本发明涉及一种对太阳能电池片进行扩散制作pn结的工艺。
背景技术：
太阳能电池，也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。
扩散是晶体硅太阳能电池片生产过程中的一道重要工序，传统扩散工艺对晶体硅太阳能电池片的表面均匀掺杂，为了减少接触电阻、提高电池带负载能力，太阳能电池片的表面掺杂浓度较高，但表面杂质浓度过高导致扩散区能带收缩、晶格畸变、缺陷增加、“死层”明显、电池短波响应差；为了得到良好短波响应的高效晶体硅太阳能电池片，晶体硅片的扩散朝高方阻方向发展。目前采用的晶体硅太阳能电池片的扩散方法为：将晶体硅片放置于卧式扩散炉腔内，通入混合气体，混合气体由氮气和三氯氧磷按比例混合而成，在常压状态下对晶体硅片进行扩散，扩散加工后得到的晶体硅片内的表面方块电阻均匀性差，在进行高表面方块电阻制作时，容易导致后续的生产过程出现低效率的晶体硅太阳能电池片。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种太阳能电池片扩散工艺，经过低温、高温两次扩散，并进行升温、降温两次有氧推进，在降低硅片表面杂质浓度的同时提高了扩散的均匀性，提高了太阳能电池对光的吸收率，从而提高了太阳能电池的转换效率。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种太阳能电池片扩散工艺，包括以下步骤：
a.将电池片放入扩散炉，并往扩散炉中通入大氮；
b.将扩散炉炉腔升温至第一温度，并持续通入大氮；
c.将炉腔维持在第一温度，并向炉腔内通入大氮和氧气对电池片进行氧化；
d.在第一温度下进行低温扩散，此过程中持续向炉腔内通入大氮、小氮、氧气；
e.将扩散炉炉腔升温至第二温度同时推进磷原子，继续通入大氮；
f.将炉腔维持在第二温度并进行高温扩散，此过程中持续向炉腔内通入、小氮、氧气；
g.将扩散炉炉腔升温至第三温度同时推进磷原子，继续通入大氮；
h.在第三温度下持续推进磷原子，此过程中持续向炉腔内通入大氮、氧气；
i.降温并进行氧化同时推进磷原子，此过程中持续向炉腔内通入大氮、氧气；
j.出炉；
其中，第一温度<第二温度<第三温度。
作为一种优选，所述的第一温度为770-790℃，所述第二温度为807-827℃，所述第三温度为840-860℃。
作为一种改进，步骤a中将扩散炉初始温度设置在590-610℃。
作为一种优选，步骤b中，以0.18-0.22℃/s的速度将炉腔温度升至第一温度；步骤e中，以0.18-0.22℃/s的速度将炉腔温度升至第二温度；步骤g中，以0.18-0.22℃/s的速度将炉腔温度升至第三温度；步骤i中以0.18-0.22℃/s的速度降温。升温和降温太快硅片易碎，而且太快的降温会析出一些多余的杂质在表面作为陷阱态捕获电子
作为一种优选，步骤a至步骤i中大氮通入的流量均为1800-2200ml/min。
作为一种优选，步骤c中氧气通入的流量为80-120ml/min；步骤d中氧气通入的流量为180-220ml/min；步骤f中氧气通入的流量为180-220ml/min；步骤h中氧气通入的流量为180-220ml/min；步骤i中氧气通入的流量为180-220ml/min。步骤c、d、f中通氧的目的不同，因此需要的通氧量有差别。步骤c的目的是形成一层很薄的sio2层，使之后的扩散更加均匀。步骤d、f中的氧作为生成磷源的反应气体，反应式如下：
4pocl3+3o2＝2p2o5+6cl2
2p2o5+5si＝5sio2+4p
步骤f中通入氧气的目的是生成的sio2与表面重掺杂的过量p反应
作为一种优选，步骤d中小氮通入的流量为180-220ml/min；步骤f中小氮通入的流量为80-120ml/min。步骤d步骤f步骤h，通入的小氮量是在逐步减小直至h步骤中小氮量为零，目的是减小p原子在表面的掺杂浓度。
作为一种优选，步骤c中通入氧气进行氧化的时间为180-220s；步骤d中低温扩散的时间为480-520s；步骤f中高温扩散的时间为280-320s；步骤h中磷原子推进的时间为180-220s。
作为一种优选，步骤b-步骤i中所述扩散炉中的压强保持在100-140mbar。
本发明的有益之处在于：具有上述步骤的太阳能电池扩散工艺，通过低温、高温两阶扩散，以及间隔在两阶扩散之间的推进，将p原子从表面推入pn结内，尽可能降低表面p浓度。而现有技术中的扩散和推进方式，相比本发明而言p原子的表面浓度要高。高浓度p原子会在表面形成死层，捕获电子，电池片的光电转换效率降低。而相对于现有技术，本发明保证杂质磷原子由硅片表面向硅片内部扩散的同时，避免了因硅片表面二氧化硅层过厚，而影响杂质的扩散以及磷硅玻璃去除的问题，并且采用本发明提供的扩散方法，增加了扩散杂质的浓度梯度分布和载流子寿命，在降低硅片表面杂质浓度的同时提高了扩散的均匀性，从而提高了太阳能电池在短波段内的光谱响应度，提高了太阳能电池对光的吸收率，进而提高了太阳能电池的转换效率。另外，本发明还具有如下优点，1、更均匀的pn结；2、单管炉内硅片间隔可以小，产量更大；3、省源省气。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
扩散是为了制作pn结，将p型的硅片放入扩散炉内，通过硅原子之间的空隙使n型杂质原子由硅片表面层向硅片内部扩散，形成pn结，使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样便形成电流，也就使硅片具有光伏效应。本申请中所述的大氮是指纯氮气，而小氮是指携带磷源(三氯氧磷)的氮气。
本发明提供了一种太阳能电池片扩散工艺，包括以下步骤：
a.将电池片放入扩散炉，并往扩散炉中通入大氮；在放入电池片之前，将扩散炉初始温度设置在590-610℃。电池片最好在石英舟中背对背放置，将石英舟置入扩散炉中。大氮的通入量为1800-2200ml/min，其目的在于调节反应的压强，使得反应过程中，扩散炉炉腔内的压强保持在100-140mbar。
b.将扩散炉炉腔升温至第一温度，并持续通入大氮；该步骤中，以0.18-0.22℃/s的速度将炉腔温度升至770-790℃，持续以1800-2200ml/min向炉腔内通入大氮，使得炉腔内的压强保持在100-140mbar。
c.将炉腔维持在第一温度，并向炉腔内通入大氮和氧气对电池片进行氧化；该步骤中，通入氧气进行氧化的时间为180-220s；氧气通入的流量为80-120ml/min；大氮通入的流量为1800-2200ml/min。炉腔内的压强保持在100-140mbar。该步骤的目的在于在电池片表面形成均匀的氧化层，让后续扩散更加的均匀。
d.在第一温度下进行低温扩散，此过程中持续向炉腔内通入大氮、小氮、氧气；电池片表面形成一层含磷的sio2层。该步骤中，在770-790℃下进行低温扩散，低温扩散的时间为480-520s；小氮通入的流量为180-220ml/min；氧气通入的流量为180-220ml/min；大氮通入的流量为1800-2200ml/min。炉腔内的压强保持在100-140mbar。pocl3在高温下大于600℃时分解生成五氯化磷(pcl5)和五氧化二磷(p2o5)；生成的p2o5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(sio2)和磷原子。pocl3热分解时，如果没有外来的氧(o2)参与其分解是不充分的，生成的pcl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来o2存在的情况下，pcl5会进一步分解成p2o5并放出氯气(cl2)。生成的p2o5又进一步与硅作用，生成sio2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使pocl3充分的分解和避免pcl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。有氧气存在时，pocl3分解产生的p2o5淀积在硅片表面，p2o5与硅反应生成sio2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。
e.将扩散炉炉腔升温至第二温度同时推进磷原子，继续通入大氮；边升温边推进。该步骤中，以0.18-0.22℃/s的速度将炉腔温度升至807-827℃；大氮通入的流量为1800-2200ml/min。炉腔内的压强保持在100-140mbar。
f.将炉腔维持在第二温度并进行高温扩散，此过程中持续向炉腔内通入、小氮、氧气；该步骤中，在807-827℃下进行高温扩散，高低温扩散的时间为280-320s；小氮通入的流量为80-120ml/min；氧气通入的流量为180-220ml/min；大氮通入的流量为1800-2200ml/min。炉腔内的压强保持在100-140mbar。
g.将扩散炉炉腔升温至第三温度同时推进磷原子，继续通入大氮；该步骤中，以0.18-0.22℃/s的速度将炉腔温度升至840-860℃。大氮通入的流量为1800-2200ml/min。炉腔内的压强保持在100-140mbar。
h.在第三温度下持续推进磷原子，此过程中持续向炉腔内通入大氮、氧气；该步骤中，在840-860℃下持续推进磷原子180-220s。氧气通入的流量为180-220ml/min；大氮通入的流量为1800-2200ml/min。炉腔内的压强保持在100-140mbar。高温下可使将表面高浓度的p原子向基体中扩散，减小表面死层。通入氧气的目的是生成的sio2与表面重掺杂去过量的p反应，生成后续能用酸清洗掉的psg(磷硅玻璃)。
i.降温并进行氧化同时推进磷原子，此过程中持续向炉腔内通入大氮、氧气；以0.18-0.22℃/s的速度降至室温，氧气通入的流量为180-220ml/min；大氮通入的流量为1800-2200ml/min。炉腔内的压强保持在100-140mbar。
j.出炉。整个过程中，第一温度<第二温度<第三温度。
本发明采用了低温扩散、高温扩散、升温推进、高温持续推进、最后降温氧化同时推进的方式。低温扩散时，磷原子会堆积在硅片表面，此时晶界扩散起主要作用，杂质原子会通过晶界和位错″管道″逸出，但吸杂的效果不明显；第二步高温扩散，可以快速有效的溶解金属沉淀和金属复合体使杂质原子从不同的形态变为可以快速移动的间隙原子，但此高温下，在多晶硅衬底和在重磷扩散区域内的分凝系数差别不大，所以就需要进一步高温再推进，最后降温增加吸杂的驱动力(此时金属在不同区域的分凝系数相差很大)，最终达到改善原材料的目的。
以下是依照上述方法进行扩散与常规方案进行扩散后电池片方阻数据。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。