基础介绍 太阳电池材料与生产基础

半导体生产与洁净度太阳电池材料与生产基础微电子的发展史－集成电路的发展1、1904年和1906年真空二极管和真空三极管的问世；2、1950年世界上第一个结型晶体管诞生；3、1958年世界上第一块集成电路研制成功；4、日本公司将集成电路从军事用途带入民用领域。1951年在贝尔实验室诞生；60年代用于航天领域，转换效率为10%；70年代技术迅速发展，使用于民用领域；转换效率为20%；90年代在规模生产，效率不断提高；销售量以每年25%的速度递增。微电子的发展史－太阳能电池的发展半导体基本知识定义导体：能导电的物体；（如：银、铜、铝等）绝缘体：不容易导电的物体；（如：橡皮、塑料、玻璃等）半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。（如：锗、硅、硒等）半导体的特性有两种载流子——电子和空穴。纯净的（不含杂质）的半导体（称本征半导体）中有一个电子就必然有一个空穴。即电子和空穴的数量相等。电子空穴本征半导体示意图半导体的导电性与导体和绝缘体不同，半导体的导电性能受温度的影响很大。当温度升级1℃时，它的电导率就要增加百分之几到百分之十几，这是由于半导体中的本征载流子随温度升高而增加的缘故。而导体和绝缘体的电导率随温度的变化却很小。Ｎ型半导体掺入杂质锑（或磷、砷之类）：新产生的电子数量远远超过原来未掺入杂质前的电子或空穴的数量。电子的数目以压倒多数超过空穴，导电作用主要由电子来决定，电子称为“多数载流子，空穴称“少数载流子”。这种类型半导体叫电子型半导体，简称n型半导体。电子空穴n型半导体示意图Ｐ型半导体掺入杂质铟（或铝、硼之类）：这块半导体中会产生许多新的电子和空穴。空穴的数目以压倒多数超过电子，导电作用主要由空穴来决定，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。这种类型半导体叫空穴型半导体，简称p型半导体。电子空穴p型半导体示意图Ｎ型半导体的工作原理n型半导体的多数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移动，而少数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移动，在半导体内构成电流。电流方向与带负电的电子运动方向相反。n型半导体空穴移动方向电子移动方向电流方向Ｐ型半导体的工作原理p型半导体的多数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移动，而少数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移动，在半导体内构成电流。电流方向与带正电的空穴运动方向相同。p型半导体电子移动方向空穴移动方向电流方向二、P-N结的单向向导电性由于两边空空穴和电子子数量分布布的不均匀匀：n型区域中中邻近p型型区域一边边的薄层A中就有一一部分电子子扩散到p区。薄层层A失去了了一些电子子，带正电电。如图（（a)pn++++++薄层A(a)电子由n区扩散到p区载流子在半导体中的扩散p型区域中中邻近n型型区域一边边的薄层b中就有一一部分空穴穴扩散到n区。薄层层B失去了了一些空穴穴，带负电电。如图（（b）pn------薄层B(b)空穴由p区扩散到n区载流子在半导体中的扩散由于空穴和和电子的扩扩散，使薄薄层A带正正电，而薄薄层B带负负电，因此此在薄层A、B间产产生一个电电场，如下下图。这个个电场的方方向是由n区指向p区。这个个电场会阻阻止电子继继续往p区区扩散也阻阻止空穴继继续往n区区扩散，但但是刚开始始电子和空空穴的扩散散占优势。。随着电电子和空穴穴的不断扩扩散，n区区和p区失失去的电子子和空穴越越来越多，，薄层A和和B越来越越厚，形成成的电场的的作用越来来越强。最最后，电场场的作完全全抵消了扩扩散，达到到了动态平平衡状态。。薄层A和薄薄层B称为为“pn结结”，又称称“阻挡层层”，厚度度大约为10-4～～10-5cm。BApn+++++++-------pn结电场方向电子和空穴扩散在pn交界处产生的电场实验：在pn结两端端接上电池池，电池正正极接p型型半导体，，负极接n型半导体体，如图（（a），电电流表有读读数。电池池正极接n型半导体体，负极接接p型半导导体，如图图（b），，电流表的的读数接近近零。结论：pn结具具有只让让电流从从一个方方向通过过的单向向导通性性。pn电流方向i（a）pn（b）pn结加压的实验分析之一一外加正正向电压压当pn结结正向连连接时，，即p区区接电池池正极，，n区接接电池负负极，这这时外加加电压在在pn结结中产生生的电场场方向是是由p区区指向n区的，，恰好与与pn结结原来形形成的电电场方向向相反。。pn++++++------pn结电场方向外加电场方向对pn结的影响外加正向电压产生的电场方向正向电流很大（a）外加正向电压时阻挡层变薄空穴移动方向电子移动方向+—分析之二二－外加加反向电电压当pn结结反向连连接时，，即p区区接电池池负极，，n区接接电池正正极，这这时外加加电压在在pn结结中产生生的电场场方向是是由n区区指向p区的，，恰好与与pn结结原来形形成的电电场方向向一致。。因此，pn结中中原来的的电场被被削弱了了，阻挡挡层厚度度减少了了。P区区的空穴穴n区的的电子在在这个外外加电场场作用下下不不断断走向交交界处。。空穴由由左方向向流向右右方和电电子由右右方流左左方都相相当于电电流由左左方流向向右方。。由于p区空穴穴很多，，n区电电子很多多，这股股电流很很大，这这就是正正向连接接时出现现大电流流的原因因。外加加正向电电压越大大，在pn结中中外加电电场的作作用就越越强，更更进一步步削弱原原来pn结的电电场，所所以电流流更要增增加。pn外加电场方向对pn结的影响（b）外加反向电压时阻挡层变厚++++++------pn结电场方向外加反向电压产生的电场方向反向电流很小空穴移动电子移动+—因此，pn结中中原来的的电场被被加强了了，阻挡挡层厚度度增加了了。n区区中的多多数载流流子———电子和和p区中中的多数数载流子子——空空穴很难难能过pn结向向对方移移动，这这就是反反向连接接时电流流极小的的原因。。但是，，这时p区中的的少数载载流子———电子子和n区区中的少少数载流流子———空穴在在反向电电场帮助助向交界界移动，，电子由由左方流流向右方方和空穴穴由右方方流向左左方形成成反向电电流，但但由于少少数载流流子数量量很少，，反向电电流是很很小的。。因此，，我们们可以以把pn结结看成成是电电流通通道上上的一一道开开关，，接上上正向向电压压时（（即p型半半导体体接电电池正正极，，n型型半导导体接接电池池负极极），，开关关打开开让电电流通通过，，我们们称此此时pn结结“导导漏””接上上反向向电压压时开开关关关上，，阻止止电流流通过过，我我们称称此时时pn结““截止止”。。pn结这这种只只让电电流单单方向向通过过的性性能称称pn结的的单向向导电电性。。pn结结的““导通通”和和“截截止””是互互相矛矛盾的的两个个方面面，双双方半半争又又互相相依存存着，，共处处于一一个统统一体体中，，这两两个对对立的的双方方在一一定外外加电电压的的条件件下互互相转转化。。当外外加电电压极极性改改变时时矛盾盾双方方各转转化到到相反反的方方面。。太阳能能电池池材料料制造造（以以多晶晶硅为为例））Si原材料清洗将Si原材料和相应的掺杂源（B）输入石英炉进行熔化Si熔化后对石英炉慢降温，使SI缓慢结晶炉温降至室温时即制得多晶锭将Si锭四周切割去掉，因结晶过程中与石英炉接触形成的杂质层测参数、寿命、电阻率将块状的Si按要求切割成SI砖切割成薄片清洗包装太阳能能电池池片生生产工工艺流流程图图（以以多晶晶硅为为例））对Si片（一般为P型掺杂）进行腐蚀以去掉切割过程中在Si片正反两面所形成的损伤层在KOH中以各向异性腐蚀将Si片表面制成增加光吸收的陷光效应的绒面结构将Si片送入高温电炉进行n型磷扩散，以形成所需要的pn结利用等离子体刻蚀去掉Si片的边缘以对电池片正反两面实现电隔离在电池片的正面沉积起减反射和钝化作用的Si3N4膜层利用丝网印刷在电池的背面制备金属铝层及焊接银点。半导体体制造造过程程的洁洁净度度要求求综前所所述杂杂质对对半导导体的的特性性有着着改变变或破破坏其其性能能的作作用，，所以以在半半导体体器件件生产产过程程中对对什么么都必必须严严格控控制，，杂质质有各各种各各样的的，如如金属属离子子会破破坏半半导体体器件件的导导电性性能，，灰尘尘粒子子破坏坏半导导体器器件的的表面面结构构等。。一、生生产环环境洁洁净半导体体器件件生产产环境境要求求很严严，除除了要要求恒恒温、、恒湿湿外，，对生生产环环境洁洁净度度要求求很严严，按按单位位体积积中规规定的的尺寸寸灰尘尘粒子子为标标准分分成洁洁净度度的等等级。。一般般分为为10级、、100级级、1000级级、10000级、、100000级，，美国国联邦邦标准准中规规定了了洁净净室和和洁净净区内内空气气浮游游粒子子洁净净等级级。1、浮游粒粒子的洁净净等级洁净度以每每立方米（（每立方英英尺）空气气中的最大大允许粒子子来确定。。因图标单单位等级名名称为每立立方米空气气中大于等等于0.5微米的最最大允许粒粒子数的常常用对数值值（以10为底），，用英制单单位时等级级名称为每每立方英尺尺空气中大大于等于0.5微米米的最大允允许粒子数数。1）洁净区区空气浮游粒粒子的浓度度被控制在在特定的浮浮游粒子洁洁净度等级级范围内某某一限空间间。2）洁净室室浮游粒子浓浓度被控制制，包含一一个或多个个洁净区的的房间。2、浮游粒粒子洁净度度的检测（（颗粒测试试仪）采样：任何何洁净区的的取样点不不少于2个个，除受洁洁净区划内内的设备限限制外，取取样点应在在整个洁净净区均匀分分布，每个个选定的取取样点应至至少取样一一次。在一一个区内总总共应最少少取样5次次，每个取取样点取样样应多于一一次，而不不同的取样样点取样次次可以不同同取样量度和和取样时间间：取样量量不少于0.00283立方方米（合0.1立方方英尺），，并且计算算所得取样样量结果不不得四舍五五入。取样样时间可以以用取样量量除以取样样速率来计计算。3、浮游粒粒子洁净度度的监测监测方法应应根据规定定的浮游粒粒子洁净等等级和为保保护工艺和和产品免受受污染物影影响而控制制的污染水水平来制定定，应确定定监测频率率，运行条条件和粒子子计算方法法，取样点点和取样点点数量，取取样量和数数据处理方方法也应被被确定。二、、工工艺艺过过程程中中的的洁洁净净工艺艺过过程程中中的的洁洁净净必必须须根根据据工工艺艺要要求求进进行行对对于于所所用用原原材材料料必必须须符符合合工工艺艺要要求求，，对对于于使使用用设设备备、、工工夹夹具具、、器器皿皿的的清清洗洗周周期期在在工工艺艺文文件件中中必必须须作作出出规规定定来来严严格格执执行行。。清洗用水，对对纯水的要求求10-18Ω-cm，，化学药品：：如氨水（NH3)、双双氧水（H2O2）、氢氢氟酸（HF）、盐酸（（HCL）等等。工艺过程中使使用的工器具具：石英管、、石英舟、传传递夹、镊子子等、清洗槽槽。工艺过程中使使用的设备。。必须改正一切切不利于洁净净生产的习惯惯。洁净区的管理理进出洁净区的的管理规定净化区行为规规则环境颗粒管理理规定净化度管理规规定P.H值管理理规定纯水管理规定定生产用气体管管理规定9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。21:23:3421:23:3421:2312/7/20229:23:34PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:23:3421:23Dec-2207-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。21:23:3421:23:3421:23Wednesday,December7,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2221:23:3421:23:34December7,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。07十二月月20229:23:34下午21:23:3412月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:23下下午午12月月-2221:23December7,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/721:23:3421:23:3407December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。9:23:34下下午午9:23下下午午21:23:3412月月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。21:23:3421:23:3421:2312/7/20229:23:34PM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2221:23:3421:23Dec-2207-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。21:23:3421:23:3421:23Wednesday,December7,202213、不知香积积寺，数里里入云峰。。。12月-2212月-2221:23:3521:23:35December7,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。07十二二月20229:23:35下下午21:23:3512月-2215、楚塞三湘接接，荆门九派派通。。。十二月229:23下下午12月-2221:23December7,202216、少年十五二二十时，步行行夺得胡马骑骑。。2022/12/721:23:3521:23:3507December202217、空空山山新新雨雨后后，，天天气气晚晚来来秋秋。。。。9:23:35下下午午9:23下下午午21:23:3512月月-229、杨柳散和和风，青山山澹吾虑。。。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、阅读一一切好书书如同和和过去最最杰出的的人谈话话。21:23:3521:23:3521:231