太陽能電池片科普系列——擴散篇

2017-11-21 17:31:32 來源:北極星太陽能光伏網　點擊量：評論 (0)

擴散通俗講就是給太陽能電池片制造最核心的部分，是太陽能電池片的心臟，是利用POCl3磷擴散制PN結的過程，是擴散工藝的好壞也直接影響電池片效率的多少，通常的公司都會采取0或1的管控措施，電池片經過擴散工序，

擴散通俗講就是給太陽能電池片制造最核心的部分，是太陽能電池片的心臟，是利用POCl3磷擴散制PN結的過程，是擴散工藝的好壞也直接影響電池片效率的多少，通常的公司都會采取0或1的管控措施，電池片經過擴散工序，對于擴散有差異電池片直接返工（制絨之前）。

值得注意的是制PN結并非單純的將兩個不同的電池片（P型硅和N型硅）疊加在一起，P型硅和N型硅必須產生良好的內部接觸，因此通常采用在P型硅片的一面擴散制成N型。

一、擴散的方法

１．三氯氧磷（POCl3）液態源擴散

２．噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散

３．絲網印刷磷漿料后鏈式擴散等等

目前國內多采用第一種方法（穩定、可控性強）。

二、POCl3擴散的原理

POCl3在高溫下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應式如下：

生成的P2O5在擴散溫度下與硅反應，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應式如下：

由上面反應式可以看出，POCl3熱分解時，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會進一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應式如下：

生成的P2O5又進一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴散時，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮氣的同時通入一定流量的氧氣。

在有氧氣的存在時，POCl3熱分解的反應式為：

POCl3分解產生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進行擴散，POCl3液態源擴散方法具有生產效率較高，得到PN結均勻、平整和擴散層表面良好等優點，這對于制作具有大面積結的太陽電池是非常重要的。

三、擴散車間控制指標

1、擴散方阻。擴散工序最主要的監控指標，不同方阻代表不同的擴散程度，其主要與摻雜時間、摻雜溫度、磷源流量有密切的關系。

2、結深、表面濃度等、測量難度較大，通常不輕易測量。

四、擴散車間常見事項

1、磷源安全。三氯氧磷屬于劇毒物（小編聽說吸一口就會嗝屁），磷源一般有專門密閉儲藏室，且擴散車間一般與其他車間分離，做簡單密閉處理，車間內設置有磷源泄露檢測裝置（小編提醒，企業要定期檢查傳感器狀態避免失靈，對于一些小企業對于剩余磷源采取人工倒灌以節省成本的做法也表示強烈抗議）。

2、方阻監測。相對于其他材料，方阻的測量由于經過擴散，其大小受光線影響較大，工人分批次測量時必須督促其關閉屏蔽罩。

3、洗舟檢查。石英舟是承載電池片進入擴散爐管的特殊材質的舟，由于需要重復使用，長期的不清洗會導致電池片效率下降嚴重。

4、溫度參數校隊。擴散機臺在擴散過程中對于溫度極為敏感，且每一幾天溫度參數較多，且都數值較大，經常發生人工更改溫度出現輸錯情況，后果嚴重。

5、檢查車間內，氣體壓力、磷源最低刻度、負壓是否正常，異常情況通知外圍調整。

6、匹配絲網印刷，不同方阻所匹配的絲網工藝不同，以達到最佳的轉換效率。

五、總結

擴散車間是一個非常特殊的車間，反應條件嚴苛，工藝人員不可能觀察得到，問題排查基本只能靠計算機控制系統的監控數據，而監控數據一般較煩雜，通常排查周期較長，所以一般出現問題都是大批量的，空氣溫度、排風壓力、氣體流量的輕微波動都有可能造成生產的電池片方阻較大的異常，對工藝人員排查問題的能力要求較高。為了節約成本，擴散多采用高密度背靠背式擴散，對機械臂精度要求較高，且碎片率相比于其他工序較高。由于擴散工藝運行時間較長，一般一個小時左右，對于留存量的把控較難，長時間留存的電池片受空氣污染，效率大打折扣。

擴散的好壞直接決定了電池片的好壞，所以對于擴散車間的管控逐漸成為各大廠商日益重視的焦點，擴散車間工藝人員的培養也直接決定了擴散車間的好壞。