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磷扩散 太阳电池制造的核心工序 PN结 太阳电池的心脏 扩散的目的 形成PN结 PN结的制造 制造一个PN结并不是把两块不同类型 p型和n型 的半导体接触在一起就能形成的 必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域 另一部分是N型区域 也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触 扩散装置示意图 PN结的形成过程 PN结的形成 影响扩散的因素 管内气体中杂质源的浓度扩散温度扩散时间 太阳电池磷扩散方法 三氯氧磷 POCl3 液态源扩散 喷涂磷酸水溶液后链式扩散 丝网印刷磷浆料后链式扩散本公司目前采用的是第一种方法 POCl3简介 POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源无色透明液体 具有刺激性气味 如果纯度不高则呈红黄色 比重为1 67 熔点2 沸点107 在潮湿空气中发烟 POCl3很容易发生水解 POCl3极易挥发 POCl3磷扩散原理 POCl3在高温下 600 分解生成五氯化磷 PCl5 和五氧化二磷 P2O5 其反应式如下 生成的P2O5在扩散温度下与硅反应 生成二氧化硅 SiO2 和磷原子 其反应式如下 由上面反应式可以看出 POCl3热分解时 如果没有外来的氧 O2 参与其分解是不充分的 生成的PCl5是不易分解的 并且对硅有腐蚀作用 破坏硅片的表面状态 但在有外来O2存在的情况下 PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气 Cl2 其反应式如下 生成的P2O5又进一步与硅作用 生成SiO2和磷原子 由此可见 在磷扩散时 为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用 必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气 在有氧气的存在时 POCl3热分解的反应式为 POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面 P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子 并在硅片表面形成一层磷 硅玻璃 然后磷原子再向硅中进行扩散 POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高 得到PN结均匀 平整和扩散层表面良好等优点 这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的 磷扩散工艺过程 清洗 饱和 装片 送片 回温 扩散 关源 退舟 方块电阻测量 卸片 清洗 初次扩散前 扩散炉石英管首先连接TCA装置 当炉温升至设定温度 以设定流量通TCA60分钟清洗石英管 清洗开始时 先开O2 再开TCA 清洗结束后 先关TCA 再关O2 清洗结束后 将石英管连接扩散源瓶 待扩散 饱和 每班生产前 须对石英管进行饱和 炉温升至设定温度时 以设定流量通小N2 携源 和O2 使石英管饱和 20分钟后 关闭小N2和O2 初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产时 需使石英管在950 通源饱和1小时以上 装片 戴好防护口罩和干净的塑料手套 将清洗甩干的硅片从传递窗口取出 放在洁净台上 用teflon夹子依次将硅片从硅片盒中取出 插入石英舟 送片 用舟叉将装满硅片的石英舟放在碳化硅臂浆上 保证平稳 缓缓推入扩散炉 回温 打开O2 等待石英管升温至设定温度 扩散 打开小N2 以设定流量通小N2 携源 进行扩散 关源 退舟 扩散结束后 关闭小N2和O2 将石英舟缓缓退至炉口 降温以后 用舟叉从臂桨上取下石英舟 并立即放上新的石英舟 进行下一轮扩散 如没有待扩散的硅片 将臂浆推入扩散炉 尽量缩短臂桨暴露在暴露在空气中的时间 卸片 等待硅片冷却后 将硅片从石英舟上卸下并放置在硅片盒中 放入传递窗 磷扩散工艺条件 TCA清洗炉温950 时间30min小N20 3L minO210L min 饱和 炉温900 时间30min大N218L min小N22L minO22 5L min 磷扩散 扩散层薄层电阻及其测量 在太阳电池扩散工艺中 扩散层薄层电阻是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要工艺指标之一 对应于一对确定数值的结深和薄层电阻 扩散层的杂质分布是确定的 薄层电阻的定义 扩散层的薄层电阻也称方块电阻 常分别用 就是表面为正方形的半导体薄层在电流方向 电流方向平行于正方形的边 所呈现的电阻 扩散层薄层电阻的测试 目前生产中 测量扩散层薄层电阻广泛采用四探针法 测量装置示意图如图所示 图中直线陈列四根金属探针 一般用钨丝腐蚀而成 排列在彼此相距为S一直线上 并且要求探针同时与样品表面接触良好 外面一对探针用来通电流 当有电流注入时 样品内部各点将产生电位 里面一对探针用来测量2 3点间的电位差 磷扩散注意事项 一 工艺卫生 所有工夹具必须永远保持干净的状态 包括teflon夹子 石英舟 石英舟夹子 碳化硅臂桨 teflon夹子应放在干净的玻璃烧杯内 不得直接与人体或其它未经清洗的表面接触 石英舟和石英舟夹子应放置在清洗干净的玻璃表面上 碳化硅臂桨暴露在空气中的时间应做到越短越好 磷扩散注意事项 二 安全操作 所有的石英器具都必须轻拿轻放 源瓶更换的标准操作过程依次关闭进气阀门 出气阀门 拔出连