一种晶硅太阳电池的热氧化方法技术

本发明专利技术涉及太阳电池领域，公开了一种晶硅太阳电池的热氧化方法，本发明专利技术方法对氮流量、氧流量、通气时间、压力和温度采用了特定的阶梯式控制，能够有效地在晶硅太阳电池表面生长一层均匀、高质量的SiO钝化膜，使硅片表面晶格缺陷和悬挂键缺陷能很好的修复，并能将硅片表面磷扩散曲线发生再分布作用，使磷原子化学浓度与有效磷原子浓度比值减小，提高少子寿命，从而来提高晶硅电池片的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种晶硅太阳电池的热氧化方法
本专利技术涉及太阳电池领域，尤其涉及一种晶硅太阳电池的热氧化方法。
技术介绍
随着晶体硅太阳电池技术的发展，良好的表面钝化成为制备高效电池必不可少的条件。表面钝化就是降低半导体的表面活性，使表面的复合速率降低，其主要的方式是饱和半导体表面处的悬挂键，降低表面活性，增加表面的清洁程度，避免由于杂质在表面层的引入而形成复合中心，以此来降低少数载流子的表面复合速率，使器件稳定工作。适用于太阳电池表面钝化的措施一般有以下四个方面：表面悬挂键饱和钝化、发射结钝化、发射结氧化钝化和场钝化。其中表面悬挂键饱和钝化在传统晶硅太阳电池上采用的是PECVD镀SINx膜进行表面钝化，其工艺流程为制绒→磷扩散→刻蚀→PECVD正面镀膜→ALD→PECVD背面镀膜→激光开槽→印刷烧结，但PECVD沉积的SiNx与Si的晶格匹配性较差，导致SiNx/Si界面缺陷密度较高，从而使得晶硅太阳电池转换效率不能进一步提升。目前，为了达到理想的钝化效果，开始有采用热氧化法生长SiO2钝化薄膜。是因为SiO2是由Si-O四面体组成，四面体的中心是硅原子，四个顶角上是氧原子，顶角上的四个氧原子刚好满足了硅原子的化合价，与Si表面具有良好的匹配性，其工艺流程为制绒→磷扩散→刻蚀→热氧化→PECVD正面镀膜→ALD→PECVD背面镀膜→激光开槽→印刷烧结，在热氧化的反应过程中，大量的氧原子与硅表面未饱和的硅原子结合形成SiO2薄膜，该薄膜可降低悬挂键的密度，能够很好地控制界面陷阱和固定电荷。此外高质量SiO2薄膜可把表面态密度降低到100cm2，Si-SiO2界面的复合速率也可以降到100cm/s以下，从而降低了悬挂键的密度，起到了表面钝化作用，从而提高太阳电池的开路电压和短路电流。该热氧化钝化硅片表面的方法是在恒温恒压条件下，用干燥纯净的氧气直接与硅片表面的不饱和硅原子结合形成SiO2，为了保证氧化炉炉管内的压力平衡，同时使氧气均匀分布在炉管内，在氧化阶段同时通入保护气体N2，在热氧化过程中，氧原子穿过氧化膜层向SiO2-Si界面运动并与硅原子进行反应，生长过程如下：氧原子先与硅片外表面的硅原子反应，生成初始氧化层，此后初始氧化层阻止氧原子与硅表面的接触，氧原子以扩散的方式通过氧化层，到达SiO2-Si界面，与硅片外表面内层的硅原子反应，生成新的氧化层。但当SiO2的厚度增长到一定程度后，氧原子扩散到SiO2-Si界面的速度也将变慢，如果在此热氧化过程中，氧化工艺设计不合理，会导致硅片表面不能均匀充分生长SiO2膜，得不到高质量的SiO钝化膜，从而使硅片表面晶硅缺陷和悬挂键不能得到很好的修复，钝化效果变差，使晶硅电池转换效率受损失。对此，开发一种新热氧化工艺既能保证硅片表面生长一层均匀、高质量的SiO2钝化膜，达到良好的钝化效果，又能解决硅片表面晶格以及悬挂键多的问题，还能将硅片表面磷扩散曲线发生再分布作用，使磷原子化学浓度与有效磷原子浓度比值减小，提高少子寿命，从而来提高晶硅电池片的转换效率尤为关键。
技术实现思路
为了解决现有技术中热氧化工艺恒温恒压状态下随着氧化时间的推移，硅片表面SIO生长放慢导致SiO生长不均匀、表面晶格缺陷以及悬挂键修复效果差，磷原子再分布效果不理想，使最终晶硅电池转换效率幅度小的问题，本专利技术提供了一种晶硅太阳电池的热氧化方法，本专利技术方法对氮流量、氧流量、通气时间、压力和温度采用了特定的阶梯式控制，能够有效地在晶硅太阳电池表面生长一层均匀、高质量的SiO钝化膜，使硅片表面晶格缺陷和悬挂键缺陷能很好的修复，并能将硅片表面磷扩散曲线发生再分布作用，使磷原子化学浓度与有效磷原子浓度比值减小，提高少子寿命，从而来提高晶硅电池片的转换效率。本专利技术的具体技术方案为：一种晶硅太阳电池的热氧化方法，包括以下步骤：1)将扩散、刻蚀清洗后的硅片插入石英舟中，在氧化炉中升温至600-800℃，以8-12slm的流量通氮气8-12min，使气压达到500-700mbar。2)分别以1500-2500sccm和300-500sccm的流量通入氮气和氧气8-12min，温度控制在600-800℃，压力为500-700mbar。3)控制氮气和氧气的流量分别为1000-2000sccm和600-800sccm，保持12-18min，并升温至700-900℃，压力为200-400mbar。4)控制氮气和氧气的流量分别为500-1500sccm和900-1100sccm，保持20-25min，温度控制在850-1000℃，压力为50-150mbar。5)控制氮气和氧气的流量分别为1000-2000sccm和600-800sccm，保持12-18min，温度控制在700-900℃，压力为200-400mbar。6)控制氮气和氧气的流量分别为1500-2500sccm和300-500sccm，保持8-12min，温度控制在600-800℃，压力为500-700mbar。7)降温至550-650℃出炉，降温时间8-12min，以8-12slm的流量通入氮气6-10min，使气压达到1000-1100mbar，并测试方阻，方阻控制在90±10欧姆。如
技术介绍
中所述，现有技术中热氧化钝化硅片表面的方法是在高温条件下，用干燥纯净的氧气直接与硅片表面的不饱和硅原子结合形成SiO2，为了保证氧化炉炉管内的压力平衡，同时使氧气均匀分布在炉管内，在氧化阶段同时通入保护气体N2，在热氧化过程中，氧原子穿过氧化膜层向SiO2-Si界面运动并与硅原子进行反应，生长过程如下：氧原子先与硅片外表面的硅原子反应，生成初始氧化层，此后初始氧化层阻止氧原子与硅表面的接触，氧原子以扩散的方式通过氧化层，到达SiO2-Si界面，与硅片外表面内层的硅原子反应，生成新的氧化层。但是本专利技术团队经过长期研究后发现，当SiO2的厚度增长到一定程度后，氧原子扩散到SiO2-Si界面的速度也将变慢，而如果在此热氧化过程中，氧化工艺设计不合理，会导致硅片表面不能均匀充分生长SiO2膜，得不到高质量的SiO钝化膜，从而使硅片表面晶硅缺陷和悬挂键不能得到很好的修复，钝化效果变差，使晶硅电池转换效率受损失。为此，本专利技术通过对工艺温度、氧气流量、通气时间先以阶梯递增，工艺压力、氮气流量以阶梯递减的形式(步骤2)至步骤4))对硅片进行主氧化，来改善传统热氧化工艺恒温恒压状态下随着氧化时间的推移，硅片表面SIO生长放慢导致SiO生长不均匀、生长的SiO质量差的问题，然后再以阶梯递减的形式(步骤4)至步骤6))对硅片进行副氧化，来进一步巩固SiO钝化膜层致密且充分的生长在硅片表面，从而使硅片表面晶格缺陷以及悬挂键多的问题得以解决，达到良好的钝化效果。并且通过温度递增、氧气递增的形式能很好的将硅片表面磷扩散曲线发生再分布作用，使磷原子化学浓度与有效磷原子浓度比值减小，降低硅片表面的少子复合速率，提高少子寿命，从而来提高晶硅电池片的开路电压、填充因子，最终使转换效率得到提升。本专利技术的具体原理为：当SiO2的厚度增长到一定程度后，氧原子扩散到SiO2-Si界面的速度也将变慢，根据此现象，进行氧气/氮气比例、时间、温度、递增递减形式来改善。(氧气多、氮气少[即氧气比例高]那么SiO2的厚度就生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶硅太阳电池的热氧化方法，其特征在于包括以下步骤：1）将扩散、刻蚀清洗后的硅片插入石英舟中，在氧化炉中升温至600‑800℃，以8‑12slm的流量通氮气8‑12min，使气压达到500‑700mbar；2）分别以1500‑2500sccm和300‑500sccm的流量通入氮气和氧气8‑12min，温度控制在600‑800℃，压力为500‑700mbar；3）控制氮气和氧气的流量分别为1000‑2000sccm和600‑800sccm，保持12‑18min，并升温至700‑900℃，压力为200‑400mbar；4）控制氮气和氧气的流量分别为500‑1500sccm和900‑1100sccm，保持20‑25min，温度控制在850‑1000℃，压力为50‑150mbar；5）控制氮气和氧气的流量分别为1000‑2000sccm和600‑800sccm，保持12‑18min，温度控制在700‑900℃，压力为200‑400mbar；6）控制氮气和氧气的流量分别为1500‑2500sccm和300‑500sccm，保持8‑12min，温度控制在600‑800℃，压力为500‑700mbar；7）降温至550‑650℃出炉，降温时间8‑12min，以8‑12slm的流量通入氮气6‑10min，使气压达到1000‑1100mbar，并测试方阻，方阻控制在90±10欧姆。...

【技术特征摘要】
1.一种晶硅太阳电池的热氧化方法，其特征在于包括以下步骤：1）将扩散、刻蚀清洗后的硅片插入石英舟中，在氧化炉中升温至600-800℃，以8-12slm的流量通氮气8-12min，使气压达到500-700mbar；2）分别以1500-2500sccm和300-500sccm的流量通入氮气和氧气8-12min，温度控制在600-800℃，压力为500-700mbar；3）控制氮气和氧气的流量分别为1000-2000sccm和600-800sccm，保持12-18min，并升温至700-900℃，压力为200-400mbar；4）控制氮气和氧气的流量分别为500-1500sccm和900-1100sccm，保持20-25min，温度控制在850-1000℃，压力为50-150mbar；5）控制氮气和氧气的流量分别为1000-2000sccm和600-800sccm，保持12-18min，温度控制在700-900℃，压力为200-400mbar；6）控制氮气和氧气的流量分别为1500-2500sccm和300-500sccm，保持8-12min，温度控制在600-800℃，压力为500-700mbar；7）降温至550-650℃出炉，降温时间8-12min，以8-12slm的流量通入氮气6-10min，使气压达到1000-1100mbar，并测试方阻，方阻控制在90±10欧姆。2.如权利要求1所述的一种晶硅太阳电池的热氧化方法，其特征在于，步骤1）中，在氧化炉中升温至680-720℃，以8-12slm的流量通氮气8-12min，使气压达到580-620mbar。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎剑骑，孙涌涛，彭兴，楼彩霞，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33