行835-845℃下的无氧推进；重复进行升温通源与无氧推进的操作至少1次；
(3)降温后进行后氧化处理，然后通氮出舟制得太阳能电池片。
进一步地，步骤1中所述前氧化处理的温度为780-790℃、时间为200-500s。
进一步地，步骤1中所述前氧化处理的过程中同时通入氮气和氧气，通入的氮气流量为500-1000sccm，通入的氧气流量为氮气流量的1-1.5倍。
进一步地，步骤2中所述通源为通入磷源，所述通源的同时通入氮气，氮气流量为500-1000sccm，所述磷源的流量与氮气流量为等比例同时通入；所述升温通源的时间为200-300s；所述低压的压力维持在70-90mbar。
进一步地，步骤2中所述无氧推进的过程中不通入氧气仅通入氮气对通源沉积磷源后的硅片在835-845℃下进行处理400-500s。
进一步地，步骤3中降温的温度为790-810℃，炉内压力为400-600mbar。
进一步地，步骤3中所述后氧化处理过程中同时通入氧气和氮气，氧气流量为200-3000sccm、氮气流量为500-1000sccm，所述后氧化处理的时间为300-600s。
有益技术效果：本发明采用无氧推进工艺，沉积时磷源更少，提升了硅片内载流子寿命，增加了电池片imp-VOC，降低了少子复合，对比电性能参数有提升，从而达到了降本提效的目的。本发明能够降低太阳能电池制备工艺磷源消耗成本，提升电池效率。
附图说明
图1为实施例1的低压扩散工艺与对比例1的常压扩散工艺在工作电流下的开路电压对比图，其中SY表示实施例1的低压扩散工艺，BL表示对比例1的常压扩散工艺。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。
以下压强单位换算：1mbar＝100Pa，1个标准大气压＝101325Pa。
实施例1
一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，包括如下步骤：
(1)采用管式低压扩散氧化炉，常压开炉门，静默关闭隔膜泵使炉管保持大气压强，打开炉门，设定炉管温度为780℃，常压通入8000sccm流量的氮气持续600s后，将石英舟匀速送入炉管内，保证制绒后的硅片没有错齿、粘片情况；舟进入落稳后，关闭炉门、开启隔膜泵，抽真空到低于120mbar的低压状态持续240s；
检查气密性：暂停隔膜泵，观察1min压力自然回升在5％以内；
在维持80mbar低压下，通氮气、氧气对制绒后硅片进行前氧化处理：所述前氧化处理的温度恒定为785℃±5℃，通入1000sccm流量的氮气的同时携带 1200sccm流量的氧气，持续氧化处理400s；
(2)维持80mbar的低压下，然后以1℃/min的速度逐步升温至820℃后通入磷源进行表面沉积，通入磷源的同时通入氮气，氮气流量为1000sccm，所述磷源的流量1000sccm，升温通源进行表面沉积的时间为240s；
维持80mbar的低压下，然后关闭氧气，仅通氮气对表面沉积后的硅片进行无氧推进480s，所述无氧推进的温度为840℃，升温速率为1℃/min；
重复进行上述升温通源表面沉积的操作与无氧推进的操作各1次；
(3)设定炉管内压力500mbar，降温至800℃，通入2000sccm流量的氧气和1000sccm流量的氮气下进行后氧化处理450s；
常压开炉，通8000sccm流量的氮气，匀速出舟，结束工艺，制得已处理的太阳能电池片。
实施例2
一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，包括如下步骤：
(1)采用管式低压扩散氧化炉，常压开炉门，静默关闭隔膜泵使炉管保持大气压强，打开炉门，设定炉管温度为785℃，常压通入9000sccm流量的氮气持续600s后，将石英舟匀速送入炉管内，保证制绒后的硅片没有错齿、粘片情况；舟进入落稳后，关闭炉门、开启隔膜泵，抽真空到低于120mbar的低压状态持续180s；
检查气密性：暂停隔膜泵，观察1min压力自然回升在5％以内；
在维持70mbar低压下，通氮气、氧气对制绒后硅片进行前氧化处理：所述前氧化处理的温度恒定为785℃±5℃，通入1000sccm流量的氮气的同时携带 1500sccm流量的氧气，持续氧化处理360s；
(2)维持70mbar的低压下，然后以1℃/min的速度逐步升温至830℃后通入磷源进行表面沉积，通入磷源的同时通入氮气，氮气流量为1000sccm，所述磷源的流量1000sccm，升温通源进行表面沉积的时间为240s；
维持70mbar的低压下，关闭氧气，仅通氮气对表面沉积后的硅片进行无氧推进450s，所述无氧推进的温度为845℃，升温速率为1℃/min；
重复进行上述升温通源表面沉积的操作与无氧推进的操作各1次；
(3)设定炉管内压力600mbar，降温至810℃，通入2000sccm流量的氧气和800sccm流量的氮气下进行后氧化处理300s；
常压开炉，通9000sccm流量的氮气，匀速出舟，结束工艺，制得已处理的太阳能电池片
实施例3
一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，包括如下步骤：
(1)采用管式低压扩散氧化炉，常压开炉门，静默关闭隔膜泵使炉管保持大气压强，打开炉门，设定炉管温度为780℃，常压通入10000sccm流量的氮气持续600s后，将石英舟匀速送入炉管内，保证制绒后的硅片没有错齿、粘片情况；舟进入落稳后，关闭炉门、开启隔膜泵，抽真空到低于120mbar的低压状态持续240s；
检查气密性：暂停隔膜泵，观察1min压力自然回升在5％以内；
在维持90mbar低压下，通氮气、氧气对制绒后硅片进行前氧化处理：所述前氧化处理的温度恒定为785℃±5℃，通入1000sccm流量的氮气的同时携带 1300sccm流量的氧气，持续氧化处理380s；
(2)维持90mbar的低压下，然后以1℃/min的速度逐步升温至810℃后通入磷源进行表面沉积，通入磷源的同时通入氮气，氮气流量为1000sccm，所述磷源的流量1000sccm，升温通源进行表面沉积的时间为250s；
维持90mbar的低压下，然后关闭氧气，仅通氮气对表面沉积后的硅片进行无氧推进500s，所述无氧推进的温度为835℃，升温速率为1℃/min；
重复进行上述升温通源表面沉积的操作与无氧推进的操作各1次；
(3)设定炉管内压力500mbar，降温至790℃，通入5000sccm流量的氧气和1000sccm流量的氮气下进行后氧化处理550s；
常压开炉，通10000sccm流量的氮气，匀速出舟，结束工艺，制得已处理的太阳能电池片。
对比例1
对比例工艺为常压(1个标准大气压)下的扩散工艺，包括如下步骤：
一种太阳能电池的常压扩散工艺，包括如下步骤：
(1)采用管式扩散氧化炉，常压开炉门，静默关闭隔膜泵使炉管保持大气压强，打开炉门，设定炉管温度为780℃，常压通入8000sccm流量的氮气持续 600s后，将石英舟匀速送入炉管内，保证制绒后的硅片没有错齿、粘片情况；舟进入落稳后，关闭炉门保持常压状态持续180s；
检查气密性：暂停隔膜泵，观察1min压力自然回升在5％以内；
在常压状态下，直接通氮气、氧气对制绒后硅片进行前氧化处理：所述前氧化处理的温度恒定为785℃±5℃，通入800sccm流量的氮气的同时携带 1000sccm流量的氧气，持续氧化处理360s；
(2)保持常压下，然后以1℃/min的速度逐步升温至830℃后通入磷源进行表面沉积，通入磷源的同时通入氮气，氮气流量为1000sccm，所述磷源的流量 4000sccm，升温通源进行表面沉积的时间为720s；
(3)保持常压下，降温至800℃，通入2000sccm流量的氧气和800sccm流量的氮气下进行后氧化处理600s；
常压开炉，通10000sccm流量的氮气，匀速出舟，结束工艺，制得已处理的太阳能电池片。
对实施例1与对比例1处理的得到的太阳能电池片采用四探针法测试表面5 个点的方阻值，具体测试数据见表1和表2。
表1对比例1处理的得到的太阳能电池片的方阻值
表2实施例1处理的得到的太阳能电池片的方阻值
由表1和表2可知，采用本发明的低压扩散工艺硅电池片表面不同位置的方阻平均值在125Ω/±5Ω之间，符合正常控制范围。
实施例1的工艺与对比例1的工艺在工作电流下的开路电压对比图如图1 所示，由图1可知，本发明低压扩散工艺的imp-VOC(开路电压)明显高于对比例常压扩散工艺。
对实施例1-3与对比例1处理的得到的太阳能电池片进行光电性能测试，结果见表3。
表3实施例1-3与对比例1太阳能电池片的光电性能
(注：效率提升的值为实施例1的值减去对比例1的值；计数项为该案例工艺得到的试验用电池片数量)
由表3可知，在方阻值相同控制范围前提下，实施例1的低压扩散工艺相较于对比例1的常压扩散工艺，本发明工艺可实现电池片短路电压2毫伏增长，光电转换效率(Eta)提升0.08％。
本发明方法能够降低太阳能电池制备工艺过程中磷源消耗量大的问题，降低成本的同时提升电池效率。本发明工艺采用高温无氧推进，沉积时磷源更少，提升了硅片内载流子寿命，增加了电池片开路电压，降低了少子复合，光电性能参数有所提升，做到了降本提效。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在管式低压扩散氧化炉内通氮进舟，检查气密性后，于低于120mbar的低压下对制绒后的硅片进行前氧化处理；
(2)维持所述低压下，然后升温至810-830℃通源进行表面沉积，对表面沉积后的硅片进行835-845℃下的无氧推进；重复进行升温通源与无氧推进的操作至少1次；
(3)降温后进行后氧化处理，然后通氮出舟制得太阳能电池片。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，其特征在于，步骤1中所述前氧化处理的温度为780-790℃、时间为200-500s。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，其特征在于，步骤1中所述前氧化处理的过程中同时通入氮气和氧气，通入的氮气流量为500-1000sccm，通入的氧气流量为氮气流量的1-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，其特征在于，步骤2中所述通源为通入磷源，所述通源的同时通入氮气，氮气流量为500-1000sccm，所述磷源的流量与氮气流量为等比例同时通入；所述升温通源的时间为200-300s；所述低压的压力维持在70-90mbar。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，其特征在于，步骤2中所述无氧推进的过程中不通入氧气仅通入氮气对通源沉积磷源后的硅片在835-845℃下进行处理400-500s。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，其特征在于，步骤3中降温的温度为790-810℃，炉内压力为400-600mbar。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺，其特征在于，步骤3中所述后氧化处理过程中同时通入氧气和氮气，氧气流量为200-3000sccm、氮气流量为500-1000sccm，所述后氧化处理的时间为300-600s。
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| CN202210367391.5A Pending CN114759118A (zh) | 2022-04-08 | 2022-04-08 | 一种太阳能电池的无氧推进低压扩散工艺 |
Country Status (1)
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-
2022
- 2022-04-08 CN CN202210367391.5A patent/CN114759118A/zh active Pending
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