局域掺杂方法及设备与流程

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种局域掺杂方法及设备。


背景技术：

2.太阳能电池的加工过程中，需要在电极与硅片的接触区域进行重掺杂形成金属化区域，以使电极接触的地方形成良好的低欧姆接触，减小接触电阻引起的损耗。在非电极接触的地方要求轻掺杂或者零掺杂，以避免电池表面形成死层，从而减少光生电子空穴对的复合损耗。
3.现有技术中，通常通过掩膜技术进行局域掺杂。具体而言，利用掩膜技术进行局域掺杂主要包括步骤：第一步，干法掩膜，将硅片放置于氧化炉，使硅片表面形成二氧化硅掩膜。第二步，湿法掩膜，使硅片表面的二氧化硅掩膜增厚。第三步，利用激光刻蚀栅极浅槽。第四步，酸洗栅极浅槽，以清除栅极浅槽内的氧化硅颗粒。第五步，将硅片置入掺杂炉内进行掺杂，掺杂元素从栅极浅槽向硅片内扩散。
4.采用掩膜技术进行局域掺杂的方式，需要对硅片进行掩膜、刻槽、酸洗及掺杂等多道工序，导致局域掺杂的工艺比较复杂。
5.因此，本领域技术人员亟需解决的技术问题是如何简化局域掺杂的工艺。


技术实现要素：

6.本发明提供一种局域掺杂方法及设备，用以解决现有技术中利用掩膜技术进行局域掺杂工艺较复杂的缺陷，实现简化局域掺杂工艺的效果。
7.本发明提供一种局域掺杂方法，用于对硅片进行局域掺杂，所述硅片设有载流子分离结构，用于使所述硅片受光照激发的载流子向所述硅片的表面漂移，所述方法包括：
8.利用光源照射所述硅片的待掺杂表面，所述待掺杂表面设有待掺杂区域；
9.将掺杂源物质与承载气体混合形成气溶胶；
10.为所述气溶胶附加电荷，所述电荷的极性与所述待掺杂表面的所述载流子极性相反；
11.向所述待掺杂区域喷射附加有所述电荷的所述气溶胶。
12.根据本发明提供的一种局域掺杂方法，所述待掺杂区域包括至少两个平行设置的条状区域；
13.所述向所述待掺杂区域喷射附加有所述电荷的所述气溶胶，包括：
14.向相邻的两个所述条状区域分别喷射挟带有不同种类所述掺杂源物质的所述气溶胶。
15.根据本发明提供的一种局域掺杂方法，所述掺杂源物质中的掺杂元素包括硼、铝、镓、铟、铊和磷中至少一者；
16.和/或，所述掺杂源物质为气态物质、液态物质或者膏状物质。
17.根据本发明提供的一种局域掺杂方法，所述承载气体包括氮气、氩气、氢气和氧气
中的至少一者。
18.本发明还提供一种局域掺杂设备，用于对硅片进行局域掺杂，所述硅片设有载流子分离结构，用于使所述硅片受光照激发的载流子向所述硅片的表面漂移，所述设备包括：
19.输送机构，用于输送所述硅片；
20.光源，与所述输送机构的输送面相对，用于照射所述硅片的待掺杂表面；
21.混合腔结构，设有进气口、进料口和出气口，所述进气口用于通入承载气体，所述进料口用于通入掺杂源物质，所述混合腔结构用于使所述承载气体和所述掺杂源物质混合形成气溶胶，所述出气口朝向所述输送面，用于喷射所述气溶胶；
22.静电发生装置，与所述混合腔结构连接，用于向所述混合腔结构内提供电荷，所述电荷的极性与所述待掺杂表面的所述载流子极性相反。
23.根据本发明提供的一种局域掺杂设备，还包括调节机构，所述混合腔结构设置于所述调节机构上，所述调节机构用于调节所述出气口与所述输送面之间的距离。
24.根据本发明提供的一种局域掺杂设备，所述混合腔结构的数量为至少两个，并且至少两个所述混合腔结构沿垂直于所述输送机构的输送方向排布。
25.根据本发明提供的一种局域掺杂设备，还包括加热装置，用于为所述硅片加热。
26.根据本发明提供的一种局域掺杂设备，还包括外壳，所述光源、所述混合腔结构、所述静电发生装置及至少部分的所述输送面均设置于所述外壳内。
27.根据本发明提供的一种局域掺杂设备，还包括充气装置，所述外壳设有保护气入口和保护气出口，所述充气装置与所述保护气入口连接，用于向所述外壳内充入保护气。
28.本发明提供的局域掺杂方法，通过光源照射硅片的待掺杂表面，在载流子分离结构的作用下，载流子向待掺杂表面漂移，再向待掺杂表面喷射掺杂源物质与承载气体混合形成的气溶胶，所述气溶胶附加有与待掺杂表面的载流子极性相反的电荷。电荷与载流子在硅片的表面中和产生局部高温，气溶胶中的掺杂元素在高温作用下向硅片内部扩散形成表面局域掺杂。
29.如此设置，本发明提供的局域掺杂方法，利用附加有电荷的气溶胶喷射受光源照射的硅片表面即可完成局域掺杂，无需对硅片进行掩膜、激光开槽及酸洗等工序，使得硅片所历经的工序更少，从而能够简化对硅片局域掺杂的工艺流程，进而能够降低硅片局域掺杂的难度，提高硅片局域掺杂的效率。
30.同时，相比于现有技术中利用掩膜技术进行局域掺杂的方式，需要将硅片整体放置于氧化炉及掺杂炉内，使得硅片整体承受高温，容易导致硅片的寿命降低的问题，本发明提供的局域掺杂方法，只在电荷与载流子中和的部位，即待掺杂区域形成高温，使得硅片无需整体经受高温，从而能够解决高温容易影响硅片的寿命的问题。
31.本发明提供的局域掺杂设备，通过输送机构输送硅片，光源能够照射输送机构上的硅片，在硅片的载流子分离结构的作用下，载流子向待掺杂表面漂移。通过混合腔结构能够对承载气体和掺杂源物质混合形成气溶胶，并通过出气口向输送机构上的硅片喷射气溶胶。通过静电发生装置向混合腔结构内提供电荷，使得气溶胶附加有与待掺杂表面的载流子极性相反的电荷。电荷与载流子在硅片的表面中和产生局部高温，气溶胶中的掺杂元素在高温作用下向硅片内部扩散形成表面局域掺杂。
32.如此设置，利用本发明提供的局域掺杂设备进行局域掺杂，无需进行掩膜、激光开
槽及酸洗等步骤，局域掺杂设备利用附加有电荷的气溶胶喷射受光源照射的硅片即可完成局域掺杂，工艺更简单，从而能够降低硅片局域掺杂的难度，提高硅片局域掺杂的效率。
33.同时，相比于现有技术中利用掩膜技术进行局域掺杂的方式，需要将硅片整体放置于氧化炉及掺杂炉内，使得硅片整体承受高温，容易导致硅片的寿命降低的问题，利用本发明提供的局域掺杂设备进行局域掺杂，只在电荷与载流子中和的部位，即待掺杂区域形成高温，使得硅片无需整体经受高温，从而能够解决高温容易影响硅片的寿命的问题。
34.除此之外，通过设置输送机构输送硅片，能够实现硅片在线式连续生产。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例中提供的局域掺杂设备的结构示意图；
37.图2是图1所示视图的侧视图；
38.图3是本发明实施例中提供的另一种局域掺杂设备的结构示意图；
39.图4是本发明实施例中提供的混合腔结构的结构示意图；
40.图5是本发明实施例中提供的光源的结构示意图；
41.图6是图5所示视图的仰视图。
42.附图标记：
43.1、硅片；2、输送机构；3、光源；301、承载板；302、灯珠；303、冷却管；4、混合腔结构；401、进气口；402、进料口；403、出气口；5、静电发生装置；6、调节机构；7、加热装置；8、外壳；9、充气装置。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.现有技术中，通常通过掩膜技术进行局域掺杂，采用掩膜技术进行局域掺杂的方式，需要对硅片进行掩膜、刻槽、酸洗及掺杂等多道工序，导致局域掺杂的工艺比较复杂。为了简化局域掺杂的工艺，降低硅片局域掺杂的加工难度，提高硅片的产能，本发明提供了一种局域掺杂方法及局域掺杂设备。
46.下面结合图1至图6描述本发明实施例中提供的局域掺杂方法。
47.具体来说，局域掺杂方法用于对硅片1进行局域掺杂。所述硅片1设有载流子分离结构，用于使硅片1受光照激发的载流子硅片1的表面漂移。其中，所述载流子为电子或者空穴。载流子分离结构包括但不限于pn结、高低结和钝化接触结构。需要说明的是，pn结、高低结和钝化接触结构均为太阳能电池领域的现有结构，是太阳能电池能够产生光生伏特效应的基础，关于其构造、原理以及加工过程不属于本文论述重点，此处不再赘述。综上，在硅片
1加工出载流子分离结构是本发明实施例提供的局域掺杂方法的运行基础，有之即可，至于如何加工出载流子分离结构，本文不予限定。
48.其中，局域掺杂方法包括步骤：
49.第一步、利用光源3照射硅片1的待掺杂表面，待掺杂表面设有待掺杂区域。
50.具体地，利用光源3照射硅片1的待掺杂表面，响应于光照的激发，在载流子分离结构的作用下，对应的载流子向待掺杂表面漂移。即通过光源3照射产生光生电流。需要说明的是，待掺杂区域是人为划定的需要进行掺杂的区域。
51.可选地，光源3可以是led灯。例如，光源3可配置为波长在300-1000nm范围内可调的单色光led灯，led灯的光强≥20sun。其中，20sun是指20倍太阳光强。当然，光源3并不局限于为led灯，例如还可以采用卤素灯。
52.第二步、将掺杂源物质与承载气体混合形成气溶胶。
53.具体地，可以将掺杂源物质和承载气体导入至混合腔结构4内，二者在混合腔结构4内混合形成气溶胶。
54.第三步、为气溶胶附加电荷。电荷的极性与待掺杂表面的载流子极性相反。
55.具体地，可利用静电发生装置5为气溶胶附加与待掺杂表面的载流子极性相反的电荷。例如，将电荷导入混合腔结构4内，在混合腔结构4内，电荷吸附在气溶胶的颗粒物上，从而使气溶胶挟带电荷。
56.第四步、向待掺杂区域喷射附加有电荷的气溶胶。
57.具体地，根据待掺杂区域的形状，向待掺杂区域喷射附加有电荷的气溶胶。
58.需要说明的是，上述步骤序号只是为了便于对局域掺杂方法进行阐述，而不应该理解为对局域掺杂方法的限制。本领域技术人员可以理解的是，调整上述步骤的先后顺序并不影响局域掺杂方法的实施。例如，在实施第一步之前或者同时，可以实施第二步、第三步和第四步中的任意一者或组合。同理，在实施第二步的同时，可以实施第三步。
59.本发明实施例中提供的局域掺杂方法，通过光源3照射硅片1的待掺杂表面，在载流子分离结构的作用下，载流子向待掺杂表面漂移，再向待掺杂表面喷射掺杂源物质与承载气体混合形成的气溶胶，所述气溶胶附加有与待掺杂表面的载流子极性相反的电荷。电荷与载流子在硅片1的表面中和产生局部高温，气溶胶中的掺杂元素在高温作用下向硅片1内部扩散形成表面局域掺杂。
60.如此设置，本发明实施例中提供的局域掺杂方法，利用附加有电荷的气溶胶喷射受光源3照射的硅片1表面即可完成局域掺杂，无需对硅片1进行掩膜、激光开槽及酸洗等工序，使得硅片1所历经的工序更少，从而能够简化对硅片1局域掺杂的工艺流程，进而能够降低硅片1局域掺杂的难度，提高硅片1局域掺杂的效率。
61.同时，相比于现有技术中利用掩膜技术进行局域掺杂的方式，需要将硅片1整体放置于氧化炉及掺杂炉内，使得硅片1整体承受高温，容易导致硅片1的寿命降低的问题，本发明实施例中提供的局域掺杂方法，只在电荷与载流子中和的部位，即待掺杂区域形成高温，使得硅片1无需整体经受高温，从而能够解决高温容易影响硅片1的寿命的问题。
62.在本发明提供的一些实施例中，待掺杂区域包括至少两个平行设置的条状区域。
63.对应地，向待掺杂区域喷射附加有电荷的气溶胶，包括：
64.向相邻的两个条状区域分别喷射挟带有不同种类掺杂源物质的气溶胶。需要说明
的是，不同种类掺杂源物质是指含有不同掺杂元素的掺杂源物质。
65.通过在相邻的两个条状区域分别掺杂的不同掺杂元素，可以在硅片1表面形成叉指掺杂。例如，对于ibc电池而言，其表面有p区和n区的叉指状间隔排列。在掺杂过程中，使电池待掺杂表面朝向光源3，并向p区和n区分别喷射含有不同掺杂元素的气溶胶，即可在电池背面制备出呈叉指状间隔排列的p区和n区。
66.在本发明提供的一些实施例中，硅片1的待掺杂表面附有介质膜，并且所述介质膜的导电性低于所述硅片1的待掺杂面的导电性。由于气溶胶所挟带电荷在硅片1表面形成的电流会沿硅片1表面横向传导，可能会传导至待掺杂区域外，导致非掺杂区域形成掺杂的问题。通过设置导电性相对较差的介质膜，能够减少电流沿硅片1表面横向传导的问题，使得电荷形成的电流可控性更好，便于将电流控制于待掺杂区域内，使得局域掺杂的效果更好。
67.在本发明提供的一些实施例中，掺杂源物质中的掺杂元素包括硼、铝、镓、铟、铊和磷中至少一者。例如，上述各种掺杂元素可以以单质的形式存在，也可以存在于氧化物中。
68.在本发明提供的一些实施例中，掺杂源物质为气态物质、液态物质或者膏状物质。
69.在本发明提供的一些实施例中，承载气体包括氮气、氩气、氢气和氧气中的至少一者。其中，利用氮气和氩气作为承载气体的同时，还可以作为保护气，覆盖于硅片1的表面，防止硅片1的表面被氧化。利用氢气作为承载气体，可使得硅片1内掺杂有氢原子，在一些场合，氢原子能够和硅片中的其他杂质、点缺陷形成复合体或沉淀，去除杂质的电活性，起到钝化作用，从而可以大幅降低半导体衬底的点缺陷、位错缺陷以及金属缺陷的活性，从而有效提高少子寿命，提高太阳能电池的转换效率。利用氧气作为承载气体，适用于对硅片1有氧化需求的场合，可通过氧气对硅片1表面进行氧化。
70.本发明实施例中还提供一种局域掺杂设备。
71.结合图1-图6介绍本发明实施例中提供的局域掺杂设备。
72.具体来说，本发明实施例中提供的局域掺杂设备用于硅片1进行局域掺杂。所述硅片1设有载流子分离结构，用于使硅片1受光照激发的载流子向硅片1的表面漂移。其中，所述载流子为电子或者空穴。载流子分离结构包括但不限于pn结、高低结和钝化接触结构。需要说明的是，pn结、高低结和钝化接触结构均为太阳能电池领域的现有结构，是太阳能电池能够产生光生伏特效应的基础，关于其构造、原理以及加工过程不属于本文论述重点，此处不再赘述。综上，在硅片1加工出载流子分离结构是本发明实施例提供的局域掺杂设备运行的基础，至于如何加工出载流子分离结构，本文不予限定。
73.其中，局域掺杂设备包括输送机构2、光源3、混合腔结构4和静电发生装置5。
74.输送机构2用于输送硅片1。例如，输送机构2可以是金属履带输送机构或者陶瓷辊输送机构。
75.可选地，输送机构2的输送速度可以是0.5m-3m/s。
76.光源3与输送机构2的输送面相对，用于照射输送机构2上的硅片1的待掺杂表面。可选地，光源3可以是led灯。例如，光源3可配置为波长在300-1000nm范围内可调的单色光led灯，led灯的光强≥20sun。其中，20sun是指20倍太阳光强。例如，led灯包括承载板301、灯珠302和冷却管303。其中，灯珠302和冷却管303设置在承载板301上。冷却管303内可用于通入冷却液，用于对灯珠302进行降温，以避免灯珠302温度过高。灯珠302和冷却管303分别设置在承载板301的两个表面上。冷却管303和承载板301中的至少一者设置为铝质或铜质。
当然，光源3并不局限于为led灯，例如还可以采用卤素灯。
77.混合腔结构4设有进气口401、进料口402和出气口403。进气口401用于通入承载气体，进料口402用于通入掺杂源物质。混合腔结构4设置为腔体结构，混合腔结构4用于使承载气体和掺杂源物质混合形成气溶胶。出气口403朝向输送机构2的输送面，用于向硅片1喷射气溶胶。其中，进气口401的数量、的数量及出气口403的数量均不限于一个。掺杂源物质可以直接通入到进料口402内，也可以由气体输送的方式通入到进料口402内。
78.静电发生装置5与混合腔结构4连接，用于向混合腔结构4内提供电荷，电荷的极性与待掺杂表面的载流子极性相反。例如，静电发生装置5为静电发生器，静电发生器的发射端设置于混合腔结构4的内部，用于向混合腔结构4内提供电荷。需要说明的是，静电发生器属于现有技术中的产品，关于其构造和原理不属于本文论述重点，此处不再赘述。
79.本发明实施例中提供的局域掺杂设备，通过输送机构2输送硅片1，光源3能够照射输送机构2上的硅片1，在硅片1的载流子分离结构的作用下，载流子向待掺杂表面漂移。通过混合腔结构4能够对承载气体和掺杂源物质混合形成气溶胶，并通过出气口403向输送机构2上的硅片1喷射气溶胶。通过静电发生装置5向混合腔结构4内提供电荷，使得气溶胶附加有与待掺杂表面的载流子极性相反的电荷。电荷与载流子在硅片1的表面中和产生局部高温，气溶胶中的掺杂元素在高温作用下向硅片1内部扩散形成表面局域掺杂。
80.如此设置，利用本发明实施例中提供的局域掺杂设备进行局域掺杂，无需进行掩膜、激光开槽及酸洗等步骤，局域掺杂设备利用附加有电荷的气溶胶喷射受光源3照射的硅片1即可完成局域掺杂，工艺更简单，从而能够降低硅片1局域掺杂的难度，提高硅片1局域掺杂的效率。
81.同时，相比于现有技术中利用掩膜技术进行局域掺杂的方式，需要将硅片1整体放置于氧化炉及掺杂炉内，使得硅片1整体承受高温，容易导致硅片1的寿命降低的问题，利用本发明实施例中提供的局域掺杂设备进行局域掺杂，只在电荷与载流子中和的部位，即待掺杂区域形成高温，使得硅片1无需整体经受高温，从而能够解决高温容易影响硅片1的寿命的问题。
82.除此之外，通过设置输送机构2输送硅片1，能够实现硅片1在线式连续生产。
83.在本发明提供的一些实施例中，混合腔结构4还包括喷嘴，喷嘴设置于出气口403。通过设置喷嘴能够使对气溶胶形成汇聚作用，可使得喷嘴喷出的气溶胶气流直径更细。随着输送机构2对硅片1进行驱动，喷嘴喷出气流，可在硅片1的表面可以形成线状掺杂区域。
84.在本发明提供的一些实施例中，局域掺杂设备还包括调节机构6，混合腔结构4设置于调节机构6上，调节机构6用于调节出气口403与输送机构2的输送面之间的距离。
85.由于出气口403喷出的气流整体会呈锥形，即距离出气口403越远气流直径越大，因此通过调整出气口403与输送面之间的距离，即可调节线状掺杂区域的宽度。例如，通过调节机构6调节出气口403与输送面之间的距离，可以使线状掺杂区域的宽度范围为5μm-120μm。
86.可选地，调节机构6可以为丝杠螺母升降机构。例如，丝杠螺母驱动机构包括支架、升降座、丝杠螺母驱动机构及电机。其中，支架固定设置，例如可以与地面连接固定或者与输送机构2的机架连接固定。升降座可滑动地设置在支架上，丝杠螺母驱动机构设置在支架上并与升降座连接，用于驱动升降座运动。电机设置于支架上与丝杆螺母驱动机构连接，用
于为丝杠螺母驱动机构提供动力。
87.参考图1所示，混合腔结构4的数量为至少两个，并且至少两个混合腔结构4沿垂直于输送机构2的输送方向排布。如此设置，一方面，可以利用局域掺杂设备，同时为多个硅片1进行局域掺杂。另一方面，在至少两个混合腔结构4交替设置挟带有不同种类掺杂源物质的气溶胶，可以在硅片1表面形成叉指掺杂。例如，对于ibc电池而言，其表面有p区和n区的叉指状间隔排列。在掺杂过程中，使电池待掺杂表面朝向光源3，并通过对应的混合腔结构4向p区和n区分别喷射含有不同掺杂元素的气溶胶，即可在电池背面制备出呈叉指状间隔排列的p区和n区。需要说明的是，不同种类掺杂源物质是指含有不同掺杂元素的掺杂源物质。
88.可选地，参考图1所示，可以沿垂直于输送机构2的输送方向排布多个硅片1。混合腔结构4为多组，且分别与对应的硅片1相对，每组设置多个混合腔结构4。如此，可以同时对多个硅片1进行局域掺杂，并且在每个硅片1上均可以制备叉指掺杂。
89.在本发明提供一些实施例中，局域掺杂设备还包括加热装置7，用于为硅片1加热。通过设置加热装置7，可以在需要时为硅片1提供基础温度，以便于掺杂元素向硅片1内扩散，从而使硅片1表面能够形成更好的局域掺杂效果。例如，加热装置7可以为红外线加热装置7。
90.可选地，加热装置7可以设置在硅片1运行方向的上方、下方或者两侧。
91.可选地，加热装置7的温度区间为180℃-850℃。
92.在本发明提供一些实施例中，局域掺杂设备还包括外壳8，光源3、混合腔结构4、静电发生装置5及至少部分的输送面均设置于外壳8内。如此设置，能够避免外界物质对掺杂过程造成干扰，以保证局域掺杂效果。
93.在本发明提供一些实施例中，局域掺杂设备还包括充气装置9，外壳8设有保护气入口和保护气出口，充气装置9与保护气入口连接，用于向外壳8内充入保护气。通过向外壳8内通入保护气，避免其他气体或者漂浮于空气的颗粒杂质等进入到外壳8对局域掺杂过程造成干扰，以进一步保证局域掺杂效果。例如，充气装置9包括但不限于是储存有保护气的压力容器。
94.可选地，保护气包括但不限于氩气和氮气。
95.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。