基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺。

背景技术

在社会发展进程中，能源是制约社会进步的主要因素之一。现阶段人类获取能源的主要方式仍为化石燃料，但是化石能源存在分布不均衡、不可再生以及燃烧所带来的环境污染等问题。太阳能以其安全可靠、分布广泛及成本低等诸多优势成为最具有发展前景的能源之一。N型光伏电池具备转化效率高、低衰减、高双面率等多重优势受到了广泛关注，目前工业应用中新建产线TOPCon电池技术路线中制备N型电池PN结的工艺流程由以下技术方案一转变为技术方案二，即在N型太阳电池中引入选择性发射极(SelectiveEmitter，简称SE)结构，是一种能够有效改善接触性能、提升电池效率的方法。

技术方案一：

在硼扩散设备中完成以下工艺流程：进舟→抽真空、检漏→升温→硼扩散→升温→干氧推进→降温→开炉门、取舟。

技术方案二：

在一次硼扩散设备中完成以下工艺流程：进舟→抽真空、检漏→升温→硼扩散→降温→开炉门、取舟，然后在激光硼掺杂设备中重掺杂形成选择性发射极，最后到二次硼扩散设备/氧化退火设备中完成以下工艺步骤：进舟→抽真空、检漏→升温→干氧推进→降温→开炉门、取舟。

目前，TOPCon电池生产线量产以来，长期高温运行带来的设备问题已成为行业痛点，技术方案二即现有技术中SE后硼扩氧化层，是在高温下持续通入氧气实现的，该方式生长速度慢，需要长时间的高温才能达到所需的厚度，长时间的高温氧化氛围，对炉体和石英器件寿命都有较大的影响。技术方案二的氧化推进工艺步骤温度高达1040-1050℃，真空反应腔室、承载硅片的载具均用石英材质制作，而石英的软化温度为1020℃，工程应用中长期高温运行状态易造成反应腔室、载具变形损坏，需经常更换石英器材造成重大成本损失，且拆装维护影响稳定运行。二次硼扩散工艺时间为160-190min，氧化时间长，单位时间产出效率较低。

技术方案二相对于技术方案一中的二次硼扩散设备升降温周期更短，石英反应腔室及石英载具软化速度更快，炉体耐高温性能下降，石英器材及炉体的损坏频率明显加剧。公开号为CN114678265A的中国专利文献提供了一种新型硼扩散湿氧工艺，其中湿法氧化是在氧化过程中通入H

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可降低工艺运行温度、缩短氧化推进步工艺时间、大幅延长设备使用寿命、提升设备产能、降低设备维护成本的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，包括以下步骤：

(1)将制绒后的硅片放入炉管内，炉管内温度设为780℃～800℃；

(2)炉管抽真空至200mbar，同时升温至810℃～830℃；

(3)检漏；

(4)升温，通入O

(5)升温，通入O

(6)升温，通入O

(7)通入N

(8)停止携带水汽的N

(9)降温至900℃，降温期间保持O

(10)继续降温至870℃，降温期间保持O

(11)继续降温至860℃，关闭O

(12)通入N

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(7)中，通入N

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(2)中，升温至810℃～830℃所用时间为10min～15min。

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(3)的检漏是将炉管压力抽至200mbar后，关闭进气和抽气阀，进行炉管检漏测试。

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(4)中，通入N

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(5)中，通入N

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(6)中，通入N

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(8)中，通入N

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(9)中，通入N

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(10)中，通入N

上述的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，优选的，步骤(11)中，通入N

本发明中，水汽即为氮气鼓泡携带的水蒸气。

本发明中，制绒后的硅片通常装载于石英舟内放入炉管。

SE激光掺杂是一种利用激光辐射来改变材料性质的技术，可以在材料表面或体内引入掺杂原子，从而改变材料的电学、光学、磁学和化学性质，SE激光掺杂技术已经被广泛应用于半导体器件、光纤通信、太阳能电池、生物医学和材料科学等领域。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明在SE后硼扩工艺中，工艺温度1000℃及以上氧化条件下，分阶段通入氧气、氧气混合水汽、氧气，能够在降低峰值氧化温度和峰值氧化时间的条件下，实现生长工艺所需的氧化层厚度，有效控制硅片表面浓度和结深，提升电池转化效率。

(2)与传统SE后硼扩工艺相比，本发明在高温氧化过程中，增加了氧气混合水汽的工艺步骤，与传统SE后硼扩工艺相比，本发明能有效缩短整个工艺时间，降低峰值氧化温度，有效提升产能，提高炉体、石英管和石英舟的使用寿命。

现有技术氧化推进工艺步骤温度高达1040-1050℃，真空反应腔室、承载硅片的载具均用石英材质制做，而石英的软化温度为1020℃，工程应用中长期高温运行状态易造成反应腔室、载具变形损坏，需经常更换石英器材造成重大成本损失，且拆装维护影响稳定运行。二次硼扩散工艺时间为160-190min，氧化时间长，单位时间产出效率较低。本发明采用干氧+湿氧方式协同，调节流量、压力、温度等工艺参数后，可降低工艺运行温度至1000-1020℃，大幅提升石英器材使用寿命，降低设备维护成本，同时有效缩短工艺时间，提升产能。

附图说明

图1是本发明实施例1中的湿氧气路图。

图2是本发明实施例1与对比例1的ECV测试对比图。

图例说明：

1、进气管路；2、纯水瓶；3、加热恒温槽；4、炉管。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1

一种本发明的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，包括以下步骤：

(1)将装有制绒后硅片的石英舟放入炉管内，炉管内温度设置为800℃；

(2)炉管开始抽真空至200mbar，同时升温至820℃，时间10min；

(3)检漏，炉管压力抽至200mbar后，关闭进气和抽气阀，进行炉管检漏测试；

(4)升温，全程通入O

(5)升温，全程通入O

(6)升温，全程通入O

(7)通入N

(8)停止携带水汽的N

(9)降温至900℃，继续全程通入17000sccm的O

(10)继续降温至870℃，继续全程通入17000sccm的O

(11)继续降温至860℃，关闭氧气通入，同时全程通入氮气，氮气流量为10000sccm，时间为130s，炉管压力为800mbar；

(12)通入氮气破真空，将炉管中装有硅片的石英舟取出，工艺结束。

本实施例中，如图1所示，在原有的进气结构上，增加一路进气管路1，加入纯水瓶2及加热恒温槽3，在其他实施方式中，可以采用其他恒温装置。本实施例中，在高温氧化步通过N

实施例2

一种本发明的基于TOPCon电池的SE后硼扩湿氧工艺，包括以下步骤：

(1)将装有制绒后硅片的石英舟放入炉管内，炉管内温度设置为800℃；

(2)炉管开始抽真空至200mbar，同时升温至825℃，时间15min；

(3)检漏，炉管压力抽至200mbar后，关闭进气和抽气阀，进行炉管检漏测试；

(4)升温，全程通入O

(5)升温，全程通入O

(6)升温，全程通入O

(7)通入N

(8)停止携带水汽的N

(9)降温至900℃，继续全程通入20000sccm的O

(10)继续降温至870℃，继续全程通入20000sccm的O

(11)继续降温至860℃，关闭氧气通入，同时全程通入氮气，氮气流量为10000sccm，时间为130s，炉管压力为800mbar；

(12)通入氮气破真空，将炉管中装有硅片的石英舟取出，工艺结束。

对比例1

本对比例的工艺方法除以下区别步骤外，其它步骤与实施例1一致，区别步骤如下：

步骤(6)为全程通入17000sccm的O

步骤(7)为全程通入17000sccm的O

步骤(8)为停止通入O

步骤(9)为通入N

步骤(10)为将炉管中装有硅片的石英舟取出，工艺结束。

如下表1所示，对比例1的工艺是在1045℃进行长时间的高温氧化，而本发明实施例1的工艺是在1020℃时分别通入干氧+湿氧+干氧相结合的方式，保证氧化层厚度要求的条件下，缩短了工艺时间和峰值温度，可提升转换效率。实施例1的湿氧工艺相比传统氧化工艺，工艺时间缩短15min，能有效提升产能。

表1实施例1与对比例1的工艺流程对比表

如表2所示，是实施例1与对比例1所得硅片经后道工序制备成电池片的电性能对比表，其中，Eta表示效率，Isc表示短路电流，Voc表示开路电压，Rs表示串联电阻，Rsh表示并联电阻，FF表示填充因子。由表2可知，本发明在降低20-30℃峰值温度并且降低15min时间的情况下，所得硅片制备的电池片效率还略高0.017％。

表2实施例1与对比例1所得硅片经后道工序制备成电池片的电性能对比表

如表3所示，是实施例1与对比例1所得硅片的方阻和BSG厚度测试表，由表可知，本发明实施例1在降低20-30℃峰值温度并且降低15min时间的情况下，实施例1的方阻相比对比例1还略高4ohm，均匀性无明显差异，BSG厚度和均匀性也无明显差异。

表3实施例1与对比例1所得硅片的方阻和BSG厚度测试表

如图2所示，是实施例1与对比例1的ECV(电化学微分电容电压)测试对比图，实施例1所得硅片的最大掺浓度(表面浓度)为7.21E+18，结深为0.83微米，对比例1所得硅片的最大掺杂浓度(表面浓度)为8.91E+18cm

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。