摘 要：太陽能晶硅電池主要是以單/多晶硅片為原材料，利用光伏效應將太陽能轉化為電能。在電池片的生產(chǎn)過程中，擴散制PN結是最核心的工序。擴散工藝對電池的性能有著重要影響。文章從工廠生產(chǎn)的角度，結合工藝及設備使用情況，淺談擴散工藝的技術特點。

關鍵詞：晶硅電池；擴散制結；工藝

1 擴散在傳統(tǒng)電池生產(chǎn)中的工藝步驟

原材料硅片來料檢驗——清洗制絨——擴散制結——干法刻蝕洗磷（或濕法刻蝕）——PECVD鍍膜——絲網(wǎng)印刷——燒結——測試分選——電池片成品包裝。

2 擴散的原理及POCl3制PN結

物質分子因濃度梯度而進行分子轉移是擴散的基本原理；在工廠的晶硅電池生產(chǎn)中，普遍采用熱擴散法：即在P型半導體表面摻雜五價磷元素，形成PN結，具體是指以液態(tài)POCl3作為擴散源，在高溫有氧條件下（>600℃）充分分解反應，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，利用磷原子（N型）向硅片（P型）內部擴散的方法，改變硅片表面層的導電類型，形成PN結（同時在硅片表面形成一層磷硅玻璃），達到合適的摻雜濃度；當有適當波長的光照射在該PN結上，由于光伏效應而在勢壘區(qū)兩邊形成電勢，在開路情況下穩(wěn)定的電勢差形成電流。

POCl3→PCL5+P2O5

PCL5+O2→P2O5+CL2↑

POCl3+O2→P2O5+CL2↑

P2O5+Si→SiO2+P↓

POCl3液態(tài)源擴散具有生產(chǎn)效率較高，制結均勻平整，擴散層表面良好等優(yōu)點。

3 擴散設備和擴散的具體工藝過程

擴散方式有管式和鏈式之分；目前，國內工廠中普遍采用管式擴散爐（下同）制作電池片的PN結；其主要由控制部分、推舟凈化部分、爐體部分、氣源部分等組成。

在正常的生產(chǎn)過程中（無需運行飽和工藝），其具體工藝過程為：進舟——低溫通氧和大氮——低溫通大氮，氧和小氮——高溫通大氮，氧和小氮——高溫通大氮（恒溫）——低溫通大氮（冷卻）——出舟。

低溫通氧即預擴散，可改善方阻的均勻性，減少死層，同時也可以縮短整個工藝時間；擴散過程中對氣氛的均勻性要求較高，因此在生產(chǎn)過程中應盡量避免將槳暴露在空氣中過長時間；在初次使用或者清洗完成后要運行飽和工藝使擴散環(huán)境更加均勻良好。

4 擴散工藝的質量檢驗和影響因素

（1）擴散層薄層電阻（方塊電阻：正方形的擴散薄層在電流方向上的電阻）是反映擴散質量的重要指標，采用四探針法進行測量：

Rs=F（V/I）

F為修正因子，其數(shù)值由被測樣品的長、寬、厚尺寸和探針間距決定，因探針間距遠遠大于結深，F(xiàn)修正因子為4.533。

質量檢驗：在質量控制中一般對方塊電阻、同一舟中片間不均勻度、片內不均勻度做檢測要求；同時對硅片表面的外觀質量如麻點、藍黑點、臟污等進行檢驗；對PN結結深（擴散雜質濃度與襯底雜質濃度相等時到硅片表面的距離）進行測量。

（2）影響擴散工藝質量的因素很多且關系復雜，但究其根本，可主要分為以下三類：濃度的影響、溫度的影響、時間的影響。

摻雜濃度是擴散工藝的基礎和目標，擴散溫度則是決定擴散速率的重要因素，而擴散時間則決定摻雜的濃度和結深；在擴散雜質源（POCl3）一定的情況下，源通量、擴散溫度和擴散時間是影響擴散工藝的主要參數(shù)，直接決定了擴散效果；當結深一定時，若擴散溫度過低，則時間加長產(chǎn)量降低，擴散均勻性和重復性變差；若溫度過高，則時間變短，擴散的均勻性和重復性也無法保證。因此，要選擇合適的擴散溫度和工藝時間，使磷源的分解速度和擴散系數(shù)隨溫度的變化較小，并設定合理的溫區(qū)溫度及進舟出舟速度。其他如排風、爐口爐尾密封性、石英管潔凈程度、槳的位置等也會對擴散工藝產(chǎn)生影響。

總之，一方面要保證硅片表面的擴散濃度和結深符合設計要求，另一方面要獲得良好的均勻性和重復性，使片內、片間和各管之間的擴散質量符合檢驗標準，才能進行量產(chǎn)。

5 常見擴散工藝問題處理

（1）未擴散上：可能因素有小氮流量不足，爐門未關緊，排風太大，磷源被排風抽走；可采取措施有增大小氮的攜帶流量，調整爐門位置，確保密封良好等。

（2）擴散方阻偏低：可能因素有擴散溫度偏高，沉積時間過長，磷源溫度偏高；可采取措施有降低擴散溫度或沉積時間，調整磷源量或磷源溫度等。

（3）擴散方阻偏高：可能因素有擴散溫度偏低，沉積時間太短、石英管飽和不良或者磷源溫度偏低；可采取的措施有提高擴散溫度或沉積時間，調整磷源量，重新飽和等。

（4）擴散后片內方阻不均勻：擴散氣流不均勻，可調整擴散氣流量和加均流板。

（5）方塊電阻極差大：主要還是擴散溫度場的分布不均勻，拉爐溫，調整各溫區(qū)恒溫溫度。

（6）擴散后硅片表面發(fā)藍：硅片在擴散前在空氣中曝露時間長，表面形成氧化層或者未甩干等造成。

6 結束語

擴散工藝是太陽能晶硅電池生產(chǎn)的核心，它的優(yōu)化匹配實驗是我們不斷努力的方向之一。這些年相繼提出的低濃度淺結高阻密柵技術、選擇性發(fā)射極SE電池、PERC背鈍化、IBC全電極背接觸電池等新技術都是以擴散制結為基礎，不斷優(yōu)化調整發(fā)射結擴散工藝及方阻大小同其他工藝的結合效果；相信隨著新技術新理論的進一步革新，通過不斷驗證實驗，最終能達到提高電池轉換效率目的。

參考文獻

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