CN115224155B - 硅片内除杂的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种硅片内除杂的方法和系统，涉及电池技术领域。方法包括将设置有若干硅片的加工容器设置为真空状态；在处于真空状态的加工容器中通入氮气并进行升降温预处理，使得硅片内的部分杂质扩散于氮气中并与氮气混合；从加工容器中抽取出混合了杂质的氮气；在抽取氮气后的加工容器中通入氩气并进行内吸杂处理并进行清洗，得到干净的硅片。通过在真空状态下的加工容器中通入氮气并在升温降温预处理时，让硅片内杂质在受热膨胀后扩散到氮气并在抽真空时跟随氮气排出。然后通过通入氩气进行内吸杂处理，使得剩余的杂质大部分能留于硅片表面。因此，本申请实施例的方法和系统通过升降温预处理以及内吸杂两重杂质祛除，能提升硅片电池的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种硅片内除杂的方法和系统。
背景技术
常规的单晶PERC电池会在制成过程中，通过表面沉积二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅等膜层，并辅助成品电池的电注入、光注入等工艺，来提升硅片电池的可靠性。但是原硅片的杂质的含量会影响硅片电池的可靠性，虽然现有技术中存在对原硅片的除杂处理，但是除杂后硅片的杂质仍残留较多，洁净度不高。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，提出一种硅片内除杂的方法和系统，能提升硅片电池的可靠性。
根据本申请第一方面的实施例，提出一种硅片内除杂的方法，所述硅片内除杂的方法包括：
将加工容器设置为真空状态；其中，所述加工容器内设置有若干硅片；
在处于真空状态的所述加工容器中通入氮气并进行升降温预处理，使得所述硅片内的部分杂质扩散于所述氮气中并与所述氮气混合；
从所述加工容器中抽取出混合了所述杂质的所述氮气；
在抽取氮气后的所述加工容器中通入氩气并进行内吸杂处理；
将内吸杂处理后的所述硅片进行清洗，得到干净的硅片。
根据本申请第二方面的实施例，提出一种硅片内除杂的系统，所述系统包括加工容器、石英舟以及冷却结构；所述加工容器为扩散炉；所述石英舟设置于所述加工容器中，所述石英舟用于固定所述加工容器中的多个硅片；所述冷却结构用于对所述加工容器进行降温；所述硅片内除杂的系统应用如第一方面任一所述的方法对应用于硅片电池的硅片除杂。
根据本申请上述实施例，至少具有如下有益效果：通过在真空状态下的加工容器中通入氮气，在进行升温降温预处理时，使得硅片内杂质在受热膨胀后扩散并稳定，此时部分杂质扩散于氮气中，并在抽真空时跟随氮气排出。然后通过通入氩气进行内吸杂处理，使得剩余的杂质大部分能留于硅片表面，因此，当对内吸杂处理后的硅片表面清洗后，能得到较为干净的硅片。因此，本申请实施例的方法和系统通过升降温预处理以及内吸杂两重杂质祛除，能提升硅片的洁净度，进而提升应用该硅片的硅片电池的可靠性。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例的硅片内除杂的方法的流程示意图；
图2为本申请实施例的硅片内除杂的方法的升降温预处理流程示意图；
图3为本申请实施例的硅片内除杂的方法的内吸杂流程示意图；
图4为本申请实施例的硅片内除杂的系统的剖面简易示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
常规的单晶PERC电池会在制成过程中，通过表面沉积二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅等膜层，并辅助成品电池的电注入、光注入等工艺，来提升硅片电池的可靠性。但是这种方式会导致原硅片中的杂质残留，使得硅片基体内部缺陷未得到改善且不会改善B-O复合导致的衰减。因此，传统方式影响硅片电池的可靠性，而常规的单晶PERC电池对于原硅片的处理，仅限于清洗制绒，洗去硅片表面的油污、有机物及损伤层等，然后经过制绒得到表面金字塔结构的绒面组织，使得硅片有陷光效果，太阳光照进硅片后会在硅片内部的微观结构内经过多次反射，增加太阳能电池的光吸收利用率，从而增加太阳能电池的转换效率。但是这种原硅片清洗的常规的处理操作，只能洗去硅片表面的杂质缺陷等，对于硅片内部的体微缺陷、空位缺陷等就没有改善。基于此，本申请提出了一种硅片内除杂的方法和系统，能提升硅片的洁净度。
参照图1所示，第一方面，本申请的实施例提出一种硅片内除杂的方法，参硅片内除杂的方法包括：
步骤S100、将加工容器设置为真空状态；其中，加工容器内设置有若干硅片。
需说明的是，本申请实施例中，硅片可以优选P型，其尺寸可以为158.75mm、166mm、182mm等多尺寸，具体的，可以根据加工容器的大小进行确定，厚度为150-220μm，电阻率在0.3-1.5Ω·cm之间，间隙氧含量≤8.0*10^17atoms/cm3，掺杂方式为硼掺杂，少子寿命≥15μm。
需说明的是，加工容器可以采用现有的扩散炉，也可以采有其他可以进行升温、降温的密闭容器。其中，该加工容器的低压氛围为0至500mbar，温度能在600摄氏度到1200摄氏度之间任一温度进行调整。
需说明的是，可以依次对一个硅片或多个硅片进行除杂处理。
步骤S200、在处于真空状态的加工容器中通入氮气并进行升降温预处理，使得硅片内的部分杂质扩散于氮气中并与所述氮气混合。
需说明的是，氮气的纯度需大于或等于99.9999％。
需说明的是，在升温处理过程中，硅片内部的杂质在受热膨胀状态向外部迅速扩散外移，当温度稳定至一定范围时，部分杂质与氮气混合。
步骤S300、从加工容器中抽取出混合了所述杂质的氮气。
需说明的是，由于氮气中混合了杂质，因此在再次真空抽取时，混合的杂质会跟随氮气被抽取出，进而降低硅片的杂质含量。
步骤S400、在抽取氮气后的加工容器中通入氩气并进行内吸杂处理。
需说明的是，内吸杂处理是通过氩气以及温度的变化激发硅片内部高浓度的空穴，空穴处可以加速促进氧沉淀的成核，增加了微观结构的稳定性；随着内吸杂时间的推进，氧沉淀的浓度由硅片内部向外逐渐减少，而硅片近表面的洁净区因为空穴浓度较低，促进氧沉淀成核的几率小，所以在制成电池后，硅片表面的B-O复合几率小，从而降低了PERC电池的光衰速度，增强了硅片电池的可靠性。
步骤S500、将内吸杂处理后的硅片进行清洗，得到干净的硅片。
需说明的是，当内吸杂处理后，硅片内的杂质大部分覆盖于硅片的表面，因此可以通过清洗制绒的方式进行清洗，进而获得十分干净的硅片表面，以便进行后续的制绒、扩散、二洗、镀膜、印刷等制程操作。
因此，通过在真空状态下的加工容器中通入氮气，在进行升温降温预处理时，使得硅片内杂质在受热膨胀后扩散并稳定，此时部分杂质扩散于氮气中，并在抽真空时跟随氮气排出。然后通过通入氩气进行内吸杂处理，使得剩余的杂质大部分能留于硅片表面，因此，当对内吸杂处理后的硅片表面清洗后，能得到较为干净的硅片。因此，本申请实施例的方法和系统通过升降温预处理以及内吸杂两重杂质祛除，能提升硅片的洁净度，进而提升应用该硅片的硅片电池的可靠性。
可理解的是，参照图2所示，步骤S200、在处于真空状态的加工容器中通入氮气并进行升降温预处理，包括：
步骤S210、在处于真空状态的加工容器中通入第一预设容量的氮气，使得加工容器内的压力处于第一预设压力范围内。
需说明的是，第一预设压力范围与杂质膨胀扩散的速度有关，不同的压力值在高温下会影响杂质膨胀扩散速度。在第一预设压力范围内时，杂质膨胀扩散速度快能与氮气充分混合。
示例性的，以加工容器为常规扩散炉为例，在真空状态下，在扩散炉中通入氮气1500～2000sccm，此时，炉内的压力在50～200mbar之间。此时，在温度升温后，杂质的扩散速度会比较快。
步骤S220、将处于第一预设压力范围内的加工容器升温至第一预设温度并持续第一时长。
需说明的是，升温能使杂质膨胀扩散。第一预设温度时，杂质扩散效果最好，第一时长是为了确保杂质能与氮气充分混合。
需说明的是，第一时长可根据实际情况进行设置，优选的，本申请中设置为5min。示例性的，假设第一预设温度1100℃，当加工容器升温至1100℃，持续5min。
步骤S230、在第一时长后，增加氮气的容量至第二预设容量并降温至第二预设温度。
需说明的是，将氮气的容量改变能实现快速降温进而缩短温度降低过程中杂质扩散的速度。当温度降至第二预设温度时，杂质的扩散速度降低并逐渐趋于稳定。因此，此时抽真空，能使得更多的杂质跟随氮气被抽取出。
需说明的是，第二预设容量大于第一预设容量的数值。
需说明的是，在降温过程中可以辅助冷却水进行降温。
可理解的是，第一预设压力范围为50mbar～200mbar。
需说明的是，实际应用中，可以根据实际的情况确定加入的氮气的容量使得压力值在50mbar～200mbar之间，如通入氮气使得压力在60mbar或150mbar或90mbar或170mbar或50mbar或200mbar。
可理解的是，第一预设温度的取值范围为1000℃～1200℃。
需说明的是，本领域技术人员可以根据实际的情况确定升温的温度，如升温至1100℃或1050℃或1150℃或1200℃或1000℃，此时，加工容器的温度均在第一预设温度，能实现较好的扩散作用。
可理解的是，第二预设温度的取值范围为700℃～850℃。
需说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况确定降低维持的温度，如第二温度设置为700℃或720℃或800℃或850℃，此时，加工容器的温度降至第二预设温度时，能使得杂质稳定混合于氮气中。
在一些实施例中，优选的，第一预设压力范围为50mbar～200mbar，第一预设温度的取值范围为1000℃～1200℃，第二预设温度的取值范围为700℃～850℃。
可理解的是，步骤S400、在抽取氮气后的加工容器中通入氩气并进行内吸杂处理，包括：
步骤S410、在抽取氮气后的加工容器中通入第三预设容量的氩气，使得加工容器内的压力处于第二预设压力范围内。
需说明的是，在抽取氮气后，加工容器处于真空状态。
步骤S420、将处于第二预设压力范围内的加工容器升温至第三预设温度并持续第二时长。
需说明的是，第三预设温度能更好的激发硅片内部高浓度的孔穴。第三预设温度的取值范围为800℃～900℃，如第三预设温度为800℃或900℃或850℃或870℃。在温度升至第三预设温度后会停止继续加热。
步骤S430、在第二时长后，增加氩气的容量至第四预设容量。
需说明的是，第四预设容量大于第三预设容量，如第四预设容量为2000，则第三预设容量为1200。
步骤S440、在增加氩气的容量后，对加工容器进行降温处理。
需说明的是，降温处理可以通过通入惰性气体进行降温，或者通过冷却机构如冷却水等方式进行降温。
示例性的，通入氩气1000～1500sccm，使得炉内压力设置在50～200mbar之间，加热升温至800～900℃之间，温度达到后保持工艺30min，然后停止加热，氩气改成1500～2500sccm，降温处理5min，最后，改成通氮气3000～5000sccm，降温至硅片出炉即可。此时，硅片完成内吸杂处理。
可理解的是，步骤S440、在增加氩气的容量后，对加工容器进行降温处理，包括：在增加氩气的容量后，对加工容器降温持续第三时长；在第三时长后，在加工容器中通入第五预设容量的氮气并降温至出炉温度。
需说明的是，氮气能快速降温。出炉温度由硅片工艺的制作流程确定，通常会设置为常温温度。
可理解的是，第二预设压力范围为50mbar～200mbar。
可理解的是，第二时长大于或等于30min。
在一些实施例中，优选的，第三预设温度的取值范围为800℃～900℃，第二时长为30min，第二预设压力范围为50mbar～200mbar。
在一些实施例中，优选的，第一预设压力范围为50mbar～200mbar，第一预设温度的取值范围为1000℃～～1200℃，第二预设温度的取值范围为700℃～850℃。第三预设温度的取值范围为800℃～900℃，第二时长为30min，第二预设压力范围为50mbar～200mbar。
可理解的是，参照图4所示，第二方面，本申请的实施例提出一种硅片内除杂的系统，包括加工容器100、石英舟200以及冷却结构300；加工容器100为扩散炉；石英舟200设置于加工容器100内，石英舟200用于固定加工容器100内的多个硅片500；冷却结构300用于对加工容器100进行降温；硅片内除杂的系统应用如第一方面任一所述的方法对应用于硅片电池的硅片除杂。
需说明的是，采用石英舟200时，多个硅片500之间的间隔可以设置为未采用第一方面硅片内除杂的方法时的硅片500间隔的1/4-1/2。
需说明的是，冷却结构采用冷水管道进行冷却，参照图4所示，在扩散炉的内侧壁设置冷水管道，通过冷水管道内流经的冷水吸走扩散炉内的热量。
示例性的，以应用该发明方案制成的硅片电池做试验组，与常规单晶PERC电池做对照组，每组各抽6片进行光照衰减2.5小时实验，使用湘龙氙灯光衰箱实验箱，光强1000W/㎡，光波段在400-1200之间，电池片的衰减情况见下表：
因此，根据光衰实验结果可以看出，经过硅片内除杂的方法制成的硅片电池，抗衰减能力比常规单晶PERC电池效果好。
本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。本申请的说明书中术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种硅片内除杂的方法，其特征在于，包括：
将加工容器设置为真空状态；其中，所述加工容器内设置有若干硅片；
在处于真空状态的所述加工容器中通入氮气并进行升降温预处理，使得所述硅片内的部分杂质扩散于所述氮气中并与所述氮气混合；
从所述加工容器中抽取出混合了所述杂质的所述氮气；
在抽取氮气后的所述加工容器中通入氩气并进行内吸杂处理；
将内吸杂处理后的所述硅片进行清洗，得到干净的硅片；
其中，所述在处于真空状态的所述加工容器中通入氮气并进行升降温预处理，包括：
在处于真空状态的所述加工容器中通入第一预设容量的氮气，使得所述加工容器内的压力处于第一预设压力范围内；
将处于第一预设压力范围内的所述加工容器升温至第一预设温度并持续第一时长，以使杂质膨胀扩散并与氮气充分混合；
在所述第一时长后，增加所述氮气的容量至第二预设容量并降温至第二预设温度，以缩短温度降低过程中杂质扩散的速度；
其中，所述在抽取氮气后的所述加工容器中通入氩气并进行内吸杂处理，包括：
在抽取氮气后的所述加工容器中通入第三预设容量的氩气，使得所述加工容器内的压力处于第二预设压力范围内；
将处于第二预设压力范围内的所述加工容器升温至第三预设温度并持续第二时长；
在所述第二时长后，增加所述氩气的容量至第四预设容量；
在增加所述氩气的容量后，对所述加工容器进行降温处理；
其中，所述在增加所述氩气的容量后，对所述加工容器进行降温处理，包括：
在增加所述氩气的容量后，对所述加工容器降温持续第三时长；
在所述第三时长后，在所述加工容器中通入第五预设容量的氮气并降温至出炉温度。
2.根据权利要求1所述的硅片内除杂的方法，其特征在于，所述第一预设压力范围为50mbar～200mbar。
3.根据权利要求1所述的硅片内除杂的方法，其特征在于，所述第一预设温度的取值范围为1000℃～1200℃。
4.根据权利要求1所述的硅片内除杂的方法，其特征在于，所述第二预设温度的取值范围为700℃～850℃。
5.根据权利要求1所述的硅片内除杂的方法，其特征在于，所述第二预设压力范围为50mbar～200mbar。
6.根据权利要求1所述的硅片内除杂的方法，其特征在于，所述第二时长大于或等于30min。
7.一种硅片内除杂的系统，其特征在于，包括加工容器、石英舟以及冷却结构；所述加工容器为扩散炉；所述石英舟设置于所述加工容器中，所述石英舟用于固定所述加工容器中的多个硅片；所述冷却结构用于对所述加工容器进行降温；所述硅片内除杂的系统应用如权利要求1至6任一所述的方法对应用于硅片电池的硅片除杂。
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