【導(dǎo)讀】擴(kuò)散制作p-n結(jié)是晶體硅太陽電池的核心，是電池質(zhì)量好壞的關(guān)鍵之一。太陽電池制作中的工藝優(yōu)化也是非常重要的。對于擴(kuò)散工序而言，確保。均勻性主要采取溫區(qū)補(bǔ)償技術(shù)。論文針對影響擴(kuò)散均勻性的因素多且關(guān)聯(lián)復(fù)。用于工業(yè)生產(chǎn)，擴(kuò)散均勻性得到了非常好的控制。壓Uoc和轉(zhuǎn)換效率Eff的影響。驗證了通過改善擴(kuò)散工藝提高太陽能電池的轉(zhuǎn)。換效率具有廣闊的發(fā)展前景。§去除邊緣p-n結(jié)和去磷硅玻璃.........

　　

【正文】 25 表 43 廢氣排放口不同位置所得到的方塊電阻（ Ω/□）實驗數(shù)據(jù) 爐口到排氣管口距離 爐口均流板類型 爐尾均流板類型 片內(nèi)測試點數(shù) 實驗片數(shù) 爐口片內(nèi)極差 爐中片內(nèi)極差 爐尾片內(nèi)極差 片間極差 A B 100% 37% B B A A 5 5 200 200 167。 排風(fēng)量大小對爐口均勻性的影響 表 44 廢氣排放口不同位置所得到的方塊電阻（ Ω/□）實驗數(shù)據(jù) 試驗編號 廢氣排放量 爐口均流板類型 爐尾均流板類型 片內(nèi)測試點數(shù) 實 驗片數(shù) 爐口片內(nèi)極差 爐中片內(nèi)極差 爐尾片內(nèi)極差 片間極差 C D 100% 70% B B A A 5 5 200 200 當(dāng)進(jìn)入擴(kuò)散爐石英管內(nèi)的工藝氣體總流量一定時，排風(fēng)量大小的設(shè)定直接影響擴(kuò)散爐內(nèi)的氣氛場壓強(qiáng)變化，而氣氛場壓強(qiáng)又與爐內(nèi)工藝氣體的濃度相關(guān)聯(lián) .從而影響擴(kuò)散的均勻性，尤其是爐口的均勻性。 通過表 44 分析爐口片內(nèi)極差大的具體原因，得到極差大主要是由硅片下 半部分方塊電阻大造成的，而這下半部分又與排氣口最近，故采取調(diào)小排氣閥開度，增加爐內(nèi)壓強(qiáng)，間接地增加工藝氣體反應(yīng)時間，從而改善爐口片內(nèi)均勻性和片間均勻性。對于穩(wěn)定生產(chǎn)而言，爐內(nèi)壓強(qiáng)的最佳值是在一定范圍內(nèi)的，這就要求工藝反應(yīng)氣體流量與廢氣排放量需保持一個整體平衡。 167。 均流板分流設(shè)計對擴(kuò)散片內(nèi)片間均勻性的影響 均流板在擴(kuò)散爐中對氣體的均勻分流起著非常重要的作用 [ 20]，這在懸臂河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 式 (10ading／ unloading)擴(kuò)散爐中尤為顯著。為分析研究均流板對擴(kuò)散爐均勻性的影響，分別設(shè)計采用了均流板 A 和均流板 B 進(jìn)行 實驗。均流板 B 較均流板 A 的直徑大 3． 6％。 在保證爐口密封性好，工藝氣體、時間、溫度及排氣等條件設(shè)置一定情況下 (后續(xù)實驗均按照此前提條件進(jìn)行 )，在爐尾放置均流板 A，爐口分別放置均流板 A、 B 進(jìn)行實驗對比。 表 45 爐口采用均流板 A 和 B 時所得到的方塊電阻 (Ω/□)實驗數(shù)據(jù) 試驗編號 爐口均流板類型 爐尾均流板類型 片內(nèi)測試點數(shù) 實驗片數(shù) 爐口片內(nèi)極差 爐中片內(nèi)極差 爐尾片內(nèi)極差 片間極差 D1 D2 A B A A 5 5 200 200 從表 45可以看出， D1實驗的爐口片內(nèi)極差較大，因片間極差較小，通過調(diào)整溫度、氣體流量和工藝時間很難改善爐口方阻片內(nèi)極差： D2實驗爐口采用均流板 B，即適當(dāng)增加均流板直徑，結(jié)果表明均流板 B對爐口方阻片內(nèi)極差的改普非常顯著，同時也使片聞方阻極差增大，對整體氣氛場的片間均勻性不利，但這可以容易地通過調(diào)整溫度、氣體流量或工藝時問加以改善。 為驗證均流板 A和均流板 B的實驗對比結(jié)果，將其投入大批量的正常生產(chǎn)，爐口方塊電阻極差改善的對比情況。通過大量的實驗研究可以得出，均流板在擴(kuò)散均勻性的氣氛場 保障中的作用非常重要，尤其體現(xiàn)在爐口位置，對均流板直徑和對稱性的設(shè)計與對應(yīng)石英反應(yīng)管的直徑大小和工藝氣體流量的設(shè)定密切相關(guān)，其設(shè)計值的確定是一個最佳的平衡值，其值偏大或偏小對擴(kuò)散均勻性均不利。 167。 擴(kuò)散片內(nèi)片間均勻性調(diào)節(jié)實驗 目前生產(chǎn)上主要是通過調(diào)整溫度、氣體流量或工藝時間來改善片內(nèi)片間的擴(kuò)散均勻性，由于片內(nèi)均勻性通過以上方式可調(diào)控度較小，片間均勻性主河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 要是通過對均流板的直徑和對稱性的調(diào)節(jié)來調(diào)控的，下面用大量實驗對片間均勻性調(diào)節(jié)做了研究分析。 表 46 目前生產(chǎn)線上使用的典型的磷擴(kuò)散工藝 步步 驟驟 號號 時時 間間 /S 溫溫 度度 ℃℃ 擴(kuò)擴(kuò) 散散 小小 氮氮 大大 氮氮 氧氧 氣氣 步步 驟驟 化化 學(xué)學(xué) 反反 應(yīng)應(yīng) 1 500 800 0 30000 0 進(jìn)進(jìn) 舟舟 / 2 500 810 0 30000 0 升升 溫溫 / 3 300 810 0 27500 2500 氧氧 化化 Si+O2→→ SiO2 4 300 830 1400 28000 600 預(yù)預(yù) 擴(kuò)擴(kuò) 5POCl3→→ PCl3+P2OP2O5+Si→→ 5SiO2+4P 5 900 830 1400 28000 600 主主 擴(kuò)擴(kuò) P2O5+Si→→ 5SiO2+4P 6 600 830 0 7500 2500 清清 洗洗 1 4POCl3+O2→→ 2P2O5+6Cl2 7 600 810 0 30000 0 清清 洗洗 2 4PCl5+O2→→ 2P2O5+10Cl2 8 500 800 0 30000 0 出出 舟舟 / 表 46是目前生產(chǎn)線上使用的典型的擴(kuò)散工藝共分為 8步，每一步的作用如下： 步驟 1：進(jìn)舟，待擴(kuò)散的硅片插在石英舟上，碳化硅槳將石英舟送入石英管內(nèi)； 步驟 2：升溫，把石英管溫度升到擴(kuò)散溫度附近； 步驟 3：通氧，管內(nèi)的氧氣過量且均勻分布，使步驟 4通入的 POCl3能均勻反應(yīng)，保證管內(nèi)擴(kuò)散均勻性，同時在硅表面形成 SiO2層，保證片內(nèi) 擴(kuò)散均勻性； 步驟 4：擴(kuò)散，或稱 “預(yù)沉積 ”，通入 N2攜帶 POCl3，與 Si反應(yīng)置換出 P原子，從而在表面形成 n層； 步驟 5：再分布，或稱 “drivein”,通過熱擴(kuò)散使表面的 P原子擴(kuò)散到硅片內(nèi)部； 步驟 7：通入過量的 O2，與殘留氣體反應(yīng)，達(dá)到清洗反應(yīng)爐的目的。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 步驟 8：出舟，碳化硅槳將石英舟退出石英管，擴(kuò)散完畢。 表 47 各溫區(qū)溫度參數(shù) 步驟 時間 溫區(qū)一 溫區(qū)二 溫區(qū)三 溫區(qū)四 溫區(qū)五 1 500 800 800 800 800 800 2 500 810 810 810 810 810 3 300 810 810 810 810 810 4 300 839 839 831 828 829 5 900 839 839 831 828 829 6 600 810 810 810 810 810 7 600 810 810 810 810 810 8 500 800 800 800 800 800 注：溫區(qū)一、二、三、四、五分別代表爐口到爐尾的位置 下面的實驗就是通過調(diào)整各溫區(qū)的溫度來來調(diào)整片間擴(kuò)散的均勻性，這主要是調(diào)整步驟 5中爐口到爐尾的溫度。各溫區(qū)的溫度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)各溫區(qū)加 熱電阻的阻值來實現(xiàn)的。 167。 擴(kuò)散爐溫對方阻阻值的影響 實驗方案：保證其他工藝條件不變，通過單一調(diào)整擴(kuò)散爐各溫區(qū)的溫度，如逐漸增加或減小爐口、中、尾的溫度，測量記錄調(diào)整前后電池片的方阻，生成圖表，通過對比分析得出擴(kuò)散方阻與爐溫的關(guān)系。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 41 擴(kuò)散方阻隨爐溫爐溫變化的折線圖 圖中 18 批次為初始工藝條件下測得的方阻值； 916 批次爐口至爐尾溫度調(diào)整幅度為 +1， +1， 0,0,0； 1624 批次爐口至爐尾溫度調(diào)整溫度幅度為 +2， +2,0,0,0。 圖表 41 中爐中爐尾方阻值為對比值，變化不明顯， 從圖表爐口方阻的變化曲線可以得出：擴(kuò)散方阻阻值的大小在一定范圍內(nèi)隨著擴(kuò)散爐溫的升高而降低，這在生產(chǎn)中改善片間方阻的均勻具有重要指導(dǎo)意義，我們可以通過單一的升高或降低擴(kuò)散爐內(nèi)不同溫區(qū)的爐溫來降低片間極差，從而提高擴(kuò)散均勻性。這一點將通過下面的實驗來驗證。 167。 調(diào)整擴(kuò)散爐溫改善片間擴(kuò)散的均勻性 由前面的實驗得出擴(kuò)散方阻隨爐溫的升高而降低，基于這種方法我們可以通過調(diào)整各溫區(qū)的溫度來減少片間極差值，進(jìn)而達(dá)到改善擴(kuò)散均勻的目的。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 表 48 下表為某一擴(kuò)散爐從爐口到爐尾擴(kuò)散方阻阻值及極差 從表 48 中可以看出該批次電池片擴(kuò)散方阻極差大的原因是爐 口爐尾方阻差造成的，按照上面實驗結(jié)論我們可以通過適當(dāng)調(diào)高爐口溫度或降低爐尾溫度來降低片間極差值。 圖 42 擴(kuò)散爐溫區(qū)溫度調(diào)整前后的極差值折線圖 注：該圖表中的極差值均為該批次電池片的平均極差，其中 16 為調(diào)整前片間極位置 5點方阻 平均方阻值 片間方阻平均值 片內(nèi)極差 片間極差 1 2 3 4 5 爐口 63 59 62 56 56 7 58 57 53 54 56 5 中 59 56 57 56 55 4 56 55 54 58 55 4 爐尾 49 47 52 49 48 4 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 差值， 712 爐口至爐尾調(diào)整幅度為 +3， +3,0， 0， 0； 1216 爐口至爐尾調(diào)整幅度為+3， +3， 0， 2， 2。 從圖 42 中可以看出通過調(diào)整擴(kuò)散爐各溫區(qū)的溫度，電池片片間極差得到了明顯的降低，這說明通過調(diào)整爐溫來改善片間擴(kuò)散均勻性的方案是可行性的，為了驗證該方案的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，下 面用 100 片電池片做下進(jìn)一步的驗證。 圖 43 調(diào)整溫度后電池片方阻的極差值折線圖 從圖 43 中可以看出調(diào)整后的擴(kuò)散爐極差值基本上能達(dá)到穩(wěn)定值，所以說通過調(diào)整爐內(nèi)各溫區(qū)溫度的方法改善片間均勻性的方法，在生產(chǎn)中是可行的。 167。 擴(kuò)散均勻性對太陽能電池性能的影響 晶體硅太陽電池的主要工藝制作過程包括制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鍍膜、印刷、燒結(jié)等工序，每道工序的相關(guān)控制參數(shù)都直接或間接地與電池的相關(guān)電性能參數(shù)相關(guān)聯(lián)。對于擴(kuò)散工序而言，擴(kuò)散的均勻性直接體現(xiàn)在硅片形成的pn結(jié)結(jié)深差異性上，均勻性好反映 pn結(jié)深差異性 小，反之亦然。而不同的河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 pn結(jié)結(jié)深對于燒結(jié)的條件是不一樣的，從另一方面來講，同樣的燒結(jié)條件生產(chǎn)應(yīng)用于擴(kuò)散均勻性好的在制電池片，其歐姆接觸性能、填充因子等電性能參數(shù)一致性好，最終體現(xiàn)在太陽電池的轉(zhuǎn)換效率一致性的可控性上。所以，擴(kuò)散均勻性對太陽電池電性能的影響一定程度上表現(xiàn)在電池表面不同擴(kuò)散均勻性對在填充因子 FF、并聯(lián)電阻 Rsh、串聯(lián)電阻 Rs、開路電壓 Uoc和轉(zhuǎn)換效率Eff的影響。 為研究說明擴(kuò)散均勻性對應(yīng)結(jié)深差異性對電池電性能的影響，選取兩批爐口片內(nèi)均勻性存在明顯差異在制硅片進(jìn)行對比實驗。 表 49 兩批擴(kuò) 散均勻性差異的方塊電阻 (Ω／口 )對比實驗數(shù)據(jù) 實驗編號 太陽能電池類型 片內(nèi)方阻測試點數(shù) 實驗片數(shù) 取樣方阻片內(nèi)極差 取樣方阻片間極差 cr01 P 型多晶 156*156 5 200 15 cr02 P 型多晶 156*156 5 200 7 410 兩批擴(kuò)散均勻性差異對應(yīng)的電性能對比數(shù)據(jù) 從表 49和表 410對比可以看出，擴(kuò)散均勻性好的電池在填充因子 FF、并聯(lián)電阻 Rsh、串聯(lián)電阻 Rs和開路電壓 Uoc方面均有較好的電性能特征，短路電流 Isc的差異性較小，其電池轉(zhuǎn)換效率夠較擴(kuò)散均勻性較差的電池高 0． 14％實驗編號 Uoc（ V） Isc（ A） Rs（ Ω） Rsh（ Ω） FF Eff cr01 764 693 3224 3597 756 cr02 726 346 9107 6341 659 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 左右。很顯然，擴(kuò)散薄層電阻均 勻性的改善，有利于降低太陽電池的串聯(lián)電阻 Rs，從而提高太陽電池填充因子 FF。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 結(jié) 論 (1)均流板的設(shè)計、廢氣排放口的位置及廢氣排放量的大小在擴(kuò)散均勻性的氣氛場保障中起著非常重要的作用，這就要求我們在確定擴(kuò)散工藝參數(shù)前首先要調(diào)適這些設(shè)備參數(shù)，使其達(dá)到最佳的平衡值， 在工藝調(diào)試過程中需要注意這些氣氛場因素是相互關(guān)聯(lián)影響的，一般先優(yōu)化改善均流板的均勻分流設(shè)計和廢氣排放位置因素，再綜合工藝氣體流量、排氣量等其他相關(guān)因素系統(tǒng)調(diào)整爐內(nèi)各溫區(qū)的溫度 。 (2)擴(kuò)散方阻阻值的大小在一定范圍內(nèi)隨著擴(kuò)散爐溫的升高而降低，這 在生產(chǎn)中改善片間方阻的均勻具有重要指導(dǎo)意義，我們可以通過單一的升高或降低擴(kuò)散爐內(nèi)不同溫區(qū)的爐溫來降低片間極差，從而提高擴(kuò)散均勻性。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 參考文獻(xiàn) [1]楊洪興 ,李雨桐 .促進(jìn)太陽能光伏建筑發(fā)展的能源政策 .中國太陽能光伏進(jìn)展 .成都：西南交通大學(xué) ,2021:783790 [2]艾斌 ,劉超 ,梁學(xué)勤 ,沈輝 .RTC