一种太阳能电池智能扩散工艺的制作方法

1.本发明涉及太阳能电池生产领域，特别涉及一种太阳能电池智能扩散工艺。


背景技术：

2.太阳能电池的生产工艺流程包括材料制备、清洗和刻蚀、扩散和抗反射层制备、电极制备和组件组装、检验和测试。其中，扩散工艺是在硅片表面形成pn结，通常是通过将硅片放入扩散炉中，使掺杂物在高温下扩散到硅片表面。
3.太阳能电池扩散工艺包括入炉、抽真空、氧化、扩散、推进（重复2-4次的扩散和推进）、降温出炉步骤。太阳能电池扩散工艺是太阳能电池生成的核心工艺。太阳能电池扩散工艺影响最大的地方是：扩散炉炉体、供气系统、加热系统、真空系统、温控系统。其中供气系统中在扩散炉中通入氧气、氮气、携带气，在扩散炉的上还通过真空泵抽取尾气，从而尽可能的保持扩散炉在扩散过程中的每个阶段或者步骤保持恒定的气体浓度，进而得到扩散效果最佳的太阳能电池片。
4.然而在实际扩散过程中，氧气、氮气、携带气的进气阀的流量控制有限制，特别是炉内压力处于不同的真空度时，进气阀相同的开度，流量也有所差别。另外受到不同扩散炉内部气体流程的影响，实际上扩散炉内部压力也有所差异。工作人员往往是根据扩散流程，在不同的时间段给予扩散进气阀的不同开度和真空泵的不同开度来控制气体流量。因此实际生成中的扩散效率与实验室的实验效率有着明显的差异。这主要是扩散炉不能智能的调节气体流量，由于实际炉体（很大）和实验炉体（较小）的差异导致扩散效果的降低。表现在相同的扩散炉采用相同的工艺生成，不同炉之间扩散效果差异明显。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：如何智能的控制扩散炉的流量，在工艺设置条件下达到最佳的扩散效果。
6.本发明所采用的技术方案是：一种太阳能电池智能扩散工艺，按如下步骤进行步骤一、获取数据库中评分最高的扩散工艺的设定参数，包括扩散工艺分为几个扩散步骤，每个扩散步骤中的扩散温度、扩散时间、通入的气体种类和流量；步骤二、在扩散炉中，按照扩散工艺的设定参数进行扩散，实时检测扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度；步骤三、根据扩散工艺的设定参数、扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度获得扩散过程中气体实时的消耗量；步骤四、根据扩散过程中气体实时的消耗量，实时调整扩散工艺的气体流量的设定参数；步骤五、将调整后的扩散工艺的气体流量的设定参数作为扩散工艺的设定参数，返回步骤二按照扩散工艺的设定参数继续进行扩散，直至完成整个扩散工艺；步骤六、检测扩散完成后太阳能电池片的扩散情况，包括节深、表面重掺杂浓度、
电阻，对扩散情况进行评分，将评分及其对应的扩散工艺的设定参数反馈回数据库中。
7.所述扩散炉上有氧气进口、氮气进口、携带气进口、尾气出口，且每个进口和出口都安装有流量调节阀，尾气出口还安装有用于检测气体种类和浓度的检测仪和吸气泵。
8.所述根据扩散过程中气体实时的消耗量，实时调整扩散工艺的设定参数包括，气体实时的消耗量为v
w1
，调整扩散工艺前的设定参数计算出来的气体平均消耗量为v
w2
，调整扩散工艺后的气体平均消耗量为v
w3
，实时调整扩散工艺的设定参数为f（v
w3
），f（）为设定参数与气体平均消耗量之间的函数，当|v
w2
‑ꢀvw1
|/ v
w2
小于等于2%时，v
w3
= v
w2
，当|v
w2
‑ꢀvw1
|/ v
w2
大于2%时，v
w3
= v
w2
+k（|v
w2
‑ꢀvw1
），k为系数，3＞k＞1.5，k的取值与扩散炉有关，w为气体种类为氧气、氮气、携带气的一种。
9.所述对扩散情况进行评分是指，当节深评分为a1，表面重掺杂浓度评分为a2，电阻评分为a3时，总分a= a1* a1+ a2* a2+ a3* a3，其中，a1为节深评分系数，a2为表面重掺杂浓度评分系数，a3为电阻评分系数，节深评分a1最高评分为100，最低频分为50，表面重掺杂浓度评分a2最高评分为100，最低频分为50，电阻评分a3最高评分为100，最低频分为50。
10.本发明的有益效果是：本发明根据气体实时的消耗量实时调整氧气、氮气、携带气的进气阀的开度，进而使在扩散过程中，对气体的反应消耗达到工艺的设计标准，避免由于各自因素影响导致扩散偏离标准。此外采用本发明工艺，在随着生成的时间延长，扩散效果走向更佳，本发明能够自适应的微调调整扩散工艺，保持扩散的稳定性和最佳的扩散效果。
实施方式
11.一种太阳能电池智能扩散工艺，按如下步骤进行步骤一、获取数据库中评分最高的扩散工艺的设定参数，包括扩散工艺分为几个扩散步骤，每个扩散步骤中的扩散温度、扩散时间、通入的气体种类和流量。
12.在初次扩散时，数据库中已经输入了标准的流程工艺，见下表。
[0013][0014]
以上扩散工艺中的参数为本发明初始的设定参数，设置该设定参数的评分为80分。如果已经使用本扩散炉进行过多次扩散，则本扩散炉中存在着每次扩散流程的工艺及评分。
[0015]
步骤二、在扩散炉中，按照扩散工艺的设定参数进行扩散，实时检测扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度。
[0016]
本发明与现有技术在装置上的不同之处在于：实时检测扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度。扩散炉上有氧气进口、氮气进口、携带气进口、尾气出口，且每个进口和出口都安装有流量调节阀，尾气出口还安装有用于检测气体种类和浓度的检测仪和吸气泵（真空泵）。
[0017]
步骤三、根据扩散工艺的设定参数、扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度获得扩散过程中气体实时的消耗量。
[0018]
扩散过程中气体实时的消耗量v
w1
=气体通入流量-气体排出量。如一个实施例中，在某点氧气通入流量为600sccm（氧化工序），氧气排出量为582 sccm，扩散过程中氧气实时的消耗量为18 sccm。
[0019]
步骤四、根据扩散过程中气体实时的消耗量，实时调整扩散工艺的气体流量的设定参数。
[0020]
根据扩散过程中气体实时的消耗量，实时调整扩散工艺的设定参数包括，气体实时的消耗量为v
w1
，调整扩散工艺前的设定参数计算出来的气体平均消耗量为v
w2
，调整扩散工艺后的气体平均消耗量为v
w3
，实时调整扩散工艺的设定参数为f（v
w3
），f（）为设定参数与气体平均消耗量之间的函数，当|v
w2
‑ꢀvw1
|/ v
w2
小于等于2%时，v
w3
= v
w2
，当|v
w2
‑ꢀvw1
|/ v
w2
大于2%时，v
w3
= v
w2
+k（|v
w2
‑ꢀvw1
），k为系数，3＞k＞1.5，k的取值与扩散炉有关，w为气体种类
为氧气、氮气、携带气（磷源，三氯氧磷）的一种。
[0021]
一种太阳能电池片扩散工艺的氧化过程中，扩散工艺的设定参数为，将扩散炉温度加热至设定的温度780℃，待加热的温度值稳定在第一温度780℃后通入氧气，并保持设定的时间600s，氧气通入流量为600sccm，对硅片表面进行氧化反应。在第一时间保持到300s时，尾气出口检测到氧气排出量为590 sccm，氧气实时的消耗量v
w1
为10sccm，当调整扩散工艺前的设定参数计算出来的气体平均消耗量v
w2
=10sccm时，调整扩散工艺后的气体平均消耗量为v
w3
= v
w2
=10sccm，即不需要调整氧气通入流量；当调整扩散工艺前的设定参数计算出来的气体平均消耗量=12sccm时，调整扩散工艺后的气体平均消耗量为v
w3
=10+2*2=14sccm，调整扩散工艺的设定参数为f（v
w3
）=630 sccm，即将氧气通入流量设置为630sccm。f（）为设定参数与气体平均消耗量之间的函数，与扩散炉本身直接相关，对应一个确定的扩散炉，和一个确定的扩散工艺的设定参数，本领域技术人员知晓如何计算获得该函数。在此不多做说明。
[0022]
步骤五、将调整后的扩散工艺的气体流量的设定参数作为扩散工艺的设定参数，返回步骤二按照扩散工艺的设定参数继续进行扩散，直至完成整个扩散工艺。
[0023]
调整后的扩散工艺的气体流量的设定参数如下表。
[0024][0025]
假设本实施例中仅仅在氧化阶段存在当|v
w2
‑ꢀvw1
|/ v
w2
大于2%的情况，整个扩散工艺完成后，调整后的扩散工艺的气体流量的设定参数如下表
[0026]
步骤六、检测扩散完成后太阳能电池片的扩散情况，包括节深、表面重掺杂浓度、电阻，对扩散情况进行评分，将评分及其对应的扩散工艺的设定参数反馈回数据库中。
[0027]
对扩散情况进行评分是指，当节深评分为a1，表面重掺杂浓度评分为a2，电阻评分为a3时，总分a= a1* a1+ a2* a2+ a3* a3，其中，a1为节深评分系数，a2为表面重掺杂浓度评分系数，a3为电阻评分系数，节深评分a1最高评分为100，最低频分为50，表面重掺杂浓度评分a2最高评分为100，最低频分为50，电阻评分a3最高评分为100，最低频分为50。
[0028]
一个实施例中，a1=0.5，a2=0.3，a3=0.2。
[0029]
将评分及其对应的扩散工艺的设定参数反馈回数据库中如下表
[0030]
实际上，在扩散工艺过程中，在氧化、扩散、高温推进、降温氧化过程中，都会涉及到气体浓度的变化。本实施例中选择氧化过程进行说明，已经可以表达清楚情况，其它的进行了省略。
[0031]
本发明根据气体实时的消耗量（单种气体，为氧气或者携带气三氯氧磷）实时调整氧气、氮气、携带气的进气阀的开度，进而使在扩散过程中，对气体的反应消耗达到工艺的设计标准，避免由于各自因素影响导致扩散偏离标准。此外采用本发明工艺，在随着生成的时间延长，扩散效果走向更佳，本发明能够自适应的微调调整扩散工艺，保持扩散的稳定性和最佳的扩散效果。

技术特征：
1.一种太阳能电池智能扩散工艺，其特征在于：按如下步骤进行步骤一、获取数据库中评分最高的扩散工艺的设定参数，包括扩散工艺分为几个扩散步骤，每个扩散步骤中的扩散温度、扩散时间、通入的气体种类和流量；步骤二、在扩散炉中，按照扩散工艺的设定参数进行扩散，实时检测扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度；步骤三、根据扩散工艺的设定参数、扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度获得扩散过程中气体实时的消耗量；步骤四、根据扩散过程中气体实时的消耗量，实时调整扩散工艺的气体流量的设定参数；步骤五、将调整后的扩散工艺的气体流量的设定参数作为扩散工艺的设定参数，返回步骤二按照扩散工艺的设定参数继续进行扩散，直至完成整个扩散工艺；步骤六、检测扩散完成后太阳能电池片的扩散情况，包括节深、表面重掺杂浓度、电阻，对扩散情况进行评分，将评分及其对应的扩散工艺的设定参数反馈回数据库中。2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池智能扩散工艺，其特征在于：所述扩散炉上有氧气进口、氮气进口、携带气进口、尾气出口，且每个进口和出口都安装有流量调节阀，尾气出口还安装有用于检测气体种类和浓度的检测仪和吸气泵。3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池智能扩散工艺，其特征在于：所述根据扩散过程中气体实时的消耗量，实时调整扩散工艺的设定参数包括，气体实时的消耗量为v
w1
，调整扩散工艺前的设定参数计算出来的气体平均消耗量为v
w2
，调整扩散工艺后的气体平均消耗量为v
w3
，实时调整扩散工艺的设定参数为f（v
w3
），f（）为设定参数与气体平均消耗量之间的函数，当|v
w2
‑ꢀvw1
|/ v
w2
小于等于2%时，v
w3
= v
w2
，当|v
w2
‑ꢀvw1
|/ v
w2
大于2%时，v
w3
= v
w2
+k（|v
w2
‑ꢀvw1
），k为系数，3＞k＞1.5，k的取值与扩散炉有关，w为气体种类为氧气、氮气、携带气的一种。4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池智能扩散工艺，其特征在于：所述对扩散情况进行评分是指，当节深评分为a1，表面重掺杂浓度评分为a2，电阻评分为a3时，总分a= a1* a1+ a2* a2+ a3* a3，其中，a1为节深评分系数，a2为表面重掺杂浓度评分系数，a3为电阻评分系数，节深评分a1最高评分为100，最低频分为50，表面重掺杂浓度评分a2最高评分为100，最低频分为50，电阻评分a3最高评分为100，最低频分为50。

技术总结
本发明涉及太阳能电池生产领域，一种太阳能电池智能扩散工艺，获取数据库中评分最高的扩散工艺的设定参数；在扩散炉中，按照扩散工艺的设定参数进行扩散，实时检测扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度；根据扩散工艺的设定参数、扩散过程中的尾气中的气体组成和浓度获得扩散过程中气体实时的消耗量；根据扩散过程中气体实时的消耗量，实时调整扩散工艺的气体流量的设定参数；将调整后的扩散工艺的气体流量的设定参数作为扩散工艺的设定参数，返回步骤二按照扩散工艺的设定参数继续进行扩散，直至完成整个扩散工艺；检测扩散完成后太阳能电池片的扩散情况，将评分及其对应的扩散工艺的设定参数反馈回数据库中。设定参数反馈回数据库中。


技术研发人员：梁玲 郭岂宏 王超 张波 赵科巍 杨旭彪 吕涛
受保护的技术使用者：山西潞安太阳能科技有限责任公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/9/14