多晶硅与单晶硅的扩散分析

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1、多晶硅与单晶硅的扩散分析2011-05-1716:15:31来源：光伏太阳能网        一、多晶硅电池与单晶硅电池的比较　　1954年，美国贝尔实验室研制成功第一块单晶硅太阳电池，开创了人类太阳能的新纪元。1998年世界范围内多晶硅太阳电池产量79.9MW，首次超过了单晶硅太阳电池产量(75MW)，而且连续三年持续增长，至2001年多晶硅太阳电池的市场份额已达52%，远远超过单晶硅太阳电池35%的市场份额。目前世界上单晶硅太阳电池的最高转化效率早就达到24.7%，高于2004年由德国人制造的20.3%的多晶硅太阳电池最高效率。生产线上单晶硅太阳电池的效率高于

2、多晶硅太阳电池效率约1个百分点。多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池相比有如下特点：　　(1)比起单晶硅，多晶硅硅片更适合用纯度相对较低的原材料，且有更大的装填量，目前常见的多晶硅锭达到250~270千克。　　(2)多晶硅太阳电池是标准正方形，与准方形的单晶硅太阳电池相比多晶硅太阳电池在组件封装有更高的占空比。　　(3)制备多晶硅晶锭比制备单晶硅晶锭耗费更少的能量，相同时间内可冷凝更多的多晶硅晶锭，生产效率更高。　　(4)多晶硅和单晶硅太阳电池内在品质和在同一环境下的使用寿命相同。　　(5)单晶硅太阳电池较易实现薄片制备，而多晶硅太阳电池则较难实现薄片制备。单晶硅与多晶

3、硅太阳电池各有优缺点，目前两种电池都在并行发展。　　多晶硅片是由很多不同的单晶硅组成，各单晶晶粒晶向不同，形状也不规则。同一晶粒内部原子排列呈周期性和有序性。多晶硅与单晶硅的主要区别是不同晶向的晶粒间存在晶界。晶粒间结构复杂，硅原子无序排列，可能存在深能级缺陷的杂质。一方面，界面耗尽了晶界附近的载流子形成具有一定宽度的耗尽层和势垒；另一方面，作为复合中心浮获电子和空穴。晶界势垒阻碍载流子的传输，增大了串联电阻；晶界的复合损失减低了收集率，增加了暗电流；对填充因子不利，对开路电压和短路电流也不利。还有，晶粒晶界内存在相对较多的杂质，形成漏电电流降低电池的并联电阻。同

4、一多晶硅硅片的晶粒越小晶界越多，增大晶粒尺寸可以减少晶界的量，提高多晶硅的性能。　　鉴于多晶硅的以上结构特点。多晶硅太阳电池制作过程中各个环节均与单晶硅太阳电池的制作具备不同的特点。　多晶硅和单晶硅一样，规模化生产的制作太阳电池实验流程可以采取为；清洗一表面织构一清洗一扩散一去周边一去磷硅玻璃(PSG)--清洗一表面钝化一减反射膜一电极印刷一烧结。其中扩散是最关键的工艺，它和表面钝化相互影响，共同决定着太阳电池PN结的结深、表面扩散杂质浓度和方块电阻等因素。方块电阻影响太阳电池内部的串联电阻，好的扩散可以制备出和所印刷的上电极相结合的高质量的PN结。本试验进行了多

5、晶硅与单晶硅的扩散对比研究，探索适合多晶硅的扩散条件，制备优质多晶硅的扩散结，对提高多晶硅的光电转化效率，降低生产成本具有十分重要的意义。   　二、实验及其结果　　实验所用的多晶硅片和单晶硅片为100×100平方毫米或125×125平方毫米的硅片。多晶硅和单晶硅的主要区别为多晶硅内存在晶向不同的晶粒和晶粒间存在晶界，正是这两点影响了整个硅片的性质。如果所取的多晶硅片太小则晶粒和晶粒晶界的量就少。为了提高实验的可信度，所以用面积大一点的多晶硅硅片做扩散实验。试验采用的单晶硅为直拉单晶硅，[1ioo]晶向，电阻率为1Ω·cm。多晶硅的电阻率也为1Ω·c

6、m导电类型均为P型。　　扩散原理是：三氯氧磷被氮气带人高温石英管内分解成五氧化二磷和五氯化磷，五氯化磷和氧气反应生成五氧化二磷和氯气，五氧化二磷和硅片反应生成磷和二氧化硅，磷原子在硅中扩散，形成N型硅，并和基片一起构成PN结。采用的扩散炉型号为6251程控扩散系统(型号L4513II—73／ZM)。每次扩散气体流量都相同，扩散时间也相同。采用SDY一4型四探针测试仪测量方块电阻。扩散后各测两片单晶硅片和多晶硅片，所测方块电阻的五个点都是正中间和靠近四个角的地方。现将扩散条件和方块电阻列于下表：                            三、分析及结论　

7、　从表中可以看出单晶硅和多晶硅的扩散结果具有以下特点：　　1、同一多晶硅硅片上不同点的方块电阻的差别比单晶硅的差别大，这一点体现了多晶硅的晶粒方向和晶界对扩散结果的影响，多晶硅硅片上不同晶粒的晶向不同，不同晶向上磷的扩散系数等性质也不同，影响了方块电阻；相同扩散条件下，不同多晶硅片之间平均方块电阻的差别比单晶硅之间的差别大，温度较低时差别明显，这是由于不同多晶硅硅片晶粒和晶界的结构不同所导致的结果；　　2、温度对单晶硅和多晶硅扩散结果影响的趋势相同，多晶硅的扩散结果随温度的变化起伏更大。在扩散温度较低时，多晶硅扩散后的方块电阻大于相同条件下的扩散单晶硅；在扩散温度

8、较高时，多