劉 戰(zhàn)，李廣鵬，李 陽，陳胡倩，毛曉麗

青海聚能電力有限公司，青海西寧 810001

0 引言

本論文涉及常規(guī)晶體硅太陽能電池擴散技術(shù)領(lǐng)域，具體為晶體硅太陽能電池的淺濃度擴散工藝，采用一次氧化，一次沉積，一次恒溫推進(jìn)步驟，得到電池的P-N 結(jié)，在沉積和恒溫推進(jìn)過程中控制降低擴散濃度，減少擴散步驟，從而減少擴散后結(jié)的死層，增大P-N 結(jié)與漿料的契和度。可提高電池短路電流，從而提高轉(zhuǎn)換效率。

1 晶體硅電池常規(guī)工藝

目前晶體硅電池制造的常規(guī)工藝已經(jīng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化，其各道工序工藝過程及目的如下：

1）表面結(jié)構(gòu)及清洗：即制絨清洗：在表面形成大小均勻、完全覆蓋的腐蝕坑，利用折射或陷光原理來增強光的吸收，降低電池表面的反射率[1]；

2）擴散：太陽能電池制造的核心工序，目的是在以P 型硅片為襯底的材料上沉積一層磷，進(jìn)而形成P-N 結(jié)，使太陽能電池在光照的情況下產(chǎn)生光伏效應(yīng)；

3）刻蝕：去掉電池片邊緣PN 結(jié)避免太陽電池短路；

4）沉積減反射膜SixNy：目前批量化生產(chǎn)主流鍍氮化硅薄膜，折射率在2.0～2.15，可將硅片表面反射率降低到3%左右。其還具有卓越的抗氧化和絕緣性能，同時具有良好的阻擋鈉離子、掩蔽金屬和水蒸汽擴散的能力；它的化學(xué)穩(wěn)定性也很好，除氫氟酸和熱磷酸能緩慢腐蝕外，其它酸與它基本不起作用[2]；

5）印刷電極：將太陽電池轉(zhuǎn)換的電能輸出；

6）燒結(jié)：將印刷的電極與電池片形成良好的歐姆接觸。半導(dǎo)體材料與金屬接觸時沒有形成整流接觸，歐姆接觸具有線形和對稱的V-I 特性，且接觸時的電阻遠(yuǎn)小于材料電阻的一種接觸，因此當(dāng)電流通過時，良好的歐姆接觸不會產(chǎn)生顯著的壓降和功耗；

7）測試分選及包裝：將制作完成的電池片測試，并按相應(yīng)的條件分檔，達(dá)到相應(yīng)的數(shù)目后按要求進(jìn)行包裝。

根據(jù)目前生產(chǎn)工序上的工藝情況：硅片表面參雜濃度應(yīng)在5*10e19atom/cm3左右，且同一深度原子濃度相同。參雜濃度過大會使PN 結(jié)帶寬急劇收縮，導(dǎo)致反向飽和電流增大，致使開路電壓降低，；同時，表面濃度過高會在表面形成死層，大量的光生載流子將會被復(fù)合[3]。所以，擴散后的硅片表面的方塊電阻越均勻越好。

2 試驗原理及方案

本文針對管式擴散爐提供一種改進(jìn)的擴散方法，其主要特征在于淺濃度，主要包括以下步驟：

1）采用導(dǎo)電類型為P型的硅片原料，制備絨面、清洗并甩干；

2）氧化：在溫度780 ℃～785 ℃條件下通入流量為8slm～10slm 的N2及3slm～5slm 的O2，并將清洗干凈的硅片進(jìn)入到擴散管中進(jìn)行氧化，得到20nm～25nm 厚的氧化層，即SiO2；

3）沉積：待氧化完成后，繼續(xù)通入流量為8slm～10slm 的N2，1.2slm～1.5slm 的O2及0.5slm～0.8slm 攜帶有擴散源（POCl3）的N2的混合氣體進(jìn)行P 沉積，硅片780℃～785℃氣氛中與氧氣，三氯氧磷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯氣，時間為300s～380s，主要反應(yīng)方程式如下：

Si + O2= SiO2

5POCl3= P2O5+ 3PCl5(高溫)

4PCl5+ 5O2= 2P2O5+ 10Cl2（高溫）

2P2O5+ 5Si = 4P + 5SiO2

4）恒溫推進(jìn)：溫度提升到805 ℃，繼續(xù)通入流量為8slm～10slm 的N2，1.2slm～1.5slm 的O2及0.5slm～0.8slm 攜帶有擴散源（POCl3）的N2的混合氣體進(jìn)行推進(jìn)，使之前沉積的P更均勻地分布在硅片上，推進(jìn)時間為20min～30min，注意整個擴散工藝過程中，控制攜源N2的流量不超過0.8 N2。原理同C；

5）D 步 驟 完 成 后 繼 續(xù) 通 入 流 量 為3slm～5slm 的O2以便與未消耗完的PCl5繼續(xù)反應(yīng)，還可以防止未反應(yīng)完的化學(xué)品逸散到工作區(qū)域，對操作人員造成危害；并降溫至780℃～785℃。時間為500s～800s；

6）出舟，冷卻。等擴散后的硅片冷卻到室溫，測試合格后卸片，流入下道工序；

7）經(jīng)過以上步驟，得到擴散后的硅片，硅片表面方塊電阻為85～90Ω/□[4]。

圖1 擴散原理示意圖

本文在現(xiàn)有的工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，通過淺節(jié)低濃度的方法能較簡單的控制結(jié)深，及結(jié)的均勻度，減少沉積過程中的死層，主要表現(xiàn)在方塊電阻的均勻性上面。

管不均勻度及單片不均勻度計算公式如下：

擴散后方塊電阻測量點如下：

圖2 方塊電阻測量示意圖

使用兩種不同擴散工藝方塊電阻的均勻性如表1 所示。

表1 常規(guī)擴散方塊電阻：（單位Ω/□)

表2 淺濃度擴散方塊電阻：（單位Ω/□）兩種不同擴散工藝方塊電阻的均勻性對比：

圖3 兩種不同擴散工藝方塊電阻的單片均勻性對比圖

圖4 常規(guī)擴散

圖5 淺濃度擴散

通過對比，可以看出淺濃度擴散的單片均勻性比常規(guī)擴散的單片均勻性好，而且管的均勻性也好于常規(guī)擴散的均勻性，通過正態(tài)分布圖也可以看出淺濃度擴散優(yōu)于常規(guī)擴散。

使用兩種不同擴散工藝在電性能上的差別：

表3 常規(guī)擴散電性能參數(shù)

圖6 常規(guī)擴散Voc 直方圖

圖7 常規(guī)擴散Isc 直方圖

圖8 常規(guī)擴散FF 直方圖

圖9 常規(guī)擴散Eff 直方圖

表4 淺濃度擴散電性能參數(shù)

圖10 淺濃度擴散Uoc 直方圖

圖11 淺濃度擴散Isc 直方圖

通過電性能參數(shù)的對比可以看出淺濃度擴散的開路電壓比常規(guī)擴散提高5%～7%，短路電流提高0.25A～0.30A，效率提高3%以上。

3 結(jié)論

所以通過控制降低擴散濃度，減少擴散步驟，減少擴散后結(jié)的死層，增大P-N 結(jié)與漿料的契合度，從而提高電池片效率。數(shù)據(jù)對比分析可知，淺濃度擴散可提高太陽能電池的短路電流0.25 A～0.30A，電池片效率提高3%以上。

圖12 淺濃度擴散FF 直方圖

圖13 淺濃度擴散Eff 直方圖

[1]季靜佳.絨面技術(shù)在太陽能電池領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].太陽能研究與利用，2004，增刊(48)：3.

[2]王永東，等.太陽電池減反射膜系統(tǒng)的研究[J].太陽能學(xué)報，2001，22：317.

[3]劉祖明，李杰慈，張忠文，廖化，李景天，涂潔磊，陳庭金.晶體硅太陽電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展[M].云南：云南師范大學(xué)太陽能所、云南省農(nóng)村能源工程重點實驗室，昆明光伏科技公司昆明，1990：99-110.

[4]劉國維，等.半導(dǎo)體工藝原理[M].成都：成都科學(xué)出版社.