關于晶體硅太陽能電池淺濃度擴散的研究

2013-08-24 02:15:08李廣鵬陳胡倩毛曉麗

科技傳播 2013年2期

劉戰，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

本論文涉及常規晶體硅太陽能電池擴散技術領域，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，一次恒溫推進步驟，得到電池的P-N 結，在沉積和恒溫推進過程中控制降低擴散濃度，減少擴散步驟，從而減少擴散后結的死層，增大P-N 結與漿料的契和度。可提高電池短路電流，從而提高轉換效率。

1 晶體硅電池常規工藝

目前晶體硅電池制造的常規工藝已經進入標準化，其各道工序工藝過程及目的如下：

1）表面結構及清洗：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，進而形成P-N 結，使太陽能電池在光照的情況下產生光伏效應；

3）刻蝕：去掉電池片邊緣PN 結避免太陽電池短路；

4）沉積減反射膜SixNy：目前批量化生產主流鍍氮化硅薄膜，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；它的化學穩定性也很好，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：將太陽電池轉換的電能輸出；

6）燒結：將印刷的電極與電池片形成良好的歐姆接觸。半導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，且接觸時的電阻遠小于材料電阻的一種接觸，因此當電流通過時，良好的歐姆接觸不會產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，并按相應的條件分檔，達到相應的數目后按要求進行包裝。

根據目前生產工序上的工藝情況：硅片表面參雜濃度應在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 結帶寬急劇收縮，導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入到擴散管中進行氧化，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的混合氣體進行P 沉積，硅片780℃～785℃氣氛中與氧氣，三氯氧磷發生化學反應，生產磷、五氯化磷、五氧化二磷、氯氣，時間為300s～380s，主要反應方程式如下：

Si + O2= SiO2

5POCl3= P2O5+ 3PCl5(高溫)

4PCl5+ 5O2= 2P2O5+ 10Cl2（高溫）

2P2O5+ 5Si = 4P + 5SiO2

4）恒溫推進：溫度提升到805 ℃，繼續通入流量為8slm～10slm 的N2，1.2slm～1.5slm 的O2及0.5slm～0.8slm 攜帶有擴散源（POCl3）的N2的混合氣體進行推進，使之前沉積的P更均勻地分布在硅片上，推進時間為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 步驟完成后繼續通入流量為3slm～5slm 的O2以便與未消耗完的PCl5繼續反應，還可以防止未反應完的化學品逸散到工作區域，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]。