CN114823983A - 一种perc电池的扩散退火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及perc电池技术领域，具体地说，涉及一种perc电池的扩散退火工艺。其包括以下步骤：将扩散炉石英管连接三氯氧磷扩散源，升温，通入携带扩散源的氮气和氧气至石英管中进行饱和工作；将硅片插入至石英舟，并将装满硅片的石英舟放置在碳化硅臂浆上，缓缓推入至扩散炉中；通入氧气，将石英管升温，通入氧气和携带扩散源的氮气，进行扩散；扩散结束后，温度持续下降一次退火，退火前加入氧气和足量的携带扩散源的氮气，温度缓缓下降，通入氧气和氮气进行二次退火；该perc电池的扩散退火工艺中，在退火工作时，进行两次退火工作，可保证退火工作时，进入使得硅片内部磷源充足，在降温时进行磷源的持续性补充。

Description

一种perc电池的扩散退火工艺
技术领域
本发明涉及perc电池技术领域，具体地说，涉及一种perc电池的扩散退火工艺。
背景技术
除了产业化运用新技术外，太阳电池制作中的工艺优化也是非常重要的，太阳电池产业化所面临的重要问题之一是如何在保证电池高转换效率前提下提高产能，扩散制作pn结是晶体硅太阳电池的核心，是电池质量好坏的关键之一。
通常情况下，可采取下列方法将掺杂剂原子引入硅中网：高温下汽相形成的化学源扩散；掺杂氧化物源的扩散；离子注入层的退火与扩散。perc太阳电池制作中的扩散工艺主要采用高温化学源扩散。
现有的扩散工艺，在退火时一般只通入保护性的氮气，导致硅片中磷源含量较少，杂质数量增多，影响太阳能电池的产能，因此需要一种新型的perc电池的扩散退火工艺来改善现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种perc电池的扩散退火工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种perc电池的扩散退火工艺，包括以下步骤：
S1、将扩散炉石英管连接三氯氧磷扩散源，升温至880-920℃，通入携带扩散源的氮气和氧气至石英管中1-2h进行饱和工作；
S2、将硅片插入至石英舟，并将装满硅片的石英舟放置在碳化硅臂浆上，缓缓推入至扩散炉中；
S3、温度为600-650℃通入氧气，用于在硅片表面形成第一层氧化硅，维持12-17min，将石英管升温880-920℃，通入氧气和携带扩散源的氮气，进行扩散，维持5-10min，扩散源在高温下生成五氯化磷和五氧化二磷，五氧化二磷通过扩散与硅反应形成氧化硅和磷原子，由于氧气的加入五氯化磷与氧气反应，分解成五氧化二磷和氯气，生成的五氧化二磷再一次与硅反应；
S4、扩散结束后，温度持续下降至720-780℃一次退火，退火前加入氧气和足量的携带扩散源的氮气，持续5-10min，温度缓缓下降至600℃以下时，通入氧气和氮气进行二次退火，然后进行保温15-25min，退火时加入携带扩散源的氮气，可保证退火工作时，进入使得硅片内部磷源充足，当温度下降时，扩散源已无法分解，若再次进入扩散源会导致材料流失，提高成本，通入氧气目的为了与残留扩散源分解物反应，在降温时进行磷源的持续性补充；
S5、最后将石英舟取出，再取出硅片冷却至室温后存放至硅片盒中即可。
作为本技术方案的进一步改进，所述S4中，温度下降至600℃以下时，分为3个阶段，第一阶段下降至680-700℃保温5min，第二阶段下降至620-650℃保温5min，第三阶段下降至600℃以下保温15-25min，每个阶段均缓慢降温15-20min。
通过分阶段缓慢降温，可以延续第一次退火中的反应时间，同时逐步扩展至第二退火工序。
作为本技术方案的进一步改进，所述扩散炉外壁设置有温度传感器和环绕所述扩散炉外壁设置的冷却液循环管路，控制系统根据温度来控制冷却液循环管路的流速进而保证退火时间以及保温时间。
通过温度传感器与控制系统的联动，保证任何工序下可以可控的地实现温度和时间的精准设定，保证工艺的顺利和智能运行。
作为本技术方案的进一步改进，所述扩散源气体以喷射形式进入扩散炉内，炉内压力保持在2个大气压强。
喷射进入炉内可以提升反应的效率，同时炉内具有一定的压力，也是提高了反应物的生成稳定性。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，携带扩散源的氮气的通入流量为800-1000sccm，氧气通入流量为500-600sccm。
作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，第一氧气通入流量为800-1000sccm，第二次氧气通入流量为1300-1500sccm。
作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，携带扩散源的氮气通入流量为2000-2600sccm。
作为本技术方案的进一步改进，所述S4中，第一次氧气通入流量为1500-2000sccm，携带扩散源的氮气通入流量为1800-2200sccm，退火工作时，通入足量的携带扩散源的氮气，以便于退火工作时扩散源分解物充足，使得磷源的产量充足。
作为本技术方案的进一步改进，所述S4中，第二次氧气流量为2000-2500sccm，氮气通入流量为2200-2500sccm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
该perc电池的扩散退火工艺中，在退火工作时，进行两次退火工作，第一次时退火时加入携带扩散源的氮气，可保证退火工作时，进入使得硅片内部磷源充足，第二次退火时，当温度下降时，扩散源已无法分解，若再次进入扩散源会导致材料流失，提高成本，因此无需通入携带扩散源的氮气，只通入氧气和氮气与残留扩散源分解物反应，在降温时进行磷源的持续性补充。
附图说明
图1为本发明的整体流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本技术领域人员在没有做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。
实施例1 一种perc电池的扩散退火工艺，包括：
1、将扩散炉石英管连接三氯氧磷扩散源，升温至880-920℃，通入携带扩散源的氮气800sccm和氧气1300sccm至石英管中1h进行饱和工作；
2、将硅片插入至石英舟，并将装满硅片的石英舟放置在碳化硅臂浆上，缓缓推入至扩散炉中；
3、温度为600℃通入氧气800sccm，用于在硅片表面形成第一层氧化硅，维持12in，将石英管升温880-920℃，通入氧气1300sccm和携带扩散源的氮气2000sccm，进行扩散，维持5min，扩散源在高温下生成五氯化磷和五氧化二磷，五氧化二磷通过扩散与硅反应形成氧化硅和磷原子，由于氧气的加入五氯化磷与氧气反应，分解成五氧化二磷和氯气，生成的五氧化二磷再一次与硅反应；
4、扩散结束后，温度持续下降至720℃一次退火，退火前加入氧气1500sccm和足量的携带扩散源的氮气1800sccm，持续5min，温度缓缓分阶段下降至600℃以下时，通入氧气2000sccm和氮气2200sccm进行二次退火，然后进行保温15min，退火时加入携带扩散源的氮气，可保证退火工作时，进入使得硅片内部磷源充足，当温度下降时，扩散源已无法分解，若再次进入扩散源会导致材料流失，提高成本，通入氧气目的为了与残留扩散源分解物反应，在降温时进行磷源的持续性补充；
5、最后将石英舟取出，再取出硅片冷却至室温后存放至硅片盒中即可。
实施例2 一种perc电池的扩散退火工艺，包括：
1、将扩散炉石英管连接三氯氧磷扩散源，升温至900℃，通入携带扩散源的氮气900sccm和氧气1400sccm至石英管中1.5h进行饱和工作；
2、将硅片插入至石英舟，并将装满硅片的石英舟放置在碳化硅臂浆上，缓缓推入至扩散炉中；
3、温度为630℃通入氧气900sccm，用于在硅片表面形成第一层氧化硅，维持15min，将石英管升温900℃，通入氧气1400sccm和携带扩散源的氮气2300sccm，进行扩散，维持7min，扩散源在高温下生成五氯化磷和五氧化二磷，五氧化二磷通过扩散与硅反应形成氧化硅和磷原子，由于氧气的加入五氯化磷与氧气反应，分解成五氧化二磷和氯气，生成的五氧化二磷再一次与硅反应；
4、扩散结束后，温度持续下降至750℃一次退火，退火前加入氧气1700sccm和足量的携带扩散源的氮气2000sccm，持续7min，温度缓缓分阶段下降至600℃以下时，通入氧气2300sccm和氮气2400sccm进行二次退火，然后进行保温20min，退火时加入携带扩散源的氮气，可保证退火工作时，进入使得硅片内部磷源充足，当温度下降时，扩散源已无法分解，若再次进入扩散源会导致材料流失，提高成本，通入氧气目的为了与残留扩散源分解物反应，在降温时进行磷源的持续性补充；
5、最后将石英舟取出，再取出硅片冷却至室温后存放至硅片盒中即可。
实施例3 一种perc电池的扩散退火工艺，包括：
1、将扩散炉石英管连接三氯氧磷扩散源，升温至920℃，通入携带扩散源的氮气1000sccm和氧气1500sccm至石英管中2h进行饱和工作；
2、将硅片插入至石英舟，并将装满硅片的石英舟放置在碳化硅臂浆上，缓缓推入至扩散炉中；
3、温度为650℃通入氧气1000sccm，用于在硅片表面形成第一层氧化硅，维持17min，将石英管升温920℃，通入氧气1500sccm和携带扩散源的氮气2600sccm，进行扩散，维持10min，扩散源在高温下生成五氯化磷和五氧化二磷，五氧化二磷通过扩散与硅反应形成氧化硅和磷原子，由于氧气的加入五氯化磷与氧气反应，分解成五氧化二磷和氯气，生成的五氧化二磷再一次与硅反应；
4、扩散结束后，温度持续下降至780℃一次退火，退火前加入氧气2000sccm和足量的携带扩散源的氮气2200sccm，持续10min，温度缓缓分阶段下降至600℃以下时，通入氧气2500sccm和氮气2500sccm进行二次退火，然后进行保温25min，退火时加入携带扩散源的氮气，可保证退火工作时，进入使得硅片内部磷源充足，当温度下降时，扩散源已无法分解，若再次进入扩散源会导致材料流失，提高成本，通入氧气目的为了与残留扩散源分解物反应，在降温时进行磷源的持续性补充；
5、最后将石英舟取出，再取出硅片冷却至室温后存放至硅片盒中即可。
对比例1
1、将扩散炉石英管连接三氯氧磷扩散源，升温至900℃，通入携带扩散源的氮气900sccm和氧气1400sccm至石英管中1.5h进行饱和工作；
2、将硅片插入至石英舟，并将装满硅片的石英舟放置在碳化硅臂浆上，缓缓推入至扩散炉中；
3、温度为630℃通入氧气900sccm，用于在硅片表面形成第一层氧化硅，维持15min，将石英管升温900℃，通入氧气1400sccm和携带扩散源的氮气2300sccm，进行扩散，维持7min；
4、扩散结束后，温度下降至600℃以下时，通入氮气2400sccm进行退火，然后保温20min；
5、最后将石英舟取出，再取出硅片冷却至室温后存放至硅片盒中即可。
本发明perc电池的扩散退火工艺制备的perc电池具有较好的电池效率，具体指标如表1所示：
表1
Figure 447003DEST_PATH_IMAGE001
根据表1所示，本发明实施例1-3与对比例1相比，电池效率最少提高了0.12%，最高提升了0.4%，因此可以说明本发明工艺中，太阳能电池的转换效果更好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本技术领域人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种perc电池的扩散退火工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将扩散炉石英管连接三氯氧磷扩散源，升温至880-920℃，通入携带扩散源的氮气和氧气至石英管中1-2h进行饱和工作；
S2、将硅片插入至石英舟，并将装满硅片的石英舟放置在碳化硅臂浆上，推入至扩散炉中；
S3、温度为600-650℃通入氧气，维持12-17min，将石英管升温880-920℃，通入氧气和携带扩散源的氮气，进行扩散，维持5-10min；
S4、扩散结束后，温度持续下降至720-780℃一次退火，退火前加入氧气和足量的携带扩散源的氮气，持续5-10min，温度下降至600℃以下时，通入氧气和氮气进行二次退火，然后进行保温15-25min，携带扩散源的氮气；
S5、最后将石英舟取出，再取出硅片冷却至室温后存放至硅片盒中即可。
2.根据权利要求1所述的perc电池的扩散退火工艺，其特征在于：所述S4中，温度下降至600℃以下时，分为3个阶段，第一阶段下降至680-700℃保温5min，第二阶段下降至620-650℃保温5min，第三阶段下降至600℃以下保温15-25min，每个阶段均缓慢降温15-20min。
3.根据权利要求2所述的perc电池的扩散退火工艺，其特征在于：所述扩散炉外壁设置有温度传感器和环绕所述扩散炉外壁设置的冷却液循环管路，控制系统根据温度来控制冷却液循环管路的流速进而保证退火时间以及保温时间。
4.根据权利要求3所述的perc电池的扩散退火工艺，其特征在于：所述扩散源气体以喷射形式进入扩散炉内，炉内压力保持在2个大气压强。
5.根据权利要求1所述的perc电池的扩散退火工艺，其特征在于：所述S1中，携带扩散源的氮气的通入流量为800-1000sccm，氧气通入流量为500-600sccm。
6.根据权利要求1所述的perc电池的扩散退火工艺，其特征在于：所述S3中，第一氧气通入流量为800-1000sccm，第二次氧气通入流量为1300-1500sccm。
7.根据权利要求1所述的perc电池的扩散退火工艺，其特征在于：所述S3中，携带扩散源的氮气通入流量为2000-2600sccm。
8.根据权利要求1所述的perc电池的扩散退火工艺，其特征在于：所述S4中，第一次氧气通入流量为1500-2000sccm，携带扩散源的氮气通入流量为1800-2200sccm。
9.根据权利要求1所述的perc电池的扩散退火工艺，其特征在于：所述S4中，第二次氧气流量为2000-2500sccm，氮气通入流量为2200-2500sccm。
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