太阳能电池及其制造方法与流程

本公开涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种用于制造太阳能电池的扩散工艺。

背景技术：

随着光伏平价上网时代来临，光伏产业链各环节仍需不断进行技术革新，进一步降低度电成本。

在太阳能电池的各个组成部分中，扩散层的质量是至关重要的，其直接影响所形成的p-n结以及最终得到的太阳能电池的性能。例如，扩散层的均匀性会影响太阳能电池的效率和产量。因此，如何获得均匀性良好的扩散层，目前仍是具有挑战性的课题。

另外，在硅片端，大尺寸化正在成为行业发展趋势。硅片尺寸增加，能有效提升电池和组件生产线的产出量，降低每瓦生产成本，提升电池组件的功率和转换效率。然而，硅片尺寸增加的同时导致制造工艺中气体流量的分布均匀性较差，硅片受热的温度也更不均匀。类似地，制造工艺的管控也越来越难，例如，扩散后硅片的方块电阻均匀性变差等。

技术实现要素：

本公开的实施例提供了一种用于制造太阳能电池的方法以及一种太阳能电池，以解决或至少部分地解决传统太阳能电池中的上述和其它潜在问题。

在第一方面，提供了一种用于制造太阳能电池的方法，其包括：将硅晶片放置到扩散炉内；控制扩散炉以使得扩散炉内的环境处于第一温度和第一压强；向扩散炉中供应磷源气体和氧气达第一时间段；控制扩散炉以使得扩散炉内的环境处于第一压强和第二温度，第二温度高于第一温度；向扩散炉中供应磷源气体和氧气达第二时间段，以在硅晶片的表面形成磷源层；以及将磷源层中的磷原子扩散到硅晶片中。

可选地，在一些实施例中，将磷源层中的磷原子扩散到硅晶片中包括：控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第二温度增加到第三温度，并且在从第二温度增加为第三温度期间，向扩散炉中供应氧气，并且停止供应磷源气体；根据扩散炉内的环境处于第三温度，停止供应氧气；以及控制扩散炉以保持第三温度达第三时间段。

可选地，在一些实施例中，控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第二温度增加到第三温度包括：控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第二温度增加到第三温度并且从第一压强增加到第二压强。

可选地，在一些实施例中，方法还包括：根据磷原子被扩散至硅晶片中，控制扩散炉以使得扩散炉内的温度从第三温度降至第四温度；控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第二压强降低至第三压强；控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第四温度降低为第五温度，并且在此期间向扩散炉中供应磷源气体和氧气；以及向扩散炉中供应磷源气体和氧气达第四时间段。

可选地，在一些实施例中，第一压强和第三压强位于20mbar～200mbar之间，以及第二压强位于50mbar～900mbar之间。

可选地，在一些实施例中，第一温度位于760℃～780℃之间，第二温度比第一温度高5℃～20℃，第三温度位于850℃～950℃之间，第四温度位于790℃～820℃之间，第五温度位于760℃～780℃之间。

可选地，在一些实施例中，磷源气体包括三氯氧磷。

可选地，在一些实施例中，三氯氧磷的流量位于3.2～4.1mg/min之间，与三氯氧磷的流量对应的氧气的流量位于0.4slm～1slm之间。

可选地，在一些实施例中，在从第二温度增加至第三温度期间，氧气的流量位于0.2slm～1slm之间。

可选地，在一些实施例中，第一时间段位于3分钟～5分钟之间，第二时间段位于2分钟～4分钟之间，第三时间段位于0.5分钟～10分钟之间，第四时间段位于2分钟～4分钟之间。

可选地，在一些实施例中，方法还包括：在向扩散炉中供应磷源气体和氧气达第一时间段之前，供应氧气。

可选地，在一些实施例中，方法还包括：使用来自第一氮气管路的氮气对扩散炉的内部持续吹扫。

可选地，在一些实施例中，方法还包括：使用不同于第一氮气管路的第二氮气管路向扩散炉的内部通入氮气。

在第二方面，提供了一种太阳能电池，其可以根据第一方面的方法形成。

可选地，在一些实施例中，太阳能电池包括：扩散层，扩散层的方块电阻的平均值为100～180ω/sq，并且方块电阻的均匀性低于10％。

通过在将磷原子从磷源层中扩散到硅晶片中之前，在两个温度下沉积磷源层，可以使所沉积的磷源层更加均匀。另外，磷源层的沉积和磷原子向硅晶片中的扩散都可以在低压状态下进行，提升了磷的扩散速率。同时为了增加气体分布均匀性，工艺全程采用氮气不断吹扫。因此，本公开的实施例可以改善扩散层的方块电阻的均匀性。

应当理解的是，发明内容并不旨在确定本公开的实施例的关键或基本特征，也并非旨在用于限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其他特征将变得容易理解。

附图说明

通过结合附图更详细地描绘本公开的示例性实施例，本公开的上述目的和其它目的、特征和优点将变得更加明显。贯穿附图，使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的元件。

图1示出了根据本公开的一个实施例的太阳能电池的截面示意图。

图2示出了根据本公开的一个实施例的用于制造太阳能电池的方法的流程图。

图3示出了图2所示的将磷源层中的磷原子扩散到硅晶片中的方法的一个示例。

图4示出了图2所示的在硅晶片的表面再沉积磷源层的方法的一个示例。

图5示出了根据本公开的另一实施例的用于制造太阳能电池的方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

本公开中使用方块电阻的均匀性来表征扩散层的均匀性。所使用的术语“方块电阻的均匀性”是指同一硅晶片上多个点处测量的方块电阻的多个值彼此之间的偏离程度。例如，方块电阻的均匀性可以通过(最大值-最小值)/(最大值+最小值)来表达。

本公开涉及对硅晶片进行扩散的方法。在本公开的扩散工艺中，首先在两个不同的温度下在硅晶片的表面沉积磷源层，然后再将磷源层中的磷原子扩散(还称为“推进”)到硅晶片中。通过这种方式，可以在硅晶片表面形成均匀性改善的扩散层。

图1示出了根据本公开的一个实施例的太阳能电池100的截面示意图。需要说明的是，图1仅仅是以示例的方式来说明可以使用本公开的扩散工艺来制造的太阳能电池，而不是限制性的。

如图1所示，太阳能电池100大体上包括：正面电极105，正面减反膜110，扩散层115、硅晶片120、背钝化膜、背铝层135、以及背电极145。扩散层115是通过扩散工艺将掺杂剂掺杂到硅晶片120中而形成的。因此，扩散层115可以视为硅晶片120的一部分。例如，硅晶片120包括p型硅，掺杂剂为磷原子，则形成的扩散层115为n型的。硅晶片120和扩散层115可以形成p-n结。正面电极105和正面减反膜110形成在扩散层115上。正面电极105通常为银。正面减反膜110通常为氮化硅膜。背钝化膜形成在硅晶片120上。在图1所示的实施例中，背钝化膜为由氧化铝膜125和氮化硅膜130形成的复合钝化膜。在其他实施例中，背钝化膜也可以仅包括氮化硅膜130，而没有氧化铝膜125。在背钝化膜中形成多个槽140。槽140贯穿背钝化膜。因此，背铝层135可以经由槽140与硅晶片120进行接触。背电极145形成在背钝化膜(例如氮化硅膜130)上，并且通常为银。

在太阳能电池的各个组成部分中，扩散层115的质量是至关重要的，其直接影响所形成的p-n结以及最终得到的太阳能电池的性能。例如，扩散层115的均匀性会影响太阳能电池的效率和产量。另外，扩散层115的方块电阻会影响发射极与电极之间的复合，进而影响太阳能电池的iv曲线的填充因子。

本公开主要关注于扩散层115。利用本公开的扩散工艺，可以将磷原子均匀地扩散到硅晶片120中，从而在硅晶片120的表面形成均匀的扩散层115。如下面将描述的，根据本公开的实施例，扩散层115的方块电阻的平均值可以达到100～180ω/sq，并且方块电阻的均匀性可以低于10％。在一些实施例中，在扩散工艺之后，硅晶片的方块电阻的均匀性为2％～8％。

图2示出了根据本公开的一个实施例的用于制造太阳能电池100的方法200的流程图。应当理解的是，图2所示的方法还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。图2所示的虚线框表示方法的可选步骤，或可以用其它方式替代的步骤。

在205处，将硅晶片120放置到扩散炉内。例如，扩散炉可以是管式炉。在210处，控制扩散炉以使得扩散炉内的环境处于第一温度和第一压强。在215处，当扩散炉内的环境处于第一温度和第一压强时，向扩散炉中供应磷源气体和氧气达第一时间段，从而在硅晶片120的表面形成磷源层。

在220处，控制扩散炉以使得扩散炉内的环境处于第一压强和第二温度，其中第二温度高于第一温度。在225处，在散炉内的环境处于第一压强和高于第一温度的第二温度时，向扩散炉中供应磷源气体和氧气达第二时间段，以进一步在硅晶片120的表面形成磷源层。在230处，将前面步骤所形成的磷源层中的磷原子扩散到硅晶片120中，从而在硅晶片120的表面部分中形成扩散层115。

如上面所描述的，在230处将磷原子从磷源层推进到硅晶片120中之前，分别在第一温度和较高的第二温度下，进行磷源层的沉积。这种在推进磷原子之前的在不同温度下的磷源层沉积可以改善磷源层的均匀性。而且，这种不同温度下的沉积可以更好地控制掺杂剂磷的沉积量，避免了掺杂剂磷的过量沉积。因此，可以改善在推进磷原子之后，掺杂的磷原子在硅晶片120中分布的均匀性。本公开可以获得均匀性改善的扩散层115。

利用方法200所形成的扩散层115的方块电阻的平均值可以为100～180ω/sq，并且方块电阻的均匀性可以低于10％。本公开还适用于大尺寸硅晶片(例如，160mm*160mm～230mm*230mm)。但应理解，硅晶片120可以具有更小或更大的尺寸。本公开对此并不做任何限制。硅晶片可以是直角或倒角的。相比之下，现有技术中扩散方阻均匀性较差(均匀性高于10％)，从而影响电池的产量及电池的效率。

图3示出了图2所示的将磷源层(例如，磷硅玻璃)中的磷原子扩散到硅晶片120中的方法230的一个示例。应当理解的是，图3所示的方法还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。

在305处，控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第二温度进一步增加到更高的第三温度，并且在从第二温度增加为第三温度期间，向扩散炉中供应氧气，并且停止供应磷源气体。更高的温度可以提高磷原子在硅中的固溶度，从而便于更多的磷原子扩散到硅晶片120中、并且增加磷原子在硅晶片120中的扩散深度。供应氧气可以在硅晶片120的表面形成氧化硅层。该氧化硅层可以吸收磷原子，从而将硅晶片120的表面处的磷原子从硅晶片120中吸出来。这可以获得位于硅晶片120中的一定深度处的p-n结，并且减少发射极与正面电极之间的不期望的复合。

可选地，在305处，除了将扩散炉内的温度从第二温度增加到第三温度之外，还控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第一压强增加到第二压强。这是因为在将磷源层中的磷原子扩散到硅晶片120中的过程中，不需要供应磷源气体，因此并不需要太低的压力。当然，保持扩散炉内的压强与沉积磷源层时的压强相同，也是可行的。

在310处，在扩散炉内的环境达到第三温度时，停止供应氧气。以这种方式，可以控制从硅晶片120中被吸出的磷原子的量。保证足够量的掺杂剂磷扩散到硅晶片120中。在315处，控制扩散炉以保持第三温度达第三时间段。该第三时间段可以进一步增加扩散到硅晶片120中的磷原子的量，并且使得磷原子在硅晶片120中向深处再分布。

返回到图2，可选地，在212处，方法200还可以包括在向扩散炉中供应磷源气体和氧气达第一时间段之前，供应氧气。在这样的实施例中，在供应磷源气体之前，先供应氧气。氧气可以将硅晶片120的表面氧化以产生氧化硅。氧化硅可以保护硅晶片120免受磷源气体的分解产物的腐蚀。

可选地，如果要制造具有选择性发射极(se)的太阳能电池，在将磷源层中的磷原子扩散到硅晶片120中之后，方法200还可以包括在235处在硅晶片120的表面再次沉积磷源层。图4示出了图2所示的在硅晶片120的表面再沉积磷源层的方法235的一个示例。应当理解的是，图4所示的方法还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。

如图4所示，在405，根据磷原子被扩散至硅晶片120中，控制扩散炉以使得扩散炉内的温度从第三温度降至第四温度。在410处，控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第二压强降低至第三压强。较低的压强利于气体分子的扩散，进而便于磷源层的沉积。在415处，控制扩散炉以使得扩散炉内的环境从第四温度降低为第五温度，并且在此期间向扩散炉中供应磷源气体和氧气。即，在扩散炉内的温度降低至一定温度后，在降温的同时供应磷源气体和氧气，以便在硅晶片120的表面再次沉积磷源层。在420处，在扩散炉处于第五温度时，向扩散炉中供应磷源气体和氧气达第四时间段，以进一步增加所沉积的磷源层的量。

这里，再次沉积的磷源层中的磷原子，是为了提供后续的激光掺杂所需要的掺杂源，而不需要在高温条件下扩散到硅晶片120中。在使用方法235在硅晶片120的表面再沉积磷源层之后，可以将硅晶片120从扩散炉中取出。使用激光在硅晶片120的表面的局部区域进行重掺杂，以形成选择性发射极。从而提升电池的转换效率。

备选地，如果太阳能电池不具有选择性发射极，则不需要方法235。在图2的230处将磷源层中的磷原子扩散到硅晶片120中之后，就可以将硅晶片120从扩散炉中取出。然后，进行例如蚀刻去除磷硅玻璃的后续制造步骤。

在一些实施例中，在方法200期间，使用氮气对扩散炉的内部持续吹扫。该氮气可以来自第一氮气管路。备选地，在所有工艺步骤期间，皆不断地进行氮气吹扫。这可以去除杂质，保证洁净的炉内环境。此外，氮气吹扫可以提升炉内气体分布的均匀性，并且加快气体的运动速率，进而改善磷在扩散炉内扩散的速率。

在一些实施例中，还使用第二氮气管路向扩散炉的内部通入氮气。第二氮气管路不同于第一氮气管路。通过使用至少两路氮气，可以进一步提升炉内气体分布的均匀性。第一氮气管路和第二氮气管路的位置可以不同。第一氮气管路可以靠近炉门。第二氮气管路可以靠近氧气管路，以使氧气的分布更均匀。

下面将给出一些具体参数值。应当理解，这些具体值仅仅是示例，在非限制性的。第一压强和第三压强可以位于20mbar～200mbar之间，例如为50mbar。第二压强可以位于50mbar～900mbar之间。备选地，第二压强可以位于100mbar～200mbar之间。第一压强和第三压强可以相同。第二压强可以高于第一压强和第三压强。因此，本公开可以在低压条件下沉积磷源层，并且可以在低压条件下将磷源层中的磷原子扩散至硅晶片120中。在低压条件下，炉内的气体运动速率更快。因而气体分布更均匀，便于获得更均匀的扩散层115。

作为示例，第一温度位于760℃～780℃之间，第二温度比第一温度高5℃～20℃，第三温度位于850℃～950℃之间，第四温度位于790℃～820℃之间，第五温度位于760℃～780℃之间。

磷源气体可以包括三氯氧磷。三氯氧磷以液态的形式被存储。可以使用氮气作为载气，将三氯氧磷输送到扩散炉中。作为示例，三氯氧磷的流量位于3.2～4.1mg/min之间，与三氯氧磷的流量对应的氧气的流量位于0.4slm～1slm之间。在从第二温度增加至第三温度期间(即，停止通入三氯氧磷时)，氧气的流量位于0.2slm～1slm之间。

作为示例，第一时间段位于3分钟～5分钟之间，第二时间段位于2分钟～4分钟之间，第三时间段位于0.5分钟～10分钟之间，第四时间段位于2分钟～4分钟之间。

图5示出了根据本公开的另一实施例的用于制造太阳能电池的方法500的流程图。图5示出了扩散工艺的一个具体示例。应当理解，下面的示例仅仅是说明性的，而非限制性的。

在505，在对硅晶片120制绒后，利用石英舟，将硅晶片120放入扩散炉中。将扩散炉内的温度设置为760℃～780℃(例如770℃)。以15slm的流量通入氮气进行吹扫，以便清除因为开关炉门所引入的杂质。

在510，以2.5slm的流量进行氮气吹扫，同时以1slm的流量通入另一氮气(即，使用另一不同的管路)。使炉内压强降低到50mbar，然后稳定1～3min(例如2min)。在稳定的同时，以0.5～0.8slm(例如0.7slm)的流量通入氧气。这里通入的氧气可以在硅晶片120表面形成氧化硅保护层，以免三氯氧磷的分解产物腐蚀硅晶片120。

在515，保持50mbar的低压(还称为第一压强)和760℃～780℃的低温(还称为第一温度，例如770℃)，以0.5～1slm(例如0.8slm)的流量进行氮气吹扫，以3.2～4.1mg/min(例如3.5mg/min)的流量通入三氯氧磷，并且以0.4～0.6slm(例如0.5slm)的流量通入氧气，在硅晶片120的表面沉积磷源层3～5min(还称为第一时间段，例如4min)。然后，升高温度到770～800℃(还称为第二温度，例如780℃)，在该较高温度下继续沉积磷源层2～4min(还称为第二时间段，例如3min)。

在520，以2.5slm的流量进行氮气吹扫，将压强调整为50～900mbar(还称为第二压强，例如80mbar、100mbar或200mbar)。将温度升高到850～880℃(还称为第三温度，例如870℃)，同时以0.8～3slm(例如2slm)的流量通入另一氮气，并且以0.2～1slm(例如0.5slm)的流量通入氧气(而不通入三氯氧磷)。在该升温期间，高的温度可以便于磷源层中的磷原子扩散(还称为“推进”)到硅晶片120中，或者扩散到硅晶片120的深处。关闭氧气，将850～880℃的高温保持0.5min～10min(还称为第三时间段，例如1min)，以进一步使磷原子扩散到硅晶片120中。

在525，保持以2.5slm的流量进行氮气吹扫，以1slm的流量通入另一氮气，关闭加热。使扩散炉内的温度降低至低于790～820℃(还称为第四温度，例如800℃)后，以0.5～1slm(例如，0.8slm)的流量进行氮气吹扫，将炉内的压强降低到50mbar(还称为第三压强)，以3.2～4.1mg/min(例如3.5mg/min)的流量通入三氯氧磷，并且以0.4～1slm(例如0.6slm)的流量通入氧气。在降温的同时，在硅晶片120上再次沉积磷源层3～5min。在温度降低到760℃～780℃(还称为第五温度，例如770℃)时，保持该温度，并且再沉积磷源层2～4min(还称为第四时间段，例如3min)。

在530，以15slm的流量通入氮气吹扫，将硅晶片120从扩散炉中取出。采用四探针法来测试扩散后硅晶片120的方块电阻。例如，可以测量硅晶片120的四个角和中心点处的方块电阻。所得到的扩散层115的方块电阻的平均值为100～180ω/sq(例如140ω/sq)，均匀性在2％～8％(例如4％)。

与现有技术相比，本公开具有如下有益效果。通过在将磷原子从磷源层中扩散到硅晶片中之前，在两个温度下沉积磷源层，可以使所沉积的磷源层更加均匀，进而便于磷原子均匀地扩散到硅晶片中，从而形成均匀的扩散层。另外，本公开采用低压条件，并全程通入氮气吹扫，改善了磷在炉内扩散的速率并且进一步提高了扩散层的均匀性。此外，在将磷原子从磷源层中扩散到硅晶片中之后形成的磷源层可以用于通过激光形成选择性发射极，从而提升电池的转换效率。

应该理解的是，本公开的以上详细实施例仅仅是为了举例说明或解释本公开的原理，而不是限制本公开。因此，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代以及改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。同时，本公开所附的权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界的等同替代的范围和边界的所有变化和修改。