一種制備具有表面鈍化的pn結和晶體硅太陽能電池的方法

一種制備具有表面鈍化的pn結和晶體硅太陽能電池的方法
【專利摘要】本發明涉及制備具有表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的方法，步驟1）離子注入摻雜；2）離子注入摻雜后，將硅片放置到快速熱退火爐管中后，將硅片的溫度從600-700℃以較快的升溫速度迅速升至950-1150℃之間的某個溫度點，同時在惰性氣體氣氛下進行快速退火，在此過程中來完成離子注入損失層的修復；3）在1000-1150℃溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-100秒鐘左右，繼續完成離子注入損失層的修復，同時也進行摻雜的激活和再分布；4）在1000-1150℃溫度氧化、氧氣氣氛下或者摻氯氧化繼續進行高溫在線氧化退火。同時提出快速熱氧化退火設備系統。
【專利說明】一種制備具有表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及了光伏行業的太陽能電池領域，具體涉及到制備太陽能電池器件的形成方法和相應的設備。
【背景技術】
[0002]太陽電池是通過pn結的光生伏特效應是將太陽能直接轉換成電能的器件。隨著全球能源供給緊張和環境保護雙重壓力的不斷增加，全世界都在大力發展可再生能源。太陽能電池發電是可再生能源中唯一不完全受地域、環境限制的技術，必然在未來能源發展中占主要地位。目前光伏產業雖然處于相對比較艱難的低谷期，但從總體長遠的趨勢看，光伏產業仍是處于穩定而健康的發展中，并開始逐漸步入成熟。
[0003]傳統的離子注入摻雜之后的退火技術主要是在離子注入后放到管式爐中進行高溫退火。這種退火技術對于僅有一種摻雜雜質(比如只有硼或磷)往往效果比較好。但是如果是對硅基體的前后表面或者同一表面的不同區域需要實施不同摻雜類型的雜質，那么在離子注入之后，由于不同的摻雜雜質(比如硼和磷)的需要不同的溫度/時間來修復損傷層，不同的退火溫度/時間來完成雜質激活，并且由于不同的摻雜雜質具有不同的擴散系數從而具有不同的最佳再分布的溫度區間。對于硼和磷相比較，硼需要更高的溫度和更長的時間(950度以上)，而磷的溫度相對較低、時間相對較短(900度以下)。這使得為了獲得最佳的摻雜分布，最佳的方法是每注入一種摻雜對這種摻雜進行退火，但這樣復雜的工藝步驟僅僅適合于實驗室研發，不適合于工業化生產。
[0004]如果是在不同類型摻雜完成后實施管式爐的共退火，由于前述原因使得共退火的溫度選擇要以硼的注入損失修復、雜質激活和再分布的溫度區間范圍為準來選擇。而即使能夠通過調整磷&硼注入劑量、能量并配合調整后續的高溫管式爐熱退火工藝條件(溫度、時間)，也沒法改變硼磷兩種雜質高溫退火工藝的最佳溫度范圍不同的這個根本問題，只能減小這樣的副作用，而且減小的程度極為有限。這樣一來，勢必會導致磷摻雜的結深太深，俄歇復合增加，難以獲得高質量的發射結，而且高溫熱處理過程還會導致硅片襯底體擴散長度的降低，這都不利于電池器件的性能。從而造成電池光電轉換效率的降低。
[0005]在太陽能電池業界，也有在離子注入后利用傳統的RTP快速熱退火技術，來完成雜質的高溫再分布。現有的這類RTP退火技術主要是在壓縮空氣的氣氛下完成的，所使用的設備也不是封閉式的。其缺點是這類設備難以獲得更加高的溫度(1000-1100度范圍)，這樣就會對摻雜結的分布有影響，不能獲得所需要的摻雜分布的發射結。而且在退火中沒法進行氧化，這種在線氧化技術不僅僅能有效的鈍化發射極，特別的對于硼擴散而言還能利用其在硅-氧化硅界面的分凝系數不同(3:10左右)，實現在線分凝從而有效的分凝出硅表面的未激活的富硼層(一般是硼硅化合物)。

【發明內容】
[0006]本發明目的是提出一種制備具有優良表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的方法。本發明中通過離子注入和快速熱氧化技術制備的PN結并應用于高效電池的制備。在離子注入摻雜后進行快速熱氧化退火，通過在很短的時間內到達900-1100度，在氧氣和惰性氣體(如氮氣)的氣氛下，極短時間內完成注入損失修改、雜質激活、高溫再分布，并在退火中通過在線氧化獲得一層高質量的一定厚度的氧化層作為表面鈍化層，可以獲得具有表面優質鈍化的摻雜結。
[0007]本發明的技術方案是，制備具有表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的方法，利用離子注入結合快速熱氧化制備PN結，步驟如下，I)離子注入摻雜；2)離子注入摻雜后，將硅片放置到快速熱退火爐管中后，將硅片的溫度從600-700°C以較快的升溫速度迅速升至950-1150°C之間的某個溫度點(尤其是1100±50°C )，升溫速率是1_5°C /秒，同時在惰性氣體(如氮氣)氣氛下進行快速退火，在這個過程中主要完成離子注入損失層的修復；3)在1000-1150°C溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-100秒鐘左右，繼續完成離子注入損失層的修復，同時也進行摻雜的激活和再分布；4)在1000-1150°C溫度氧化、氧氣氣氛下或者摻氯氧化繼續進行高溫在線氧化退火，時間是30-60秒，在此過程中在硅片的表面獲得一層2-30nm厚度的致密的氧化硅。
[0008]步驟4)中氧化時采用依靠氫氣和氧氣內點火的方式生產水蒸氣，獲得更加致密的氧化層，獲得更高質量的鈍化發射極效果。步驟4)完成后在1000-1150°C溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-60秒鐘左右，用于降低氧化層的界面態密度。步驟4)完成后硅片從1000°C左右的高溫降到700°C左右，氣氛是氮氣，降溫速率是1_3°C /秒，出爐結束熱處理程序。本發明快速熱氧化退火的工藝時間5-10分鐘左右。
[0009]上述離子注入摻雜，利用離子注入在硅片的某一個表面或某些區域實施第一種導電類型的摻雜，均勻摻雜結可以是選擇性分區摻雜的結(選擇性摻雜可以通過離子注入工藝中的掩膜基板來實現，基板的圖案也即選擇性摻雜的圖案，但不限于此)；然后以同樣的方法實施另一種導電類型的摻雜。
[0010]離子注入摻雜后，首先將硅片放置到快速熱退火爐管中后，將硅片的溫度從600-700°C以較快的升溫速度迅速升至1000-1150°C之間的某個溫度點(例如1100度)，升溫速率是1_5°C /秒，同時在惰性氣體(如氮氣)氣氛下進行快速退火，在這個過程中主要完成離子注入損失層的修復；
[0011]在1000-1150°c溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-100秒鐘左右，高溫退火繼續完成離子注入損失層的修復，同時也進行摻雜的激活和再分布；
[0012]隨后，在1000-1150°C溫度氧化，即在氧氣氣氛下或者摻氯的氧化(比如TCA或者DCE,也不限于此)繼續進行高溫在線氧化退火，時間是30-60秒，在此過程中在硅片的表面獲得一層2-30nm厚度的致密的氧化硅。
[0013]采用控制壓強的方式，在低壓條件下(小于5000帕斯卡，一般選擇1500-2500帕斯卡)會產生可控制的氧化反應，從而獲得十分均勻的致密的氧化層，獲得更高質量的鈍化發射極效果。然后，在1000-1150°C溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-60秒鐘左右，用于降低氧化層的界面態密度。
[0014]利用離子注入在硅片的某一個表面或某些區域實施第一種導電類型的摻雜，可以是均勻摻雜結或選擇性分區摻雜的結(選擇性摻雜可以通過離子注入工藝中的掩膜基板來實現，基板的圖案也即選擇性摻雜的圖案，但不限于此)；然后以同樣的方法實施另一種導電類型的摻雜。
[0015]本發明制備具有表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的設備，即應用于太陽能電池的快速熱氧化設備，采用類似于太陽能行業中的擴散爐那種“水平爐管”。具體而言主，包括擴散爐氣流提供系統、加熱設備和溫度控制系統、硅片裝載裝置、冷卻系統；加熱設備根據所需要的升溫速率需求(50-500度/分鐘)，降溫需求(50-200度/分鐘)，加熱設備采用包括鹵鎢燈在內的紅外短波輻射加熱燈管，通過在擴散爐內設置若干個(比如，11至19個)紅外短波輻射加熱燈管，以輻射方式傳遞的熱量給硅片；擴散爐是水平式的快速熱氧化設備系統，擴散爐中設有若干個(比如，11至19個)溫區控制系統，用于補償可能升降溫中的加熱或冷卻不均勻性，實現硅片均勻加熱；在整個爐體內設置若干組(比如，11至19組)紅外短波輻射加熱燈管，同時對每個溫區都帶有光學高溫計，實現每個溫區的相對均勻的對硅片實施加熱溫度控制和溫度監控；在若干個(比如，11至19個)溫度分布都配置Spike熱電偶和Profile熱電偶，通過測溫熱電偶測出溫度信號，經自動控制系統改變燈電流的大小，實現整個爐腔內的各個溫區的溫度閉環控制；
[0016]硅片裝載裝置，采用耐高溫的材料來裝卸硅片，硅片裝載集中在每一個溫區的中心位置以獲得均勻的加熱；
[0017]冷卻系統采用水冷散熱和風冷散熱相結合的方式；氣流系統方面:氮氣、壓縮空氣、氧氣。可選的，對于摻氯的氧化增設TCA或者DCE ;可選的設有H2和02合成的內點火系統裝置；水平爐管連接負壓即抽真空系統。
[0018]硅片裝載集中在每一個溫區的中心位置以獲得均勻的加熱。溫區(紅外加熱燈管)越多，可以裝載的硅片越多。
[0019]本發明的有益效果是:本發明采用離子注入制作的p_n結表面雜質濃度較低，避免了熱擴散形成Pn結表面的死層帶來的表面復合的損失，還極大程度提高了結的均勻性。如果需要對電池前后表面都實施分區摻雜技術，而且離子注入是單面工藝，就排除了邊緣刻蝕的需求，簡化了工藝流程具有更大的優勢。
[0020]特別的，針對高效晶體硅太陽能電池的設計需求，往往需要對硅襯底前后表面或者用一個表面不同區域都需要摻雜，這就更能利用離子注入摻雜工藝結合快速熱氧化退火技術的優勢。而且在經過熱處理之后，還可以獲得具有高質量熱Si02鈍化層的兩種摻雜分布的高質量的摻雜結。
[0021]同時要強調的是快速熱氧化退火技術由于時在極短的時間內完成的，從而形成的是高質量的淺結，避免了管式高溫退火中N型或者P型摻雜結被高溫推進過深從而導致俄歇復合加重的問題。而且避免了管式硼磷共退火中的為了平衡硼的退火工藝溫度從而導致磷的結深被推進過深的問題。另外短時間的高溫熱處理也極大程度的減少了高溫熱處理過程帶來的硅襯底體擴散長度的降低，這對多晶硅、類單晶硅電池是極為有利的因素。
[0022]如果是需要制備選擇性摻雜的發射結，那么經過離子注入后的選擇性摻雜的硅表面會在后續快速熱氧化退火工藝中具有不同的表面生長速率，從而在不同的分區摻雜區域獲得不同的鈍化層厚度，這使得后續的金屬化工藝具有自對準的技術。
[0023]本發明方法不僅僅工藝步驟簡單，而且有利于提高電池轉換效率，十分適合工業化生產。利用本發明方法可以制備各類晶體硅電池結構，尤其適合于需要同時需要硼、磷摻雜的高效電池結構，例如背接觸電池結構、雙面電池結構等。同時可以用于制備單晶硅、類單晶硅和多晶硅電池，工藝流程簡單，成本低。
[0024]基于太陽能電池領域的低成本的快速熱氧化退火設備系統的有益效果是:前面已經指出，由于所處的環境是非密閉系統利用現有的平面鏈式擴散熱退火設備的主要缺點是加熱系統難以實現高溫度(1000-1100oC )，而且也難以在退火中實現在線氧化。而半導體工業中雖然有垂直式的快速熱退火和熱氧化系統，能滿足這樣的工藝需求，但是該設備成本極高，不能進行批處理，沒法應用于太陽能電池生產。
[0025]同時也需要指出，對于太陽能電池的離子注入后的快速熱退火，升溫速率也并不需要達到像半導體工業中制備的器件所要求的那么快的速率(150度-250度/秒)，而只需要達到50-500度/分鐘即可(對于降溫也同樣如此)，否則制備的PN結太淺(IOOnm以內)也難以用現有技術在工業化中也難以實現良好的金屬半導體歐姆接觸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為背接觸電池即高效交指式背接觸(IBC)太陽電池結構圖；
[0027]圖2為雙面電池結構圖；
[0028]圖3為PERL&PERT電池結構圖；
[0029]圖4為快速熱氧化的溫度-時間曲線；
[0030]圖5是本發明設備(擴散爐)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖所示，背面金屬電極1、氧化硅2、P型襯底3、氧化硅4、正面金屬電極5、氮化硅6 ;背面反射11、點接觸12、背面柵線13、N型襯底14、無柵線15 ;鈍化發射區和背面局部擴散電池(PERL)，鈍化發射區和背面局部擴散電池(peri)在perc電池的背面接觸點下增加一個富硼元素的擴散層，以減小金屬接觸電阻。SiC漿31、石英爐門32、石英保溫擋圈33、爐口均流板34、石英舟35、石英反應管16、爐尾均流板17、工藝氣體入口 18、排氣19、恒溫槽20、廢氣排放管21、溫度計套管22、恒溫區23、廢氣排放管口 24 ;其中擴散爐恒溫區23中設有若干個溫區控制系統。
[0032]圖4中:對應實施實例中的快熱熱氧化退火工藝細節，升溫速率約4度/秒，降溫速率約2度/秒，總的熱處理時間約6分鐘。圖5中SiC漿31、石英爐門32、石英保溫擋圈33、爐口均流板34、石英舟35、石英反應管16、爐尾均流板17、工藝氣體入口 18、排氣19、恒溫槽20、廢氣排放管21、溫度計套管22、恒溫區23、廢氣排放管口 24 ;其中擴散爐恒溫區23中設有若干個(11至19個)溫區控制系統，用于補償可能升降溫中的加熱或冷卻不均勻性，實現硅片均勻加熱；在整個爐體內設置若干組紅外短波輻射加熱燈管，同時對每個溫區都帶有光學高溫計，實現每個溫區的相對均勻的對硅片實施加熱溫度控制和溫度監控；在這11至19個溫度分布都配置Spike熱電偶和Profile熱電偶(未畫出)，通過測溫熱電偶測出溫度信號。
[0033]本發明提出一種基于太陽能電池領域的低成本的快速熱氧化退火的方法，
[0034]利用離子注入結合快速熱氧化制備PN結的工藝步驟如下:
[0035]1.離子注入摻雜[0036]a.利用離子注入技術在硅片的某一個表面或某些區域實施第一種導電類型的摻雜，如摻硼，可以是均勻摻雜結也可以是選擇性分區摻雜的結(選擇性摻雜可以通過離子注入工藝中的掩膜基板來實現，基板的圖案也即選擇性摻雜的圖案)。可以參照本 申請人:同日申請的“一種利用離子注入形成選擇性摻雜和制備高效晶體硅太陽能電池的方法”)。
[0037]b.以同樣的方法實施另一種離子的摻雜，如摻磷。
[0038]2.利用快速氧化熱退火技術，完成正背面摻雜的離子注入損失修復，摻雜雜質激活和雜質再分布，并在退火中在線氧化生長一層一定厚度(2-30nm)的致密的高質量的氧化層。優選的，這里也可以摻氯的氧化(比如TCA或者DCE，也不限于此)
[0039]優選的，這里還可以采用一種利用氫氧合成的快速熱氧化技術，通過高溫下H2和02通過合成水蒸氣，并通過氧化生長速率來獲得一層均勻的致密的氧化層。
[0040]根據不同的電池結構的工藝需求，可以制備如背接觸電池結構，雙面電池結構，PERL/PERT電池結構、多晶硅電池等等。(有些電池結構需要進行選擇性的分區摻雜，相應的后續的金屬化則可以利用其自對準特征進行金屬化技術)。
[0041]離子注入摻雜后的快速熱氧化退火工藝
[0042]1.首先，將硅片放置到水平的快速熱退火爐管中后，將硅片的溫度從700度以較快的速度迅速升至1000-1150度之間的某個溫度點(例如1100度)，升溫速率是1-5度/秒，同時在惰性氣體(如氮氣)氣氛下進行快速退火，在這個過程中主要完成離子注入損失層的修復。
[0043]2.緊接著，在1100度溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-100秒鐘左右，繼續完成離子注入損失層的修復，同時也進行摻雜的激活和再分布。
[0044]3.隨后，在1100度溫度`、氧氣氣氛下或者摻氯的氧化(比如TCA或者DCE，也不限于此)繼續進行高溫在線氧化退火，時間是30-60秒，在此過程中在硅片的表面獲得一層5-30nm厚度的致密的氧化硅。
[0045]優選的最好采用依靠氫氣和氧氣內點火的方式生產水蒸氣，通過水蒸氣的氧化來加速氧化速率。
[0046]氫氧合成的內點火的氧化原理概述如下:
[0047]2H2 (g) +02 (g)----->2H20 (g)
[0048]【分反應方程式是:H2+02=20H、H2+0H=H20+H、02+H=0H+0、H2+0=0H+H】
[0049]主要采用氫氣和氧氣通入反應腔內(H2和02的混合氣體中，H2的濃度占
0.5-33%)。氫氣氧氣會通過內點燃合成生成活性很強的H20水蒸汽,在娃片的表面上會產生活性很強的氧原子和羥基，生成非常致密的高質量的氧化層。
[0050]可選的，可以采用控制壓強的方式，在低壓條件下(小于5000帕斯卡，一般選擇1500-2500帕斯卡)會產生更加有效的和可控制的氧化反應，從而獲得十分均勻的致密的
氧化層。
[0051]4.然后，在1100度溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-60秒鐘左右。這個步驟有兩個功能:(I)繼續對離子注入的雜質進行高溫再分布(2)通過本步的氮氣退火，降低氧化層的界面態密度，使得氧化硅更加致密，有利于提高鈍化效果。
[0052]5.退火工藝:硅片需要從1000度左右的高溫降到700度左右，氣氛是氮氣，降溫速率是1-3度/秒，出爐結束熱處理程序。[0053](I)除了第2步之外，第3、4、5步的高溫退火也仍然繼續對離子注入的雜質進行高溫再分布，用于獲得所需要的結深分布曲線(2).除了第4步外，第5步的氮氣退火也同樣能起到降低熱氧化硅界面態密度的作用。根據電池結構所需要的摻雜結深曲線分布的設計需求，快速熱氧化退火中的工藝參數，如升降溫速率的控制，以及每個步驟熱處理的時間選擇等等，需要配合離子注入摻雜的工藝參數(能量、劑量)來控制。
[0054]快速熱退火其它條件，將硅片的溫度從650度以較快的速度迅速升至950-1000度之間的某個溫度點(例如980度)，升溫速率是1-5度/秒，同時在氬氣氛下進行快速退火，亦完成離子注入損失層的修復，無顯著不同的影響。
[0055](2)緊接著，在1100度溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-100秒鐘左右，繼續完成離子注入損失層的修復，同時也進行摻雜的激活和再分布。
[0056](3)隨后，在1100度溫度、氧氣氣氛下或者摻氯的氧化(比如TCA或者DCE，也不限于此)繼續進行高溫在線氧化退火，時間是30-60秒，在此過程中在硅片的表面獲得一層5-30nm厚度的致密的氧化硅。
[0057]優選的最好采用依靠氫氣和氧氣內點火的方式生產水蒸氣，通過水蒸氣的氧化來加速氧化速率。
[0058]提出搭建新的應用于太陽能電池的快速熱氧化設備的概念
[0059]傳統的快速熱氧化退火技術都是應用于半導體工業的柵極氧化工程，所以設備非常復雜成本非常高，立式的快速熱氧化設備系統設計難以應用太陽能電池工業進行大批量的工業化處理。
[0060]同時需要指出，對于太陽能電池的離子注入后的快速熱退火，升溫速率也并不需要達到像半導體工業中制備的器件所要求的那么快的速率(150度-250度/秒)，而只需要達到50-500度/分鐘即可(對于降溫也同樣如此)，否則制備的PN結太淺(IOOnm以內)也難以用現有技術在工業化中也難以實現良好的金屬半導體歐姆接觸。
[0061]因此在這里提出一種成本相對較低的、適合于太陽能工業化的快速熱氧化退火設備的概念，這種設備采用類似于太陽能行業中的擴散爐那種“水平爐管模式”式設計。
[0062]從整個設備的搭建來看，需要對擴散爐的設備做一些新的設計和改造才能實現本專利提及的功能。下面將分別實現此概念的設備所需要作出的關鍵改變的模組單元作出闡述。分別從溫度控制系統、氣體氣流系統幾個方面進行考慮。
[0063]1.溫度控制系統
[0064]根據所需要的升溫速率需求(50-500度/分鐘)，降溫需求(50-200度/分鐘)，可以采用通過紅外加熱輻射的原理來實現快速升降溫(輻射方式傳遞的熱量不會傳遞過程中產生損失)，也可以采用鹵鎢燈(鹵鎢燈發出的光屬于可見光波段)和氙燈等作為加熱源，不限于此。
[0065]下面以通過紅外熱輻射加熱實現快速熱氧化退火舉例，具體如下:
[0066]通過在擴散爐內設置若干個紅外短波輻射加熱燈管(這種加熱燈管能提供工藝所需的波長約2.m的近紅外加熱能量)，以輻射方式傳遞的熱量給硅片。燈管由石英材料摻雜加工成型，燈絲材料需要經過特殊加工制成并采用螺旋形的繞絲，這可以增加了燈的表面積，從而提高輻射效率。同時為了提高加熱效率，在燈管的一面安裝有特制的石英反射層。[0067]傳統的擴散爐往往采用5個溫區控制系統。對于此水平式的快速熱氧化設備系統，則改為11或19個溫區控制系統，用于補償可能升降溫中的加熱或冷卻不均勻性，實現硅片均勻加熱(溫區越多，越有利于實現硅片均勻加熱)。
[0068]以15溫區系統為例，需要在整個爐體內設置15個紅外短波輻射加熱燈管，同時對每個溫區都帶有光學高溫計，這樣可以實現每個溫區的相對均勻的對硅片實施加熱溫度控制和溫度監控。在15個溫度分布都配置Spike熱電偶和Profile熱電偶，通過測溫熱電偶測出溫度信號，經自動控制系統改變燈電流的大小，實現整個爐腔內的各個溫區的溫度閉環控制。
[0069]可選的，也可以在每個溫區再增設光學高溫計來完成，以實現快速響應較遠距離處硅片的溫度(因為熱電偶雖然相對可靠，但是它響應時間慢，并且高溫會使得其壽命變短)。光學高溫計是通過對硅片加熱，探測其紅外輻射來完成的。不過這會增加設備的成本投入。
[0070]升降溫速率的控制是依靠在紅外短波輻射加熱燈管上實施不同的功率來實現的；為保證不同的溫區能夠被均勻的加熱，通常可以對不同溫度的紅外加熱燈管實施不同的功率來進行補償。
[0071]特殊的硅片裝載裝置，傳統的水平式擴散爐每爐可以裝載400-500片硅片，而對于本發明中搭建的水平爐管式的快速熱氧化退火設備，由于升降溫速度較快使得不能裝載這么多的硅片。在硅片的裝載裝置中，需要采用更為耐高溫的材料來裝卸硅片，硅片裝載以后應該盡可能集中在每一個溫區的中心位置以獲得均勻的加熱。溫區(紅外加熱燈管)越多，可以裝載的硅片越多。
[0072]以15溫區為例， 每個溫區可以放置10-15片硅片則整個爐體內可以放置約150-200片。雖然每爐裝載的硅片變少,但是由于高溫熱處理的工藝時間大大縮短,從而在產量上仍然可以獲得提升:傳統的高溫熱退火需要45-90分鐘，而快速熱氧化退火的工藝時間5-10分鐘左右。
[0073]冷卻系統方面:針對此快速熱氧化退火設備的更高的溫度，和更快的升降溫速率的需求。在冷卻方式方面需要采用水冷散熱和風冷散熱相結合的方式。
[0074]爐管的材料:針對工藝需求，爐體的相關硬件材料需要能夠經受更高的溫度，以獲得良好的壽命。
[0075]2.氣流系統方面:氮氣、壓縮空氣、氧氣可計量的供氣系統,此為現有技術方案。可選的，對于摻氯的氧化可以增設TCA或者DCE ;可選的，對于H2和02合成的內點火系統，需要增加相應的點火裝置。
[0076]應用于不同的晶體硅高效電池
[0077]高效電池結構的制備方面，可以實現各類晶體硅高效電池，比如雙面電池，背接觸電池，PERT/PERL電池等等，下面簡單例舉前兩種電池結構。
[0078]例1:雙面電池的制作流程((N型或P型))
[0079]1.硅基體的選擇
[0080]晶體硅基體為n型或p型單晶襯底，其電阻率為0.5~5 Q ? cm，其厚度為100~200 V- m,但不限于此；
[0081]2.表面織構化，包括正面絨面和背面拋光光學形貌的形成[0082]硅片前表面織構化可采用濕法化學腐蝕，如使用各類酸性溶液、堿性溶液和有機溶劑等來實現；或通過干法刻蝕，如反應離子刻蝕(RIE)、激光刻蝕等方法，但不限于此。
[0083]常用的堿性溶液例如:氫氧化鈉，氫氧化鉀和乙二胺等。
[0084]例如對于單晶硅基體，可以采用氫氧化鈉溶液的一般為濃度約重量百分含量約為
0.5-5%，腐蝕溫度為70_90°C來進行各向異性的表面織構化。優選的，為獲得均勻的絨面金字塔，還可以在溶液中酌量添加醇類(例如乙醇和異丙醇)等作為絡合劑。
[0085]例如對于多晶硅基體，可以采用在硝酸、氫氟酸和去離子水的體積比為I~2:
0.5~1:1的混合溶液中，在0~15°C的條件下進行各向同性的表面織構化。
[0086]硅片背表面的拋光處理采用濕法化學或者機械方法，但不限于此。
[0087]例如對于單晶硅或多晶硅基體，既可以采用氫氧化鈉溶液的一般為濃度約重量百分含量約為0.5-5%，腐蝕溫度為85--100°C來進行拋光腐蝕。也可以采用在硝酸、氫氟酸和去離子水的體積比為I~2:0.5~1:1的混合溶液中，在0~15°C的條件下進行拋光腐蝕。
[0088]3.離子注入對正面背面實施摻雜
[0089]對硅片的背表面實施P型摻雜，可以是整面的均勻摻雜，也可以是選擇性的分區摻雜。
[0090]下面以均勻摻雜為例，采用BF3或者B2H6作為離子源，經過離子源經過離化，加速，質量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°~7°進行P型注入摻雜，離子注入能量為l_50KeV，注入劑量為1E14~9E15cm_2 ；
[0091]對硅片的前表面實施N型摻`雜，可以是整面的均勻摻雜，也可以是選擇性的分區摻雜。
[0092]下面以均勻摻雜為例，采用PH3作為離子源，經過離子源經過離化，加速，質量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°~7°進行N型注入摻雜，離子注入能量為l-50KeV，注入劑量為1E14~9E15cm-2，工作電流為5_15mA左右；
[0093]4.將經過兩種導電類型摻雜的硅片，放置快速熱氧化退火設備中，進行高溫熱氧化退火。
[0094]在退火過程中完成N型和P型的離子注入摻雜導致的的損失層的修復，離子注入摻雜的激活和雜質再分布。通過在線氧化，也會生長一層致密的氧化層作為N型和P型發射結鈍化層。具體如下:
[0095]首先，從700度開始快速升至1000度-1150度之間的某個溫度值(比如1050度)，
氣氛是氮氣，升溫速率1-5度/秒(具體的可選4度/秒)。
[0096]接著，固定在該溫度下，繼續通氮氣退火，時間是10-100秒，用來修復注入的損失層和激活摻雜以及雜質再分布。
[0097]之后切換通氧氣，或者更加優選的，采用氫氣和氧氣內點燃的方式合成水蒸汽，進行高溫氧化退火，時間30-60秒鐘，獲得一層5-20nm的高質量的致密氧化層。
[0098]然后，繼續在此溫度下氮氣退火10-60秒，用于降低氧化層的界面態密度。
[0099]最后以較快的溫度降溫到700度左右，降溫速率1-3度/秒，通氮氣退火，結束熱處理程序。具體可參見前面的專門詳細描述。
[0100]其中背面P型發射結摻雜的方塊電阻在范圍75-125Q/ □，結深0.15-0.3um之間；[0101]正面N區發射結摻雜的方塊電阻在范圍為60-120Q/ □，結深在0.15-0.4um之間.[0102]5.在電池的正面沉積減反射膜層，可以是CVD或者PVD的SiNx、SiOxNy或者TiOx。
[0103]采用PECVD技術(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)為反應氣體，工作溫度在300-500度條件下，沉積氮化硅(SiNx:H)，厚度在60_70nm。
[0104]例如也可以采用APCVD或者PVD沉積Ti02，折射率2.3-2.35，厚度在50_60nm。
[0105]6.在電池的背面沉積鈍化層
[0106]可以是現有常用的各種單層膜材料、疊層膜材料或者復合膜材料。單層材料如:SiNx或SiOx等；疊層材料如:SiNx/Si02, SiNx/SiOx等；復合膜材料如SiOxNy,AlxTiyOzSiCxNy 等。[0107]需要指出，很多介質層往往兼起著鈍化和減反射的作用，鈍化膜的選擇和減反射膜的選擇是相關聯的密不可分的.背面鈍化層材料的選擇也要兼顧獲得背面的高反射率，達到“陷光效果”。
[0108]具體的優選的方案舉例:
[0109]采用PECVD技術在電池背面沉積SiOxNy材料(直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)、笑氣(N20)和硅烷(SiH4)為反應氣體，工作溫度在300-500度條件下，折射率
1.45-2.1，厚度在 70-100nm ；
[0110]或者采用原子層沉積技術或PECVD技術的在電池背面沉積a_A1203材料，原子層沉積技術的反應源是三甲基鋁和水(或臭氧);如果是PECVD技術，則反應源是三甲基鋁和笑氣(N20);溫度是200-400度條件，折射率在1.6-1.7，厚度在5_20nm，然后再繼續沉積一層PECVD SiNx,折射率 2.0-2.1，厚度在 70-90nm。
[0111]7.正面和背面的金屬化
[0112]以絲網印刷技術為例:電池正面的N型發射結的接觸漿料采用銀漿，印刷線寬在40-75um之間，電池背面的P型發射結的極接觸漿料采用銀鋁漿，印刷線寬在40-75um之間，印刷的高寬比要盡可能大以提高電導能力。絲網印刷電極后需要對電極烘干，用燒結爐或烘箱來完成，烘箱的烘干條件是溫度150度左右時間20-30分鐘，燒結爐烘干條件是峰值溫度300-350度2-3分鐘。最后，，根據N區和P區的漿料性質，選擇合適的燒結溫度進行共燒結，獲得盡可能小的接觸電阻和盡可能高的并聯電阻(盡可能低的結分流，junctionshunting).其中共燒結溫度典型工藝參數是，燒結爐顯示的峰值溫度850-900度(真實的峰值溫度在700-750度之間)，時間是2-4秒。
[0113]由于本發明中在背面N、P區形成的是選擇性分區摻雜，接觸區的重摻雜會使得其具有更小的歐姆接觸。在利用絲網印刷技術進行金屬化的時候，由于不同的分區摻雜區域，介質層的沉積或生長速率不同從而導致分區摻雜的厚度不同，因而在外觀上有所差別，可形成自對準的金屬化技術。
[0114]至此N型或P型雙面電池的制備全部完成，需要指出的是對于N型雙面電池，也同樣可以將硼結設置在硅襯底材料的正表面，磷結設置在背表面，此處不再詳述。
[0115]例2:背接觸(IBC)電池的制作工藝流程
[0116]1.硅基體的選擇
[0117]晶體硅基體為n型單晶襯底，其電阻率為0.5~5Q --!!，其厚度為100~200iim，但不限于此；
[0118]2.表面織構化，包括正面絨面和背面拋光光學形貌的形成，同上述雙面電池制作流程。
[0119]3.利用離子注入技術實施摻雜
[0120]利用離子注入技術依次對晶體硅基體背面實施P型和N型摻雜，背面的P區和N區摻雜是采用兩個梳子狀的圖形嵌套進去的。
[0121]背面的P型摻雜:
[0122]P區摻雜的圖案可以依靠離子注入的掩膜基板來實現，掩膜基板也就是選擇性摻雜圖案，具體的圖形如下:
[0123]P區摻雜的子單元柵線的寬度范圍是200um-500um，子單元之間的間距是1000um-2000um范圍。排布是線狀排布。
[0124]采用BF3或者B2H6作為離子源，經過離子源經過離化，加速，質量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°?7°進行P型注入摻雜，離子注入能量為l_50KeV，注入劑量為 1E14 ?9E15cm-2 ；
[0125]背面的N型摻雜:
[0126]N區摻雜的圖案可以依靠離子注入的掩膜基板來實現，掩膜基板也就是選擇性摻雜圖案具體的圖形如下:
[0127]N區摻雜的的子單元柵線的寬度范圍是75um-200um，子單元之間的間距是1000-2000um范圍，排布是線狀排布。
[0128]采用PH3作為離子源，經過離子源經過離化，加速，質量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°?7°進行N型注入摻雜，離子注入能量為l-50KeV，注入劑量為1E14?9E15cm-2，工作電流為5_15mA左右；
[0129]再進行正面的N型摻雜，正面實施的是整面的均勻摻雜:
[0130]采用PH3作為離子源，經過離子源經過離化，加速，質量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°?7°進行N型注入摻雜，離子注入能量為l-50KeV，注入劑量為1E14?9E15cm_2 ；
[0131]4.將經過兩種導電離子類型摻雜的硅片，放置快速熱氧化退火設備中，進行高溫熱氧化退火。
[0132]在退火過程中完成N型和P型的離子注入摻雜導致的的損失層的修復，離子注入摻雜的激活和雜質再分布。通過在線氧化，也會生長一層致密的氧化層作為N型和P型發射結鈍化層。具體如下:
[0133]首先，從700度開始快速升至1000度-1150度之間的某個溫度值(比如1050度)，
氣氛是氮氣，升溫速率1-5度/秒(具體的可選4度/秒)。
[0134]接著，固定在該溫度下，繼續通氮氣退火，時間是10-100秒，用來修復注入的損失層和激活摻雜以及雜質再分布。
[0135]之后切換通氧氣，或者更加優選的，采用氫氣和氧氣內點燃的方式合成水蒸汽，進行高溫氧化退火，時間30-60秒鐘，獲得一層5-20nm的高質量的致密氧化層。
[0136]然后，繼續在此溫度下氮氣退火10-60秒，用于降低氧化層的界面態密度。
[0137]最后以較快的溫度降溫到700度左右，降溫速率1-3度/秒，通氮氣退火，結束熱處理程序。
[0138]其中，背面P型發射結摻雜的方塊電阻在范圍75-125 Q/ □，結深0.15-0.3um之間；背面N區發射結摻雜的方塊電阻在范圍為60-120 Q/ □，結深在0.2-0.4um之間；正面N區發射結摻雜的方塊電阻在范圍為60-120 Q/ □，結深在0.2-0.4um之間。
[0139]5.在電 池的正面沉積減反射膜層，CVD或者PVD的SiNxSiOxNy或者TiOx。
[0140]例如采用PECVD技術(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)為反應氣體，工作溫度在300-500度條件下，沉積氮化硅(SiNx:H)，折射率2.0-2.1，厚度在60-70nm。
[0141]例如采用APCVD或者PVD技術沉積Ti02，折射率2.3-2.35，厚度在50_60nm。
[0142]6.在電池的背面沉積鈍化層
[0143]例如采用PECVD技術(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)為反應氣體，工作溫度在300-500度條件下，沉積氮化硅(SiNx:H)，折射率2.0-2.1，厚度在70-90nm ；
[0144]或者，也可以采用原子層沉積技術或PECVD技術的在電池背面沉積a_A1203材料，原子層沉積技術的反應源是三甲基鋁和水(或臭氧)[如果是PECVD技術，則反應源是三甲基鋁和笑氣(N20)]，溫度是200-400度條件，折射率在1.6-1.7，厚度在5_20nm，然后再繼續沉積一層PECVD SiNx,折射率2.0-2.1，厚度在70_90nm。
[0145]7a.背面金屬化技術,利用PVD或者電鍍技術的后端金屬化.[0146](I).金屬化步驟前的介質開槽
[0147]在背面金屬化步驟前，需要對鈍化層進行圖案化處理以獲得所需的金屬化圖案。金屬化圖案的子單元的軸心線要背面P型、N區重摻雜圖形的子單元的軸心線重合，子單元的圖案可以選擇細柵線的形狀，但不限于此。這里具體的選擇細柵線作為子單元，其中P區金屬化的線寬是50-75um，N區金屬化的線寬是25_50um左右；
[0148]實現圖案化的方法可以是激光消融介質層技術，也可以是絲網印刷或Inkjet/Aerosol Jet printing腐蝕性衆料開槽，但不局限與此.[0149]比如，我們可以采用激光消融技術來實現這種分區摻雜的圖案化處理，典型的，可以采用532nm的皮秒激光器(Nd:YV04，，脈沖小于<15ps，最大平均功率15W，脈沖重復頻率200-1000kHz)，對Si02進行刻蝕圖案化。優選的，激光技術之后可以利用1_2%的堿溶液對損傷層進行處理。
[0150](2).金屬化:首先，利用PVD技術沉積第一層金屬，優先選鋁，但不局限于鋁。其主要作用是形成金屬半導體歐姆接觸，同時兼起到背反射器作用。金屬Al的功函數既適合作為P型摻雜也適合作為N型摻雜的金屬-半導體歐姆接觸，同時鋁也有良好的電導率。
[0151](3).然后沉積第二層TiW或TiN作為金屬和雜質的擴散阻擋層，對于這層擴散阻擋層需要對金屬和雜質有很好的擴散阻特性，具有低的歐姆接觸電阻和良好的電導率，在半導體和金屬間或金屬與金屬間具有良好的附著性能，還要具有高溫穩定性。作為可選的材料包括但不局限于TiW、TiN、WN或者T1、W、Ta、Mo、Pt等金屬，綜合來講TiW和TiN更合適些。
[0152](4).緊接著，作為電鍍的基底層，這層金屬的可選方案是銅或銀，但不局限于此。相比較與銀，銅具有更好的電導率，并且成本上更具有優勢，但銅在硅中的擴散系數更大，在空氣中更容易被氧化。由于種子層中設計了第二層的擴散阻擋層，因此綜合而言，銅成為電鍍基底層的首選。
[0153](5).PVD沉積了歐姆接觸金屬層/擴散阻擋層/導電性能改善層之后，需要對其圖案化處理以去除掉不需要金屬化區域被沉積的金屬，或者最終的金屬化圖案。
[0154]利用絲網印刷技術印刷一層保護漿料，保護金屬化區域。然后利用化學溶液刻蝕去除掉未保護的金屬種子層。這層保護性漿料應能抵抗住化學刻蝕溶液的作用，所選的刻蝕溶液也要對金屬種子層下面的鈍化層刻蝕能力很小(即對金屬種子層和其下方的鈍化層有良好的選擇比)。然后，清洗掉保護性漿料，所選溶液也應該不和鈍化層反應，防止破壞鈍化效果.[0155](6).進行退火來形成金屬半導體的歐姆接觸。可以采用管式爐退火，300度-550度左右，氣氛是氫退火(Forming gas)或氮氣退火,時間是10-60分鐘。也可以是平面傳送帶式的RTP快速熱退火設備，燒結爐顯示的峰值溫度700-730度(真實的峰值溫度要確保小于577度)，時間2-5秒鐘，氣氛是壓縮空氣。
[0156](7).最后，利用電鍍技術在種子層金屬上進行電鍍銅+錫或銀，可以采用化學鍍，也可以采用光致誘導電鍍。電鍍層應獲得足夠的厚度(比如10-30um的銅+5-10um的錫)以改善電導，從而降低串聯電阻。
[0157]7-b.絲網印刷技術的金屬化和共燒結
[0158]背面金屬化步驟，采用較低成本的絲網印刷方法。N區BSF的電極接觸漿料采用銀漿，印刷線寬在40-75um之間，P區的Emitter的電極接觸漿料采用銀鋁漿，印刷線寬在40-75um之間，印刷的高寬比要盡可能大以提高電導能力。絲網印刷電極后需要對電極烘干，可用燒結爐或烘箱來完成。烘箱的烘干條件是溫度150度左右時間20-30分鐘，燒結爐烘干條件是峰值溫度300-350度2-3分鐘。最后，，根據N區和P區的漿料性質，選擇合適的燒結溫度進行共燒結，獲得盡可能小的接觸電阻和盡可能高的并聯電阻(盡可能低的結分流，)。共燒結工藝典型參數是，燒結爐顯示的峰值溫度850-900度(真實的峰值溫度在700-750度之間)，時間是2-4秒。
[0159]需要指出，由于本發明中在背面N、P區形成的是選擇性分區摻雜，接觸區的重摻雜會使得其具有更小的歐姆接觸。在利用絲網印刷技術進行金屬化的時候，由于不同的分區摻雜區域，介質層的沉積或生長速率不同從而導致分區摻雜的厚度不同，因而在外觀上有所差別，可以形成自對準的金屬化技術。至此形成背接觸(IBC)電池結構。
[0160]舉例3:普通多晶硅電池的制備
[0161]1.硅基體的選擇
[0162]P型多晶Si (100)襯底，電阻率1.0-3.0ohm.cm，硅片初始厚度150_200um.。
[0163]2.硅片的表面織構化
[0164]利用硝酸、氫氟酸混合的酸體系溶液(比如，硝酸、氫氟酸和去離子水的體積比為I?2:0.5?1:1的混合溶液)對娃片進行各向同性的濕法刻蝕。其它與上述實施例類同。
[0165]3.利用離子注入技術實施N型摻雜
[0166]利用離子注入技術在硅片的正面實施N型摻雜，既可以是均勻的摻雜也可以是選擇性摻雜。選擇性摻雜要利用離子注入的掩膜基板來實現，基板的圖案也即是選擇性摻雜的分區圖案。[0167]下面以均勻摻雜作為示例。
[0168]采用PH3作為離子源，經過離子源經過離化，加速，質量分析、聚焦等步驟，以偏離靶片垂直方向0°~7°進行N型注入摻雜，離子注入能量為l-30KeV，注入劑量為1E14~9E15cm_2 ；
[0169]4.利用快速氧化熱退火技術，完成雜質再分布并利用在線氧化在摻雜的硅表面獲得一層高質量的Si02鈍化磷摻雜結。
[0170]首先，從700度開始快速升至1000度-1150度之間的某個溫度值(比如1000度)，
氣氛是氮氣，升溫速率1-5度/秒(具體的可選5度/秒)。
[0171]接著，固定在該溫度下，繼續通氮氣退火，時間是10-100秒(具體選15秒)，用來修復注入的損失層和激活摻雜以及雜質再分布。
[0172]之后切換通氧氣，或者更加優選的，采用氫氣和氧氣內點燃的方式合成水蒸汽，進行高溫氧化退火，時間30-60秒鐘(具體選30秒)，獲得一層5-20nm的高質量的致密氧化層。
[0173]然后，繼續在此溫度下氮氣退火10-60秒(具體可選10秒)，用于降低氧化層的界面態密度。
[0174]最后以較快的溫度降溫到700度左右，降溫速率1-3度/秒(具體可選3度/秒)，通氮氣退火，結束熱處理程序。可參見前述。
[0175]磷結的參數如下:方塊電阻75-125ohm/ □，，結深在0.15-0.3um之間?
[0176]5.在電池的正面 沉積減反射膜層，在電池的背面沉積疊層鈍化層
[0177]例如采用PECVD技術(可以是直接法或間接法等離子體)，以氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)為反應氣體，工作溫度在300-500度條件下，沉積氮化硅(SiNx:H)。
[0178]PECVD工藝沉積SiNx薄膜的SiH4流量為600-700sccm，NH3流量為1400-1500sccm，工作壓力為0.1-0.3mbar，工藝溫度300-500°C，放電頻率2450MHz，放電功率 2000-3500w，放電時間 15-30s。
[0179]6.電池正面和背面的金屬化
[0180]在硅片的正表面印刷銀漿，線寬在30-70um，結合磷結的擴散濃度和遮光率采用優化的柵線設計方案，在100-200度條件下烘干銀漿。
[0181]在硅片的背表面印刷銀鋁漿(線寬在30-70um)和鋁漿在100-200度條件下烘干銀漿。
[0182]在快速燒結退火爐中，對絲網印刷到硅片正、背面的金屬漿料，進行高溫共燒結，使金屬將來和硅片正背面的磷結和P型襯底形成歐姆接觸。典型的工藝條件如下:峰值溫度是Tpeark=720-750度(燒結爐的顯示溫度在850-900度之間)，時間是2_4秒。至此普通的多晶硅電池結構。
[0183]雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，實施例并不能窮盡所有的參數，未詳盡表達之處均可依現有技術推導，然其并非用以限定本發明。本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
【權利要求】
1.制備具有表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的方法，其特征是利用離子注入結合快速熱氧化制備PN結，步驟如下，I)離子注入摻雜；2)離子注入摻雜后，將硅片放置到快速熱退火爐管中后，將硅片的溫度從600-700°C以較快的升溫速度迅速升至950-1150°C之間的某個溫度，尤其是1100±50°C，升溫速率是1_5°C /秒，同時在惰性氣體氣氛下進行快速退火，在這個過程中主要完成離子注入損失層的修復；3)在1000-1150°C溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-100秒鐘左右，繼續完成離子注入損失層的修復，同時也進行摻雜的激活和再分布；4)在1000-1150°C溫度氧化、氧氣氣氛下或者摻氯氧化繼續進行高溫在線氧化退火，時間是30-60秒，在此過程中在硅片的表面獲得一層2-30nm厚度的致密的氧化硅。
2.根據權利要求1所述的利用離子注入結合快速熱氧化制備PN結的方法，其特征是I)中利用離子注入在硅片的某一個表面或某些區域實施第一種導電類型的摻雜；后以同樣的方法實施另一種導電類型的摻雜；離子注入摻雜后，將硅片放置到快速熱退火爐管中后，將硅片的溫度從700°C以較快的升溫速度迅速升至1000-1150°C之間的某個溫度。
3.根據權利要求1或2所述的利用離子注入結合快速熱氧化制備PN結的方法，其特征是采用控制壓強的方式，在低壓條件下(小于5000帕斯卡，一般選擇1500-2500帕斯卡)會產生可控制的氧化反應，從而獲得十分均勻的致密的氧化層，獲得更高質量的鈍化發射極效果。
4.根據權利要求1或2所述的利用離子注入結合快速熱氧化制備PN結的方法，其特征是步驟4)完成后在1000-1150°C溫度、氮氣氣氛下繼續進行高溫退火，時間10-60秒鐘，用于降低氧化層的界面態密度。
5.根據權利要求1或2所述的利用離子注入結合快速熱氧化制備PN結的方法，其特征是降溫條 件:步驟4)完成后硅片從1000°C左右的高溫降到700°C左右，氣氛是氮氣，降溫速率是1_3°C /秒，出爐結束熱處理程序。
6.根據權利要求1或2所述的利用離子注入結合快速熱氧化制備PN結的方法，其特征是步驟4)中氧化時采用依靠氫氣和氧氣內點火的方式生產水蒸氣，獲得更加致密的氧化層，獲得更高質量的鈍化發射極效果。
7.制備具有表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的設備，其特征是包括擴散爐氣流提供系統、加熱設備和溫度控制系統、硅片裝載裝置、冷卻系統；加熱設備根據所需要的升溫速率需求(50-500度/分鐘)，降溫需求(50-200度/分鐘)，加熱設備采用包括鹵鎢燈在內的紅外短波輻射加熱燈管，通過在擴散爐內設置若干個(比如11-19個)紅外短波輻射加熱燈管，以輻射方式傳遞的熱量給硅片；擴散爐是水平式的快速熱氧化設備系統，擴散爐中設有若干個溫區控制系統(比如11-19個)，用于補償可能升降溫中的加熱或冷卻不均勻性，實現硅片均勻加熱；在整個爐體內設置若干組紅外短波輻射加熱燈管，同時對每個溫區都帶有光學高溫計，實現每個溫區的相對均勻的對硅片實施加熱溫度控制和溫度監控；在每個溫區分布都配置Spike熱電偶和Profile熱電偶，通過測溫熱電偶測出溫度信號，經自動控制系統改變燈電流的大小，實現整個爐腔內的各個溫區的溫度閉環控制； 硅片裝載裝置，采用耐高溫的材料來裝卸硅片，硅片裝載集中在每一個溫區的中心位置以獲得均勻的加熱； 冷卻系統米用水冷散熱和風冷散熱相結合的方式；氣流系統包括氮氣、壓縮空氣、氧氣的計量提供系統。
8.根據權利要求7所述的制備具有表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的設備，其特征是加熱燈管的燈管由石英材料摻雜加工成型，燈絲材料采用螺旋形的繞絲，在燈管的一面安裝有石英反射層。
9.根據權利要求7或8所述的制備具有表面鈍化的PN結和晶體硅太陽能電池的設備，其特征是擴散爐中設有11至19個溫區控制系統，用于補償可能升降溫中的加熱或冷卻不均勻性；在整個爐體內設置相同數量的11至19組紅外短波輻射加熱燈管；對于摻氯的氧化增設TCA或者DCE ;設有H2和02合成的內點火系統裝置；水平爐管連接負壓即抽真空系統。
【文檔編號】H01L31/18GK103618028SQ201310574857
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】黃海冰, 王麗春, 趙彥, 呂俊, 趙建華, 王艾華 申請人:中電電氣（南京）光伏有限公司