太阳能电池工艺培训资料

半导体物理基础知识 缘体和半导体 物体的导电能力，一般用材料电阻率的大小来衡量。电阻率越大，说明这种材料的导电能力越弱。表 1缘体和半导体的大致范围。 物体 电阻率 导体 半导体 绝缘体 0硅太阳电池生产中常用的硅（ 磷（ P）， 硼（ B）元素的原子结构模型如图 图 三层 4个电子 第二层 8个电子 第一层 2个电子 14 P +15 B 最外层 5个电子 最外层 3个电子 B 原子最外层的电子称为价电子，有几个价电子就称它为几族元素。 若原子失去一个电子，称这个原子为正离子，若原子得到一个电子，则成为一个带负电的负离子。原子变成离子的过程称为电离。 固体可分为晶体和非晶体两大类。原子无规则排列所组成的物质为非晶体。而晶体则是由原子规则排列所组成的物质。晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定熔点，加热时在某一温度范围内逐渐软化。 在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。 硅晶体的特点是原子之间靠共有电子对连接在一起。硅原子的 4个价电子和它相邻的 4个原子组成 4对共有电子对。这种共有电子对就称为 “ 共价键 ” 。如图 图 晶体对称的，有规则的排列叫做晶体格子，简称晶格，最小的晶格叫晶胞。图 (a)简单立方 （ (b)体心立方 （ W） (c)面心立方 （ 图 四面实体结构 图 钢石结构 金刚石结构是一种复式格子，它是两个面心立方晶格沿对角线方向上移 1/4互相套构而成（见图 为了简便明了，以后分析问题时只要采用图 晶体中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上，这些平面就称为晶面。每个晶面的垂直方向称为晶向。图 (100晶面 ) (110晶面 ) (111晶面 ) 图 在晶体的不同面上，原子的疏密程度是不同的，若将原子看成是一些硬的球体，照这样方式排列的晶面就称为原子密排面。 图 比较简单的一种包含原子密排面的晶格是面心立方晶格。而金刚石晶格又是两个面心立方晶格套在一起，相互之间。沿着晶胞体对角线方向平移 1/4而构成的。我们来看面心立方晶格中的原子密排面。按照硬球模型可以区分在 (100)(110)(111)几个晶 面上原子排列的情况，如图 金钢石晶格是由面心晶格构成，所以它的 (111)晶面也是原子密排面，它的特点是，在晶面内原子密集、结合力强，在晶面之间距离较大，结合薄弱，由此产生以下性质： (a)由于 (111)密排面本身结合牢固而相互间结合脆弱，在外力作用下，晶体很容易沿着 (111)晶面劈裂，晶体中这种易劈裂的晶面称为晶体的解理面。 (b)由于 (111)密排面结合牢固，化学腐蚀就比较困难和缓慢，而(100)面原子排列密度比 (111)面低。所以 (100)面比 (111)面的腐蚀速度快，选择合适的腐蚀液和腐蚀温度， (100)面腐蚀速度比 (111)面大的多，因此，用 (100)面硅片采用这种各向异性腐蚀的结果，可以使硅片表面产生许多密布表面为 (111)面的四面方锥体，形成绒面状的硅表面。 (100) (110) (111) 图 从图中可见，晶体中电子轨道的能级分成由低到高的许多组。分别和各原子能级相对应，每一组都包含着大量的能量很接近的能级。这样一组密集的能级看上去象一条带子，所以被称之为能带。能带之间的间隙叫做禁带。 未被电子填满的能带称为导带，已被电子填满的能带称为满带。导体、半导体，绝缘体导电性质的差异可以用它们的能带图的不同来加以说明。 (绝缘体 半导体 导体 v 9 导 带 禁 带 价 带 图 半导体之所以得到广泛的应用，是因为它存在着一些导体和绝缘体所没有的独特性能。 导体，绝缘体的电阻率随温度变化很小，（导体温度每升高一度，电组率大约升高 。而半导体则不一样，温度每升高或降低 1度，其电阻就变化百分之几，甚至几十，当温度变化几十度时，电阻变化几十，几万倍，而温度为绝对零度（ ）时，则成为绝缘体。 当光线照射到某些半导体上时，它们的导电能力就会变得很强，没有光线时，它的导电能力又会变得很弱。 在纯净的半导体材料中，适当掺入微量杂质，导电能力会有上百万的增加。这是最特殊的独特性能。 温差电效应，霍尔效应，发光效应，光伏效应，激光性能等。 半导体有如此之多的独特性能，是建立在半导体材料本身纯度很高的基础上的。半导体的纯度常用几个 “ 9”来表示。比如硅材料的纯度达到 6个 “ 9”，就是说硅的纯度达到 其余 即 10为杂质总含量。半导体材料中的杂质含量，通常还以 “ 与 “ 表示。一个 10 一个 “ 是百万分之一（ 10，几种纯度表示法的相互关系如表 几个 “ 9” 亿分之一 ) 万分之一 ) 6 103 1 9 1 10 电子 ” 和 “ 空穴 ” ，本征半导体 纯净的半导体，在不受外界作用时，导电能力很差。而在一定的温度或光照等作用下，晶体中的价电子有一部分可能会冲破共价键的束缚而成为一个自由电子。同时形成一个电子空位，称之为“ 空穴 ” 。从能带图上看，就是电子离开了价带跃迁到导带，从而在价带中留下了空穴，产生了一对电子和空穴。如图 常将这种只含有“ 电子空穴对 ” 的半导体称为本征半导体。 “ 本征 ”指只涉及半导体本身的特性。半导体就是靠着电子和空穴的移动来导电的，因此，电子和空穴被统称为载流子。 带 (禁带宽 ) 价带 图 产生和复合 由于热或光激发而成对地产生电子空穴对，这种过程称为“ 产生 ” 。空穴是共价键上的空位，自由电子在运动中与空穴相遇时，自由电子就可能回到价键的空位上来，而同时消失了一对电子和空穴，这就是 “ 复合 ” 。在一定温度下，又没有光照射等外界影响时，产生和复合的载流子数相等，半导体中将在产生和复合的基础上形成热平衡。此时，电子和空穴的浓度保持稳定不变，但是产生和复合仍在持续的发生。 杂质和杂质半导体 纯净的半导体材料中若含有其它元素的原子，那么，这些其它元素的原子就称为半导体材料中的杂质原子。对硅的导电性能有决定影响的主要是三族和五族元素原子。还有些杂质如金，铜，镍，锰，铁等，在硅中起着复合中心的作用，影响寿命，产生缺陷，有着许多有害的作用。 20 磷（ P)，锑（ 等五族元素原子的最外层有五个电子，它在硅中是处于替位式状态，占据了一个原来应是硅原子所处的晶格位置，如图 原子最外层五个电子中只有四个参加共价键，另一个不在价键上，成为自由电子，失去电子的磷原子是一个带正电的正离子，没有产生相应的空穴。正离子处于晶格位置上，不能自由运动，它不是载流子。因此，掺入磷的半导体起导电作用的，主要是磷所提供的自由电子，这种依靠电子导电的半导体称为电子型半导体，简称 型半导体材料的能带图。而为半导体材料提供一个自由电子的 常称为施主杂质。 施主能级 导带 电离能 价带 图 硼（ B）铝（ （ 三族元素原子的最外层有三个电子，它在硅中也是处于替位式状态，如图 原子最外层只有三个电子参加共价键，在另一个价键上因缺少一个电子而形成一个空位邻近价键上的价电子跑来填补这个空位，就在这个邻近价键上形成了一个新的空位，这就是 “ 空穴 ” 。硼原子在接受了邻近价键的价电子而成为一个带负电的负离子，它不能移动，不是载流子。因此在产生空穴的同时没有产生相应的自由电子。这种依靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体，简称 型半导体材料的能带图，为半导体材料提供一个空穴的 族杂质原子，通常称之为受主杂质。 24 25 26 27 太阳电池是把光能直接转换成电能 的一种器件，它的工作原理主要概括成下面几个主要过程：第一，必须有光的照射，可以是单色光，太阳光或我们测试用的模拟太阳光源。第二，光子注入到半导体后，激发出电子 空穴对。这些电子空穴对必须有足够的寿命保证不会在分离前被附和。第三，必须有个静电场（ 起分离电子空穴的作用。第四，被分离的电子空穴，经电极收集输出到电池体外，形成电流。 太阳电池的工作原理 28 在半导体材料中，电子空穴都可以导电。材料的导电性能取决于电子空穴的浓度、分布和迁移率。这些导电的电子空穴称为载流子 。 载流子 29 半导体材料的性质取决于其载流子浓度，在掺杂浓度一定的情况下，载流子由温度决定。随着温度的深高，不断有载流子产生，同时又不断的有载流子被复合，最终浓度达到一定的稳定值，这时处于平衡状态。 热平衡下的载流子 30 对于 子是少数载流子。当半导体处于光照条件下，载流子浓度发生变化，处于非平衡载流子。 在光照情况下，只要光子的能量大于或等于 能把电子从价带激发到导带并留下一个空穴，从而产生电子空穴对。这些电子空穴通过 而形成电流。 光生空穴和电子形成的电流 N，光生电流即为俩者之和。在短路情况下，短路电流密度等于光生电流。短路电流等于电池表面积乘路电流密度。 非平衡少数载流子 31 太阳能电池工艺流程 制绒清洗 扩散 刻蚀 去 网印刷 烧结 测试分档 分选 包装 32 概 述 形成起伏不平的绒面，增加硅片对 太阳光的吸收 去除硅片表面的机械损伤层（硅片切割过程中会对硅片表面形成 1020 清除表面油污和金属杂质 硅片表面处理的目的： 33 硅片表面的机械损伤层 （一）硅锭的铸造过程 单晶硅 多晶硅 34 硅片表面的机械损伤层 （二）多线切割 35 硅片表面的机械损伤层 （三）切割损伤层的腐蚀（初抛） 线切割损伤层厚度可达 10微米左右。 一般采用 20%的碱溶液在 90 条件腐蚀 1此时的 腐蚀速率可达到 6 10um/ 初抛时间在达到去除损伤层的基础上尽量减短，以防硅片被腐蚀过薄。 对于 0%W/蚀速度主要取决于溶液的温度，而与碱溶液实际浓度关系不大。 36 硅片表面的机械损伤层 （三）切割损伤层的腐蚀（初抛） 若损伤层去除不足会出现 3种可能情况：残余缺陷、残余缺陷在后续高温处理过程中向材料深处继续延伸、切割过程中导致的杂质未能完全去除。 硅酸钠的热导性很差。一般硅酸钠超过一定的量时，腐蚀产生的热量超过从溶液表面和容器侧面所散发的热量，使溶液的温度持续升高。所以初抛液必须定期更换或排出部分溶液。 37 制绒：表面织构化 单晶硅片表面的 金字塔状绒面 00 500 600 700 800 900 1000 1100由于绒面结构，使得硅片表面的反射率大大降低，表面呈黑色。 38 碱绒面腐蚀原理 利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌 ，就称为表面织构化。角锥体四面全是由 111面包围形成。 反应式为： 2O 2 择优化学腐蚀剂 0成物 于水被去除，从而达到硅片被腐蚀的效果。 39 绒面光学原理 制备绒面的目的： 减少光的反射率，提高短路电流（ 最终提高电池的光电转换效率。 陷光原理 ：当光入射到一定角度的斜面，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，从而增加吸收率。 40 绒面光学原理 陷光原理图示： 当一束光线照射在平整的抛光硅片上，有30%的太阳光被反射。制备金字塔的目的： 少了光的反射。 加光在硅片内部的有效运动长度，增加了光被吸收的机会。 41 影响绒面质量的关键因素 1. 2. 异丙醇浓度 3. 制绒槽内硅酸钾的累计量 4. 制绒腐蚀的温度 5. 制绒腐蚀时间的长短 6. 槽体密封程度、异丙醇的挥发程度 42 关键因素的分析 制绒液中的乙醇或异丙醇、 硅酸纳三者浓度比例决定着溶液的腐蚀速率和角锥体形成情况。 溶液温度恒定在 80 时发现腐蚀液 4%范围之外将会破坏角锥体的几何形状 。 当 醇或异丙醇的浓度的上升会使腐蚀速率大幅度下降。 43 关键因素的分析 维持制绒液中乙醇的含量为 10 温度 85 ，时间 30分钟条件下： g/44 关键因素的分析 5g/45 关键因素的分析 5g/46 关键因素的分析 绒面的平均反射率随 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60g/l)键因素的分析 硅酸钠的影响 硅酸钠在溶液中呈胶体状态，大大的增加了溶液的粘稠度。对腐蚀液中 得大批量腐蚀加工单晶硅绒面时，溶液中 高了产品工艺加工质量的稳定性和溶液的可重复性。 硅酸钠在制绒溶液中的含量从 30%液都具有良好的择向性，同时硅片表面上能生成完全覆盖角锥体的绒面。 48 关键因素的分析 硅酸钠的影响 随着硅酸钠含量的增加，溶液粘度会增加，结果在硅片与片匣边框接触部位会产生 “ 花篮印 ” ， 一般浓度在 30%以下不会发生这种变化（ 硅酸钠来源大多是反应的生成物，要调整它的浓度只能通过排放溶液。若要调整溶液的粘稠度，则采用加入添加剂乙醇或异丙醇来调节。 49 关键因素的分析 乙醇或异丙醇的影响 气泡的直径、密度和腐蚀反应的速率限定了硅片表面织构的几何特征。气泡的大小以及在硅片表面停留的时间，与溶液的粘度、表面张力有关系。所以需要 乙醇或异丙醇来调节溶液的 粘滞特 性。 乙醇的含量在 3 20 范围内变化时，制绒反应的变化不大，都可以得到比较理想的绒面，而 5 10 环境最佳 。 50 关键因素的分析 乙醇或异丙醇的影响 制绒液中 5克 /升，反应温度 85 。无乙醇时的绒面形貌： 51 关键因素的分析 乙醇或异丙醇的影响 乙醇浓度 3的绒面形貌 52 关键因素的分析 乙醇或异丙醇的影响 乙醇浓度 10的绒面形貌 53 关键因素的分析 乙醇或异丙醇的影响 乙醇浓度 30的绒面形貌 54 关键因素的分析 不同时间制绒形貌的描述 经热的浓碱去除损伤层后，硅片表面留下了许多肤浅的准方形的腐蚀坑。 1分钟后，金字塔如雨后春笋，零星的冒出了头； 5分钟后，硅片表面基本上被小金字塔覆盖，少数已开始长大。我们称绒面形成初期的这种变化为金字塔 “ 成核 ” 。 10分钟后，金字塔密布的绒面已经形成，只是大小不均匀，反射率也降到了比较低的水平。随着时间的延长，金字塔向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等。 55 关键因素的分析 不同制绒时间表面形貌的图片 制绒液中含有 15克 /升的 0 乙醇，温度 85 经过 156 关键因素的分析 不同制绒时间表面形貌的图片 经过 557 关键因素的分析 不同制绒时间表面形貌的图片 经过 1058 关键因素的分析 不同制绒时间表面形貌的图片 经过 3059 关键因素的分析 不同制绒时间绒面反射率的比较 不同时间制绒后，硅片的反射谱 00 700 900 1100艺控制方法 若出现雨点状的斑点，只要加入少量乙醇或异丙醇即可消除。 若硅片上端部分光亮，表明液位不够或溶液粘稠度过大，使篮框漂浮起来。 若硅片表面有流水印，说明溶液内硅酸钠过量，适当加大 有可能喷淋效果不理想。 61 滴定管使用以及滴定技术 滴定管是滴定时准确测量溶液体积的容器，分酸式和碱式两种。酸式滴定管的下部带有磨口玻璃活塞，用于装酸性、氧化性、稀盐类溶液；碱式滴定管的下端用橡皮管连接一个带尖嘴的小玻璃管，橡皮管内有一玻璃球，以控制溶液的流出速度。 62 + = + 0 ： V ： M V C lN N V 0毫升， V 未知的氢氧化钠溶液浓度 M M M V 克 /升） 63 硅酸钠含量的检测 硅酸钠具体含量测量是没必要的，只要判定它的含量是否过量即可。实验是用 100%的浓盐酸滴定，若滴定一段时间后出现少量絮状物，说明硅酸钠含量适中；若滴定开始就出现一团胶状固体且随滴定的进行变多，说明硅酸钠过量。 64 化学清洗原理 i 36S i O 2622 盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 +、 +、 、 、 +、 +等金属离子形成可溶于水的络合物。 65 制绒和清洗 i O 42343 S i 223 酸制绒： 选择非择优腐蚀的酸性腐蚀剂，通常为 生致密不溶于硝酸的 得硅片 与 时 成可溶于水的络合物六氟硅酸导致 终使硅表面不断被腐蚀。反应式如下 i 36S i O 2622 实际工艺中， 加剂、反应的温度和时间等因素都会对绒面结构产生影响。 扩散 太阳电池制造的核心工序 67 扩散的目的：形成 太阳电池的心脏 68 三氯氧磷（ 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。 太阳电池磷扩散方法 69 600 ）分解生成五氯化磷（ 五氧化二磷（ 其反应式如下： 生成的 成二氧化硅（ 磷原子，其反应式如下： 5253 C OC 4 i 5270 在有氧气的存在时， 2在硅片表面形成一层磷后磷原子再向硅中进行扩散 。 3 2 2 5 24 5 2 6P O C l O P O C l 71 由上面反应式可以看出， 果没有外来的氧（ 与其分解是不充分的，生成的 且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来 2反应式如下： 生成的 成 此可见，在磷扩散时，为了促使 须在通氮气的同时通入一定流量的氧气 。 25225 1 0 C C l 2过 量72 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 73 在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻（方块电阻）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。 方块电阻也是标志进入半导体中的杂质总量的一个重要参数。 扩散层薄层电阻及其测量 74 方块电阻的定义 考虑一块长为 l、宽为 a、厚为 果该薄层材料的电阻率为 ，则该整个薄层的电阻为 当 l=a（即为一个方块）时，R=/t。可见， （ /t） 代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特记为 R = /t (/ ) )( 等离子体刻蚀 76 等离子体刻蚀模型 n+ 7 等离子体刻蚀原理 等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的 优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌 。（这是各向同性反应） 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。 78 首先，母体分子 其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达 在表面上发生化学反应。 生产过程中， 2，这样有利于提高 等离子体刻蚀反应 它们的离子以及F ,3 79 等离子体刻蚀反应 80 边缘刻蚀控制 短路形成途径 由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩散上磷。 造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。 控制方法 对于不同规格硅片，应适当的调整辉光功率和刻蚀时间使达到完全去除短路通道的效果。 去 2 去磷硅玻璃模型 SG SG 83 什么是磷硅玻璃？ 在扩散过程中发生如下反应： 2 这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的 之为磷硅玻璃。 PS i 552 2523 2 2 5 24 5 2 6P O C l O P O C l 84 磷硅玻璃的去除 氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。 若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。 总反应式为： i FS i O 242 S i FS i F 624 S i FS i O 2622 减反射膜 太阳电池制造过程（三） 利用硅烷 （ 与氨气 （ 在等离子体中反应 。 2 27 目录 简介 在太阳电池中的应用 光学特性和钝化技术 系统结构及安全事项 88 简介 正常的 i/ 是 了 ， 。 89 简介 物理性质和化学性质： 结构致密，硬度大 能抵御碱金属离子的侵蚀 介电强度高 耐湿性好 耐一般的酸碱，除 30 简介 比对 电阻率随 折射率 n随 腐蚀速率随密度增加而降低 91 自从 1981年（ * 减反射膜 * 钝化薄膜（ n+发射极） 92 优良的表面钝化效果 高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配） 低温工艺（有效降低成本） 含氢 可以对 93 “等离子增强型化学气相沉积”，是一种化学气相沉积，其它的有 局部形成 等离子体 ，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。 94 等离子体定义 地球上，物质有三态，即：固，液，气。 其共同点是由原子或分子组成，即基本单元是原子和分子，且为电中性。 等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态，即第四态。 等离子体从宏观来说也是电中性，但是在局部可以为非电中性。 95 品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。 们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低 得原来需要在高温下才能进行的 96 其它方法的沉积温度： 压 700 压 750 ， 比 300 ， 7 800 ）下，过渡族金属一般都有很快的扩散速度而溶解度则相对较小。 高温下， 到 10s。而其他的金属杂质，如 般比 在高温下仍可以达到几十到几百微米每秒。 b. 金属杂质在硅中的溶解度 硅中金属杂质的溶解度可用下面的热力学动力学表达式表示： H， S， 熵（ 自由能（ 属外层电子与硅外层电子的结合能； 0/ 3. 吸杂：金属杂质从器件内的吸除 不需高额费用操作而对器件区的金属杂质进行有效吸除，对 直是个很大的挑战。尽管对于 加工生产过程中金属杂质的引入不可避免，但针对如何将不期望的金属杂质从器件区去除，人们已发展了一些工艺，这些工艺一般统称为吸杂工艺。 金属杂质的吸除一般可以分为如下三个步骤： a. 杂质在其最初沉积位置或人们不希望其沉积的位置释放； b. 杂质通过（沿）晶体内部，从器件区扩散到吸杂区； c. 杂质在吸杂区被捕获，沉积下来。 由于在 此，一般都将吸杂区尽可能地靠近器件区。当吸杂区距器件区十微米以内时 ,即便在很低的处理温度下，吸杂也将得到很好的发挥 。 根据对杂质的捕获方式，可以将吸杂分为两大类，即分凝（ 释放（ 也有一些学者将自间隙原子注入产生吸杂归为第三种吸杂机制，但是一般地，人们将这种注入产生吸杂归为分凝吸杂。 而在上述两种机制下衍生的吸杂工艺则有许多，主要包括：内吸杂， 底吸杂， i/子注入吸杂，背表面损伤吸杂，化学吸杂，铝背场吸杂等。 第二章 吸杂机制 1. 释放机制（ 对于释放机制的吸杂，在离开器件区 /表面区形成利于杂质沉积的异相区是必须的。 释放机制形式的吸杂需要杂质在由高温向下降温的过程中产生过饱和，游离或过饱和的金属杂质将极易在拥有许多杂质沉积位置的区域沉积。在降温过程中，有着许多杂质沉积位置的吸杂区，其中的杂质将快速地在杂质易沉积位置得到沉积，从而继续保持热平衡；相反，由于在硅片表面或器件区，其中并不存在利于杂质沉积的区域，因此在降温过程中，杂质浓度很快超过热平衡浓度而产生过饱和。于是，在硅片表面 /器件区和硅片内部将形成杂质的浓度梯度，在该浓度梯度作用下，杂质将由硅片表面 /器件区扩散进入吸杂区，并在吸杂区得到沉积，因此也就达到吸杂的目的。 在 过在硅片内部形成氧沉淀或其他结构缺陷（位错环或者层错），以这些本身就存在于 得过饱和杂质在这些区域得到得到沉积。 背表面损伤吸杂通过对硅片背表面进行损伤、在硅片背面沉积一层多晶硅层（多晶硅层中含有异相形核区，如晶界、位错等）。背表面损伤吸杂对快扩散金属杂质如镍、铜等具有较好的吸杂效果。 近邻吸杂（ 在器件附近产生形核（杂质沉积区）区，而对硅片进行吸杂处理，近邻吸杂对慢扩散杂质作用显著。 2. 分凝机制 分凝吸杂由杂质的溶解度梯度或硅片不同区域对杂质的溶解能力不同产生。 与释放机制不同，分凝吸杂，吸杂区一般都在器件区的外边。相比于释放机制，分凝吸杂的优点是不需要形成杂质的过饱和。因此，理论上，通过提高温度加快金属杂质的扩散速率，通过分凝吸杂可以快速获得杂质浓度很低的器件区。 分凝系数是判断杂质能否通过分凝进行吸杂处理的一个指标，分凝系数 其中， d e vg e t 除分凝系数外，器件区与吸杂区的相对厚度也会影响最终的吸杂效果。 在假设后续的热处理过程不会增加硅片中的金属杂质时，经分凝吸杂处理后，在热力学、动力学平衡下，器件区的杂质浓度可以表示如下： 其中 从上式可以得到影响分凝吸杂最终效果的因素包括：硅片中杂质的初始浓度，杂质的分凝系数，吸杂区与器件区的相对厚度。 de t （ 1）不同的相，如在晶体生长过程中，在晶体硅中及液相熔体中； （ 2）不同元素的影响，如相比于硅，铝对金属杂质具有更高的溶解能力； （ 3）费米能级对金属杂质溶解度的影响，如 （ 4）离子对的影响，如 （ 5）硅中应力的影响，增加或减少金属杂质的溶解度。 c. 基于分凝机制的吸杂工艺及注意事项 对于光伏产业，最常用的吸杂工艺包括 述两种工艺可对整个硅片厚度范围进行良好的吸杂。 在 重掺或高质量的表面外延生长（）一层薄膜变得越来越受到重视，应用也越来越普遍。 另外，对于 凝对离子注入区同样可以产生作用，而这主要是缘于分凝的紧邻（近邻）特性。 对于分凝吸杂，一方面降低温度可以使得杂质的分凝系数变大，但温度的降低势必导致金属杂质的扩散速率降低，导致需要更长的吸杂时间，因此，吸杂最优温度的确定需要大量的实验、研究。 第三章 吸杂工艺简介 1. 内吸杂（ 早在 1957年， 沉淀对金属杂质可以起到吸附作用。而 977年首次建立了以氧沉淀作为杂质沉积区的吸杂模型。 石英坩埚壁扩散进入晶体中，氧的含量可以达到 1017到 1018这样的一个氧浓度，大大超过了器件制作温度下的氧的热平衡浓度，因此过饱和的氧将会沉积下来。正如前面讲到的那样，氧沉淀会降低器件的产量，因此在早期，人们对如何降低氧沉淀进行了大量的研究工作。 前人的研究表明，在紧挨硅片表面 /器件制作区形成一个没有氧沉淀的区域（ Z），而让氧沉淀在硅片体内得到沉积是可行的。 而让靠近硅片表面的氧扩散出硅片，经过这种扩散处理后，硅片表面区的氧浓度将小于硅片内部的氧浓度。于是，在后续的一个较低的退火过程中，氧浓度超过热平衡浓度将只会在硅片内部产生，过饱和的氧将会在硅片内部沉积，在后续的较高的退火温度处理下，沉积的氧所产生的核将继续长大。氧沉淀的产生使得金属杂质易于在氧沉淀区沉积，从而对硅片表面 /器件区产生有效的吸杂。 众多学者的研究表明，内吸杂属于释放吸杂机制，而这也表明内吸杂处理需要金属杂质（仍处在扩散状态下）产生过饱和，而这种过饱和往往发生在器件制作过程中的冷却（降温）过程。 虽然内吸杂工艺应用于 且对内吸杂的机理也有一个比较深入的理解，但是仍有许多方面不能很好地得到解释，如氧沉积位置的特点，金属杂质在氧沉积位置、热氧诱导层错、位错内的选择性沉积等。 内吸杂的最大优点是不需要额外的 吸杂步骤，内吸杂发生于 时学者的研究表明，内吸杂可以对硅片表面 /器件区内的主要金属杂质进行有效吸除。 内吸杂作为一种释放吸杂机制，它要求通过温度改变，在金属杂质扩散过程中产生一个过饱和，因此，内吸杂对于一些扩散速率相对较慢的金属杂质并不适用。另外，为了进一步降低杂质的含量，更低的处理温度，更长的退火时间以及可重复加工的硅片表面及氧沉淀浓度都是必需的。 2. 外吸杂（ 扩散吸杂 扩散吸杂作用。在他们之后，学者便对 到的成果包括： （ 1）杂质分布与 （ 2） （ 3）用于 （ 4） （ 5）杂质在 （ 6） 掺杂的表面附近产生； （ 7）重掺 对于 高衬底的少子扩散长度。 对于光伏（ 业， 究表明，在 及碳的浓度的影响。 在 用 源，其他的 （ 源等。 研究表明：通过在硅片表面进行 以在硅片表面产生一个 这一重掺区对金属杂质有着更大的溶解度，从而可以对硅片进行有效吸杂处理。 重掺的 因可能如下：费米能级影响、金属杂质与 属杂质在位错处沉积、自间隙离子注入增强吸杂。 与砷、硼扩散吸杂，化学吸杂，背表面多晶硅沉积，背表面损伤，离子注入诱导吸杂及内吸杂相比， 时甚至可以超过其他方式。研究同时也表明，当将 P、杂作用明显优于 铝 吸杂作用早在 1970年就已发现。在太阳电池硅片背表面沉积一层铝，经退火处理后，发现电池的效率得到了较大的提高，后来又发现铝层中的铜含量大于硅片中的铜含量。 随后，铝吸杂被广泛用于多晶硅太阳电池片、硅薄膜以及 铝吸杂处理后，硅材料的少子扩散长度可以增加 100 200 m，太阳电池的转换效率可以提高 1%。 铝吸杂通过在硅片背表面沉积一层薄的铝层或 2%的多金属杂质，如 很宽的范围内都有 1% 10%的溶解度，远大于它们在硅中的溶解度。并且，铝层对金属杂质的溶解能力受铝硅合金中硅组分变化的影响很小。 尽管铝吸杂由于铝结的分流以及铝的蒸发，而在 是铝吸杂在光伏产业中则极具优势。 于在硅片背面形成一个 p+/以进一步降低电池的背场复合速率，铝背场制作还可以有效改善硅片与电极间的欧姆接触，增加电池的长波光谱响应。另外，在硅太阳电池制作过程中， P、 铝吸杂作为一种外吸杂方式，它的吸杂与杂质的分凝系数密切相关。为了获得良好的吸杂效果 103 109的分凝系数是必需的。在 750 950 时， 05 106。一般在硅太阳电池中，铝背场形式的铝吸杂采用常规热处理时，烧结温度为 900 1050 ；采用 结温度一般为 850 。温度的确定需同时兼顾杂质的分凝系数以及杂质在硅片中的扩散速率。 损伤（ 吸杂和多晶背场吸杂（ 背损伤吸杂通过在硅片背面利用机械