晶体硅太阳电池扩散气氛场均匀性研究

1、晶体硅太阳电池扩散气氛场均匀性研究晶体硅太阳电池能够取得高效转换效率的缘由主要是基于表面钝化、湿氧氧化等技术的应用。新技术的开发与运用同时也极大地促进了太阳电池的商业化进展。在过去的10年，全球太阳电池的生产以年平均30的速度迅速增长，单晶硅和多晶硅太阳电池的增长所占比重最大，超过囫囵太阳电池增长的80。除产业化运用新技术外，太阳电池制作中工艺优化也十分重要的。太阳电池产业化所濒临的主要问题之一是如何在保证电池高转换效率前提下提高产能。蔓延制作p n结是晶体硅太阳电池的核心，也是电池质量好坏的关键之一。对于蔓延工序，最大问题在于如何保障蔓延的匀称性。蔓延匀称性好的电池。其后续工艺参数可控性高。

2、可以较好地保证电池电性能和参数的稳定性。蔓延匀称性在高效率低成本电池产业推广方面主要有两个方向：一个是太阳电池p-n结新结构设计的应用，比如n型电池、se(selective emitter)电池等；另一个是因为其他工序或材料新技术的应用需要寻求相应的蔓延工艺路途，比如冶金硅用于太阳电池、sunpower公司的low- cost rear-contact solar cells和夏普公司的back-contact solarcells等。这些都是蔓延对匀称性要求新的讨论方向。晶体硅产业化蔓延制作p-n结所采纳的蔓延炉主要为管式加热方式(普遍选用 kanthal加热炉丝)，装载系统主要有悬臂式(

3、loadingunloading)和软着陆(soft contact load-ing，简称scl)两种，国内蔓延炉以悬臂式为主，国外以scl为主。相对于配置悬臂装载机构的蔓延炉，scl式蔓延炉因其炉口密封性更易保障，并不采纳石英保温档圈来保证炉门低温状态。工艺反应过程中sic桨退出反应石英管外，这些设计上的优点削减蔓延匀称性的影响因素，在工艺生产中能更好地保证蔓延的匀称性；同时也极大地降低工艺粘污风险，为高效太阳电池产业应用提供硬件保障。这也是scl式蔓延炉逐步取代悬臂装载式蔓延炉的缘由所在。早期的工艺路途主要包括开管蔓延与闭管蔓延，鉴于对蔓延匀称性要求的不断提高和对高转换效率电池大规模生产

4、成本降低的要求，现基本采纳闭管工艺路途。对悬臂管式蔓延炉中影响蔓延匀称性的气氛场因素举行相关的讨论，以达到优化工艺参数、降低生产成本的目的。2 蔓延匀称性影响因素针对管式蔓延炉的特点，优化蔓延的匀称性主要实行温区补偿技术。在大规模生产中，补偿办法主要通过调节工艺反应时光、气体流量和反应温度三者实现。配备悬臂装载机构蔓延炉本身的特点及恒温区位置的固定，确保了sic桨、石英保温档圈、均流板和石英舟是固定位置用法。影响蔓延匀称性因素除相关物件固定放置位置外，工艺气体总流量、废气排放流量与炉内压强的平衡设置，均流板的气体匀称分流设计，废气排放位置与气流变幻对温度稳定抗干扰的平衡设置等因素也至关重要，因

5、这些因素互相关联影响，使得生产中的工艺优化相对困难，尤其是气氛场因素更难控制，这也是该讨论领域至今未建立蔓延匀称性气氛场工程模型的难点。按照气氛场因素的特点，作出蔓延气氛场结构暗示图1所示。图1中，箭头方向为气体暗示流向；废气排放管和profile tc套管处于同一水平面上，工艺废气经废气排放管排到液封汲取瓶(工业生产常用酸雾处理塔)处理，处理合格后排气。工业化生产中蔓延炉的匀称性主要通过测试蔓延后硅片的方块电阻来反映。工艺反应时光、气体流量和工艺反应温度的变幻十分直观地体现在方块电阻值的变幻上，即增强工艺反应时光和工艺反应温度将导致方块电阻值的降低，磷源流量的减小反映在方块电阻值的上升；反之

6、亦然。21 工艺气体流量对炉内温度的影响在工艺温度稳定条件下，关闭小n2(磷源bubbler bottle)，通过手动调整大n2流量，实验记录蔓延炉石英反应管内炉口、炉中、炉尾3段profile tc(tlaermal couple)温度随炉内气体流量(压强)的变幻状况，以讨论炉内气氛场气体流量(压强)变幻对与蔓延匀称性疏远关联的温度影响程度和趋势。实验过程包括：(1)检查炉门及各气路衔接处的密封性；(2)设备温度pid参数自整定；(3)手动调整大n2流量，从25 lmin，增强到27 l/min，记录流量调整前后稳定温度值和流量变幻导致的温度动态偏差值，见表1；(4)手动调整大n2流量，从2

7、5lmin，削减到23 l/min，记录流量调整前后稳定温度值和流量变幻导致的温度动态偏差值，见表2，表中zone1为炉尾，zone2是炉中尾，zone3为炉中，zone4是炉中口，zone5为炉口。从表1和表2的数据可看出，气流量由25 lmin向27 lmin变幻，炉尾温度降低1，炉口温度无变幻，气流量由25 lmin削减到23 lmin，炉尾温度上升1，炉口温度降低1。23 废气排放位置对炉口匀称性的影响蔓延炉恒温区的有限性与生产产量的最大化是冲突关联的。在生产中，需要在恒温区最大限度地放置蔓延硅片，保证恒温区温度的精度和稳定性。因配置悬臂式装载系统的蔓延炉炉口对温度的干扰最大，可将废气

8、管口尽可能地逼近炉门，同时也能充实逼近炉口方向硅片反应区域气氛场的匀称性。因此，分离调节废气排放位置并举行实验对照。从表4可看出，废气排放口离恒温区越远，即离炉口越近，炉口的方阻片内片间匀称性充实越好，但废气排放的同时也有大量热能的排放，在排放口区域聚拢的热能较多，因考虑到炉门的低温(普通为小于200)要求，在一定程度上又限制了排放口到炉门的距离不能太近。所以，生产中废气排放口的较佳位置是在一个两向平衡距离范围内。24 排风量大小对炉口匀称性的影响当进入蔓延炉石英管内的工艺气体总流量一定时，排风量大小的设定挺直影响蔓延炉内的气氛场压强变幻，而气氛场压强又与炉内工艺气体的浓度相关联从而影响蔓延的

9、匀称性，尤其是炉口的匀称性。通过表5分析炉口片内极差大的详细缘由，得到极差大主要是由硅片下半部分方块电阻大造成的，而这下半部分又与排气口最近，故实行调小排气阀开度，增强炉内压强，间接地增强工艺气体反应时光，从而充实炉口片内匀称性和片间匀称性。对于稳定生产而言，炉内压强的最佳值是在一定范围内的，这就要求工艺反应气体流量与废气排放量需保持一个整体平衡。3 结束语晶体硅太阳电池的主要工艺制作过程包括制绒、蔓延、刻蚀、镀膜、印刷、烧结等，每道工序的相关控制参数都挺直或间接地与电池电性能参数相关联。对于蔓延工序而言，蔓延的匀称性挺直体现在硅片形成的p-n结结深差异性上，匀称性好反映出结深差异性小，反之亦然。而不同的p-n结结深其烧结条件不一样。从另一方面，同样的烧结条件生产应用于蔓延匀称性好的在制电池片，其欧姆接触性能、填充因子等电性能参数全都性好，终于体现在太阳电池的转换效率全都性的可控性。用试验办法分析影响晶体硅太阳电池蔓延匀称性的气氛场因素及其工艺调整优化充实办法，在工艺调试过程中需要注重这些气氛