[發明專利]晶體硅太陽能電池的硼擴散裝置及方法

有效

• 申請號: 201310627425.0
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103633190A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 袁廣鋒;何廣川;陳艷濤;李雪濤
• 申請（專利權）人: 英利集團有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C30B31/06
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本發明涉及太陽能電池制造技術領域，具體而言，涉及一種晶體硅太陽能電池的硼擴散裝置及方法。

背景技術

常規的化石燃料日益消耗殆盡，在現有的可持續能源中，太陽能無疑是一種最清潔、最普遍和最有潛力的替代能源。目前，在所有的太陽能電池中，硅太陽能電池是得到大范圍商業推廣的太陽能電池之一，這是由于硅材料在地殼中有著極為豐富的儲量，同時硅太陽能電池相比其他類型的太陽能電池，有著優異的電學性能和機械性能，硅太陽能電池在光伏領域占據著重要的地位。因此，研發高性價比的硅太陽能電池已經成為各國光伏企業的主要研究方向之一。

在晶體硅太陽能電池的制備過程中，N型晶體硅電池的硼擴散工藝是形成P-N結的核心工藝，由于硼原子在晶體硅中的固溶度遠低于磷原子的固溶度，且硼擴散要求在900℃以上的高溫下進行擴散，化學反應比較復雜，不易控制，因此對擴散工藝的優化較困難。現有的硼擴散方法通常是升溫至擴散溫度，達到擴散溫度后通入硼源，在硅片表面沉積雜質源，在對硅片表面進行沉積的同時對雜質原子進行擴散推進過程。

圖1為現有技術中所采用的硼擴散裝置，包括石英爐管10’、尾氣瓶20’以及用于將石英爐管10’內的尾氣導向尾氣瓶20’的導氣管30’。其中氮氣、硼源三溴化硼和氧氣從位于石英爐管尾部的進氣口12’進入爐管內，在爐管10’內氧氣與三溴化硼反應生成氧化硼，氧化硼與硅片反應生成B，在高溫下由于濃度梯度B向硅片內部擴散，反應后的尾氣通過位于爐管門11’處的導氣管30’入口進入導氣管30’后從尾氣瓶20’逸出。

但是采用現有的硼擴散裝置，硼源三溴化硼和氧氣從位于爐管10’尾部的水平面上的進氣口12’進入爐管內，并向爐管10’的爐門方向擴散，在擴散過程中，由于爐管10’的尾部和頭部的溫度有差異，加上硼源的重力作用使得硼源向石英爐管10’底部擴散，這樣使得只有少量的硼源到達放置在爐管10’頭部附近的硅片表面，也難以在這些硅片表面進行均勻的硼擴散，即使能夠到達硅片表面，也會使得矩形硅片四個角上的擴散方阻不均勻。

一般常規石英質爐管10’中的石英舟能放置500片待擴散硅片，但采用上述的硼擴散裝置，每個石英爐管10’的合格硅片的產量僅有400片，剩余的靠近爐管10’頭部的100片硅片表面硼擴散不均勻，造成硅片產量低，還增加了額外的硼源耗量，并且由于過量硼源沉積在爐管10’的底部形成了大量的硼硅玻璃（BGS），造成了硼源的浪費。可見采用目前的硼擴散裝置，由于進氣口12’設置在爐管10’尾部水平面的中心線上，進氣口12’與爐管10’底部的高度較小，使得硼源三溴化硼在從爐管10’的尾部爐管10’的頭部擴散的過程中容易地沉積到爐管10’的底部，導致硼擴散后硅片的方阻均勻性較差，從而導致形成的P-N結分布不均勻。另外，由于采用現有的硼擴散裝置使得硅片表面上沉積了一層較厚的富硼層，增加了硅片表面的復合速率，降低了少數載流子壽命，嚴重影響了電池的轉換效率。此外，現有的硼擴散裝置還會由于反應尾氣在爐管門11’處匯集，反應尾氣中的三氧化硼與二氧化硅反應使得爐門發生粘連，導致爐門無法打開。

因此，如何對目前的硼擴散裝置進行改進，在不增加硼源耗量、不生成大量硼硅玻璃（BSG）造成硼源浪費的前提下提高產率，并保證硼擴散后的硅片具有均勻方阻成了目前研究的熱點。

發明內容

本發明旨在提供一種晶體硅太陽能電池的硼擴散裝置及方法，采用該擴散裝置提高了進氣口的高度，避免了硼源過快沉積在爐管的底部，從而延長了硼源擴散沉積的時間，進而得到了擴散方阻均勻的硅片，同時避免了硼資源的浪費，提高了產率。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種用于晶體硅太陽能電池的硼擴散裝置，包括：爐管，具有第一進氣口；以及尾氣瓶，與爐管的尾部連通；第一進氣口設置在爐管的管壁上，且位于爐管的水平方向中分面以上。

進一步地，第一進氣口設置在靠近爐門一端的爐管的管壁上。

進一步地，爐管還具有第二進氣口，第二進氣口設置在爐門的中心位置處。

進一步地，第一進氣口為兩個，兩個第一進氣口對稱地設置在爐管的豎直方向中分面兩側的管壁上。

進一步地，兩個第一進氣口與爐管的豎直方向中分面之間的弧度夾角為θ，其中45°≤θ≤75°。

進一步地，兩個第一進氣口與爐管的豎直方向中分面之間的弧度夾角θ為60°。

進一步地，還包括設置在爐管底部的尾氣導氣管，尾氣導氣管的第一端延伸至爐門處，尾氣導氣管的第二端延伸至所述尾氣瓶內。