[发明专利]一种改善晶硅双面电池小白点的变温变压热氧化工艺

说明书

本发明涉及晶硅太阳电池制造技术领域，为解决双面电池背面小白点比例高的问题，提供了一种改善晶硅双面电池小白点的变温变压热氧化工艺，包括以下步骤：(1)上料；(2)进舟；(3)升温；(4)吹扫；(5)抽真空；(6)氧化；(7)回压冷却；(8)出舟；(9)下料。本发明通过工艺设计，高温吹扫烘烤与低压快速排空相结合，使双面电池背面小白点比例不良率由20％下降至1％以内，大幅提高了双面电池的良率，提高了双面电池的可靠性，在低压高温快速排空环境下，为进行氧化时使硅片表面提供了更高的洁净度，使生长的SiO₂更致密、更均匀，表面复合更少，从而为硅片提供了优良的钝化层。

技术领域

本发明涉及晶硅太阳电池制造技术领域，尤其涉及一种改善晶硅双面电池小白点的变温变压热氧化工艺。

背景技术

光伏行业的核心是技术进步推动成本下降，而推动成本下降要素包括提升太阳电池转换效率、降低电池片不良率。在光伏行业太阳电池端，目前提升太阳电池转换效率最有效的措施都是利用良好的表面钝化技术来降低半导体的表面活性，使表面的复合速率降低，以此来降低少数载流子的表面复合速度。

在当今，为了达到理想的钝化效果，光伏行业晶硅电池端均采用SiO₂热氧化钝化方法来实现，是因为SiO₂是由Si-O四面体组成，四面体的中心是硅原子，四个顶角上是氧原子，顶角上的四个氧原子刚好满足了硅原子的化合价，与Si表面具有良好的匹配性。SiO₂热氧化钝化在晶硅电池生产流程中位于第4道工序：制绒→扩散→刻蚀→热氧化→ALD→正面镀膜→背面镀膜→激光开槽→背电极印刷→铝背场印刷→正电极印刷→烧结→光注入→测试分选。

热氧化工艺生产步骤为：1)上料：将刻蚀完成后的硅片插入石英舟里，石英舟里每个卡齿插入2张硅片，硅片插入石英舟卡齿里时2张硅片刻蚀面背靠背贴在一起；2)进舟：将插入石英舟的硅片送入炉管；3)升温：将炉管里温度控制在一定范围里；4)氧化：升温完成后通入干燥纯净的氧气直接与硅片表面的不饱和硅原子结合形成SiO₂，在此阶段同时通入保护气体N₂，使氧气均匀分布在炉管内，在热氧化过程中，氧原子穿过氧化膜层向SiO₂-Si界面运动并与硅原子进行反应，5)出舟：氧化完成后，将石英舟取出；6)下料。

其反应原理为：在热氧化的反应过程中，大量的氧原子与硅表面未饱和的硅原子结合形成SiO₂薄膜，该薄膜可降低悬挂键的密度，能够很好地控制界面陷阱和固定电荷，此外高质量SiO₂薄膜可把表面态密度降低到100cm²，Si-SiO₂界面的复合速率也可以降到100cm/s以下，从而降低了悬挂键的密度，起到了表面钝化作用，从而提高太阳电池的开路电压和短路电流，最终提高了太阳电池的转换效率。

但是，SiO₂热氧化钝化方法，在工艺控制上，因生长了额外的钝化层，对生产过程的洁净度要求更高。如果过程工艺控制不佳，SiO₂成膜后其表面会出现黑点，SiNx镀膜后变成白点，造成电池外观不良，且外观问题不易解决，从而大幅降低良品率。目前，行业内改善此问题都是从硅片接触的工装夹具的入手，也就是把硅片接触的工装夹具卫生做到无脏污，让硅片保持干净，从而减少硅片在热氧化时，因工装夹具污染导致的产生的不良片，但此改善效果仍不理想。

另外随着晶硅电池技术发展，双面电池因背面也能发电可大幅降低成本问题，已开始取代单面太阳电池逐渐成为市场主流产品。双面电池的生产工艺流程为：制绒→扩散→刻蚀→热氧化→ALD→正面镀膜→背面镀膜→激光开槽→背电极印刷→铝栅线印刷→正电极印刷→烧结→光注入→测试分选。