提升单晶硅PERC电池发射极方阻均匀性的扩散工艺

技术领域

本发明涉及单晶硅PERC电池，特别是涉及单晶硅PERC电池制造中的扩散工艺。

背景技术

规模化生产单晶硅SE+PERC太阳能电池的流程一般为：清洗制绒-扩散-激光掺杂-去PSG(磷硅玻璃)-碱刻蚀-背钝化-正面减反射膜-丝网印刷-烧结-电注入。其中扩散作为最关键的工序之一，主要是为了制备将太阳光能转换为电能的核心结构P-N结，一般采用液态三氯氧磷(POCl

目前，常规扩散工艺步骤分为：回常压-进舟-升温-测漏-前氧-前沉积-吹扫-推结-降温退火-低温补源-后氧-吹扫-回常压-出舟-待机。其中前沉积步通常为一步或两步通源，温度梯度变化小，杂质体掺杂量低，导致扩散后硅片方块电阻的片内均匀性差，体掺杂浓度分布均匀性差，电池片成品转换效率低。影响管式扩散炉扩散均匀性的因素主要分为设备方面和工艺方面两类，设备方面主要包括炉门密封性、恒温区温控设备的稳定性、均流板的设计、废气排放位置、源瓶温度稳定性等，工艺方面主要包括小N

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种单晶硅PERC电池制造中的扩散工艺，提升扩散后发射极方块电阻的片内均匀性。

技术方案：一种提升单晶硅PERC电池发射极方阻均匀性的扩散工艺，扩散工艺中的前沉积步骤采用至少三步梯度变温通源，总变温范围为801～821℃，大N

最佳的，O

最佳的，小N

最佳的，扩散炉炉内压强为80mbar。

最佳的，梯度变温通源的温差为等温差。

进一步的，扩散工艺为：回常压-进舟-升温-测漏-前氧-前沉积-吹扫-推结-降温退火-低温补源-后氧-吹扫-回常压-出舟-待机。

有益效果：本发明的优点是：采用梯度变温通源扩散法制备单晶硅SE+PERC太阳能电池的发射极，通过设定合理的O

附图说明

图1为具体实施方式中，扩散实验采用的捷佳伟创管式扩散炉其扩散通气原理示意图；

图2(a)为不同小N

图2(b)为不同小N

图3为不同小N

图4(a)为不同O

图4(b)为不同O

图5为不同O

图6(a)为不同炉内压强条件下制得发射极的方阻变化曲线图；

图6(b)为不同炉内压强条件下制得发射极的方阻均匀性变化曲线图；

图7为不同炉内压强扩散工艺实验制得成品电池片电性能参数图；

图8为三步梯度变温通源实验ECV曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

一种提升单晶硅PERC电池发射极方阻均匀性的扩散工艺，包括以下步骤：回常压-进舟-升温-测漏-前氧-前沉积-吹扫-推结-降温退火-低温补源-后氧-吹扫-回常压-出舟-待机。

其中的前沉积步骤采用至少三步梯度变温通源，总变温范围为801～821℃，大N

梯度变温通源的温差为等温差，例如：三步梯度变温通源时，每步之间的温差为10℃；四步梯度变温通源时，每步之间的温差约为6.67℃。

以本申请采用三步梯度变温通源的扩散工艺为例，与常规扩散工艺对比，分析对单晶硅PERC电池发射极的方块电阻、片内均匀性、ECV曲线、电性能参数的影响。

1、实验

1.1实验材料

选用同一批次的太阳能级掺镓p型金刚线切割单晶硅片，尺寸为182×182mm，厚度为170～175μm，电阻率为0.5～1.5Ω·cm。

1.2反应机理

扩散实验采用捷佳伟创管式扩散炉，其扩散通气原理结合附图1所示，通源从炉口进入，从炉口向炉尾对炉内依次间隔设定6个测温点，反应炉内不同温区的温度。以液态POCl

扩散工艺中的前沉积步骤，采用三步梯度变温通源，通过鼓泡法以N

扩散工艺中的推结步骤，前期沉积过程产生PSG层为掺杂源，炉内平均温度范围在800～900℃，进行扩散再分布，在硅片中形成缓变结。

扩散工艺中的低温补源步骤，通过鼓泡法以N

1.3实验设计

电池片的制备流程为：衬底-绒面制备-磷扩散-SE-碱刻蚀-背钝化-PECVD-丝网印刷-烧结。为保证实验数据的可靠性，所有硅片均在同一条电池产线生产，除扩散工序的扩散工艺不同外，其它工序均保持工艺参数稳定不变。

将经过清洗制绒后的硅片以“背靠背”的方式垂直排布于石英舟上，并推入管式扩散炉中进行扩散实验，设计不同前沉积过程中的小N

1.4实验表征方法

扩散工艺后，采用四探针测试仪测试硅片的方块电阻。利用德国Halm电池片分选测试仪测试电池的光电转换效率Eta、填充因子FF、开路电压Voc、短路电流Isc等电性能数据。

2、实验分析和结果

2.1小N

扩散过程中杂质P主要来源于前沉积过程中的POCl

表1

扩散工艺完成后，分别在6个温区相同位置各取2片电池片，测量方块电阻，计算扩散方阻均匀性，方阻均匀性的计算公式为：

其中：R

附图2所示为不同小N

不同小N

其中：P

2.2O

设定前沉积步O

表2

扩散工艺完成后，分别在6个温区相同位置各取2片电池片，测量方块电阻，计算扩散方阻均匀性。

附图4所示为不同O

附图5所示为不同O

2.3炉内压强对扩散后方阻及性能的影响

扩散实验用扩散炉的炉内压强主要由气体流量和排风量决定，炉内压强会影响到炉内温度和气体的稳定性，从而影响扩散的均匀性，为了优化炉内压强，设计不同压强的磷扩散工艺，前沉积炉内压强变化对方阻及方阻均匀性影响的实验设计如表3所示。

表3

扩散工艺完成后，分别在6个温区相同位置各取2片电池片，测量方块电阻，计算扩散方阻均匀性。

附图6所示为不同炉内压强条件下制得发射极的方阻及方阻均匀性变化图。附图6(a)为扩散后方阻随炉内压强变化曲线，可见，扩散后发射极方阻值随炉内压强的降低呈逐渐升高的趋势。这是因为实验用管式扩散炉的炉内压强的稳定性，主要通过反应气体流量和真空泵的综合作用来维持，在不改变气体流量的条件下，炉内压强越低，真空泵抽速越快，反应气体在反应腔体内停留的时间越短，单位时间内沉积在硅片表面的磷原子浓度降低，使得发射极方阻值增高。附图6(b)为扩散后方阻均匀性随炉内压强变化曲线，可见，炉内压强过高和过低均不利于管式扩散炉内气氛场的均匀性，从而对发射极方阻均匀性造成影响，扩散后方阻均匀性随着炉内压强的降低先增强后降低，当炉内压强为80mbar时，扩散后方阻均匀性最佳，为4.94％。这是因为随着炉内压强的降低，分子自由程变大，反应腔体内气流的均匀性增强，减少了气体湍流的产生，从而提高扩散后方阻的均匀性。但是在扩散过程中，当炉内压强持续降低，真空泵抽速加快，在不调整气体流量的情况下，炉内压强会影响到炉内温度和气氛的稳定性，使得炉口气体浓度降低，炉尾气体浓度增强，且炉尾硅片靠近排风口，炉尾位置的工艺气体稳定性相对较差，进而影响扩散的方阻均匀性。

附图7所示为不同炉内压强磷扩散工艺制得成品电池片的电性能参数。可见，随炉内压强的逐渐降低，电池片V

3、三步梯度变温通源沉积对效率的影响

在确定了前沉积步骤的最佳O

表4

3.1扩散后方阻及方阻均匀性对比如表5所示。

表5

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由表5可见，实验组方块电阻略微上升约5Ω，3、4、5、6温区的片内均匀性较对比组改善约2％。

3.2ECV曲线对比

ECV曲线如附图8所示，实验结果如表6所示。

表6

由附图8和表6可见，实验组曲线面积更大、体掺杂更为平缓、表面浓度较低、结深较浅，符合高效电池低表面浓度浅结的要求。

3.3电性能参数对比

实验组效率23.17％，实验组比对比组效率提升约0.03％，开压提升约1mV，电流提升约2mA。

4、结论

本申请采用梯度变温通源扩散法制备单晶硅SE+PERC太阳能电池的发射极，通过设定合理的O

(1)随小N

(2)随O

(3)随炉内压强的降低，发射极方阻逐渐增大，方阻均匀性先增强后下降，电池片转换效率先升高后降低，当炉内压强为80mbar时，方阻均匀性最好，为4.94％，电池片转换效率最高，为23.11％。

(4)叠加三步梯度变温通源沉积，保证了体掺杂浓度分布的阶梯性、均匀性，使电池片体掺杂更为平缓、表面浓度低、结深浅，提升了扩散后方块电阻的片内均匀性，从而提升电池片转换效率，较对比组提升至0.05％。