多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法

摘要

本发明涉及一种多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法，包括以下步骤：1、入炉；2、氧化；3、第一次磷源扩散；4、第一次杂质分布；5、第二次磷源扩散；6、第二次杂质分布；7、吸杂；8、出炉。该多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法具有优良的磷杂质掺杂浓度分布，扩散速率可控性较强，提高硅片扩散的一次成品率，提高多晶硅片少子寿命，扩散过程中磷源利用率较高的优点。

权利要求

1.一种多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法，其特征在于方法步骤如下：步骤一、入炉

将制绒后的硅片放入初始温度为780~820℃的管式扩散炉中，在硅片入炉过程中向管式扩散炉的进气管路通入氧气，通入氧气的流量为0.25~0.35L/min；

步骤二、氧化

将管式扩散炉升温至820-850℃，升温速率为4~6℃/min，向进气管路继续通入氧气进行氧化，通入氧气的流量为0.45~0.55L/min，进行氧化的时间为35~45min；

步骤三、第一次磷源扩散

将管式扩散炉温度控制在810-830℃，向进气管路通入小氮、氧气以及大氮进行第一次磷源扩散，所述小氮流量为0.87~0.93L/min，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.3~9.7 L/min，进行第一次磷源扩散的时间为5~15min；

步骤四、第一次杂质分布

将管式扩散炉温度控制在840-870℃，向进气管路通入氧气和大氮进行第一次杂质分布，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.3~9.7 L/min，进行第一次杂质分布的时间为5~8min；

步骤五、第二次磷源扩散

将管式扩散炉温度控制在840~890℃之间，向进气管路通入小氮、氧气以及大氮进行第二次磷源扩散，所述小氮流量为0.95~1.05L/min，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.5~1.0 L/min，进行第二次磷源扩散的时间为8~20min；

步骤六、第二次杂质分布

将管式扩散炉温度控制在850~890℃之间，向进气管路通入氧气以及大氮进行第二次杂质分布，所用氧气流量为0.85~0.95 L/min，所述大氮流量为9.5~10.5 L/min，进行第二次杂质分布的时间为5~6min；

步骤七、吸杂

将管式扩散炉温度控制在500~800℃之间，向进气管路通入大氮进行吸杂，所述大氮流量为0.45~0.55L/min，进行吸杂的时间为50~70min；

步骤八、出炉

使用碳化硅浆进入管式扩散炉内取出吸杂后的硅片，在碳化硅浆进出管式扩散炉的过程中向管式扩散炉中持续通入氧气以及大氮，碳化硅浆取出吸杂后的硅片后，停止向管式扩散炉中通入氧气，保持通入大氮，所述氧气流量为0.15～0.25 L/min，氮气流量为8～

12 L/min。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法，其特征在于所述进气管路包括进气主管路（1），所述进气主管路（1）的前端与管式扩散炉（2）的进气端连接，所述进气主管路（1）的后端连接有氧气进气管路（3）和大氮进气管路（4），所述进气主管路（1）的中间通过磷源管路（5）连接有磷源瓶（6），所述磷源瓶（6）上连接有小氮进气管路（7）。

说明书

多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种太阳能光伏电池，特别涉及一种多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法，属于太阳能电池制造领域。

背景技术

[0002] 兴起于上世纪八十年代的多晶硅太阳电池技术，经过进三十年的积累与改进，已成功将该技术应用于大规模多晶硅太阳电池生产中。全球光伏发电装机总量的突破，得益于诸如德国Centrotherm Photovoltaics、荷兰Tempress Systems等公司提供的卓越的管式扩散方案。这些适用于多晶硅片的管式扩散炉从控温方式、抽排风处理、软着陆等系统都进行了独特的设计，满足了多晶硅光伏电池大规模生产的需要。

[0003] 管式扩散炉的扩散机理在于，首先磷气源在高温下与氧气等发生化学反应，在硅片表面形成具有较高浓度的磷原子分布。这些磷原子先后经历了替代扩散、间隙扩散等形成了具有一定浓度梯度分布的P型层，也形成了太阳电池工作的核心PN结。

[0004] 电阻加热式管式扩散炉，目前广泛采用的光伏电池扩散方法主要存在以下不足：

[0005] 1、传统扩散方法一般采用通入1.2~1.4L/min的携带三氯氧磷用小流量氮气（以下简称为小氮），在恒定的温度下一次完成磷杂质浓度梯度分布与PN结深过程。这种工艺方法调节窗口狭窄，难以获得优良的磷杂质掺杂浓度分布，获得的硅片通常具有较高的表面掺杂浓度，这种较高的表面掺杂浓度也带来了较高的载流子复合速率，从而降低了光伏电池的光电转换效率；

[0006] 2、传统扩散方法的磷原子在硅片中的扩散速率可控性较差；

[0007] 3、传统扩散方法，出炉步骤时，管式扩散炉的炉管内往往有少量残留的五氧化二磷等物质，打开炉门时五氧化二磷遇到冷的水蒸汽形成偏磷酸，这些偏磷酸会滴落并污染硅片，降低硅片扩散的一次成品率；

[0008] 4、传统扩散方法在扩散完成后，多晶硅片的晶界处难免会有错位缺陷，这里可以形成较多的悬挂键，这些悬挂键及铁等金属离子形成光生少数载流子的复合中心，使得多晶硅片的少子寿命降低，降低了多晶硅电池的光电转换效率。

[0009] 5、如图2所示，传统扩散方法的大氮进气管路设置于磷源管路的前端，由于饱和用大流量氮气（以下简称为大氮）的气流干扰，不利于磷源的快速导出，这种设计使得扩散过程中磷源利用率较低。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种具有优良的磷杂质掺杂浓度分布，扩散速率可控性较强，提高硅片扩散的一次成品率，提高多晶硅片少子寿命，扩散过程中磷源利用率较高的多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法。

[0011] 本发明的目的是这样实现的：

[0012] 一种多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法，其方法步骤如下：

[0013] 步骤一、入炉

[0014] 将制绒后的硅片放入初始温度为780~820℃的管式扩散炉中，在硅片入炉过程中向管式扩散炉的进气管路通入氧气，通入氧气的流量为0.25~0.35L/min；

[0015] 步骤二、氧化

[0016] 将管式扩散炉升温至820-850℃，升温速率为4~6℃/min，向进气管路继续通入氧气进行氧化，通入氧气的流量为0.45~0.55L/min，进行氧化的时间为35~45min；

[0017] 步骤三、第一次磷源扩散

[0018] 将管式扩散炉温度控制在810-830℃，向进气管路通入小氮、氧气以及大氮进行第一次磷源扩散，所述小氮流量为0.87~0.93L/min，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.3~9.7 L/min，进行第一次磷源扩散的时间为5~15min；

[0019] 步骤四、第一次杂质分布

[0020] 将管式扩散炉温度控制在840-870℃，向进气管路通入氧气和大氮进行第一次杂质分布，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.3~9.7 L/min，进行第一次杂质分布的时间为5~8min；

[0021] 步骤五、第二次磷源扩散

[0022] 将管式扩散炉温度控制在840~890℃之间，向进气管路通入小氮、氧气以及大氮进行第二次磷源扩散，所述小氮流量为0.95~1.05L/min，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.5~1.0 L/min，进行第二次磷源扩散的时间为8~20min；

[0023] 步骤六、第二次杂质分布

[0024] 将管式扩散炉温度控制在850~890℃之间，向进气管路通入氧气以及大氮进行第二次杂质分布，所用氧气流量为0.85~0.95 L/min，所述大氮流量为9.5~10.5 L/min，进行第二次杂质分布的时间为5~6min；

[0025] 步骤七、吸杂

[0026] 将管式扩散炉温度控制在500~800℃之间，向进气管路通入大氮进行吸杂，所述大氮流量为0.45~0.55L/min，进行吸杂的时间为50~70min；

[0027] 步骤八、出炉

[0028] 使用碳化硅浆进入管式扩散炉内取出吸杂后的硅片，在碳化硅浆进出管式扩散炉的过程中向管式扩散炉中持续通入氧气以及大氮，碳化硅浆取出吸杂后的硅片后，停止向管式扩散炉中通入氧气，保持通入大氮，所述氧气流量为0.15～0.25 L/min，氮气流量为8～12 L/min；

[0029] 所述进气管路包括进气主管路，所述进气主管路的前端与管式扩散炉的进气端连接，所述进气主管路的后端连接有氧气进气管路和大氮进气管路，所述进气主管路的中间通过磷源管路连接有磷源瓶，所述磷源瓶上连接有小氮进气管路。

[0030] 本发明的有益效果是：

[0031] 1、该方法在810-830℃的温度下，小氮流量0.87~0.93L/min，进行第一次磷源扩散，扩散温度较低且小氮流量较小可以获得具有低浓度的N型层，这一N型层经历第一次杂质分布后获得展宽；在840~890℃的温度下，小氮流量0.95~1.05L/min，进行第二次磷源扩散，扩散温度较高且小氮流量较大使磷原子通过N型层后再向硅片内部扩散，可以采用更宽的工艺窗来调节磷杂质浓度分布，获得优良的PN结。采用第一次磷源扩散、第二次磷源扩散及第一次杂质分布、第二次杂质分布的工艺方法，具有优良的磷杂质掺杂浓度分布，这种较低的表面掺杂浓度也带来了较低的载流子复合速率，从而提高了光伏电池的光电转换效率。

[0032] 2、该方法在出炉步骤通过通入适量氧气可以完全分解管式扩散炉炉管内残留的磷源，避免在炉管口形成偏磷酸污染硅片，提高硅片扩散一次成品率。

[0033] 3、该方法通过在氧化步骤硅片表面生长一层二氧化硅氧化层，因为磷原子在二氧化硅中的扩散速率较在硅中的扩散速率慢，磷杂质先通过硅片表面的二氧化硅层后再向硅片体内扩散，通过调节二氧化硅层的厚度可以调节磷原子在硅片中的扩散速率，使得扩散方法可控性加强。

[0034] 4、该方法在500~800℃的低温下进行吸杂步骤，在降温过程中杂质浓度很快超过热平衡浓度而产生过饱和并在吸杂区域得到沉积，经低温吸杂处理，可以让原处于多晶硅片的晶界缺陷处的铁等金属杂质远离晶界处，减少了复合中心，从而提高了多晶硅片的少子寿命，提高了多晶硅电池的光电转换效率。

[0035] 5、该方法更改了进气管路，大氮进气管路设置于磷源管路的后端，大氮可以迅速将磷源带入管式扩散炉的炉管，从而提高了磷源利用率。

附图说明

[0036] 图1为本发明多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法的进气管路示意图。

[0037] 图2为传统多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法的进气管路示意图。

[0038] 其中：

[0039] 进气主管路1

[0040] 管式扩散炉2

[0041] 氧气进气管路3

[0042] 大氮进气管路4

[0043] 磷源管路5

[0044] 磷源瓶6

[0045] 小氮进气管路7。

具体实施方式

[0046] 本发明涉及的一种多晶硅太阳能光伏电池硅片的扩散方法，其方法步骤如下：

[0047] 步骤一、入炉

[0048] 将制绒后的硅片放入碳化硅浆上，碳化硅浆以280~320mm/min的速度进入初始温度为780~820℃的管式扩散炉中，在硅片入炉过程中向管式扩散炉的进气管路通入氧气，如图1所示，所述进气管路包括进气主管路1，所述进气主管路1的前端与管式扩散炉2的进气端连接，所述进气主管路1的后端连接有氧气进气管路3和大氮进气管路4，所述进气主管路1的中间通过磷源管路5连接有磷源瓶6，所述磷源瓶6上连接有小氮进气管路7，通入氧气的流量为0.25~0.35L/min，该管式扩散炉的内径为300mm；

[0049] 步骤二、氧化

[0050] 将管式扩散炉升温至820-850℃，升温速率为4~6℃/min，向管式扩散炉中继续通入氧气进行氧化，通入氧气的流量为0.45~0.55L/min，硅片在氧气氛围下氧化，进行氧化的时间为35~45min，在氧化过程中硅片表面生长一层二氧化硅氧化层；

[0051] 步骤三、第一次磷源扩散

[0052] 生长一层二氧化硅氧化层的硅片，在810-830℃的温度下，进行第一次磷源扩散，向管式扩散炉中通入小氮、氧气以及大氮，所述小氮流量为0.87~0.93L/min，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.3~9.7 L/min，进行第一次磷源扩散的时间为5~15min；

[0053] 步骤四、第一次杂质分布

[0054] 进行第一次磷源扩散后的硅片，在840-870℃的温度下，进行第一次杂质分布，向管式扩散炉中通入氧气和大氮，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.3~9.7 L/min，进行第一次杂质分布的时间为5~8min；

[0055] 步骤五、第二次磷源扩散

[0056] 进行第一次杂质分布后的硅片，在840~890℃的温度下，进行第二次磷源扩散，向管式扩散炉中通入小氮、氧气以及大氮，所述小氮流量为0.95~1.05L/min，所述氧气流量为0.45~0.55L/min，所述大氮流量为9.5~1.0 L/min，进行第二次磷源扩散的时间为8~20min；

[0057] 步骤六、第二次杂质分布

[0058] 进行第二次磷源扩散后的硅片，在850~890℃的温度下，进行第二次杂质分布，向管式扩散炉中通入氧气以及大氮，所用氧气流量为0.85~0.95 L/min，所述大氮流量为9.5~10.5 L/min，进行第二次杂质分布的时间为5~6min；

[0059] 步骤七、吸杂

[0060] 进行第二次杂质分布后的硅片，在500~800℃的温度下，向管式扩散炉中通入大氮，所述大氮流量为0.45~0.55L/min，进行吸杂的时间为50~70min；

[0061] 步骤八、出炉

[0062] 使用碳化硅浆进入管式扩散炉内取出吸杂后的硅片，在碳化硅浆进出管式扩散炉的过程中向管式扩散炉中持续通入氧气以及大氮对炉管进行吹扫，碳化硅浆取出吸杂后的硅片后，停止向管式扩散炉中通入氧气，保持通入大氮对管式扩散炉的炉管进行保护，所述氧气流量为0.15～0.25 L/min，氮气流量为8～12 L/min。

[0063] 实施例1

[0064] 使用P型156×156多晶硅片，经过氢氟酸或硝酸等药液进行表面油污清洗及制绒后，放入管式扩散炉中进行扩散，扩散的各步骤具体参数如下：

[0065] 步骤一、入炉

[0066] 碳化硅浆的入炉速度为300mm/min，管式扩散炉中初始温度为800℃，通入氧气的流量为0.3L/min；

[0067] 步骤二、氧化

[0068] 管式扩散炉升温至835℃，升温速率为5℃/min，通入氧气的流量为0.5L/min，进行氧化的时间为40min，；

[0069] 步骤三、第一次磷源扩散

[0070] 管式扩散炉温度调节至835℃，小氮流量为0.92L/min，氧气流量为0.5L/min，大氮流量为9.5 L/min，第一次磷源扩散的时间为6min；

[0071] 步骤四、第一次杂质分布

[0072] 管式扩散炉温度调节至850℃，氧气流量为0.5L/min，大氮流量为9.5 L/min，第一次杂质分布的时间为6min；

[0073] 步骤五、第二次磷源扩散

[0074] 管式扩散炉温度调节至850℃，小氮流量为0.97L/min，氧气流量为0.5L/min，大氮流量为9.8 L/min，第二次磷源扩散的时间为15min；

[0075] 步骤六、第二次杂质分布

[0076] 管式扩散炉温度调节至870℃，氧气流量为0.9L/min，大氮流量为10L/min，第二次杂质分布的时间为7min；

[0077] 步骤七、吸杂

[0078] 管式扩散炉温度调节至650℃，大氮流量为0.5L/min，吸杂的时间为60min；

[0079] 步骤八、出炉

[0080] 在出炉的过程中通入的氧气流量为0.2 L/min，大氮流量为9L/min。