专利名称：一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种晶体硅太阳能电池生产设备领域，尤其是一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备。
背景技术：
太阳电池的发展方向是低成本、高效率，而选择性发射极结构是p-n结晶体硅太阳电池生产工艺中有希望实现高效率的方法之一。选择性发射极结构有两个特征1)在电极栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；幻在其他区域形成低掺杂浅扩散区。在电极栅线底下及其附近形成高掺杂深扩散区，高掺杂做电极时容易形成欧姆接触，且此区域的体电阻较小，从而降低太阳电池的串联电阻，提高电池的填充因子FF。杂质深扩散可以加深加大横向n+/p结，而横向n+/p结和在低掺杂区和高掺杂区交界处形成的横向n+/n高低结可以提高光生载流子的收集率，从而提高电池的短路电流Isc。另外，深结可以防止电极金属向结区渗透，减少电极金属在禁带中引入杂质能级的几率。在太阳能电池活化区低掺杂可以降低少数载流子的体复合几率，且可以进行较好的表面钝化，降低少数载流子的表面复合几率，从而减小电池的反向饱和电流，提高电池的开路电压Voc和短路电流Isc。另外，因越靠近太阳电池的表面，光生载流子的产生率越高， 而越靠近扩散结光生载流子的收集率越高，故浅扩散结可以在高载流子产生的区域获得高的收集率，提高电池的短路电流Isc。总之，该种结构可以提高太阳电池的开路电压Voc，短路电流Isc和填充因子FF， 从而使电池获得高的光电转换效率。现有技术中，制做太阳能电池选择性发射极通常使用磷掺杂后光刻，然后二次掺杂，或者进行激光刻槽后埋栅。这两种方法工艺都较为繁琐，其设备也比较复杂。以激光的两次掺杂制做选择性发射极的方法工艺很简单，非常适于实际应用。本实用新型主要针对这个方法，设计一种可以连续快捷实现这种方法的设备，用以实现其大规模的生产过程。
实用新型内容实用新型目的本实用新型所要解决的技术问题是针对一种制备晶体硅太阳能电池选择性发电极的方法，提供一种工艺简单、质量可靠、可以实现大规模生产、可操作性强的适用于二次激光掺杂制备选择性发射极方法的设备，使其工艺在实际生产过程中得以应用。技术方案本实用新型主要由连续真空室、气路控制系统、电控系统、真空抽气系统组成。连续真空室与气路控制系统通过导气管、阀等，与电控系统通过各种电气元件，与真空抽气系统通过真空元器件分别连接。其中气路控制系统为连续真空室中的激乐掺杂真空室提供掺杂工艺气体；工艺气体通过阀门、质量流量计进入激光掺杂真空室。电控系统分别与连续真空室、气路控制系统、真空机组进行连接并实施控制，电控系统对连续真空室的控制主要是进出样片、激光器功率、工艺气体压力、样片加热温度、激光器照射样片时间等； 电控系统对气路控制系统的控制主要是导气阀门的开闭时间、气体流量计的测量等；电控系统对真空机组的控制主要是机械泵启动、停止，真空阀门的开闭及互锁、抽气时间等。其中真空机组与连续真空室相连接，主要对连续真空室抽真空，为掺杂工艺气体提供本底真空度，保证掺杂质量；真空机组中前级泵排气口与废气管路相连接，废气经管道排出后经过处理至符合环保标准后排入大气。连续真空室由进出片室和激光掺杂真空室组成，进出片室位于腔室的两侧，激光掺杂真空室处于中间位置。真空室材质为可耐酸碱的不锈钢，通常采用316L不锈钢，腔室整体外形为长方形，内部为多腔室结构。进出片室装有真空门，以方便取放样片，其余各室以真空阀门相联接，可采用真空翻板阀或者真空插板阀，可在样片在各室间传送时快速开闭。激光掺杂真空室顶部靠近进片室的位置装有真空密封的玻璃窗，其尺寸面积大于样片面积，玻璃窗上方装有激光轻掺杂系统，可发出若干道横向线激光或者面激光，激光的横向长度大于待处理样片的长度，保证样片全部的面积可以得到激光照射。在靠近出片室的一端有另一个装有真空密封的狭长玻璃窗，其上方安装有线形激光重掺杂系统，本实用新型优选激光轻掺杂系统为连续式激光器，激光重掺杂系统为巨脉冲激光器。激光掺杂真空室的底部，均勻分布有带布气孔的布气室，布气室上有跟进气管道相连接的进气法兰，并与气路控制系统相连接。进片室及激光掺杂真空室装有加热器，可以对样片均勻加热。各腔室正面装有金属观察窗，后面由真空管道及真空阀门跟真空抽气系统相连接。各腔室内部装有可独立无级调速的传动系统及载片小车，传动系统为辊传动或者齿轮传动。其中载片小车由铝板及带有弹性的可耐高温不容易挥发的弹性压片组成，弹性片经定位销固定在铝板上适当位置。真空机组由机械机组、高真空泵及真空管道组成。其中高真空泵可以采用低温泵、 分子泵等，高真空泵与真空室之间以高真空阀门相连接。机械机组跟高真空泵通过前置阀相联接，跟真空室通过粗抽阀门相连接。真空管道采用不锈钢真空管和真空波纹管连接。气路控制系统主要用于实现对掺杂气体的流量控制。主要部件包括质量流量计、 单向阀、气动截止阀、导气管路、减压阀、气瓶。工艺气体由气瓶中流出，经过减压阀、质量流量计、单向阀、气动截止阀进入激光掺杂真空室并均勻布气；工艺所需的工艺气体可以先在激光掺杂真空室外的管道中混合再进入激光掺杂真空室，也可以先进入激光掺杂真空室再进行混合。气路控制系统各个部件间通过不锈钢管进行连接，气路控制系统控制信号由电控系统(PLC)提供。电控系统主要由PLC控制器组成，PLC控制器本身带有基本操作程序，设有可变参数，可变参数由操作人员通过屏幕进行设定，设定的参数通过PLC对被控制部件进行控制。 同时，PLC也可以跟个人电脑相连接，对工艺过程中的各项参数实行实时跟踪和记忆储存， 将电脑连接上网，可以实现对工艺的远程控制及监控。做为本实用新型的一个优选方案，所述进出片室与激光掺杂室之间，可以增设缓冲室，以更好地保证激光掺杂室内的工艺气氛。有益成果本实用新型是针对现有晶体硅太阳能电池生产过程中，采用激光照射二次掺杂制备选择性发电极的新工艺而设计的设备。可以在晶体硅上实现快速、高效的制备选择性发射极工艺。本设计方案可以完全满足这种新技术的各种工艺条件，三个真空室将进片、掺杂和出片室的功能分离开来，使之可以同时工作，缩短了工艺时间，适合于大批量规模生产。由于激光掺杂真空室不会直接曝露于大气之中，使掺杂过程中的气氛条件保持良好状态，有利于保证工艺质量。载片小车充分考虑了硅片的脆性及不同生产线条件下产量的不同，设计简单而且可以根据产量不同调节每车的载片量。三个真空室的传动系统可以独立无级调速，可以充分保证在不同的工艺阶段，对传动系统的不同要求，如工艺条件需求发生变化，传动系统也可以有弹性地满足其要求，增加其设备的兼容性。由于并不采用复杂的结构，精密的配合，本方案容易实现重复性好且成本较低，非常适用于量化生产。
[0018]附图1为系统模块图[0019]附图2为系统结构图[0020]附图3为布气室正视图[0021]附图4为布气室俯视图[0022]附图5为传动辊示意结构正视图[0023]附图6为传动辊示意结构俯视图[0024]附图7为硅片载片托板正视图[0025]附图8为硅片载片托板俯视图
具体实施例如图1所示，本实用新型主要由激光掺杂真空室、气路控制系统、电控系统、真空抽气系统组成。其中电控系统对激光掺杂真空室，气路控制系统、真空抽气系统实行控制。激光掺杂真空室与真空抽气系统的连接方式如图2所示，其中真空室1，3分别为进片室，出片室，真空室2为激光激光掺杂真空室。高真空泵42、机械机组43由真空阀门41 联接。置于激光掺杂室2上方的激光发射系统fe、5b由支架6分别固定于玻璃窗正上方。 观察窗7位于真空室侧面，每个真空室皆有一个。激光掺杂室2两端与进出片室以高真空阀门8相连接，进片室1入口和出片室3出口配置可手动开关的真空室门9实现密封。如图3、4、5所示布气箱10位于激光掺杂室的底部，其中心位置与玻璃窗中心位置位于一条竖直线上，与玻璃窗所在平面相平行的传动辊下方。U为传动辊系统，如图5所示，包括动密封套Ila及辊棒11b，位于真空室下方，三个真空室可以分别实现不同的传动速度。图7、图 8为载片架，由铝板15、塑料王压片14、开口销12及定位销13组成。
以下结合附图及具体实施方式
进一步说明本实用新型。对156 X 156经过前序工艺处理的P型硅片进行选择性发射极制做，设载片小车载片量为10片，生产节拍10分钟一炉。根据载片小车尺寸计算出各真空室尺寸，由真空室大小及生产节拍和工艺需要达到的真空度确定真空抽气系统的配置。其生产过程如下，对进片室放气，打开真空室门，将载片架放入真空室内传动系统辊上。关闭真空室门，对进片室、 激光掺杂真空室、出片室进行抽真空，同时，开启进片室及激光掺杂真空室内预热系统。当真空度达到本底真空度时，向激光掺杂真空室内通入掺杂气体，当预热温度，加热时间及激光掺杂真空室内压强符合工艺条件时，打开进片室与激光掺杂真空室之间的真空阀门，将载片小车传送到激光掺杂真空室，然后关闭真空阀门，同时开启激光器，根据激光器1对硅片轻掺杂制备超浅结的时间计算出传动辊的速度，然后根据这个速度及硅片刻栅宽度计算出巨激光器每次暂停发射激光的时间间隔，设定其参数。当硅片完成第一次轻掺杂后到达第二个玻璃窗正下方，巨激光器对其栅格位置进行间隔式照射，实现重掺杂。当掺杂进行一定时间，满足工艺掺杂要求时，关闭激光器及工艺气体，打开激光掺杂真空室与出片室之间的阀门，将载片架用传动系统送入出片室。同时关闭真空阀门。然后对出片室放气，打开出片室真空阀门，取出载片小车。 本设计方案可以完全满足这种新技术的各种工艺条件，三个真空室将进片、掺杂和出片室的功能分离开来，使之可以同时工作，缩短了工艺时间。由于两次激光掺杂所需条件的除激光相关参数，其它参数都可以相同，将这两个工艺过程放在同一室内，可以节省一个真空室，同时不会影响其生产效率及自动化程度。 由于激光掺杂真空室不会直接曝露于大气之中，使掺杂过程中的气氛条件保持良好状态，有利于保证工艺质量。载片小车充分考虑了硅片的脆性及不同生产线条件下产量的不同，设计简单而且可以根据产量不同调节每车的载片量。三个真空室的传动系统可以独立无级调速，可以充分保证在不同的工艺阶段，对传动系统的不同要求，如工艺条件需求发生变化，传动系统也可以有弹性地满足其要求，增加其设备的兼容性。如在本实施例中， 采用线性激光器，掺杂室在掺杂过程中则需要考虑传动速度的设置及激光功率和掺杂深度的要求。独立调速，可以在不影响其它工艺环节的情况下实现，使这种改变变得容易。 本实用新型提供了一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备的设计方案， 是一种对应于新技术的新设备方案，依据本设计方案的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径还有很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术方案原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
权利要求1.一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备，包括连续式真空室、气路控制系统，电控系统、真空抽气系统、激光系统等，其特征在于连续式真空室为三室，将进片、出片、 掺杂三个工艺环节分离开来；位于所述激光掺杂室中的激光掺杂系统为两套，激光轻掺杂系统用来在晶体硅表面制备超浅结，激光重掺杂系统对晶体硅片上的栅格位置进行重掺杂使超浅结变成选择性发射极；分段可独立无级调速的传动系统，适应各段工艺不同的传送速度。
2.如权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备，其特征在于所述激光系统设于真空室正上方，可透过玻璃窗照射到基片上。
3.如权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备，其特征在于所述轻激光掺杂系统位于重激光掺杂系统前面。
4.如权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备，其特征在于，进片室中设有加热装置，可对基片进行预加热。
5.如权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备，其特征在于激光掺杂真空室中设有加热装置，在工艺过程中可对基片进行本底预热。
6.如权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备，其特征在于布气室设于激光掺杂真空室的正下方，实现均勻分布掺杂气体。
7.如权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备，其特征在于传动系统与载片小车间设为磨擦式传输，保证传送速度平稳均勻。
8.如权利要求1所述的一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备，其特征在于所述进出片室与激光掺杂室之间，可以增设缓冲室，可以更好地保证激光掺杂室内的工艺气氛。
专利摘要本实用新型公开了一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的设备。设备包括连续式真空室、气路控制系统、电控系统、加热系统、激光系统、抽气系统。其中真空腔室1为进片腔室，腔室3为出片腔室，进出片室装有可手动开关装下片的真空门，进片室设有对基片加热的预热系统。腔室2为激光掺杂真空室，具有两套可透过玻璃窗垂直射到硅片上的激光系统其中一套为激光轻掺杂系统，另一套为激光重掺杂系统，用来形成选择性发射极。真空室之间以高真空阀门相联接，传动系统为独立无级调速。真空机组由机械泵组、废气处理装置、阀门及管道系统等组成。电控系统的PLC控制器控制气体的压强、加热温度、传动系统。本实用新型可实现激光制备选择性发射极新技术的量化生产。
文档编号H01L31/18GK202127036SQ201120253329
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者刘莹 申请人:刘莹