[發明專利]一種用于提高多晶硅層鈍化效果的水汽退火設備及水汽退火工藝

在審

• 申請號: 202210680729.2
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN115064606A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 沈永臻;李明;趙增超;黃嘉斌;劉湘祁;陳俊;周小榮;申凱林
• 申請（專利權）人: 湖南紅太陽光電科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發明公開了一種用于提高多晶硅層鈍化效果的水汽退火設備及水汽退火工藝，該水汽退火設備包括用于放置待處理退火樣品的腔體，腔體上連通有第一進氣管道、尾氣排出管道和第二進氣管道，位于腔體內部的第二進氣管道上設有若干個水汽噴出口，位于腔體外部的第二進氣管道連通有用于生產水汽的生產裝置。該水汽退火工藝包括對硅片進行高溫晶化，通入水汽進行水汽退火處理。本發明水汽退火設備及水汽退火工藝，既可以精確控制低比例水汽進入量，又能保證水汽在腔體內均勻分布，適用于補充并增加多晶硅中的氫含量，以及在提高水汽退火均勻性的同時也能降低水汽對多晶硅層的氧化，有利于提高多晶硅層的鈍化效果，適用于制備高性能的晶硅太陽能電池。

技術領域

本發明屬于晶硅太陽能電池制造技術領域，涉及一種用于提高多晶硅層鈍化效果的水汽退火設備及水汽退火工藝。

背景技術

晶硅太陽能電池的制造過程中，通常是利用LPCVD或PECVD法制備非晶硅，在非晶硅沉積完成后需要對其進行退火晶化處理，形成多晶硅。目前，對非晶硅進行退火處理的方式主要有磷擴散+高溫退火，或是直接進行高溫退火處理，但無論是哪一種方式，都需要在高溫條件下進行晶化處理。一般的，非晶硅退火晶化溫度為800-900℃，在此溫度條件下進行退火處理，會使非晶硅中的氫大量溢出，導致多晶硅鈍化效果變差，故晶化與氫鈍化之間存在一定的矛盾。因此，如何在有效形成多晶硅的前提下確保多晶硅層具有較好的鈍化效果，是現階段急需解決的技術問題。

為了解決非晶硅高溫晶化過程中的氫逸出問題，有研究人員提出了在退火處理中引入水汽，以降低非晶硅中氫的逸出，然而，現有水汽退火設備及對應的退火工藝仍然存在以下缺陷：(1)由于在高溫條件下水汽對硅的氧化速度明顯大于氧氣對硅的氧化速度，因而在水汽退火過程中水汽會快速氧化表面的非晶硅層，同時為了保證水汽在石英管內各處的均勻分布，對攜帶氣體(如氮氣)流量需求量偏高，一般都得3000sccm以上，這使得水汽進入量難以控制，且水汽量易偏高，導致有效非晶硅厚度降低，另外，為了實現水汽的小比例引入，現有常規方法是使用氫氧合成的方式，在給予足量氧氣的前提下，通過小流量精確控制氫氣進入量以達到低比例水汽的引入，但是由于氫氣的儲存、使用和安全成本均較高，因而不適用于企業大規模的使用。(2)現有水汽退火工藝中通常是先低溫通水汽退火，再進行高溫晶化，這樣的處理方式仍然無法充分發揮水汽退火的優勢，因為通過水汽退火進入到非晶硅中的游離氫，在高溫情況下仍然具有較高的逸出速率，因而在高溫晶化過程中會使水汽退火補充的氫再次逸出，仍然難以獲得較好的鈍化效果，從而不利于提高晶硅太陽能電池的效率。因此，獲得一種既可以精確控制低比例水汽進入量，又能保證水汽在腔體內均勻分布的水汽退火設備，對于有效提高多晶硅層的鈍化效果以及提升適用于晶硅太陽能電池的效率具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種既可以精確控制低比例水汽進入量，又能保證水汽在腔體內均勻分布的用于提高多晶硅層鈍化效果的水汽退火設備，還提供了一種既可以有效形成多晶硅層，又能顯著提高多晶硅層鈍化效果的水汽退火工藝。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種用于提高多晶硅層鈍化效果的水汽退火設備，包括用于放置待處理退火樣品的腔體，所述腔體上連通有用于輸入工藝氣體的第一進氣管道和用于排出尾氣的尾氣排出管道，所述腔體上還連通有用于輸入水汽的第二進氣管道；所述第二進氣管道的一端位于腔體內部，另一端位于腔體外部；所述腔體內部的第二進氣管道上設有若干個水汽噴出口；所述腔體外部的第二進氣管道連通有用于生產水汽的生產裝置。

作為上述技術方案的進一步改進：所述生產裝置包括用于輸入攜帶氣體的進氣管、密閉水槽和出氣管，所述進氣管插入到密閉水槽內的水中，所述第二進氣管道通過出氣管與密閉水槽頂部連通；所述進氣管上還設有用于調控攜帶氣體流量的第一流量控制閥；所述攜帶氣體為氮氣。

作為上述技術方案的進一步改進：所述生產裝置還包括用于調控密閉水槽內水溫度的加熱組件；所述加熱組件包括恒溫槽；所述恒溫槽包括槽體和存儲在槽體內的調溫介質，所述密閉水槽套嵌在調溫介質中；所述調溫介質為水。