一种可提高扩散均匀性的涂源扩散方法及扩散设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种可提高扩散均匀性的涂源扩散方法及扩散设备。现有技术直接在清洗所形成的疏水性的硅片表面涂敷扩散源易造成扩散源收缩凝聚，从而导致扩散不均匀。本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法先提供完成制绒清洗的硅片，之后在所述硅片表面氧化形成氧化层，接着在所述硅片表面喷涂扩散源，最后进行热处理在所述硅片上形成PN结。本发明可有效提高扩散的均匀性，避免PN结未覆盖整个硅片表面。
【专利说明】一种可提高扩散均匀性的涂源扩散方法及扩散设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳电池制造领域，特别涉及一种可提高扩散均匀性的涂源扩散方法及扩散设备。
【背景技术】
[0002]在晶体硅太阳电池制造领域，通过扩散在P型或N型的硅片上形成PN结是非常关键的工艺步骤，PN结的质量直接决定了太阳电池效率的高低。管式高温扩散是目前主流生产技术，其采用氮气(N2)携带三氯氧磷(POCL3)进入扩散管对放置在其中的硅片进行扩散，管式扩散的特点是产量大、工艺成熟操作简单。
[0003]但随着晶体硅太阳电池向大尺寸和超薄化方向发展，管式扩散造成的PN结在整个硅片表面分布的不均匀即扩散不均匀越来越成为电池效率难以提高的瓶颈。链式扩散等涂源扩散方式以其处理硅片尺寸几乎不受限制、均匀性好、碎片率低、产能高、所需的工艺时间短和成本较低等诸多优点，其在晶体硅制造领域的使用范围越来越广。链式扩散等涂源扩散工艺通常首先在P型硅片表面涂敷一层磷源(可为磷酸溶液或磷浆等)，然后通过炉体(通常为链式炉)进行热处理来形成PN结。但硅片在涂敷磷源前，硅片才完成清洗，其表面呈疏水性，磷源被涂敷在硅片表面后会收缩凝聚，导致扩散后方块电阻不均匀甚至PN结不完整，有些硅片表面甚至出现斑点。
[0004]在完成扩散步骤后，通常通过检验扩散后方块电阻均匀度来检验扩散均匀度，方块电阻不均匀度的计算公式为:方块电阻不均匀度=(R □最大值-R □最小值)/(R □最大值+R □最小值)X 100%，R □为硅片扩散后方块电阻值。上述现有技术的方块电阻不均匀度通常维持在10%?30%，甚至更大的数值上，从而导致所制成的太阳电池的电性能比较差。
[0005]使硅片表面呈现亲水性最好的方法是在硅片表面形成氧化层，若等硅片自然氧化形成氧化层需耗费至少几个小时，若进炉管进行氧化会耗时较长且工艺复杂。
[0006]因此，如何提供一种可提高扩散均匀性的涂源扩散技术以较低成本的与涂源工艺无缝衔接且能提高扩散的均匀性，已成为业界亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是要提供一种可提高扩散均匀性的涂源扩散方法和扩散设备，通过所述方法和设备可提高扩散的均匀性，并避免了 PN结不完整的现象。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种可提高扩散均匀性的涂源扩散方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:a、提供完成制绒清洗的硅片；b、在所述硅片表面氧化形成氧化层；c、在所述硅片表面喷涂扩散源；d、进行热处理在所述硅片上形成PN结。
[0009]在一较佳实施例中，步骤b包括以下步骤:b0、通过硝酸溶液对所述硅片进行氧化腐蚀；bl、通过去离子水清洗所述硅片且干燥所述硅片。
[0010]在进一步的较佳实施例中，在步骤bo中，所述硝酸溶液的质量百分比浓度为70%至90%，腐蚀温度为20至25°C，腐蚀时间为60?120s。
[0011]在一较佳实施例中，步骤b包括以下步骤:B0、通过过氧化氢溶液对所述硅片进行氧化腐蚀；B1、通过去离子水清洗所述硅片且干燥所述硅片。
[0012]在进一步的较佳实施例中，在步骤BO中，所述过氧化氢溶液的质量百分比浓度为20%至40%，腐蚀温度为20至25°C，腐蚀时间为60?120s。
[0013]在一较佳实施例中，所述硅片的掺杂类型为P型，所述扩散源为磷酸溶液或磷浆。
[0014]本发明还提供一种用于上述任一项所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法的可提高扩散均匀性的涂源扩散设备，包括涂敷模块和热处理模块，所述涂敷模块用于在硅片上涂敷扩散源，所述热处理模块用于处理表面涂覆有扩散源的硅片且在所述硅片上形成PN结，该链式扩散设备还包括氧化腐蚀槽和清洗槽，所述氧化腐蚀槽中放置有氧化溶液，用于在所述硅片表面腐蚀形成氧化层。
[0015]在一较佳实施例中，所述氧化溶液为硝酸溶液或过氧化氢溶液；所述过氧化氢溶液的质量百分比浓度为20%至40%，所述硝酸溶液的质量百分比浓度为70%至90%。
[0016]在一较佳实施例中，所述清洗槽中设置有喷淋模块，所述喷淋模块喷出去离子水对硅片进行清洗。
[0017]在一较佳实施例中，所述涂敷模块为丝网印刷单元或喷涂单元。
[0018]与现有技术中直接在清洗所形成的疏水性的硅片表面涂敷扩散源易造成扩散源收缩凝聚，从而导致扩散不均匀相比，本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法先提供完成制绒清洗的硅片，之后在所述硅片表面氧化形成氧化层，接着在所述硅片表面喷涂扩散源，最后进行热处理在所述硅片上形成PN结。本发明可有效提高扩散的均匀性，避免PN结未覆盖整个硅片表面。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法第一实施例的流程图；
[0020]图2为本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法第二实施例的流程图；
[0021]图3为本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散设备的实施例的组成结构示意图。
具体实施方案
[0022]下面结合具体实施例及附图来详细说明本发明的目的及功效。
[0023]参见图1，本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法的第一实施例首先进行步骤S10，提供完成制绒清洗的硅片。针对单晶和多晶硅片分别采用不用的制绒方法，当是单晶硅片时采用氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)等碱性溶液在硅片上形成类似金字塔形的绒面，当是多晶硅片时采用氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)或乙酸(CH3COOH)等酸性溶液在多晶硅片上形成类似虫孔状的绒面；对制绒后硅片进行清洗时依次用到盐酸(HCL)、氢氟酸溶液和去离子水等。在本实施例中，所述硅片为P型多晶硅片，电阻率为I Ω._，厚度为200 μ m?400 μ m,娃片大小为156_X 156mm,采用氢氟酸和硝酸的混合溶液对多晶娃制绒。
[0024]接着继续步骤S11，通过硝酸溶液对所述硅片进行氧化腐蚀；所述硝酸溶液的质量百分比浓度为70%至90%，腐蚀温度为20至25°C，腐蚀时间为60?120s。完成步骤Sll后，硅片表面具有Inm左右的二氧化硅。
[0025]接着继续步骤S12，通过去离子水清洗所述硅片；所述去离子水的电阻率大于10ΜΩ，通过水刀喷洗的方式对多晶硅片进行清洗，水洗时间为3?5min。
[0026]接着继续步骤S13，干燥所述硅片，可通过甩干或热风风干的方式来干燥所述硅片。在本实施例中，通过甩干的方式干燥所述硅片。
[0027]接着继续步骤S14，在所述硅片表面喷涂扩散源，通常所用的硅片的掺杂类型为P型，所述扩散源对应为磷酸溶液或磷浆等含磷的液态物质。在本实施例中，所述硅片的掺杂类型为P型，所述扩散源为质量百分比浓度为2%?5%的磷酸溶液，其通过喷嘴等喷涂至硅片正面。
[0028]接着继续步骤S15，进行热处理在所述硅片上形成PN结。在本实施例中，通过链式炉体对所述硅片进行热处理，链式炉体的峰值温度为850?900°C。其他实施例中，也可通过管式炉进行热处理，但其效果和生产效率可能均低于链式炉。
[0029]测试完成步骤S15的硅片的整个面上的方块电阻，且计算得出本实施的方块电阻不均匀度为6%以下。
[0030]参见图2，本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法的第二实施例首先进行步骤S20，提供完成制绒清洗的硅片。在本实施例中，所述硅片为P型多晶硅片，电阻率为
IΩ.cm,厚度为200 μ m?400 μ m,娃片大小为156mmX 156mm,米用氢氟酸和硝酸的混合溶液对多晶娃制续。
[0031]接着继续步骤S21，通过过氧化氢(H2O2)溶液对所述硅片进行氧化腐蚀；所述过氧化氢溶液的质量百分比浓度为20 %至40 %，腐蚀温度为20至25°C，腐蚀时间为60?120s。
[0032]接着继续步骤S22，通过去离子水清洗所述硅片；所述去离子水的电阻率大于10ΜΩ，通过水刀喷洗的方式对多晶硅片进行清洗，水洗时间为3?5min。
[0033]接着继续步骤S23，干燥所述硅片，可通过甩干或热风风干的方式来干燥所述硅片。在本实施例中，通过甩干的方式干燥所述硅片。
[0034]接着继续步骤S24，在所述硅片表面喷涂扩散源，通常所用的硅片的掺杂类型为P型，所述扩散源对应为磷酸溶液或磷浆等含磷的液态物质。在本实施例中，所述硅片的掺杂类型为P型，所述扩散源为质量百分比浓度为2%?5%的磷酸溶液，其通过喷嘴等喷涂至硅片正面。
[0035]接着继续步骤S25，进行热处理在所述硅片上形成PN结。在本实施例中，通过链式炉体对所述硅片进行热处理，链式炉体的峰值温度为850?900°C。
[0036]测试完成步骤S25的硅片的整个面上的方块电阻，且计算得出本实施的方块电阻不均匀度为7%以下。
[0037]参见图3，本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散设备的实施例包括氧化腐蚀槽
1、清洗槽2、干燥模块3、涂敷模块4和热处理模块5，所述氧化腐蚀槽I中放置有氧化溶液，所述氧化溶液用于在硅片表面形成氧化层，所述氧化溶液为硝酸溶液或过氧化氢溶液；所述过氧化氢溶液的质量百分比浓度为20%至40%，所述硝酸溶液的质量百分比浓度为70%至90 %。在本实施例中，所述氧化腐蚀槽I中为过氧化氢溶液，其质量百分比浓度为30%。
[0038]所述清洗槽2中设置有喷淋模块(未图示)，所述喷淋模块喷出去离子水对硅片进行清洗。所述干燥模块3用于干燥经去离子水清洗的硅片，所述干燥模块3可为甩干机或风干机等。在本实施例中，所述干燥模块3为甩干机。
[0039]所述涂敷模块4用于在硅片上涂敷扩散源，所述涂敷模块4为丝网印刷单元或喷涂单元。在本实施例中，所述涂敷模块3为通过喷嘴喷涂的喷涂单元，所述扩散源为质量百分比浓度为2%?5%的磷酸溶液。
[0040]所述热处理模块5用于处理表面涂覆有扩散源的硅片且在所述硅片上形成PN结，所述热处理模块5可为链式炉或管式炉等。在本实施例中，所述热处理模块5为链式炉，链式炉的峰值温度为850?900°C。在其他实施例中，所述热处理模块5可为管式炉，但其效果和生产效率可能均低于链式炉。
[0041]为进一步说明本发明的目的和功效，以在图3所示的涂源扩散设备中进行156mmX156mm多晶硅片(已完成制绒清洗)的涂源扩散为例进行说明，首先将所述多晶硅片放置至氧化腐蚀槽I中，所述氧化腐蚀槽I中质量百分比浓度为30%的过氧化氢溶液，经过90s的腐蚀后，所述多晶硅片表面形成了一薄层厚度约为Inm左右的氧化层，之后将多晶硅片放置至清洗槽2中且通过设置在其中的喷淋模块如水刀等对所述多晶硅片进行冲洗，接着通过干燥模块3甩干或烘干所述多晶硅片，然后通过涂敷模块4在所述多晶硅片表面涂敷扩散源例如磷酸溶液等，最后通过热处理模块5将所述多晶硅片上的扩散源推进至硅片且形成PN结。
[0042]综上所述，本发明的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法及扩散设备先提供完成制绒清洗的硅片，之后在所述硅片表面氧化形成氧化层，接着在所述硅片表面喷涂扩散源，最后进行热处理在所述硅片上形成PN结。本发明可有效提高扩散的均匀性，且避免PN结未覆盖整个硅片表面。
【权利要求】
1.一种可提高扩散均匀性的涂源扩散方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:a、提供完成制绒清洗的硅片；b、在所述硅片表面氧化形成氧化层；c、在所述硅片表面喷涂扩散源；d、进行热处理在所述硅片上形成PN结。
2.根据权利要求1所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法，其特征在于，步骤b包括以下步骤:bO、通过硝酸溶液对所述硅片进行氧化腐蚀；bl、通过去离子水清洗所述硅片且干燥所述硅片。
3.根据权利要求2所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法，其特征在于，在步骤bO中，所述硝酸溶液的质量百分比浓度为70%至90%，腐蚀温度为20至25 °C，腐蚀时间为60 ?120so
4.根据权利要求1所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法，其特征在于，步骤b包括以下步骤:B0、通过过氧化氢溶液对所述硅片进行氧化腐蚀；B1、通过去离子水清洗所述硅片且干燥所述硅片。
5.根据权利要求4所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法，其特征在于，在步骤BO中，所述过氧化氢溶液的质量百分比浓度为20%至40%，腐蚀温度为20至25°C，腐蚀时间为 60 ?120s。
6.根据权利要求1所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法，其特征在于，所述硅片的掺杂类型为P型，所述扩散源为磷酸溶液或磷浆。
7.一种用于权利要求1至6中任一项所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散方法的可提高扩散均匀性的涂源扩散设备，包括涂敷模块和热处理模块，所述涂敷模块用于在硅片上涂敷扩散源，所述热处理模块用于处理表面涂覆有扩散源的硅片且在所述硅片上形成PN结，其特征在于，该链式扩散设备还包括氧化腐蚀槽和清洗槽，所述氧化腐蚀槽中放置有氧化溶液，用于在所述硅片表面腐蚀形成氧化层。
8.根据权利要求7所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散设备，其特征在于，所述氧化溶液为硝酸溶液或过氧化氢溶液；所述过氧化氢溶液的质量百分比浓度为20%至40%,所述硝酸溶液的质量百分比浓度为70%至90%。
9.根据权利要求7所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散设备，其特征在于，所述清洗槽中设置有喷淋模块，所述喷淋模块喷出去离子水对硅片进行清洗。
10.根据权利要求7所述的可提高扩散均匀性的涂源扩散设备，其特征在于，所述涂敷模块为丝网印刷单元或喷涂单元。
【文档编号】H01L31/18GK103824761SQ201210475471
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年11月19日 优先权日:2012年11月19日
【发明者】沈家军, 严婷婷, 艾凡凡, 陈如龙, 杨健 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司