一种高方阻电池片的扩散制备方法

摘要

本发明公开了一种高方阻太阳能电池片的扩散制备方法，该方法包括：将硅片置于氮气气氛的扩散炉中，并在低温条件下，向扩散炉中通入低浓度氧气；之后提升氧气流量，并向所述扩散炉中通入携磷源气体和减小了流量的氮气；升温后继续向扩散炉中通入提升了流量的氧气，和减小了流量的氮气以及携磷源气体；继续提升氧气流量，减小氮气流量；降温，并将所述硅片从所述扩散炉中取出。本发明采用四步梯度通氧的方法，可有效降低硅片表面浓度，减少载流子表面复合，通过降低硅片表面浓度从而提升扩散方阻，进而提高太阳能电池片的效率。

权利要求

1.一种高方阻太阳能电池片的扩散制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将硅片置于扩散炉中，并在低温条件下，向所述扩散炉中通入低浓度氧气；所述氧气流量为0.3L/min～1.5L/min；

所述扩散炉中为氮气气氛；所述氮气流量为19L/min～21L/min；

所述低温条件的温度范围为700℃～800℃；

b)继续向所述扩散炉中通入氧气，所述氧气流量为0.6L/min～1.8L/min；

向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气；所述氮气流量为18.7L/min～20.7L/min；

c)将温度提升至高温条件，继续向所述扩散炉中通入氧气，所述氧气流量为0.9L/min～2.1L/min；

向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气，所述氮气流量为18.4L/min～20.4L/min；

所述高温条件的温度范围为800℃～900℃；

d)继续向所述扩散炉中通入氧气，所述氧气流量为1.2L/min～2.4L/min；

向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气，所述氮气流量为18.1L/min～20.1L/min；

e)降温，并将所述硅片从所述扩散炉中取出；

从所述步骤a)至所述步骤d)，氧气流量成梯度上升；所述携磷源气体流量保持不变，并通过调节所述氮气流量使通入所述扩散炉中的气体总流量提升。

2.根据权利要求1所述的扩散制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，向所述扩散炉通入低浓度氧气的时间为5min～7min。

3.根据权利要求1所述的扩散制备方法，其特征在于，所述步骤b)的持续时间为7min～

10min。

4.根据权利要求1所述的扩散制备方法，其特征在于，所述步骤c)的持续时间为10min～15min。

5.根据权利要求1所述的扩散制备方法，其特征在于，所述步骤d)的持续时间为10min～15min。

6.根据权利要求1所述的扩散制备方法，其特征在于，所述携磷源气体为氮气，其中所述磷源为三氯氧磷。

说明书

一种高方阻电池片的扩散制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于太阳能电池片的制造领域，具体地说，涉及一种高方阻电池片的扩散制备方法。

背景技术

[0002] 太阳能电池是一种直接将太阳能转换为电能的器件，其主要利用PN结的光生伏特效应将太阳能转化为电能。因为太阳能电池具有清洁、无污染、资源丰富等特点，太阳能发电已经成为一种重要的发电形式。

[0003] 随着工艺技术的进步，太阳能电池片的工作效率一直在不断提高。研究人员发现利用低浓度浅发射结(高方阻)可以显著降低太阳能电池片表面的少数载流子复合速度，进而提高短波段的光谱响应。因此，制造太阳能电池片的高方阻发射结是实现进一步提高太阳能电池转换效率的有效途径。

[0004] 目前太阳能电池的扩散技术主要是利用液态三氯氧磷(POCl3)进行扩散。三氯氧磷在高温扩散过程中会分解出磷的氯化物，为了使磷源在扩散过程中充分反应，在工艺过程中通常保持富氧状态，即持续通入恒定过量氧气。液态三氯氧磷扩散过程中反应过程如下：

[0005]

[0006]

[0007] 2P2O5+5Si＝5SiO2+4P↓

[0008]

[0009] 可以看到，在富氧状态下太阳能电池片的表面掺杂浓度大，方阻相对较低，从而增加了少数载流子复合，减少光电流收集，致使太阳能电池片效率相对偏低。

发明内容

[0010] 为了解决现有技术中存在的缺陷，提高太阳能电池片的效率，本发明提供了一种高方组电池片的扩散制备方法。

[0011] 根据本发明的一个方面，提供一种高方阻太阳能电池片的扩散制备方法，包括如下步骤：

[0012] 一种高方阻太阳能电池片的扩散制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0013] a)将硅片置于扩散炉中，并在低温条件下，向所述扩散炉中通入低浓度氧气；所述氧气流量为0.3L/min～1.5L/min；

[0014] 所述扩散炉中为氮气气氛；所述氮气流量为19L/min～21L/min；

[0015] b)继续向所述扩散炉中通入氧气，所述氧气流量为0.6L/min～1.8L/min；

[0016] 向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气；所述氮气流量为18.7L/min～20.7L/min；

[0017] c)将温度提升至高温条件，继续向所述扩散炉中通入氧气，所述氧气流量为0.9L/min～2.1L/min；

[0018] 向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气，所述氮气流量为18.4L/min～20.4L/min；

[0019] d)继续向所述扩散炉中通入氧气，所述氧气流量为1.2L/min～2.4L/min；

[0020] 向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气，所述氮气流量为18.1L/min～20.1L/min；

[0021] e)降温，并将所述硅片从所述扩散炉中取出。

[0022] 根据本发明的一个具体实施方式，所述低温条件的温度范围为700℃～800℃。

[0023] 根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤a)中，向所述扩散炉通入低浓度氧气的时间为5min～7min。

[0024] 根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤b)的持续时间为7min～10min。

[0025] 根据本发明的又一个具体实施方式，所述高温条件的温度范围为800℃～900℃。

[0026] 根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤c)的持续时间为10min～15min。

[0027] 根据本发明的又一个具体实施方式，所述步骤d)的持续时间为10min～15min。

[0028] 根据本发明的又一个具体实施方式，所述携磷源气体为氮气，其中所述磷源为三氯氧磷。

[0029] 本发明提供的四步梯度通氧的方法，适用于高方阻电池片的技术要求。相对于单纯降低扩散温度的扩散方法，四步梯度通氧可有效降低硅片表面浓度，减少载流子表面复合，配合丝网浆料可有效提升电池片短路电流及转换效率；且该操作过程简单易行，不增加生产成本，易于推广。

附图说明

[0030] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0031] 图1所示为根据本发明提供的一种高方租太阳能电池片的扩散制备方法的流程示意图。

[0032] 附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

[0033] 下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

[0034] 参考图1，图1所示为根据本发明提供的一种高方租太阳能电池片的扩散制备方法的流程示意图。

[0035] 步骤S101，将硅片置于扩散炉中，在较低温度下，进行回温氧化。所述扩散炉中为氮气气氛。

[0036] 在低温条件下，向所述扩散炉中通入低浓度氧气，可选的，所述低温条件的温度范围为700℃～800℃，例如：700℃、750℃或800℃。可选的，所述低浓度氧气的浓度范围为0.3L/min～1.5L/min，例如：0.3L/min、0.8L/min或1.5L/min。

[0037] 其中，向所述扩散炉通入低浓度氧气的时间为5min～7min，例如：5min，6min或者7min。

[0038] 为了保持扩散炉中的氮气气氛，氮气流量保持在19L/min～21L/min；例如：19L/min、20L/min或21L/min。

[0039] 步骤S102，继续向所述扩散炉中通入氧气，该氧气流量比步骤S101中的氧气流量提升0.3L/min，即为0.6L/min～1.8L/min。优选的，所述氧气流量例如：0.6L/min、1.0L/min或1.8L/min。优选的，所述步骤S102的持续时间为7min～10min，例如：7min，8.5min或者10min。

[0040] 在通入氧气的同时，向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气。优选的，所述携磷源气体为氮气，其中所述磷源为三氯氧磷。优选的，所述氮气流量比步骤S101中的氮气流量减少0.3L/min，即为18.7L/min～20.7L/min，例如：18.7L/min、19.7L/min或20.7L/min。

[0041] 步骤S103，将温度提升至高温条件。优选的，所述高温条件的温度范围为800℃～900℃，例如：800℃、850℃或900℃。在高温条件下，继续向所述扩散炉中通入氧气，氧气流量比所述步骤S102中的氧气流量提升0.3L/min，即为0.9L/min～2.1L/min。优选的，所述氧气流量例如：0.9L/min、1.5L/min或2.1L/min。

[0042] 向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气，氮气流量比所述步骤S102中的氮气流量减小0.3L/min，即为18.4L/min～20.4L/min，例如：18.4L/min、19.4L/min或20.4L/min。

[0043] 优选的，所述步骤S103的持续时间为10min～15min，例如：10min，12.5min或者15min。

[0044] 步骤S104，继续向所述扩散炉中通入氧气，氧气流量比所述步骤S103中氧气流量提升0.3L/min，即为1.2L/min～2.4L/min。优选的，所述氧气流量例如：1.2L/min、1.8L/min或2.4L/min。

[0045] 向所述扩散炉中通入携磷源气体和氮气，氮气流量比所述步骤S103中的氮气流量减小0.3L/min，即为18.1L/min～20.1L/min，例如：18.1L/min、19.1L/min或20.1L/min。

[0046] 优选的，所述步骤S104的持续时间为10min～15min，例如：10min，12.5min或者15min。

[0047] 至此，四步梯度通氧过程结束，执行步骤S105，降温，并将扩散制备好的硅片从所述扩散炉中取出。

[0048] 下面分别采用本发明提供的方法和常规的扩散工艺对硅片进行扩散，并对所获得的太阳能电池片参数进行比较。

[0049] 实施例一，采用本发明提供的扩散方法：

[0050] 将待处理的硅片置于扩散炉中，同时在700℃～800℃下，通入氧气，炉内环境氮气气氛。氧气流量为0.3L/min～1.5L/min。向扩散炉内通入气体的时间为5min～7min。

[0051] 待温度稳定后，继续通入氧气，其中该氧气流量较之之前步骤提升0.3L/min；同时通入携磷源气体和氮气进行预淀积，其中氮气流量较之之前步骤降低0.3L/min。通气时间持续7min～10min。

[0052] 升高温度至800℃～900℃，继续通入携磷源气体和氮气，氧气流量在上一步基础上继续提升0.3L/min，同时氮气流量减少0.3L/min。通气时间持续10min～15min。

[0053] 待温度稳定后，通入携磷源气体和氮气。同时通入氧气，氧气流量较之之前步骤继续提升0.3L/min。为了维持总气体流量不变，氮气流量较之之前前步骤减少0.3L/min。通气时间持续10min～15min。

[0054] 降温出舟，完成扩散过程。

[0055] 实施例一采用的硅片如下：

[0056]

[0057] 实施例二，采用常规扩散工艺：

[0058] 将待处理的硅片置于扩散炉中，同时在低温条件下，通入足量恒定流量氧气，炉内环境氮气气氛。

[0059] 待温度稳定，继续通入氧气，且流量不变，同时通入携磷源气体和氮气进行预淀积。

[0060] 停止通入携磷源气体和干氧，继续通入氮气，升温5min。

[0061] 待温度升高后继续通入携磷源气体、干氧和氮气进行分歩推阱，推阱时间30min，干氧流量始终保持不变。

[0062] 降温出舟，完成扩散过程。

[0063] 实施例二采用的硅片如下：

[0064]

[0065] 实施例一与实施例二采用同一批硅片进行扩散，其他工艺均正常。对制得的太阳能电池片进行检测得到的参数参见下表：

[0066]

[0067] 从上述对比方案及结果可以看出，本发明提供的扩散制备方法因其降低了扩散表面浓度，造成硅片表面均匀性降低。同时配合丝网印刷制备的太阳能电池片的光电转换效率为17.71％。而常规工艺制备的太阳能电池片的光电转换效率为17.648％。本方法制备的太阳能电池片的光电转换效率提升了0.062％，提升效果明显；在短路电流方面，本发明为8.6126A，而常规工艺为8.5996A，提高了13mA，符合初始理论设想。

[0068] 本发明提出的高方阻太阳能电池片的扩散制备方法，采用降低前期氧气流量，并分四步梯度式升高氧气流量，同时保持磷源流量不变，并通过调节氮气流量使总流量提升。相对于传统方法，本方面提出的方法在回温氧化过程中先在硅片表面覆盖一层薄氧化层，因氮气流量的提升相对降低了扩散源浓度；随后进行表面预淀积，随着氧气流量的提升，使硅片表面的磷源逐渐反应；因为硅片表面扩散浓度降低，使其方块电阻的表面均匀性降低。
扩散好的硅片再进行丝网印刷等后续工艺后，制备成的太阳能电池片在开路电压和短路电流上均有所提升。

[0069] 虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

[0070] 此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。