光伏扩散技术基础

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1、：生产电池片的工艺一般要经过硅片检测、表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结和检测分装等主要步骤。扩散制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为正是PN结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。扩散的质量对于太阳能电池的性能有重要影响。一、扩散的基本概念高温下，单晶固体中会产生空位和填隙原子之类的点缺陷。当存在主原子或杂质原子的浓度梯度时，点缺陷会影响原子的运动。在固体中的扩散能够被看成为扩散物质借助于空位或自身填隙在晶格中的原子运

2、动。图1所示为晶格常数为a的简化二维晶体结构中的原子扩散模型。空心圆表示占据低温晶格位置的主原子，实心圆既表示主原子也表示杂质原子。在高温情况下，晶格原子在其平衡晶格位置附近振动。当某一晶格原子偶然地获得足够的能量而离开晶格位置，成为一个填隙原子，同时产生一个空位。当邻近的原子向空位迁移时，这种机理称为空位扩散。假如填隙原子从一处移向另一处而并不站据晶格位置，则称为填隙扩散。一个比主原子小的原子通常做填隙式运动。填隙原子扩散所需的激活能比那些按空位机理扩散的原子所需的激活能要低。掺杂原子获得能量后，通过占据主原子的位置发生的扩散

3、，称为替位式扩散。图1空位扩散机制图2填隙扩散机制图3替位扩散机制二．扩散制PN结扩散方法扩散法主要有热扩散法、离子注入法、薄膜生长法、合金法、激光法和高频电注入法等。通常采用热扩散法制结。而热扩散法又分为涂布源扩散、液态源扩散和固态源扩散之分。以液态源扩散为例，一般采用POCl3液态源作为扩散源，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。POCl3液态源扩散公式如下：扩散设备太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉

4、即为制造太阳能电池PN结的专用设备。管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散过程清洗——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，以设定流量通过TCA60分钟清洗石英管。清洗开始时，先开氧气，再开TCA；清洗结束后，先关TCA，再关氧气。清洗结束后，将石英管连接扩散源，待扩散。饱和——每班生产前，需对石英管进行饱和。炉温升至设定温度时，以设定流量通小氮气（携源）和氧气，使石英管饱和，20分钟后，关闭小氮气和氧气。初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产时，须使石英管在9

5、50摄氏度通源饱和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。用吸笔依次将硅片从硅片盒中取出，插入石英舟。送片——用舟将装满硅片的石英舟放在碳化硅臂浆上，保证平稳，缓缓放入扩散炉。回温——打开氧气，等待石英管升温至设定温度。扩散——打开小氮气，以设定流量通小氮气（携源）进行扩散。扩散结束后，关闭小氮气和氧气，将石英舟缓缓退至炉口，降温以后，用舟叉从臂浆上取下石英舟。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，尽量缩短臂浆暴露在空气中的时间。等待硅

6、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。三．扩散条件的选择 在半导体生产中，影响扩散层质量的因素很多。而这些因素之间又都存在着相互影响关系。因此，只有全面地正确分析各种因素的作用和相互影响，才能使所选择的工艺条件真正达到预期的目的。不过，扩散条件的选择，主要是杂质源、扩散温度和扩散时间三个方面。选择这些条件应遵循以下原则：a.能否达到结构参数及质量要求；b.能否易于控制，均匀性和重复是否好；c.对操作人员及环境有无毒害；d.有无好的经济效益。（1）扩散杂质源的选择选取什么种类的杂质源，是根据器件的制造方法和结

7、构参数的要求来确定的。具体选择还需要遵循如下原则：a、杂质的导电类型要于衬底导电类型相反。b、应选择容易获得高纯度、高蒸汽压且使用周期长的杂质源。c、杂质在半导体中的固溶度要大于所需要的表面杂质浓度。d、尽量使用毒性小的杂质源。上面所说的只是如何选择杂质源的种类，而每种杂质源又有多种形式。因此选择杂质源一定要慎重。从杂质源的组成来看，又有单质元素、化合物和混合物等多种形式；从杂质源的形态来看，又有固态、液态和气态多种形式。 （2）扩散温度和时间的选择扩散温度和时间，平面器件制造工艺中的两个及其重要的工艺条件，它们直接决定着扩散分

8、布结果。因此，能否正确地选择扩散温度和扩散时间，是扩散的结果能否满足要求的关键。由于扩散的目的是形成一定的杂质分布，使器件具有合理的表面浓度和结深。因此，如何保证扩散层的表面浓度和结深符合设计要求，就成为选择扩散温度和扩散时间的主要依据了。如何使扩散结果具有良好