物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，包括，1)將清洗制絨后的硅片進(jìn)行第一恒溫?zé)崽幚恚?)將經(jīng)步驟1)處理后的硅片進(jìn)行第二恒溫?zé)崽幚恚?)將經(jīng)步驟2)處理后的硅片進(jìn)行氧化處理；4)向步驟3)處理后的硅片通磷源進(jìn)行磷擴(kuò)散處理；5)將經(jīng)步驟4)處理后的硅片進(jìn)行退火處理。本發(fā)明的擴(kuò)散方法應(yīng)用于物理冶金硅太陽電池制備中，可節(jié)約成本，提高產(chǎn)能，所形成的PN結(jié)，表面雜質(zhì)濃度低，雜質(zhì)分布均勻，擴(kuò)散均勻性好，減小了死層效應(yīng)，有利于電子的收集，降低了太陽能電池因復(fù)合造成的效率損失，從而提高了電池片的最終光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池制造中的擴(kuò)散工藝，具體為一種物理冶金多晶硅太陽能電 池的磷擴(kuò)散方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池是一種可以將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，由于其應(yīng)用具有清潔、環(huán) 保、無污染的優(yōu)點(diǎn)，因此備受關(guān)注，正逐步成為有希望取代傳統(tǒng)能源的最佳新能源。
[0003] 在眾多種類的太陽電池中，多晶硅太陽電池價(jià)格較低且轉(zhuǎn)換效率較高，在光伏市 場中占據(jù)了絕對的主導(dǎo)地位，并且這一趨勢在短期內(nèi)難以改變。因此繼續(xù)提高多晶硅太陽 電池轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本，使多晶硅太陽電池發(fā)電能與傳統(tǒng)能源進(jìn)行競爭已經(jīng)成為當(dāng) 今光伏【技術(shù)領(lǐng)域】亟待解決的問題。
[0004] 當(dāng)前太陽能級多晶硅生產(chǎn)普遍采用化學(xué)法（西門子法、改良西門子法或流化床 法），該方法需要把多晶硅提純到一定純度，再根據(jù)需要對多晶硅重新熔融摻進(jìn)高純硼，大 大增加了成本。并且該技術(shù)存在投資成本過高、設(shè)備工藝復(fù)雜、能耗高、產(chǎn)能低、反應(yīng)副產(chǎn)物 難以處理等缺點(diǎn)，成本下降的空間非常有限，嚴(yán)重制約著太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而物理法提純 技術(shù)作為一種生產(chǎn)太陽能級硅的新興工藝，具有工藝簡單、成本低、產(chǎn)能大、污染少等特點(diǎn)。 越來越多的研究機(jī)構(gòu)和制造廠商開始把目光集中在物理法提純的多晶硅上。因此，從降低 成本、提高產(chǎn)能及環(huán)保效益等方面考慮，物理法多晶硅提純技術(shù)有著很好的發(fā)展空間和極 具競爭力的市場前景。
[0005] 物理冶金法提純多晶硅，直接把硅材料中的硼提純到所需的純度，不需要再次對 多晶硅重新熔融摻進(jìn)高純硼，一般多晶硅的電阻率要比化學(xué)法提純的低，即多晶硅中硼濃 度要相對高些，并且電阻率均勻性較差。同時(shí)在物理法多晶硅生產(chǎn)過程中還會出現(xiàn)較多的 金屬雜質(zhì)和較高密度的晶界、位錯(cuò)等微缺陷，這些金屬雜質(zhì)和缺陷最終都會形成復(fù)合中心， 從而影響電池轉(zhuǎn)換效率。
[0006] 為了提高物理冶金法多晶硅電池的效率和可靠性，不但要從材料方面著手優(yōu)化， 還需要從電池生產(chǎn)工藝方面進(jìn)行改進(jìn)。而在多晶硅電池的制備過程中，擴(kuò)散制PN結(jié)屬于核 心技術(shù)，所制PN結(jié)的質(zhì)量會直接影響到太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0007] 目前，多晶硅電池生產(chǎn)過程中大都采用三氯氧磷（POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散法，其原理 是：POCl3被N 2攜帶進(jìn)入石英爐管內(nèi)，在高溫條件下分解為PCl5和P2O5, PCl5與O2反應(yīng)生成 P2O5和Cl2, P2O5又與硅片反應(yīng)生成P單質(zhì)和SiO2，高溫下P原子在硅片中擴(kuò)散，并形成N型 區(qū)域，和基片一起構(gòu)成了 PN結(jié)。利用此方法得到的PN結(jié)結(jié)構(gòu)均勻，擴(kuò)散層表面良好，并且 生產(chǎn)效率高，有利于制作大面積太陽能電池，是目前應(yīng)用最多的擴(kuò)散方法。
[0008] 在傳統(tǒng)擴(kuò)散工藝中，擴(kuò)散流程一般分為：進(jìn)舟一恒溫一通源擴(kuò)散一升溫推進(jìn)一降 溫一出舟，擴(kuò)散過程中，三氯氧磷在高溫條件下與硅片表面發(fā)生反應(yīng)，并由硅片表面向內(nèi)部 緩慢擴(kuò)散。由于硅片在石英爐管中距離很?。s2. 5_)，因此硅片的中心部位難以獲得與 周圍等量的磷源，擴(kuò)散后方阻均勻性變差，可能導(dǎo)致硅片中心部位雜質(zhì)濃度低，方阻偏高， 電池片最終光電轉(zhuǎn)換效率較低。并且，擴(kuò)散開始前為了穩(wěn)定各個(gè)溫區(qū)溫度，現(xiàn)有工藝均采用 一步恒溫，各個(gè)溫區(qū)溫度波動(dòng)較大，穩(wěn)定性差，因此在恒溫過程中溫度上升后產(chǎn)生的溫度漂 移較大，需要的恒溫時(shí)間較長。
[0009] 此外，傳統(tǒng)技術(shù)的通源擴(kuò)散步驟和升溫推進(jìn)步驟采用同一溫度完成，通過對多晶 硅硅片低溫沉積來控制雜質(zhì)總量。若要保證輕摻雜濃度，三氯氧磷源流量不能大，否則摻雜 濃度會高，這樣也會導(dǎo)致方阻均勻性變得較差，影響電池片電性能參數(shù)。為了滿足PN結(jié)結(jié) 深和雜質(zhì)濃度分布的要求，需要在硅片表面沉積的雜質(zhì)磷的總量大于雜質(zhì)磷在硅中固溶度 的磷原子的總量。在升溫推進(jìn)過程中，通過高溫推進(jìn)能夠?qū)⒍嗑Ч璞砻娉练e的一部分磷雜 質(zhì)推入到多晶硅中（在高溫下磷雜質(zhì)在多晶硅中的溶解度升高，因此表面的磷原子能夠在 高溫下向多晶硅內(nèi)部滲透溶解）。雖然硅片表面的磷能夠被推入到多晶硅中，但是還有一定 量的磷原子沉積于多晶硅的表面，不能作為施主提供電子，從而形成一層具有一定厚度的 不易導(dǎo)電的"死層"。
[0010] 為了提高電池效率許多公司都對傳統(tǒng)擴(kuò)散工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過變溫?cái)U(kuò)散工藝代替 恒溫?cái)U(kuò)散。因?yàn)榈蜏刈儨財(cái)U(kuò)散工藝可更有效的降低少數(shù)載流子的復(fù)合速率，同時(shí)磷吸雜的 效果也發(fā)揮的更加充分。但由于控溫系統(tǒng)不穩(wěn)導(dǎo)致各溫區(qū)溫度不穩(wěn)定，也會使擴(kuò)散均勻性 差，方阻波動(dòng)性變大，摻雜濃度梯度不能形成，這樣就對燒結(jié)工藝提出了更高的要求，極大 的增加了工藝難度及復(fù)雜性。
[0011] 無論是恒溫?cái)U(kuò)散還是變溫?cái)U(kuò)散，其都是基于一次通源，磷雜質(zhì)在硅片內(nèi)的分布一 般符合高斯分布或余誤差分布。單純的通過改變溫度、濃度或者時(shí)間都很難解決上述問題， 優(yōu)化程度有限。因此尋求一種擴(kuò)散均勻性較好，方阻均勻且硅片表面及體內(nèi)雜質(zhì)濃度分布 均勻，從而提高電池片最終光電轉(zhuǎn)換效率的多晶硅太陽能電池?cái)U(kuò)散方法尤為重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方 法，包括，1)將清洗制絨后的硅片進(jìn)行第一恒溫?zé)崽幚恚?)將經(jīng)步驟1)處理后的硅片進(jìn)行 第二恒溫?zé)崽幚恚?)將經(jīng)步驟2)處理后的硅片進(jìn)行氧化處理；4)向步驟3)處理后的硅片 通磷源進(jìn)行磷擴(kuò)散處理；5)將經(jīng)步驟4)處理后的硅片進(jìn)行退火處理。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中所述步驟4)的磷擴(kuò)散處理包括第一擴(kuò)散處理和 第二擴(kuò)散處理，所述第一擴(kuò)散處理包括低溫預(yù)沉積步驟和升溫步驟，所述第二擴(kuò)散處理包 括a)低溫沉積；b)升溫推進(jìn)；c)再沉積；d)高溫推進(jìn)；e)高溫再分布。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述第一擴(kuò)散處理包括：
[0015] 于770?790°C，向所述硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量為20000? 21000sccm，氧氣流量為200?350sccm，攜源小氮流量為300?450sccm，時(shí)間為60?150s ; 及
[0016] 于790?810°C，向經(jīng)上述處理后的硅片通大氮及氧氣，大氮流量為20000? 21000sccm，氧氣流量為200?400sccm，時(shí)間為90?220s。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述第二擴(kuò)散處理包括：
[0018] a)于790?810°C，向經(jīng)所述第一擴(kuò)散處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮， 大氮流量為22000?24000sccm，氧氣流量為600?lOOOsccm，攜源小氮流量為900? llOOsccm，時(shí)間為 200 ?400s ;
[0019] b)于810?830°C，向經(jīng)步驟a)處理后的硅片通大氮，大氮流量為20000? 22000sccm，時(shí)間為 200 ?400s ;
[0020] c)于810?830°C，向經(jīng)步驟b)處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量 為22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，攜源小氮流量為900?1400sccm，時(shí) 間為200?400s ;
[0021] d)于830?850°C，向經(jīng)步驟c)處理后的硅片通大氮，大氮流量為20000? 22000sccm，時(shí)間為 200 ?400s ;
[0022] e)于830?850°C，向經(jīng)步驟d)處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量 為22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，攜源小氮流量為900?1400sccm，時(shí) 間為400?700s。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中所述第一恒溫?zé)崽幚戆?，?70?820°C，向 所述硅片通大氮，大氮流量為19000?20000sccm，時(shí)間為200?400s。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中所述第二恒溫?zé)崽幚戆?，?70?820°C， 向經(jīng)所述第一恒溫?zé)崽幚淼耐奁ù蟮?，大氮流量?9000?20000sccm，時(shí)間為180? 360s〇
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中所述步驟3)包括，于770?820°C，向經(jīng)第 二恒溫處理的硅片通大氮和干氧，大氮流量為19000?20000sccm，氧氣流量為700? 1200sccm，氧化時(shí)間為200?300s。
[0026] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，包括，1)將 清洗制絨后的硅片進(jìn)行恒溫?zé)崽幚恚?)將經(jīng)步驟1)處理后的硅片進(jìn)行氧化處理；3)向步 驟2)處理后的硅片通磷源進(jìn)行磷擴(kuò)散處理；4)將經(jīng)步驟3)處理后的硅片進(jìn)行退火處理； 其中，所述步驟3)的磷擴(kuò)散處理包括第一擴(kuò)散處理和第二擴(kuò)散處理，所述第一擴(kuò)散處理包 括低溫預(yù)沉積步驟和升溫步驟；所述第二擴(kuò)散處理包括a)低溫沉積；b)升溫推進(jìn)；c)再沉 積；d)高溫推進(jìn)；e)高溫再分布。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述第一擴(kuò)散處理包括：
[0028] 于770?790°C，向所述硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量為20000? 21000sccm，氧氣流量為200?350sccm，攜源小氮流量為300?450sccm，時(shí)間為60?150s ; 及
[0029] 于790?810°C，向經(jīng)上述處理后的硅片通大氮及氧氣，大氮流量為20000? 21000sccm，氧氣流量為200?400sccm，時(shí)間為90?220s。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述第二擴(kuò)散處理包括：
[0031] a)于790?810°C，向經(jīng)所述第一擴(kuò)散處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮， 大氮流量為22000?24000sccm，氧氣流量為600?lOOOsccm，攜源小氮流量為900? llOOsccm，時(shí)間為 200 ?400s ;
[0032] b)于810?830°C，向經(jīng)步驟a)處理后的硅片通大氮，大氮流量為20000? 22000sccm，時(shí)間為 200 ?400s ;
[0033] c)于810?830°C，向經(jīng)步驟b)處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量 為22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，攜源小氮流量為900?1400sccm，時(shí) 間為200?400s ;
[0034] d)于830?850°C，向經(jīng)步驟c)處理后的硅片通大氮，大氮流量為20000? 22000sccm，時(shí)間為 200 ?400s ;
[0035] e)于830?850°C，向經(jīng)步驟d)處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量 為22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，攜源小氮流量為900?1400sccm，時(shí) 間為400?700s。
[0036] 本發(fā)明的擴(kuò)散方法應(yīng)用于物理冶金硅太陽電池制備中，節(jié)約成本，提高產(chǎn)能，所形 成的PN結(jié)，表面雜質(zhì)濃度低，雜質(zhì)分布均勻，擴(kuò)散均勻性較好，減小了死層效應(yīng)，有利于電 子的收集，降低了太陽能電池因復(fù)合造成的效率損失，從而提高了電池片的最終光電轉(zhuǎn)換 效率。并且還有利于改善由于高溫引起的電池晶體結(jié)構(gòu)變差的情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式的物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的典型實(shí)施例將在以下的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本 發(fā)明能夠在不同的實(shí)施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及 圖示在本質(zhì)上是當(dāng)作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。其中，大氮是指擴(kuò)散時(shí)作為稀釋氣體 的純氮?dú)?；攜源小氮，指通過磷源瓶攜帶磷源的氮?dú)?；干氧氧化，是以干燥純凈的氧氣作?氧化氣氛，在高溫下氧直接與硅反應(yīng)生成二氧化硅。
[0039] 本發(fā)明提供了一種物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，包括，1)將清洗制 絨后的硅片進(jìn)行第一恒溫?zé)崽幚恚?)將經(jīng)步驟1)處理后的硅片進(jìn)行第二恒溫?zé)崽幚恚?) 將經(jīng)步驟2)處理后的硅片進(jìn)行氧化處理；4)向步驟3)處理后的硅片通磷源進(jìn)行磷擴(kuò)散處 理；5)將經(jīng)步驟4)處理后的硅片進(jìn)行退火處理。
[0040] 在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟3)的磷擴(kuò)散處理包括第一擴(kuò)散處理和第二擴(kuò)散 處理。
[0041] 本發(fā)明的擴(kuò)散方法加入優(yōu)化的兩步恒溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，可以非常有效的控制擴(kuò)散爐 各溫區(qū)溫度的波動(dòng)，縮短恒溫時(shí)間，提高產(chǎn)量，并且對擴(kuò)散方阻均勻性以及電池片轉(zhuǎn)換效率 都有很大的改善。
[0042] 如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施方式的物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，將 清洗干凈并制好絨面的物理法多晶硅片放置在擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散，具體步驟包括：
[0043] 進(jìn)舟
[0044] 清洗制絨后的硅片進(jìn)入擴(kuò)散爐中，在硅片進(jìn)舟過程中向擴(kuò)散爐的進(jìn)氣管通入大 氮，大氮流量為22000?27000sccm，進(jìn)舟時(shí)間為500?700s。
[0045] 恒溫?zé)崽幚?br>
[0046] 第一恒溫?zé)崽幚恚簩U(kuò)散爐各溫區(qū)溫度設(shè)定在670?820°C，在恒溫過程中保持通 入大氮，大氮流量為19000?20000sccm，升溫時(shí)間為200?400s。
[0047] 第二恒溫?zé)崽幚恚簩U(kuò)散爐各溫區(qū)溫度設(shè)定在770?820°C，向擴(kuò)散爐中通入大 氮，大氮流量為19000?20000sccm，升溫時(shí)間為180?360s。
[0048] 干氧氧化
[0049] 保持?jǐn)U散爐的溫度為770?820°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮和干氧，大氮流量為 19000?20000sccm，氧氣流量為700?1200sccm，氧化時(shí)間為200?300s。
[0050] 預(yù)擴(kuò)散
[0051] 低溫預(yù)沉積：保持?jǐn)U散爐的溫度為770?790°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣以及 攜源小氮；大氮流量為20000?21000sccm，氧氣流量為200?350sccm，小氮流量為300? 450sccm，低溫預(yù)沉積時(shí)間為60?150s。
[0052] 升溫：擴(kuò)散爐升溫至790?810°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮以及氧氣；大氮流量為 20000?22000sccm，氧氣流量為200?400sccm，時(shí)間為90?220s。
[0053] 擴(kuò)散
[0054] 低溫沉積：保持?jǐn)U散爐的溫度為790?810°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣以及攜 源小氮；大氮流量為22000?24000sccm，氧氣流量為600?lOOOsccm，小氮流量為900? llOOsccm，沉積時(shí)間為200?400s。
[0055] 升溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐升溫至810?830°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮；大氮流量為 20000 ?22000sccm，時(shí)間為 200 ?400s。
[0056] 再沉積：保持?jǐn)U散爐的溫度為810?830°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、干氧以及攜源 小氮；大氮流量為22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，小氮流量為900? 1400sccm，再沉積時(shí)間為200?400s。
[0057] 高溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐升溫至835?850°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮；大氮流量為 20000 ?22000sccm，時(shí)間為 200 ?400s。
[0058] 高溫再分布：保持?jǐn)U散爐的溫度為835?850°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、干氧以及 攜源小氮；大氮流量為22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，小氮流量為900? 1400sccm，時(shí)間為 400 ?700s。
[0059] 降溫退火
[0060] 于680?730 °C，停止通攜源小氮和氧氣，繼續(xù)通大氮，大氮流量為22500? 24500sccm，退火時(shí)間為 1500 ?1800s。
[0061] 出舟
[0062] 在硅片推出擴(kuò)散爐過程中繼續(xù)向爐中通入大氮；大氮流量為22000?27000sccm， 出舟時(shí)間為500?640s。
[0063] 本發(fā)明的擴(kuò)散方法應(yīng)用于物理冶金硅太陽電池制備中，能通過擴(kuò)散工藝參數(shù)的改 變，使擴(kuò)散后方塊電阻為65?100 Ω，可節(jié)約成本，提高產(chǎn)能，具有良好效果。所形成的PN 結(jié)，表面雜質(zhì)濃度低，雜質(zhì)分布均勻，擴(kuò)散方阻均勻性較好，減小了死層效應(yīng)，有利于電子的 收集，降低了太陽能電池因復(fù)合造成的效率損失，從而提高了電池片的最終光電轉(zhuǎn)換效率。 并且還有利于改善由于高溫引起的電池晶體結(jié)構(gòu)變差的情況，減小電池光衰減。
[0064] 本發(fā)明的一實(shí)施方式中，擴(kuò)散前應(yīng)用兩步恒溫及兩步預(yù)擴(kuò)散技術(shù)。
[0065] 擴(kuò)散開始前為了穩(wěn)定各個(gè)溫區(qū)溫度，縮短恒溫時(shí)間，提高產(chǎn)量，將現(xiàn)有的一步恒溫 變?yōu)閮刹胶銣?。根?jù)需要第一步恒溫設(shè)定的各個(gè)溫區(qū)溫度均比最終恒溫溫度低，且存在較 大差異，再設(shè)定第二步恒溫溫度，且各個(gè)溫區(qū)溫度差異較小，充分利用升溫過程產(chǎn)生的溫度 漂移，使各個(gè)溫區(qū)溫度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此恒溫時(shí)間大大縮短，不但節(jié)約了電 能，而且廣能提商。
[0066] 將預(yù)擴(kuò)散分為兩步進(jìn)行，一方面可形成一層預(yù)擴(kuò)散層改善電池表面氧化層結(jié)構(gòu)； 另一方面也避免了擴(kuò)散開始后硅片表面直接接觸大流量的含磷源氣體，形成非均勻擴(kuò)散表 面而影響后續(xù)擴(kuò)散方阻的均勻性。
[0067] 預(yù)擴(kuò)散完成后開始正常擴(kuò)散形成PN結(jié)，正常擴(kuò)散分多步進(jìn)行，最后一步為高溫恒 定磷源擴(kuò)散再分布，提高表面N型層的磷濃度，使電池表面N區(qū)的最上面薄層形成重?fù)诫sN+ 層。N+層可有效保證電池表面與銀電極形成良好的歐姆接觸，降低電池的串聯(lián)電阻，提高電 池的短路電流。
[0068] 此外，本發(fā)明的擴(kuò)散方法，降低了氮?dú)?、三氯氧磷及干氧的使用量，縮短了工藝時(shí) 間,節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0069] 下面，結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法做 進(jìn)一步說明。其中，各實(shí)施例使用的硅片都是P型物理冶金多晶硅片，電阻率為0.6? 3. 0 Ω · cm。
[0070] 對比例
[0071] 對傳統(tǒng)擴(kuò)散工藝進(jìn)行優(yōu)化后作為對比例，將制好絨面的400片物理冶金多晶硅片 清洗干凈后放置在擴(kuò)散爐中進(jìn)行護(hù)散，擴(kuò)散目標(biāo)方阻為85 Ω，具體包括以下步驟：
[0072] 進(jìn)舟
[0073] 制絨后的硅片進(jìn)入擴(kuò)散爐中，在硅片進(jìn)舟過程中向擴(kuò)散爐的進(jìn)氣管通入大氮，大 氮流量為24000sccm，進(jìn)舟時(shí)間為640s ;
[0074] 恒溫
[0075] 將石英管內(nèi)各溫區(qū)的溫度設(shè)定為：爐口 815°C、溫區(qū)二810°C、溫區(qū)三806°C、溫 區(qū)四804°C、爐尾802°C,在恒溫過程中保持通入大氮,大氮流量為22000sccm，恒溫時(shí)間為 660s〇
[0076] 干氧氧化
[0077] 保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為805?815°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮和干氧，大氮流量為 20000sccm，氧氣流量為900sccm，氧化時(shí)間為350s。
[0078] 擴(kuò)散
[0079] 通源沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為805?815°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣以 及攜源小氮，大氮流量為27400sccm，氧氣流量為1050sccm，小氮流量為1280sccm，沉積時(shí) 間為1300s。
[0080] 升溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至845?860°C，停止通入攜源小氮和干氧，繼續(xù)向 擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為20000sccm，時(shí)間為800s。
[0081] 降溫退火
[0082] 擴(kuò)散爐的溫度降至730°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，退火時(shí) 間為1800s。
[0083] 出舟
[0084] 在硅片推出擴(kuò)散爐過程中繼續(xù)向爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，出舟時(shí)間 為 550s。
[0085] 實(shí)施例1
[0086] 在傳統(tǒng)工藝對比例的基礎(chǔ)上采用優(yōu)化后的本發(fā)明的兩步恒溫技術(shù)，作為實(shí)施例1， 將制好絨面的400片物理冶金多晶硅片清洗干凈后放置在擴(kuò)散爐中進(jìn)行護(hù)散，擴(kuò)散目標(biāo)方 阻為85 Ω，具體包括以下步驟：
[0087] 進(jìn)舟
[0088] 制絨后的硅片進(jìn)入擴(kuò)散爐中，在硅片進(jìn)舟過程中向擴(kuò)散爐的進(jìn)氣管通入大氮，大 氮流量為24000sccm，進(jìn)舟時(shí)間為640s ;
[0089] 恒溫?zé)崽幚?br>
[0090] 第一恒溫?zé)崽幚恚簩⑹⒐軆?nèi)各溫區(qū)的溫度設(shè)定為：爐口 815°C、溫區(qū)二740°C、 溫區(qū)三730°C、溫區(qū)四710°C、爐尾805°C ;在恒溫過程中保持通入大氮；大氮流量為 20000sccm，恒溫時(shí)間為300s。
[0091] 第二恒溫?zé)崽幚恚簩⑹⒐軆?nèi)各溫區(qū)的溫度設(shè)定為：爐口 815°C、溫區(qū)二813°C、 溫區(qū)三812°C、溫區(qū)四810°C、爐尾810°C ;在恒溫過程中保持通入大氮；大氮流量為 20000sccm，恒溫時(shí)間為200s ;
[0092] 干氧氧化
[0093] 保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為810?815°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮和干氧，大氮流量為 20000sccm，氧氣流量為900sccm，氧化時(shí)間為350s。
[0094] 擴(kuò)散
[0095] 通源沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為810?815°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣以 及攜源小氮，大氮流量為27400sccm，氧氣流量為1050sccm，小氮流量為1280sccm，沉積時(shí) 間為1300s。
[0096] 升溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至845?860°C，停止通入攜源小氮和干氧，繼續(xù)向 擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為20000sccm，時(shí)間為800s。
[0097] 降溫退火
[0098] 擴(kuò)散爐的溫度降至730°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，退火時(shí) 間為1800s。
[0099] 出舟
[0100] 在硅片推出擴(kuò)散爐過程中繼續(xù)向爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，出舟時(shí)間 為 550s。
[0101] 實(shí)施例2
[0102] 在傳統(tǒng)工藝對比例基礎(chǔ)上單獨(dú)采用本發(fā)明的擴(kuò)散步驟，作為實(shí)施例2,將制好絨面 的400片物理冶金多晶硅片清洗干凈后放置在擴(kuò)散爐中進(jìn)行護(hù)散，擴(kuò)散目標(biāo)方阻為85 Ω， 具體包括以下步驟：
[0103] 進(jìn)舟
[0104] 制絨后的硅片進(jìn)入擴(kuò)散爐中，在硅片進(jìn)舟過程中向擴(kuò)散爐的進(jìn)氣管通入大氮，大 氮流量為24000sccm，進(jìn)舟時(shí)間為640s ;
[0105] 恒溫
[0106] 將石英管內(nèi)各溫區(qū)的溫度設(shè)定為：爐口 790°C、溫區(qū)二788°C、溫區(qū)三786°C、溫 區(qū)四785°C、爐尾785°C，在恒溫過程中保持通入大氮，大氮流量為22000sccm，恒溫時(shí)間為 660s〇
[0107] 干氧氧化
[0108] 保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為785?790°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮和干氧，大氮流量為 20000sccm，氧氣流量為900sccm，氧化時(shí)間為350s。
[0109] 預(yù)擴(kuò)散
[0110] 低溫預(yù)沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為785?790°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣 以及攜源小氮，大氮流量為20000sccm，氧氣流量為260sccm，小氮流量為300sccm，低溫預(yù) 沉積時(shí)間為90s。
[0111] 升溫：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至800?802°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮以及氧氣，大氮流 量為20000sccm，氧氣流量為200sccm，時(shí)間為200s。
[0112] 擴(kuò)散
[0113] 低溫沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為800?802°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣以 及攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為780sccm，小氮流量為IlOOsccm,沉積時(shí)間 為 320s。
[0114] 升溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至820?823°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為 20000sccm，時(shí)間為 280s。
[0115] 再沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為820?823°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、干氧以及 攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為800sccm，小氮流量為1220sccm，再沉積時(shí)間 為 290s。
[0116] 高溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至845?848°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為 20000sccm，時(shí)間為 300s。
[0117] 高溫再分布：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為845?848°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、干氧 以及攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為810sccm，小氮流量為1250sccm，時(shí)間為 450s〇
[0118] 降溫退火
[0119] 擴(kuò)散爐的溫度降至730°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，退火時(shí) 間為1800s。
[0120] 出舟
[0121] 在硅片推出擴(kuò)散爐過程中繼續(xù)向爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，出舟時(shí)間 為 550s。
[0122] 實(shí)施例3
[0123] 將制好絨面的400片物理冶金多晶硅片清洗干凈后放置在擴(kuò)散爐中進(jìn)行護(hù)散，擴(kuò) 散目標(biāo)方阻為75 Ω，具體包括以下步驟：
[0124] 進(jìn)舟
[0125] 制絨后的硅片進(jìn)入擴(kuò)散爐中，在硅片進(jìn)舟過程中向擴(kuò)散爐的進(jìn)氣管通入大氮，大 氮流量為23000sccm，進(jìn)舟時(shí)間為640s。
[0126] 恒溫
[0127] 第一恒溫?zé)崽幚恚簩⑹⒐軆?nèi)各溫區(qū)的溫度設(shè)定為：爐口 785°C、溫區(qū)二720°C、 溫區(qū)三710°C、溫區(qū)四670°C、爐尾783°C，在恒溫過程中保持通入大氮，大氮流量為 20000sccm，恒溫時(shí)間為280s。
[0128] 第二恒溫?zé)崽幚恚簩⑹⒐軆?nèi)各溫區(qū)的溫度設(shè)定為：爐口 788°C、溫區(qū)二787°C、 溫區(qū)三785 °C、溫區(qū)四785 °C、爐尾785 °C，在恒溫過程中保持通入大氮，大氮流量為 20000sccm，恒溫時(shí)間為190s。
[0129] 干氧氧化
[0130] 保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為785?788°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮和干氧，大氮流量為 20000sccm，氧氣流量為800sccm，氧化時(shí)間為240s。
[0131] 預(yù)擴(kuò)散
[0132] 低溫預(yù)沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為785?788°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣 以及攜源小氮，大氮流量為20000sccm，氧氣流量為260sccm，小氮流量為300sccm，低溫預(yù) 沉積時(shí)間為90s。
[0133] 升溫：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至800?802°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮以及氧氣，大氮流 量為20000sccm，氧氣流量為200sccm，時(shí)間為200s。
[0134] 擴(kuò)散
[0135] 低溫沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為800?802°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣以 及攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為780sccm，小氮流量為IlOOsccm,沉積時(shí)間 為 320s。
[0136] 升溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至820?823°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為 20000sccm，時(shí)間為 280s。
[0137] 再沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為820?823°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、干氧以及 攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為800sccm，小氮流量為1220sccm，再沉積時(shí)間 為 290s。
[0138] 高溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至845?848°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為 20000sccm，時(shí)間為 300s。
[0139] 高溫再分布：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為845?848°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、干氧 以及攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為810sccm，小氮流量為1250sccm，時(shí)間為 450s〇
[0140] 降溫退火
[0141] 擴(kuò)散爐的溫度降至730°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，退火時(shí) 間為1800s。
[0142] 出舟
[0143] 在硅片推出擴(kuò)散爐過程中繼續(xù)向爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，出舟時(shí)間 為 550s。
[0144] 實(shí)施例4
[0145] 將制好絨面的400片物理冶金多晶硅片清洗干凈后放置在擴(kuò)散爐中進(jìn)行護(hù)散，擴(kuò) 散目標(biāo)方阻為85 Ω，具體包括以下步驟：
[0146] 進(jìn)舟
[0147] 制絨后的硅片進(jìn)入擴(kuò)散爐中，在硅片進(jìn)舟過程中向擴(kuò)散爐的進(jìn)氣管通入大氮，大 氮流量為24000sccm，進(jìn)舟時(shí)間為640s ;
[0148] 恒溫
[0149] 第一恒溫?zé)崽幚恚簩⑹⒐軆?nèi)各溫區(qū)的溫度設(shè)定為：爐口 788°C、溫區(qū)二720°C、 溫區(qū)三700°C、溫區(qū)四725 °C、爐尾783 °C，在恒溫過程中保持通入大氮，大氮流量為 20000sccm，恒溫時(shí)間為270s。
[0150] 第二恒溫?zé)崽幚恚簩⑹⒐軆?nèi)各溫區(qū)的溫度設(shè)定為：爐口 790°C、溫區(qū)二788°C、 溫區(qū)三785 °C、溫區(qū)四785 °C、爐尾785 °C，在恒溫過程中保持通入大氮，大氮流量為 20000sccm，恒溫時(shí)間為220s。
[0151] 干氧氧化
[0152] 保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為785?790°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮和干氧，大氮流量為 20000sccm，氧氣流量為800sccm，氧化時(shí)間為240s。
[0153] 預(yù)擴(kuò)散
[0154] 低溫預(yù)沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為785?790°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣 以及攜源小氮，大氮流量為20000sccm，氧氣流量為260sccm，小氮流量為300sccm，低溫預(yù) 沉積時(shí)間為100s。
[0155] 升溫：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至802?806°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮以及氧氣，大氮流 量為20000sccm，氧氣流量為200sccm，時(shí)間為200s。
[0156] 擴(kuò)散
[0157] 低溫沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為802?806°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、氧氣以 及攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為780sccm，小氮流量為IlOOsccm,沉積時(shí)間 為 270s。
[0158] 升溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至822?826°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為 20000sccm，時(shí)間為 280s。
[0159] 再沉積：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為822?828°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、干氧以及 攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為800sccm，小氮流量為1220sccm，再沉積時(shí)間 為 280s。
[0160] 高溫推進(jìn)：擴(kuò)散爐各溫區(qū)升溫至840?844°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為 20000sccm，時(shí)間為 280s。
[0161] 高溫再分布：保持?jǐn)U散爐各溫區(qū)溫度為840?844°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮、干氧 以及攜源小氮，大氮流量為22000sccm，氧氣流量為810sccm，小氮流量為1250sccm，時(shí)間為 430s〇
[0162] 降溫退火
[0163] 擴(kuò)散爐的溫度降至730°C，向擴(kuò)散爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，退火時(shí) 間為1800s。
[0164] 出舟
[0165] 在硅片推出擴(kuò)散爐過程中繼續(xù)向爐中通入大氮，大氮流量為23000sccm，出舟時(shí)間 為 550s。
[0166] 將對比例及實(shí)施例1至4擴(kuò)散后的硅片進(jìn)行方塊電阻測試，具體數(shù)據(jù)見表1。同時(shí)， 將實(shí)施例1至4及對比例擴(kuò)散后的娃片，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法用于制備規(guī)格156_X 156_ 的物理冶金多晶硅電池，所制得的電池的性能參數(shù)測試結(jié)果見表2。
[0167] 表 1
【權(quán)利要求】
1. 一種物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，包括， 1) 將清洗制絨后的硅片進(jìn)行第一恒溫?zé)崽幚恚? 2) 將經(jīng)步驟1)處理后的硅片進(jìn)行第二恒溫?zé)崽幚恚? 3) 將經(jīng)步驟2)處理后的硅片進(jìn)行氧化處理； 4) 向步驟3)處理后的硅片通磷源進(jìn)行磷擴(kuò)散處理； 5) 將經(jīng)步驟4)處理后的硅片進(jìn)行退火處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟4)的磷擴(kuò)散處理包括第一擴(kuò)散處理和第 二擴(kuò)散處理，所述第一擴(kuò)散處理包括低溫預(yù)沉積步驟和升溫步驟，所述第二擴(kuò)散處理包括 a)低溫沉積；b)升溫推進(jìn)；c)再沉積；d)高溫推進(jìn)；e)高溫再分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述第一擴(kuò)散處理包括： 于770?790°C，向所述硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量為20000? 21000sccm，氧氣流量為200?350sccm，攜源小氮流量為300?450sccm，時(shí)間為60?150s ; 及 于790?810 °C,向經(jīng)上述處理后的硅片通大氮及氧氣，大氮流量為20000? 21000sccm，氧氣流量為200?400sccm，時(shí)間為90?220s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述第二擴(kuò)散處理包括： a) 于790?810°C，向經(jīng)所述第一擴(kuò)散處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流 量為22000?24000sccm，氧氣流量為600?lOOOsccm，攜源小氮流量為900?llOOsccm， 時(shí)間為200?400s ; b) 于810?830°C，向經(jīng)步驟a)處理后的硅片通大氮，大氮流量為20000?22000sccm， 時(shí)間為200?400s ; c) 于810?830°C，向經(jīng)步驟b)處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量為 22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，攜源小氮流量為900?1400sccm，時(shí)間 為 200 ?400s ; d) 于830?850°C，向經(jīng)步驟c)處理后的硅片通大氮，大氮流量為20000?22000sccm， 時(shí)間為200?400s ; e) 于830?850°C，向經(jīng)步驟d)處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量為 22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，攜源小氮流量為900?1400sccm，時(shí)間 為 400 ?700s。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一恒溫?zé)崽幚戆?，?70?820°C，向所 述硅片通大氮，大氮流量為19000?20000sccm，時(shí)間為200?400s。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二恒溫?zé)崽幚戆?，?70?820°C，向經(jīng) 所述第一恒溫?zé)崽幚淼耐奁ù蟮?，大氮流量?9000?20000sccm，時(shí)間為180?360s。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟3)包括，于770?820°C，向經(jīng)第二恒溫 處理的硅片通大氮和干氧，大氮流量為19000?20000sccm，氧氣流量為700?1200sccm， 氧化時(shí)間為200?300s。
8. -種物理冶金多晶硅太陽能電池的磷擴(kuò)散方法，包括， 1) 將清洗制絨后的硅片進(jìn)行恒溫?zé)崽幚恚? 2) 將經(jīng)步驟1)處理后的硅片進(jìn)行氧化處理； 3) 向步驟2)處理后的硅片通磷源進(jìn)行磷擴(kuò)散處理； 4) 將經(jīng)步驟3)處理后的硅片進(jìn)行退火處理； 其中，所述步驟3)的磷擴(kuò)散處理包括第一擴(kuò)散處理和第二擴(kuò)散處理，所述第一擴(kuò)散處 理包括低溫預(yù)沉積步驟和升溫步驟；所述第二擴(kuò)散處理包括a)低溫沉積；b)升溫推進(jìn)；c) 再沉積；d)高溫推進(jìn)；e)高溫再分布。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述第一擴(kuò)散處理包括： 于770?790°C，向所述硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量為20000? 21000sccm，氧氣流量為200?350sccm，攜源小氮流量為300?450sccm，時(shí)間為60?150s ; 及 于790?810 °C,向經(jīng)上述處理后的硅片通大氮及氧氣，大氮流量為20000? 21000sccm，氧氣流量為200?400sccm，時(shí)間為90?220s。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述第二擴(kuò)散處理包括： a) 于790?810°C，向經(jīng)所述第一擴(kuò)散處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流 量為22000?24000sccm，氧氣流量為600?lOOOsccm，攜源小氮流量為900?llOOsccm， 時(shí)間為200?400s ; b) 于810?830°C，向經(jīng)步驟a)處理后的硅片通大氮，大氮流量為20000?22000sccm， 時(shí)間為200?400s ; c) 于810?830°C，向經(jīng)步驟b)處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量為 22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，攜源小氮流量為900?1400sccm，時(shí)間 為 200 ?400s ; d) 于830?850°C，向經(jīng)步驟c)處理后的硅片通大氮，大氮流量為20000?22000sccm， 時(shí)間為200?400s ; e) 于830?850°C，向經(jīng)步驟d)處理后的硅片通大氮、氧氣及攜源小氮，大氮流量為 22000?24000sccm，氧氣流量為700?llOOsccm，攜源小氮流量為900?1400sccm，時(shí)間 為 400 ?700s。
【文檔編號】C30B31/08GK104404626SQ201410708186
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】鄒凱, 和江變, 郭凱華, 郭永強(qiáng), 孟德龍, 宗靈侖, 李健 申請人:內(nèi)蒙古日月太陽能科技有限責(zé)任公司