本發(fā)明屬于晶體硅電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種石英舟及太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝。

背景技術(shù)：

在晶體硅電池制備領(lǐng)域，通常采用高溫?cái)U(kuò)散法制備電池的核心pn結(jié)，擴(kuò)散pn結(jié)片內(nèi)、片間均勻性直接影響電池性能的高低和量產(chǎn)電池電性能的穩(wěn)定性。擴(kuò)散pn結(jié)表面濃度和結(jié)深，即pn結(jié)的縱向濃度分布決定pn結(jié)測(cè)試方塊電阻值的大小，從而影響pn結(jié)電性能。

目前普遍采用高溫?cái)U(kuò)散爐進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制備pn結(jié)。常用高溫?cái)U(kuò)散爐是長管狀結(jié)構(gòu)，以石英舟承載硅片?，F(xiàn)有石英舟共有200個(gè)齒槽，且由于齒槽之間的齒間距相等，當(dāng)硅片豎直插在石英舟的齒槽中時(shí)呈等距排列。高溫?cái)U(kuò)散時(shí)石英舟推進(jìn)高溫?cái)U(kuò)散爐的擴(kuò)散管中，而擴(kuò)散源氣體通常是從爐尾進(jìn)氣、爐口出氣，或者爐口進(jìn)氣、爐尾出氣，由于管內(nèi)處于常壓狀態(tài)，導(dǎo)致擴(kuò)散源氣體進(jìn)氣端密度大，出氣端密度小，此時(shí)石英舟上承載的等距排列的硅片在擴(kuò)散管內(nèi)不同位置接觸到的擴(kuò)散源密度從進(jìn)氣端至出氣端方向逐步減小。然而pn結(jié)電性能與硅片表面接觸到的擴(kuò)散源密度息息相關(guān)。當(dāng)接觸到的擴(kuò)散源密度過大時(shí)，硅片表面容易形成死層，嚴(yán)重降低電池效率；當(dāng)接觸到的擴(kuò)散源密度過小時(shí)，豎直放置的硅片表面不同位置接觸擴(kuò)散源的密度均勻性較差，無法改善擴(kuò)散硅片片內(nèi)方阻值的均勻性，且硅片表面不同區(qū)域pn結(jié)的表面濃度和結(jié)深會(huì)有較大的差別，即片內(nèi)pn結(jié)電性能有較大差別，不僅降低了量產(chǎn)電池性能的穩(wěn)定性，也不利于產(chǎn)線電池性能平均水平的提高。

為提高電池效率，需提高擴(kuò)散方阻值，此時(shí)片間pn結(jié)電性能差別較大的現(xiàn)象愈加明顯。擴(kuò)散平均方阻值越大，為保持?jǐn)U散方阻一致性，出氣端設(shè)定溫度值越高，盡管此時(shí)片間均勻性相對(duì)較好，但是片間pn結(jié)擴(kuò)散摻雜縱向濃度分布一致性嚴(yán)重偏差，即片間pn結(jié)電性能一致性較差，嚴(yán)重影響前電極印刷燒結(jié)工藝的調(diào)試，對(duì)電池效率穩(wěn)定性帶來很大負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種齒間距成等比數(shù)列遞增的石英舟，可提高硅片在擴(kuò)散管內(nèi)不同區(qū)域接觸擴(kuò)散源幾率的一致性，還提供了一種太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝，不僅可以降低擴(kuò)散氮源的用量，還能提高片內(nèi)、片間擴(kuò)散摻雜縱向濃度分布的一致性進(jìn)而提高量產(chǎn)電池轉(zhuǎn)換效率的一致性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種石英舟，包括至少三根槽棒，每一根所述槽棒上設(shè)有若干相對(duì)應(yīng)的用于放置硅片的齒槽；所述槽棒上相鄰齒槽之間的齒間距以進(jìn)氣端第1個(gè)齒間距為基準(zhǔn)成等比數(shù)列遞增。

上述的石英舟中，優(yōu)選的，所述齒間距以公比為1.005～1.1成等比數(shù)列遞增。

上述的石英舟中，優(yōu)選的，所述齒間距的最小值為1.8mm～2.7mm。

上述的石英舟中，優(yōu)選的，所述齒間距的最大值為10mm～15.5mm。

作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝，包括以下步驟：

(1)進(jìn)舟工序：將制絨后的硅片插入到石英舟的齒槽中，放入擴(kuò)散爐，控制擴(kuò)散爐管內(nèi)溫度為800℃～820℃，通入大氮10000ml/min～20000ml/min，時(shí)間為600s；

(2)恒溫工序：控制擴(kuò)散爐管內(nèi)溫度為820℃～830℃，通入大氮10000ml/min～20000ml/min，時(shí)間為780s～1500s；

(3)擴(kuò)散工序：

(3.1)氧化：控制擴(kuò)散爐管內(nèi)溫度為820℃～830℃，通入大氮10000ml/min～20000ml/min，氧氣1000ml/min～2000ml/min，時(shí)間為100s～300s；

(3.2)第一次通源擴(kuò)散：控制擴(kuò)散爐管內(nèi)溫度為820℃～830℃，通入大氮10000ml/min～20000ml/min，氧氣1000ml/min～2000ml/min，小氮500ml/min～1200ml/min，時(shí)間為480s～1000s；

(3.3)第一次推進(jìn)：控制擴(kuò)散爐管內(nèi)溫度為820℃～830℃，通入大氮10000ml/min～20000ml/min，時(shí)間為500s～1000s；

(3.4)第二次通源擴(kuò)散：控制擴(kuò)散爐管內(nèi)溫度為820℃～830℃，通入大氮10000ml/min～20000ml/min，氧氣1000ml/min～2000ml/min，小氮500ml/min～1200ml/min，時(shí)間為420s～1000s；

(3.5)第二次推進(jìn)：控制擴(kuò)散爐管內(nèi)溫度為820℃～830℃，通入大氮10000ml/min～20000ml/min，時(shí)間為300s～1000s；

(3.6)降溫：控制擴(kuò)散爐管內(nèi)溫度為760℃～800℃，通入大氮10000ml/min～20000ml/min，氧氣1000ml/min～2000ml/min，時(shí)間為1000s～2000s。

上述的太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝中，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述石英舟包括至少三根槽棒；每一根所述槽棒上設(shè)有若干相對(duì)應(yīng)的用于放置硅片的齒槽；所述槽棒上相鄰齒槽之間的齒間距以進(jìn)氣端第1個(gè)齒間距為基準(zhǔn)成等比數(shù)列遞增。

上述的太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝中，優(yōu)選的，所述齒間距以公比為1.005～1.1成等比數(shù)列遞增。

上述的太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝中，優(yōu)選的，所述齒間距的最小值為1.8mm～2.7mm。

上述的太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝中，優(yōu)選的，所述齒間距的最大值為10mm～15.5mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明提供了一種石英舟，其齒間距以進(jìn)氣端第1個(gè)齒間距為基準(zhǔn)成等比數(shù)列遞增，在不改變擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)、不增大擴(kuò)散源流量、不減少每管擴(kuò)散片數(shù)量、不增加石英舟長度的前提下，通過優(yōu)化石英舟的齒間距，提高了石英舟上裝載的硅片在擴(kuò)散管內(nèi)不同區(qū)域接觸擴(kuò)散源幾率的一致性，從而有利于提高片內(nèi)、片間擴(kuò)散摻雜縱向濃度分布的一致性，有利于量產(chǎn)電池性能穩(wěn)定性的提高和優(yōu)化，即提高硅片pn結(jié)電性能的一致性。

2、本發(fā)明還提供了一種太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝，包括進(jìn)舟工序、恒溫工序和擴(kuò)散工序，其進(jìn)舟工序中擴(kuò)散管各溫區(qū)溫度完全相同；進(jìn)舟后，通過增大恒溫工序時(shí)間(常規(guī)擴(kuò)散工藝中恒溫時(shí)間通常只有1分鐘，且由于爐管設(shè)備存在差異，通常情況下各溫區(qū)溫度無法達(dá)到恒定溫度)，使各溫區(qū)在通源擴(kuò)散前保持溫度一致狀態(tài)，由于溫區(qū)溫度是影響方阻的重要因素，因而保持各溫區(qū)溫度一致有利于保障各溫區(qū)硅片方阻的一致性；擴(kuò)散工序中，通過兩步通源擴(kuò)散和兩步推進(jìn)，有效優(yōu)化了擴(kuò)散摻雜層的雜質(zhì)再分布過程，有利于提高爐管內(nèi)擴(kuò)散方阻的穩(wěn)定性和均勻性。相比常規(guī)擴(kuò)散工藝，本發(fā)明擴(kuò)散工藝沒有增加大氮、氧氣流量，小氮流量減少了30％以上，不僅降低了擴(kuò)散氮源的用量，且提高了片內(nèi)、片間擴(kuò)散摻雜縱向濃度分布的一致性，實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)電池性能穩(wěn)定性的提高和優(yōu)化，提高了量產(chǎn)電池轉(zhuǎn)換效率的一致性。

附圖說明

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中石英舟的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中石英舟的側(cè)面圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中石英舟齒間距的放大示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。

實(shí)施例1

一種石英舟，如圖1和圖2所示，包括4根槽棒(實(shí)際應(yīng)用過程中，石英舟的兩端還包括兩個(gè)石英板，用于固定槽棒)，每一根槽棒上設(shè)有若干相對(duì)應(yīng)的用于放置硅片的齒槽，槽棒上相鄰齒槽之間的齒間距以進(jìn)氣端第1個(gè)齒間距為基準(zhǔn)成等比數(shù)列遞增。

本實(shí)施例中，齒間距的最小值(l1)為2mm，如圖1所示；齒間距的公比(ln+1/ln)為1.009，如圖3所示；齒間距的最大值為11.895mm。

本實(shí)施例中，每一根槽棒上均有200個(gè)齒槽；該石英舟可裝載200片硅片。

一種太陽能電池?cái)U(kuò)散工藝，在上述本實(shí)施例的石英舟中實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

(1)進(jìn)舟工序：將制絨后的硅片插入石英舟的齒槽中，放入擴(kuò)散爐(該擴(kuò)散爐為中國電子科技集團(tuán)公司第48研究所生產(chǎn)的軟著陸高溫?cái)U(kuò)散爐)，該擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)有五個(gè)加熱器，分為五個(gè)溫區(qū)。在normal控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為820℃，通入大氮15000ml/min，時(shí)間為600s。

(2)恒溫工序：進(jìn)舟工序完成后，在normal控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為820℃，通入大氮15000ml/min，時(shí)間為600s；然后在profile控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為820℃，通入大氮15000ml/min，時(shí)間為180s。

(3)擴(kuò)散工序：

(3.1)氧化：恒溫工序完成后，在profile控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為820℃，通入大氮13500ml/min，氧氣1500ml/min，時(shí)間為300s。

(3.2)第一次通源擴(kuò)散：在profile控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為820℃，通入大氮13500ml/min，氧氣1000ml/min，小氮800ml/min，時(shí)間為480s。

(3.3)第一次推進(jìn)：在normal控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為830℃，通入大氮15000ml/min，時(shí)間為600s。

(3.4)第二次通源擴(kuò)散：在dprofile控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為830℃，通入大氮13500ml/min，氧氣1000ml/min，小氮800ml/min，時(shí)間為420s。

(3.5)第二次推進(jìn)：在dprofile控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為830℃，通入大氮15000ml/min，時(shí)間為300s。

(3.6)降溫：在normal控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為760℃，通入大氮20000ml/min，氧氣2000ml/min，時(shí)間為1800s。

(4)出舟工序：在normal控溫模式下，控制擴(kuò)散管各溫區(qū)的溫度同為820℃，通入大氮15000ml/min，時(shí)間為600s。

上述擴(kuò)散工藝中，小氮為攜擴(kuò)散源(擴(kuò)散源為三氯氧磷)的氮?dú)?，大氮為氮?dú)猓鯕鉃楦稍锏难鯕狻?/p>

制絨后的硅片經(jīng)上述擴(kuò)散工藝擴(kuò)散后進(jìn)行方阻測(cè)試，測(cè)試方法為：每管選取5片硅片，爐管的五個(gè)溫區(qū)各一片；每片選取五個(gè)測(cè)試點(diǎn)，頂部中心區(qū)域、底部中心區(qū)域、左側(cè)中心區(qū)域、右側(cè)中心區(qū)域、中心區(qū)域。擴(kuò)散均勻性依據(jù)std標(biāo)準(zhǔn)偏差函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

表1不同擴(kuò)散工藝對(duì)硅片方阻和片內(nèi)方阻不均勻性的對(duì)比結(jié)果

由表1可知，經(jīng)本發(fā)明擴(kuò)散工藝擴(kuò)散后硅片的方阻值為87.2ω/□～89ω/□，片間方阻的不均勻性小，且片內(nèi)方阻不均勻性平均值為2.3％，而常規(guī)擴(kuò)散工藝擴(kuò)散后硅片的方阻值為89.76ω/□～98.5ω/□，片間方阻的不均勻性較大，且片內(nèi)方阻不均勻性平均值為6.4％，這說明采用本發(fā)明石英舟和擴(kuò)散工藝進(jìn)行擴(kuò)散有利于提高片內(nèi)、片間擴(kuò)散摻雜縱向濃度分布的一致性，提高了硅片方阻值的均勻性，這有利于優(yōu)化和提高量產(chǎn)電池性能的穩(wěn)定性，即優(yōu)化和提高硅片pn結(jié)電性能的一致性。

采用上述石英舟及擴(kuò)散工藝制備多晶硅片pn結(jié)，經(jīng)后續(xù)相同工藝制備10000片多晶硅電池，和產(chǎn)線常規(guī)電池平均電性能對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2不同擴(kuò)散工藝擴(kuò)散后的硅片制成電池片后的電性能參數(shù)

由表2可知，經(jīng)本發(fā)明擴(kuò)散工藝擴(kuò)散后的硅片制成電池片，其開路電壓、短路電流、填充因子均有提高；相比常規(guī)擴(kuò)散工藝，本發(fā)明電池片的平均效率提高了0.05％，同時(shí)電池轉(zhuǎn)換效率＜18.0％的低效電池片比例降低了1.5％，這說明采用本發(fā)明石英舟和擴(kuò)散工藝進(jìn)行擴(kuò)散后制成的電池片，實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)電池性能穩(wěn)定性的提高和優(yōu)化，提高了量產(chǎn)電池轉(zhuǎn)換效率的一致性。

總之，本發(fā)明通過優(yōu)化石英舟的齒間距，提高了石英舟上裝載的硅片在擴(kuò)散管內(nèi)不同區(qū)域接觸擴(kuò)散源幾率的一致性，不用考慮進(jìn)氣擴(kuò)散源在管內(nèi)的密度梯度對(duì)硅片與之接觸幾率的影響，所以在采用該石英舟進(jìn)行擴(kuò)散處理時(shí)，進(jìn)舟工序中擴(kuò)散管各溫區(qū)溫度設(shè)定值完全相同，進(jìn)舟以后，通過增大恒溫工序時(shí)間，使各溫區(qū)在通源擴(kuò)散前保持溫度一致狀態(tài)。更為重要的是，本發(fā)明擴(kuò)散工藝的擴(kuò)散工序中，通過兩步通源擴(kuò)散和兩步推進(jìn)，有效優(yōu)化了擴(kuò)散摻雜層的雜質(zhì)再分布過程，有利于提高爐管內(nèi)擴(kuò)散方阻的穩(wěn)定性和均勻性。相比常規(guī)擴(kuò)散工藝，本發(fā)明擴(kuò)散工藝沒有增加大氮、氧氣流量，小氮流量減少了30％以上，不僅降低了擴(kuò)散氮源的用量，且還提高了片內(nèi)、片間擴(kuò)散摻雜縱向濃度分布的一致性，實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)電池性能穩(wěn)定性的提高和優(yōu)化，提高了量產(chǎn)電池轉(zhuǎn)換效率的一致性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。