【文章內(nèi)容簡介】 ugh the production line to obtain a consistent analysis of results. After further process optimization and analysis, the proliferation of lowcost production and efficient process has broad prospects for silicon solar cells. Key words: silicon solar cell, diffusion, uniformity. Conversion efficiency, yield 1引言 晶體硅太陽電池能夠取得高效轉(zhuǎn)換效率的原因主要是基于表面鈍化、濕氧氧化等技術(shù)的應(yīng)用。新技術(shù)的開發(fā)與運(yùn)用同時(shí)也極大地促進(jìn)了太陽電池的商業(yè)化發(fā)展。在過去的10年，全球太陽電池的生產(chǎn)以年平均30％的速度快速增長，單晶硅和多晶硅太陽電池的增長所占比重最大，超過整個(gè)太陽電池增長的80％。 除產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用新技術(shù)外，太陽電池制作中工藝優(yōu)化也非常重要的。太陽電池產(chǎn)業(yè)化所面臨的主要問題之一是如何在保證電池高轉(zhuǎn)換效率前提下提高產(chǎn)能。擴(kuò)散制作P －N結(jié)是晶體硅太陽電池的核心，也是電池質(zhì)量好壞的關(guān)鍵之一。對(duì)于擴(kuò)散工序，最大問題在于如何保障擴(kuò)散的均勻性。擴(kuò)散均勻性好的電池。其后續(xù)工藝參數(shù)可控性高?？梢暂^好地保證電池電性能和參數(shù)的穩(wěn)定性。擴(kuò)散均勻性在高效率低成本電池產(chǎn)業(yè)推廣方面主要有兩個(gè)方向：一個(gè)是太陽電池PN結(jié)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，比如N型電池、SE(selective emitter)電池等；另一個(gè)是由于其他工序或材料新技術(shù)的應(yīng)用需要尋求相應(yīng)的擴(kuò)散工藝路線，比如冶金硅用于太陽電池、Sunpower公司的Low cost rearcontact solar cells和夏普公司的backcontact solarcells等。這些都是擴(kuò)散對(duì)均勻性要求新的研究方向。晶體硅產(chǎn)業(yè)化擴(kuò)散制作PN結(jié)所采用的擴(kuò)散爐主要為管式電阻加熱方式(普遍選用 Kanthal加熱爐絲)，裝載系統(tǒng)主要有懸臂式(loading／unloading)和軟著陸(soft contact loading，簡稱SCL)兩種，國內(nèi)擴(kuò)散爐以懸臂式為主，國外以SCL為主。相對(duì)于配置懸臂裝載機(jī)構(gòu)的擴(kuò)散爐，SCL式擴(kuò)散爐因其爐口密封性更易保障，并不采用石英保溫檔圈來保證爐門低溫狀態(tài)。工藝反應(yīng)過程中SiC槳退出反應(yīng)石英管外，這些設(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)減少擴(kuò)散均勻性的影響因素，在工藝生產(chǎn)中能更好地保證擴(kuò)散的均勻性；同時(shí)也極大地降低工藝粘污風(fēng)險(xiǎn)，為高效太陽電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供硬件保障。這也是SCL式擴(kuò)散爐逐步取代懸臂裝載式擴(kuò)散爐的原因所在。早期的工藝路線主要包括開管擴(kuò)散與閉管擴(kuò)散，鑒于對(duì)擴(kuò)散均勻性要求的不斷提高和對(duì)高轉(zhuǎn)換效率電池大規(guī)模生產(chǎn)成本降低的要求，現(xiàn)基本采用閉管工藝路線。對(duì)懸臂管式擴(kuò)散爐中影響擴(kuò)散均勻性的氣氛?qǐng)鲆蛩剡M(jìn)行相關(guān)的研究，以達(dá)到優(yōu)化工藝參數(shù)、降低生產(chǎn)成本的目的。 擴(kuò)散是以種由熱運(yùn)動(dòng)所引起的雜質(zhì)原子和基本原子的輸運(yùn)過程，由于熱運(yùn)動(dòng)把原子從一個(gè)位置輸運(yùn)到另一個(gè)位置，使基本原子與雜質(zhì)原子不斷的相互混合。2 原理及方法，優(yōu)化擴(kuò)散的均勻性主要采取溫區(qū)補(bǔ)償技術(shù)。在大規(guī)模生產(chǎn)中，補(bǔ)償方法主要通過調(diào)整工藝反應(yīng)時(shí)間、氣體流量和反應(yīng)溫度三者實(shí)現(xiàn)。配備懸臂裝載機(jī)構(gòu)擴(kuò)散爐本身的特點(diǎn)及恒溫區(qū)位置的固定，確保了SiC槳、石英保溫檔圈、均流板和石英舟是固定位置使用。影響擴(kuò)散均勻性因素除相關(guān)物件固定放置位置外，工藝氣體總流量、廢氣排放流量與爐內(nèi)壓強(qiáng)的平衡設(shè)置，均流板的氣體均勻分流設(shè)計(jì)，廢氣排放位置與氣流變化對(duì)溫度穩(wěn)定抗干擾的平衡設(shè)置等因素也至關(guān)重要，因這些因素相互關(guān)聯(lián)影響，使得生產(chǎn)中的工藝優(yōu)化相對(duì)困難，尤其是氣氛?qǐng)鲆蛩馗y控制，這也是該研究領(lǐng)域至今未建立擴(kuò)散均勻性氣氛?qǐng)龉こ棠Ｐ偷碾y點(diǎn)。根據(jù)氣氛?qǐng)鲆蛩氐奶攸c(diǎn)，作出擴(kuò)散氣氛?qǐng)鼋Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1中，箭頭方向?yàn)闅怏w示意流向；廢氣排放管和Profile TC套管處于同一水平面上，工藝廢氣經(jīng)廢氣排放管排到液封吸收瓶(工業(yè)生產(chǎn)常用酸霧處理塔)處理，處理合格后排氣。 工業(yè)化生產(chǎn)中擴(kuò)散爐的均勻性主要通過測(cè)試擴(kuò)散后硅片的方塊電阻來反映。工藝反應(yīng)時(shí)間、氣體流量和工藝反應(yīng)溫度的變化非常直觀地體現(xiàn)在方塊電阻值的變化上，即增加工藝反應(yīng)時(shí)間和工藝反應(yīng)溫度將導(dǎo)致方塊電阻值的降低，磷源流量的減小反映在方塊電阻值的升高；反之亦然。 工藝氣體流量對(duì)爐內(nèi)溫度的影響，關(guān)閉小N2(磷源bubbler bottle)，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)大N2流量，試驗(yàn)記錄擴(kuò)散爐石英反應(yīng)管內(nèi)爐口、爐中、爐尾3段Profile TC(tlaermal couple)溫度隨爐內(nèi)氣體流量(壓強(qiáng))的變化情況，以研究爐內(nèi)氣氛?qǐng)鰵怏w流量(壓強(qiáng))變化對(duì)與擴(kuò)散均勻性密切關(guān)聯(lián)的溫度影響程度和趨勢(shì)。試驗(yàn)過程包括：　?。?） 檢查爐門及各氣路連接處的密封性；　　（2） 設(shè)備溫度PID參數(shù)自整定；　　（3） 手動(dòng)調(diào)節(jié)大N2流量，從25 L／min，增加到27 L/min，記錄流量調(diào)節(jié)前后穩(wěn)定溫度值和流量變化導(dǎo)致的溫度動(dòng)態(tài)偏差值，見表1；　 （4） 手動(dòng)調(diào)節(jié)大N2流量，從25L／min，減少到23 L/min，記錄流量調(diào)節(jié)前后穩(wěn)定溫度值和流量變化導(dǎo)致的溫度動(dòng)態(tài)偏差值，見表2，表中Zone1為爐尾，Zone2是爐中尾，Zone3為爐中，Zone4是爐中口，Zone5為爐口。 從表1和表2的數(shù)據(jù)可看出，氣流量由25 L／min向27 L／min變化，爐尾溫度降低1℃，爐口溫度無變化，氣流量由25 L／min減少到23 L／min，爐尾溫度升高1℃，爐口溫度降低1℃。 廢氣排放位置對(duì)爐口均勻性的影響。在生產(chǎn)中，需要在恒溫