公文写作范例氮和氧气流量对薄层方块电阻的大小、均匀性、扩散后硅片少子寿命的影响-光伏
氮和氧气流量对薄层方块电阻的大小、均匀性、扩散后硅片少子寿命的影响-光伏
PN结是太阳电池的心脏，其品质优劣直接决定着太阳电池的转换效率。因此，PN结的制造工艺是太阳电池生产过程中的核心工艺[1]。PN 结的制造不是简单地把两块不同类型(P型和N型)的半导体接触在一起就能形成我的超级情人。要形成一个PN结，实质上要使用一种方法使受主杂质在半导体晶体内的一个区域中占优势(P 型)，而使施主杂质在半导体的另外一个区域中占优势(N 型)，这样在晶体内部便实现了P型和N型半导体的接触[2]。目前制造PN结的方法有热扩散法、离子注入法、外延法、激光法、和高频注入法等[3]。其中热扩散是现阶段企业主要应用的方法。热扩散法主要包括：(1)三氯氧磷(POCl3)液态源扩散法；(2)喷涂磷酸水溶液后链式扩散法；(3)丝网印刷磷浆料后链式扩散法。其中，POCl3液态源扩散法具有生产效率较高、所制PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，适合制作具有大面积PN结的太阳电池，因此被太阳电池生产企业广泛采用
1 实验原理
1.1 太阳电池的主要电性能参数
理想情况下，光照下的太阳电池可以看作是一个恒流源与理想二极管的并联组合，等效电路如图 1 所示。
恒流源的最大电流是光生电流 Iph,流过理想二极管的电流即暗电流为ID。图中Ish为太阳电池并联电阻引起的电流，I为流过负载RL的电流，Rs为太阳电池串联电阻，主要由扩散薄层电阻、基体电阻、金属电极和太阳电池间的接触电阻以及金属电极的体电阻构成。
1.2 少子寿命
硅材料中的光生电子和空穴，产生后将平均持续一段有限的时间，称为非平衡少数载流子寿命，载流子在太阳电池中不断产生抗倭奇侠，寿命长短决定了电子和空穴的稳定数量蛇女蓝熙。这个数量应尽量提高，因为它与器件产生的电压相关。另外，寿命同扩散长度直接相关，扩散长度是载流子从产生点到收集点(PN结)可能走过的平均距离。为了保证光生电流，扩散长度应该大于硅片厚度或最长产生深度。由于少子寿命对太阳电池的开路电压和短路电流都有决定作用，所以扩散后硅片的少子寿命是一个极为重要的参数[4]。
2 实验方法
实验采用三氯氧磷(POCl3)液态源扩散法，该方法的工艺过程是POCl3 高温分解产生P2O5 淀积在硅片表面，P2O5 再与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散反应方程式为：
根据上式，从理论上来说POCl3和O2的比例应该是2:1，但是在实际生产中，由于POCl3 是通过小氮携带进入石英管内的POCl3的实际流量主要由源温和小氮流量来决定，实际携带量难以计算，因此需要通过改变小氮流量的实验来寻找一个小氮的最佳流量值。
扩散过程在密闭的石英管内完成，POCl3通过小氮携带通入石英管内，在820~830℃高温下反应。扩散使用的是Tem-press4管5段扩散炉，所用硅片是160 mm×160 mm 规格的单晶P 型硅片，实验分为 A、B、C、D、E、F、G、H、I九组实验，每组各500 片圣战士罗宾，共4500 片。扩散后的硅片在石英舟五个温区中各取一片金橘花，抽取位置是在每个温区中心位置且背对扩散气流方向的一片。方块电阻测试采用 DY-4型号的四探针测试仪，测试方法是五点法测试(即中心点和四个边角各测试一点)，少子寿命的测试采用WT-1200 少子寿命测试仪，每片测试中心点一点。待完成刻蚀和PECVD 镀减反膜后，丝网印刷正电极采用四主栅印刷，电性能的测试采用 Berger测试仪测试。
A、B、C、D、E五组实验是对扩散过程中小氮流量的优化，C 组实验采用产线正常工艺参数，其中小氮流量为1050mL/min,氧气流量为500mL/min,源的温度为20℃、石英炉管内压力4 Pa,在扩散温度、时间等工艺参数均不变的情况下，逐步改变小氮流量虎跃龙潭，A、B、D、E组小氮流量分别为 1150、1100、1000、950mL/min，找出小氮流量的最佳值。
确定小氮的最佳流量后，F、G、H、I组实验在不改变其他参数的情况下，逐步改变氧气的流量，F、G、H、I组实验氧气的流量分别为 600、550、450、400mL/min血魂书生。
3 实验结果与分析
方块电阻和少子寿命是衡量扩散质量是否符合工艺要求的重要指标，扩散方块电阻的均匀性尤其重要，直接关系到后续工艺的匹配，并最终对太阳电池转换效率产生影响，用方块电阻的不均匀度来反应方块电阻的均匀性，不均匀度的计算公式为：
3.1 小氮流量对扩散质量及最终电池效率的影响
根据实验顺序，首先获得了A 组实验扩散方块电阻数据，并计算了方块电阻的片内均匀性，数据见表1。
从表 1 中可以得出 A 组实验的平均方块电阻是73.3Ω/□，不均匀度的平均值为3.41%。从表中可以看出，炉中间Zone3 区比炉口 Zone1 区和炉尾 Zone5 区的不均匀度要低，这主要是由于炉口和炉尾气流及酸排风的波动性比炉中较大造成的。
五组实验扩散完成后方块电阻的平均值、片内不均匀度及少子寿命如图 2 所示。
从图 2 中可以看出，在 950~1150mL/min 的范围内，随着小氮流量的增加，方块电阻有明显下降的趋势，当小氮流量由 950 mL/min 增加到 1150 mL/min 时，方块电阻的平均值由84.7Ω/□降至 73.3Ω/□。董翠婷原因主要是小氮是携带POCl3 的气体，POCl3 随小氮流量的增加而增加，炉体内含磷量也随之增加，导致磷向硅中的扩散加剧，方块电阻下降。随着小氮流量的增加，方块电阻的片内不均匀度有所下降，但仍然是炉口和炉尾的均匀性低于炉中。少子寿命随着小氮流量的增加呈现明显下降的趋势，由25μs 降至 15μs 以下，主要是由于磷的表面浓度上升，导致扩散死层增加，表面复合速率上升，公文写作范例少子寿命降低。
五组实验分别完成后续的刻蚀、PECVD镀氮化硅膜、丝网印刷电极背场、烧结后制成成品电池片，经测试得到主要的电性能参数，如表 2 所示。
从表 2 中可以看出随着小氮流量的增加，开路电压、短路电流、串联电阻均是下降的趋势，填充因子随着小氮流量的增加而增加，最终的转化效率最高的是 B 组，小氮流量为1100mL/min，效率最低的是E组，小氮流量为950 mL/min,两者效率相差0.19%。
3.2 氧气流量对扩散质量及最终电池效率的影响
从图 3 中可以看出，氧气流量在400 mL/min至600mL/min 的范围内时，随着氧气流量的增加，方块电阻呈升高的趋势，尤其是氧气流量大于500 mL/min 时，升高的速率加快。主要原因在于随着氧气比例加大，会造成硅片表面的磷硅玻璃层过厚，阻碍了磷杂质的再分布，造成方块电阻升高。片内不均匀度随氧气量的增加也是呈升高趋势。少子寿命随着氧气流量的增加呈现上升的趋势，主要原因有两个：一是在氧气充分的情况下，POCl3的反应较彻底，能更好地实现磷吸杂的过程[5]；另外一个方面是氧气与硅反应，形成Si-O 键，修复晶格缺陷、饱和悬挂键[6]，降低了复合的速率，少子寿命升高。
从表 3 中可以看出，当氧气流量在400 mL/min至600mL/min 之间时，开路电压、短路电流和串联电阻均随氧气量的增加而增加，填充因子随着氧气量的增加而降低米汝成，最终转化效率随着氧气量的增加先升高后下降，当氧气流量为 500mL/min 时，转效率最高，为19.29%。
4结论
通过分别改变扩散过程中小氮和氧气流量得出，扩散后硅片的方块电阻、片内不均匀性、少子寿命随小氮流量的增加均呈下降的趋势叶玉聊 。制作成成品电池片，电性能中的开路电压、短路电流、串联电阻随着小氮流量的增加呈下降趋势，填充因子呈上升的趋势；随着氧气流量的增加，扩散后硅片的方块电阻、片内不均匀度、少子寿命呈上升趋势，制作成成品电池后，电池电性能中的开路电压、短路电流、串联电阻随氧气流量的增加呈上升的趋势mc龙眼儿，而填充因子下降。当小氮流量在 1100 mL/min，氧气流量在 500mL/min 时刘解忧，各电性能参数达到平衡，最终转换效率最高为 19.29%，相比原产线效率有 0.1%的提升。
倪玉凤，董鹏，屈小勇，吴翔，代同光
国家电投西安太阳能电力有限公司
来源：电源技术
PN结是太阳电池的心脏，其品质优劣直接决定着太阳电池的转换效率。因此，PN结的制造工艺是太阳电池生产过程中的核心工艺[1]。PN 结的制造不是简单地把两块不同类型(P型和N型)的半导体接触在一起就能形成我的超级情人。要形成一个PN结，实质上要使用一种方法使受主杂质在半导体晶体内的一个区域中占优势(P 型)，而使施主杂质在半导体的另外一个区域中占优势(N 型)，这样在晶体内部便实现了P型和N型半导体的接触[2]。目前制造PN结的方法有热扩散法、离子注入法、外延法、激光法、和高频注入法等[3]。其中热扩散是现阶段企业主要应用的方法。热扩散法主要包括：(1)三氯氧磷(POCl3)液态源扩散法；(2)喷涂磷酸水溶液后链式扩散法；(3)丝网印刷磷浆料后链式扩散法。其中，POCl3液态源扩散法具有生产效率较高、所制PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，适合制作具有大面积PN结的太阳电池，因此被太阳电池生产企业广泛采用
1 实验原理
1.1 太阳电池的主要电性能参数
理想情况下，光照下的太阳电池可以看作是一个恒流源与理想二极管的并联组合，等效电路如图 1 所示。
恒流源的最大电流是光生电流 Iph,流过理想二极管的电流即暗电流为ID。图中Ish为太阳电池并联电阻引起的电流，I为流过负载RL的电流，Rs为太阳电池串联电阻，主要由扩散薄层电阻、基体电阻、金属电极和太阳电池间的接触电阻以及金属电极的体电阻构成。
1.2 少子寿命
硅材料中的光生电子和空穴，产生后将平均持续一段有限的时间，称为非平衡少数载流子寿命，载流子在太阳电池中不断产生抗倭奇侠，寿命长短决定了电子和空穴的稳定数量蛇女蓝熙。这个数量应尽量提高，因为它与器件产生的电压相关。另外，寿命同扩散长度直接相关，扩散长度是载流子从产生点到收集点(PN结)可能走过的平均距离。为了保证光生电流，扩散长度应该大于硅片厚度或最长产生深度。由于少子寿命对太阳电池的开路电压和短路电流都有决定作用，所以扩散后硅片的少子寿命是一个极为重要的参数[4]。
2 实验方法
实验采用三氯氧磷(POCl3)液态源扩散法，该方法的工艺过程是POCl3 高温分解产生P2O5 淀积在硅片表面，P2O5 再与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散反应方程式为：
根据上式，从理论上来说POCl3和O2的比例应该是2:1，但是在实际生产中，由于POCl3 是通过小氮携带进入石英管内的POCl3的实际流量主要由源温和小氮流量来决定，实际携带量难以计算，因此需要通过改变小氮流量的实验来寻找一个小氮的最佳流量值。
扩散过程在密闭的石英管内完成，POCl3通过小氮携带通入石英管内，在820~830℃高温下反应。扩散使用的是Tem-press4管5段扩散炉，所用硅片是160 mm×160 mm 规格的单晶P 型硅片，实验分为 A、B、C、D、E、F、G、H、I九组实验，每组各500 片圣战士罗宾，共4500 片。扩散后的硅片在石英舟五个温区中各取一片金橘花，抽取位置是在每个温区中心位置且背对扩散气流方向的一片。方块电阻测试采用 DY-4型号的四探针测试仪，测试方法是五点法测试(即中心点和四个边角各测试一点)，少子寿命的测试采用WT-1200 少子寿命测试仪，每片测试中心点一点。待完成刻蚀和PECVD 镀减反膜后，丝网印刷正电极采用四主栅印刷，电性能的测试采用 Berger测试仪测试。
A、B、C、D、E五组实验是对扩散过程中小氮流量的优化，C 组实验采用产线正常工艺参数，其中小氮流量为1050mL/min,氧气流量为500mL/min,源的温度为20℃、石英炉管内压力4 Pa,在扩散温度、时间等工艺参数均不变的情况下，逐步改变小氮流量虎跃龙潭，A、B、D、E组小氮流量分别为 1150、1100、1000、950mL/min，找出小氮流量的最佳值。
确定小氮的最佳流量后，F、G、H、I组实验在不改变其他参数的情况下，逐步改变氧气的流量，F、G、H、I组实验氧气的流量分别为 600、550、450、400mL/min血魂书生。
3 实验结果与分析
方块电阻和少子寿命是衡量扩散质量是否符合工艺要求的重要指标，扩散方块电阻的均匀性尤其重要，直接关系到后续工艺的匹配，并最终对太阳电池转换效率产生影响，用方块电阻的不均匀度来反应方块电阻的均匀性，不均匀度的计算公式为：
3.1 小氮流量对扩散质量及最终电池效率的影响
根据实验顺序，首先获得了A 组实验扩散方块电阻数据，并计算了方块电阻的片内均匀性，数据见表1。
从表 1 中可以得出 A 组实验的平均方块电阻是73.3Ω/□，不均匀度的平均值为3.41%。从表中可以看出，炉中间Zone3 区比炉口 Zone1 区和炉尾 Zone5 区的不均匀度要低，这主要是由于炉口和炉尾气流及酸排风的波动性比炉中较大造成的。
五组实验扩散完成后方块电阻的平均值、片内不均匀度及少子寿命如图 2 所示。
从图 2 中可以看出，在 950~1150mL/min 的范围内，随着小氮流量的增加，方块电阻有明显下降的趋势，当小氮流量由 950 mL/min 增加到 1150 mL/min 时，方块电阻的平均值由84.7Ω/□降至 73.3Ω/□。董翠婷原因主要是小氮是携带POCl3 的气体，POCl3 随小氮流量的增加而增加，炉体内含磷量也随之增加，导致磷向硅中的扩散加剧，方块电阻下降。随着小氮流量的增加，方块电阻的片内不均匀度有所下降，但仍然是炉口和炉尾的均匀性低于炉中。少子寿命随着小氮流量的增加呈现明显下降的趋势，由25μs 降至 15μs 以下，主要是由于磷的表面浓度上升，导致扩散死层增加，表面复合速率上升，公文写作范例少子寿命降低。
五组实验分别完成后续的刻蚀、PECVD镀氮化硅膜、丝网印刷电极背场、烧结后制成成品电池片，经测试得到主要的电性能参数，如表 2 所示。
从表 2 中可以看出随着小氮流量的增加，开路电压、短路电流、串联电阻均是下降的趋势，填充因子随着小氮流量的增加而增加，最终的转化效率最高的是 B 组，小氮流量为1100mL/min，效率最低的是E组，小氮流量为950 mL/min,两者效率相差0.19%。
3.2 氧气流量对扩散质量及最终电池效率的影响
从图 3 中可以看出，氧气流量在400 mL/min至600mL/min 的范围内时，随着氧气流量的增加，方块电阻呈升高的趋势，尤其是氧气流量大于500 mL/min 时，升高的速率加快。主要原因在于随着氧气比例加大，会造成硅片表面的磷硅玻璃层过厚，阻碍了磷杂质的再分布，造成方块电阻升高。片内不均匀度随氧气量的增加也是呈升高趋势。少子寿命随着氧气流量的增加呈现上升的趋势，主要原因有两个：一是在氧气充分的情况下，POCl3的反应较彻底，能更好地实现磷吸杂的过程[5]；另外一个方面是氧气与硅反应，形成Si-O 键，修复晶格缺陷、饱和悬挂键[6]，降低了复合的速率，少子寿命升高。
从表 3 中可以看出，当氧气流量在400 mL/min至600mL/min 之间时，开路电压、短路电流和串联电阻均随氧气量的增加而增加，填充因子随着氧气量的增加而降低米汝成，最终转化效率随着氧气量的增加先升高后下降，当氧气流量为 500mL/min 时，转效率最高，为19.29%。
4结论
通过分别改变扩散过程中小氮和氧气流量得出，扩散后硅片的方块电阻、片内不均匀性、少子寿命随小氮流量的增加均呈下降的趋势叶玉聊 。制作成成品电池片，电性能中的开路电压、短路电流、串联电阻随着小氮流量的增加呈下降趋势，填充因子呈上升的趋势；随着氧气流量的增加，扩散后硅片的方块电阻、片内不均匀度、少子寿命呈上升趋势，制作成成品电池后，电池电性能中的开路电压、短路电流、串联电阻随氧气流量的增加呈上升的趋势mc龙眼儿，而填充因子下降。当小氮流量在 1100 mL/min，氧气流量在 500mL/min 时刘解忧，各电性能参数达到平衡，最终转换效率最高为 19.29%，相比原产线效率有 0.1%的提升。
倪玉凤，董鹏，屈小勇，吴翔，代同光
国家电投西安太阳能电力有限公司
来源：电源技术