光伏擴(kuò)散技術(shù)基礎(chǔ)

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1、：生產(chǎn)電池片的工藝一般要經(jīng)過(guò)硅片檢測(cè)、表面制絨、擴(kuò)散制結(jié)、去磷硅玻璃、等離子刻蝕、鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷、快速燒結(jié)和檢測(cè)分裝等主要步驟。擴(kuò)散制造PN結(jié)是太陽(yáng)電池生產(chǎn)最基本也是最關(guān)鍵的工序。因?yàn)檎荘N結(jié)的形成，才使電子和空穴在流動(dòng)后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導(dǎo)線將電流引出，就是直流電。擴(kuò)散的質(zhì)量對(duì)于太陽(yáng)能電池的性能有重要影響。一、擴(kuò)散的基本概念高溫下，單晶固體中會(huì)產(chǎn)生空位和填隙原子之類的點(diǎn)缺陷。當(dāng)存在主原子或雜質(zhì)原子的濃度梯度時(shí)，點(diǎn)缺陷會(huì)影響原子的運(yùn)動(dòng)。在固體中的擴(kuò)散能夠被看成為擴(kuò)散物質(zhì)借助于空位或自身填隙在晶格中的原子運(yùn)動(dòng)。圖1所示為

2、晶格常數(shù)為a的簡(jiǎn)化二維晶體結(jié)構(gòu)中的原子擴(kuò)散模型。空心圓表示占據(jù)低溫晶格位置的主原子，實(shí)心圓既表示主原子也表示雜質(zhì)原子。在高溫情況下，晶格原子在其平衡晶格位置附近振動(dòng)。當(dāng)某一晶格原子偶然地獲得足夠的能量而離開(kāi)晶格位置，成為一個(gè)填隙原子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空位。當(dāng)鄰近的原子向空位遷移時(shí)，這種機(jī)理稱為空位擴(kuò)散。假如填隙原子從一處移向另一處而并不站據(jù)晶格位置，則稱為填隙擴(kuò)散。一個(gè)比主原子小的原子通常做填隙式運(yùn)動(dòng)。填隙原子擴(kuò)散所需的激活能比那些按空位機(jī)理擴(kuò)散的原子所需的激活能要低。摻雜原子獲得能量后，通過(guò)占據(jù)主原子的位置發(fā)生的擴(kuò)散，稱為替位式擴(kuò)散。圖1空位擴(kuò)

3、散機(jī)制圖2填隙擴(kuò)散機(jī)制圖3替位擴(kuò)散機(jī)制二．?dāng)U散制PN結(jié)擴(kuò)散方法擴(kuò)散法主要有熱擴(kuò)散法、離子注入法、薄膜生長(zhǎng)法、合金法、激光法和高頻電注入法等。通常采用熱擴(kuò)散法制結(jié)。而熱擴(kuò)散法又分為涂布源擴(kuò)散、液態(tài)源擴(kuò)散和固態(tài)源擴(kuò)散之分。以液態(tài)源擴(kuò)散為例，一般采用POCl3液態(tài)源作為擴(kuò)散源，POCl3液態(tài)源擴(kuò)散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于制作具有大面積結(jié)的太陽(yáng)電池是非常重要的。POCl3液態(tài)源擴(kuò)散公式如下：擴(kuò)散設(shè)備太陽(yáng)能電池需要一個(gè)大面積的PN結(jié)以實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴(kuò)散爐即為制造太陽(yáng)能電池PN結(jié)的專用設(shè)備。管式擴(kuò)

4、散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴(kuò)散過(guò)程清洗——初次擴(kuò)散前，擴(kuò)散爐石英管首先連接TCA裝置，當(dāng)爐溫升至設(shè)定溫度，以設(shè)定流量通過(guò)TCA60分鐘清洗石英管。清洗開(kāi)始時(shí)，先開(kāi)氧氣，再開(kāi)TCA；清洗結(jié)束后，先關(guān)TCA，再關(guān)氧氣。清洗結(jié)束后，將石英管連接擴(kuò)散源，待擴(kuò)散。飽和——每班生產(chǎn)前，需對(duì)石英管進(jìn)行飽和。爐溫升至設(shè)定溫度時(shí)，以設(shè)定流量通小氮?dú)猓〝y源）和氧氣，使石英管飽和，20分鐘后，關(guān)閉小氮?dú)夂脱鯕?。初次擴(kuò)散前或停產(chǎn)一段時(shí)間以后恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，須使石英管在950攝氏度通源飽和1小時(shí)以上。裝片——戴好防護(hù)口罩和干凈

5、的塑料手套，將清洗甩干的硅片從傳遞窗口取出，放在潔凈臺(tái)上。用吸筆依次將硅片從硅片盒中取出，插入石英舟。送片——用舟將裝滿硅片的石英舟放在碳化硅臂漿上，保證平穩(wěn)，緩緩放入擴(kuò)散爐?；販亍蜷_(kāi)氧氣，等待石英管升溫至設(shè)定溫度。擴(kuò)散——打開(kāi)小氮?dú)?，以設(shè)定流量通小氮?dú)猓〝y源）進(jìn)行擴(kuò)散。擴(kuò)散結(jié)束后，關(guān)閉小氮?dú)夂脱鯕?，將石英舟緩緩?fù)酥翣t口，降溫以后，用舟叉從臂漿上取下石英舟。并立即放上新的石英舟，進(jìn)行下一輪擴(kuò)散。如沒(méi)有待擴(kuò)散的硅片，將臂漿推入擴(kuò)散爐，盡量縮短臂漿暴露在空氣中的時(shí)間。等待硅片冷卻后，將硅片從石英舟上卸下并放置在硅片盒中，放入傳遞窗。三．?dāng)U散條

6、件的選擇?在半導(dǎo)體生產(chǎn)中，影響擴(kuò)散層質(zhì)量的因素很多。而這些因素之間又都存在著相互影響關(guān)系。因此，只有全面地正確分析各種因素的作用和相互影響，才能使所選擇的工藝條件真正達(dá)到預(yù)期的目的。不過(guò)，擴(kuò)散條件的選擇，主要是雜質(zhì)源、擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間三個(gè)方面。選擇這些條件應(yīng)遵循以下原則：a.能否達(dá)到結(jié)構(gòu)參數(shù)及質(zhì)量要求；b.能否易于控制，均勻性和重復(fù)是否好；c.對(duì)操作人員及環(huán)境有無(wú)毒害；d.有無(wú)好的經(jīng)濟(jì)效益。（1）擴(kuò)散雜質(zhì)源的選擇選取什么種類的雜質(zhì)源，是根據(jù)器件的制造方法和結(jié)構(gòu)參數(shù)的要求來(lái)確定的。具體選擇還需要遵循如下原則：a、雜質(zhì)的導(dǎo)電類型要于襯底導(dǎo)電類型

7、相反。b、應(yīng)選擇容易獲得高純度、高蒸汽壓且使用周期長(zhǎng)的雜質(zhì)源。c、雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的固溶度要大于所需要的表面雜質(zhì)濃度。d、盡量使用毒性小的雜質(zhì)源。上面所說(shuō)的只是如何選擇雜質(zhì)源的種類，而每種雜質(zhì)源又有多種形式。因此選擇雜質(zhì)源一定要慎重。從雜質(zhì)源的組成來(lái)看，又有單質(zhì)元素、化合物和混合物等多種形式；從雜質(zhì)源的形態(tài)來(lái)看，又有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)多種形式。?（2）擴(kuò)散溫度和時(shí)間的選擇擴(kuò)散溫度和時(shí)間，平面器件制造工藝中的兩個(gè)及其重要的工藝條件，它們直接決定著擴(kuò)散分布結(jié)果。因此，能否正確地選擇擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間，是擴(kuò)散的結(jié)果能否滿足要求的關(guān)鍵。由于擴(kuò)散的目的是形

8、成一定的雜質(zhì)分布，使器件具有合理的表面濃度和結(jié)深。因此，如何保證擴(kuò)散層的表面濃度和結(jié)深符合設(shè)計(jì)要求，就成為選擇擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間的主要依據(jù)了。如何使擴(kuò)散結(jié)果具有良好