[发明专利]晶体硅太阳能电池的硼扩散装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体而言，涉及一种晶体硅太阳能电池的硼扩散装置及方法。

背景技术

常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳能电池中，硅太阳能电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池，有着优异的电学性能和机械性能，硅太阳能电池在光伏领域占据着重要的地位。因此，研发高性价比的硅太阳能电池已经成为各国光伏企业的主要研究方向之一。

在晶体硅太阳能电池的制备过程中，N型晶体硅电池的硼扩散工艺是形成P-N结的核心工艺，由于硼原子在晶体硅中的固溶度远低于磷原子的固溶度，且硼扩散要求在900℃以上的高温下进行扩散，化学反应比较复杂，不易控制，因此对扩散工艺的优化较困难。现有的硼扩散方法通常是升温至扩散温度，达到扩散温度后通入硼源，在硅片表面沉积杂质源，在对硅片表面进行沉积的同时对杂质原子进行扩散推进过程。

图1为现有技术中所采用的硼扩散装置，包括石英炉管10’、尾气瓶20’以及用于将石英炉管10’内的尾气导向尾气瓶20’的导气管30’。其中氮气、硼源三溴化硼和氧气从位于石英炉管尾部的进气口12’进入炉管内，在炉管10’内氧气与三溴化硼反应生成氧化硼，氧化硼与硅片反应生成B，在高温下由于浓度梯度B向硅片内部扩散，反应后的尾气通过位于炉管门11’处的导气管30’入口进入导气管30’后从尾气瓶20’逸出。

但是采用现有的硼扩散装置，硼源三溴化硼和氧气从位于炉管10’尾部的水平面上的进气口12’进入炉管内，并向炉管10’的炉门方向扩散，在扩散过程中，由于炉管10’的尾部和头部的温度有差异，加上硼源的重力作用使得硼源向石英炉管10’底部扩散，这样使得只有少量的硼源到达放置在炉管10’头部附近的硅片表面，也难以在这些硅片表面进行均匀的硼扩散，即使能够到达硅片表面，也会使得矩形硅片四个角上的扩散方阻不均匀。

一般常规石英质炉管10’中的石英舟能放置500片待扩散硅片，但采用上述的硼扩散装置，每个石英炉管10’的合格硅片的产量仅有400片，剩余的靠近炉管10’头部的100片硅片表面硼扩散不均匀，造成硅片产量低，还增加了额外的硼源耗量，并且由于过量硼源沉积在炉管10’的底部形成了大量的硼硅玻璃（BGS），造成了硼源的浪费。可见采用目前的硼扩散装置，由于进气口12’设置在炉管10’尾部水平面的中心线上，进气口12’与炉管10’底部的高度较小，使得硼源三溴化硼在从炉管10’的尾部炉管10’的头部扩散的过程中容易地沉积到炉管10’的底部，导致硼扩散后硅片的方阻均匀性较差，从而导致形成的P-N结分布不均匀。另外，由于采用现有的硼扩散装置使得硅片表面上沉积了一层较厚的富硼层，增加了硅片表面的复合速率，降低了少数载流子寿命，严重影响了电池的转换效率。此外，现有的硼扩散装置还会由于反应尾气在炉管门11’处汇集，反应尾气中的三氧化硼与二氧化硅反应使得炉门发生粘连，导致炉门无法打开。

因此，如何对目前的硼扩散装置进行改进，在不增加硼源耗量、不生成大量硼硅玻璃（BSG）造成硼源浪费的前提下提高产率，并保证硼扩散后的硅片具有均匀方阻成了目前研究的热点。

发明内容

本发明旨在提供一种晶体硅太阳能电池的硼扩散装置及方法，采用该扩散装置提高了进气口的高度，避免了硼源过快沉积在炉管的底部，从而延长了硼源扩散沉积的时间，进而得到了扩散方阻均匀的硅片，同时避免了硼资源的浪费，提高了产率。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于晶体硅太阳能电池的硼扩散装置，包括：炉管，具有第一进气口；以及尾气瓶，与炉管的尾部连通；第一进气口设置在炉管的管壁上，且位于炉管的水平方向中分面以上。

进一步地，第一进气口设置在靠近炉门一端的炉管的管壁上。

进一步地，炉管还具有第二进气口，第二进气口设置在炉门的中心位置处。

进一步地，第一进气口为两个，两个第一进气口对称地设置在炉管的竖直方向中分面两侧的管壁上。

进一步地，两个第一进气口与炉管的竖直方向中分面之间的弧度夹角为θ，其中45°≤θ≤75°。

进一步地，两个第一进气口与炉管的竖直方向中分面之间的弧度夹角θ为60°。

进一步地，还包括设置在炉管底部的尾气导气管，尾气导气管的第一端延伸至炉门处，尾气导气管的第二端延伸至所述尾气瓶内。