一种晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散装置及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种晶硅太阳能电池的扩散装置及工艺，尤其是利用磷酸浸泡、高温 扩散来提高方阻均匀性、降低运营成本和安全隐患的扩散工艺。
【背景技术】
[0002] 21世纪以来，能源危机和环境污染成为制约经济发展的主要问题，太阳能作为一 种清洁、无污染的可再生能源，具有无可比拟的先天优势越来越受到全球的重视，而如何提 高太阳能电池转换效率，降低生产成本则是光伏产业共同面临的问题。
[0003] 太阳能扩散技术是太阳能电池生产工艺的关键部分，是指采用加热法将V族杂质 磷和m族杂质硼掺入硅中形成PN结的过程。传统的液态源管式扩散采用三氯氧磷在高温炉 管内热分解为五氧化二磷，生成的五氧化二磷在扩散温度下与硅反应生成二氧化硅和磷原 子，以及磷原子在高温下向晶体硅内扩散的过程。目前这种传统液态源管式扩散具有如下 问题：
[0004] (1)三氯氧磷具有较高成本，是一种无色透明、带刺激性气味的剧毒化学用品，扩 散反应生成的偏磷酸也是剧毒液体，具有很强的腐蚀性，在运输和使用中都存在安全隐患；
[0005] (2)随着扩散的进行三氯氧磷的浓度会逐渐降低，并且源瓶要定期更换，以及在管 内流量极大的影响了电池片方阻的均匀性。并且定期更换源瓶也影响了产能和电池片的效 率。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种创新型的晶硅太阳能扩散工艺，该工艺采用浓硝酸氧 化、磷酸浸泡和高温扩散法，具有对环境设备要求低、运营成本低、产能大、安全可靠、方阻 均匀性好等优势，是一种富有潜力的扩散方式。
[0007] 该新型工艺具体方案是：
[0008] -种晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散装置，其特征在于，包括以下结构：悬挂钩、 悬挂臂、上料口、硅片花篮、硝酸溶液槽、1#水洗槽、2#水洗槽、磷酸溶液槽及下料口；所述悬 挂钩挂于悬挂臂上并可以沿所述悬挂臂运动，所述悬挂钩下部设有用于悬挂硅片花篮的挂 钩;所述上料口、硝酸氧化槽、1 #水洗槽、2#水洗槽、磷酸溶液槽及下料口依次设置。
[0009] 使用上述晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散装置进行扩散的工艺包括以下步骤：
[0010] (1)用悬挂钩将装有制绒后的硅片的花篮由上料口放入硝酸槽内氧化，氧化时间 为60秒，所述浓硝酸的浓度大于90wt% ;
[0011] (2)将经步骤（1)处理的硅片通过悬挂钩和悬挂臂先后运至1#水洗槽和2#水洗槽 对硅片进行水洗，去除硅片上残留的硝酸；
[0012] (3)将经步骤(2)处理的硅片通过悬挂钩和悬挂臂运至磷酸溶液槽内浸泡，浸泡时 间为50秒，所述磷酸溶液为磷酸、水、酒精混合物，磷酸比例在0.4wt % _4wt %之间，酒精比 例为50wt%_99wt%之间；
[0013] (4)将经步骤（3)处理的硅片放入甩干机内用氮气高速甩干，甩干速度为450r/ min，时间为350s;
[0014] (5)将经步骤(4)处理的硅片背靠背插入石英舟内，置于高温炉管内在840°C-870 °(：下进行热扩散。
[0015] 所述的硝酸溶液和磷酸溶液采用循环系统，使得磷酸和硝酸与硅片浸泡、氧化更 加均匀。
[0016] 所述的硝酸溶液和磷酸溶液采用自动补液系统，使得硝酸溶液和磷酸溶液浓度保 持一定范围。
[0017] 为降低花篮印带来的外观影响，甩干过程将制绒面朝上放置。
[0018] 本发明所带来的有益效果如下：（1)浸泡式扩散工艺在溶液中进行，槽式制绒后的 硅片可直接放入酸槽内进行氧化扩散，对环境以及设备要求低；（2)磷酸比三氯氧磷成本 低，磷酸溶液相对三氯氧磷更加安全可靠，利用酸槽自动补液，减少了人为接触化学用品的 危害；（3)在相同工艺条件下，方阻均匀性能达到±3左右，使得PN结更加平整；（4)浸泡式扩 散工艺对于提高产能和稳定效率起到一定作用。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
[0020] 图1是本发明的晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散装置，包括以下结构:悬挂钩100、 悬挂臂200、上料口 300、硅片花篮400、硝酸溶液槽500、1#水洗槽600、2#水洗槽700、磷酸溶 液槽800及下料口900;悬挂钩挂于悬挂臂上并可以沿悬挂臂运动，悬挂钩下部设有用于悬 挂硅片花篮的挂钩;上料口、硝酸氧化槽、1#水洗槽、2#水洗槽、磷酸溶液槽及下料口依次设 置。
[0021] 使用上述装置对硅片经浓硝酸浸泡氧化、水洗，不同配比的磷酸溶液浸泡、甩干， 由不同工艺参数进行高温扩散后随机抽取10张硅片测量方阻值，将其与经管式扩散的随机 抽取的10张硅片方阻的测量值进行比较。以下是采用本发明的工艺的具体参数:硝酸氧化 槽内氧化，氧化时间60秒，浓硝酸的浓度为90wt % ;磷酸溶液槽内浸泡，浸泡时间50秒，磷酸 溶液为磷酸、水、酒精混合物，磷酸比例在〇 . 4wt % -4wt %之间，酒精比例为50wt % -99wt % 之间；硅片甩干速度为450r/min，时间为350s;置于高温炉管内在840 °C_870 °C下进行热扩 散。
[0022] 测试结果如表1和表2所示：
[0023]表 1
[0025]表 2
[0027] 管式扩散平均方阻为92 Ω，极差范围为7-18,极差平均值为13,磷酸扩散方阻平均 值为90 Ω，极差范围为2-5，极差平均值为3，方阻均匀性得到很大改善。
[0028] 可以看出：磷酸浸泡扩散工艺所得产品方阻均匀性良好，且该扩散方式操作安全、 简单、成本低和产能大等优点。
[0029]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
【主权项】
1. 一种晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散装置，其特征在于，包括以下结构：悬挂钩、悬 挂臂、上料口、硅片花篮、硝酸溶液槽、1#水洗槽、2#水洗槽、磷酸溶液槽及下料口；所述悬挂 钩挂于悬挂臂上并可以沿所述悬挂臂运动，所述悬挂钩下部设有用于悬挂硅片花篮的挂 钩;所述上料口、硝酸氧化槽、1 #水洗槽、2#水洗槽、磷酸溶液槽及下料口依次设置。2. -种晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散工艺，其特征在于，包括以下步骤： (1) 用悬挂钩将装有制绒后的硅片的硅片花篮由上料口放入装有浓硝酸的硝酸氧化槽 内氧化，氧化时间为60秒，所述浓硝酸的浓度大于90 % ; (2) 将经步骤（1)处理的硅片通过悬挂钩和悬挂臂先后运至1#水洗槽和2#水洗槽对硅 片进行水洗，去除硅片上残留的硝酸； (3) 将经步骤(2)处理的硅片通过悬挂钩和悬挂臂运至磷酸溶液槽内浸泡，浸泡时间为 50秒，所述磷酸溶液为磷酸、水、酒精混合物，磷酸比例在0.4 % -4 %之间，酒精比例为50 % -99% ； (4) 将经步骤(3)处理的娃片放入甩干机内用氮气高速甩干，甩干速度为450r/min，时 间为350s; (5) 将经步骤(4)处理的硅片背靠背插入石英舟内，置于高温炉管内在840°C-870°C下 进行热扩散。3. 根据权利要求2所述的晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散工艺，其特征在于，所述的硝 酸溶液和磷酸溶液采用循环系统，使得磷酸和硝酸与硅片浸泡、氧化更加均匀。4. 根据权利要求2所述的晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散工艺，其特征在于，所述的硝 酸溶液和磷酸溶液采用自动补液系统，使得硝酸溶液和磷酸溶液浓度保持一定范围。5. 根据权利要求2所述的晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散工艺，其特征在于，为降低花 篮印带来的外观影响，甩干过程将制绒面朝上放置。
【专利摘要】本发明公开了一种晶硅太阳能电池磷酸浸泡式扩散装置及工艺，包括以下结构：悬挂钩、悬挂臂、上料口、硅片花篮、硝酸溶液槽、1#水洗槽、2#水洗槽、磷酸溶液槽及下料口；所述悬挂钩挂于悬挂臂上并可以沿所述悬挂臂运动，所述悬挂钩下部设有用于悬挂硅片花篮的挂钩；所述上料口、硝酸氧化槽、1#水洗槽、2#水洗槽、磷酸溶液槽及下料口依次设置。本发明所带来的有益效果如下：槽式制绒后的硅片可直接放入酸槽内进行氧化扩散，对环境以及设备要求低；磷酸成本更低，更加安全可靠；在相同工艺条件下，方阻均匀性能达到±3左右，使得PN结更加平整；浸泡式扩散工艺对于提高产能和稳定效率起到一定作用。
【IPC分类】H01L31/18, H01L21/228
【公开号】CN105609592
【申请号】CN201610149910
【发明人】薛相龙, 赵戟
【申请人】上海艾力克新能源有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月16日