CN115472713A - 一种硼扩散制结的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硼扩散制结的方法，所述方法包括以下步骤：(1)制绒后的硅片在扩散装置中通入O2进行表面氧化；随后在扩散装置中通入携带硼源的小N2与O2反应，同时通入大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行BSG预沉积，完成后调整O2、小N2和大N2的流量，继续在硅片表面进行BSG沉积和推进，完成后，对扩散装置中的硅片进行吹扫；(2)将吹扫完成后的硅片转移至链式氧化装置中，在保护气氛下进行快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散；所述方法在管式扩散中快速完成BSG沉积和短时间预推进，又借助快速热处理装置完成推结，保证了硅片均匀性的同时又大大节约了硼扩散制结时间，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于光伏领域，尤其涉及太阳能电池片硼扩散PN结制备领域，特别涉及一种硼扩散制结的方法。
背景技术
目前，光伏行业中硼扩散制备发射极，通常有四种方法：管式BBr3或BCl3扩散，旋涂硼源+扩散，APCVD硼源+扩散，离子注入+退火。其中管式扩散由于性价比高，可以避免金属离子污染，少子寿命较高，易于实现等特点而成为主流的硼扩散技术。
采用管式热扩散实现硼掺杂。具体方法一般是将硅片插入石英舟载具里，高温下采用先沉积后推进的方法进行。首先在相对较低温度下由氮气携带BBr3或者BCl3与O2反应在硅片表面形成硼硅玻璃层(Borosilicate glass，BSG层)，然后再升温进行高温(大于950℃)推进，从而得到需要的硼发射极。虽然这种管式沉积和推进的扩散方法可以满足制备硼发射极的要求，但是此方案还是有很多未解决的缺点，如工艺温度高，浪费电能，硼推进慢导致工艺时间长，产能不足；管式BBr3或BCl3和O2反应后生产的B2O3沸点在1800℃以上，反应过程中以液态形式附着到硅片表面时，沉积量不均匀会导致掺杂的结均匀性差。
CN113972130A公开了一种硼掺杂方法、太阳能电池及其制作方法，涉及光伏技术领域，以使硼容易的掺杂进硅片中，降低硼掺杂难度。该硼掺杂方法包括以下步骤：提供一硅基底；在硅基底上形成辅助层，辅助层的材料包括二氧化钛；在辅助层上形成含硼浆料层；利用激光将含硼浆料层中的硼杂质穿过辅助层推进到硅基底中，以对硅基底进行掺杂。所述硼掺杂方法、太阳能电池及其制作方法用于太阳能电池制造，通氧时间过长导致效率较低。
CN109545893A公开了一种N型太阳能电池多步硼扩散工艺，包括如下步骤：(a)、选取N型硅片作为基底材料，在硅片表面通过碱腐蚀形成金字塔绒面；(b)、对处理后硅片表面进行RCA清洗并烘干；(c)、将烘干后N型硅片放置与扩散炉管中，通过多步硼扩散工艺在表面形成PN结；(d)、再对硅片进行后续N型电池制程处理。所述工艺提出一种硼扩散的新方法，解决N型电池片表面PN结制备的难题，可制备出均匀性好，接触性能优良的PN结，降低电池片横向接触电阻；同时，可以通过调整携带硼源的氮气流量及驱入的时间及温度等参数的调节，得到不同表面掺杂浓度及结深，匹配不同的金属化工艺，可进一步提高N型电池的转换效率；但是所述工艺需要多次推进以保证结的均匀性，因此生产时间过长，效率偏低。
2006年花聚团对快速热处理技术在硅片磷扩散工艺中的应用、机理等展开讨论(参见“快速热处理在太阳电池中的应用”，浙江大学，硕士学位论文)，证明硅片在急速升温后，表面非平衡态、高能光子增强扩散同时作用可以加快磷扩散进行。
因此，需要研究出一种快速高效实现硼扩散且形成均匀PN结的生产工艺。
发明内容
针对现有技术存在的管式扩散式制结耗时较长，沉积不均匀影响出品率等问题，本发明提出了一种硼扩散制结的方法，通过在管式扩散中快速完成BSG沉积和短时间预推进，保证BSG层富集较多的活性B，同时借助快速热处理装置推进完成快速推结，提升了生产效率和产品质量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种硼扩散制结的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制绒后的硅片在扩散装置中通入O2进行表面氧化；随后在扩散装置中通入携带硼源的小N2与O2反应，同时通入大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行BSG预沉积；所述BSG预沉积完成后，调整O2、小N2和大N2的流量，继续在硅片表面进行BSG沉积和推进；所述BSG沉积和推进完成后，对扩散装置中的硅片进行吹扫；
(2)将吹扫完成后的硅片转移至链式氧化装置中，在保护气氛下进行快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散过程。
本发明提供的一种硼扩散制结的方法，针对沉积硼元素步骤和推结步骤均做出改进；沉积硼元素步骤中，通过管式扩散，做初步推结和BSG层沉积，同时，整个通源反应过程中都在沉积BSG层，硅片在推进之前，处于硼富集状态，管式扩散过程中，高温推进时间短，最短可以在5min内完成，后续的推结步骤，由快速热处理工序完成，这样就大大的节约了管式硼扩散的时间；快速热处理引进的新设备为链式氧化炉，可与行业通用的链式去BSG机台无缝对接，完成推结后硅片继续在辊轴上前进，继续完成去除背面BSG层步骤，使得此方案可以直接量产，而不用增加额外设备和时间成本。
本发明中，快速热处理是指卤钨灯热红外管可以在极短的时间内，将硅片表面快速升温至1000℃以上，硅片表面的极快速升温，引起硅片表面非平衡状态，产生大量空穴和间隙原子，促进了硼的扩散；同时叠加高能光子瞬时增强扩散效应的影响下，推结可以在70-200s之内快速完成。
本发明中，对所述制绒、去除背面BSG层的温度和方式没有特殊限制，采用常规操作进行即可，也可根据实际工艺进行调整；小N2指通入BBr3硼源后携带BBr3，或者是和BCl3硼源气体混合在一起通入炉管内的的一路N2，大N2指设置在炉尾，单独进气，用来回压，保持炉内惰性气体气氛和协助硼源在管内运输再分布的一路N2。
优选地，步骤(1)中所述扩散装置的类型包括石英扩散装置。
优选地，所述硅片插入石英舟载具后转移至扩散装置中。
优选地，所述表面氧化之前对扩散装置抽真空。
优选地，所述抽真空后扩散装置中压力≤100mbar，例如可以是100mbar、90mbar、80mbar、70mbar、60mbar或50mbar，但并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，步骤(1)中所述表面氧化的温度为780-860℃，例如可以是780℃、800℃、820℃、850℃或860℃，但并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，所述表面氧化中O2的流量为1000-3000sccm，例如可以是1000sccm、1500sccm、2000sccm、2500sccm或3000sccm，但并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，所述表面氧化的时间为300-600s，例如可以是300s、400s、500s或600s，但并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，步骤(1)中所述BSG预沉积时，扩散装置中压力为150-400mbar，例如可以是150mbar、200mbar、250mbar、300mbar、350mbar或400mbar，但并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BSG预沉积的温度为850-900℃，例如可以是850℃、860℃、870℃、880℃、890℃或900℃，但并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，所述硼源包括BBr3和/或BCl3。
优选地，所述携带硼源的小N2中硼源的浓度为(2.79-8.9)×10-3mol/L，例如可以是2.79×10-3mol/L、2.8×10-3mol/L、3×10-3mol/L、3.5×10-3mol/L、4×10-3mol/L、4.5×10-3mol/L、5×10-3mol/L、5.5×10-3mol/L、6×10-3mol/L、6.5×10-3mol/L、7×10-3mol/L、8×10-3mol/L或8.9×10-3mol/L，但并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O2与携带硼源的小N2的体积流量比为(1-3):1，例如可以是1:1、1.2:1、1.25:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.5:1或3:1，但并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，所述小N2的流量为800-3000sccm，例如可以是800sccm、1000sccm、1200sccm、1500sccm、1800sccm、2000sccm、2200sccm、2500sccm、2800sccm或3000sccm，但并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，所述大N2的流量为10-15slm，例如可以是10slm、11slm、12slm、13slm、14slm或15slm，但并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BSG预沉积的时间为600-1200s，例如可以是600s、700s、800s、900s、1000s、1100s或1200s，但并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，步骤(1)中所述BSG沉积和推进时，扩散装置中压力为150-400mbar，例如可以是150mbar、200mbar、250mbar、300mbar、350mbar或400mbar，但并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BSG沉积和推进的温度为950-1000℃，例如可以是950℃、960℃、970℃、980℃、990℃或1000℃，但并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，所述硼源包括BBr3和/或BCl3。
优选地，所述携带硼源的小N2中硼源的浓度为(2.79-8.9)×10-3mol/L，例如可以是2.79×10-3mol/L、2.8×10-3mol/L、3×10-3mol/L、3.5×10-3mol/L、4×10-3mol/L、4.5×10-3mol/L、5×10-3mol/L、5.5×10-3mol/L、6×10-3mol/L、6.5×10-3mol/L、7×10-3mol/L、8×10-3mol/L或8.9×10-3mol/L，但并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O2与携带硼源的小N2的体积流量比为1:(2-4)，例如可以是1:2、1:2.2、1:2.5、1:2.8、1:3、1:3.5或1:4，但并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，所述小N2的流量为2000-3000sccm，例如可以是2000sccm、2200sccm、2500sccm、2800sccm或3000sccm，但并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，所述大N2的流量为10-15slm，例如可以是10slm、11slm、12slm、13slm、14slm或15slm，但并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，随BSG沉积过程变化而采用优选范围的O2与携带硼源的小N2的体积流量比，其优势在于低温沉积BSG时，选择过量氧气，保证硼源完全反应的同时，生成的部分B单质，继续氧化为B2O3，减少了硅片表面死层过厚的风险；继续升温沉积BSG并推进时，选择过量的硼源，可以为后续链式氧化的推进沉积足够的B源。
优选地，所述BSG沉积和推进的时间为300-900s，例如可以是300s、400s、500s、600s、700s、800s或900s，但并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，步骤(1)中所述吹扫前停止通入小N2和O2。
优选地，所述停止通入小N2和O2后保持扩散装置的温度为840-860℃，例如可以是840℃、845℃、850℃、855℃或860℃，但并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，所述停止通入小N2和O2后保持扩散装置的压力≤100mbar，例如可以是100mbar、90mbar、80mbar、70mbar、60mbar或50mbar，但并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，所述吹扫包括通入大N2和水蒸汽对扩散装置内进行吹扫。
优选地，所述吹扫的时间为200-600s，例如可以是200s、300s、400s、500s或600s，但并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，所述吹扫结束后，扩散装置内通入大N2，回压至常压，结束硅片沉积。
优选地，步骤(2)中所述快速热处理包括以下步骤：硅片经辊轮传送带带入链式氧化装置，由热红外灯管照射进行快速热处理推结。
优选地，步骤(2)中所述链式氧化装置内部设置具备发射高能光子功能的热红外灯管。
优选地，所述热红外灯管的种类包括卤钨丝热红外灯管。
优选地，单根热红外灯管的功率≥3KW，例如可以是3KW、3.1KW、3.2KW、3.3KW、3.4KW或3.5KW，但并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，所述快速热处理的温度为850-1000℃，例如可以是850℃、900℃、950℃或1000℃，但并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，所述辊轮传送带的带速≤3.5m/min，例如可以是3.5m/min、3.4m/min、3.3m/min、3.2m/min或3.1m/min，但并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，所述快速热处理推结的时间≥70s，例如可以是70s、80s、100s、120s、150s、180s或200s，但并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，所述保护气氛包括Ar、N2或O2中的任意一种或至少两种的组合，优选为N2。
优选地，所述保护气氛的流量为≥60L/min，例如可以是60L/min、70L/min、80L/min、90L/min或100L/min，但并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，所述快速热处理的时间为70-200s，例如可以是70s、80s、100s、120s、150s、180s或200s，但并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。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)制绒后的硅片移入石英扩散装置，对石英扩散装置中抽真空，使压力≤100mbar，在780-860℃下通入1000-3000sccm的O2进行300-600s的表面氧化；随后进行BSG预沉积，在压力为150-400mbar，温度为850-900℃下的扩散装置中通入携带BBr3和/或BCl3的小N2与O2，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比为(1-3):1，所述小N2的流量为(2.79-8.9)×10-3mol/L，同时通入10-15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行600-1200s的BSG预沉积；所述BSG预沉积完成后，扩散装置中温度升至950-1000℃，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比调整为1:(2-4)，同时通入10-15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，继续在硅片表面进行300-900s的BSG沉积和推进；所述BSG沉积和推进完成后，停止通入小N2和O2，保持扩散装置的温度为840-860℃，压力≤100mbar，通入大N2和水蒸汽对扩散装置内进行200-600s的吹扫，吹扫结束后，扩散装置内通入大N2，回压至常压，结束硅片沉积；
(2)将吹扫完成后的硅片经辊轮传送带带入链式氧化装置，所述链式氧化装置内部设置具备发射高能光子功能的卤钨丝热红外灯管，所述单根卤钨丝热红外灯管的功率≥3KW，由热红外灯管照射进行温度为850-1000℃的快速热处理推结，所述辊轮传送带的带速≤3.5m/min，所述快速热处理推结的时间≥70s，在N2气氛下进行70-200s的快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的一种硼扩散制结的方法，整个通源反应过程中都在沉积BSG层，保证了表面BSG层的均匀性，方阻不均匀度≤2.5％，填充因子提升0.31％以上，光电转化效率提升0.009％以上，同时营造B富集状态，便于后续进行高效推结；
(2)本发明提供的一种硼扩散制结的方法，采用快速热处理进行推结，大大缩减了推结的时长，提高了生产效率；
(3)本发明提供的一种硼扩散制结的方法，新增的快速热处理设备与现有设备可直接衔接，改动小，有效节约成本。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。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。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种硼扩散制结的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制绒后的硅片移入石英扩散装置，对石英扩散装置中抽真空，使压力≤100mbar，在780-860℃下通入1000-3000sccm的O2进行300-600s的表面氧化；随后进行BSG预沉积，在压力为150-400mbar，温度为850-900℃下的扩散装置中通入携带BBr3和/或BCl3的小N2与O2，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比为(1-3):1，所述小N2的流量为800-3000sccm，同时通入10-15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行600-1200s的BSG预沉积；所述BSG预沉积完成后，扩散装置中温度升至950-1000℃，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比调整为1:(2-4)，同时通入10-15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，继续在硅片表面进行300-900s的BSG沉积和推进；所述BSG沉积和推进完成后，停止通入小N2和O2，保持扩散装置的温度为840-860℃，压力≤100mbar，通入大N2和水蒸汽对扩散装置内进行200-600s的吹扫，吹扫结束后，扩散装置内通入大N2，回压至常压，结束硅片沉积；
(2)将吹扫完成后的硅片经辊轮传送带带入链式氧化装置，所述链式氧化装置内部设置具备发射高能光子功能的卤钨丝热红外灯管，所述单根卤钨丝热红外灯管的功率≥3KW，由热红外灯管照射进行温度为850-1000℃的快速热处理推结，所述辊轮传送带的带速≤3.5m/min，所述快速热处理推结的时间≥70s，在N2气氛下进行70-200s的快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散过程。
需明确的是，采用了本发明实施例提供的工艺或进行了常规数据的替换或变化均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以下各实施例和对比例均选用电阻率范围0.4～1.1ohm·cm的N型单晶硅片，厚度160-170μm，尺寸为182mm*182mm；在NaOH和H2O2混合液中去除硅片表面的粉尘和脏污，然后在2％质量浓度的NaOH和制绒添加剂溶液中进行双面制绒，在硅片表面形成金字塔绒面，金字塔绒面大小控制0.7～3.5μm；制绒完成后，使用下列各实施例和对比例的方法制备PN结。
实施例1
本实施例提供一种硼扩散制结的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制绒后的硅片移入石英扩散装置，对石英扩散装置中抽真空，使压力为50mbar，在800℃下通入2200sccm的O2进行480s的表面氧化；随后进行BSG预沉积，在压力为250mbar，温度为900℃下的扩散装置中通入携带BCl3的小N2与O2，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比为2.5:1，所述小N2的流量为800sccm，同时通入13slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行900s的BSG预沉积；所述BSG预沉积完成后，扩散装置中温度升至970℃，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比调整为1:3.125，同时通入15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，继续在硅片表面进行600s的BSG沉积和推进；所述BSG沉积和推进完成后，停止通入小N2和O2，保持扩散装置的温度为850℃，压力≤100mbar，通入大N2和水蒸汽对扩散装置内进行400s的吹扫，吹扫结束后，扩散装置内通入30slm的大N2，回压至常压，结束硅片沉积；
(2)将吹扫完成后的硅片经辊轮传送带带入链式氧化装置，所述链式氧化装置内部设置具备发射高能光子功能的卤钨丝热红外灯管，所述单根卤钨丝热红外灯管的功率为3KW，由热红外灯管照射进行温度为920℃的快速热处理推结，通入80L/min的N2作为保护气体，所述辊轮传送带的带速≤3.5m/min，所述快速热处理推结的时间≥70s，在N2气氛下进行100s的快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散过程。
实施例2
本实施例提供一种硼扩散制结的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制绒后的硅片移入石英扩散装置，对石英扩散装置中抽真空，使压力≤100mbar，在780℃下通入3000sccm的O2进行300s的表面氧化；随后进行BSG预沉积，在压力为150mbar，温度为850℃下的扩散装置中通入携带BCl3的小N2与O2，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比3:1，所述小N2的流量为1000sccm，同时通入15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行900s的BSG预沉积；所述BSG预沉积完成后，扩散装置中温度升至950℃，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比调整为1:2，同时通入15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，继续在硅片表面进行900s的BSG沉积和推进；所述BSG沉积和推进完成后，停止通入小N2和O2，保持扩散装置的温度为840℃，压力≤100mbar，通入大N2和水蒸汽对扩散装置内进行600s的吹扫，吹扫结束后，扩散装置内通入大N2，回压至常压，结束硅片沉积；
(2)将吹扫完成后的硅片经辊轮传送带带入链式氧化装置，所述链式氧化装置内部设置具备发射高能光子功能的卤钨丝热红外灯管，所述单根卤钨丝热红外灯管的功率≥3KW，由热红外灯管照射进行温度为850℃的快速热处理推结，所述辊轮传送带的带速≤3.5m/min，所述快速热处理推结的时间≥70s，在N2气氛下进行200s的快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散过程。
实施例3
本实施例提供一种硼扩散制结的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制绒后的硅片移入石英扩散装置，对石英扩散装置中抽真空，使压力≤100mbar，在860℃下通入1000sccm的O2进行600s的表面氧化；随后进行BSG预沉积，在压力为400mbar，温度为900℃下的扩散装置中通入携带BBr3的小N2与O2，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比为1:1，所述小N2的流量为800sccm，同时通入10slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行1200s的BSG预沉积；所述BSG预沉积完成后，扩散装置中温度升至1000℃，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比调整为1:4，同时通入10slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，继续在硅片表面进行300s的BSG沉积和推进；所述BSG沉积和推进完成后，停止通入小N2和O2，保持扩散装置的温度为860℃，压力≤100mbar，通入大N2和水蒸汽对扩散装置内进行200s的吹扫，吹扫结束后，扩散装置内通入大N2，回压至常压，结束硅片沉积；
(2)将吹扫完成后的硅片经辊轮传送带带入链式氧化装置，所述链式氧化装置内部设置具备发射高能光子功能的卤钨丝热红外灯管，所述单根卤钨丝热红外灯管的功率≥3KW，由热红外灯管照射进行温度为1000℃的快速热处理推结，所述辊轮传送带的带速≤3.5m/min，所述快速热处理推结的时间≥70s，在N2气氛下进行150s的快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散过程。
实施例4
本实施例提供一种硼扩散制结的方法，所述方法与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中所述BSG预沉积中，O2流量与携源小N2流量比为4:1。
实施例5
本实施例提供一种硼扩散制结的方法，所述方法与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述BSG预沉积中，O2流量与携源小N2流量比为0.5:1。
对比例1
本对比例提供一种硼扩散制结的方法，所述方法与实施例1的区别仅在于，不进行步骤(2)的快速热处理推结，只进行步骤(1)的BSG预沉积步骤和BSG沉积和推进步骤，完成步骤(1)后，推结保持高温1000-1050℃持续推进3500s，完成硼扩散。
对比例2
本对比例提供一种硼扩散制结的方法，所述方法使用如CN114664643A具体实施方式中的管式硼扩散炉做硼扩工艺。
实施例1-5和对比例1得到的硅片加工得到N型PERC电池，硼扩散后保持方阻大小均值尽量一致；对比例2直接采用CN114664643A提到的扩散方案，做管式硼扩散工艺。对硅片的硼扩散总工艺时间，方阻片内均匀性和电池的电性能进行测试，如表1，统计实施例1-5和对比例1-2的工艺总时长和扩散后方阻均匀性状态。其中方阻测试，单片测试四个角和中心共5个位置；用如下公式，计算扩散后硅片方阻的的不均匀度：
表1
备注：过链式机台推结时，靠调整机台的辊轮带速，实现不同的快速热处理时间。机台前后还有进料、冷却的区域。调整带速影响总链式时长。
如表2所示，以行业常用的硼扩散工艺制作的PERC电池，即对比例1作为基准，得到实施例1-5与对比例1的对照电性能参数；对比例2由于方阻控制和实施例1，2偏低较多，因此电性能不具备对照条件，未在表2中列出。
表2
从表1和表2中的数据我们可以看出：
(1)实施例1-3提供的硼扩散制结的方法，通过管式扩散中快速完成BSG沉积和短时间预推进，又借助快速热处理装置完成推结，得到的PERC电池片具有良好的表面均匀性，方阻不均匀度≤2.5％，填充因子提升0.31％以上，光电转化效率提升0.009％以上；
(2)综合实施例1、实施例4-5可以看出，实施例1的BSG预沉积中O2流量与携源小N2流量比为2.5:1，而实施例4-5的流量比分别为4:1和0.5:1，实施例1在BSG预沉积中采用氧过量的方法，最终得到均匀度较高的电池片，实施例1的方阻不均匀度仅为1.7％，填充因子提升0.31％，光电转化效率提升0.01％；而实施例4-5的方阻不均匀度分别高达7.1％和9.8％，填充因子仅分别提升0.17％和0.24％，光电转化效率分别下降0.01％和0.02％；证明在BSG预沉积段采用本申请的氧气流量，能够达到更好的氧化效果，从而得到更好的均匀度；
(3)综合实施例1、对比例1-2可以看出，实施例1的扩散反应全程持续沉积BSG层，然后采用快速热处理进行推结，而对比例1在扩散后直接推结，对比例2采用管式硼扩散炉进行推结，实施例1的经过扩散炉时间仅为7200s，方阻不均匀度仅为1.7％，填充因子提升0.31％，光电转化效率提升0.01％；而对比例1-2的方阻不均匀度分别高达7.5％和3.2％，对比例1的经过扩散炉时间为11200s，对比例2的经过扩散炉时间为9500s，证明采用快速热处理进行推结，有效提升电池产品的性能和加工效率。
综上所述，本发明提供的一种硼扩散制结的方法，通过在管式扩散中快速完成BSG沉积和短时间预推进，保证硅片良好的表面均匀性，同时借助快速热处理装置完成快速高效推结，单管的总工艺时间节约1h以上，理论产能提升30％，提升了生产效率。同时如实施例1-3方阻不均匀度统计，快速热处理装置辅助硼推结，整体的方阻均匀性改善明显，电性能和主流的管式硼扩散相比，效率略有提升，本工艺方案适合工业生产使用。
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 (10)
1.一种硼扩散制结的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制绒后的硅片在扩散装置中通入O2进行表面氧化；随后在扩散装置中通入携带硼源的小N2与O2反应，同时通入大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行BSG预沉积；所述BSG预沉积完成后，调整O2、小N2和大N2的流量，继续在硅片表面进行BSG沉积和推进；所述BSG沉积和推进完成后，对扩散装置中的硅片进行吹扫；
(2)将吹扫完成后的硅片转移至链式氧化装置中，在保护气氛下进行快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述扩散装置的类型包括石英扩散装置；
优选地，所述表面氧化之前对扩散装置抽真空；
优选地，所述抽真空后扩散装置中压力≤100mbar。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述表面氧化的温度为780-860℃；
优选地，所述表面氧化中O2的流量为1000-3000sccm；
优选地，所述表面氧化的时间为300-600s。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述BSG预沉积时，扩散装置中压力为150-400mbar；
优选地，所述BSG预沉积的温度为850-900℃；
优选地，所述硼源包括BBr3和/或BCl3；
优选地，所述携带硼源的小N2中硼源的浓度为(2.79-8.9)×10-3mol/L；
优选地，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比为(1-3):1；
优选地，所述小N2的流量为800-3000sccm；
优选地，所述大N2的流量为10-15slm；
优选地，所述BSG预沉积的时间为600-1200s。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述BSG沉积和推进时，扩散装置中压力为150-400mbar；
优选地，所述BSG沉积和推进的温度为950-1000℃；
优选地，所述硼源包括BBr3和/或BCl3；
优选地，所述携带硼源的小N2中硼源的浓度为(2.79-8.9)×10-3mol/L；
优选地，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比为1:(2-4)；
优选地，所述小N2的流量为2000-3000sccm；
优选地，所述大N2的流量为10-15slm；
优选地，所述BSG沉积和推进的时间为300-900s。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述吹扫前停止通入小N2和O2；
优选地，所述停止通入小N2和O2后保持扩散装置的温度为840-860℃；
优选地，所述停止通入小N2和O2后保持扩散装置的压力≤100mbar。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述吹扫包括通入大N2和水蒸汽对扩散装置内进行吹扫；
优选地，所述吹扫的时间为200-600s；
优选地，所述吹扫结束后，扩散装置内通入大N2，回压至常压，结束硅片沉积。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述快速热处理包括以下步骤：硅片经辊轮传送带带入链式氧化装置，由热红外灯管照射进行快速热处理推结。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述链式氧化装置内部设置具备发射高能光子功能的热红外灯管；
优选地，所述热红外灯管的种类包括卤钨丝热红外灯管；
优选地，单根热红外灯管的功率≥3KW；
优选地，所述快速热处理的温度为850-1000℃；
优选地，所述辊轮传送带的带速≤3.5m/min；
优选地，所述快速热处理推结的时间≥70s；
优选地，所述保护气氛包括Ar、N2或O2中的任意一种或至少两种的组合，优选为N2；
优选地，所述保护气氛的流量为≥60L/min；
优选地，所述快速热处理的时间为70-200s。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制绒后的硅片移入石英扩散装置，对石英扩散装置中抽真空，使压力≤100mbar，在780-860℃下通入1000-3000sccm的O2进行300-600s的表面氧化；随后进行BSG预沉积，在压力为150-400mbar，温度为850-900℃下的扩散装置中通入携带BBr3和/或BCl3的小N2与O2，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比为(1-3):1，所述小N2的流量为800-3000sccm，同时通入10-15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，在硅片表面进行600-1200s的BSG预沉积；所述BSG预沉积完成后，扩散装置中温度升至950-1000℃，所述O2与携带硼源的小N2的体积流量比调整为1:(2-4)，同时通入10-15slm的大N2将硼源和O2运输到硅片表面，继续在硅片表面进行300-900s的BSG沉积和推进；所述BSG沉积和推进完成后，停止通入小N2和O2，保持扩散装置的温度为840- 860℃，压力≤100mbar，通入大N2和水蒸汽对扩散装置内进行200-600s的吹扫，吹扫结束后，扩散装置内通入大N2，回压至常压，结束硅片沉积；
(2)将吹扫完成后的硅片经辊轮传送带带入链式氧化装置，所述链式氧化装置内部设置具备发射高能光子功能的卤钨丝热红外灯管，所述单根卤钨丝热红外灯管的功率≥3KW，由热红外灯管照射进行温度为850-1000℃的快速热处理推结，所述辊轮传送带的带速≤3.5m/min，所述快速热处理推结的时间≥70s，在N2气氛下进行70-200s的快速热处理，去除背面BSG层后完成硼扩散过程。
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| CN116536771A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-08-04 | 无锡松煜科技有限公司 | 一种提高硼扩散均匀度的方法 |
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2022
- 2022-08-31 CN CN202211056805.9A patent/CN115472713A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116536771A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-08-04 | 无锡松煜科技有限公司 | 一种提高硼扩散均匀度的方法 |
| CN116536771B (zh) * | 2023-06-30 | 2023-09-29 | 无锡松煜科技有限公司 | 一种提高硼扩散均匀度的方法 |
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