電池?cái)U(kuò)散后處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電池?cái)U(kuò)散后處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝中，擴(kuò)散是核心工序。目前，常規(guī)生產(chǎn)的擴(kuò)散工藝是在管式的擴(kuò)散爐內(nèi)，通過液態(tài)磷源(或硼源)的揮發(fā)，在硅片表面沉積磷原子(或硼原子)，然后進(jìn)行向硅片體內(nèi)擴(kuò)散，制成p-n結(jié)。在爐管擴(kuò)散過程中，硅片表面不可避免的會(huì)出現(xiàn)一層含高濃度磷(或硼)原子的重?fù)诫s層，其中大量的磷(或硼)原子處于間隙態(tài)，形成了高密度的缺陷，而這些缺陷是少數(shù)載流子的強(qiáng)復(fù)合中心，極大地影響了載流子的收集，被稱為擴(kuò)散死層。擴(kuò)散死層極大地影響了載流子的收集，從而降低開路電壓和短路電流，大大降低電池效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種電池?cái)U(kuò)散后處理工藝。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，在爐管擴(kuò)散之后，通過光照快速熱處理，對(duì)硅片進(jìn)行氧化處理，在硅片表面生成一層氧化膜；通過濕化學(xué)清洗，將氧化膜腐蝕剝離；
[0005]所述光照快速熱處理，包括如下步驟:將硅片置入充滿氧化氣體的腔體內(nèi)，腔體內(nèi)的氧化氣體保持在常壓狀態(tài)，硅片表面各處的氧分壓保持相同，采用均勻的光照對(duì)硅片進(jìn)行加熱，硅片表面各處溫度相同，在硅片表面形成氧化膜。
[0006]優(yōu)選的，所述爐管擴(kuò)散之后的光照快速熱處理:光照的波長(zhǎng)為250?1500nm，光照加熱的溫度為550?950°C，光照的時(shí)間為0.5?8min，氧化氣體為氧氣、空氣、水蒸氣中的一種或幾種。
[0007]優(yōu)選的，所述氧化氣體中摻入了氯氣、無(wú)水氯化氫、三氯乙烯中的一種或幾種。
[0008]優(yōu)選的，所述爐管擴(kuò)散之后的光照快速熱處理，在擴(kuò)散爐管內(nèi)進(jìn)行。
[0009]優(yōu)選的，所述爐管擴(kuò)散之后的光照快速熱處理，在擴(kuò)散爐管外進(jìn)行。
[0010]優(yōu)選的，所述爐管擴(kuò)散，包括:磷源或硼源沉積步驟，磷或硼原子深入推進(jìn)步驟。[0011 ] 優(yōu)選的，所述爐管擴(kuò)散，其在磷源或硼源沉積步驟前，還包括爐內(nèi)氧化步驟。
[0012]本發(fā)明采用擴(kuò)散后的過氧化(在爐管擴(kuò)散之后，通過光照快速熱處理，對(duì)硅片進(jìn)行氧化處理，在硅片表面生成一層氧化膜)，能夠?qū)?yán)重的死層變成氧化層，在隨后的濕化學(xué)清洗中，這部分氧化層被HF腐蝕剝離，這樣有效地去除了部分?jǐn)U散死層，能夠降低電池表面少數(shù)載流子的復(fù)合；同時(shí)，爐管擴(kuò)散之后的過氧化處理，使微觀上局部不均勻的磷(或硼)濃度分布得到改善，提高P-n結(jié)的均勻性，從而提升電池效率。而且本發(fā)明采用低溫快速氧化，氧化層在很短的時(shí)間內(nèi)形成，不會(huì)導(dǎo)致硅片體內(nèi)產(chǎn)生缺陷，也不會(huì)明顯影響磷摻雜曲線。
[0013]爐管擴(kuò)散之后，通過對(duì)硅片進(jìn)一步深度氧化處理，使磷(或硼)原子在硅片中進(jìn)一步擴(kuò)散，從而使微觀上局部不均勻的磷(或硼)濃度分布得到改善，使得硅片表面的p-n結(jié)更均勻，尤其適用于絨面上有微觀結(jié)構(gòu)的硅片(如RIE制絨后的硅片或倒金字塔絨面結(jié)構(gòu)的硅片)。
[0014]硅片的擴(kuò)散是一個(gè)有限元擴(kuò)散過程，即擴(kuò)散磷(或硼)原子是先儲(chǔ)存在氧化層中然后從氧化層中往硅中擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)磷(或硼)原子的總數(shù)不變，即氧化層中的原子數(shù)量減少，硅中的原子數(shù)量增加。擴(kuò)散結(jié)束后，磷(或硼)原子的濃度從硅片表面向體內(nèi)逐漸降低，接近于正態(tài)分布曲線的右側(cè)，而近表面由于磷(或硼)濃度過高(高達(dá)I X 1020/cm3)，遠(yuǎn)超于常溫下磷(或硼)在硅中的飽和濃度，大量的摻雜原子處于間隙位，形成了大量的缺陷，是少數(shù)載流子的高復(fù)合中心，即光照形成的非平衡載流子在這些處，很容易復(fù)合，無(wú)法導(dǎo)出電池片形成電流。因此，這層高磷(或硼)濃度的表面層被稱為擴(kuò)散死層。擴(kuò)散死層在硅片各個(gè)區(qū)域都有，一般方阻越小(磷或硼濃度越高)，死層越嚴(yán)重。死層與硅片的微觀絨面也有很大的關(guān)系，例如在單晶硅金字塔絨面的底部和頂部，P-n結(jié)的深度相差很大，頂部結(jié)深大，對(duì)應(yīng)死層也更厚，底部結(jié)深小，對(duì)應(yīng)死層也較薄。硅中磷(或硼)原子濃度越高，氧化速度越快，因而擴(kuò)散結(jié)越深，表面被深度氧化的厚度也更深，通過后續(xù)HF的漂洗后，表面擴(kuò)散結(jié)的差異將被縮小，改善了 P-n結(jié)的均勻性，也有效降低了硅表面的復(fù)合。對(duì)于多晶電池，不僅絨面蟲洞的底部和頂部的死層有差異，而且在不同晶粒由于取向不同，熱氧化和磷(或硼)原子擴(kuò)散速度也會(huì)不同，導(dǎo)致晶粒間p-n結(jié)深度也不同。通過擴(kuò)散后深度氧化，可以進(jìn)一步減小這種結(jié)深差異，改善P-n結(jié)均勻性，并且大大減少表面復(fù)合，提升多晶電池的效率。
[0015]氧化氣體中摻入了氯氣、氯化氫、三氯乙烯中的一種或幾種，會(huì)使氧化層中有一定量的氯原子，從而可以減少鈉離子沾污，鈍化S12中的鈉離子的活性，抑制或消除熱氧化缺陷，將雜質(zhì)轉(zhuǎn)換為可揮發(fā)氯化物蒸發(fā)掉，改善截面狀況。
[0016]進(jìn)一步來說，本發(fā)明通過控制光照快速熱處理的工藝參數(shù)，進(jìn)而控制氧化的深度，以使氧化的深度(即氧化層厚度)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。氧化深度不夠:死層無(wú)法有效去除，同時(shí)磷濃度較高的區(qū)域氧化不夠?qū)е聼o(wú)法改善P-n結(jié)均勻性；氧化深度過深:擴(kuò)散層變得過淺，在后續(xù)金屬化過程中容易被銀漿燒穿，而導(dǎo)致電池漏電；本發(fā)明通過優(yōu)化光照的波長(zhǎng)、溫度、時(shí)間以及氧化氣氛，以使氧化的深度達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，將死層完全去除，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散層明顯變薄。
[0017]更進(jìn)一步來說，本發(fā)明光照快速熱處理有別于一般的氧化處理，本發(fā)明光照快速熱處理為低溫快速氧化，而一般的氧化處理為高溫低速氧化。為達(dá)到同樣的氧化效果，高溫低速的氧化通常需要更長(zhǎng)的時(shí)間，在較長(zhǎng)時(shí)間的高溫處理過程中，硅片體內(nèi)會(huì)形成大量缺陷，這些缺陷產(chǎn)生的深能級(jí)復(fù)合中心會(huì)導(dǎo)致硅片體少子壽命下降，從而影響最終的電池效率；另外，在長(zhǎng)時(shí)間的高溫氧化過程中，磷摻雜曲線會(huì)發(fā)生明顯的改變，結(jié)深變得更深，不利于表面產(chǎn)生的光生載流子的收集；而本發(fā)明采用低溫快速氧化，氧化層在很短的時(shí)間內(nèi)形成，不會(huì)導(dǎo)致硅片體內(nèi)產(chǎn)生缺陷，也不會(huì)明顯影響磷摻雜曲線。
[0018]具體來說，采用光照快速熱處理與在常規(guī)爐管氧化處理的方式相比，有三大優(yōu)勢(shì):
1.光照快速熱處理不會(huì)顯著改變擴(kuò)散結(jié)的特性，這是因?yàn)榭焖贌崽幚碇械墓庹?，光波?50?1500nm之間，其中短波長(zhǎng)的光會(huì)促進(jìn)水分子的分解，形成活性很高的氧自由基，導(dǎo)致硅的氧化速度極快，在800°C下，氧化速度幾乎是干氧氧化速度的十倍以上，并且光照處理的升溫和降溫都特別快，在I?2分鐘的加熱過程中，磷雜質(zhì)的擴(kuò)散可以忽略，不會(huì)明顯改變擴(kuò)散結(jié)的特性；2.利用快速熱處理，可以實(shí)現(xiàn)濕氧氧化的方法，大大節(jié)約氧化時(shí)間，從而提高擴(kuò)散設(shè)備的利用率；3.利用平面式的處理方式，可以提高硅片表面氧化的均勻性，不僅可以提高同一片硅片上氧化的均勻性，而且大大提升同一批次硅片氧化的均勻性，這是快速熱處理最大的優(yōu)勢(shì)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]本發(fā)明具體實(shí)施的技術(shù)方案是:
[0021]一種電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，在爐管擴(kuò)散之后，通過光照快速熱處理，對(duì)硅片進(jìn)行氧化處理，在硅片表面生成一層氧化膜；通過濕化學(xué)清洗，將氧化膜腐蝕剝離。
[0022]所述光照快速熱處理，包括如下步驟:將硅片置入充滿氧化氣體的腔體內(nèi)，腔體內(nèi)的氧化氣體保持在常壓狀態(tài)，硅片表面各處的氧分壓保持相同，采用均勻的光照對(duì)硅片進(jìn)行加熱，硅片表面各處溫度相同，在硅片表面形成氧化膜。
[0023]所述爐管擴(kuò)散之后的光照快速熱處理:光照的波長(zhǎng)為250?1500nm(優(yōu)選為250?100nm)，光照加熱的溫度為550?950°C，光照的時(shí)間為0.5?8min，氧化氣體為氧氣、空氣、水蒸氣中的一種或幾種，所述氧化氣體中摻入了氯氣、無(wú)水氯化氫、三氯乙烯中的一種或幾種。
[0024]所述爐管擴(kuò)散之后的光照快速熱處理，可在擴(kuò)散爐管內(nèi)或擴(kuò)散爐管外進(jìn)行。
[0025]所述爐管擴(kuò)散，包括:爐內(nèi)氧化步驟，磷源或硼源沉積步驟，磷或硼原子深入推進(jìn)步驟。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，其特征在于，在爐管擴(kuò)散之后，通過光照快速熱處理，對(duì)硅片進(jìn)行氧化處理，在硅片表面生成一層氧化膜；通過濕化學(xué)清洗，將氧化膜腐蝕剝離； 所述光照快速熱處理，包括如下步驟:將硅片置入充滿氧化氣體的腔體內(nèi)，腔體內(nèi)的氧化氣體保持在常壓狀態(tài)，硅片表面各處的氧分壓保持相同，采用均勻的光照對(duì)硅片進(jìn)行加熱，硅片表面各處溫度相同，在硅片表面形成氧化膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，其特征在于，所述爐管擴(kuò)散之后的光照快速熱處理:光照的波長(zhǎng)為250?1500nm，光照加熱的溫度為550?950°C，光照的時(shí)間為0.5?8min，氧化氣體為氧氣、空氣、水蒸氣中的一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，其特征在于，所述氧化氣體中摻入了氯氣、無(wú)水氯化氫、三氯乙烯中的一種或幾種。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，其特征在于，所述爐管擴(kuò)散之后的光照快速熱處理，在擴(kuò)散爐管內(nèi)進(jìn)行。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，其特征在于，所述爐管擴(kuò)散之后的光照快速熱處理，在擴(kuò)散爐管外進(jìn)行。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，其特征在于，所述爐管擴(kuò)散，包括:磷源或硼源沉積步驟，磷或硼原子深入推進(jìn)步驟。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，其特征在于，所述爐管擴(kuò)散，其在磷源或硼源沉積步驟前，還包括爐內(nèi)氧化步驟。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電池?cái)U(kuò)散后處理工藝，在爐管擴(kuò)散之后，通過光照快速熱處理，對(duì)硅片進(jìn)行氧化處理，在硅片表面生成一層氧化膜。本發(fā)明采用擴(kuò)散后的過氧化，能夠?qū)?yán)重的死層變成氧化層，在隨后的濕化學(xué)清洗中，這部分氧化層被HF腐蝕剝離，這樣有效地去除了部分?jǐn)U散死層，能夠降低電池表面少數(shù)載流子的復(fù)合；同時(shí)，爐管擴(kuò)散之后的過氧化處理，使微觀上局部不均勻的磷(或硼)濃度分布得到改善，提高p-n結(jié)的均勻性，從而提升電池效率。而且本發(fā)明采用低溫快速氧化，氧化層在很短的時(shí)間內(nèi)形成，不會(huì)導(dǎo)致硅片體內(nèi)產(chǎn)生缺陷，也不會(huì)明顯影響磷摻雜曲線。
【IPC分類】C30B33/02, C30B33/00
【公開號(hào)】CN105200525
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510515642
【發(fā)明人】黃冬焱
【申請(qǐng)人】黃冬焱
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年8月20日