CN116314436A - 一种采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，属于太阳能电池技术领域。该方法在高温硼扩散过程中，采用水蒸气和氧气进行湿氧氧化工艺；具体包括通氮进舟、前氧化处理、通源沉积、高温推结、湿氧氧化、通氮出舟六个步骤，且六个步骤是在不相同的温度条件下完成。本发明采用水蒸气和氧气进行湿氧氧化工艺，可以缩短25％工艺时间，且电池效率有明显提升，对于光伏制备环节的提效提产有重大作用。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法。
背景技术
太阳能电池的心脏是一个PN结。硅晶体的特点是原子之间靠共价键连接在一起，硅原子的4个价电子和它相邻的4个原子组成4对共有电子对。这种共有电子对就称为“共价键”。硅片掺进硼后，由于硼原子的最外层有3个价电子，必有一个价键上因缺少一个电子而形成一个空位，我们称这个空位叫“空穴”。这种依靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。同样，磷(P)原子的最外层有五个价电子，只有四个参加共价键，另一个不在价键上，成为自由电子，掺入磷的半导体起导电作用的，主要是磷所提供的自由电子，这种依靠电子导电的半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。
如果把这种N型硅片放在一个石英炉管内，加热到一定温度，并引入含硼的化合物在硅片表面分解出硼，覆盖在硅片的表面，并向硅片内部渗透扩散。在有硼渗透的一面就形成了P型，在没有渗透的一面是原始N型的，在硅片内部形成了所要的PN结，即为扩散，扩散的目的是制作PN结。现有技术一般是采用干氧方法进行高温硼扩散过程，干氧方法存在的问题是工艺时间长，氧气耗量高，成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，该方法可以缩短25％工艺时间，且电池效率有明显提升，对于光伏制备环节的提效提产有重大作用。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，在高温硼扩散过程中，采用水蒸气和氧气进行湿氧氧化工艺；采用水蒸气和氧气进行湿氧氧化工艺，替代传统干氧的工艺，对于光伏制备环节的提效提产有重大作用。
所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，湿法氧化温度为1000-1040℃，水蒸气流量为15slm，氮气流量为2000sccm，氧气流量为18000sccm，氧化时间为3600s；优化湿法氧化工艺参数，缩短25％工艺时间，且电池效率有明显提升。
采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，具体包括以下步骤：
(1)通氮进舟，将装好硅片的石英舟放置于碳化硅浆上，送至炉管内，并保证管内是正压状态；
(2)前氧化处理，升温至氧化温度，在一定氮气和氧气流量下进行氧化；
(3)通源沉积，按照温度860℃，并保持一定的氮气、氧气和三氯化硼流量进行沉积；
(4)高温推结，按照温度930-990℃，在一定氮气和氧气流量条件下进行推结；
(5)湿氧氧化，按照温度1000-1040℃，水蒸气流量15slm，氮气流量2000sccm，氧气流量18000sccm的条件进行氧化，氧化时间3600s；
(6)通氮出舟。将工艺处理后硅片的石英舟放置于碳化硅浆上，送出炉管，并保证管内是正压状态。
所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，步骤(1)，送舟温度为800-820℃，送舟速率为120mm/s，按照氮气流量8000sccm保证管内是正压状态，进舟时间720s。
所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，步骤(2)保持载舟温度800-820℃，以20℃/min的速率升温至840-860℃进行氧化，按照氮气流量3000sccm，氧气流量2000sccm的条件进行氧化，氧化时间300s。
所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，步骤(3)，氮气流量3000sccm，氧气流量2000sccm，三氯化硼流量300sccm的条件进行沉积。
所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，步骤(4)，氮气流量6000sccm，氧气流量2000sccm的条件进行推结。
所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，步骤(6)，保持出舟温度800-820℃，出舟速度为150mm/s，按照氮气流量10000sccm保证管内是正压状态，出舟时间为720s。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
本发明采用水蒸气和氧气进行湿氧氧化工艺，可以缩短25％工艺时间，且电池效率有明显提升，对于光伏制备环节的提效提产有重大作用。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，具体实施流程如下：
步骤(1)通氮进舟，将装好硅片的石英舟放置于碳化硅浆上，保持送舟温度800-820℃，以120mm/s的速度送至炉管内准备工艺，按照氮气流量8000sccm保证管内是正压状态，进舟时间720s；
步骤(2)前氧化处理，保持载舟温度800-820℃，以20℃/min的速率升温至840-860℃进行氧化，按照氮气流量3000sccm，氧气流量2000sccm的条件进行氧化，氧化时间300s。
步骤(3)通源沉积，按照温度860℃，氮气流量3000sccm，氧气流量2000sccm，三氯化硼流量300sccm的条件进行沉积。
步骤(4)高温推结，按照温度930-990℃，氮气流量6000sccm，氧气流量2000sccm的条件进行推结。
步骤(5)湿氧氧化，按照温度1000-1040℃，水蒸气流量15slm，氮气流量2000sccm，氧气流量18000sccm的条件进行氧化，氧化时间3600s。
步骤(6)通氮出舟，将工艺处理后硅片的石英舟放置于碳化硅浆上，保持出舟温度800-820℃，以150mm/s的速度送出炉管，按照氮气流量10000sccm保证管内是正压状态，出舟时间720s。
太阳能电池效率计算公式
采用基础硼扩散工艺的具体流程，具体包括以下步骤：
(1)通氮进舟，将装好硅片的石英舟放置于碳化硅浆上，送至炉管内，并保证管内是正压状态；
(2)前氧化处理，升温至氧化温度，在一定氮气和氧气流量下进行氧化；
(3)通源沉积，按照温度860℃，并保持一定的氮气、氧气和三氯化硼流量进行沉积；
(4)高温推结，按照温度930-990℃，在一定氮气和氧气流量条件下进行推结；
(5)干氧氧化；按照温度1000-1040℃，氮气流量2000sccm，氧气流量18000sccm的条件进行氧化，氧化时间7200s。
(6)通氮出舟。将工艺处理后硅片的石英舟放置于碳化硅浆上，送出炉管，并保证管内是正压状态
表1为运用基础硼扩散工艺与湿氧氧化工艺电性能数据对比，相对于基础硼扩散工艺，由于本发明工艺的时间缩短1H，而且带来了Uoc和FF的提升，最终使得转化效率比基础硼扩散工艺高0.05％。
表1运用基础硼扩散工艺与湿氧氧化工艺电性能数据对比
| 标签 | Title | Eta/％ | Uoc/V | Isc/A | FF | Rser/Ω | Rshunt/Ω | IRev2/A |
| 基础硼扩散 | 593 | 25.1483 | 0.7134 | 13.4069 | 86.793 | 0.0019 | 979.44 | 0.1196 |
| 水氧工艺 | 592 | 25.1981 | 0.7141 | 13.4081 | 86.944 | 0.0019 | 1031.99 | 0.1242 |
| Gap | / | 0.0498 | 0.0006 | 0.0011 | 0.151 | 0.0000 | 52.55 | 0.0046 |
注：Eta表示转化效率，Uoc表示开路电压，Isc表示短路电流，FF表示填充因子，Rser表示太阳电池的串联电阻，Rshunt表示太阳电池的并联电阻；IRev2表示反向漏电；Title指的是：对比实验测试电池片数量；表中的电性能数据为平均值；Gap一行指的是水氧工艺与基础硼扩散工艺各项电性能差值。
表2运用基础硼扩散工艺与湿氧氧化工艺BOM数据对比
| 项目 | 工艺时间 | 日产量 | 成本 |
| 基础硼扩散工艺 | 4H | 100％ | 100％ |
| 湿氧氧化工艺 | 3H | 125％ | 75％ |
以基础硼扩散工艺的日产量、成本为100％计算，湿氧氧化工艺较基础硼扩散工艺的时间缩短1H，日产量提升25％；能耗成本下降25％。
表3运用基础硼扩散工艺与湿氧氧化工艺方阻数据对比
其中，表格中的数据单位为Ω。
基础硼扩散工艺后方阻108.36欧，湿氧氧化工艺后方阻108.20欧。二者方阻接近，工艺后效果持平。
Claims (8)
1.一种采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，其特征在于，在高温硼扩散过程中，采用水蒸气和氧气进行湿氧氧化工艺。
2.根据权利要求1所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，其特征在于，湿法氧化温度为1000-1040℃，水蒸气流量为15slm，氮气流量为2000sccm，氧气流量为18000sccm，氧化时间为3600s。
3.根据权利要求1或2所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)通氮进舟，将装好硅片的石英舟放置于碳化硅浆上，送至炉管内，并保证管内是正压状态；
(2)前氧化处理，升温至氧化温度，在一定氮气和氧气流量下进行氧化；
(3)通源沉积，按照温度860℃，并保持一定的氮气、氧气和三氯化硼流量进行沉积；
(4)高温推结，按照温度930-990℃，在一定氮气和氧气流量条件下进行推结；
(5)湿氧氧化，按照温度1000-1040℃，水蒸气流量15slm，氮气流量2000sccm，氧气流量18000sccm的条件进行氧化，氧化时间3600s；
(6)通氮出舟，将工艺处理后硅片的石英舟放置于碳化硅浆上，送出炉管，并保证管内是正压状态。
4.根据权利要求3所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，其特征在于，步骤(1)，送舟温度为800-820℃，送舟速率为120mm/s，按照氮气流量8000sccm保证管内是正压状态，进舟时间720s。
5.根据权利要求3所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，其特征在于，步骤(2)，保持载舟温度800-820℃，以20℃/min的速率升温至840-860℃进行氧化，按照氮气流量3000sccm，氧气流量2000sccm的条件进行氧化，氧化时间300s。
6.根据权利要求3所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，其特征在于，步骤(3)，氮气流量3000sccm，氧气流量2000sccm，三氯化硼流量300sccm的条件进行沉积。
7.根据权利要求3所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，其特征在于，步骤(4)，氮气流量6000sccm，氧气流量2000sccm的条件进行推结。
8.根据权利要求3所述采用湿法氧化进行高温硼扩散的方法，其特征在于，步骤(6)，保持出舟温度800-820℃，出舟速度为150mm/s，按照氮气流量10000sccm保证管内是正压状态，出舟时间为720s。
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