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太阳能电池培训手册(上)
太阳电池的结深一般控制在0.3～0.5?m，方块电阻均20～70?/□，硅太阳电池所用的主要热扩散方法有涂布源扩散，液态源扩散，固态源扩散等，下面分别对这几种方法作简单介绍。
2.2.2.1涂布源扩散
涂布源扩散一般分简单涂源扩散和二氧化硅乳胶源涂布扩散。
简单涂源扩散是用一、二滴五氧化二磷或三氧化二硼在水（或乙醇）中稀溶液，预先滴涂于p型或n型硅片表面作杂质源与硅反应，生成磷或硼硅玻璃。沉积在硅表面的杂质元素在扩散温度下向硅内部扩散。因而形成pn或np结。
工业生产中，涂布源方法有喷涂，刷涂，丝网印刷，浸涂，旋转涂布等。该方法成本低廉，适宜于小批量生产涂源扩散工艺的主要控制因素是扩散温度，扩散时间和杂质源浓度，最佳扩散条件常随硅片的性质和扩散设备而变化。
实例：
p型硅片 晶向（111） 电阻率 1.0?cm 扩散温度 900～950?C 扩散时间 10～15min
氮气流量 30～70ml/min
杂质源为特纯P2O5在水或乙醇中的溶液 表面方块电阻20～40?/□
二氧化硅乳胶实际上是一种有机硅氧烷的水解聚合物，能溶于乙醇等有机溶剂中，形成有一定粘度的溶液，它在100～400?C下烧烘烤后逐步形成无定型的二氧化硅。二氧化硅乳胶可在硅酸乙酯中加水和无水乙醇经过水解而成，也可将四氯化硅通入醋酸后加乙醇制得。乳胶中适量溶解五氧化二磷或三氧化二硼等杂质，并经乙醇稀释成可用的二氧化硅乳胶源。
实例
1?cm P型硅片中，将掺杂五氧化二磷的这种源涂布， 干燥温度 200?C
扩散温度 800～950?C 扩散时间 15～60min
则可使方块电阻为10～40?/□ 结深0.5?m左右。
2.2.2.2液态源扩散
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液态源扩散有三氯氧磷液态源扩散和硼的液态源扩散，它是通过气体携带法将杂质带入扩散炉内实现扩散。其原理如图3.6：
图3.6 三氯氧磷扩散装置示意图
对于p型10?cm硅片，三氯氧磷扩散过程举例如下：
（1）将扩散炉预先升温至扩散温度（850～900?C）。先通入大流量的氮气（500～1000ml/min），驱除管道内气体。如果是新处理的石英管，还应接着通源，即通小流量氮气，（40～100ml/min）和氧气（30～90ml/min），使石英壁吸收饱和。
（2）取出经过表面准备的硅片，装入石英舟，推入恒温区，在大流量氮气（500～1000ml/min）保护下预热5分钟。
（3）调小流量，氮气40～100ml/min、氧气流量30～90ml/min。通源时间10～15min。 （4）失源，继续通大流量的氮气５min，以赶走残存在管道内的源蒸气。
（5）把石英舟拉至炉口降温５分钟，取出扩散好的硅片，硼液态源扩散时，其扩散装置与三氯氧磷扩散装置相同，但不通氧气。
2.2.2.3固态氮化硼源扩散
固态氮化硼扩散通常采用片状氮化硼作源，在氮气保护下进行扩散。片状氮化硼可用高纯氮化硼棒切割成和硅片大小一样的薄片，也可用粉状氮化硼冲压成片。扩散前，氮化硼片预先在扩散温度下通氧３０分钟使氮化硼表面的三氧化二硼与硅发生反应，形成硼硅玻璃沉积下在硅表面，硼向硅内部扩散。扩散温度为９５０～１００0?Ｃ，扩散时间１５～３０分钟，氮气流量２０００ｍｌ／ｍｉｎ以下，氮气流量较低，可使扩散更为均匀。
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2.2.2.4各种扩散方法的比较 扩散方法 比 较 简单涂布源扩散 设备简单，操作方便。工艺要求较低，比较成熟。扩散硅片中表面状态欠佳，ｐ—ｎ结面不太平整，对于大面积硅片薄层电阻值相差较大。 二氧化硅乳胶源涂设备简单，操作方便，扩散硅片表面状态良好，ｐ—ｎ结平整。均匀布扩散 性，重复性较好。改进涂布设备。可以适用自动化，流水线生产。 液态源扩散 设备和操作比较复杂。扩散硅片表面状态好，ｐ—ｎ结面平整，均匀性，重复性较好，工艺成熟。 氮化硼固态源扩散 设备简单，操作方便，扩散硅片表面状态好，ｐ—ｎ结面平整，均匀性，重复性比液态源扩散好适合于大批量生产。 2.2.3去边
扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。
去边的方法有腐蚀法，即将硅片两面掩好。在硝酸、氢氟酸组成的腐蚀液中腐蚀３０秒钟左右。挤压法是用大小与硅片相同，略带弹性的耐酸橡胶或塑料，与硅片相间整齐隔开，施加一定压力后，阻止腐蚀液渗入缝隙取得掩蔽。
目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。
2.2.4去除背结
去除背结常用下面三种方法，化学腐蚀法，磨沙法和蒸铝烧结，丝网印刷铝烧结法。
2.2.4.1.化学腐法
化学腐蚀是一种比较早使用方法，该方法可同时除去背结和周边的扩散层，因此可省去腐蚀周边的工序。腐蚀后背面平整光亮，适合于制作真空蒸镀的电极。前结的掩蔽一般用涂黑胶的方法，黑胶是用真空封蜡或质量较好的沥青溶于甲苯，二甲苯或其它溶剂制成。硅片腐蚀去背结后用溶剂溶去真空封蜡，再经过浓硫酸或清洗液煮清洗。
2.2.4.2磨片法
磨片法是用金钢砂将背结磨去，也可以用压缩空气携带砂粒喷射到硅片背面除去。磨
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片后背面形成一个粗糙的硅表面，因此适应于化学镀镍制造的背电极。
2.2.4.3蒸铝或丝网印刷铝浆烧结法
前两种去除背结的方法，对于ｎ＋／ｎ和Ｐ＋／ｎ型电池都适用，蒸铝或丝网印刷铝浆烧结法仅适用于n/p型太阳电池制作工艺。
该方法是在扩散硅片背面真空蒸镀或丝网印刷一层铝，加热或烧结到铝—硅共熔点（577?C）以上烧结合金（如图3.7）。经过合金化以后，随着降温，液相中的硅将重新凝固
+
出来，形成含有一定量的铝的再结晶层。实际上是一个对硅掺杂的过程。它补偿了背面n+层中的施主杂质，得到以铝掺杂的p型层，由硅一铝二元相图可知（图3.8）随着合金温度的上升，液相中铝的比率增加。在足够的铝量和合金温度下，背面甚至能形成与前结方向相同的电场，称为背面场，目前该工艺已被用于大批量的生产工艺。从而提高了电池的开路电压和短路电流，并减小了电极的接触电阻。
图3.7 硅合金过程示意图
图3.8 铝硅相图
背结能否烧穿与下列因素有关，基体材料的电阻率，背面扩散层的掺杂浓度和厚度，
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