一种高温低压的硅片扩散方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种高温低压的硅片扩散方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池是一种有效吸收太阳辐射能并利用光生伏打效应把光能转换成电 能的器件，当太阳光照在半导体P-N结（P-N Junction)上，形成新的空穴-电子对（V-E pair)，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就 形成电流。
[0003] 晶硅太阳能电池的制造工艺有6道工序，分别为制绒，扩散，去磷硅玻璃和背结， 镀膜，丝网印刷，烧结。其中扩散工序是在硅片正面形成电池的核心部件PN结。在太阳光 的照射下，PN结两侧形成电势差，接通电路后就形成电流。
[0004] 目前业界采用的是常压管式扩散方式，硅片在常压高温的环境中与氧气和三氯氧 磷气体发生反应，生成的单质磷在高温下向硅片内部扩散，形成薄的N型硅层，进而形成PN 结。然而常压管式扩散方式，硅片方阻的稳定性和片内均匀性差，影响太阳能电池光电转换 效率的提高。大规模量产中，电池的光电转换效率分布过宽，低效电池的分布比例过高。
[0005] 现有技术中，中国专利CN104409339A公开一种硅片的P扩散方法，采用三步沉积 推进扩散工艺，使得到的包含有PN结的硅片方阻均匀性提高，降低了表面浓度以及结深， 从而提高电池的转换效率。然而，该技术方案扩散工艺用时长，工作效率低，且需要使用大 量的氮气作为保护气，生产成本高。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高温低压的硅片扩散方法，可提高硅 片间方阻的稳定性和片内方阻均匀性，降低生产成本，加快生产效率，同时提高电池的光电 转换效率。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高温低压的硅片扩散方法，其特征在 于，包括以下步骤： (1) 将制绒后的硅片放入扩散炉中； (2) 抽真空使扩散炉中的压强保持在0. 001~0. 5大气压； (3) 升温至800~850°C，恒温稳定l~3min ; (4) 在P0C13、队和02混合气体的氛围中，将硅片在沉积温度800~850°C的条件下进行 第一沉积，沉积4~6min ; (5) 在队和0 2混合气体的氛围中，升温至810~860°C，将第一沉积后的硅片进行第一推 进，推进3~5min ; (6) 在P0C13、队和02混合气体的氛围中，将第一推进后的硅片在沉积温度810~860°C 的条件下进行第二沉积，沉积3~5min ; (7) 在队和0 2混合气体的氛围中，升温至820~870°C，将第二沉积后的硅片进行第二推 进，推进2~4min ; (8) 在P0C13、队和02混合气体的氛围中，将第二推进后的硅片在沉积温度820~870°C 的条件下进行第三沉积，沉积2~4min ; (9) 在队和0 2混合气体的氛围中，升温至830~880°C，将第三沉积后的硅片进行第三推 进，推进l~3min ; (10) 使炉内温度降至800~850°C，出炉，得到含有PN结的硅片。
[0008] 作为上述方案的改进，步骤（4)第一沉积过程中P0C13流量为200~250 sccm，Nji 量为 5~10 slm，02流量为 100~150 seem。
[0009] 作为上述方案的改进，步骤（5)第一推进过程中队流量为5~10 slm，02流量为 100-150 sccm〇
[0010] 作为上述方案的改进，步骤（6)第二沉积过程中P0C13流量为150~200 sccm，Nji 量为 5~10 slm，02流量为 50~100 seem。
[0011] 作为上述方案的改进，步骤（7)第二推进过程中队流量为5~10 slm，02流量为 50-100 sccm〇
[0012] 作为上述方案的改进，步骤（8)第三沉积过程中P0C13流量为100~150 SCCm，Nji 量为 5~10 slm，02流量为 25~75 seem。
[0013] 作为上述方案的改进，步骤（9)第三推进过程中队流量为5~10 slm，02流量为 25-75 sccm〇
[0014] 作为上述方案的改进，步骤（5)、（7)和（9)的第一推进、第二推进和第三推进升温 过程中升温速度皆为5~8°C /min。
[0015] 作为上述方案的改进，所述扩散炉与真空泵相连以实现降低炉内压力。
[0016] 实施本发明，具有如下有益效果： 本发明所述扩散方法在高温低压的条件下进行，通入扩散炉内的混合气体分子的扩散 速率快，因此其沉积推进时间也相应缩短，可提高产能和生产效率，易于大规模量产。与此 同时，由于沉积推进时间缩短，气体用量也远低于现有技术，可大幅降低生产成本。
[0017] 另一方面，在低压状态下，气体分子不仅扩散速率快，气体的均匀性更佳。由于气 体的均匀性要远好于普通常压高温的扩散方式，硅片在均匀的工艺气体中进行化学反应， 在硅片表面形成均匀的PN结，从而达到提高硅片间方阻的稳定性和片内方阻均匀性的目 的。高片间方阻均匀性能够使扩散工艺很好地与电池制作的后续工艺相匹配，提高电池的 平均光电转换效率，降低低效电池的分布比例。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明一种高温低压的硅片扩散方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一 步地详细描述。
[0020] 本发明采用制绒后的P型硅片进行扩散工艺，其中，P型硅片是通过P型硅原料晶 体成长的方法，形成晶棒后，切片成156mm x 156mm的尺寸，但不限于该尺寸。
[0021] 需要说明的是，本发明可以采用湿法制绒或干法制绒的方式，在硅片表面形成绒 面，用以降低硅片反射率，制绒后的硅片为下一步扩散工艺的实施对象。
[0022] 如图1所示，本发明提供一种高温低压的硅片扩散方法，包括以下步骤： S100,将制绒后的硅片放入扩散炉中。
[0023] S101，抽真空使扩散炉中的压强保持在0. 001~0. 5大气压。
[0024] 现有技术的常规扩散工艺中一般在常压高温的条件下进行，硅片在扩散炉内的氧 气和三氯氧磷气体发生反应，生成的单质磷向硅片内部扩散，形成薄的N型硅层，进而形成 PN结。但是，常压高温的反应条件下硅片内形成的PN结均匀性不佳，不利于提高太阳能电 池的光电转换效率，同时，根据检测发现，同批生产的硅片PN结的方阻值离散度大，导致方 阻稳定性差，不利于标准化生产。
[0025] 本发明将真空泵与扩散炉连接，在通入混合气体前抽取扩散炉内的空气，使得炉 内的压强保持在0. 〇〇1~〇. 5大气压。在低压高温的环境下，混合气体分子的扩散速率快，可 均匀充满扩散炉，气体的均匀性要远好于普通常压高温的扩散方式。硅片在均匀的工艺气 体中进行化学反应，将在硅片表面形成均匀的PN结，从而达到提高硅片间方阻的稳定性和 片内方阻均匀性的目的。
[0026] S102,升温至 800~850°C，恒温稳定 l~3min。
[0027] S103,在P0C13、队和02混合气体的氛围中，将硅片在沉积温度800~850°C的条件 下进行第一沉积，沉积4~6min。
[0028] 步骤S103是在高温低压的条件下进行的，即本发明实施例的管式扩散炉与真空 泵相连，抽真空，降低炉内压力；当温度达到第一沉积的沉积温度800~850°C时，向炉内通 入P0C1 3、队和0 2混合气体，POC1 3和0 2气体在N 2的保护下发生反应，实现在硅片表面进行 P扩散。
[0029] 需要说明的是，第一沉积的沉积温度800~850°C，优选地，第一沉积的沉积温度 820~840°C，最佳地，第一沉积的沉积温度825~830°C。其中，通入扩散炉内的P0C1 3流量为 200~250 sccm，优选地，P0C13流量为 220~240 sccm，最佳地，P0C13流量为 225~230 sccm;02 流量为100~150 sccm，优选地，02流量为110~140 sccm，最佳地，02流量为122~130 seem ; N2流量为5~10 slm，优选地，N2流量为6~8 slm。
[0030] 本发明由于将常压条件改为低压条件，使得混合气体在炉内的扩散速率加快，从 而加快P扩散的进程。另一方面，本发明实施例第一沉积所用的沉积时间仅为4~6min，相 对于常规的扩散技术，大大缩短沉积时间。由此，在同时减少P0C1 3、队和0 2三种气体的流 量以及通入气体时间，？0(：13、队和02三种气体的用量皆下降，尤其大幅减少\的使用量，降 低生产成本。
[0031] S104,在队和0 2混合气体的氛围中，升温至810~860°C，将第一沉积后的硅片进行 第一推进，推进3~5min。
[0032] 在完成第一沉积后，以5~8°C /min升温速率升高扩散炉内的温度至810~860°C，该 第一推进的温度高于第一沉积时的沉积温度，硅片在队和02混合气体的氛围中进行第一推 进。
[0033] 需要说明的是，第一推进过程中02流量为100~150