本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池的擴(kuò)散制結(jié)工藝領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)能電池晶體硅片磷擴(kuò)散方法。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能電池是一種將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，由于其清潔、無(wú)污染，取之不盡，用之不竭，逐漸成為一種重要的發(fā)電方式。其原理是利用pn結(jié)的光生伏特效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成電能。目前廣泛采用的是硅太陽(yáng)能電池，其制造工藝也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，主要步驟為：化學(xué)清洗及表面結(jié)構(gòu)化處理(制絨)—擴(kuò)散制結(jié)—刻蝕清洗—沉積減反射膜—印刷電極—燒結(jié)。其中，擴(kuò)散制結(jié)(通常是磷擴(kuò)散制結(jié))步驟是一個(gè)關(guān)鍵步驟，制結(jié)工藝對(duì)電池的性能具有至關(guān)重要的影響，包括擴(kuò)散死層的減少、接觸電阻損失的降低，開(kāi)路電壓的提高，短路電流和填充因子的增加，都為最終獲得高光電轉(zhuǎn)換效率發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

目前，硅太陽(yáng)能電池最常用的制結(jié)方法是液態(tài)源磷擴(kuò)散，該方法是以氮?dú)鉃檩d氣，采用鼓泡的方式通過(guò)恒溫的三氯氧磷源瓶，攜帶源蒸汽進(jìn)入高溫?cái)U(kuò)散爐中，受熱分解還原出磷原子同硅片表面反應(yīng)，并向硅片內(nèi)擴(kuò)散。擴(kuò)散工藝決定了雜質(zhì)的分布，若表面雜質(zhì)濃度過(guò)高，則會(huì)形成擴(kuò)散“死層”；死層中由于存在大量填隙原子和缺陷，光生載流子極易發(fā)生復(fù)合，少子壽命很低，會(huì)導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率的下降。因此，為了避免上述問(wèn)題，提高光電轉(zhuǎn)換效率，必須降低表面雜質(zhì)濃度。而欲降低pn結(jié)的表面濃度，通常最直接的方法是減小攜源氮?dú)獾牧髁?。然而，攜源氣體比例過(guò)小會(huì)使擴(kuò)散氣氛混合不充分、不均勻，從而導(dǎo)致方塊電阻均勻性變差、工藝可控性變差。

此外，針對(duì)目前廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的管式擴(kuò)散爐，影響片間不均勻性的主要因素有：軸向溫度分布不均衡、進(jìn)出氣量不匹配及爐口散熱較嚴(yán)重等；影響片內(nèi)不均勻性的主要原因是氣氛環(huán)境和溫度場(chǎng)沿徑向存在差異。因此，對(duì)于擴(kuò)散氣氛混合不充分、不均勻的情況，若只靠不同溫區(qū)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，顯然遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到較理想的均勻擴(kuò)散狀態(tài)，最終將影響后續(xù)工藝參數(shù)的可控性和太陽(yáng)電池的電性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能電池晶體硅片磷擴(kuò)散方法，該種磷擴(kuò)散方法簡(jiǎn)單易行，應(yīng)用廣泛，采用該種方法能有效提高硅片光電轉(zhuǎn)換效率，改善太陽(yáng)電池的電性能，適于推廣應(yīng)用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種太陽(yáng)能電池晶體硅片磷擴(kuò)散方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)將待處理的晶體硅片置于擴(kuò)散爐中，先以10-20℃/min的升溫速率升溫至380-420℃，保持15-25min，再以15-25℃/min的升溫速率升溫至740-780℃，并通入攜磷源氮?dú)狻⒏裳鹾痛蟮M(jìn)行恒定源擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間為12-16min，控制爐內(nèi)壓力為80-120mpa；

(2)停止通入攜磷源氮?dú)猓?-8℃/min的升溫速率升溫至880-920℃，同時(shí)通入干氧和大氮進(jìn)行推進(jìn)，控制爐內(nèi)壓力為100-150mpa；

(3)保持步驟(2)中的溫度、壓力和大氮流量不變，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)饧案裳?，進(jìn)行低溫?cái)U(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間為15-25min，控制爐內(nèi)壓力為80-120mpa；

(4)待爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在780-820℃時(shí)，停止通入攜磷源氮?dú)猓銣赝七M(jìn)10-20min，控制爐內(nèi)壓力為80-120mpa；

(5)保持步驟(4)中的壓力不變，將爐內(nèi)溫度以4-8℃/min的升溫速率升高至860-880℃，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)夂透裳踹M(jìn)行恒定源擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間為20-30min；

(6)保持步驟(5)中的擴(kuò)散爐溫度、壓力和干氧流量不變，停止通入攜磷源氮?dú)猓M(jìn)行有氧限定源擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間25-35min；

(7)控制爐內(nèi)壓力在60-80mpa，將擴(kuò)散爐內(nèi)溫度降低到680-720℃，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)?、干氧及大氮，進(jìn)行降溫?cái)U(kuò)散，在降溫的同時(shí)進(jìn)行退火吸雜，且降溫速率為6-10℃/min，擴(kuò)散時(shí)間為15-25min；

(8)待爐內(nèi)溫度溫低至520-540℃，出舟完成擴(kuò)散過(guò)程。

進(jìn)一步地，在步驟(1)中，所述攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.8-1.6l/min，干氧的流量為0.8-1.6l/min，大氮的流量為10-14l/min。

進(jìn)一步地，在步驟(2)中，所述干氧的流量為1.0-2.0l/min，大氮的流量為10-15l/min，擴(kuò)散時(shí)間為35-45min。

進(jìn)一步地，在步驟(3)中，所述干氧的流量為1.5-2.5l/min；所述攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.8-1.2l/min。

進(jìn)一步地，在步驟(4)中，所述干氧的流量為0.5-1.5l/min，大氮的流量為8-12l/min。

進(jìn)一步地，在步驟(5)中，所述攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.2-1.6l/min，干氧的流量為0.5-0.8l/min。

進(jìn)一步地，在步驟(7)中，所述攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.8-1.6l/min，干氧的流量為0.8-1.6l/min，大氮的流量為10-15l/min。

優(yōu)選地，所述磷源為三氯氧磷，源溫恒定在4-8℃。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

(1)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池晶體硅片磷擴(kuò)散方法簡(jiǎn)單易行，在不增加設(shè)備工裝和工藝時(shí)間的同時(shí)，相對(duì)減少氣體的用量及擴(kuò)散爐內(nèi)的爐溫，降低了生產(chǎn)成本，并且本發(fā)明適用范圍廣，不僅可用于多種擴(kuò)散設(shè)備，還適用于單晶、多晶及類(lèi)單晶等多種硅片，適于推廣應(yīng)用；

(2)本發(fā)明采用分階段性的升溫推進(jìn)、恒溫推進(jìn)及降溫推進(jìn)，采取這樣的實(shí)施方式有益于方阻的均勻性；使得到的硅片方阻的片內(nèi)、片間均勻性均有較大提升，復(fù)合中心減少，從而增加了開(kāi)壓和效率；

(3)本發(fā)明在降低三氯氧磷源溫及爐溫的同時(shí)，相應(yīng)增大了攜源氮?dú)饧案裳醯牧髁?，并且隨時(shí)控制爐內(nèi)壓力，進(jìn)而帶來(lái)了以下意想不到的效果：a、降低了硅片表面的磷雜質(zhì)表面濃度，因而降低了表面少子復(fù)合率，提高光電轉(zhuǎn)換效率；b、使擴(kuò)散氣氛混合充分、均勻，可以將片內(nèi)及片間的方塊電阻的不均勻度控制在較理想的范圍，擴(kuò)散均勻性得到明顯的改善，進(jìn)而提高后續(xù)工藝參數(shù)的可控性，最終改善太陽(yáng)電池的電性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

一種太陽(yáng)能電池晶體硅片磷擴(kuò)散方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)將待處理的單晶硅片置于擴(kuò)散爐中，先以10℃/min的升溫速率升溫至380℃，保持15min，再以15℃/min的升溫速率升溫至740℃，并通入攜磷源氮?dú)?、干氧和大氮進(jìn)行恒定源擴(kuò)散，其中，所述攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.8l/min，干氧的流量為0.8l/min，大氮的流量為10l/min，擴(kuò)散時(shí)間為12min，控制爐內(nèi)壓力為80mpa；

(2)停止通入攜磷源氮?dú)?，?℃/min的升溫速率升溫至880℃，同時(shí)通入干氧和大氮進(jìn)行推進(jìn)，干氧的流量為1.0l/min，大氮的流量為10l/min，擴(kuò)散時(shí)間為35min，控制爐內(nèi)壓力為100mpa；

(3)保持步驟(2)中的溫度、壓力和大氮流量不變，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)饧案裳?，進(jìn)行低溫?cái)U(kuò)散，干氧的流量為1.5l/min；攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.8l/min，擴(kuò)散時(shí)間為15min，控制爐內(nèi)壓力為80mpa；

(4)待爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在780℃時(shí)，停止通入攜磷源氮?dú)猓銣赝七M(jìn)10min，干氧的流量為0.5l/min，大氮的流量為8l/min，控制爐內(nèi)壓力為80mpa；

(5)保持步驟(4)中的壓力不變，將爐內(nèi)溫度以4℃/min的升溫速率升高至860℃，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)夂透裳踹M(jìn)行恒定源擴(kuò)散，攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.2l/min，干氧的流量為0.5l/min，擴(kuò)散時(shí)間為20min；

(6)保持步驟(5)中的擴(kuò)散爐溫度、壓力和干氧流量不變，停止通入攜磷源氮?dú)?，進(jìn)行有氧限定源擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間25min；

(7)控制爐內(nèi)壓力在60mpa，將擴(kuò)散爐內(nèi)溫度降低到680℃，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)狻⒏裳跫按蟮?，進(jìn)行降溫?cái)U(kuò)散，攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.8l/min，干氧的流量為0.8l/min，大氮的流量為10l/min，且在降溫的同時(shí)進(jìn)行退火吸雜，降溫速率為6℃/min，擴(kuò)散時(shí)間為15min；

(8)待爐內(nèi)溫度溫低至520℃，出舟完成擴(kuò)散過(guò)程。

其中，上述的磷源采用三氯氧磷，其源溫恒定在4℃。

實(shí)施例2

一種太陽(yáng)能電池晶體硅片磷擴(kuò)散方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)將待處理的多晶硅片置于擴(kuò)散爐中，先以15℃/min的升溫速率升溫至400℃，保持20min，再以20℃/min的升溫速率升溫至760℃，并通入攜磷源氮?dú)狻⒏裳鹾痛蟮M(jìn)行恒定源擴(kuò)散，其中，所述攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.2l/min，干氧的流量為1.2l/min，大氮的流量為12l/min，擴(kuò)散時(shí)間為14min，控制爐內(nèi)壓力為100mpa；

(2)停止通入攜磷源氮?dú)?，?℃/min的升溫速率升溫至900℃，同時(shí)通入干氧和大氮進(jìn)行推進(jìn)，干氧的流量為1.5l/min，大氮的流量為15l/min，擴(kuò)散時(shí)間為40min，控制爐內(nèi)壓力為120mpa；

(3)保持步驟(2)中的溫度、壓力和大氮流量不變，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)饧案裳?，進(jìn)行低溫?cái)U(kuò)散，干氧的流量為2.0l/min；攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.0l/min，擴(kuò)散時(shí)間為20min，控制爐內(nèi)壓力為100mpa；

(4)待爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在800℃時(shí)，停止通入攜磷源氮?dú)?，恒溫推進(jìn)15min，干氧的流量為1.0l/min，大氮的流量為10l/min，控制爐內(nèi)壓力為100mpa；

(5)保持步驟(4)中的壓力不變，將爐內(nèi)溫度以6℃/min的升溫速率升高至870℃，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)夂透裳踹M(jìn)行恒定源擴(kuò)散，攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.4l/min，干氧的流量為0.6l/min，擴(kuò)散時(shí)間為25min；

(6)保持步驟(5)中的擴(kuò)散爐溫度、壓力和干氧流量不變，停止通入攜磷源氮?dú)?，進(jìn)行有氧限定源擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間30min；

(7)控制爐內(nèi)壓力在70mpa，將擴(kuò)散爐內(nèi)溫度降低到700℃，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)?、干氧及大氮，進(jìn)行降溫?cái)U(kuò)散，攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.2l/min，干氧的流量為1.2l/min，大氮的流量為13l/min，且在降溫的同時(shí)進(jìn)行退火吸雜，降溫速率為8℃/min，擴(kuò)散時(shí)間為20min；

(8)待爐內(nèi)溫度溫低至530℃，出舟完成擴(kuò)散過(guò)程。

其中，上述的磷源采用三氯氧磷，其源溫恒定在6℃。

實(shí)施例3

一種太陽(yáng)能電池晶體硅片磷擴(kuò)散方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)將待處理的單晶硅片置于擴(kuò)散爐中，先以20℃/min的升溫速率升溫至420℃，保持25min，再以25℃/min的升溫速率升溫至780℃，并通入攜磷源氮?dú)?、干氧和大氮進(jìn)行恒定源擴(kuò)散，其中，所述攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.6l/min，干氧的流量為1.6l/min，大氮的流量為14l/min，擴(kuò)散時(shí)間為16min，控制爐內(nèi)壓力為120mpa；

(2)停止通入攜磷源氮?dú)?，?℃/min的升溫速率升溫至920℃，同時(shí)通入干氧和大氮進(jìn)行推進(jìn)，干氧的流量為2.0l/min，大氮的流量為15l/min，擴(kuò)散時(shí)間為45min，控制爐內(nèi)壓力為150mpa；

(3)保持步驟(2)中的溫度、壓力和大氮流量不變，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)饧案裳?，進(jìn)行低溫?cái)U(kuò)散，干氧的流量為2.5l/min；攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.2l/min，擴(kuò)散時(shí)間為25min，控制爐內(nèi)壓力為120mpa；

(4)待爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在820℃時(shí)，停止通入攜磷源氮?dú)?，恒溫推進(jìn)20min，干氧的流量為1.5l/min，大氮的流量為12l/min，控制爐內(nèi)壓力為120mpa；

(5)保持步驟(4)中的壓力不變，將爐內(nèi)溫度以8℃/min的升溫速率升高至880℃，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)夂透裳踹M(jìn)行恒定源擴(kuò)散，攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.6l/min，干氧的流量為0.8l/min，擴(kuò)散時(shí)間為30min；

(6)保持步驟(5)中的擴(kuò)散爐溫度、壓力和干氧流量不變，停止通入攜磷源氮?dú)猓M(jìn)行有氧限定源擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間35min；

(7)控制爐內(nèi)壓力在80mpa，將擴(kuò)散爐內(nèi)溫度降低到720℃，同時(shí)通入攜磷源氮?dú)狻⒏裳跫按蟮?，進(jìn)行降溫?cái)U(kuò)散，攜磷源氮?dú)獾牧髁繛?.6l/min，干氧的流量為1.6l/min，大氮的流量為15l/min，且在降溫的同時(shí)進(jìn)行退火吸雜，降溫速率為10℃/min，擴(kuò)散時(shí)間為25min；

(8)待爐內(nèi)溫度溫低至540℃，出舟完成擴(kuò)散過(guò)程。

其中，上述的磷源采用三氯氧磷，其源溫恒定在8℃。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。