專利名稱：一種晶體硅太陽電池制備pn結的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及晶體硅太陽能電池領域，具體的說，是一種在P型硅硅片上制備新型高效，低成本，大面積PN結的方法。
背景技術：
目前90%以上的晶體硅電池片都是在P型硅硅片上通過擴散磷制備PN結制備而得，常用的擴散工藝為管式擴散和隧道爐擴散。管式擴散采用三氯氧磷(POCl3)作為擴散源，將硅片一片片垂直裝入管式擴散爐中，然后通入以氮氣為載體的三氯氧磷氣體，擴散溫度為800-900°C，擴散時間為60-180分鐘；這種工藝的主要缺點為1)采用劇毒的三氯氧磷為擴散源，存在一定的安全隱患；2)硅片采用垂直裝入擴散爐中，裝片工藝復雜，碎片率較高；3)擴散制備的PN結均勻性較差。 隧道爐擴散主要采用磷酸為擴散源，將涂覆有磷酸溶液的硅片一片片水平傳送至隧道爐中，通入干燥空氣，擴散溫度為830-1000°C，擴散時間為13-20分鐘；這種工藝的主要缺點為1)擴散時間過短，擴散過程中的磷的吸雜作用很小，制備出來的PN結均勻性雖然較好，但電池的絕對效率較管式擴散爐低O. 2%至O. 4% ；2)為了達到管式擴散爐的時間，需要將隧道爐速度降低至現(xiàn)在的五分之一以下，或者將其延長至現(xiàn)在的5至10倍，設備成本和生產(chǎn)中的能耗過高而達不到較好的經(jīng)濟效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明結合管式擴散爐和隧道爐的優(yōu)點，創(chuàng)新式地在涂覆工藝之后，擴散之前添加一道預熱處理工藝，將擴散源先固化在硅片上，再將硅片水平裝入裝片盒中，之后將裝片盒傳送至隧道爐中，這樣在常規(guī)的隧道爐上就能夠?qū)崿F(xiàn)長時間的擴散而不會影響產(chǎn)量，生產(chǎn)出來的PN結既具有隧道爐所具有的均勻效果，又有管式擴散爐的吸雜效果，制備出來的電池效率不低于常規(guī)管式擴散爐，碎片率更低，能耗更低，擴散爐的產(chǎn)能能夠根據(jù)裝片盒的高低來調(diào)節(jié)，較小的設備投入就可以得到極高的產(chǎn)能。本發(fā)明的技術方案為
一種新型高效低成本制備大面積PN結的方法，主要工藝流程為，I)在硅片表面均勻涂覆含磷的擴散源；2)在500°C _700°C的條件下預熱處理5-10分鐘將擴散源固化；3)將硅片疊在耐高溫裝片盒中；4)在800°C -1000°C的條件下將表面的磷擴散進入硅片形成所需的PN結。所述的一種新型高效低成本制備大面積PN結的方法，其特征在于在硅片表面均勻涂覆含磷擴散源的方法為滾涂、噴涂或霧化涂覆；擴散源為磷酸溶液、磷酸和乙醇的混合溶液或含磷氧化物的凝膠溶液；一個典型的例子為，將磷酸和乙醇溶液混合成磷含量為O. 7wt%的混合溶液，將這種溶液噴涂到硅片表面，噴涂壓力為I. 5個大氣壓，噴嘴到硅片表面的距離為50厘米，噴涂時間為5秒鐘，噴涂增重為O. 22克。所述的一種新型高效低成本制備大面積PN結的方法，其特征在于將均勻涂覆上含磷擴散源的硅片一片片的傳送至鏈式熱處理爐中，熱處理的主要作用為將非磷物質(zhì)蒸發(fā)，將磷氧化并融化，留下固體磷的氧化物粘附在硅片表面；一種典型的工藝例子為，熱處理溫度為650°C，時間為5分鐘。所述的一種新型高效低成本制備大面積PN結的方法，其特征在于將熱處理之后的硅片一片片水平裝入裝片盒中，硅片與硅片之間的距離可以為3mm-2cm，硅片之間的距離主要是為了讓硅片在后續(xù)擴散工藝中受熱均勻，并且有利于氧氣的均勻流通，裝片盒的材質(zhì)為包括高純石英在內(nèi)的耐高溫材料；一個典型的例子為，將硅片裝入高純石英的裝片盒中，片間距為4mm。所述的一種新型高效低成本制備大面積PN結的方法，其特征在于將裝有硅片的裝片盒傳送至隧道爐中，或者裝入高溫熱處理爐中，比方說管式擴散爐中；爐溫為800-1000°C,爐內(nèi)氣氛中氧氣流量為300sccm/min-3000sccm/min,考慮到磷的吸雜效果,建議擴散時間為I至3個小時，具體擴散時間根據(jù)溫度和所需擴散方阻決定；一個典型的擴散工藝為，擴散溫度為820°C，擴散時間為I. 5個小時，氧氣流量為500sCCm/min。
本發(fā)明創(chuàng)造的效果和優(yōu)點
本發(fā)明生產(chǎn)出來的PN結均勻性較常規(guī)的管式擴散爐好，而且也具有很好的吸雜效果，制備出來的電池片效率不低于現(xiàn)有常規(guī)管式擴散爐；本發(fā)明的單位能耗較常規(guī)管式擴散爐和隧道爐都要低；本發(fā)明能夠讓企業(yè)以較小的設備投入帶來極高的產(chǎn)能；本發(fā)明所用的水平傳送能夠有效降低硅片的碎片率。說明書附圖

圖I為裝片盒不意 I、硅片；2、支架；3、裝片盒。
具體實施例方式案例一
選取合適的P型多晶硅片，在氫氟酸和硝酸的混合溶液中去除硅片表面的切割損傷層和制取表面絨面，制絨之后的硅片傳送至鍍磷酸設備上，將磷酸和乙醇的混合溶液通過聚四氟乙烯海綿滾涂至硅片表面，混合溶液中磷的質(zhì)量百分含量為O. 5%，乙醇的目的主要是為了增加磷酸和硅片表面浸潤力，使磷酸分布更加均勻；涂覆磷酸之后的硅片傳送至預處理爐，熱處理爐溫度設置在650°C，時間為5分鐘；熱處理之后的硅片手動裝片至裝片盒中，硅片與硅片間距為4_，將盛有硅片的裝片盒傳送進隧道爐中，隧道爐設置的溫度為810°C，傳送時間為120分鐘，CDA (干燥壓縮氣體流量)為2000sccm/min，制備的硅片表面方塊電阻大約為60歐姆每平方厘米。通過后續(xù)鍍減返膜和印刷，燒結等工藝，制備出完整的電池片，本實例制備出來的方塊電阻不均勻度小于1%，低于傳統(tǒng)工藝的2. 5% ;硅片碎片率小于O. 01% ;小于傳統(tǒng)工藝的O. 2% ;單臺設備的產(chǎn)能為3300片每小時，高于傳統(tǒng)工藝的1000片每臺。案例二
選取合適的P型單晶硅片，在70°C的氫氧化鉀水溶液中去除硅片表面的切割損傷層和制取表面絨面，制絨之后的硅片傳送至鍍磷酸設備上，將磷酸與去離子水混合溶液通過超聲波起霧器起霧，混合溶液中磷的質(zhì)量百分含量為O. 8%，硅片傳送經(jīng)過磷酸起霧中，表面被涂覆上磷酸溶液，去離子水的目的主要是為了增加磷酸和硅片表面浸潤力，使磷酸分布更加均勻；涂覆磷酸之后的硅片傳送至預處理爐，熱處理爐溫度設置在700°C，時間為4分鐘。熱處理之后的硅片手動裝片至裝片盒中，硅片與硅片間距為5mm ;將盛有硅片的裝片盒傳送進隧道爐中，隧道爐設置的溫度為840°C，傳送時間為90分鐘，CDA干燥壓縮氣體流量為2000sCCm/min，制備的硅片表面方塊電阻大約為75歐姆每平方厘米，通過后續(xù)鍍減返膜和印刷，燒結等工藝，制備出完整的電池片，本實例制備出來的方塊電阻不均勻度小于1%， 低于傳統(tǒng)工藝的2. 5% ;硅片碎片率小于O. 01% ;小于傳統(tǒng)工藝的O. 2% ;單臺設備的產(chǎn)能為3300片每小時，高于傳統(tǒng)工藝的1000片每臺。
權利要求
1.一種晶體硅太陽電池制備PN結的方法，其特征在于包括如下步驟1)在硅片表面均勻涂覆含磷的擴散源；2)在500°C _700°C的條件下預熱處理5-10分鐘將擴散源固化；3)將硅片疊在耐高溫裝片盒中；4)在800°C -1000°C的條件下將表面的磷擴散進入硅片形成所需的PN結。
2.如權利要求I所述的一種晶體娃太陽電池制備PN結的方法,其特征在于在娃片表面均勻涂覆含磷擴散源的方法為滾涂、噴涂或霧化涂覆；擴散源為磷酸溶液、磷酸和乙醇的混合溶液或含磷氧化物的凝膠溶液。
3.如權利要求I所述的一種晶體硅太陽電池制備PN結的方法，其特征在于將均勻涂覆上含磷擴散源的硅片一片片的傳送至鏈式熱處理爐中進行預熱處理。
4.如權利要求I所述的一種晶體硅太陽電池制備PN結的方法，其特征在于將預熱處理之后的硅片一片片水平裝入裝片盒中，硅片與硅片之間的距離為3mm-2cm，硅片之間的距離主要是為了讓硅片在后續(xù)擴散工藝中受熱均勻，并且有利于氧氣的均勻流通，裝片盒的材質(zhì)為包括高純石英在內(nèi)的耐高溫材料。
5.如權利要求I所述的一種晶體硅太陽電池制備PN結的方法，其特征在于將裝有硅片的裝片盒傳送至隧道爐中或者裝入高溫熱處理爐中，爐溫為800-1000°C，爐內(nèi)氣氛中氧氣流量為300sccm/min-3000sccm/min,擴散時間為I至3個小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶體硅太陽能電池領域，具體的說，是一種在P型硅硅片上制備新型高效，低成本，大面積PN結的方法。本發(fā)明結合管式擴散爐和隧道爐的優(yōu)點，創(chuàng)新式地在涂覆工藝之后，擴散之前添加一道預熱處理工藝，將擴散源先固化在硅片上，再將硅片水平裝入裝片盒中，之后將裝片盒傳送至隧道爐中，這樣在常規(guī)的隧道爐上就能夠?qū)崿F(xiàn)長時間的擴散而不會影響產(chǎn)量，生產(chǎn)出來的PN結既具有隧道爐所具有的均勻效果，又有管式擴散爐的吸雜效果，制備出來的電池效率不低于常規(guī)管式擴散爐，碎片率更低，能耗更低，擴散爐的產(chǎn)能能夠根據(jù)裝片盒的高低來調(diào)節(jié)，較小的設備投入就可以得到極高的產(chǎn)能。
文檔編號H01L21/228GK102867738SQ20121037259
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權日2012年9月29日
發(fā)明者劉亞, 郭志球, 蘇旭平, 王建華, 涂浩, 吳長軍, 彭浩平 申請人:常州大學