一种适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺的制作方法

本发明涉及太阳能电池片生产技术领域，特别涉及一种适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺。

背景技术：

扩散是太阳能电池片制作过程中非常重要的工序之一，由于三氯氧磷液态源扩散法(将晶体硅片放置于卧式扩散炉腔内，通入混合气体，混合气体由氮气和三氯氧磷按比例混合而成，在一定压力状态下对晶体硅片进行扩散)具有生产效率高、得到pn结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，现有技术中通常采用这种方法对常规较小尺寸(≤158.75mm)的太阳能电池片进行扩散处理，实现较为均匀的掺杂，减少接触电阻、提高电池带负载能力。

但是传统扩散工艺对大尺寸(≥166mm)太阳能电池片的方阻均匀性较差，尤其是在进行高方电阻制作时，扩散的不均匀会直接影响电池点性能参数的正态分布，导致光伏电池低效率比例的增加，对于发射极高方阻扩散工艺的电池而言，其对电池性能的影响将会更严重，在后续的生产过程中极易出现光电转换效率低的晶体硅太阳能电池片。因此，有必要提供一种适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺，包括沉积推进工艺，所述沉积推进工艺包括以下步骤：s10沉积；s20恒温推进；s30沉积；s40恒温推进；s50沉积；s60恒温推进；所述步骤s10、步骤s30和步骤s50的沉积温度为750～880℃，所述步骤s10的沉积温度和所述步骤s50的沉积温度均小于所述步骤s30的沉积温度。

采用上述技术方案在对太阳能电池片进行扩散处理时，步骤s10、s30和s50主要是利用磷源气体、氧气和保护气对太阳能电池片进行沉积处理，其中保护气可以是氮气或者稀有气体，主要用于给硅片提供稳定的化学反应环境，而磷源气体是氮气或者稀有气体携带液态三氯氧磷即磷源，配合氧气与硅进行一系列化学反应，生成磷原子，然后磷原子在高温条件下扩散进入硅片体内形成pn结，其中沉积反应的主要化学式为：2si+2pocl3+o2＝2sio2+2p+3cl2。在沉积处理后，停止通入磷源气体，并在扩散环境中通入保护气和氧气对硅片进行推进，在大于600℃的高温环境下，三氯氧磷分解生成五氯氧磷和五氧化二磷(5pocl3＝3pcl5+p2o5)，而过量氧气与三氯氧磷在高温下分解生成的五氯化磷反应(4pcl5+5o2＝2p2o5+10cl2)，三氯氧磷分解生成的五氧化二磷、氧气与三氯氧磷反应生成的五氧化二磷进一步与生成磷原子和二氧化硅硅发生反应(2p2o5+5si＝5sio2+4p)，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，磷原子扩散到硅片的更深处。在进行多步沉积和恒温推进后，使得大尺寸硅片内磷原子分布得更加均匀一致，并增大了结深，改善大尺寸硅片扩散方阻均匀性，有利于在后续的生产过程提高晶体硅太阳能电池片的光电转换效率，从而满足生产和使用要求；三次沉积的反应温度首先升高然后下降，采用这样的设计，使步骤s10中形成一定深度的结深，步骤s30中通过高温可在短时间内加深pn结的结深，使沉积反应基本进行完全，进而在步骤s50前硅片上已经形成较为均匀的掺杂，此时充分利用降温时的热量，在短时间内即可进一步提高扩散均匀度。相比于保持低温沉积，该方法由于步骤s30的沉积温度高于步骤s10和步骤s50的沉积温度，因此提高了沉积效率，缩短扩散时间；而相比于保持高温沉积，由于步骤s10和步骤s50的沉积温度低于步骤s30的沉积温度，该方法更有利于控制扩散速率、扩散结深和方阻均匀性，即该扩散工艺兼顾了扩散效率和扩散程度。此外，采用先升温后降温的三次沉积，能够配合硅片进舟和出舟，使太阳能电池的扩散处理更为方便。

优选的，所述步骤s50的沉积温度小于所述步骤s10的沉积温度，所述步骤s10的沉积温度为790～810℃。控制步骤s50的沉积温度小于步骤s10的沉积温度，使步骤s10的沉积反应更剧烈，有利于磷原子在硅片上的扩散，形成一定的结深，为了提高沉积温度并避免温度过高而不利于控制反应程度，步骤s10的沉积温度为790～810℃，限制步骤s50的沉积温度，能够充分利用降温时的热量，在一定程度上增加适量的pn结，并方便取舟卸片。

优选的，所述步骤s30的沉积温度为840～860℃，所述步骤s50的沉积温度为770～790℃。沉积反应时，温度越高磷原子扩散越快，但是相应的沉积均匀性和重复性就难以得到控制，而由于三氯氧磷热分解需要在大于600℃的环境中，在此范围内温度越高，化学反应越剧烈；而沉积温度降低，相应的沉积时间就得更长，生产周期就需要延长，沉积的均匀性和重复性就会变差。因此，为了保证沉积效率和沉积的均匀性、重复性，进一步的，三次沉积温度范围在790～860℃之间。为了实现三次沉积实现先升温后降温，以配合硅片进舟和出舟，在基于上述优选的沉积温度数值范围上，将步骤s10、步骤s30和步骤s50的沉积温度范围分别控制在790～810℃、840～860℃和770～790℃。

优选的，所述步骤s10的沉积时间为5～10min，所述步骤s30的沉积时间为3～8min，所述步骤s50的沉积时间为2～5min。在确定沉积反应的温度环境后，为了保证执行步骤s10时磷原子能够充分在硅片表面进行扩散，将步骤s10的沉积时间控制在5～10min，而由于步骤s30的沉积温度高于步骤s10的沉积温度，因此执行步骤s30时磷原子扩散更快，为避免沉积时间过长导致均匀性和重复性变差，将步骤s30的沉积时间控制在3～8min内；由于步骤s50主要起到在硅片出舟前的过渡作用，为避免步骤s50占用时间过多，导致扩散加工效率过低，将步骤s50的沉积时间控制在2～5min内。基于上述优选的沉积时间数值范围，由于磷的扩散主要在步骤s10和步骤s30中进行，并且步骤s10的沉积温度小于步骤s30的沉积温度，在进行实际操作时，步骤s10的沉积时间大于步骤s30的沉积时间和步骤s50的沉积时间。

优选的，所述步骤s10中，磷源气体的体积流量为700～800sccm，氧气的体积流量为500～600sccm，保护气的体积流量为800～1600sccm；所述步骤s30中，磷源气体的体积流量为700～800sccm，氧气的体积流量为500～600sccm，保护气的体积流量为1400～1600sccm；所述步骤s50中，磷源气体的体积流量为700～1600sccm，氧气的体积流量为500～600sccm，保护气的体积流量为1400～1600sccm。

在进行沉积反应时，磷源气体中含有与硅反应的液态三氯氧磷，因此磷源气体的体积流量大小直接影响着沉积扩散的质量。如果磷源气体的体积流量过大，在扩散沉积时可能造成表面浓度过高，甚至在沉积后硅片表面会出现合金点，影响沉积质量；而如果磷源气体流量偏小，在进行沉积反应时由于杂质浓度不够，会导致磷原子扩散不均匀，因此，为了保证在硅片上形成合适浓度的磷原子，在进行沉积时步骤s10中磷源气体的体积流量为700～800sccm，步骤s30中磷源气体的体积流量为700～800sccm，而为了在第三次沉积时能够进行充分反应，达到对第一次沉积和第二次沉积的补充效果，步骤s50中磷源气体的体积流量为700～1600sccm。

另外，沉积反应时如果通入氧气过少，就不能与三氯氧磷分解产生的五氯化磷反应，由于五氯化磷对硅片和石英管都有腐蚀性，因此这种情况下将会降低太阳能电池的光电转换效率同时损坏扩散炉；而如果通入的氧气量过大，就会造成硅片表面的磷-硅玻璃过厚，对后面的扩散再分布造成严重的不利影响。因此，氧气的流量决定了三氯氧磷的反应程度和磷-硅玻璃的厚度。为了保证有充足的氧气与五氯化磷反应并且避免磷-硅玻璃过厚，确定氧气的体积流量为500～600sccm。

在进行沉积时，扩散炉内的压强主要是由大氮流量和排风量决定，而炉内压强会影响到炉内温度和气氛的稳定性，从而影响到扩散的均匀性。磷源气体从炉尾进气管进入炉内，然后保护气把磷源从炉尾输送到炉口，如果保护气的气体流量太小，可能会导致输送到炉口的保护气中，磷源的浓度过低，最后就会造成整炉硅片的片间不均匀。另一方面，由于炉口的电池片靠近排风口，所以炉口位置的保护气相对更不稳定，因此电池片的均匀性也就更难以得到保障。因此，为了使炉内的输入输出达到动态平衡，保证气体浓度更加平衡和均匀，进一步保证硅片上的掺杂浓度更加均匀，步骤s10中保护气的体积流量为800～1600sccm，步骤s30中保护气的体积流量为1400～1600sccm，步骤s50中保护气的体积流量为1400～1600sccm。

优选的，所述步骤s40和所述步骤s50之间还包括s41恒温推进。通过采用上述技术，在步骤s30的沉积之后进行连续的s40恒温推进和s41恒温推进，能够通过氧气与残余的五氯化磷反应，防止残留五氯化磷腐蚀硅片和设备，同时通过反应生成磷原子，磷原子在原有的基础上进一步向硅片深处扩散，从而增加结深并加强均匀性，提高硅片的光电转换效率。

优选的，所述步骤s41的推进温度小于所述步骤s40的推进温度且大于所述步骤s50的沉积温度,所述步骤s40的推进温度为840～860℃。通过采用上述技术方案，使得扩散生产过程中，步骤s41能够起到步骤s40和步骤s50之间的良好过渡，以保持步骤s50前扩散炉内部降温的趋势，并充分利用降温时的热量再一次进行推进，使磷原子向硅片深处扩散，增加结深并加强均匀性，由于步骤s30中的沉积温度为840～860℃，为了实现恒温推进，方便操作，确定步骤s40的推进温度为840～860℃。

优选的，所述步骤s41的推进温度为800～830℃。通过采用上述技术方案，实现步骤s40和步骤s50之间的降温过渡，并利用降温时的热量再次推进，促进剩余的三氯氧磷分解生成五氯化磷，而后五氯化磷与氧气反应生成向硅片内部扩散的磷原子，增加结深，保证扩散均匀度。

优选的，所述步骤s40中，保护气的体积流量为700～820sccm，所述推进时间为6～10min；所述步骤s41中，保护气的体积流量为700～820sccm，所述推进时间为9～11min。通过采用上述技术方案，为了保证在推进过程中，在扩散炉内形成合适的压强，以保证炉内温度和气氛的稳定性，从而保证推进的均匀性，确定步骤s40中保护气的体积流量为700～820sccm，而步骤s41中保护气的体积流量为700～820sccm。由于步骤s40的推进温度高于步骤s41的推进温度，因此步骤s40的推进反应程度比步骤s41的推进反应程度更为剧烈，所以步骤s40的推进时间小于步骤s41的推进时间，为实现充分的沉积，确定步骤s40中的推进时间为6～10min，步骤s41中的推进时间为9～11min。

优选的，所述步骤s10之前还包括氧化。由于杂质磷在氧化层中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数，因此，氧化层具有阻挡杂质磷向硅中扩散的能力。利用这一性质，在步骤s10前通入一定量的氧气，在硅片表面制作成一层二氧化硅薄膜，氧化层能减缓磷扩散的速度，使沉积和推进过程中磷原子的扩散更加均匀。

综上所述，本发明适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺与现有技术相比，采用多步通源、递进推进方式改善大尺寸硅片扩散方阻均匀性；三次沉积的温度先升后降，保证扩散效率的同时更有利于控制扩散速率、扩散结深和方阻均匀性，并且方便取舟卸片，在后续的生产过程提高晶体硅太阳能电池片的光电转换效率，满足生产和使用要求。

附图说明

图1是本发明实施例1的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，实施例1的适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺，包括以下步骤：

(1)进舟：将182mm*182mm的硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为780℃，通入体积流量为2500sccm的氮气；

(2)升温：扩散炉内快速升温到790℃，通入体积流量为2500sccm的氮气；

(3)恒温：保持扩散炉内温度790℃，通入体积流量为1500sccm的氮气；

(4)氧化：通入体积流量为1400sccm的氮气和体积流量为1000sccm的氧气对上述硅片进行氧化，氧化温度为790℃，氧化时间为5min；

(5)沉积：通入体积流量为700sccm的磷源氮气、体积流量为500sccm的氧气和体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为800℃，沉积时间为6min；

(6)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为794℃，推进时间为3min；

(7)沉积：通入体积流量为700sccm的磷源氮气、体积流量为500sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为850℃，沉积时间为5min；

(8)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为850℃，推进时间为8min；

(9)推进：通入体积流量为750sccm的氮气，推进温度为820℃，推进时间为10min；

(10)沉积：通入体积流量为740sccm的磷源氮气、体积流量为550sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为790℃，沉积时间为3min；

(11)推进：通入体积流量为750sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为790℃，推进时间为12min；

(12)降温退火：扩散炉内温度降至780℃，通入体积流量为2000sccm的氧气和体积流量为1500sccm的氮气，降温退火时间为7min；

(13)充气：保持扩散炉内温度为780℃，通入体积流量为300sccm的氧气和体积流量为2500sccm的氮气进行充气，充气时间为6min；

(14)取舟卸片：扩散炉内温度降至760℃，通入体积流量为2500sccm的氮气，取出上述硅片。

需要说明的是，作为相似效果的替换，该实施例中的氮气和磷源氮气可以分别替换为惰性气体和含有三氯氧磷液态源的惰性气体。

实施例2

实施例2的适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺基于实施例1，区别在于以下步骤：

(5)沉积：通入体积流量为800sccm的磷源氮气、体积流量为550sccm的氧气和体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为810℃，沉积时间为5min；

(6)推进：通入体积流量为740sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为794℃，推进时间为4min；

(7)沉积：通入体积流量为700sccm的磷源氮气、体积流量为500sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为850℃，沉积时间为4min；

(8)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为850℃，推进时间为7min；

(9)推进：通入体积流量为800sccm的氮气，推进温度为820℃，推进时间为10min；

(10)沉积：通入体积流量为780sccm的磷源氮气、体积流量为550sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为770℃，沉积时间为5min；

(11)推进：通入体积流量为740sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为790℃，推进时间为14min。

实施例3

实施例3的适用于多主栅搭配大尺寸硅片的扩散工艺基于实施例1，区别在于以下步骤：

(5)沉积：通入体积流量为800sccm的磷源氮气、体积流量为550sccm的氧气和体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为790℃，沉积时间为8min；

(6)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为794℃，推进时间为3min；

(7)沉积：通入体积流量为700sccm的磷源氮气、体积流量为550sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为860℃，沉积时间为3min；

(8)推进：通入体积流量为740sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为850℃，推进时间为10min；

(9)推进：通入体积流量为740sccm的氮气，推进温度为820℃，推进时间为11min；

(10)沉积：通入体积流量为830sccm的磷源氮气、体积流量为550sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为780℃，沉积时间为4min；

(11)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为790℃，推进时间为12min；

对比例1

对比例1的扩散工艺基于实施例1，区别在于，省略第三次推进，即包括以下步骤：

(1)进舟：将182mm*182mm的硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为780℃，通入体积流量为2500sccm的氮气；

(2)升温：扩散炉内快速升温到790℃，通入体积流量为2500sccm的氮气；

(3)恒温：保持扩散炉内温度790℃，通入体积流量为1500sccm的氮气；

(4)氧化：通入体积流量为1400sccm的氮气和体积流量为1000sccm的氧气对上述硅片进行氧化，氧化温度为790℃，氧化时间为5min；

(5)沉积：通入体积流量为700sccm的磷源氮气、体积流量为500sccm的氧气和体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为800℃，沉积时间为6min；

(6)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为794℃，推进时间为3min；

(7)沉积：通入体积流量为700sccm的磷源氮气、体积流量为500sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为850℃，沉积时间为5min；

(8)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为850℃，推进时间为8min；

(9)沉积：通入体积流量为740sccm的磷源氮气、体积流量为550sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为790℃，沉积时间为3min；

(10)推进：通入体积流量为750sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为790℃，推进时间为12min；

(11)降温退火：扩散炉内温度降至780℃，通入体积流量为2000sccm的氧气和体积流量为1500sccm的氮气，降温退火时间为7min；

(12)充气：保持扩散炉内温度为780℃，通入体积流量为300sccm的氧气和体积流量为2500sccm的氮气进行充气，充气时间为6min；

(13)取舟卸片：扩散炉内温度降至760℃，通入体积流量为2500sccm的氮气，取出上述硅片。

对比例2

对比例2的扩散工艺基于实施例1，区别在于，在对硅片进行连续的沉积推进后再一次进行沉积推进，即包括以下步骤：

(1)进舟：将182mm*182mm的硅片放入扩散炉中，设置炉管温度为780℃，通入体积流量为2500sccm的氮气；

(2)升温：扩散炉内快速升温到790℃，通入体积流量为2500sccm的氮气；

(3)恒温：保持扩散炉内温度790℃，通入体积流量为1500sccm的氮气；

(4)氧化：通入体积流量为1400sccm的氮气和体积流量为1000sccm的氧气对上述硅片进行氧化，氧化温度为790℃，氧化时间为5min；

(5)沉积：通入体积流量为700sccm的磷源氮气、体积流量为500sccm的氧气和体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为800℃，沉积时间为6min；

(6)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为794℃，推进时间为3min；

(7)沉积：通入体积流量为700sccm的磷源氮气、体积流量为500sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为850℃，沉积时间为5min；

(8)推进：通入体积流量为800sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为850℃，推进时间为8min；

(9)推进：通入体积流量为750sccm的氮气，推进温度为820℃，推进时间为10min；

(10)沉积：通入体积流量为740sccm的磷源氮气、体积流量为550sccm的氧气和体积流量为1200sccm的氮气对上述硅片进行沉积，沉积温度为790℃，沉积时间为3min；

(11)推进：通入体积流量为750sccm的氮气对上述硅片进行恒温推进，推进温度为790℃，推进时间为12min；

(12)降温退火：扩散炉内温度降至780℃，通入体积流量为2000sccm的氧气和体积流量为1500sccm的氮气，降温退火时间为7min；

(13)充气：保持扩散炉内温度为780℃，通入体积流量为300sccm的氧气和体积流量为2500sccm的氮气进行充气，充气时间为6min；

(14)取舟卸片：扩散炉内温度降至760℃，通入体积流量为2500sccm的氮气，取出上述硅片。

将实施例1-3和对比例1-2扩散后的方阻分别进行测试，得到如下表所示的实验数据。

将上表各项数据进行分析：

(1)对照实施例1与对比例1，在对硅片进行连续的第二次沉积和推进后，再一次进行沉积反应，能够降硅片扩散方阻的均匀性，从而提高光伏电池的光电转换效率，所增加的光电转换效率为0.017％；

(2)对照对比例1与对比例2，通过增加沉积和推进的次数，能够降低扩散方阻的均匀性，从而提高光伏电池的光电装换效率，所增加的光电转换效率为0.005％；

(3)对照分析结论(1)与分析结论(2)，相比于增加沉积和推进的次数，在推进后再一次进行推进，更有利于提高光伏电池的光电转换效率；

(4)对照实施例1、实施例2和3，通过多步通源、递进推进方式多次扩散方式改善大尺寸(≥166mm)硅片扩散方阻均匀性，有利于在后续的生产过程提高晶体硅太阳能电池片的光电转换效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。