太阳能电池片扩散工艺

制结过程是在一块基体材料上生成导电类型不同的扩散层，它和制结前的表面处理均是电池制造过程中的关键工序。制结方法有热扩散，离子注入，外延，激光及高频电注入法等。本节主要介绍热扩散法。扩散是物质分子或原子运动引起的一种自然现象，热扩散制p-n结法为用加热方法使V族杂质掺入P型或田族杂质掺入n型硅。硅太阳电池中最常用的V族杂质元素为磷，田族杂质元素为硼。硅太阳电池所用的主要热扩散方法有涂布源扩散，液态源扩散，固态源扩散等。2.2.2.2液态源扩散液态源扩散有三氯氧磷液态源扩散和硼的液态源扩散，它是通过气体携带法将杂质带入扩散炉内实现扩散。其原理如图3.6：图3.6三氯氧磷扩散装置示意图对于p型10cm硅片，三氯氧磷扩散过程举例如下：(1)将扩散炉预先升温至扩散温度(850〜900C。)。先通入大流量的氮气(500〜1000ml/min)，驱除管道内气体。如果是新处理的石英管，还应接着通源，即通小流量氮气，(40〜100ml/min)和氧气(30〜90ml/min)，使石英壁吸收饱和。取出经过表面准备的硅片，装入石英舟，推入恒温区，在大流量氮气(500〜1000ml/min)保护下预热5分钟。调小流量，氮气40〜100ml/min、氧气流量30〜90ml/min。通源时间10〜15min。失源，继续通大流量的氮气5min，以赶走残存在管道内的源蒸气。把石英舟拉至炉口降温5分钟，取出扩散好的硅片，硼液态源扩散时，其扩散装置与三氯氧磷扩散装置相同，但不通氧气。2.2.2.3固态氮化硼源扩散固态氮化硼扩散通常采用片状氮化硼作源，在氮气保护下进行扩散。片状氮化硼可用高纯氮化硼棒切割成和硅片大小一样的薄片，也可用粉状氮化硼冲压成片。扩散前，氮化硼片预先在扩散温度下通氧30分钟使氮化硼表面的三氧化二硼与硅发生反应，形成硼硅玻璃沉积下在硅表面，硼向硅内部扩散。扩散温度为950〜1000C。，扩散时间15〜30分钟，氮气流量2000ml/min以下，氮气流量较低，可使扩散更为均匀。制结过程是在一块基体材料上生成导电类型不同的扩散层，它和制结前的表面处理都是电池制造过程中的关键工序，现用制结方法有热扩散,离子注入，外延、激光及高频电注入法等.这里主要介绍热扩散法。热扩散制p-n结法为用加热方法使V族杂质掺入p型硅或III族杂质掺入！1型硅，杂质元素在高温时由于热扩散运动进入基体，它在基体中的分布视杂质元素种类、初始浓度及扩散温度而异.这种分布方式对电池的电性能影响很大，工艺不同，所得分布方式也不同。制结工艺的重要性就在于此‘目前硅太阳电池中最常用的V族杂质元素为磷,III族杂质元素为硼，扩散制结在太阳电池研制和生产初期，热扩散法制造的p-n结硅太阳电池在转换效率上首先得到突破.直到目前为止有工业生产价4直的太阳电池仍是用热扩散法制结的.对扩散的要求是获得适合于太阳电池p<l结需要的结深和扩散层方块电阻’浅结死层小，电池短波响放好,而浅结引起方块电阻加大山为了保持电池有低的串联电阻，就需要增加上电极的棚线数目，使电极制造困难口两者是矛盾的，实际上要兼顾双方.常规硅太阳电池结深约0.3〜0.5ton,方块电阻约20〜70Q/口.硅太阳电池折用的i■要盆扩散方法有涂布源扩散_液态源扩散，固态源扩故等口(1)涂布源扩散I.简单涂源扩散这种扩散方法是用一、二滴五氧化二磷或三氧化二硼在水(或乙醇)中的稀溶液，预先滴涂于p型或n型硅片表面作杂质源，在氮气氛中进行扩散.在扩散温度下，涂布的杂质源与硅反应，生成磷硅或硼硅玻璃口沉积在硅表面的杂质元素在扩散温度下向硅内部扩散，形成重掺杂的扩散层，因而形成p・n结，涂源扩散工艺的主要控制因素是扩散温度,扩散时间和杂质源浓度.最佳扩散条件常随硅片的性质(基体导电类型、电阻率、晶向等)和扩散激1备而变化，扩散制结(2)液态源扩散I.三氯氧磷液态源扩散三氯氧磷液态源气体携带法扩散制造的PF结均匀性好，不因硅片尺寸而影响，特别适合于制造浅结和卷包式电池，便于大量生产，但工艺控制比涂源法严格。三氯氧磷(POCI3)的性质POCG是无色透明液体，具有强烈刺激性气味，有毒，比重为L67,胳点2沸点107在潮湿空气中发烟，很容易水解。因此使用POCG源时，须注意盛源瓶的密封，POCh极易挥发，蒸气压高，为使工艺稳定，通常把盛源瓶放在的冰水混合物中’扩散原理POC】3在601）以上时，分解生成五氯化磷和五氧化二磷，如果有足够的氧存在，五氯化磷能进一步分解成五氧化二磷并放出氧气。因此，为了避免产生五氯化磷，在扩散时系统中须通入适量的氧气，生成的五氧化二磷进一步与硅作用，在硅片表面形成一层磷•硅玻璃,然后磷再向硅中扩散*SPOCLT3PCL+PQs14PCh+5O3一2P2O5+10CUJ却PCI/30卫—如0§+6CI；2PQ§+5Si—5SiO2+4P三氯氧磷是有窒息性气味的毒性液体，所以要求扩散系统必须有很好的密封性•特别是盛源瓶的进出口两端要用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道来这接早接口处用封口胶封闭中系统应保持清洁和干燥，当三氯氧磷呈现淡黄色时，就不能使用系统中用硅胶和5埃分子筛作干燥剂，还可加用干水或液氮冷阱，滤球的作用是除去气体中的灰尘和其它微小杂质颗粒，一般可使用扩散制姑举例：对干p型lOQcin硅片，三氯氧磷扩散过程如下：。将扩散炉预先升温至扩散温度（约84。〜9制任C）,先通入大流量氮气（流量500〜1000inl/min）,驱除管道内气体，如果是新处理的石英管，还应接着通源即通小流量氮气（流量40〜100ml/min）和氧气（流量30〜90mVmin）30min,使石英管壁吸收饱和°。取出经过表面准备的硅片，在红外灯卜烤干，装入石英舟，推入恒温区中，在大流量氮气（流量500〜1000ml/min）保护下预热Smiru扩散制结。通源、小流量氮气流量40-100ml/minT氧气流量30-90ml/mini通源时间10~15mino小流量氮气是通迁源瓶的携带气体』。关源，继续通大流量氮气5min,以赶走残存在管道内的源蒸气，。把石英舟拉至炉口降温5min,取出扩散好的硅片。扩散后方块电阻一般应在40-70£2/□范围内。通常变化扩散时间来调整扩散层方块电阻.返年家，ShellSolar开发了新的扩教工艺，即采用此外加然的办期显提嵩了工赦，扩散速度可以达到每秒完成—先电池q扩散制结扩散方房优缺京尚单涂布源t■散设备单.陞作方也工艺蜜米粳偏，比装成船,1股采用手1势作。扩披硅片涯而状寿欠忸'p-il纹演不平整*均勾住.苴笈性翅*同一硅片上寿层电阳蕴艳基较大，对于大血耕荏片博制更始椎,二氧比硅乳瞠旅陇布扩散设备简单，操作方便”始散硅片食面状态良好，p-n结而平整。均匀性.薄:夏性较好。使用仓适柴虞引量的葬蘑可狭得曲靠的表再浓度窗歆进窗•血设备，可以适用于大量自动化涂水蜴生产，三■;氧瞬液态源妒散设备和操作比添布温能来.扩散硅；1■我面状杰好，PF结&平嶙.均匀性.我夏性较好，工艺戚籍.迎酸三甲修液排源扩芯同三氟组佛液布嬲扩散.猊化朝的套滇扩前设备荷.单，操作方便*扩散硅片表僵伏菠好，pF站面平整。均有性,MXHEt液毒抵扩裁好，适合于大批,生产。硅太阳电池各种常用扩散方法比较MJ儿帅七JM们阪Dili火11历亿判时代4-1表4-12I50MW晶