太阳能电池片扩散工艺.

扩散工艺培训

一、扩散目的

在P 型衬底上扩散N 型杂质形成PN 结。达到合适的掺杂浓度ρ/方块电阻R □。即获得适合太阳能电池PN 结需要的结深和扩散层方块电阻。

R □的定义：一个均匀导体的立方体电阻 ,长L ，宽W ，厚d R= ρ L / d W =(ρ/d) (L/W)此薄层的电阻与（L / W ）成正比，比例系数为（ ρ /d ）。这个比例系数叫做方块电阻，用R □表示： R □ = ρ / d

R = R □（L / W ）

二、太阳电池磷扩散方法

1、三氯氧磷（POCl 3）液态源扩散（本公司现在采用的方法）

2、喷涂磷酸水溶液后链式扩散

3、丝网印刷磷浆料后链式扩散

三、磷扩散的基本原理

三氯氧磷（POCl 3）在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl 5）和五氧化二磷（P 2O 5），其反应式如下：

生成的五氧化二磷（P 2O 5）在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO 2）和

由上面反应式可以看出，三氯氧磷（POCl 3）热分解时，如果没有外来的氧（O 2）参与其分解是不充分的，生成的五氯化磷（PCl 5）是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O 2

存在的情况下，五氯化磷（PCl 5）会进一步分解成五氧化二磷（P 2O 5）并放出氯气（Cl 2）其反应式如下：

生成的五氧化二磷

（P 2O 5）又进一步与硅作用，生成二氧化硅(SiO 2)和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使五氯化磷（PCl 5）充分的分解和避免五氯化磷（PCl 5）对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气 。在有氧气的存在时，三氯氧磷（POCl 3）热分解的反应式为：

三氯氧磷（POCl 3）分解产生的五氧化二磷（P 2O 5）淀积在硅片表面，五氧化二磷（P 2O 5）与硅反应生成二氧化硅（SiO 2）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。三氯氧磷（POCl 3）液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN 结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制

作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。

五氧化二磷（P

2O

5

）与空气中的水会发生反应，生成偏磷酸。偏磷酸对呼吸道

有刺激性。眼接触可致灼伤，造成永久性损害。皮肤接触可致严重灼伤。

四、扩散工艺基本程序

1、清洗饱和：

初次扩散前扩散炉石英舟首先进行TCA清洗。清洗结束后对石英管进行饱和，即运行正常扩散工艺。（初次扩散前或停产后恢复生产及石英舟清洗后，必须对石英管及石英舟进行饱和。）

2、升温装片：

打开大氮,调节气体流量到指定数，使炉管升温。装片时须戴好口罩和干净的棉布及乳胶手套，用石英吸笔依次将硅片从白片盒中吸出插入石英舟。双面扩散一个槽插入一片，单面扩散一个槽插入背靠背两片。

3、进炉稳定：

用石英舟叉将装满硅片的石英舟放在碳化硅桨上，保证平稳，用步进电机缓缓推入炉管。稳定炉管，使炉管内温度达到工艺设定值，管内气体趋于稳定。稳定时通入定量氧气，使硅片表面形成一层SiO

2

,使扩散速度更均匀。前氧适用于多晶工艺。

4、通源驱入：

待炉管温度均升到设定温度，通入小氮（携带磷源的少量氮气）及氧气，设定气体流量及通入时间。通源是磷在硅片表面扩散的过程。通源指定时间后，关闭小氮，通入大氮，进行驱入。驱入是磷向硅片内部扩散，扩结深，同时降低表面浓度。驱入时通入定量氧气，可与管内残留的磷源充分反应，并可与管内的五

氯化磷（PCl

5

）反应，避免其腐蚀硅片表面

5、出炉检验：

驱入指定时间后，将碳化硅桨退出炉管，待石英舟冷却用石英舟叉抬下。从炉口到炉尾的顺序均匀抽取六片硅片进行方阻测试。检验合格后可卸片，不合格返工。

五、扩散后检验

1、外观检验：

观察硅片表面颜色是否均匀，有无偏磷酸滴落，及崩边缺角等。

2、方块电阻检验：

用四探针测试仪测量方块电阻，记录下测量数据.单晶扩散方块电阻控制在

40-50Ω/

□之间,多晶扩散方块电阻控制在58-68Ω/

□

之间。

六、四探针检验原理

四根探针的间距s 相等, 针尖在同一平面同一直线上。当被测样品的几何尺寸比探针间距s 大许多倍时，R □=Rs

实际上硅片有一定大小，因此采用修正因子C 表示。C 根据被测硅片的尺寸和探针的间距而定，对于不同的长度l 、宽度 a 、厚度b 和探针间距s ，C 的参考值会有所不同。

通常四探针间距s 约为1mm, 那么a/s 远大于40，由下表可知，修正因子C=4.532

七、影响R □大小的因素 1、温度的影响：

温度的高低，将决定硅片表面的杂质浓度的高低和P-N 的结深 2、时间的影响：

通源时间、驱入时间 3、小N 2的影响： 流量的多少 4、源瓶的温度：

决定瓶内的蒸汽压，温度越高，挥发性能越大 5、氧气流量：

影响到三氯氧磷的反应程度和PSG 的厚度，进而影响到磷的扩散 6、其它因素：

设备密封性、硅片电阻率及表面洁净状况、源瓶内三氯氧磷的多少

八、扩散改善方向

扩散改善方向主要为方块电阻的均匀性。方块电阻不均匀性包括片内不均匀

I V C I V I V Rs •=•≈•=5324.42π

在10%左右。

九、等离子刻蚀的目的

腐蚀硅片表面的SiO2，以及一定厚度的Si，以达成截断硅片内部回路。

十、什么是等离子体

随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和气体。它们统称为物质的三态。当气体的温度进一步升高时，其中许多，甚至全部分子或原子将由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子。这时物质将进入一种新的状态，即主要由电子和正离子（或是带正电的核）组成的状态。这种状态的物质叫等离子体。它可以称为物质的第四态。

十一、等离子刻蚀的原理

等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。

具体到我们公司来说，刻蚀就是去除扩散中在硅片表面形成的磷，以防止电池内部形成回路。主要过程是，先将腔体内抽成真空，然后通过变压器将380V，50Hz的工业用电转化为高压电，再通过缠绕在腔体上的线圈，产生强磁场，将CF4电离，形成F-离子，腐蚀硅片表面的SiO2，以及一定厚度的Si，以达成截断硅片内部回路的目的。

十二、等离子刻蚀反应