專利名稱：一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池的生產方法，具體的是指一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝。
背景技術：
目前，在P型太陽能電池發射極制作領域，普遍采用的方法有三種。第一種是采用三氯氧磷(POCl3)液態源擴散，第二種是采用噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散，第三種是采用絲網印刷磷漿料后進行鏈式擴散。其中，第一種方法由于其工藝簡單，易于操作，而且可通過調節通源量和擴散溫度以及工藝時間來調節摻雜濃度和雜質分布，成為目前太陽能電池領域普遍采用的方法。而后兩種工藝雖然具有工藝時間很短，不需要復雜的裝卸片裝置，易于 自動化生產，并且可以與制絨和刻蝕工序連接實現流水線作業等優勢，但由于擴散后的表面濃度高，復合嚴重，所制得的電池轉化效率低等缺陷而沒有被廣泛使用。鏈式擴散工藝所造成的高表面濃度成為這一工藝推廣的瓶頸。因此，如何優化擴散工藝，降低鏈式擴散后的表面濃度，成為人們關注的重點。目前業內在鏈式擴散方面主要使用了噴涂磷酸水溶液和采用絲網印刷磷漿兩種方法。噴涂磷酸水溶液的方法是指將經處理的磷酸通過涂源或超聲噴霧的方法均勻地附著在硅片表面，再通過有不同溫區的鏈式擴散爐制得P-N結。絲網印刷磷漿的方法是指利用特定型號的網版將磷漿均勻地印刷在硅片的表面，然后再通過有不同溫區的鏈式擴散爐，磷漿中的有機聚合物在高溫下分解然后通過排風系統排出，P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層。為了減少鏈式擴散所帶來的高表面濃度缺陷，目前普遍采用的方法是將擴散后的方阻適當做低一些，然后在刻蝕的時候利用一定濃度和配比的HF與HCl溶液將表面高濃度擴散層拋掉。利用拋結后的擴散層作為太陽能電池發射極的N型層。現有技術的缺點濕法刻蝕反應速率的大小與溶液的濃度和溫度有關。溶液濃度越大，溫度越高，反應速率就越快。因此，利用濕法刻蝕來去除鏈式擴散的高摻雜濃度層，需要刻蝕溶液濃度均勻，并且不隨著反應的進行而發生改變。這就需要對溶液的濃度變化情況進行嚴格監控，并根據其變化不斷地進行補加，否則就會出現片與片間的刻蝕差異過大。這樣就對設備性能和生產人員的素質提出了更高的要求，無形中增加了太陽能電池的生產成本。同時，由于生產時采用的是將刻蝕液覆蓋在硅片上表面，待反應完成后用趕水滾輪將刻蝕液趕走，再用高純水沖洗的方法來進行拋結，難以保證硅片中心區域和邊緣區域所覆蓋刻蝕液的濃度和溫度一致，容易導致片內中心和邊緣區域反應速率不一致，刻蝕后方阻的片內均勻性變差，不利于電池轉化效率的提高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，該工藝所要解決的目的在于1.解決鏈式擴散所造成的表面摻雜濃度高，電池片少子壽命低，轉化效率低的問題。2.解決傳統濕法刻蝕拋結所造成的表面方塊電阻不容易控制，拋結后方阻均勻性差的問題。本發明的實現方案如下一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，包括如下步驟 步驟A :采用絲網印刷磷漿工藝進行鏈式擴散或噴涂磷酸水溶液工藝進行鏈式擴散，
在基體硅片表面形成絲網印刷表層磷漿層；
步驟B :在步驟A后，進行高溫鏈式擴散工藝處理，將絲網印刷表層磷漿層轉化，等形成的P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層，同時基體硅片表面形成有雜質層，我們將N型層和雜質層總稱為鏈式擴散后表層雜質分布層；
步驟C :在步驟B后，對鏈式擴散后表層雜質分布層的表面進行氧化處理，在鏈式擴散后表層雜質分布層表面快速生長一層均勻分布的氧化層； 步驟D :將步驟C中的氧化層去除，形成去除氧化層后硅片表面雜質分布層。所述絲網印刷磷漿工藝進行鏈式擴散的方法為利用網版將磷漿均勻地印刷在基體硅片的表面；高溫鏈式擴散工藝處理為將印刷有磷漿的基體硅片通過有不同溫區的鏈式擴散爐，在高溫處理下磷漿中的有機聚合物在高溫下分解然后通過排風系統排出，P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層。所述氧化處理的方法為高溫濕氧氧化。高溫濕氧氧化的過程為將步驟B處理后的基體硅片放在密閉的高溫爐中，然后通入高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應來快速生長氧化層。步驟D中的氧化層去除方法為將步驟B之后的基體硅片放在氫氟酸溶液(HF溶液)中，待氫氟酸溶液與氧化層反應后取出。步驟B后的基體娃片方阻比步驟C后的基體娃片方阻低5ohm-30ohm。步驟C后的基體硅片方阻在60ohm-120ohm范圍內。步驟B后的基體硅片方阻比步驟C后的基體硅片方阻低5ohm-10ohm或5ohm_20ohm 或 10ohm_20ohm 或 10ohm_30ohm 或 20ohm_30ohm。步驟C后的基體娃片方阻在60ohm-90ohm或90ohm-120ohm或60ohm-100ohm或100ohm_120ohm 范圍內。本發明的設計原理在于由于上述兩種鏈式擴散會形成高摻雜濃度層，最高濃度層我們稱之為死層，為了去除這個死層，解決鏈式擴散所造成的表面摻雜濃度高，電池片少子壽命低，轉化效率低的問題，一般常規解決上述問題的方法是進行濕法刻蝕拋結，而傳統濕法刻蝕拋結所造成的表面方塊電阻不容易控制，會造成拋結后方阻均勻性差的問題。因此本發明所要解決的技術問題可合二為一的進行處理。即采用一種可以替代濕法刻蝕拋結的方法進行拋結處理，即可解決上述問題。因此，本發明針對上述問題，提出了氧化濕法刻蝕拋結法。在上述B步驟后，采用氧化方法對基體硅片的表層進行氧化處理，也可認為直接對鏈式擴散后表層雜質分布層進行處理，采用氧化處理的好處是，在氧化處理時，其生成的氧化層均勻。同時生產的氧化物質，易于與氫氟酸溶液反應，因此在氧化層生成后，直接將C步驟后的基體硅片放置在氫氟酸溶液中反應，即可達到去除氧化層，以直接達到去掉死層(高摻雜濃度層)的目的，而形成后的去除氧化層后硅片表面雜質分布層的摻雜濃度低，基體硅片的方阻均勻。而且本發明可直接進行流水線工藝生產，容易受控。因此總結上述方法和實現原理本發明的目的主要通采用絲網印刷磷漿的方法進行鏈式擴散，在完成擴散并達到設定的方塊電阻要求之后，再在高溫下利用濕氧進行氧化，在硅片表面快速生長一層設定厚度且均勻分布的氧化層，之后再利用HF溶液將硅片表面的氧化層和PSG (磷硅玻璃)層清洗掉。所述絲網印刷磷漿的方法進行鏈式擴散是指利用特定型號的網版將磷漿均勻地印刷在硅片的表面，然后再通過有不同溫區的鏈式擴散爐，磷漿中的有機聚合物在高溫下分解然后通過排風系統排出，P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層。所述完成擴散后達到的設定方 塊電阻要求是根據氧化后所需方阻大小來進行設定，一般情況下，擴散后的設定方塊電阻比氧化后的方塊電阻低5ohm-30ohm。而氧化后所需方阻大小根據太陽能電池正面電極絲網印刷所使用的網版和銀漿以及其他各工序工藝所匹配而得來的，其大小在60ohm-120ohm范圍內。所述用于濕氧氧化的設定溫度沒有具體要求。所述濕氧氧化的方法為將硅片通入鏈式的高溫氧化爐中，然后在爐內通入一定流量的水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應來快速生長氧化層，未反應完及生成的殘余氣體通過排風系統排出。所述氧化層的設定厚度沒有具體要求，可根據實際電性能情況進行調節。所述用于清洗氧化層及PSG的HF溶液設定濃度沒有要求。本發明的優點在于
I.解決常規擴散工藝無法避免產生“死層”的現象，進一步減少表面濃度，提高少子壽命，提高電池的轉化效率，降低太陽能電池的生產成本。2.提供一條簡潔容易操作的去“死層”方法，在去除死層的同時能夠保證方阻的大小和均勻性，同時還能保證雜質在硅片內部具有更優的分布；
3.解決傳統低溫長時間擴散工藝所制得的PN結結深較深，所制得電池的短波響應較差，轉化效率受到影響的缺陷，在去除表面“死層”的同時減小結深，提高太陽能電池的短波響應；
4.減少在擴散工藝的推進過程中因分凝作用導致的表面濃度過高問題。可以避免濕法刻蝕拋結帶來的均勻性差，穩定性差等問題，提高產能，降低生產成本。
圖I是基體硅片在各個步驟中反應后形成的結構示意圖。圖中的標號分別表示為1、基體硅片，2、絲網印刷表層磷漿層，3、鏈式擴散后表層雜質分布層，4、氧化層，5、去除氧化層后硅片表面雜質分布層。
具體實施例方式實施例I
如圖I所示。一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，包括如下步驟
步驟A :采用絲網印刷磷漿工藝進行鏈式擴散或噴涂磷酸水溶液工藝進行鏈式擴散，在基體硅片I表面形成絲網印刷表層磷漿層2 ；
步驟B :在步驟A后，進行高溫鏈式擴散工藝處理，將絲網印刷表層磷漿層2轉化，等形成的P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層，同時基體硅片表面形成有雜質層，我們將N型層和雜質層總稱為鏈式擴散后表層雜質分布層3 ；
步驟C :在步驟B后，對鏈式擴散后表層雜質分布層3的表面進行氧化處理，在鏈式擴散后表層雜質分布層3表面快速生長一層均勻分布的氧化層4 ；
步驟D :將步驟C中的氧化層4去除，形成去除氧化層后硅片表面雜質分布層5。實施例2 如圖I所示。步驟A :采用絲網印刷磷漿工藝進行鏈式擴散或噴涂磷酸水溶液工藝進行鏈式擴散，在基體硅片I表面形成絲網印刷表層磷漿層2 ;所述絲網印刷磷漿工藝進行鏈式擴散的方法為利用網版將磷漿均勻地印刷在基體硅片I的表面。
步驟B :在步驟A后，進行高溫鏈式擴散工藝處理，將絲網印刷表層磷漿層2轉化，等形成的P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層，同時基體硅片表面形成有雜質層，我們將N型層和雜質層總稱為鏈式擴散后表層雜質分布層3 ;高溫鏈式擴散工藝處理為將印刷有磷漿的基體硅片I通過有不同溫區的鏈式擴散爐，在高溫處理下磷漿中的有機聚合物在高溫下分解然后通過排風系統排出，P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層。步驟C :在步驟B后，對鏈式擴散后表層雜質分布層3的表面進行氧化處理，在鏈式擴散后表層雜質分布層3表面快速生長一層均勻分布的氧化層4 ;所述氧化處理的方法為高溫濕氧氧化，高溫濕氧氧化的過程為將步驟B處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中，然后通入高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應來快速生長氧化層。步驟D :將步驟C中的氧化層4去除，形成去除氧化層后硅片表面雜質分布層5，步驟D中的氧化層4去除方法為將步驟B之后的基體硅片I放在氫氟酸溶液HF溶液中，待氫氟酸溶液與氧化層4反應后取出。實施例3
本實施例與實施I和實施例2的區別在于
步驟B后的基體硅片I方阻比步驟C后的基體硅片I方阻低5ohm-30ohm。步驟C后的基體硅片I方阻在60ohm_120ohm范圍內。實施例4
本實施例與實施I和實施例2的區別在于
步驟B后的基體硅片I方阻比步驟C后的基體硅片I方阻低5ohm-10ohm。步驟C后的基體硅片I方阻在60ohm-120ohm范圍內。實施例5
本實施例與實施I和實施例2的區別在于
步驟B后的基體硅片I方阻比步驟C后的基體硅片I方阻低5ohm-20ohm。步驟C后的基體娃片I方阻在60ohm-90ohm范圍內。實施例6
本實施例與實施I和實施例2的區別在于
步驟B后的基體硅片I方阻比步驟C后的基體硅片I方阻低。10ohm-20ohm。步驟C后的基體硅片I方阻在90ohm-120ohm范圍內。實施例7本實施例與實施I和實施例2的區別在于
步驟B后的基體硅片I方阻比步驟C后的基體硅片I方阻低10ohm-30ohm。步驟C后的基體硅片I方阻在100ohm-120ohm范圍內。實施例8
本實施例與實施I和實施例2的區別在于
步驟B后的基體硅片I方阻比步驟C后的基體硅片I方阻低20ohm-30ohm。步驟C后的基體娃片I方阻在60ohm-100ohm范圍內。實施例9
本實施例與實施例2的區別在于
步驟C中高溫濕氧氧化的過程為將步驟B處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中爐體溫為600攝氏度-1000攝氏度，然后通入水蒸氣，在爐體的高溫下，形成高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應來快速生長氧化層。實施例10
本實施例與實施例2的區別在于
步驟C中高溫濕氧氧化的過程為將步驟B處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中爐體溫為700攝氏度，然后通入水蒸氣，在爐體的高溫下，形成高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應來快速生長氧化層。實施例11
本實施例與實施例2的區別在于
步驟C中高溫濕氧氧化的過程為將步驟B處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中爐體溫為800攝氏度，然后通入水蒸氣，在爐體的高溫下，形成高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應來快速生長氧化層。實施例12
本實施例與實施例2的區別在于
步驟C中高溫濕氧氧化的過程為將步驟B處理后的基體硅片I放在密閉的高溫爐中爐體溫為900攝氏度，然后通入水蒸氣，在爐體的高溫下，形成高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應來快速生長氧化層。總結上述實施例本發明設計的一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，
如圖I所示，首先采用絲網印刷在基體硅片I上印刷一層絲網印刷表層磷漿層2，利用鏈式擴散的方式達到設定鏈式擴散后表層雜質分布層3，再在高溫下利用濕氧進行氧化，在硅片表面快速生長一層設定厚度且均勻分布的氧化層4，然后再將表面的氧化層4清洗掉，所制得的去除氧化層后硅片表面雜質分布層5，去除氧化層后硅片表面雜質分布層5即PN結表面雜質分布層，其具有更低的表面濃度，從而能夠顯著提高電池的轉化效率。I.對于本方案中所涉及的絲網印刷磷漿后進行鏈式擴散工藝，對印刷磷漿的網版型號和漿料類型可有多種匹配方式，只要是采用絲網印刷磷漿后進行鏈式擴散均適用于本案；
2.對于擴散后的氧化層的生長可采取多種方式進行，除了采用通水蒸氣的方式，也可以采用超聲噴霧的方法在硅片表面覆蓋一薄層水膜，然后進行高溫氧化。只要涉及到先擴散然后利用在擴散表面生長較厚的氧化層來去除表面重摻雜區的方式，均屬于本方案的保護范圍。總結本發明，其利用在鏈式擴散后硅片的表面生長一層較厚的氧化層，再將氧化層清洗掉，利用該方法來去除擴散表面的高摻雜區，提高擴散后硅片的少子壽命；在高溫下利用水蒸氣與硅片擴散面進行反應，在短時間內快速生長出較厚的氧化層；最后去除氧化層。
如上所述，則能很好的實現本發明。
權利要求
1.一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，其特征在于包括如下步驟 步驟A :采用絲網印刷磷漿工藝進行鏈式擴散或噴涂磷酸水溶液工藝進行鏈式擴散，在基體硅片(I)表面形成絲網印刷表層磷漿層(2)； 步驟B :在步驟A后，進行高溫鏈式擴散工藝處理，將絲網印刷表層磷漿層(2)轉化，等形成的P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層，同時基體硅片表面形成有雜質層，我們將N型層和雜質層總稱為鏈式擴散后表層雜質分布層(3)； 步驟C :在步驟B后，對鏈式擴散后表層雜質分布層(3 )的表面進行氧化處理，在鏈式擴散后表層雜質分布層(3)表面快速生長一層均勻分布的氧化層(4)； 步驟D :將步驟C中的氧化層(4)去除，形成去除氧化層后硅片表面雜質分布層(5)。
2.根據權利要求I所述的一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，其特征在于所述絲網印刷磷漿工藝進行鏈式擴散的方法為利用網版將磷漿均勻地印刷在基體硅片(I)的表面；高溫鏈式擴散工藝處理為將印刷有磷漿的基體硅片(I)通過有不同溫區的鏈式擴散爐，在高溫處理下磷漿中的有機聚合物在高溫下分解然后通過排風系統排出，P原子擴散進入基體硅片表面形成N型層。
3.根據權利要求I所述的一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，其特征在于所述氧化處理的方法為高溫濕氧氧化。
4.根據權利要求3所述的一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，其特征在于高溫濕氧氧化的過程為將步驟B處理后的基體硅片(I)放在密閉的高溫爐中，然后通入高溫水蒸氣，通過水蒸氣與硅片表面擴散層之間的反應來快速生長氧化層。
5.根據權利要求I所述的一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，其特征在于步驟D中的氧化層(4)去除方法為將步驟B之后的基體硅片(I)放在氫氟酸溶液中，待氫氟酸溶液與氧化層(4)反應后取出。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，其特征在于步驟B后的基體硅片(I)方阻比步驟C后的基體硅片(I)方阻低5ohm-30ohm。
7.根據權利要求1-5中任意一項所述的一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，其特征在于步驟C后的基體硅片(I)方阻在60ohm-120ohm范圍內。
全文摘要
本發明公開了一種用于太陽能電池的鏈式擴散工藝，其利用在鏈式擴散后硅片的表面生長一層較厚的氧化層，再將氧化層清洗掉，利用該方法來去除擴散表面的高摻雜區，提高擴散后硅片的少子壽命；在高溫下利用水蒸氣與硅片擴散面進行反應，在短時間內快速生長出較厚的氧化層；最后去除氧化層。解決常規擴散工藝無法避免產生“死層”的現象，進一步減少表面濃度，提高少子壽命，提高電池的轉化效率，降低太陽能電池的生產成本。
文檔編號H01L31/18GK102881767SQ201210343340
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者李質磊, 袁澤銳, 林洪峰, 張鳳鳴, 盛雯婷 申請人:天威新能源控股有限公司