多晶硅與單晶硅的擴散比較

1、多晶硅與單晶硅的擴散比較一、多晶硅太陽電池與單晶硅太陽電池的比較1954年，美國貝爾實驗室研制成功第一塊單晶硅太陽電池，開創(chuàng)了人類太陽 能的新紀(jì)元。1998年世界范圍內(nèi)多晶硅太陽電池產(chǎn)量79.9MW，首次超過了單品 硅太陽電池產(chǎn)量(75MW)，而且連續(xù)三年持續(xù)增長，至2001年多晶硅太陽電池的 市場份額已達(dá)52%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單晶硅太陽電池35%的市場份額。目前世界上單晶 硅太陽電池的最高轉(zhuǎn)化效率早就達(dá)到24.7%，高于2004年由德國人制造的20.3% 的多晶硅太陽電池最高效率。生產(chǎn)線上單晶硅太陽電池的效率高于多晶硅太陽電 池效率約1個百分點。多晶硅太陽電池與單晶硅太陽電池相比有如下特點：比起單

2、晶硅，多晶硅硅片更適合用純度相對較低的原材料，且有更大的 裝填量，目前常見的多晶硅錠達(dá)到250270千克。多晶硅太陽電池是標(biāo)準(zhǔn)正方形，與準(zhǔn)方形的單晶硅太陽電池相比多晶硅 太陽電池在組件封裝有更高的占空比。制備多晶硅晶錠比制備單晶硅品錠耗費更少的能量，相同時間內(nèi)可冷凝 更多的多晶硅晶錠，生產(chǎn)效率更高。多晶硅和單晶硅太陽電池內(nèi)在品質(zhì)和在同一環(huán)境下的使用壽命相同。單晶硅太陽電池較易實現(xiàn)薄片制備，而多晶硅太陽電池則較難實現(xiàn)薄片 制備。單晶硅與多晶硅太陽電池各有優(yōu)缺點，目前兩種電池都在并行發(fā)展。多晶硅片是由很多不同的單晶硅組成，各單晶晶粒品向不同，形狀也不規(guī)則。 同一晶粒內(nèi)部原子排列呈周期性和有序性 多

3、晶硅與單晶硅的主要區(qū)別是不同品 向的品粒間存在晶界。品粒間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硅原子無序排列，可能存在深能級缺陷 的雜質(zhì)一方面，界面耗盡了晶界附近的載流子形成具有一定寬度的耗盡層和勢 壘；另一方面，作為復(fù)合中心浮獲電子和空穴。品界勢壘阻礙載流子的傳輸，增 大了串聯(lián)電阻；晶界的復(fù)合損失減低了收集率，增加了暗電流；對填充因子不 利，對開路電壓和短路電流也不利。還有，品粒品界內(nèi)存在相對較多的雜質(zhì)，形 成漏電電流降低電池的并聯(lián)電阻。同一多晶硅硅片的品粒越小晶界越多，增大 品粒尺寸可以減少晶界的量，提高多晶硅的性能。鑒于多晶硅的以上結(jié)構(gòu)特點。多晶硅太陽電池制作過程中各個環(huán)節(jié)均與單品 硅太陽電池的制作具備不同的特點

4、。多晶硅和單晶硅一樣，規(guī)?；a(chǎn)的制作太陽電池實驗流程可以采取為；清 洗一表面織構(gòu)一清洗一擴散一去周邊一去磷硅玻璃(PSG)-清洗一表面鈍化一減 反射膜一電極印刷一燒結(jié)。其中擴散是最關(guān)鍵的工藝，它和表面鈍化相互影響， 共同決定著太陽電池PN結(jié)的結(jié)深、表面擴散雜質(zhì)濃度和方塊電阻等因素。方塊 電阻影響太陽電池內(nèi)部的串聯(lián)電阻，好的擴散可以制備出和所印刷的上電極相結(jié) 合的高質(zhì)量的PN結(jié)。本試驗進行了多晶硅與單晶硅的擴散對比研究，探索適合 多晶硅的擴散條件，制備優(yōu)質(zhì)多晶硅的擴散結(jié)，對提高多晶硅的光電轉(zhuǎn)化效率， 降低生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。二、實驗及其結(jié)果實驗所用的多晶硅片和單晶硅片為100X100平

5、方毫米或125X125平 方毫 米的硅片。多晶硅和單晶硅的主要區(qū)別為多晶硅內(nèi)存在晶向不同的晶粒和晶粒間 存在晶界，正是這兩點影響了整個硅片的性質(zhì)。如果所取的多晶硅片太小則品粒 和晶粒品界的量就少。為了提高實驗的可信度，所以用面積大一點的多晶硅硅片 做擴散實驗。試驗采用的單晶硅為直拉單晶硅，1ioo晶向，電阻率為1Qcm。 多晶硅的電阻率也為1。cm導(dǎo)電類型均為P型。擴散原理是：三氯氧磷被氮氣帶人高溫石英管內(nèi)分解成五氧化二磷和五氯化 磷，五氯化磷和氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷和氯氣，五氧化二磷和硅片反應(yīng)生成磷 和二氧化硅，磷原子在硅中擴散，形成N型硅，并和基片一起構(gòu)成PN結(jié)。采用 的擴散爐型號為625

6、1程控擴散系統(tǒng)（型號L4513II 73 / ZM）。每次擴散氣體流 量都相同，擴散時間也相同。采用SDY 一 4型四探針測試儀測量方塊電阻。擴散 后各測兩片單晶硅片和多晶硅片，所測方塊電阻的五個點都是正中間和靠近四個 角的地方?，F(xiàn)將擴散條件和方塊電阻列于下表：單晶硅和督晶硅的擴散靖果1 Diffusing results of poly crystalline and stngk-crystsllinc silicnn擴散溫度建片類型方塊率阻（叫匚1）平均方塊1阻皿口12345用單晶lif484547454947單晶2#474950514849abo L寥晶1 #636664625863多晶

7、2*跖6967686267單晶1#403741424040單晶0#4043443K朗41qOu L多晶1牯414752464646多晶2井424741395044單晶I牯333432293032單晶2妹283133273130fJOv L多晶1#2S2120212923多晶2姓222128242424三、分析及結(jié)論從表中可以看出單晶硅和多晶硅的擴散結(jié)果具有以下特點：1、同一多晶硅硅片上不同點的方塊電阻的差別比單晶硅的差別大，這一點 體現(xiàn)了多晶硅的晶粒方向和晶界對擴散結(jié)果的影響，多晶硅硅片上不同晶粒的品 向不同，不同晶向上磷的擴散系數(shù)等性質(zhì)也不同，影響了方塊電阻；相同擴散 條件下，不同多晶硅片之

8、間平均方塊電阻的差別比單晶硅之間的差別大，溫度較 低時差別明顯，這是由于不同多晶硅硅片品粒和晶界的結(jié)構(gòu)不同所導(dǎo)致的結(jié)果;2、溫度對單晶硅和多晶硅擴散結(jié)果影響的趨勢相同，多晶硅的擴散結(jié)果隨 溫度的變化起伏更大。在擴散溫度較低時，多晶硅擴散后的方塊電阻大于相同條 件下的擴散單晶硅；在擴散溫度較高時，多晶硅擴散后的方塊電阻小于單晶硅。 為了直觀地表現(xiàn)這一特點，現(xiàn)將方塊電阻隨擴散溫度的變化情況做成圖1的形 式。圖中各溫度下的方塊電阻分別是兩片單晶硅和多晶硅方塊電阻的平均值。圖1單晶和多晶硅方塊電阻酸溫度的變化曲線Figh 1 Sheet resistance uf polycrysiM&nt ands

9、ingle crystalline that change with diffusion temperaTure擴散后方塊電阻出現(xiàn)如表1(或圖1)所示變化的主要原因可做如下分析：硅中 磷原子的擴散系數(shù)隨著溫度的升高而增加，這種關(guān)系可用下式定性說明：玖6叩一岳(I)式中D0為一常數(shù)，E0為激活能，T為擴散溫度，K為玻爾茲曼常數(shù)。當(dāng)溫度 了 T升高時擴散系數(shù)D增加。結(jié)果擴散結(jié)的深度xj增加。而且溫度升高時擴散 磷原子的固溶度增加，擴散層的電阻率P減小，方塊電阻R由下式確定：隨著電阻率的減小和結(jié)深的增加，方塊電阻減小。多晶硅硅片上各品粒和單 晶硅的擴散系數(shù)雖然不相同，但是隨著溫度的升高其方塊電阻的變

10、化趨勢是相同 的。多晶硅品界上的擴散系數(shù)遠(yuǎn)大于晶粒上的擴散系數(shù)，品界上的擴散系數(shù)DB 和晶粒上的擴散系數(shù)DL之間的關(guān)系為：式中E1是一常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為溫度。溫度較低時晶界和晶粒上 的擴散系數(shù)的之比大，晶界吸收了較多的源，品粒上的源不足，品粒上擴散的源 較少，方塊電阻較高。由(1)式可知，溫度升高時DB和Dl都在增加，這是溫度升 高多晶硅方塊電阻降低的原因之一；由(3)式可以看出，溫度升高時DB和。的比 值減小，說明晶粒上的擴散系數(shù)dl增加更快，進入硅片表面的源被晶粒部分吸 收的量增加，吸收的源以較大的擴散系數(shù)擴散進硅片的晶粒中，四探針測試儀所 測的方塊電阻就減小得快；同時，進入晶界 的源同時以增大了的擴散系數(shù)向晶 粒橫向擴散，進一步降低了方塊電阻；還有一個原因是，溫度升高多晶硅硅片整 體吸收了更多的源，使多晶硅硅片之間的源濃度和 外部形成了更大的梯度，有 更多的源進入多晶硅硅片之間，多晶硅吸收的源的總量增加。單晶硅硅片無品界 的影響，擴散溫度增加后方塊電阻的減小由擴散系數(shù)增加和磷原子固溶度增加 所引起，因而方塊電阻隨溫度的變化沒有多晶硅的那么大。由以上分析可知，多晶硅和單晶硅由于結(jié)構(gòu)上的不同導(dǎo)致了相同擴散條件下 所擴散的方塊電阻不同，解釋了在擴散溫度較低時，多晶硅擴散后的方塊電