多晶电池二次扩散工艺研究

焦朋府， 贾宇龙， 李雪方

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

引 言

在发展迅速的新能源市场中，光伏行业取得了巨大的成绩，而多晶硅太阳能电池约占总额的90%[1]以上，市场竞争非常激烈。为提升企业竞争力，只有提高转换效率、节能降耗，生产出优质电池片，才能在万花齐开的光伏企业中站立脚跟。

本公司电池生产车间基于现有设备，结合扩散烧焦片、色差片影响车间整体合格率的情况，针对现有返工工艺下电池片的转换效率较生产片低0.15%左右的实际，采用优化返工二次扩散配方来提升其转换效率。

1 实验辅材及设备

实验所用电池片为产线金刚多晶扩散烧焦片、PE镀膜色差片。实验设备罗列如下：Centrotherm湿法切边设备用来清洗硅片。Centrotherm厂家的进口扩散炉。丝网采用灯光模拟器模拟标准光照条件。

目前，车间烧焦片的生产流程为：制绒低刻蚀、扩散、湿法切边、PE镀膜、丝网印刷、检测分选。色差片的生产流程为：PSG去蓝膜、切边清洗、扩散、湿法切边、PE镀膜、丝网印刷、检测分选。本文主要针对烧焦片、色差片在扩散前不同的方阻值，优化不同的扩散配方达到提升转换效率的目的。

2 实验结果分析

2.1 方阻值为95 Ω～120 Ω的二次扩散配方优化

图1为方阻值为95 Ω～120 Ω硅片经原扩散配方后在湿法切边出现的黑边和不良亲水性现象。推测是由于扩散推进阶段的含氧量为零，使硅片表面的亲水性氧化物磷硅玻璃[2](P2O5)量较少，从而导致湿法切边水膜不能完全覆盖于硅片表面，致使刻蚀槽液体翻液形成黑边。同时由于通氧量过低，使经酸洗槽清洗过后的硅片表面亲水基团较少，从而导致亲水性较差。为此优化此扩散配方如表1所示。

图1 原工艺效果图

表1 优化扩散配方1

配方中沉积阶段的反应物流量加大，时间延长，保证沉积足量的磷硅玻璃(P2O5)，同时将推进阶段的氧气流量调至最大2 900 mL/min，使在推进阶段仍有足量的氧气与小氮(N2POCL)反应生成足量的P2O5，进而保证硅片表面的磷源浓度和亲水性。该运行配方后方阻实测为85 Ω～95 Ω，达到车间目标要求值。

2.2 方阻值为120 Ω～150 Ω的配方优化

图2为色差膜厚不均匀，经PSG去膜后氮化硅膜[3]未去除干净的硅片外观图。为加大清洗效果，将PSG中HF浓度加大，保证清洗外观效果，但由于清洗力度较大，膜厚不均匀处表面磷硅玻璃的清洗程度也不一样，导致表面沉积磷源浓度不均匀，即方阻均匀性变差，实测方阻值在120 Ω～150 Ω左右。建立优化配方如表2所示。

图2 氮化硅膜残留

表2 优化扩散配方2

此配方在之前一步沉积、一步扩散的生产配方基础上，进行了修改。由于方阻为120 Ω～150 Ω的硅片表面磷浓度过低，一定程度上影响了PN结[4]的结构，因此配方采用794 ℃低温沉积，810 ℃高温推进，同时推进时间延长为16 min，从而达到修复硅片PN结结构，改善方阻值的目的。运用此配方后实测方阻值为85 Ω～95 Ω。

2.3 方阻大于150 Ω的扩散配方优化

图3为方阻大于150 Ω经丝网印刷后，呈现为低效片，EL测试均为烧不透，可见部分片子方阻过高，表面磷浓度过低，与产线烧结温度不匹配，不能形成有效的欧姆接触，从而产生烧不透的现象。为此，采用以下的扩散配方，见表3。

方阻大于150 Ω的返洗片，由于方阻为此范围的硅片表面浓度过低，没有形成PN结或者PN结结构被破坏，因此优化后的生产配方重塑硅片PN结结构，方阻得以优化，运行此配方后方阻实测为85 Ω～95 Ω。

图3 烧不透图片

表3 优化扩散配方3

2.4 电学性能结果

表4中A、B、C三组分别为方阻为95 Ω～110 Ω、120 Ω～15 Ω、>150 Ω的硅片，经扩散优化配方后丝网印刷效率，可见，优化配方后，丝网转换效率与生产持平，优化扩散方阻值，达到了提升转换效率的效果。

表4 电学性能

3 结语

本文针对烧焦、色差片在扩散前出现的不同方阻，采用不同的扩散配方，有效提高硅片表面磷浓度值，修复PN结，降低方阻，提高了转换效率。