CN110600558B - 一种适用于p+选择性发射极电池的硼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，包括以下步骤：(1)恒定源硼旋涂；(2)烘干；(3)进舟于炉管内；(4)检漏；(5)升温氧化；(6)无氧推进；(7)高温氧化；(8)降温；(9)低温乘积硼源；(10)低温推进；(11)出舟；(12)激光掺杂。本发明通过恒定源硼推进与气体硼源掺杂的共同作用，一方面形成了轻掺杂区域，拥有较高表面浓度浅结的结构，可有效地提升电池的开路电压和短路电流；另一方面用激光进行二次掺杂形成重掺杂区域，可有效的改善欧姆接触，提升填充因子。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，尤其是一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺。
背景技术
随着平价上网的需求越演越烈，高效电池成为了发展的趋势。尤其是现如今的N-TOPCon电池越来越火。但如何让N-TOPCon电池的效率更上一个台阶，又成为了研发的重点。其中硼扩散作为p+层掺杂的一个重要手段广泛应用于N型高效太阳能电池，常用的方式是携带气体硼源进入炉管进行单一的硼掺杂，而对于硼选择性掺杂扩散技术仍是空白。
并且，常规的硼扩散工艺为满足与金属电极形成良好的欧姆接触，方阻偏低，从而导致非金属电极接触区域复合偏高，使得电池开路电压和短路电流受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，一方面轻掺区域可有效降低硼源掺杂量，减少硼氧复合，提升电池的开路电压和短路电流；另一方面重掺区域与金属电极保持良好的欧姆接触，提升填充因子，进而提升电池效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，包括以下步骤，
(1)恒定源硼旋涂，将浸润液和硼源利用旋涂的方式分步旋于硅片上；
(2)烘干，于链式机上，温度120-250℃，烘干时间30-80s；
(3)进舟，温度维持在750-850℃，氮气流量为1000-2500sccm，时间6-15min；
(4)检漏，通入氮气流量1000-2500sccm，压力控制在100-200pa；
(5)升温氧化，氧化分解硼旋涂液的有机物；
(6)无氧推进，控制硼扩散的前表面的起始浓度；
(7)氧化，控制硼扩散的结深；
(8)降温，控制硼扩散的富硼层；
(9)沉积三溴化硼或三氯化气体硼源；
(10)低温推进，将硼源掺入到硼硅玻璃上，温度维持至750-850℃，通入氮气流量1000-2500sccm，时间2-12min；
(11)出舟，温度维持在750-850℃，氮气流量为1000-2000sccm，时间6-15min，最终将硅片取出；
(12)激光掺杂，将硅片的硼扩面放入台面上，设计出需要的图形，采用光斑大小60-150μm，激光功率30-80W，重复频率10-60MHz，打样速度4-20m/s，光斑重叠率90-99.5％。
进一步的说，本发明所述的步骤(1)中，采用1-2.5mL的浸润液，利用旋涂的方式旋于硅片上，然后滴入0.3-0.8ml的硼源旋于硅片上。
进一步的说，本发明所述的步骤(5)中，温度升到900-1000℃，通入氮气流量1000-2500sccm，氧气流量300-2000sccm，时间5-20min。
进一步的说，本发明所述的步骤(6)中，温度维持在900-1000℃，通入氮气流量1000-2500sccm，时间5-25min.
进一步的说，本发明所述的步骤(7)中，温度维持在900-1000℃，通入氮气流量1000-2500sccm，氧气流量5-15slm，时间5-30min。
进一步的说，本发明所述的步骤(8)中，温度降低至750-850℃，通入氮气流量2000-5000sccm，氧气流量5-15slm，时间约10-35min。
进一步的说，本发明所述的步骤(9)中，温度维持至750-850℃，通入氮气流量1000-3000sccm，氧气流量100-500sccm，三溴化硼流量300-800sccm或三氯化硼流量100-300sccm，时间10-25min。
进一步的说，本发明所述的步骤(1)在硼旋涂机上进行。
进一步的说，本发明所述的步骤(3)-(11)在管式扩散炉中进行。
进一步的说，本发明所述的步骤(12)在激光设备上进行。
本发明一方面保证硼掺杂轻扩区域拥有较高表面浓度以及浅结的结构，此结构有利于降低电池复合，提升开路电压和短路电流；本发明中采用的是恒定源旋涂的方式既保证了表面浓度同时可有效避免掺杂的不均匀性。
另一方面保证可以通过激光掺杂的方式将硼轻扩区域在进行二次扩散后可形成高表面浓度深结的结构，此结构有利于降低与金属区域的接触电阻，进而提升填充因子。本发明中采用的是通气体硼源的方式掺杂入硼硅玻璃中，此富硼的硼硅玻璃可有效的提升表面的浓度，利于激光掺杂。
本发明的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，通过恒定源硼推进与气体硼源掺杂的共同作用，一方面形成了轻掺杂区域，拥有较高表面浓度浅结的结构，可有效地提升电池的开路电压和短路电流；另一方面用激光进行二次掺杂形成重掺杂区域，可有效的改善欧姆接触，提升填充因子。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明工艺下ECV曲线图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，包括以下步骤：
(1)恒定源硼旋涂(包括浸润液和硼源液)，此步骤可有效的保证所需的表面浓度；
(2)烘干；
(3)进舟于炉管内；
(4)检漏；
(5)升温氧化，此步骤主要目的是为了氧化分解硼旋涂液的有机物；
(6)无氧推进，通过此步骤控制硼扩散的前表面的起始浓度；
(7)高温氧化，通过此步骤控制硼扩散的结深；
(8)降温，通过此步骤控制硼扩散的富硼层；
(9)低温沉积硼源，此步骤主要目的通过此控制硼结氧化层的硼含量，便于激光掺杂进行二次扩散形成更高的表面浓度；
(10)低温推进，此步骤推结将硼源掺入到硼硅玻璃上；
(11)出舟；
(12)激光掺杂。
其中：步骤(1)、(3)-(11)以及(12)分别在旋涂机、管式扩散炉、以及激光设备上进行。
实施例1
一种适用于P+选择性发射极电池的恒定源硼扩散工艺，具体流程如下：采用高少子寿命的N型硅片，电阻率0.2-2Ω.cm，双面碱洗制绒；
(1)恒定源硼旋涂——采用1-1.5mL的浸润液，利用旋涂的方式旋于硅片上，然后滴入0.4-0.8ml的硼源旋于硅片上。旋涂法可制备较高方阻120—140ohm，且均匀性STD<8；
(2)烘干——于链式机上在温度120-200℃，烘干时间30-60s；
(3)进舟——温度维持在750-850℃，氮气流量为1000-2000sccm，时间约8-15min；
(4)检漏——通入氮气流量1000-1500sccm，压力控制在100-200pa；
(5)升温氧化——温度升到900-960℃，通入氮气流量1000-1500sccm，氧气流量1000-2000sccm，时间约10-20min；
(6)无氧推进——温度维持在900-960℃，通入氮气流量1000-1500sccm，时间约10-25min；
(7)高温氧化——温度维持在900-960℃，通入氮气流量1000-1500sccm，氧气流量10-15slm，时间约10-30min；
(8)降温——温度降低至750-850℃，通入氮气流量2000-5000sccm，氧气流量10-15slm，时间约10-20min；
(9)低温沉积硼源——温度维持至750-850℃，通入氮气流量1000-2000sccm，氧气流量100-500sccm，三溴化硼流量300-600sccm或三氯化硼流量100-200sccm，时间约10-20min；
(10)低温推进——温度维持至750-850℃，通入氮气流量1000-2000sccm，时间约2-8min；
(11)出舟——温度维持在750-850℃，氮气流量为1000-2000sccm，时间约8-15min，最终将硅片取出。硼轻扩区域基本完成，方阻120-140ohm/sq,表面浓度1E19-2E19atom/cm3，结深0.4-0.6μm。
(12)激光掺杂——将硅片的硼扩面放入台面上，设计出需要的图形，采用光斑大小60-120μm，激光功率30-50W，重复频率10-30MHz，打样速度8-18m/s，光斑重叠率95-99.5％。
重掺的表面浓度1E19-2E19 atom/cm3，结深0.7-1.5μm，与轻扩区域的方阻差异>40ohm/sq，方阻为70-100ohm/sq。
实施例2
一种适用于P+选择性发射极电池的恒定源硼扩散工艺，具体流程如下：采用高少子寿命的N型硅片，电阻率2-6Ω.cm，双面碱洗制绒；
(1)恒定源硼旋涂——采用1.5-2.5mL的浸润液，利用旋涂的方式旋于硅片上，然后滴入0.3-0.6ml的硼源旋于硅片上。旋涂法可制备较高方阻130-200ohm，且均匀性STD:9-10；
(2)烘干——于链式机上在温度180-250℃，烘干时间40-80s；
(3)进舟——温度维持在750-850℃，氮气流量为1500-2500sccm，时间约6-15min；
(4)检漏——通入氮气流量1500-2500sccm，压力控制在100-200pa；
(5)升温氧化——温度升到950-1000℃，通入氮气流量1500-2500sccm，氧气流量300-1000sccm，时间约5-10min；
(6)无氧推进——温度维持在950-1000℃，通入氮气流量1500-2500sccm，时间约5-15min；
(7)高温氧化——温度维持在950-1000℃，通入氮气流量1500-2500sccm，氧气流量5-10slm，时间约5-20min；
(8)降温——温度降低至750-850℃，通入氮气流量2000-5000sccm，氧气流量5-10slm，时间约15-35min；
(9)低温沉积硼源——温度维持至750-850℃，通入氮气流量1500-3000sccm，氧气流量100-300sccm，三溴化硼流量400-800sccm或三氯化硼流量150-300sccm，时间约15-25min；
(10)低温推进——温度维持至750-850℃，通入氮气流量1500-2500sccm，时间约6-12min；
(11)出舟——温度维持在750-850℃，氮气流量为1000-2000sccm，时间约6-15min，最终将硅片取出。硼轻扩区域基本完成，方阻130-200ohm/sq，表面浓度6E18-1E19atom/cm3，结深0.5-0.8μm。
(12)激光掺杂——将硅片的硼扩面放入台面上，设计出需要的图形，采用光斑大小80-150μm，激光功率40-80W，重复频率20-60MHz，打样速度4-20m/s，光斑重叠率90-96％。
重掺的表面浓度>1E19 atom/cm3，结深0.8-2μm，与轻扩区域的方阻差异>60ohm/sq，方阻为60-120ohm/sq。
以上实施例表明，通过恒定源硼推进与气体硼源掺杂的共同作用，一方面形成了轻掺杂区域，拥有较高表面浓度浅结的结构，可有效的制取高前表面浓度浅结的结构，可有效地提升电池的开路电压和短路电流，为用激光作用进行二次扩散形成重掺杂提供了有力的前提；另一方面用激光进行二次掺杂形成重掺杂区域，可有效的改善欧姆接触，提升填充因子。最终达到激光区域低方阻深结、非激光区域高方阻浅结的选择性发射极结构。
本工艺制备的电池Uoc提升>3mV，Isc提升>40mA，Eta提升>0.25％；重扩ECV曲线如图2所示，硼扩散轻掺区域高方阻浅结表面浓度<2E19 atom/cm3，此可有效提升开路电压和短路电流；硼扩散轻掺区域硼硅玻璃的硼含量的设定有利于激光进行二次掺杂，一方面保证重掺区域与金属电极形成良好的欧姆接触，另一方面提升对激光参数变动的容忍度，减小因激光带来的损伤。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
Claims (8)
1.一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，其特征在于：包括以下步骤，
(1)恒定源硼旋涂，将浸润液和硼源利用旋涂的方式分步旋于硅片上；
(2)烘干，于链式机上，温度120-250℃，烘干时间30-80s；
(3)进舟，温度维持在750-850℃，氮气流量为1000-2500sccm，时间6-15min；
(4)检漏，通入氮气流量1000-2500sccm，压力控制在100-200pa；
(5)升温氧化，氧化分解硼旋涂液的有机物；
(6)无氧推进，控制硼扩散的前表面的起始浓度；
(7)氧化，温度维持在900-1000℃，通入氮气流量1000-2500sccm，氧气流量5-15slm，时间5-30min，控制硼扩散的结深；
(8)降温，控制硼扩散的富硼层；
(9)沉积三溴化硼或三氯化硼；温度维持至750-850℃，通入氮气流量1000-3000sccm，氧气流量100-500sccm，三溴化硼流量300-800sccm或三氯化硼流量100-300sccm，时间10-25min；
(10)低温推进，将硼源掺入到硼硅玻璃上，温度维持至750-850℃，通入氮气流量1000-2500sccm，时间2-12min；
(11)出舟，温度维持在750-850℃，氮气流量为1000-2000sccm，时间6-15min，最终将硅片取出；
(12)激光掺杂，将硅片的硼扩面放入台面上，设计出需要的图形，采用光斑大小60-150μm，激光功率30-80W，重复频率10-60MHz，打样速度4-20m/s，光斑重叠率90-99.5％。
2.如权利要求1所述的一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，其特征在于：所述的步骤(1)中，采用1-2.5mL的浸润液，利用旋涂的方式旋于硅片上，然后滴入0.3-0.8ml的硼源旋于硅片上。
3.如权利要求1所述的一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，其特征在于：所述的步骤(5)中，温度升到900-1000℃，通入氮气流量1000-2500sccm，氧气流量300-2000sccm，时间5-20min。
4.如权利要求1所述的一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，其特征在于：所述的步骤(6)中，温度维持在900-1000℃，通入氮气流量1000-2500sccm，时间5-25min。
5.如权利要求1所述的一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，其特征在于：所述的步骤(8)中，温度降低至750-850℃，通入氮气流量2000-5000sccm，氧气流量5-15slm，时间为10-35min。
6.如权利要求1所述的一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，其特征在于：所述的步骤(1)在硼旋涂机上进行。
7.如权利要求1所述的一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，其特征在于：所述的步骤(3)-(11)在管式扩散炉中进行。
8.如权利要求1所述的一种适用于P+选择性发射极电池的硼工艺，其特征在于：所述的步骤(12)在激光设备上进行。
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