多晶電池二次擴(kuò)散工藝研究

焦朋府， 賈宇龍， 李雪方

(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

引 言

在發(fā)展迅速的新能源市場中，光伏行業(yè)取得了巨大的成績，而多晶硅太陽能電池約占總額的90%[1]以上，市場競爭非常激烈。為提升企業(yè)競爭力，只有提高轉(zhuǎn)換效率、節(jié)能降耗，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)電池片，才能在萬花齊開的光伏企業(yè)中站立腳跟。

本公司電池生產(chǎn)車間基于現(xiàn)有設(shè)備，結(jié)合擴(kuò)散燒焦片、色差片影響車間整體合格率的情況，針對現(xiàn)有返工工藝下電池片的轉(zhuǎn)換效率較生產(chǎn)片低0.15%左右的實(shí)際，采用優(yōu)化返工二次擴(kuò)散配方來提升其轉(zhuǎn)換效率。

1 實(shí)驗(yàn)輔材及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用電池片為產(chǎn)線金剛多晶擴(kuò)散燒焦片、PE鍍膜色差片。實(shí)驗(yàn)設(shè)備羅列如下：Centrotherm濕法切邊設(shè)備用來清洗硅片。Centrotherm廠家的進(jìn)口擴(kuò)散爐。絲網(wǎng)采用燈光模擬器模擬標(biāo)準(zhǔn)光照條件。

目前，車間燒焦片的生產(chǎn)流程為：制絨低刻蝕、擴(kuò)散、濕法切邊、PE鍍膜、絲網(wǎng)印刷、檢測分選。色差片的生產(chǎn)流程為：PSG去藍(lán)膜、切邊清洗、擴(kuò)散、濕法切邊、PE鍍膜、絲網(wǎng)印刷、檢測分選。本文主要針對燒焦片、色差片在擴(kuò)散前不同的方阻值，優(yōu)化不同的擴(kuò)散配方達(dá)到提升轉(zhuǎn)換效率的目的。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 方阻值為95 Ω～120 Ω的二次擴(kuò)散配方優(yōu)化

圖1為方阻值為95 Ω～120 Ω硅片經(jīng)原擴(kuò)散配方后在濕法切邊出現(xiàn)的黑邊和不良親水性現(xiàn)象。推測是由于擴(kuò)散推進(jìn)階段的含氧量為零，使硅片表面的親水性氧化物磷硅玻璃[2](P2O5)量較少，從而導(dǎo)致濕法切邊水膜不能完全覆蓋于硅片表面，致使刻蝕槽液體翻液形成黑邊。同時(shí)由于通氧量過低，使經(jīng)酸洗槽清洗過后的硅片表面親水基團(tuán)較少，從而導(dǎo)致親水性較差。為此優(yōu)化此擴(kuò)散配方如表1所示。

圖1 原工藝效果圖

表1 優(yōu)化擴(kuò)散配方1

配方中沉積階段的反應(yīng)物流量加大，時(shí)間延長，保證沉積足量的磷硅玻璃(P2O5)，同時(shí)將推進(jìn)階段的氧氣流量調(diào)至最大2 900 mL/min，使在推進(jìn)階段仍有足量的氧氣與小氮(N2POCL)反應(yīng)生成足量的P2O5，進(jìn)而保證硅片表面的磷源濃度和親水性。該運(yùn)行配方后方阻實(shí)測為85 Ω～95 Ω，達(dá)到車間目標(biāo)要求值。

2.2 方阻值為120 Ω～150 Ω的配方優(yōu)化

圖2為色差膜厚不均勻，經(jīng)PSG去膜后氮化硅膜[3]未去除干凈的硅片外觀圖。為加大清洗效果，將PSG中HF濃度加大，保證清洗外觀效果，但由于清洗力度較大，膜厚不均勻處表面磷硅玻璃的清洗程度也不一樣，導(dǎo)致表面沉積磷源濃度不均勻，即方阻均勻性變差，實(shí)測方阻值在120 Ω～150 Ω左右。建立優(yōu)化配方如表2所示。

圖2 氮化硅膜殘留

表2 優(yōu)化擴(kuò)散配方2

此配方在之前一步沉積、一步擴(kuò)散的生產(chǎn)配方基礎(chǔ)上，進(jìn)行了修改。由于方阻為120 Ω～150 Ω的硅片表面磷濃度過低，一定程度上影響了PN結(jié)[4]的結(jié)構(gòu)，因此配方采用794 ℃低溫沉積，810 ℃高溫推進(jìn)，同時(shí)推進(jìn)時(shí)間延長為16 min，從而達(dá)到修復(fù)硅片PN結(jié)結(jié)構(gòu)，改善方阻值的目的。運(yùn)用此配方后實(shí)測方阻值為85 Ω～95 Ω。

2.3 方阻大于150 Ω的擴(kuò)散配方優(yōu)化

圖3為方阻大于150 Ω經(jīng)絲網(wǎng)印刷后，呈現(xiàn)為低效片，EL測試均為燒不透，可見部分片子方阻過高，表面磷濃度過低，與產(chǎn)線燒結(jié)溫度不匹配，不能形成有效的歐姆接觸，從而產(chǎn)生燒不透的現(xiàn)象。為此，采用以下的擴(kuò)散配方，見表3。

方阻大于150 Ω的返洗片，由于方阻為此范圍的硅片表面濃度過低，沒有形成PN結(jié)或者PN結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞，因此優(yōu)化后的生產(chǎn)配方重塑硅片PN結(jié)結(jié)構(gòu)，方阻得以優(yōu)化，運(yùn)行此配方后方阻實(shí)測為85 Ω～95 Ω。

圖3 燒不透圖片

表3 優(yōu)化擴(kuò)散配方3

2.4 電學(xué)性能結(jié)果

表4中A、B、C三組分別為方阻為95 Ω～110 Ω、120 Ω～15 Ω、>150 Ω的硅片，經(jīng)擴(kuò)散優(yōu)化配方后絲網(wǎng)印刷效率，可見，優(yōu)化配方后，絲網(wǎng)轉(zhuǎn)換效率與生產(chǎn)持平，優(yōu)化擴(kuò)散方阻值，達(dá)到了提升轉(zhuǎn)換效率的效果。

表4 電學(xué)性能

3 結(jié)語

本文針對燒焦、色差片在擴(kuò)散前出現(xiàn)的不同方阻，采用不同的擴(kuò)散配方，有效提高硅片表面磷濃度值，修復(fù)PN結(jié)，降低方阻，提高了轉(zhuǎn)換效率。