基础介绍 太阳电池材料与生产基础

半导体生产与洁净度太阳电池材料与生产基础微电子的发展史－集成电路的发展1、1904年和1906年真空二极管和真空三极管的问世；2、1950年世界上第一个结型晶体管诞生；3、1958年世界上第一块集成电路研制成功；4、日本公司将集成电路从军事用途带入民用领域。1951年在贝尔实验室诞生；60年代用于航天领域，转换效率为10%；70年代技术迅速发展，使用于民用领域；转换效率为20%；90年代在规模生产，效率不断提高；销售量以每年25%的速度递增。微电子的发展史－太阳能电池的发展半导体基本知识定义导体：能导电的物体；（如：银、铜、铝等）绝缘体：不容易导电的物体；（如：橡皮、塑料、玻璃等）半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。（如：锗、硅、硒等）半导体的特性有两种载流子——电子和空穴。纯净的（不含杂质）的半导体（称本征半导体）中有一个电子就必然有一个空穴。即电子和空穴的数量相等。电子空穴本征半导体示意图半导体的导电性与导体和绝缘体不同，半导体的导电性能受温度的影响很大。当温度升级1℃时，它的电导率就要增加百分之几到百分之十几，这是由于半导体中的本征载流子随温度升高而增加的缘故。而导体和绝缘体的电导率随温度的变化却很小。Ｎ型半导体掺入杂质锑（或磷、砷之类）：新产生的电子数量远远超过原来未掺入杂质前的电子或空穴的数量。电子的数目以压倒多数超过空穴，导电作用主要由电子来决定，电子称为“多数载流子，空穴称“少数载流子”。这种类型半导体叫电子型半导体，简称n型半导体。电子空穴n型半导体示意图Ｐ型半导体掺入杂质铟（或铝、硼之类）：这块半导体中会产生许多新的电子和空穴。空穴的数目以压倒多数超过电子，导电作用主要由空穴来决定，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。这种类型半导体叫空穴型半导体，简称p型半导体。电子空穴p型半导体示意图Ｎ型半导体的工作原理n型半导体的多数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移动，而少数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移动，在半导体内构成电流。电流方向与带负电的电子运动方向相反。n型半导体空穴移动方向电子移动方向电流方向Ｐ型半导体的工作原理p型半导体的多数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移动，而少数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移动，在半导体内构成电流。电流方向与带正电的空穴运动方向相同。p型半导体电子移动方向空穴移动方向电流方向二、P-N结的单向导电性由于两边空穴和电子数量分布的不均匀：n型区域中邻近p型区域一边的薄层A中就有一部分电子扩散到p区。薄层A失去了一些电子，带正电。如图（a)pn++++++薄层A(a)电子由n区扩散到p区载流子在半导体中的扩散p型区域中邻近n型区域一边的薄层b中就有一部分空穴扩散到n区。薄层B失去了一些空穴，带负电。如图（b）pn------薄层B(b)空穴由p区扩散到n区载流子在半导体中的扩散由于空穴和电子的扩散，使薄层A带正电，而薄层B带负电，因此在薄层A、B间产生一个电场，如下图。这个电场的方向是由n区指向p区。这个电场会阻止电子继续往p区扩散也阻止空穴继续往n区扩散，但是刚开始电子和空穴的扩散占优势。随着电子和空穴的不断扩散，n区和p区失去的电子和空穴越来越多，薄层A和B越来越厚，形成的电场的作用越来越强。最后，电场的作完全抵消了扩散，达到了动态平衡状态。薄层A和薄层B称为“pn结”，又称“阻挡层”，厚度大约为10-4～10-5cm。BApn+++++++-------pn结电场方向电子和空穴扩散在pn交界处产生的电场实验：在pn结两端接上电池，电池正极接p型半导体，负极接n型半导体，如图（a），电流表有读数。电池正极接n型半导体，负极接p型半导体，如图（b），电流表的读数接近零。结论：pn结具有只让电流从一个方向通过的单向导通性。pn电流方向i（a）pn（b）pn结加压的实验分析之一外加正向电压当pn结正向连接时，即p区接电池正极，n区接电池负极，这时外加电压在pn结中产生的电场方向是由p区指向n区的，恰好与pn结原来形成的电场方向相反。pn++++++------pn结电场方向外加电场方向对pn结的影响外加正向电压产生的电场方向正向电流很大（a）外加正向电压时阻挡层变薄空穴移动方向电子移动方向+—分析之二－外加反向电压当pn结反向连接时，即p区接电池负极，n区接电池正极，这时外加电压在pn结中产生的电场方向是由n区指向p区的，恰好与pn结原来形成的电场方向一致。因此，pn结中原来的电场被削弱了，阻挡层厚度减少了。P区的空穴n区的电子在这个外加电场作用下不不断走向交界处。空穴由左方向流向右方和电子由右方流左方都相当于电流由左方流向右方。由于p区空穴很多，n区电子很多，这股电流很大，这就是正向连接时出现大电流的原因。外加正向电压越大，在pn结中外加电场的作用就越强，更进一步削弱原来pn结的电场，所以电流更要增加。pn外加电场方向对pn结的影响（b）外加反向电压时阻挡层变厚++++++------pn结电场方向外加反向电压产生的电场方向反向电流很小空穴移动电子移动+—因此，pn结中原来的电场被加强了，阻挡层厚度增加了。n区中的多数载流子——电子和p区中的多数载流子——空穴很难能过pn结向对方移动，这就是反向连接时电流极小的原因。但是，这时p区中的少数载流子——电子和n区中的少数载流子——空穴在反向电场帮助向交界移动，电子由左方流向右方和空穴由右方流向左方形成反向电流，但由于少数载流子数量很少，反向电流是很小的。因此，我们可以把pn结看成是电流通道上的一道开关，接上正向电压时（即p型半导体接电池正极，n型半导体接电池负极），开关打开让电流通过，我们称此时pn结“导漏”接上反向电压时开关关上，阻止电流通过，我们称此时pn结“截止”。pn结这种只让电流单方向通过的性能称pn结的单向导电性。pn结的“导通”和“截止”是互相矛盾的两个方面，双方半争又互相依存着，共处于一个统一体中，这两个对立的双方在一定外加电压的条件下互相转化。当外加电压极性改变时矛盾双方各转化到相反的方面。太阳能电池材料制造（以多晶硅为例）Si原材料清洗将Si原材料和相应的掺杂源（B）输入石英炉进行熔化Si熔化后对石英炉慢降温，使SI缓慢结晶炉温降至室温时即制得多晶锭将Si锭四周切割去掉，因结晶过程中与石英炉接触形成的杂质层测参数、寿命、电阻率将块状的Si按要求切割成SI砖切割成薄片清洗包装太阳能电池片生产工艺流程图（以多晶硅为例）对Si片（一般为P型掺杂）进行腐蚀以去掉切割过程中在Si片正反两面所形成的损伤层在KOH中以各向异性腐蚀将Si片表面制成增加光吸收的陷光效应的绒面结构将Si片送入高温电炉进行n型磷扩散，以形成所需要的pn结利用等离子体刻蚀去掉Si片的边缘以对电池片正反两面实现电隔离在电池片的正面沉积起减反射和钝化作用的Si3N4膜层利用丝网印刷在电池的背面制备金属铝层及焊接银点。半导体惠制造过嫁程的洁笋净度要算求综前所谦述杂质董对半导摘体的特肌性有着甲改变或答破坏其析性能的学作用，销所以在揭半导体成器件生剖产过程交中对什验么都必蚀须严格民控制，幕杂质有追各种各恼样的，车如金属缓离子会绘破坏半垄导体器切件的导追电性能蛮，灰尘术粒子破肝坏半导斑体器件拘的表面料结构等骄。一、生产箩环境洁净半导体器焦件生产环容境要求很要严，除了系要求恒温脂、恒湿外缘瑞，对生产局环境洁净潮度要求很阳严，按单脾位体积中直规定的尺职寸灰尘粒耕子为标准宏分成洁净替度的等级烧。一般分身为10级掠、100产级、10暖00级、雕1000欲0级、1陕0000剖0级，美光国联邦标滑准中规定冶了洁净室夺和洁净区智内空气浮没游粒子洁愈净等级。1、浮游项粒子的洁锈净等级洁净度以荐每立方米债（每立方胖英尺）空保气中的最辟大允许粒干子来确定库。因图标艳单位等级切名称为每锹立方米空岸气中大于感等于0.谁5微米的峰最大允许存粒子数的桐常用对数敞值（以1不0为底）阅，用英制泻单位时等慈级名称为拘每立方英哥尺空气中委大于等于输0.5微悠米的最大谷允许粒子欺数。1）洁净没区空气浮游哗粒子的浓硬度被控制棉在特定的绢浮游粒子铸洁净度等唤级范围内民某一限空闻间。2）洁净静室浮游粒彻子浓度炮被控制姿，包含李一个或系多个洁抬净区的惊房间。2、浮游四粒子洁净坑度的检测兽（颗粒测批试仪）采样：矿任何洁洲净区的菌取样点经不少于守2个，票除受洁达净区划泰内的设构备限制骂外，取塌样点应泰在整个让洁净区夫均匀分愧布，每刃个选定蓝的取样盘点应至泡少取样挠一次。远在一个钢区内总尘共应最聚少取样畏5次，亦每个取梯样点取桐样应多酱于一次绞，而不绝同的取项样点取返样次可子以不同取样量诸度和取奶样时间陕：取样脆量不少贡于0.栏002戴83立废方米（眠合0.伍1立方贵英尺）名，并且仪计算所幸得取样逝量结果泉不得四湾舍五入山。取样套时间可协以用取敌样量除糖以取样俯速率来愤计算。3、浮岩游粒子绣洁净度舍的监测监测方法忍应根据规绘定的浮游倦粒子洁净爹等级和为铺保护工艺之和产品免虑受污染物摸影响而控泻制的污染于水平来制乓定，应确退定监测频饿率，运行汗条件和粒胃子计算方仔法，取样搭点和取样居点数量，恼取样量和艳数据处理点方法也应帽被确定。二、工漂艺过程戴中的洁书净工艺过程造中的洁净助必须根据律工艺要求耀进行对于稠所用原材饭料必须符财合工艺要蛇求，对于忧使用设备继、工夹具锡、器皿的讲清洗周期茂在工艺文庆件中必须般作出规定炭来严格执断行。清洗用水杂，对纯水悉的要求1湿0-18股Ω-cm茂，化学药季品：如氨覆水（NH筹3)、双阴氧水（H传2O2）闯、氢氟酸园（HF）行、盐酸（彩HCL）饺等。工艺过程胀中使用的婆工器具：久石英管、乏石英舟、赠传递夹、犬镊子等、清清洗槽。工艺过程龄中使用的暮设备。必须改则正一切决不利于乔洁净生皇产的习杠惯。洁净区的质管理进出洁净梢区的管理材规定净化区臂行为规楼则环境颗版粒管理辱规定净化度管耀理规定P.H浅值管理耐规定纯水管扎理规定生产用饿气体管疤理规定9、静夜四斩无邻，荒刘居旧业贫谣。。4月-泥234月-2项3Frid浮ay,雄Apri三l28讨,20柿2310、雨中于黄叶树飞，灯下剃白头人抖。。08:罚44:宫2008:4政4:2008:4扔44/2狡8/2伴023灰8:逃44:木20之AM11、以我对独沈久丘，愧君其相见频材。。4月-策2308:狱44:使2008:4刘4Apr-绵2328-娃Apr浇-2312、故人江通海别，几晋度隔山川原。。08:栽44:蒜2008:识44:斧2008:4朱4Fri键day梢,A鲜pri益l2递8,偶202陵313、乍见翻钻疑梦，相稿悲各问年絮。。4月-蜘234月-蹈2308:辱44:煤2008:4弄4:20Apr厉il黑28,永20晶2314、他乡生患白发，旧梨国见青山扮。。28四雨月20汪238:4陆4:2矩0上饶午08:4设4:204月-婶2315、比不了串得就不比俯，得不到帝的就不要材。。。四月犁238:44喂上午4月-2峡308:4建4Apri兔l28耀,20聪2316、行动次出成果裙，工作弯出财富哲。。202林3/4进/28置8:敲44:塘2008:4属4:2028A幸pril厨202孕317、做前，纸能够环视愚四周；做寇时，你只元能或者最温好沿着以您脚为起点巧的射线向递前。。8:4核4:2炎0上野午8:4辽4上效午08:佛44:梳204月-2奸39、没有坊失败，鸟只有暂活时停止吗成功！旅。4月-鸟234月-勒23Fri鸦day菌,A耐pri虎l2宗8,趣202抚310、很多事问情努力了凑未必有结桶果，但是罗不努力却坚什么改变袭也没有。拦。08:恳44:合2008:4苦4:2008:业444/28勤/202钓38:宅44:2叛0AM11、成功旱就是日厌复一日肺那一点耀点小小谨努力的匠积累。抖。4月-2纳308:骡44:忠2008:仆44Apr饱-2328-乞Apr洒-2312、世间成堵事，不求户其绝对圆砍满，留一欲份不足，坏可得无限粒完美。。08:4敢4:2008:妖44:盼2008:4元4Fri按day离,A演pri仓l2扑8,足202规313、不知付香积寺布，数里炸入云峰敌。。4月-兽234月-2糠308:榨44:历2008:醉44:屋20Apri铜l28银,20腿2314、意志辉坚强的旅人能把杀世界放未在手中语像泥块级一样任莫意揉捏蒙。28穴四月它202业38:4怕4:2键0上异午08:挠44:妻204月-2怖315、楚塞骡三湘接它，荆门浴九派通巷。。。四月脆238:4呜4上态午4月-2笼308:4航4Apr狐il经28,冬20注2316、少年十虹五二十时遍，步行夺背得胡马骑还。。202握3/4赢/28席8:纸44:独2008:4神4:2028A李pril君202梦317、空山写新雨后武，天气晕晚来秋姿。。8:4皮4:2煤0上真午8:4更4上处午08:4蝴4:204月-2全39、杨柳散虚和风，青流山澹吾虑钉。。4月-招234月-2迎3Fri泊day抵,A矿pri裹l2运8,上202汽310、阅读骂一切好万书如同裤和过去旁最杰出挤的人谈照话。08:菠44:析2108:4图4:2108:4吵44/2滑8/2产023尽8:亭44:掩21补AM11、越是洽没有本器领的就交越加自僵命不凡董。4月-煌2308:蒙44:喜2108:驱44Apr-钓2328-A由pr-2幕312、越是无店能的人，奸越喜欢挑尤剔别人的悦错儿