太阳能电池硅片的扩散方法与流程

文档序号:12275236阅读:2909来源:国知局

本发明属于太阳能电池制备技术领域,特别是涉及一种太阳能电池硅片的扩散方法。



背景技术:

太阳能电池片的生产工艺比较复杂,简单说来,目前的太阳能电池片的生产过程主要包括:制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷和烧结等。而PN结相当于是太阳能电池片的心脏,也是电池质量好坏的关键之一,因此,扩散是制作太阳能电池片的一个重要环节。

扩散制作PN结是太阳能电池生产的关键步骤,PN结的质量则直接决定着太阳能电池的转换效率。现有的扩散方法中,在向扩散炉中通入含三氯氧磷的氮气和氧气进行沉积后,将扩散炉内温度升至一定温度,同时向扩散炉内通入氧气一步推结磷的扩散,持续一段时间后直接对扩散炉进行降温,直至完成扩散工艺。

降低表面掺杂浓度,最常用的方法是降低磷源的通量,但这种方法会使磷源在扩散气体中混合不够充分,进而造成扩散后硅片内方阻不均匀;同时,由于磷源含量少,所以在很大程度上扩散炉的磷源进气口和排气口磷源的浓度相差较大,这种浓度差会造成扩散硅片片间方阻存在较大差异,即片间方阻均匀性变差。另外,由于磷源浓度较小,在保证所需掺杂量足够的前提下,需要增加扩散工艺时间或者提高扩散温度;而在低磷源的情况下,高温扩散将会进一步影响到方阻的均匀性。

但现有技术生产的硅片PN结的均匀性较差,导致产品的性能稳定性较差。



技术实现要素:

本发明针对以上问题提供一种处理后PN结的均匀性较好及使得产品的性能稳定性较好的太阳能电池硅片的扩散方法。

本发明解决以上问题所用的技术方案是:提供一种太阳能电池硅片的扩散方法,先将硅片放置在扩散炉中,所述扩散炉设有五个温区,五个温区分别为温度Ⅰ、温度Ⅱ、温度Ⅲ、温度Ⅳ和温度Ⅴ,且五个温区沿高度方向分别,所述扩散炉的控制方法包括以下步骤:

(1)开始:时间为25~45s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为8000~12000SCCM,小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为1000~2000Pa;

(2)进舟:时间为600~800s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为4500~8000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1000~2000Pa;

(3)升温:时间为500~700s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮、小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为180~300Pa;

(4)前氧化:时间为250~450s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为400~600SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为400~800SCCM,压力为180~300Pa;

(5)扩散:时间为480~580s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为500~900SCCM,小氮流量为100~240SCCM,氧气流量为100~500SCCM,压力为180~300Pa;

(6)第一次推结:时间为100~200s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为200~600SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为20~80Pa;

(7)第二次推结:时间为400~800s,温度设置为800~840℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为1500~2500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为100~300Pa;

(8)第三次推结:时间为500~600s,温度Ⅰ设置为820~860℃,温度Ⅱ的温度比温度Ⅰ的温度高2~4℃,温度Ⅲ与温度Ⅰ的温度相同,温度Ⅳ的温度比温度Ⅰ的温度低8~12℃,温度Ⅴ与温度Ⅳ的温度相同,大氮流量为1500~2500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为100~300Pa;

(9)后氧化:时间为600~1000s,温度设置为700~780℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为800~1200SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为800~1200SCCM;

(10)恒温:时间为100~140s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为8000~12000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM;

(11)出舟:时间为1000~1400s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为4500~8000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM;

(12)结束:时间为5~15s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为4500~8000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM;

(13)冷却:上述硅片冷却至室温,即得所要求的硅片。

作为优选,所述步骤(1)的温度为780℃。

作为优选,所述步骤(2)~步骤(6)的温度均与步骤(1)的温度相同。

作为优选,所述步骤(3)~步骤(5)的压力相同,步骤(7)~步骤(9)的压力相同,步骤(10)~步骤(12)的压力相同,且步骤(3)与步骤(7)的压力及步骤(7)与步骤(10)的压力均不相同。

作为优选,所述步骤(1)的大氮流量与步骤(10)的大氮流量相同。

作为优选,所述步骤(2)的大氮流量、步骤(11)的大氮流量与步骤(12)的大氮流量均相同。

采用以上方法后,与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

由于通过一扩散、三推结的方法,即在低于600℃的温度下沉积扩散来制备低浓度的掺杂层,然后进行三推结,分别为先低温(与扩散温度相同)推结,再升温后恒温推结,最后升温到高温(且高温还分不同温度的温区,使得磷原子扩散更加活跃)推结,为高温推结后温度降到780℃及以下,可以使磷原子由硅片向氧化层扩散,即实现与高温条件下相反的逆向扩散,已经扩散到硅片的磷原子,特别是硅片最表面层的磷原子将会向氧化层运动,而使硅片表面杂质浓度降低,这样不但可以增加PN结深度和均匀度,还可增加表面磷的浓度的同时增加结深,以便与金属栅线形成良好的欧姆接触(与现有技术的硅片相比,方阻要高6Ω/□~12Ω/□),增强电池的蓝光响应,使得产品的使用稳定性较好。

具体实施方式

以下结合具体实施例,对本发明做进一步描述。

实施例一

一种太阳能电池硅片的扩散方法,先将硅片放置在扩散炉中,所述扩散炉设有五个温区,五个温区分别为温度Ⅰ、温度Ⅱ、温度Ⅲ、温度Ⅳ和温度Ⅴ,且五个温区沿高度方向分别,所述扩散炉的控制方法包括以下步骤:

(1)开始:时间为25s,温度设置为790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为12000SCCM,小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为2000Pa;

(2)进舟:时间为600s,温度设置为790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为8000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为2000Pa;

(3)升温:时间为500s,温度设置为790℃,且五个温区的温度相同,大氮、小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为300Pa;

(4)前氧化:时间为250s,温度设置为790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为600SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为800SCCM,压力为300Pa;

(5)扩散:时间为480s,温度设置为790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为900SCCM,小氮流量为240SCCM,氧气流量为500SCCM,压力为300Pa;

(6)第一次推结:时间为100s,温度设置为790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为600SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为80Pa;

(7)第二次推结:时间为400s,温度设置为840℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为2500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为300Pa;

(8)第三次推结:时间为500s,温度Ⅰ设置为860℃,温度Ⅱ的温度比温度Ⅰ的温度高4℃,温度Ⅲ与温度Ⅰ的温度相同,温度Ⅳ的温度比温度Ⅰ的温度低8℃,温度Ⅴ与温度Ⅳ的温度相同,大氮流量为2500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为300Pa;

(9)后氧化:时间为600s,温度设置为780℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为1200SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为1200SCCM,压力为300Pa;

(10)恒温:时间为100s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为12000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为2000Pa;

(11)出舟:时间为1000s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为8000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为2000Pa;

(12)结束:时间为5s,温度设置为790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为8000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为2000Pa;

(13)冷却:上述硅片冷却至室温,即得所要求的硅片。

实施例二

一种太阳能电池硅片的扩散方法,先将硅片放置在扩散炉中,所述扩散炉设有五个温区,五个温区分别为温度Ⅰ、温度Ⅱ、温度Ⅲ、温度Ⅳ和温度Ⅴ,且五个温区沿高度方向分别,所述扩散炉的控制方法包括以下步骤:

(1)开始:时间为45s,温度设置为770℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为8000SCCM,小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为1000Pa;

(2)进舟:时间为800s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为4500~8000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1000Pa;

(3)升温:时间为700s,温度设置为770℃,且五个温区的温度相同,大氮、小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为180Pa;

(4)前氧化:时间为450s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为400~600SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为400SCCM,压力为180Pa;

(5)扩散:时间为580s,温度设置为770℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为500~900SCCM,小氮流量为100SCCM,氧气流量为100SCCM,压力为180Pa;

(6)第一次推结:时间为200s,温度设置为770℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为200SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为20Pa;

(7)第二次推结:时间为800s,温度设置为800℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为1500~2500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为100Pa;

(8)第三次推结:时间为600s,温度Ⅰ设置为820℃,温度Ⅱ的温度比温度Ⅰ的温度高2℃,温度Ⅲ与温度Ⅰ的温度相同,温度Ⅳ的温度比温度Ⅰ的温度低12℃,温度Ⅴ与温度Ⅳ的温度相同,大氮流量为1500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为100Pa;

(9)后氧化:时间为1000s,温度设置为700~780℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为800SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为800SCCM,压力为100Pa;

(10)恒温:时间为140s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为8000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为1000Pa;

(11)出舟:时间为1400s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为4500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为1000Pa;

(12)结束:时间为15s,温度设置为770℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为4500SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1000Pa;

(13)冷却:上述硅片冷却至室温,即得所要求的硅片。

实施例三

一种太阳能电池硅片的扩散方法,先将硅片放置在扩散炉中,所述扩散炉设有五个温区,五个温区分别为温度Ⅰ、温度Ⅱ、温度Ⅲ、温度Ⅳ和温度Ⅴ,且五个温区沿高度方向分别,所述扩散炉的控制方法包括以下步骤:

(1)开始:时间为35s,温度设置为780℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为11000SCCM,小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为1500Pa;

(2)进舟:时间为700s,温度设置为780℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为6000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1500Pa;

(3)升温:时间为600s,温度设置为780℃,且五个温区的温度相同,大氮、小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为260Pa;

(4)前氧化:时间为320s,温度设置为780℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为500SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为600SCCM,压力为260Pa;

(5)扩散:时间为540s,温度设置为780℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为500~900SCCM,小氮流量为170SCCM,氧气流量为300SCCM,压力为260Pa;

(6)第一次推结:时间为150s,温度设置为780℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为400SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为50Pa;

(7)第二次推结:时间为600s,温度设置为820℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为1900SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为200Pa;

(8)第三次推结:时间为550s,温度Ⅰ设置为840℃,温度Ⅱ的温度比温度Ⅰ的温度高3℃,温度Ⅲ与温度Ⅰ的温度相同,温度Ⅳ的温度比温度Ⅰ的温度低10℃,温度Ⅴ与温度Ⅳ的温度相同,大氮流量为2000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为200Pa;

(9)后氧化:时间为800s,温度设置为740℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为900SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为1000SCCM,压力为200Pa;

(10)恒温:时间为120s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为11000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为1500Pa;

(11)出舟:时间为1200s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为6000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为1500Pa;

(12)结束:时间为5~15s,温度设置为770~790℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为6000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1500Pa;

(13)冷却:上述硅片冷却至室温,即得所要求的硅片。

实施例四

一种太阳能电池硅片的扩散方法,先将硅片放置在扩散炉中,所述扩散炉设有五个温区,五个温区分别为温度Ⅰ、温度Ⅱ、温度Ⅲ、温度Ⅳ和温度Ⅴ,且五个温区沿高度方向分别,所述扩散炉的控制方法包括以下步骤:

(1)开始:时间为35s,温度设置为785℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为9000SCCM,小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为1700Pa;

(2)进舟:时间为750s,温度设置为785℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为7000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1700Pa;

(3)升温:时间为650s,温度设置为785℃,且五个温区的温度相同,大氮、小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为200Pa;

(4)前氧化:时间为400s,温度设置为785℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为500SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为500SCCM,压力为200Pa;

(5)扩散:时间为500s,温度设置为785℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为800SCCM,小氮流量为180SCCM,氧气流量为400SCCM,压力为200Pa;

(6)第一次推结:时间为180s,温度设置为785℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为60Pa;

(7)第二次推结:时间为700s,温度设置为830℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为2200SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为180Pa;

(8)第三次推结:时间为580s,温度Ⅰ设置为850℃,温度Ⅱ的温度比温度Ⅰ的温度高3℃,温度Ⅲ与温度Ⅰ的温度相同,温度Ⅳ的温度比温度Ⅰ的温度低11℃,温度Ⅴ与温度Ⅳ的温度相同,大氮流量为2200SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为180Pa;

(9)后氧化:时间为900s,温度设置为760℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为1100SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为1100SCCM,压力为180Pa;

(10)恒温:时间为130s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为9000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为1700Pa;

(11)出舟:时间为1300s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为7000SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为1700Pa;

(12)结束:时间为5~15s,温度设置为785℃℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为7000SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1700Pa;

(13)冷却:上述硅片冷却至室温,即得所要求的硅片。

实施例五

一种太阳能电池硅片的扩散方法,先将硅片放置在扩散炉中,所述扩散炉设有五个温区,五个温区分别为温度Ⅰ、温度Ⅱ、温度Ⅲ、温度Ⅳ和温度Ⅴ,且五个温区沿高度方向分别,所述扩散炉的控制方法包括以下步骤:

(1)开始:时间为27s,温度设置为775℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为8500SCCM,小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为1400Pa;

(2)进舟:时间为650s,温度设置为775℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为4800SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1400Pa;

(3)升温:时间为550s,温度设置为775℃且五个温区的温度相同,大氮、小氮和氧气的流量均为0SCCM,压力为200Pa;

(4)前氧化:时间为270s,温度设置为775℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为450SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为450SCCM,压力为200Pa;

(5)扩散:时间为490s,温度设置为775℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为600SCCM,小氮流量为135SCCM,氧气流量为200SCCM,压力为200Pa;

(6)第一次推结:时间为120s,温度设置为775℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为300SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为30Pa;

(7)第二次推结:时间为500s,温度设置为810℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为1600SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为160Pa;

(8)第三次推结:时间为520s,温度Ⅰ设置为830℃,温度Ⅱ的温度比温度Ⅰ的温度高3℃,温度Ⅲ与温度Ⅰ的温度相同,温度Ⅳ的温度比温度Ⅰ的温度低9℃,温度Ⅴ与温度Ⅳ的温度相同,大氮流量为1600SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为160Pa;

(9)后氧化:时间为700s,温度设置为720℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为900SCCM,小氮流量为0SCCM,氧气流量为900SCCM,压力为160Pa;

(10)恒温:时间为110s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为8500SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为1400Pa;

(11)出舟:时间为1100s,温度与步骤(9)中的设置相同,大氮流量为4800SCCM,小氮和氧气流量均为0SCCM,压力为1400Pa;

(12)结束:时间为7s,温度设置为775℃,且五个温区的温度相同,大氮流量为4800SCCM,小氮和氧气的流量为0SCCM,压力为1400Pa;

(13)冷却:上述硅片冷却至室温,即得所要求的硅片。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例,本发明不仅限于以上实施例还允许有其它结构变化,凡在本发明独立权要求范围内变化的,均属本发明保护范围。

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