一种用于硅片的扩散方法及光伏硅片与流程

1.本技术涉及光伏电池领域，具体而言，涉及一种用于硅片的扩散方法及光伏硅片。


背景技术：

2.晶硅太阳能电池中，需要对硅片进行扩散处理，降低硅片的表面掺杂浓度，提升硅片的内部掺杂浓度，进而提升电池的光转化效率，降低电池衰减率。
3.目前的扩散方式并不能很好地降低硅片的表面掺杂浓度，也很难进一步提升硅片的内部掺杂浓度，电池的光转化效率仍有待提升，电池效率的衰减率仍有待降低。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种用于硅片的扩散方法及光伏硅片，使用该扩散方法处理硅片后，能降低硅片的表面掺杂浓度，提升硅片的内部掺杂浓度，从而极大地减少硅片的表面复合，提升硅片内的少子寿命，将该种光伏硅片用于制备光伏电池时，能提高电池的能量转化效率。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种用于硅片的扩散方法，其包括以下步骤：先将预处理后的硅片进行一次沉积处理，然后进行二次沉积处理，二次沉积处理的温度高于一次沉积处理的温度；再将硅片进行一次推结处理；随后将硅片进行二次推结处理；一次推结处理的温度高于二次沉积的温度，低于二次推结处理的温度。
6.在上述技术方案中，将硅片进行沉积处理，能使得掺杂物质沉积在硅片的表面，方便后续推结处理，而且两次沉积处理的温度是呈阶梯式上升的，能很好地保证沉积处理时，硅片表面的大部分掺杂物质均处于未激活的状态。
7.先对沉积处理后的硅片进行一次推结处理，此时一次推结处理的温度高于沉积处理时的温度，能将掺杂物质激活并使掺杂物质进入硅片体内；再次升高温度进行二次推结处理，能使得激活的掺杂物质进一步伸入硅片内部，能有效地提高硅片内部的掺杂度，降低硅片的表面的掺杂浓度，有利于提升硅片的光电转化效率。
8.在一种可能的实现方式中，一次沉积处理的温度为700～780℃；和/或，二次沉积处理的温度为720～800℃；和/或，一次推结处理的温度为800～840℃；和/或，二次推结处理的温度为840～880℃；和/或，二次沉积处理的温度高于一次沉积处理的温度10～30℃；和/或，二次推结处理的温度高于一次推结处理的温度20～40℃。
9.在上述技术方案中，两次沉积处理的温度均在800℃以内，能使得硅片表面大部分的掺杂物质处于为激活的状态，而且沉积处理时，一次沉积处理和二次沉积处理之间的温度差不能过大或过小，应该在10～30℃范围内，过大的话，时间不够，升温速率达不到温度，过小的话，沉积处理总的时间会延长，而且也不利于改善扩散反应均匀性；两次推结处理的温度均在800℃以上，能激活硅片表面的掺杂物质，而且一次推结和二次推结之间的温度差也不能过大或过小，应该在20～40℃范围内，过大的话，不利于控制结深，结深太深有效掺杂浓度偏低，均匀性差，过小的话，掺杂物质可能不特别深入到硅片的内部，而且硅片内部
的掺杂均匀性也可能较差。
10.在一种可能的实现方式中，一次推结处理的时间为360～700s，二次推结处理的时间为200～500s，一次推结处理的时间长于二次推结处理的时间。
11.在上述技术方案中，一次推结处理的时间长于二次推结处理的时间，有利于硅片表面沉积的掺杂物质激活后深入至硅片的内部。
12.在一种可能的实现方式中，沉积处理的步骤包括：一次沉积处理的时间为200～500s；和/或，二次沉积处理的时间为200～500s。
13.在上述技术方案中，由于是根据温度分两次进行沉积的，因此每次沉积时间可以维持在较短的范围内，方便缩短硅片的处理时间。
14.在一种可能的实现方式中，一次沉积处理的小氮流量为500～1000sccm；和/或，二次沉积处理的小氮流量为500～1000sccm。
15.在上述技术方案中，由于沉积处理是分两步进行的，即使增大小氮的流量，也能保证硅片表面的掺杂度不会过高，所以小氮的流量可以控制在500～1000sccm，以此提升硅片内部的均匀性。
16.在一种可能的实现方式中，扩散方法还包括以下步骤：对一次沉积处理后的硅片进行氧化，氧化时间为100～240s；氧化温度大于一次沉积处理时的温度，小于二次沉积处理时的温度；可选地，氧化温度为720～800℃。
17.在上述技术方案中，在一次沉积处理和二次沉积处理之间对硅片进行氧化处理，进一步降低扩散表面浓度。
18.在一种可能的实现方式中，硅片的预处理步骤包括：将硅片进行前氧化处理，温度为700～780℃，时间为200～400s。
19.在上述技术方案中，在一次沉积处理前将硅片进行氧化处理，能降低硅片表面浓度，改善扩散均匀性。
20.在一种可能的实现方式中，其还包括以下步骤：对二次推结处理后的硅片进行三次沉积处理，温度为760～780℃，小氮流量为1200～2500sccm。
21.在上述技术方案中，在二次推结处理完成后还对硅片进行三次沉积处理，能配合后续的se之类的工序，进一步对硅片进行处理。
22.在一种可能的实现方式中，其还包括以下步骤：三次沉积处理后，对硅片进行后氧化处理，时间为480～640s，温度为760～780℃。
23.第二方面，本技术实施例提供了一种光伏硅片，其是硅片经过上述的扩散方法处理后得到的。
24.在上述技术方案中，使用上述方法处理得到的光伏硅片，其表面掺杂浓度低，内部掺杂浓度高且均匀，能降低硅片的表面复合作用，提升少子的寿命。用于制备太阳能电池时，太阳能电池的光转化效率、电流密度、开路电压均得到了明显的提高，而且其串联内阻和并联内阻也能有效地降低。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看
作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本技术实施例中扩散方法的部分工艺流程图；
27.图2为本技术实施例1和对比例7中光伏硅片的ecv曲线对比图。
具体实施方式
28.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
29.下面对本技术实施例的光伏硅片及其处理方法进行具体说明。
30.本技术实施例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，由于扩散方法中需要升温、通氮、通氧、通磷等一系列具体的操作，因此一般都是将硅片盛放在石英舟中，放入扩散炉中制备的，本技术的扩散方法具体如下：
31.s110、先检查扩散炉是否漏气；
32.s120、将制绒后的硅片送入扩散炉，然后升温至700～780℃；
33.s130、前氧化：向700～780℃的扩散炉中通入氧气和大氮(即纯氮气)，氧气的流量控制在500～1500sccm，压力控制在50～150mbar，通入氧气是为了氧化硅片，能降低硅片表面浓度，改善扩散均匀性，时间一般控制在1～5min。
34.图1显示了本技术实施例中扩散方法的部分工艺流程图，主要是s140、沉积处理和s141、推结处理，两个处理步骤分别为：
35.s140、沉积处理：阶段性升温，对硅片进行两次层沉积处理，而且在两次沉积处理的过程中，还会对硅片进行氧化。具体如下：
36.s141、一次沉积处理：维持大氮流量不变，氧气流量控制在500～1000sccm，升温并通入小氮，小氮的流量为500～1000sccm，将前氧化处理后的硅片进行一次沉积处理200～500s；温度控制在700～780℃范围内，且一次沉积处理的温度高于前氧化处理时的温度，具体的，可以是760～780℃。
37.s142、升温氧化：维持大氮流量不变，氧气流量控制在500～1500sccm，升温并暂停通入小氮，将一次沉积处理后的硅片氧化100～240s，温度一般控制在750～800℃，具体的，可以是780～800℃。
38.s143、二次沉积处理：继续升温并继续通入小氮，温度一般控制在720～800℃，具体的，可以是780～800℃；小氮的流量为500～1000sccm，处理时间一般在200～500s。
39.在沉积处理时，一次沉积处理和二次沉积处理的温度差应该在10～30℃的范围内，这样能够控制结深和整体掺杂浓度。
40.大氮就是纯净的氮气；小氮即是携带有三氯氧磷的氮气，小氮一般是使氮气经过三氯氧磷液体中得到的；氧气就是纯净氧气；在沉积处理时，通入小氮是为了提供原料磷，使磷能沉积在硅片的表面。而且小氮的流量不能太大，否则容易提升硅片表面的掺杂浓度，提升硅片的表面复合，导致后续制备电池时，转化效率降低；但是小氮的流量也不能太低，否则磷的含量少，在气体气中混合不够，导致反应不够充分，从而导致后续硅片的均匀性较
差，也会影响电池的转化效率；而且流量太小也会增加处理时间，提升沉积温度。
41.从图1中可以看出，本技术在沉积处理时，温度是阶梯式的升高的，不同阶段对应不同的温度。从一次沉积到氧化再到二次沉积，温度是逐渐升高的，这样在沉积处理时，小氮的流量可以增大到500～1000sccm，这样既不会提升硅片表面的掺杂度，也能使得硅片内部的均匀性较好。具体的，小氮流量可以是500sccm、600sccm、700sccm、800sccm、900sccm或1000sccm。而且阶梯式的升温还可以保证硅片在800℃以内就可以完成沉积的步骤，这样能使得硅片表面大部分的磷源处于未激活的状态，保证磷源在沉积处理时不会向硅片内部推结。
42.s150、推结处理：阶段性升温，对硅片进行两次层推结处理处理，具体如下：
43.s151、一次推结处理：暂停通入小氮和氧气，调整大氮流量为1000-3000sccm，升温至800～840℃对硅片进行处理360～700s。
44.s152、二次推结处理：升温至840～880℃对硅片进行处理200～500s，二次推结处理的时间要小于一次推结处理的时间。
45.在推结处理时，一次推结处理和二次推结处理的温度差应该在20～40℃的范围内，这样能够更好的控制升温速率和硅片结深。
46.从图1中可以看出，本技术在推结处理时，温度也是阶梯式的升高的，不同阶段对应不同的温度。一次推结处理时，温度在800℃～840℃，这样既能够激活磷源，使表面的磷源向硅片内部扩散，又能保证磷源的活性偏低，不会特别深入硅片内部；这样有利于提升硅片的均匀性，而且一次推结处理的时间比较长，也有利于提升硅片的均匀性；二次推结处理时，温度在840～880℃，能充分激活磷源，使得掺杂元素能更深入硅片内部，进一步提高了硅片内部的有效掺杂浓度，有利于提升电池效率。
47.沉积处理时改变温度，进行阶梯式两次沉积处理，在两次沉积处理结束时，再进行两次推结处理(工艺流程图可见图1)，两次沉积处理和两次推结处理协同作用，能极大地减少光伏硅片的表面复合现象，提升少子(即少数载流子)的寿命，从而提升太阳能电池的光转化效率。其中表面复合就是半导体少数载流子在表面消失的现象，它会对太阳能电池的光转化效率造成负面影响。
48.s160、降温：通入氧气，氧气流量控制在300～1000sccm，在800～1500s的时间内，将扩散炉内的温度降温至800℃以下。
49.s170、三次沉积处理：将炉内温度进一步降温至760～780℃，调整大氮流量至500～1500sccm，且通入小氮，氧气流量为500～1000sccm，小氮流量为1200～2500sccm，对硅片进行三次沉积处理480～640s。
50.三次沉积处理时，小氮的流量要大于前面两次沉积处理时的小氮流量，即是高源低温沉积。这样能增加硅片表面的未激活反应源浓度，有利于扩散工艺后的se工艺的进行。后续的se工艺，通过激光实验丝网印刷区域重掺杂，非印刷区域轻掺杂，能提升电池效率，在此不在赘述。
51.s180、后氧化处理：维持温度和大氮流量不变，调整氧气流量为1000～3000sccm，停止通入小氮，对三次沉积处理后的硅片进行氧化处理480～640s，对三次沉积处理后的硅片进行保护。
52.s190、调压出舟：调整炉内压力至大气压，并打开炉门，将硅片送出扩散炉。具体
的，调压时间为60～180s，温度760～780℃，氧气流量1000～3000sccm，大氮流量500-1500sccm；出舟时间为400～600s，温度760～780℃，大氮流量2000～4000sccm。
53.使用上述扩散方法处理后的硅片能作为光伏硅片使用，用于太阳能电池领域，能提升电池的光转化效率。
54.以下结合实施例对本技术的特征和性能作进一步的详细描述。
55.实施例1
56.本实施例提供了一种光伏硅片，其是硅片盛放在石英舟中，在扩散炉中经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤按顺序如下：
57.1、先检查扩散炉是否漏气；
58.2、将制绒后的硅片送入扩散炉，然后升温至740℃；
59.3、前氧化：维持炉内压力为100mbar，通入氧气和大氮处理3min；氧气流量为1000sccm，大氮流量为1000sccm。
60.4、沉积处理：a、一次沉积处理：升温至760℃，通入小氮处理350s，小氮流量为750sccm，处理时间为350s。
61.b、升温氧化：暂停通入小氮，升温至780℃处理170s。
62.c、二次沉积处理：升温至790℃，继续通入小氮，维持小氮流量为750sccm，处理时间为350s。
63.5、推结处理：a、一次推结处理：暂停通入小氮和氧气，维持大氮流量为1000sccm，升温至820℃处理530s。
64.b、二次推结处理：升温至860℃处理350s。
65.6、降温：通入氧气，氧气流量为1000sccm，在1000s内将扩散炉内的温度降温至780℃。
66.7、三次沉积处理：将炉内温度进一步降温至760℃，通入小氮，小氮流量为1900sccm，对硅片进行三次沉积处理560s。
67.8、后氧化处理：停止通入小氮，对硅片进行氧化处理560s。
68.9、调压出舟：使用120s将炉内压力调整至大气压，温度控制在760℃；然后控制大氮流量为2000sccm并维持温度为760℃400s，最后将硅片从扩散炉中取出。
69.实施例2
70.本实施例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
71.沉积处理时，一次沉积处理的温度为760℃，二次沉积处理的温度为775℃，二者的温度差为15℃。
72.实施例3
73.本实施例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
74.推结处理时，一次推结处理的温度为830℃，二次推结处理的温度为840℃，二者的温度差为10℃。
75.对比例1
76.本对比例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的
具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
77.沉积处理时，二次沉积处理的温度为810℃。
78.对比例2
79.本对比例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
80.沉积处理：在小氮流量为750sccm的情况下，将炉内温度在870s内由760℃逐步升温至790℃。
81.对比例3
82.本对比例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
83.沉积处理：a、沉积：升温至760℃，通入小氮处理350s，小氮流量为750sccm，处理时间为350s。b、升温氧化：暂停通入小氮，升温至780℃处理170s。
84.对比例4
85.本对比例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
86.沉积处理：a、升温氧化：升温至780℃处理170s。b、沉积：升温至790℃，通入小氮处理350s，小氮流量为750sccm。
87.对比例5
88.本对比例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
89.推结处理：暂停通入小氮和氧气，维持大氮流量为1000sccm，将扩散炉从790℃升温至860℃处理880s。
90.对比例6
91.本对比例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
92.推结处理：暂停通入小氮和氧气，维持大氮流量为1000sccm，将扩散炉的温度保持在820℃处理530s。
93.对比例7
94.本对比例提供了一种光伏硅片，其是硅片经扩散方法处理后得到的，扩散方法的具体步骤相比于实施例1，主要区别在于：
95.推结处理：a、一次推结处理：暂停通入小氮和氧气，维持大氮流量为1000sccm，温度为790℃处理530s。b、二次推结处理：升温至860℃处理350s。
96.综上，实施例1～实施例3以及对比例1～对比例7的沉积处理和推结处理的制备条件如表1：
97.表1实施例1～3及对比例1～7中沉积处理和推结处理的制备条件
[0098][0099][0100]
应用例
[0101]
使用ecv(electrochemical capacitance-voltage profiler，电化学微分电容电压)测试仪分别对实施例2和对比例5中的光伏硅片的ecv曲线进行测试并对比，如图2所示。图2中，横坐标为结深，纵坐标为掺杂浓度，从图2中可知，实施例2中的光伏硅片的表面掺杂浓度更低，硅片内部有效掺杂浓度高。
[0102]
将实施例1～3和对比例1～7中光伏硅片用于制备太阳能电池，经halm测试机测试后，电池的参数性能如表2：
[0103]
表2实施例1～3和对比例1～7的光伏硅片制成电池时的平均性能参数
[0104][0105]
综上所述，本技术实施例的硅片在制备时，经过两次沉积步骤和两次推结步骤，能很好地增大光转化效率。
[0106]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。