晶體硅太陽電池擴散氣氛場均勻性研究

1、晶體硅太陽電池擴散氣氛場均勻性研究晶體硅太陽電池能夠取得高效轉(zhuǎn)換效率的緣由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)與運用同時也極大地促進了太陽電池的商業(yè)化進展。在過去的10年，全球太陽電池的生產(chǎn)以年平均30的速度迅速增長，單晶硅和多晶硅太陽電池的增長所占比重最大，超過囫圇太陽電池增長的80。除產(chǎn)業(yè)化運用新技術(shù)外，太陽電池制作中工藝優(yōu)化也十分重要的。太陽電池產(chǎn)業(yè)化所瀕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。蔓延制作p n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。對于蔓延工序，最大問題在于如何保障蔓延的勻稱性。蔓延勻稱性好的電池。其后續(xù)工藝參數(shù)可控性高。

2、可以較好地保證電池電性能和參數(shù)的穩(wěn)定性。蔓延勻稱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；另一個是因為其他工序或材料新技術(shù)的應(yīng)用需要尋求相應(yīng)的蔓延工藝路途，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。這些都是蔓延對勻稱性要求新的討論方向。晶體硅產(chǎn)業(yè)化蔓延制作p-n結(jié)所采納的蔓延爐主要為管式加熱方式(普遍選用 kanthal加熱爐絲)，裝載系統(tǒng)主要有懸臂式(

3、loadingunloading)和軟著陸(soft contact load-ing，簡稱scl)兩種，國內(nèi)蔓延爐以懸臂式為主，國外以scl為主。相對于配置懸臂裝載機構(gòu)的蔓延爐，scl式蔓延爐因其爐口密封性更易保障，并不采納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)點削減蔓延勻稱性的影響因素，在工藝生產(chǎn)中能更好地保證蔓延的勻稱性；同時也極大地降低工藝粘污風險，為高效太陽電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供硬件保障。這也是scl式蔓延爐逐步取代懸臂裝載式蔓延爐的緣由所在。早期的工藝路途主要包括開管蔓延與閉管蔓延，鑒于對蔓延勻稱性要求的不斷提高和對高轉(zhuǎn)換效率電池大規(guī)模生產(chǎn)

4、成本降低的要求，現(xiàn)基本采納閉管工藝路途。對懸臂管式蔓延爐中影響蔓延勻稱性的氣氛場因素舉行相關(guān)的討論，以達到優(yōu)化工藝參數(shù)、降低生產(chǎn)成本的目的。2 蔓延勻稱性影響因素針對管式蔓延爐的特點，優(yōu)化蔓延的勻稱性主要實行溫區(qū)補償技術(shù)。在大規(guī)模生產(chǎn)中，補償辦法主要通過調(diào)節(jié)工藝反應(yīng)時光、氣體流量和反應(yīng)溫度三者實現(xiàn)。配備懸臂裝載機構(gòu)蔓延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用法。影響蔓延勻稱性因素除相關(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)壓強的平衡設(shè)置，均流板的氣體勻稱分流設(shè)計，廢氣排放位置與氣流變幻對溫度穩(wěn)定抗干擾的平衡設(shè)置等因素也至關(guān)重要，因

5、這些因素互相關(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，這也是該討論領(lǐng)域至今未建立蔓延勻稱性氣氛場工程模型的難點。按照氣氛場因素的特點，作出蔓延氣氛場結(jié)構(gòu)暗示圖1所示。圖1中，箭頭方向為氣體暗示流向；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汲取瓶(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)中蔓延爐的勻稱性主要通過測試蔓延后硅片的方塊電阻來反映。工藝反應(yīng)時光、氣體流量和工藝反應(yīng)溫度的變幻十分直觀地體現(xiàn)在方塊電阻值的變幻上，即增強工藝反應(yīng)時光和工藝反應(yīng)溫度將導(dǎo)致方塊電阻值的降低，磷源流量的減小反映在方塊電阻值的上升；反之

6、亦然。21 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)整大n2流量，實驗記錄蔓延爐石英反應(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)的變幻狀況，以討論爐內(nèi)氣氛場氣體流量(壓強)變幻對與蔓延勻稱性疏遠關(guān)聯(lián)的溫度影響程度和趨勢。實驗過程包括：(1)檢查爐門及各氣路銜接處的密封性；(2)設(shè)備溫度pid參數(shù)自整定；(3)手動調(diào)整大n2流量，從25 lmin，增強到27 l/min，記錄流量調(diào)整前后穩(wěn)定溫度值和流量變幻導(dǎo)致的溫度動態(tài)偏差值，見表1；(4)手動調(diào)整大n2流量，從2

7、5lmin，削減到23 l/min，記錄流量調(diào)整前后穩(wěn)定溫度值和流量變幻導(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 lmin向27 lmin變幻，爐尾溫度降低1，爐口溫度無變幻，氣流量由25 lmin削減到23 lmin，爐尾溫度上升1，爐口溫度降低1。23 廢氣排放位置對爐口勻稱性的影響蔓延爐恒溫區(qū)的有限性與生產(chǎn)產(chǎn)量的最大化是沖突關(guān)聯(lián)的。在生產(chǎn)中，需要在恒溫區(qū)最大限度地放置蔓延硅片，保證恒溫區(qū)溫度的精度和穩(wěn)定性。因配置懸臂式裝載系統(tǒng)的蔓延爐爐口對溫度的干擾最大，可將廢氣

8、管口盡可能地逼近爐門，同時也能充實逼近爐口方向硅片反應(yīng)區(qū)域氣氛場的勻稱性。因此，分離調(diào)節(jié)廢氣排放位置并舉行實驗對照。從表4可看出，廢氣排放口離恒溫區(qū)越遠，即離爐口越近，爐口的方阻片內(nèi)片間勻稱性充實越好，但廢氣排放的同時也有大量熱能的排放，在排放口區(qū)域聚攏的熱能較多，因考慮到爐門的低溫(普通為小于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)。24 排風量大小對爐口勻稱性的影響當進入蔓延爐石英管內(nèi)的工藝氣體總流量一定時，排風量大小的設(shè)定挺直影響蔓延爐內(nèi)的氣氛場壓強變幻，而氣氛場壓強又與爐內(nèi)工藝氣體的濃度相關(guān)聯(lián)從而影響蔓延的

9、勻稱性，尤其是爐口的勻稱性。通過表5分析爐口片內(nèi)極差大的詳細緣由，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，故實行調(diào)小排氣閥開度，增強爐內(nèi)壓強，間接地增強工藝氣體反應(yīng)時光，從而充實爐口片內(nèi)勻稱性和片間勻稱性。對于穩(wěn)定生產(chǎn)而言，爐內(nèi)壓強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、蔓延、刻蝕、鍍膜、印刷、燒結(jié)等，每道工序的相關(guān)控制參數(shù)都挺直或間接地與電池電性能參數(shù)相關(guān)聯(lián)。對于蔓延工序而言，蔓延的勻稱性挺直體現(xiàn)在硅片形成的p-n結(jié)結(jié)深差異性上，勻稱性好反映出結(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)用于蔓延勻稱性好的在制電池片，其歐姆接觸性能、填充因子等電性能參數(shù)全都性好，終于體現(xiàn)在太陽電池的轉(zhuǎn)換效率全都性的可控性。用試驗辦法分析影響晶體硅太陽電池蔓延勻稱性的氣氛場因素及其工藝調(diào)整優(yōu)化充實辦法，在工藝調(diào)試過程中需要注重這些氣氛