一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，是在小流量保護(hù)氮?dú)庀碌亩嗖阶儨財(cái)U(kuò)散和退火工藝，其特征在于在小流量保護(hù)氮?dú)庀?，采用了八步擴(kuò)散過(guò)程，第一步為超低溫進(jìn)舟工藝，第二步為恒定溫場(chǎng)工藝，第三步為變溫氧化工藝，第四步為定溫?cái)U(kuò)散工藝，第五步為變溫?cái)U(kuò)散工藝，第六步為推結(jié)擴(kuò)散工藝，第七步為變溫退火工藝和第八步超低溫出舟工藝。本發(fā)明提供的高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝相比傳統(tǒng)的恒溫?cái)U(kuò)散工藝，減少了擴(kuò)散工藝時(shí)間，降低了工藝氣體成本，提高了擴(kuò)散方阻的均勻性和重復(fù)性，優(yōu)化了表面摻雜濃度和結(jié)深，改善了藍(lán)光響應(yīng)，并減少了硅片內(nèi)部缺陷，提高了太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，尤其涉及一種提高太陽(yáng)電池效率和降低生產(chǎn)成本的晶體硅太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]化石能源消費(fèi)的增多導(dǎo)致大氣污染物排放逐年增加，因此太陽(yáng)能作為一種綠色可再生能源，越來(lái)越受到人們的推崇，尤其像當(dāng)前這樣的霧霾天氣污染的生活環(huán)境，提升了人們對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用的迫切性。然而如何做出具有更高轉(zhuǎn)換效率并且更低成本的太陽(yáng)電池是光伏應(yīng)用市場(chǎng)能夠快速推廣的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
[0003]擴(kuò)散是太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過(guò)程中的一道關(guān)鍵工序，擴(kuò)散的目的是制作太陽(yáng)電池的PN結(jié)。而晶硅太陽(yáng)電池普遍采用液態(tài)源的方法進(jìn)行擴(kuò)散，即在擴(kuò)散石英反應(yīng)腔內(nèi)通入氧氣、氮?dú)獠y帶三氯氧磷蒸汽進(jìn)入，在高溫下使磷源分解并與氧氣參與化學(xué)反應(yīng)，在娃片表面生成單質(zhì)磷，而磷在高溫下向硅片內(nèi)部擴(kuò)散形成PN結(jié)，PN結(jié)的摻雜濃度一般通過(guò)測(cè)量表面的方塊電阻來(lái)表征。
[0004]目前，晶硅太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝普遍采用多步沉積法，并采用恒定表面源與有限表面源相結(jié)合來(lái)進(jìn)行擴(kuò)散，然而如何設(shè)計(jì)擴(kuò)散沉積步驟，包括沉積步驟數(shù)量，沉積步驟之間的順序銜接，每步沉積的溫度時(shí)間以及沉積氣體流量大小等是決定擴(kuò)散PN結(jié)均勻性以及擴(kuò)散產(chǎn)能和成本的重要因素?，F(xiàn)有的擴(kuò)散工藝時(shí)間長(zhǎng)、成本高，擴(kuò)散方阻的均勻性和重復(fù)性不理想，硅片內(nèi)部缺陷率高，太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠減少擴(kuò)散工藝時(shí)間、降低工藝氣體成本、提高擴(kuò)散方阻的均勻性和重復(fù)性，優(yōu)化了表面摻雜濃度和結(jié)深，改善藍(lán)光響應(yīng)，并減少硅片內(nèi)部缺陷，以提高太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，其特征在于:該工藝由以下8個(gè)步驟組成:
[0007]步驟1:進(jìn)舟
[0008]在設(shè)定溫度730?750攝氏度下將裝有硅片的石英舟推入擴(kuò)散爐石英管中，并通入10000?15000ml/min的保護(hù)氮?dú)?，保護(hù)氮?dú)鉃榇蟮?br> [0009]步驟2:恒定溫場(chǎng)
[0010]緊接步驟I進(jìn)舟工藝后，在大氮通入的環(huán)境下保持升溫，使擴(kuò)散爐石英管內(nèi)的實(shí)際溫度達(dá)到步驟I中的設(shè)定溫度730?750攝氏度；
[0011]步驟3:變溫氧化
[0012]將設(shè)定溫度提高到760?780攝氏度，保持大氮環(huán)境，并通入1000?2000ml/min的氧氣，并保持；
[0013]步驟4:定溫?cái)U(kuò)散[0014]在760?780攝氏度的大氮環(huán)境下通入1200?1500ml/min的磷源攜帶小氮，同時(shí)通入1000ml/min的氧氣；
[0015]步驟5:變溫?cái)U(kuò)散
[0016]將設(shè)定溫度提高到810?830攝氏度，保持大氮環(huán)境，并通入1200?1500ml/min的小氮，同時(shí)通入1000ml/min的氧氣；
[0017]步驟6:推結(jié)擴(kuò)散
[0018]在810?830攝氏度的大氮環(huán)境下關(guān)閉小氮和氧氣，進(jìn)行沉積；
[0019]步驟7:變溫退火
[0020]將設(shè)定溫度降低到730?750攝氏度，保持大氮環(huán)境，關(guān)閉小氮和氧氣，進(jìn)行退火；
[0021]步驟8:出舟
[0022]在730?750攝氏度的大氮環(huán)境下，將裝有硅片的石英舟從擴(kuò)散爐中拉出。
[0023]優(yōu)選地，所述步驟2中，保持升溫時(shí)間為300秒。
[0024]優(yōu)選地，所述步驟3中，保持時(shí)間為600秒。
[0025]優(yōu)選地，所述步驟4中，通入磷源攜帶小氮和氧氣的時(shí)間為600秒。
[0026]優(yōu)選地,所述步驟5中,通入小氮和氧氣的時(shí)間為900秒。
[0027]優(yōu)選地，所述步驟6中，沉積時(shí)間為600秒。
[0028]優(yōu)選地，所述步驟7中，退火時(shí)間為900秒。
[0029]由于擴(kuò)散爐在進(jìn)舟工藝開(kāi)始前，爐管內(nèi)溫度一般在700攝氏度以下，尤其是爐口的溫度更低至600攝氏度以下。本發(fā)明在750攝氏度的超低設(shè)定溫度下開(kāi)始進(jìn)舟，在第二步恒溫過(guò)程中可以保證各溫區(qū)以最短的時(shí)間升溫到750攝氏度；而在第三步的變溫氧化過(guò)程中，一邊升溫一邊氧化，由于各溫區(qū)的升溫速率相同，進(jìn)而保證了各溫區(qū)在同一時(shí)刻保持了相對(duì)的恒溫氧化過(guò)程，省去了升恒溫過(guò)程時(shí)間；進(jìn)一步的，在第四步定溫?cái)U(kuò)散步驟，保證了整個(gè)溫場(chǎng)在恒溫下進(jìn)行了一步擴(kuò)散；而第五步變溫?cái)U(kuò)散也同樣地使各溫區(qū)在同一時(shí)刻保持了相對(duì)的恒溫?cái)U(kuò)散過(guò)程，比起只用一步恒溫?cái)U(kuò)散節(jié)省了升恒溫的時(shí)間，在形成梯度擴(kuò)散的同時(shí)也同樣保證了各溫區(qū)擴(kuò)散的均勻性；第六步推結(jié)擴(kuò)散是有限表面源的擴(kuò)散推進(jìn)過(guò)程，保證了擴(kuò)散結(jié)深以及對(duì)硅片表面的低濃度摻雜；第七步變溫退火工藝在保持有限表面源沉積的同時(shí)起到消除硅片氧缺陷的作用；最后出舟工藝在第七步變溫退火的基礎(chǔ)上以750攝氏度的超低溫進(jìn)行出舟，減少了硅片出片由于驟冷導(dǎo)致的碎裂等。
[0030]同時(shí)，本發(fā)明給出了目前行業(yè)內(nèi)多晶硅太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散溫度時(shí)間和氣體流量等參數(shù)的最優(yōu)化窗口值，在這個(gè)特定溫度時(shí)間和流量下，才能同時(shí)確保產(chǎn)品達(dá)到最佳的性能和最低的成本；其次在在整個(gè)擴(kuò)散工藝過(guò)程中，大氮的流量保持在10000-15000ml/min之間，比傳統(tǒng)的擴(kuò)散工藝用氮量減少了 5000ml/min ;另外不計(jì)算進(jìn)出舟時(shí)間的擴(kuò)散過(guò)程時(shí)間為65分鐘，比傳統(tǒng)高效太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝減少了 5分鐘以上；
[0031]本發(fā)明通過(guò)組合銜接和優(yōu)化多種擴(kuò)散步驟，并調(diào)整優(yōu)化每步沉積工藝的擴(kuò)散時(shí)間、溫度與氣體流量配比等給出了一種小流量保護(hù)氮?dú)庀碌亩嗖阶儨財(cái)U(kuò)散工藝，比起傳統(tǒng)的恒溫?cái)U(kuò)散工藝減少了擴(kuò)散工藝時(shí)間，降低了工藝氣體成本，提高了擴(kuò)散方阻的均勻性和重復(fù)性，優(yōu)化了表面摻雜濃度和結(jié)深，改善了藍(lán)光響應(yīng)，并減少了硅片內(nèi)部缺陷，提高了太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為實(shí)施例1中采用傳統(tǒng)工藝A和本發(fā)明工藝B的方塊電阻均值分布圖；
[0033]圖2為實(shí)施例2中采用傳統(tǒng)工藝A和本發(fā)明工藝B的方塊電阻均值分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0035]本發(fā)明提供了一種小流量保護(hù)氮?dú)庀碌亩嗖阶儨財(cái)U(kuò)散和退火工藝，在小流量保護(hù)氮?dú)庀?，采用了一步超低溫進(jìn)舟工藝，一步恒定溫場(chǎng)工藝，一步變溫氧化工藝，三步擴(kuò)散工藝，一步變溫退火工藝和一步超低溫出舟工藝。
[0036]實(shí)施例1
[0037]將P型多晶原始硅片進(jìn)行表面酸制絨、清洗并吹干后裝入擴(kuò)散石英舟中，每舟放置200片硅片，然后將2組石英舟放到擴(kuò)散爐懸臂槳的舟托上進(jìn)行以下擴(kuò)散工藝:
[0038]步驟1:在730攝氏度的設(shè)定溫度下將裝入石英舟的硅片推入擴(kuò)散爐中，并通入10000ml/min 的大氮。
[0039]步驟2:緊接進(jìn)舟工藝后，在大氮環(huán)境下保持升溫300秒，使實(shí)際溫度達(dá)到730攝氏度。
[0040]步驟3:將設(shè)定溫度提高到760攝氏度，保持大氮環(huán)境，通入2000ml/min的氧氣，保持時(shí)間為600秒。
[0041]步驟4:在760攝氏度的大氮環(huán)境下通入磷源攜帶小氮1500ml/min,同時(shí)通入1000ml/min的氧氣，時(shí)間600秒。
[0042]步驟5:將設(shè)定溫度提高到810攝氏度,保持大氮環(huán)境,通入小氮1500ml/min,同時(shí)通入1000ml/min的氧氣，時(shí)間900秒。
[0043]步驟6:在810攝氏度的大氮環(huán)境下關(guān)閉小氮和氧氣，沉積時(shí)間600秒。
[0044]步驟7:將設(shè)定溫度降低到730攝氏度，保持大氮環(huán)境，關(guān)閉小氮和氧氣，退火900秒。
[0045]步驟8:在730攝氏度的大氮環(huán)境下，將裝有硅片的石英舟從擴(kuò)散爐中拉出。
[0046]擴(kuò)散工藝完成后，將硅片從石英舟中取出，并測(cè)量擴(kuò)散方塊電阻，方阻大小標(biāo)準(zhǔn)控制在80歐姆每方塊，要求片內(nèi)偏差控制在10個(gè)以?xún)?nèi)，片間偏差控制在15個(gè)以?xún)?nèi)。
[0047]最后將擴(kuò)散后的硅片進(jìn)行刻蝕、去除磷硅玻璃、鍍減反射膜后再進(jìn)行電極制作，最終形成太陽(yáng)能電池。
[0048]使用該擴(kuò)散工藝的太陽(yáng)能電池氮?dú)馐褂昧勘葌鹘y(tǒng)工藝氮?dú)馐褂昧繙p少30%以上，并且擴(kuò)散后各溫區(qū)的方塊電阻均值偏差值控制在10個(gè)以?xún)?nèi)，見(jiàn)附圖1中兩種擴(kuò)散工藝的方塊電阻分布對(duì)比，圖1中，X軸表示擴(kuò)散后各溫區(qū)下抽測(cè)的太陽(yáng)電池片數(shù)量，y軸表示每片太陽(yáng)電池片的平均方塊電阻值。
[0049]表I為采用傳統(tǒng)工藝A和本發(fā)明工藝B的電性能對(duì)比圖，其中17.0，17.20，17.40、17.6分別為太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率百分比數(shù)值，用在上表中表示轉(zhuǎn)換效率小于或大于等于該轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)電池片所占的比例；Ncell表示太陽(yáng)電池平均光電轉(zhuǎn)換效率；Uoc表示太陽(yáng)電池平均開(kāi)路電壓；Isc表示太陽(yáng)電池平均短路電流；FF表示太陽(yáng)電池填充因子平均值；Rs表示太陽(yáng)電池串聯(lián)電阻平均值；Rsh表示太陽(yáng)電池并聯(lián)電阻平均值；Irev2表示太陽(yáng)電池漏電流平均值。
[0050]表I采用傳統(tǒng)工藝A和本發(fā)明工藝B的電性能對(duì)比表
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，其特征在于:該工藝由以下8個(gè)步驟組成: 步驟1:進(jìn)舟 在設(shè)定溫度730?750攝氏度下將裝有硅片的石英舟推入擴(kuò)散爐石英管中，并通入10000?15000ml/min的保護(hù)氮?dú)猓Ｗo(hù)氮?dú)鉃榇蟮? 步驟2:恒定溫場(chǎng) 緊接步驟I進(jìn)舟工藝后，在大氮通入的環(huán)境下保持升溫，使擴(kuò)散爐石英管內(nèi)實(shí)際溫度達(dá)到步驟I中的設(shè)定溫度730?750攝氏度； 步驟3:變溫氧化 將設(shè)定溫度提高到760?780攝氏度，保持大氮環(huán)境，并通入1000?2000ml/min的氧氣，并保持； 步驟4:定溫?cái)U(kuò)散 在760?780攝氏度的大氮環(huán)境下通入1200?1500ml/min的磷源攜帶小氮，同時(shí)通入1000ml/min的氧氣； 步驟5:變溫?cái)U(kuò)散 將設(shè)定溫度提高到810?830攝氏度，保持大氮環(huán)境，并通入1200?1500ml/min的小氮，同時(shí)通入1000ml/min的氧氣； 步驟6:推結(jié)擴(kuò)散 在810?830攝氏度的大氮環(huán)境下關(guān)閉小氮和氧氣，進(jìn)行沉積； 步驟7:變溫退火 將設(shè)定溫度降低到730?750攝氏度，保持大氮環(huán)境，關(guān)閉小氮和氧氣，進(jìn)行退火； 步驟8:出舟 在730?750攝氏度的大氮環(huán)境下，將裝有硅片的石英舟從擴(kuò)散爐中拉出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，其特征在于:所述步驟2中，保持升溫時(shí)間為300秒。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，其特征在于:所述步驟3中，保持時(shí)間為600秒。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，其特征在于:所述步驟4中，通入磷源攜帶小氮和氧氣的時(shí)間為600秒。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，其特征在于:所述步驟5中,通入小氮和氧氣的時(shí)間為900秒。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，其特征在于:所述步驟6中，沉積時(shí)間為600秒。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高效低成本太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散工藝，其特征在于:所述步驟7中，退火時(shí)間為900秒。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103681976SQ201310740741
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】石勁超 申請(qǐng)人:百力達(dá)太陽(yáng)能股份有限公司