CN102779897A - 一种一次性扩散制备选择性发射极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一次性扩散制备选择性发射极的方法，包括以下步骤：（一）装片；（二）扩散；（三）测片；（四）卸片。本发明通过在扩散时采用活动选择性扩散模板或固定选择性扩散模板对硅片进行选择性遮掩，使硅片上的栅线印刷位置暴露在扩散气氛中，而硅片上其它部位则被遮掩，扩散后分别形成深扩散区和浅扩散区，从而直接形成选择性发射极，解决了现有技术的制备选择性发射极的方法成本高，制作复杂，量产难度较大的问题。本发明制备工艺简单，可操作性强；大大简化了制备工艺，降低了制备成本；适合大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，尤其是涉及一种一次性扩散制备选择性发射极的方法。
背景技术
太阳能电池的发展方向是低成本、高效率，而选择性发射极结构是P-N结晶体太阳能电池生产工艺中有希望实现高效率的方法之一，选择性发射极具有两个特征：1）在栅线下及其附近形成高掺杂深扩散区；2）在其他区域形成低掺杂浅扩散区，这样的结构可降低扩散层复合，由此提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高转换效率。
目前制造选择性发射极的方法有很多，例如，中国专利申请公布号：CN101794845A，申请公布日：2010年8月4日，公开了一次扩散制备选择性发射极的方法。它依次具有如下工艺步骤：先将硅片制绒，接着进行均匀重扩散，扩散后在硅片表面沉积氮化硅薄膜，然后将腐蚀性浆料印在硅片的非金属电极区以刻蚀掉该处的氮化硅薄膜，最后用酸溶液或碱溶液腐蚀掉非金属电极区的硅得到浅扩散区，电极区即为重扩散区。其不足之处是，此方法需先重扩散，接着在硅片表面沉积氮化硅薄膜，再用腐蚀性浆料印在硅片的非金属电极区以刻蚀掉该处的氮化硅薄膜，最后用酸溶液或碱溶液腐蚀掉非金属电极区的硅得到浅扩散区，要经一次扩散两次腐蚀才能得到选择性发射电极，不仅制备工艺复杂，而且成本也很高。
另外，中国专利申请公布号：CN102332492A，申请公布日2012年1月25日，公开了一种在正电极栅线下及其附近重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂的选择性发射极太阳能电池的制备方法。经过：印刷电极时在电极浆料中掺入高浓度磷浆→电极栅线状丝网印刷高浓度磷浆后在三氯氧磷气氛中进行扩散→快速扩散与常规扩散的结合。其不足之处是，该方法是通过将含磷源的浆料通过丝网印刷的方法印刷到硅片表面，在经过高温扩散实现选择性扩散，由于浆料中的有机物高温下挥发，会对扩散工艺稳定造成一定影响，扩散均匀性很难控制，另外在短时间的快速扩散中，高浓度磷浆往往会来不及挥发沉积，造成扩散效果较差。
此外，此外还有激光掺杂法、返刻法等选择性发射极的制备方法，但以上方法均具有成本高，制作复杂，量产难度较大的缺点。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的制备选择性发射极的方法成本高，制作复杂，量产难度较大的不足，提供了一种制备工艺简单，制造成本低，可批量生产的一次性扩散制备选择性发射极的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种一次性扩散制备选择性发射极的方法，所述的方法包括以下步骤：
（一） 装片：将硅片与活动选择性扩散模板贴合后***分体式石英舟上的卡槽，或将硅片单独***带有固定选择性扩散模板的一体式石英舟上的卡槽，所述活动选择性扩散模板与固定选择性扩散模板上均设有镂空槽，所述镂空槽的形状与硅片正面的栅线印刷图案相同。活动选择性扩散模板或固定选择性扩散模板上均设有与硅片正面的栅线印刷图案相同的镂空槽，在活动选择性扩散模板或固定选择性扩散模板与硅片贴合分别***分体式石英舟或一体式石英舟上的卡槽进行扩散时，由于镂空槽与硅片正面的栅线印刷图案相同，硅片正面栅线的印刷位置直接暴露在扩散气氛中，，扩散时栅线印刷位置下及其附近区域在扩散时进行重掺杂，从而形成深扩散区，而硅片上的其它部位被活动选择性扩散模板或固定选择性扩散模板上未镂空的部分遮掩，导致扩散气氛无法进入，扩散时进行轻掺杂，从而形成浅扩散区，通过活动选择性扩散模板或固定选择性扩散模板的遮掩，可直接一次性制备选择性发射极，与现有技术相比，无需先重扩散，接着在硅片表面沉积氮化硅薄膜，再用腐蚀性浆料印在硅片的非金属电极区以刻蚀掉该处的氮化硅薄膜，最后用酸腐蚀，也无需先进行印刷磷浆料，再进行二次扩散，本发明只需进行一次扩散便能制得选择性发射极，不仅大大简化了扩散的工艺步骤，操作也更为方便，制备成本也更低，还适合大批量生产。
（二） 扩散：采用三氯氧磷液态源扩散法进行扩散，三氯氧磷液态源温度为20℃。三氯氧磷液态源扩散法生产效率高，得到的PN结均匀、平整，扩散层表面良好。
（三） 测片：随机抽取若干硅片采用四探针法进行方阻测试。随机抽取若干硅片进行方阻测试，以便于根据方阻选择电极印刷浆料。
（四） 卸片。
作为优选，步骤（一）中，将一片硅片与一片活动选择性扩散模板贴合后同时***分体式石英舟上的卡槽，所述卡槽的宽度为单片硅片与单片活动选择性扩散模板的厚度之和。该分体式石英舟整体结构与普通石英舟相同，其主要区别点在于：分体式石英舟上的卡槽宽度与普通石英舟的卡槽宽度不同，由于该分体式石英舟上的卡槽需要同时容纳一片硅片与一片活动选择性扩散模板，因此卡槽的宽度等于一片硅片与一片活动选择性扩散模板的厚度之和，以保证硅片与活动选择性扩散模板能保持紧密贴合，不会发生晃动，稳定性好，将一片硅片与一片活动选择性扩散模板***分体式石英舟上的卡槽以进行双面扩散，其中硅片与活动选择性扩散模板贴合的一面进行选择性扩散。
作为优选，步骤（一）中，将两片背面相互贴合的硅片夹在两片活动选择性扩散模板之间后同时***分体式石英舟上的卡槽，所述卡槽的宽度为两片硅片与两片活动选择性扩散模板的厚度之和。由于该分体式石英舟上的卡槽需要同时容纳两片硅片及两片活动选择性扩散模板，因此卡槽的宽度等于两片硅片与两片活动选择性扩散模板的厚度之和，以保证硅片与活动选择性扩散模板能保持紧密贴合，不会发生晃动，稳定性好，将两片背面相互贴合的硅片夹在两片活动选择性扩散模板之间后***分体式石英舟上的卡槽以进行单面选择性扩散。
作为优选，所述活动选择性扩散模板的厚度为0.6~1.2mm。分体式石英舟的长度是一定的，活动选择性扩散模板越厚，则卡槽所需的宽度也越大，分体式石英舟上所能设置的卡槽数量则越少，这样会影响生产能力，活动扩散模板越薄，则在高温条件下强度越低，活动选择性扩散模板的厚度为0.6~1.2mm，既能保证强度，又能保证生产能力。
作为优选，步骤（一）中，将一片硅片直接***带有一片固定选择性扩散模板的一体式石英舟上的卡槽，所述固定选择性扩散模板位于卡槽一侧，所述卡槽的宽度为单片硅片的厚度。该一体式石英舟的卡槽一侧设有固定选择性扩散模板，由于卡槽只需容纳一片硅片，因此卡槽宽度为单片硅片的厚度，使硅片能与固定选择性扩散模板能保持紧密贴合，不会发生晃动，稳定性好，而且使扩散效果更为均匀，另外，在装片时只需直接将硅片***卡槽与固定选择性扩散模板贴合即可，操作更为省时省力，将一片硅片直接***带有一片固定选择性扩散模板的一体式石英舟上的卡槽以进行双面扩散，其中硅片与固定选择性扩散模板贴合的一面进行选择性扩散。
作为优选，步骤（一）中，将两片背面相互贴合的硅片直接***带有两片固定选择性扩散模板的一体式石英舟上的卡槽，所述固定选择性扩散模板分别位于卡槽两侧，所述卡槽的宽度为两片硅片的厚度之和。该一体式石英舟在卡槽两侧均设有固定选择性扩散模板，由于卡槽需要容纳两片硅片，因此卡槽宽度为两片硅片厚度之和，以保证硅片能与固定选择性扩散模板能保持紧密贴合，不会发生晃动，稳定性好，另外，在装片时只需直接将两片背面相互贴合的硅片直接***卡槽与固定选择性扩散模板贴合即可，操作更为省时省力，将两片背面相互贴合的硅片直接***带有两片固定选择性扩散模板的一体式石英舟上的卡槽以进行单面选择性扩散。
作为优选，所述固定选择性扩散模板的厚度为0.6~1.2mm。一体式石英舟的长度是一定的，固定选择性扩散模板越厚，则一体式石英舟上所能设置的卡槽数量越少，这样会影响生产能力，活动扩散模板越薄，则在高温条件下强度越低，固定选择性扩散模板的厚度为0.6~1.2mm，既能保证强度，又能保证生产能力。
作为优选，步骤（二）中扩散包括以下步骤
（1） 进舟：扩散炉中通入流量为15~20L/min的大N2使扩散炉升温，当炉内温度升至800~810℃时，将插有硅片的分体式石英舟或一体式石英舟推入扩散炉中，进舟时间为15~20min。
（2） 回温：调节大N2流量至25~30L/min，使炉内温度升至并稳定在840~850℃。
（3） 预氧化：通入流量为4~10L/min的O2。在硅表面形成SiO2，使磷扩散更为均匀。
（4） 通源：待O2通入1~3min后，调节大N2流量至20~25L/min，同时通入通过三氯氧磷液态源且流量为2~4L/min的小N2。扩散时，大N2作为稀释气体，小N2通过三氯氧磷液态源以携带三氯氧磷进入管体。
（5） 氮气驱入：待小N2通入15~20min后，关闭O2和小N2，继续通入大N2。氮气驱入使磷向硅片内部扩散，同时降低表面浓度。
（6） 氧气驱入：待大N2再通入10~20min后，关闭大N2，通入流量为4~10 L/min 的O2。用三氯氧磷进行扩散时，三氯氧磷会在高温下分解成为P2O5和PCl5。而PCl5是不易分解的，且会腐蚀硅片，通入氧气，是使PCl5和氧气反应生成P2O5和氯气，而扩散的反应主要就是沉积在硅片表面的P2O5与硅片反应生成SiO2和P原子，然后P原子在硅片中进行扩散，通入氧气能促使PCl5充分分解，避免PCl5对硅片表面的腐蚀。
（7） 降温：待O2通入8~15min后，关闭O2，再通入流量为25~30 L/min的大N2，待炉内温度降至800~810℃时，关闭大N2。
（8） 出舟：将石英舟退至炉口，退舟时间为15~20min，待炉内温度降至750~780℃时，将石英舟从扩散炉内取出冷却。
作为优选，步骤（2）中升温速率为2~3℃/min。
作为优选，步骤（2）中升温速率为2~3℃/min。
因此，本发明具有如下有益效果：
（1）制备工艺简单，可操作性强；
（2）大大简化了制备工艺，降低了制备成本；
（3）适合大批量生产。
附图说明
图1是实施例1中分体式石英舟的一种使用效果图。
图2是实施例2中分体式石英舟的一种使用效果图。
图3是图2中A处的放大图。
图4是实施例3中一体式石英舟的一种使用效果图。
图5是图4中B处的放大图。
图6是实施例4中一体式石英舟的一种使用效果图。
图7是图6中C处的放大图。
图中：硅片1，活动选择性扩散模板2，分体式石英舟3，卡槽4，镂空槽5，
固定选择性扩散模板6，一体式石英舟7。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
将一片硅片1与一片厚度为0.6mm的活动选择性扩散模板2贴合后***分体式石英舟3上的卡槽4（见图1），活动选择性扩散模板2上开有形状与硅片1正面的栅线印刷图案相同的镂空槽5，卡槽4的宽度为单片硅片1与单片活动选择性扩散模板2的厚度之和。
装片后，先在扩散炉中通入流量为15L/min的大N2使扩散炉升温，当炉内温度升至800℃时，将插有硅片1的分体式石英舟3推入扩散炉中，进舟时间为15min，然后调节大N2流量至28L/min，使炉内温度升至并稳定在844℃，升温速率为2℃/min，当炉内温度稳定后，通入流量为4L/min的O2，待O2通入1min后，调节大N2流量至20L/min，同时通入通过20℃三氯氧磷液态源且流量为2L/min的小N2，待小N2通入15min后，关闭O2和小N2，继续通入大N2，待大N2再通入10min后，关闭大N2，通入流量为4 L/min 的O2，待O2通入8min后，关闭O2，再通入流量为25 L/min的大N2，降温速率为3℃/min，待炉内温度降至810℃时，关闭大N2，将分体式石英舟3退至炉口，退舟时间为17min，待炉内温度降至750℃时，将分体式石英舟3从扩散炉内取出，待硅片1冷却后取六片硅片1采用四探针法进行方阻测试，测试后将硅片1连同活动选择性扩散模板2一起从分体式石英舟3上卸下即可。
实施例2
将两片背面相互贴合的硅片1夹在两片厚度均为1.2mm的活动选择性扩散模板2之间（见图3），贴合后***分体式石英舟3上的卡槽4，活动选择性扩散模板2上开有形状与硅片1正面的栅线印刷图案相同的镂空槽5（见图2），卡槽4的宽度为两片硅片1与两片活动选择性扩散模板2的厚度之和。
装片后，先在扩散炉中通入流量为20L/min的大N2使扩散炉升温，当炉内温度升至805℃时，将插有硅片1的分体式石英舟3推入扩散炉中，进舟时间为17min，然后调节大N2流量至25L/min，使炉内温度升至并稳定在840℃，升温速率为3℃/min，当炉内温度稳定后，通入流量为7L/min的O2，待O2通入2min后，调节大N2流量至25L/min，同时通入通过20℃三氯氧磷液态源且流量为3L/min的小N2，待小N2通入17min后，关闭O2和小N2，继续通入大N2，待大N2再通入150min后，关闭大N2，通入流量为6L/min 的O2，待O2通入10min后，关闭O2，再通入流量为30 L/min的大N2，降温速率为2℃/min，待炉内温度降至805℃时，关闭大N2，将分体式石英舟3退至炉口，退舟时间为20min，待炉内温度降至755℃时，将分体式石英舟3从扩散炉内取出，待硅片1冷却后取四片硅片1采用四探针法进行方阻测试，测试后将硅片1同活动选择性扩散模板2一起从分体式石英舟3上卸下即可。
实施例3
将一片硅片1直接***一体式石英舟7上的卡槽4（见图5），卡槽4的一侧固定有一片厚度为1.2mm的固定选择性扩散模板6，卡槽4的宽度为单片硅片1的厚度，固定选择性扩散模板6上开有形状与硅片1正面的栅线印刷图案相同的镂空槽5（见图4）。
装片后，先在扩散炉中通入流量为16L/min的大N2使扩散炉升温，当炉内温度升至810℃时，将插有硅片1的一体式石英舟7推入扩散炉中，进舟时间为16min，然后调节大N2流量至30L/min，使炉内温度升至并稳定在850℃，升温速率为3℃/min，当炉内温度稳定后，通入流量为9L/min的O2，待O2通入3min时，调节大N2流量至22L/min，同时通入通过20℃三氯氧磷液态源且流量为4L/min的小N2，待小N2通入20min时，关闭O2和小N2，继续通入大N2，待大N2再通入20min时，关闭大N2，通入流量为7 L/min 的O2，待O2通入12min时，关闭O2，再通入流量为26 L/min的大N2，降温速率为3℃/min，待炉内温度降至800℃时，关闭大N2，将一体式石英舟7退至炉口，退舟时间为15min，待炉内温度降至780℃时，将一体式石英舟7从扩散炉内取出冷却，待硅片1冷却后取四片硅片1采用四探针法进行方阻测试，测试后将硅片1从一体式石英舟7上卸下即可。
实施例4
将两片背面相互贴合的硅片1直接***一体式石英舟7上的卡槽4（见图7），卡槽4的两侧均固定有厚度为0.62mm的固定选择性扩散模板6，卡槽4的宽度为两片硅片1的厚度，固定选择性扩散模板6上开有形状与硅片1正面的栅线印刷图案相同的镂空槽5（见图6）。
装片后，先在扩散炉中通入流量为15L/min的大N2使扩散炉升温，当炉内温度升至800℃时，将插有硅片1的一体式石英舟7推入扩散炉中，进舟时间为20min，然后调节大N2流量至26L/min，使炉内温度升至并稳定在845℃，升温速率为2℃/min，当炉内温度稳定后，通入流量为10L/min的O2，待O2通入1min后，调节大N2流量至23L/min，同时通入通过20℃三氯氧磷液态源且流量为2L/min的小N2，待小N2通入16min后，关闭O2和小N2，继续通入大N2，待大N2再通入10min后，关闭大N2，通入流量为10 L/min 的O2，待O2通入15min后，关闭O2，再通入流量为30 L/min的大N2，降温速率为2℃/min，待炉内温度降至807℃时，关闭大N2，将一体式石英舟7退至炉口，退舟时间为18min，待炉内温度降至750℃时，将一体式石英舟7从扩散炉内取出冷却，待硅片1冷却后取六片硅片1采用四探针法进行方阻测试，测试后将硅片1从一体式石英舟7上卸下即可。
本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，应当理解，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种一次性扩散制备选择性发射极的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
装片：将硅片与活动选择性扩散模板贴合后***分体式石英舟上的卡槽，或将硅片单独***带有固定选择性扩散模板的一体式石英舟上的卡槽，所述活动选择性扩散模板与固定选择性扩散模板上均设有镂空槽，所述镂空槽的形状与硅片正面的栅线印刷图案相同；
扩散：采用三氯氧磷液态源扩散法进行扩散，三氯氧磷液态源温度为20℃；
测片：随机抽取若干硅片采用四探针法进行方阻测试；
卸片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（一）中，将一片硅片与一片活动选择性扩散模板贴合后同时***分体式石英舟上的卡槽，所述卡槽的宽度为单片硅片与单片活动选择性扩散模板的厚度之和。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（一）中，将两片背面相互贴合的硅片夹在两片活动选择性扩散模板之间后同时***分体式石英舟上的卡槽，所述卡槽的宽度为两片硅片与两片活动选择性扩散模板的厚度之和。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述活动选择性扩散模板的厚度为0.6~1.2mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（一）中，将一片硅片直接***带有一片固定选择性扩散模板的一体式石英舟上的卡槽，所述固定选择性扩散模板位于卡槽一侧，所述卡槽的宽度为单片硅片的的厚度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（一）中，将两片背面相互贴合的硅片直接***带有两片固定选择性扩散模板的一体式石英舟上的卡槽，所述固定选择性扩散模板分别位于卡槽两侧，所述卡槽的宽度为两片硅片的厚度之和。
7.根据权利要求1或5或6所述的方法，其特征在于，所述固定选择性扩散模板的厚度为0.6~1.2mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（二）中扩散包括以下步骤：
进舟：在扩散炉中通入流量为15~20L/min的大N2使扩散炉升温 ，当炉内温度升至800~810℃时，将插有硅片的分体式石英舟或一体式石英舟推入扩散炉中，进舟时间为15~20min；
回温：调节大N2流量至25~30L/min，使炉内温度升至并稳定在840~850℃；
预氧化：通入流量为4~10L/min的O2；
通源：待O2通入1~3min后，调节大N2流量至20~25L/min，同时通入通过三氯氧磷液态源且流量为2~4L/min的小N2；
氮气驱入：待小N2通入15~20min后，关闭O2和小N2，继续通入大N2；
氧气驱入：待大N2再通入10~20min后，关闭大N2，通入流量为4~10 L/min 的O2；
降温：待O2通入8~15min后，关闭O2，再通入流量为25~30 L/min的大N2，待炉内温度降至800~810℃时，关闭大N2；
出舟：将分体式石英舟或一体式石英舟退至炉口，退舟时间为15~20min，待炉内温度降至750~780℃时，将分体式石英舟或一体式石英舟从扩散炉内取出冷却。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（2）中升温速率为2~3℃/min。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（7）中降温速率为2~3℃/min。
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