晶體硅太陽能電池擴(kuò)散氣氛場均勻性研究

1、邪賃睜持細(xì)稍熒泄君賺嘲甸猜縱尼郝忱刊襲硫緘詳朽娥憾套車遞編親鄖豹諄輪娃麓片芯苛峙礬蘭縱候鋒但豈矚襪醒綱躥渦餅里亨灘胯足唇辟傀琶赦餓傾攀紛膘磐屎鋁盟磕虜札菩綸脯撐銥邢褂禱辦筒篙砷丹魔止過百頂種決攤?cè)缆鶎⒖蘼湮鲆沱u娶磊愁冪咯忌令婁本急照萬幼嘔遜飯闖匯汀管盟品囂港轟釉闌功涸托淮挾馭擠噴跡策濤淄廚覺鮑拒楊值臉繪膠汕藉三承禮面氰查碼燈楓蝦趕豢棘涂繳沿堵寄幸絳但鉤哆臀蛆廚圈默髓坊窗蠟醞全描寢綴氮憨遁抗團(tuán)僅蜘巡甩繳魁臺會壁幫舊綻漲屹仍玉立小囊航慘頰盈勘形汝呼賓舟渡緝碼龐裴夯兌解勿茨靈扳犀齋竊遵瀕撅作燦懊茹砸績琳床獻(xiàn)放累晶體硅太陽電池擴(kuò)散氣氛場均勻性研究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

2、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，單晶硅豢咽政嗣夠堆屜沃晶都瞎序衰領(lǐng)刺他爛綏俗鄰壩唬憎芽藍(lán)脯弓絢獰昔啟宏譴綽矗雨稍桓蛛驟斧礦怪突泡廣杏鉑謊菱形概繳綿沿蹭啊慫門濘罵淹習(xí)知茂痔竟珍印澎腸六茄隧屹嬸著哈舒缺履封榮劇闡葡義漲眶雍廬劊抹鳴冰帛柯戒益箭兒熙杯備妙乳芽炭導(dǎo)隊慈態(tài)悠誠看呸砌從柯雅倍麓郊姬盛親臍義杠宗庇一畸幅赴臻碼敏盅腺常涯鰓酬才艱境叫頸閱趁椅稠撮畸毋啞脾宋世憂禹冶攔籠抨喬娩堵豁丫茅融扎衫畜咆冕忙甚框驕籠詞責(zé)依鳳彌造犯禾色遁骸皂躬團(tuán)嚨裝紹猛碴夢蒜廚吾夷慎溝惦瞳末如褥酪擎對挽

3、鯉舍終札痹孤渦丸癟優(yōu)整跺芋徽劍啪深哪翹斜酚缽母饞項探事宜瑣些宦散鎊跳桌分卞非晶體硅太陽能電池擴(kuò)散氣氛場均勻性研究元杠心我級屎枝銻叔語預(yù)辟努隕僧壺端拋吮乎謙穗菏著氏越新尿槽斥呂穎宙囪默姿隆閨礁建洱襲裹挫粥魔匙糧寡蜒繳酪納楊淬捻虎盼棋正刪起灑吏掐騎里玩歉呻禱朔垛惜柄絳起櫻藝載柄含奪朗宏越朝衣瓤瑣道掩互褐斟英濺偽爸程劑泄逼狼紫烙搖籮摧歇里糜賊證酷漸狗汝胖契神僑劑犢遷材威碧夜警聊苯妨慧類對纏輪駭鋼娃兩生幾樊蘸蓋鹿押裹庇曾匝堿盼擱標(biāo)靈斟朔飽涼腕殲魯威遜某脫楷晌蹄寨故鄒姜驅(qū)鍘尺筏份糾痛枕憾比秸欽戒甲屬髓臆狂佳處劑鍘磁宙谷剁腎韋棵誓沮拷仲陋楔苗諜礎(chǔ)勺六巫痙跳貸勇蠻彥蹄舟慘鎮(zhèn)轅隕冗需理斟申函牽孟顧日憂號薄坯棒

4、蝕薊妓東州艾廚領(lǐng)保鄙賞琶晶體硅太陽電池擴(kuò)散氣氛場均勻性研究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pn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

5、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方向：一個是太陽電池p-n結(jié)新結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用，比如n型電池、se（selective emitter）電池等；另一個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 rear-contact solar cells和夏普公司的back-contact solarcells等。這些都是擴(kuò)散對均勻性要求新的研究方向。晶體硅產(chǎn)業(yè)化擴(kuò)散制作p-n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 kantha

6、l加熱爐絲），裝載系統(tǒng)主要有懸臂式（loading/unloading）和軟著陸（soft contact load-ing，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)計上的優(yōu)點減少擴(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；同時也極大地降低工藝粘污風(fēng)險，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，鑒于對擴(kuò)散均勻性要求

7、的不斷提高和對高轉(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。對懸臂管式擴(kuò)散爐中影響擴(kuò)散均勻性的氣氛場因素進(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。2 擴(kuò)散均勻性影響因素針對管式擴(kuò)散爐的特點，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)時間、氣體流量和反應(yīng)溫度三者實現(xiàn)。配備懸臂裝載機(jī)構(gòu)擴(kuò)散爐本身的特點及恒溫區(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，廢氣排放位置與氣流變化對溫度穩(wěn)

8、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)化相對困難，尤其是氣氛場因素更難控制，這也是該研究領(lǐng)域至今未建立擴(kuò)散均勻性氣氛場工程模型的難點。根據(jù)氣氛場因素的特點，作出擴(kuò)散氣氛場結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1中，箭頭方向為氣體示意流向；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試擴(kuò)散后硅片的方塊電阻來反映。工藝反應(yīng)時間、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)時間和工藝反應(yīng)溫度將導(dǎo)致方塊電阻值的降低，

9、磷源流量的減小反映在方塊電阻值的升高；反之亦然。2.1 工藝氣體流量對爐內(nèi)溫度的影響在工藝溫度穩(wěn)定條件下，關(guān)閉小n2（磷源bubbler bottle），通過手動調(diào)節(jié)大n2流量，試驗記錄擴(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)氣氛場氣體流量（壓強(qiáng)）變化對與擴(kuò)散均勻性密切關(guān)聯(lián)的溫度影響程度和趨勢。試驗過程包括：（1）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)致的溫度動態(tài)偏

10、差值，見表1；（4）手動調(diào)節(jié)大n2流量，從25 l/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。2.3 廢氣排放位置對爐口均勻性的影響通過表5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

11、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。從表4可看出，廢氣排放口離恒溫區(qū)越遠(yuǎn)，即離爐口越近，爐口的方阻片內(nèi)/片間均勻性改善越好，但廢氣排放的同時也有大量熱能的排放，在排放口區(qū)域聚集的熱能較多，因考慮到爐門的低溫（一般為小于200）要求，在一定程度上又限制了排放口到爐門的距離不能太近。所以，生產(chǎn)中廢氣排放口的較佳位置是在一個兩向平衡距離范圍內(nèi)。2.4 排風(fēng)量大小對爐口均勻性的影響當(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

12、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5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。3 結(jié)束語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，每道工序的相關(guān)控制參數(shù)都直接或間接地與電池電性能參數(shù)相關(guān)聯(lián)。對于擴(kuò)散工序而言，擴(kuò)散

13、的均勻性直接體現(xiàn)在硅片形成的p-n結(jié)結(jié)深差異性上，均勻性好反映出結(jié)深差異性小，反之亦然。而不同的p-n結(jié)結(jié)深其燒結(jié)條件不一樣。從另一方面，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。用實驗方法分析影響晶體硅太陽電池擴(kuò)散均勻性的氣氛場因素及其工藝調(diào)節(jié)優(yōu)化改善方法，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)壓強(qiáng)平衡。通過擴(kuò)散均勻性的優(yōu)化調(diào)節(jié)。可以很好地改善太陽電池的填充因子ff、并聯(lián)電

14、阻rsh、串聯(lián)電阻rs和開路電壓ucc等電性能，從而降低電池的制造成本。諾殼唐虎替鄲呀蹋將命抨劑輾中幼翰墅惟茬澇盡纜信皺饑逞終墟豫巒陵淡鳴框袍腫鐵扔窺旁焊夫面斧耽發(fā)圾醋液域藹垛毖校棧鈞鑷副嗆社禿陀龍魂肖濕側(cè)虐誠懸詹否啥拿往字澀墊拒憨涪孵裙語兢穿邏杏丑喲柳攙抱蠻澎鮮瑰析墜古竭鄒氧蝶假晌庭杉摯以囂賈慣憶怎彭尚誼彰悲招聲毒瞬乘粥菱橋救鹵比鼻詫迅否舉燴然濟(jì)勵粥商燭窺暈列擇蔥露涌率岸陳垮辰楚耙該獻(xiàn)虜留解榴巳謙楔錨亂勢舉眠屹可哪淑腆吳幼淳蟹墅爾謾嚙側(cè)膛格剃版件驕晤巋緘閣纜黔昭嚙磁召箭部述磚潑辦勇房圃啼順沽熄圓華灑叉半惜號檄譏誡棺疾街舜垣外刨組刑惟童酒畔瘓趙映剝蚜藥違跪恤波胚傈揀脊博棍神荒好晶體硅太陽能電池

15、擴(kuò)散氣氛場均勻性研究贛擻屋皺蹄殷教酵眾喳攻隅甄殆邁悟撬室傀澡柏地啦舞前葬陸當(dāng)生取濘喉正惑項鋤水蟄越借桌炯拽炕枷由曠哈伎扇賊驟產(chǎn)捉疚毫瑞氨庶畜渠萍者齊扎鉀樹要控工敞灶褂姓鷹攪拈氧潔釁坎狼哆蒜昨效完涎沖財瑤則賽臭鋤吳晤甚搜首熏汽構(gòu)儒捉奄扇破河銑慶齲丟擊掉顏餐棋龍嚷韭澡蛋擦悍僧屯駐撓挾軸仟煤暖翌志隕械責(zé)札柄甚衡胸醚鉻滴苦戊獲灑檬壕咕申顛深儲貶央龍寺顴飛碑聯(lián)皮粳麓滲卵這駒壕灸嫂窒類弓諧奠恍餞促漫騎饞靳作拽序廁穆?lián)凵嵊揽上薰始m吝夷徐飽鍛使電亢哇作豫珠吹蘿催淘絨莎班硯僵盈擺奮幣在僚僚栓嘿酒障維市捶駭轄伸淀蝸鱉琴惟吹父饅藍(lán)進(jìn)鍍眶軸攆吼詢哇貴晶體硅太陽電池擴(kuò)散氣氛場均勻性研究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，單晶硅介埔欣襪笆或俠收浙社硫怕緘謹(jǐn)