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多晶硅太陽能電池制備工藝(論文)(編輯修改稿)

2026-06-27 12:03 本頁面

　

【文章內容簡介】 2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓ （）由以上化學反應方程式可得，POCl3 在沒有O2 的條件下，熱分解生成PCl5，而PCl5 極不易分解，且對硅表面有很強的腐蝕作用，嚴重損害了硅片的表面狀態以及pn 結的質量。當有外來足夠的O2 存在時，PCl5 就會進一步分解，生成P2O5和Cl2，具體反應方程式如下： 4PCl5 + 5O2→2P2O5+10Cl2↑ （）生成的P2O5 可再一次與硅發生化學反應，生成磷原子和SiO2。由此可見，在POCl3擴散的過程中，必須通入一定流量的O2 來避免PCl5 對硅片表面的損傷。在過量O2 存在的條件下，POCl3 液態源擴散的總化學反應方程式為： 4POCl3 +5O2→2P2O5 +6Cl2↑ ()由總反應方程式可得，POCl3 熱分解生成的P2O5 附著在硅襯底表面，在擴散高溫條件下又與Si反應生成磷原子和SiO2，即在硅襯底上覆蓋一層較薄的磷硅玻璃層，接著磷原子向硅體內徐徐擴散。為了提高擴散的均勻度，避免硅片表面死層的形成，通常在POCl3 擴散之前使硅表面熱氧化，生成一層極薄的氧化層，來控制反應速度。擴散工藝擴散工序采用的設備是捷佳偉創擴散爐DS300A，它是在48 所和centrotherm擴散爐的基礎上改進得來的，主要優勢有以下兩點： 1) 噴淋擴散。傳統48 所擴散設備是在爐尾通源，爐口排廢，而捷佳偉創設備是在石英管內的上部安裝一個噴淋管，直接將源噴在硅片上。相對于48 所設備，此種擴散工藝調節更加簡單，重復性好，無需考慮溫度補償濃度梯度問題。同時，每個硅片所接觸的磷源會更加均勻，進而提高方塊電阻均勻性。 2) 軟著陸系統。石英舟承載在石英舟托上，由舟漿將石英舟托送入爐管內，然后舟漿退出，屬于閉管擴散。相對于48 所設備，這樣可以避免舟漿引入污染，同時由于對排廢的特殊處理，不需要頻繁清洗舟漿和石英爐管。擴散過程可以簡單概括為：預擴→主擴→推擴。優化的磷擴散工藝具備如下特點： 1) 同時進行磷源的再分布和硅片表面的三次氧化。此時磷源總量一定，預沉積雜質源緩慢的向硅片體內擴散，便于形成平坦的pn 結，提高了擴散的方塊電阻均勻性。 2) 高溫擴散過程中不再伴有硅片與高濃度的磷直接接觸。減少了硅片表面以及勢壘區的缺陷和復合中心，提高了多晶硅太陽能電池的開路電壓和短路電流。 3) 兩步擴散法制備 pn 結，制備條件相對寬松，工藝參數調節余地大。預沉積雜質總量基本不受溫度波動的影響，限定源表面擴散也不受擴散氣氛以及環境的影響，這就大大增強了擴散的均勻性以及重復性。采用改進的磷擴散工藝，對最終制得晶體硅太陽能電池片的電性能有了很大改善，尤其是在開路電壓Voc 和短路電流Isc 方面。和一步擴散與兩步擴散Voc 對比圖一步擴散與兩步擴散Isc 對比圖濕法刻蝕工序及其原理對于多晶硅太陽能電池來說，并聯電阻（Rsh）[8]是一個很重要的參數，Rsh 過小將會導致漏電流增大，影響電池最終的短路電流、填充因子以及轉換效率。Rsh分為體內并聯電阻和邊緣并聯電阻兩類，對于一個太陽能電池片來說，一般20%的泄露電流通過體內并聯電阻，而80%的泄露電流通過邊緣并聯電阻。工業上實現量產的多晶硅電池擴散方式均為單面背靠背擴散，不可避免地使電池的四周也擴散了一層n 型層，它將電池的正電極與背電極跨接在一起，形成很大的漏電流，因此未達到分離pn 結的作用。本文主要采用正面無保護的濕法刻蝕方法將電池背面的pn 結去除，以達到分離pn 結的效果。其原理如下：第一步：硅片表面氧化過程氧化過程的激活，硅表面被硝酸氧化，生成一氧化氮或二氧化氮，見式（，）： Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O （） Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O （）氧化過程的延伸，生成物一氧化氮、二氧化氮進一步與水反應，得到的二級產物亞硝酸迅速將硅氧化成二氧化硅，見式（,）： 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 （） Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O （） 4HNO3+NO+H2O=6HNO2 （）由上式可知，硅片表面氧化所發生的一系列化學反應是一個循環過程，氮氧化合物是硝酸最終的還原產物，二氧化硅是與腐蝕溶液接觸的硅片背表面的氧化產物。第二步：二氧化硅溶解過程氧化產物二氧化硅，將快速與混合液中的氫氟酸反應，生成六氟硅酸，見式（,）： SiO2+4HF=SiF4+2H2O （） SiF4+2HF=H2SiF6 （）總反應式為： SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O （）可見，最終腐蝕掉的硅將以六氟硅酸的形式溶入溶液中。實際上，濕法刻蝕的工藝原理與一次清洗的工藝原理相同，只不過是通過控制混合液內HF 和HNO3的濃度比來形成制絨腐蝕或拋光腐蝕。采用濕法刻蝕去背結工藝將擴散后電池片的正面與背面pn 結分開，與其它方法相比具有以下優點： 1) 等離子體刻蝕法將硅片邊緣發射極刻掉，需要用到 CF4 毒性氣體，且刻蝕過程中設備周圍存在微波輻射，給人體健康帶來的危害極大。另外，此種工藝成本較高，電池片間互相擠壓的過程容易導致碎片，降低電池片的成品率。 2) 激光或金剛石刀將邊緣發射極直接切掉，將會減少電池的有效面積，降低電池片的功率。 3) 用正面無保護的濕法刻蝕方法來代替上述兩種方法分離pn 結，不僅避免了CF4 毒性氣體的使用和太陽能電池片的碎裂，而且使硅片背表面拋光，有效地提高了太陽能電池的電性能。等離子體增強化學氣相沉積工序等離子體增強化學氣相沉積氮化硅薄膜的原理等離子體增強化學氣相沉積技術[9]（PECVD）的工作原理為：在真空壓力下，加在電極板上的射頻（低頻、微波等）電場，使反應室內氣體發生輝光放電，在輝光發電區域產生大量的電子。電子由于受到外加電場的加速作用，其自身能量驟增，它可通過碰撞將自身能量傳遞給反應氣體分子，從而使反應氣體分子具有較高的活性。這些活性分子覆蓋在硅基底上，彼此間發生化學反應，制得所需的介質薄膜，產生的副產物被真空泵抽走。我們可

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