本發(fā)明涉及太陽能電池的擴散制結工藝領域，具體涉及一種太陽能電池晶體硅片磷擴散方法。
背景技術：
太陽能電池是一種將光能直接轉化為電能的器件，由于其清潔、無污染，取之不盡，用之不竭，逐漸成為一種重要的發(fā)電方式。其原理是利用pn結的光生伏特效應將光能轉化成電能。目前廣泛采用的是硅太陽能電池，其制造工藝也已經標準化，主要步驟為：化學清洗及表面結構化處理(制絨)—擴散制結—刻蝕清洗—沉積減反射膜—印刷電極—燒結。其中，擴散制結(通常是磷擴散制結)步驟是一個關鍵步驟，制結工藝對電池的性能具有至關重要的影響，包括擴散死層的減少、接觸電阻損失的降低，開路電壓的提高，短路電流和填充因子的增加，都為最終獲得高光電轉換效率發(fā)揮著至關重要的作用。
目前，硅太陽能電池最常用的制結方法是液態(tài)源磷擴散，該方法是以氮氣為載氣，采用鼓泡的方式通過恒溫的三氯氧磷源瓶，攜帶源蒸汽進入高溫擴散爐中，受熱分解還原出磷原子同硅片表面反應，并向硅片內擴散。擴散工藝決定了雜質的分布，若表面雜質濃度過高，則會形成擴散“死層”；死層中由于存在大量填隙原子和缺陷，光生載流子極易發(fā)生復合，少子壽命很低，會導致光電轉換效率的下降。因此，為了避免上述問題，提高光電轉換效率，必須降低表面雜質濃度。而欲降低pn結的表面濃度，通常最直接的方法是減小攜源氮氣的流量。然而，攜源氣體比例過小會使擴散氣氛混合不充分、不均勻，從而導致方塊電阻均勻性變差、工藝可控性變差。
此外，針對目前廣泛應用于生產的管式擴散爐，影響片間不均勻性的主要因素有：軸向溫度分布不均衡、進出氣量不匹配及爐口散熱較嚴重等；影響片內不均勻性的主要原因是氣氛環(huán)境和溫度場沿徑向存在差異。因此，對于擴散氣氛混合不充分、不均勻的情況，若只靠不同溫區(qū)溫度補償的方法，顯然遠無法達到較理想的均勻擴散狀態(tài)，最終將影響后續(xù)工藝參數的可控性和太陽電池的電性能。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種太陽能電池晶體硅片磷擴散方法，該種磷擴散方法簡單易行，應用廣泛，采用該種方法能有效提高硅片光電轉換效率，改善太陽電池的電性能，適于推廣應用。
為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案來實現的：
一種太陽能電池晶體硅片磷擴散方法，按照以下步驟進行：
(1)將待處理的晶體硅片置于擴散爐中，先以10-20℃/min的升溫速率升溫至380-420℃，保持15-25min，再以15-25℃/min的升溫速率升溫至740-780℃，并通入攜磷源氮氣、干氧和大氮進行恒定源擴散，擴散時間為12-16min，控制爐內壓力為80-120mpa；
(2)停止通入攜磷源氮氣，以4-8℃/min的升溫速率升溫至880-920℃，同時通入干氧和大氮進行推進，控制爐內壓力為100-150mpa；
(3)保持步驟(2)中的溫度、壓力和大氮流量不變，同時通入攜磷源氮氣及干氧，進行低溫擴散，擴散時間為15-25min，控制爐內壓力為80-120mpa；
(4)待爐內溫度穩(wěn)定在780-820℃時，停止通入攜磷源氮氣，恒溫推進10-20min，控制爐內壓力為80-120mpa；
(5)保持步驟(4)中的壓力不變，將爐內溫度以4-8℃/min的升溫速率升高至860-880℃，同時通入攜磷源氮氣和干氧進行恒定源擴散，擴散時間為20-30min；
(6)保持步驟(5)中的擴散爐溫度、壓力和干氧流量不變，停止通入攜磷源氮氣，進行有氧限定源擴散，擴散時間25-35min；
(7)控制爐內壓力在60-80mpa，將擴散爐內溫度降低到680-720℃，同時通入攜磷源氮氣、干氧及大氮，進行降溫擴散，在降溫的同時進行退火吸雜，且降溫速率為6-10℃/min，擴散時間為15-25min；
(8)待爐內溫度溫低至520-540℃，出舟完成擴散過程。
進一步地，在步驟(1)中，所述攜磷源氮氣的流量為0.8-1.6l/min，干氧的流量為0.8-1.6l/min，大氮的流量為10-14l/min。
進一步地，在步驟(2)中，所述干氧的流量為1.0-2.0l/min，大氮的流量為10-15l/min，擴散時間為35-45min。
進一步地，在步驟(3)中，所述干氧的流量為1.5-2.5l/min；所述攜磷源氮氣的流量為0.8-1.2l/min。
進一步地，在步驟(4)中，所述干氧的流量為0.5-1.5l/min，大氮的流量為8-12l/min。
進一步地，在步驟(5)中，所述攜磷源氮氣的流量為1.2-1.6l/min，干氧的流量為0.5-0.8l/min。
進一步地，在步驟(7)中，所述攜磷源氮氣的流量為0.8-1.6l/min，干氧的流量為0.8-1.6l/min，大氮的流量為10-15l/min。
優(yōu)選地，所述磷源為三氯氧磷，源溫恒定在4-8℃。
本發(fā)明具有如下的有益效果：
(1)本發(fā)明的太陽能電池晶體硅片磷擴散方法簡單易行，在不增加設備工裝和工藝時間的同時，相對減少氣體的用量及擴散爐內的爐溫，降低了生產成本，并且本發(fā)明適用范圍廣，不僅可用于多種擴散設備，還適用于單晶、多晶及類單晶等多種硅片，適于推廣應用；
(2)本發(fā)明采用分階段性的升溫推進、恒溫推進及降溫推進，采取這樣的實施方式有益于方阻的均勻性；使得到的硅片方阻的片內、片間均勻性均有較大提升，復合中心減少，從而增加了開壓和效率；
(3)本發(fā)明在降低三氯氧磷源溫及爐溫的同時，相應增大了攜源氮氣及干氧的流量，并且隨時控制爐內壓力，進而帶來了以下意想不到的效果：a、降低了硅片表面的磷雜質表面濃度，因而降低了表面少子復合率，提高光電轉換效率；b、使擴散氣氛混合充分、均勻，可以將片內及片間的方塊電阻的不均勻度控制在較理想的范圍，擴散均勻性得到明顯的改善，進而提高后續(xù)工藝參數的可控性，最終改善太陽電池的電性能。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明的具體實施方式作進一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
實施例1
一種太陽能電池晶體硅片磷擴散方法，按照以下步驟進行：
(1)將待處理的單晶硅片置于擴散爐中，先以10℃/min的升溫速率升溫至380℃，保持15min，再以15℃/min的升溫速率升溫至740℃，并通入攜磷源氮氣、干氧和大氮進行恒定源擴散，其中，所述攜磷源氮氣的流量為0.8l/min，干氧的流量為0.8l/min，大氮的流量為10l/min，擴散時間為12min，控制爐內壓力為80mpa；
(2)停止通入攜磷源氮氣，以4℃/min的升溫速率升溫至880℃，同時通入干氧和大氮進行推進，干氧的流量為1.0l/min，大氮的流量為10l/min，擴散時間為35min，控制爐內壓力為100mpa；
(3)保持步驟(2)中的溫度、壓力和大氮流量不變，同時通入攜磷源氮氣及干氧，進行低溫擴散，干氧的流量為1.5l/min；攜磷源氮氣的流量為0.8l/min，擴散時間為15min，控制爐內壓力為80mpa；
(4)待爐內溫度穩(wěn)定在780℃時，停止通入攜磷源氮氣，恒溫推進10min，干氧的流量為0.5l/min，大氮的流量為8l/min，控制爐內壓力為80mpa；
(5)保持步驟(4)中的壓力不變，將爐內溫度以4℃/min的升溫速率升高至860℃，同時通入攜磷源氮氣和干氧進行恒定源擴散，攜磷源氮氣的流量為1.2l/min，干氧的流量為0.5l/min，擴散時間為20min；
(6)保持步驟(5)中的擴散爐溫度、壓力和干氧流量不變，停止通入攜磷源氮氣，進行有氧限定源擴散，擴散時間25min；
(7)控制爐內壓力在60mpa，將擴散爐內溫度降低到680℃，同時通入攜磷源氮氣、干氧及大氮，進行降溫擴散，攜磷源氮氣的流量為0.8l/min，干氧的流量為0.8l/min，大氮的流量為10l/min，且在降溫的同時進行退火吸雜，降溫速率為6℃/min，擴散時間為15min；
(8)待爐內溫度溫低至520℃，出舟完成擴散過程。
其中，上述的磷源采用三氯氧磷，其源溫恒定在4℃。
實施例2
一種太陽能電池晶體硅片磷擴散方法，按照以下步驟進行：
(1)將待處理的多晶硅片置于擴散爐中，先以15℃/min的升溫速率升溫至400℃，保持20min，再以20℃/min的升溫速率升溫至760℃，并通入攜磷源氮氣、干氧和大氮進行恒定源擴散，其中，所述攜磷源氮氣的流量為1.2l/min，干氧的流量為1.2l/min，大氮的流量為12l/min，擴散時間為14min，控制爐內壓力為100mpa；
(2)停止通入攜磷源氮氣，以6℃/min的升溫速率升溫至900℃，同時通入干氧和大氮進行推進，干氧的流量為1.5l/min，大氮的流量為15l/min，擴散時間為40min，控制爐內壓力為120mpa；
(3)保持步驟(2)中的溫度、壓力和大氮流量不變，同時通入攜磷源氮氣及干氧，進行低溫擴散，干氧的流量為2.0l/min；攜磷源氮氣的流量為1.0l/min，擴散時間為20min，控制爐內壓力為100mpa；
(4)待爐內溫度穩(wěn)定在800℃時，停止通入攜磷源氮氣，恒溫推進15min，干氧的流量為1.0l/min，大氮的流量為10l/min，控制爐內壓力為100mpa；
(5)保持步驟(4)中的壓力不變，將爐內溫度以6℃/min的升溫速率升高至870℃，同時通入攜磷源氮氣和干氧進行恒定源擴散，攜磷源氮氣的流量為1.4l/min，干氧的流量為0.6l/min，擴散時間為25min；
(6)保持步驟(5)中的擴散爐溫度、壓力和干氧流量不變，停止通入攜磷源氮氣，進行有氧限定源擴散，擴散時間30min；
(7)控制爐內壓力在70mpa，將擴散爐內溫度降低到700℃，同時通入攜磷源氮氣、干氧及大氮，進行降溫擴散，攜磷源氮氣的流量為1.2l/min，干氧的流量為1.2l/min，大氮的流量為13l/min，且在降溫的同時進行退火吸雜，降溫速率為8℃/min，擴散時間為20min；
(8)待爐內溫度溫低至530℃，出舟完成擴散過程。
其中，上述的磷源采用三氯氧磷，其源溫恒定在6℃。
實施例3
一種太陽能電池晶體硅片磷擴散方法，按照以下步驟進行：
(1)將待處理的單晶硅片置于擴散爐中，先以20℃/min的升溫速率升溫至420℃，保持25min，再以25℃/min的升溫速率升溫至780℃，并通入攜磷源氮氣、干氧和大氮進行恒定源擴散，其中，所述攜磷源氮氣的流量為1.6l/min，干氧的流量為1.6l/min，大氮的流量為14l/min，擴散時間為16min，控制爐內壓力為120mpa；
(2)停止通入攜磷源氮氣，以8℃/min的升溫速率升溫至920℃，同時通入干氧和大氮進行推進，干氧的流量為2.0l/min，大氮的流量為15l/min，擴散時間為45min，控制爐內壓力為150mpa；
(3)保持步驟(2)中的溫度、壓力和大氮流量不變，同時通入攜磷源氮氣及干氧，進行低溫擴散，干氧的流量為2.5l/min；攜磷源氮氣的流量為1.2l/min，擴散時間為25min，控制爐內壓力為120mpa；
(4)待爐內溫度穩(wěn)定在820℃時，停止通入攜磷源氮氣，恒溫推進20min，干氧的流量為1.5l/min，大氮的流量為12l/min，控制爐內壓力為120mpa；
(5)保持步驟(4)中的壓力不變，將爐內溫度以8℃/min的升溫速率升高至880℃，同時通入攜磷源氮氣和干氧進行恒定源擴散，攜磷源氮氣的流量為1.6l/min，干氧的流量為0.8l/min，擴散時間為30min；
(6)保持步驟(5)中的擴散爐溫度、壓力和干氧流量不變，停止通入攜磷源氮氣，進行有氧限定源擴散，擴散時間35min；
(7)控制爐內壓力在80mpa，將擴散爐內溫度降低到720℃，同時通入攜磷源氮氣、干氧及大氮，進行降溫擴散，攜磷源氮氣的流量為1.6l/min，干氧的流量為1.6l/min，大氮的流量為15l/min，且在降溫的同時進行退火吸雜，降溫速率為10℃/min，擴散時間為25min；
(8)待爐內溫度溫低至540℃，出舟完成擴散過程。
其中，上述的磷源采用三氯氧磷，其源溫恒定在8℃。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。