一種適用于N型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法與流程

一種適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法
技術領域
1.本發明屬于n型電池制備技術領域，涉及一種適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法。


背景技術：

2.n型電池，包括hjt電池和topcon電池，由于具有理論效率高，光衰小，弱光響應好，雙面發電等優點，在近期受到了廣泛的關注和研究，gw級規模量產線已經形成。n型硅片是hjt電池和topcon電池重要生產材料，其質量對hjt電池和topcon電池的效率有較大的影響。當前行業n型硅片不僅產能低，硅片質量也參差不齊，這在很大程度上阻礙了n型電池技術的發展。
3.為了改善n型硅片質量對電池效率的影響，行業主要通過磷擴散吸雜(如hjt電池)和光注入退火(如topcon電池)，其中磷擴散吸雜是利用金屬雜質向具有晶格不完整的區域聚集的特性，通過引入缺陷形成雜質富集區域，然后將這一層雜質富集的損傷區域去掉，就可達到去除硅片中部分雜質的目的，減少硅片中少數載流子的復合中心，提高電池的短路電流，從而提高太陽能電池光電轉換效率。然而，常規的磷擴散吸雜一般會采取雙面高溫深度管式磷擴散吸雜，雖然能改善n型硅片質量，但是，雙面預清洗拋光減薄、去高深摻雜層減薄和大絨面制絨減薄處理后，n型硅片減薄過多，增加制程控制難度，不利于n型硅片薄片化推廣。另一種方法是通過表面涂敷后鏈式擴散退火吸雜，即在制絨硅片至少一個表面涂敷一層磷漿層，對涂敷的磷漿層進行鏈式擴散退火，鏈式擴散退火包括升溫階段、恒溫階段和降溫階段，升溫階段和降溫階段均分別包含具有不小于30℃/min的溫度驟變度，使得磷漿層與硅片中的雜質互溶而形成磷硅吸雜層，去除磷硅層，該磷擴散吸雜技術操作復雜，能耗高，清洗化學品耗量高，吸雜效果差。因此，如何獲得一種既能夠較好地改善n型硅片質量，又能有效控制硅片減薄量的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，對于降低n型電池的生產成本以及提高n型電池的產能具有重要意義。


技術實現要素：

4.本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種操作簡單、能耗低、硅片減薄量小、吸雜效果好的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法。
5.為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
6.一種適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，包括以下步驟：
7.s1、對n型硅片表面進行前清洗，在硅片雙面形成絨面；
8.s2、對n型硅片進行磷擴散吸雜，在硅片雙面吸雜后形成磷摻雜n++區和psg層；
9.s3、對n型硅片進行鏈式清洗，去除背面和邊緣的psg層；
10.s4、對n型硅片去除psg面進行后清洗，增大絨面金字塔尺寸；
11.s5、對n型硅片進行槽式清洗，去除另一表面的psg層；
12.s6、對n型硅片雙面絨面金字塔尺寸進行調控；
13.s7、對n型硅片雙面絨面進行塔尖圓滑處理，完成對n型硅片雙面絨面的差異化處理。
14.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟s2中，所述磷摻雜n++區表面磷摻雜濃度為2
×
10
19
/cm3～6
×
10
21
/cm3；所述磷摻雜n++區磷摻雜濃度≥1
×
10
18
/cm3的深度為0.1～1.2μm。
15.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟s2中，所述磷擴散吸雜包括以下步驟：
16.(1)前氧化：將n型硅片送入擴散爐內，通入氧氣，對n型硅片進行氧化處理；
17.(2)沉積：往擴散爐內通入磷源，在n型硅片表面沉積大量源量；
18.(3)推進：n型硅片升溫到設定溫度，進行高溫磷推進，雜質熔解并向表面析出；
19.(4)降溫：對擴散爐進行降溫；
20.(5)降溫氧化：往擴散爐內中通入氧氣，對n型硅片進行氧化處理；
21.(6)出舟。
22.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟(1)中，所述前氧化的工藝參數為：時間為120～300s，壓力為50～200mbar，溫度為760～800℃，大氮流量為600～1200ml/min，小氮流量為0ml/min，氧氣流量為300～1200ml/min。
23.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟(2)中，所述沉積的工藝參數為：時間為300～900s，壓力為60～200mbar，溫度為760～800℃，大氮流量為300～1000ml/min，小氮流量為300～1600ml/min，源瓶控壓0.6～0.8個大氣壓，氧氣流量為300～1200ml/min。
24.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟(3)中，所述推進的工藝參數為：時間為300～1800s，壓力為60～200mbar，溫度為800～880℃，大氮流量為1800～3000ml/min，小氮流量為0ml/min，氧氣流量為0ml/min。
25.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟(4)中，所述降溫的工藝參數為：時間為120～1800s，壓力為60～200mbar，溫度為720～780℃，大氮流量為1000m l/min，小氮流量為0ml/min，氧氣流量為0ml/min。
26.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟(5)中，所述降溫氧化的工藝參數為：時間為60～900s，壓力為60～200mbar，溫度為720～780℃，大氮流量為500～1200m l/min，小氮流量為0l/min，氧氣流量為600～3000m l/min。
27.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟(6)中，所述出舟的工藝參數為：時間為300～900s，溫度為300～780℃，大氮流量為5000～10000ml/min，小氮和氧氣的流量均為0ml/min，出舟速度為300～800mm/min。
28.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟(1)中，所述前氧化之前，還包括以下步驟：
29.(1.1)開始：通入氮氣，將擴散爐升溫至780～810℃；所述氮氣的流量為4000～6000ml/min；所述升溫至780～810℃在10s內完成；
30.(1.2)進舟：將n型硅片放入到擴散爐內；所述進舟的工藝參數為：時間為360～600s，溫度為760～800℃，大氮流量為5000～9000ml/min，小氮和氧氣的流量為0l/min，進舟速度為600～1800mm/min；
31.(1.3)升溫恒溫：對擴散爐進行升溫，保持溫度穩定；所述升溫恒溫的工藝參數為：時間為300～900s，壓力為60～200mbar，溫度為760～800℃，大氮流量為2500ml/min，小氮和氧氣的流量均為0l/min。
32.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟s1中，將硅片浸沒在堿性溶液中，采用槽式堿洗工藝對n型硅片表面的絨面進行前清洗，直至形成金字塔尺寸為0.5～4μm的絨面；所述堿性溶液為koh溶液和/或naoh溶液；所述堿性溶液的質量濃度為0.5～2％；所述堿性溶液中還含有制絨添加劑，所述堿性溶液中制絨添加劑的體積比濃度為0.5～2％。
33.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟s3中，將n型硅片背面朝下漂浮在清洗液上，正面用水膜保護，對n型硅片背面和邊緣psg層進行鏈式清洗；所述清洗液為hf溶液；所述hf溶液的體積濃度為5～30％。
34.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟s4中，將硅片浸沒在堿性溶液中，對n型硅片背面進行后清洗，直至形成金字塔尺寸為1～6μm的絨面；所述堿性溶液為koh溶液和/或naoh溶液；所述堿性溶液的質量濃度為0.5～2％；所述堿性溶液中還含有制絨添加劑；所述堿性溶液中制絨添加劑的體積比濃度為0.5～2％。
35.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟s5中，將n型硅片放入清洗液中，對n型硅片進行槽式清洗；所述清洗液為hf溶液、hf與h2o2和/或hcl的混合溶液中的其中一種。
36.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟s6中，將硅片浸沒在堿性溶液中，對n型硅片雙面絨面金字塔尺寸進行調控；所述堿性溶液為koh溶液和/或naoh溶液；所述堿性溶液的質量濃度為0.5～2％；所述堿性溶液中還含有制絨添加劑；所述堿性溶液中制絨添加劑的體積比濃度為0.5～2％。
37.上述的適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，進一步改進的，步驟s7中，將n型硅片放入清洗液中，對n型硅片雙面絨面進行塔尖圓滑處理；所述清洗液為hf/h2o2的混合溶液或hf/h2o2/hcl的混合溶液。
38.與現有技術相比，本發明的優點在于：
39.針對現有磷擴散吸雜工藝存在的硅片減薄量大、操作復雜、能耗高、吸雜效果差等缺陷，本發明提供了一種適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，包括對n型硅片進行前清洗、雙面磷擴散吸雜、鏈式去單面psg、后清洗(槽式單側絨面優化)、槽式去單面psg、雙絨面尺寸調控和塔尖圓滑處理，不僅能夠較好地改善n型硅片質量，又能有效控制在處理過程中硅片的減薄量，有利于hjt電池薄片化控制和推廣，同時還能提升和調控單面表面活性磷濃度，通過形成的高低結作用，改善載流子傳輸，有利于提高電池效率。此外，本發明還能實現硅片兩面絨面金字塔尺寸差異，滿足特殊需求。本發明適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法具有操作簡單、能耗低、硅片減薄量小、吸雜效果好等優點，使用價值高，應用前景好。
附圖說明
40.為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。
41.圖1為本發明實施例1中適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗示意圖。
42.圖2為本發明實施例1中hjt電池的制備工藝流程示意圖。
43.圖3為現有常規hjt電池的制備工藝流程示意圖。
44.圖4為本發明實施例1中n型硅片磷摻雜n++區表面磷擴散摻雜曲線圖。
具體實施方式
45.以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而限制本發明的保護范圍。
46.以下實施例中所采用的原料和儀器均為市售；所采用的設備和制備工藝若無特別說明均為常規設備和常規工藝。
47.實施例1
48.一種適用于n型硅片的磷擴散吸雜及清洗方法，如圖1和圖2所示，包括以下步驟：
49.s1、對n型硅片表面進行前清洗，在硅片正面和背面形成絨面，具體為：將硅片浸沒在堿性溶液中，采用槽式堿洗工藝對n型硅片表面進行前清洗，直至在在硅片正面和背面形成尺寸為0.5～1.5μm的絨面，其中采用堿性溶液為koh溶液，質量濃度為0.6％，且該堿性溶液中含有制絨添加劑(該制絨添加劑為市售制絨小絨面添加劑，如時創ts55v42或拓邦產品)，體積濃度為0.8％。
50.該步驟s1中，通過對n型硅片表面進行前清洗，可根據需要在硅片正面和背面形成絨率高的小絨面(0.5～1.5μm)和中絨面(1.5～4μm)，由此可以增加硅片的比表面積，從而有利于增強表面磷沉積擴散吸雜作用；同時也能有效去除表面的有機物和重金屬離子。
51.s2、對n型硅片進行高濃度磷擴散吸雜，在硅片正面和背面形成形成磷摻雜n++區和psg層，具體為：前清洗完成后，采用單槽單插模式將n型硅片插入到石英舟中，并送入到擴散設備爐管內，其中各個工藝步驟及工藝參數如下：
52.(1)開始：時間為10s，溫度設置為780℃，大氮流量為3000ml/min，小氮和氧氣的流量均為0ml/min；
53.(2)進舟：時間為520s，溫度設置為780℃，大氮流量為6000ml/min，小氮和氧氣的流量為0l/min，進舟速度為1200mm/min；
54.(3)升溫恒溫：時間為600s，壓力設置為120mbar，溫度設置為780℃，大氮流量為2500ml/min，小氮和氧氣的流量均為0l/min；
55.(4)前氧化：時間為300s，壓力設置為120mbar，溫度設置為780℃，大氮流量為1200ml/min，小氮流量為0ml/min，氧氣流量為600ml/min；
56.(5)沉積：時間為300s，壓力設置為120mbar，溫度設置為780℃，大氮流量為600ml/min，小氮流量為1600ml/min，源瓶控壓0.7個大氣壓，氧氣流量為600ml/min；
57.(6)推進：時間為520s，壓力設置為120mbar，溫度設置為810℃，大氮流量為2500ml/min，小氮流量為0ml/min，氧氣流量為0ml/min；
58.(7)降溫：時間為300s，壓力設置為120mbar，溫度設置為720℃，大氮流量為1000ml/min，小氮流量為0ml/min，氧氣流量為0ml/min；
59.(8)降溫氧化：時間為180s，壓力設置為120mbar，溫度設置為780℃，大氮流量為700ml/min，小氮流量為0l/min，氧氣流量為1800ml/min；
60.(9)出舟：時間為600s，溫度設置為600℃，大氮流量為6000ml/min，小氮和氧氣的流量均為0ml/min，出舟速度為600mm/min；
61.(10)冷卻：上述硅片冷卻至室溫，即得所要求的磷擴散吸雜硅片。
62.該步驟s2中，如圖4所示，磷擴散吸雜硅片的磷摻雜n++區表面磷摻雜濃度為3
×
10
19
/cm3，且磷摻雜濃度≥1
×
10
18
/cm3的深度為0.11μm。
63.該步驟s2中，如表1所示，考察了不同磷擴散吸雜工藝對少子壽命的影響。由表1可知，本發明中采用高濃度磷擴散吸雜工藝，能夠顯著提高硅片的少子壽命。
64.表1不同磷擴散吸雜工藝少子壽命對比
[0065][0066]
s3、對n型硅片背面psg進行鏈式清洗，去除背面和邊緣的psg層，具體為：將n型硅片背面朝下漂浮在鏈式清洗機的清洗液上，對n型硅片背面和邊緣psg層進行鏈式清洗，其中清洗液為hf溶液，體積濃度為25％，鏈式清洗過程中帶速為2.3m/min。該步驟中，正面的psg層朝上，通過水膜保護得以保留，再經過水洗和烘干。
[0067]
s4、對n型硅片背面進行后清洗，增大背面的絨面金字塔尺寸，具體為：將硅片浸沒在堿性溶液中，采用槽式堿洗工藝對n型硅片背面的絨面進行后清洗，直至背面形成金字塔尺寸為1.5～4μm的絨面，其中采用堿性溶液為koh溶液，質量濃度為0.65％，反應溫度80℃，且該堿性溶液中含有制絨添加劑(該制絨添加劑為市售制絨正常絨面添加劑，如時創或拓邦產品)，體積濃度為0.65％。該步驟中，在正面的psg層保護下正面絨面得以保留，而硅片背面絨面(去除psg面)的尺寸金字塔尺寸進一步增加。
[0068]
s5、對n型硅片進行槽式清洗，去除另一表面(正面)的psg層，具體為：將n型硅片置于清洗槽的清洗液中，對n型硅片進行槽式清洗，其中清洗液為hf溶液，體積濃度為20％。
[0069]
s6、對n型硅片雙面絨面金字塔尺寸進行調控，具體為：將硅片浸沒在堿性溶液中，對n型硅片雙面絨面尺寸進行調控，使雙面絨面滿足設計要求，其中采用堿性溶液為koh溶液，質量濃度為0.65％，反應溫度80℃，且該堿性溶液中含有制絨添加劑(該制絨添加劑為市售制絨正常絨面添加劑，如時創或拓邦產品)，體積濃度為0.5％。
[0070]
s7、對n型硅片雙面絨面進行塔尖圓滑處理，具體為：將n型硅片放入清洗槽的清洗液中，對n型硅片雙面絨面進行塔尖圓滑處理，并減小有機物污染，其中清洗液為hf/h2o2/hcl的混合溶液，該混合溶液中hf的體積濃度為1％，h2o2的體積濃度為2％，hcl的體積濃度為5％，完成對n型硅片雙面絨面的差異化處理。
[0071]
本發明的工藝方法中，在鏈式去單面psg后，通過單面保留的psg和制絨技術可實現硅片兩面絨面金字塔尺寸差異，滿足特殊需求(匹配提效)。例如在hjt電池正面制備大尺寸金字塔(4-6μm)，在背面中尺寸金字塔(1.5-4μm)。與此同時，前期保留psg層的一側可通過可控的工藝配方優化，可實現單側保留部分n+區，表面濃度5*10
17-5*10
18
/cm3，該面用于沉積本征非晶硅/摻磷非晶硅，或者本征微納晶硅/摻磷微納晶硅，通過形成的高低結作用，
改善載流子傳輸，提升效率。
[0072]
以上實施例僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應該指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。