扩散报告

扩散工序学习工作报告
P-N结是太阳能电池的心脏，扩散工序是制造电池片的核心。

一，扩散主要工艺流程：
1进舟，2预升温，3预淀积，4扩散，5再分步，推进，6回温，7出舟在预淀积和扩散步进行衡定表面源的扩散，在再分步进行限定表面源的扩散。

整个工艺运行最主要是3、4、5步，这几步是制作P-N结的核心。

我们对温度气体流量的调节都是针对这几步进行的。

不同的片子会设置不同的工艺参数。

不同的设备也工艺参数的设置也有所不同。

二，扩散工序的主要控制点部分控制参数。

方块电阻和方块电阻不均匀度是扩散工序的主要控制点。

方块电阻主要用四探针测试仪来测量。

影响方块电阻的因素除了电池片本身的电阻率以外，工艺过程对其大小是主要的影响，包括温度设置及调节，扩散气体及保护气体的流量设置，扩散各步聚的时间设置。

在下面的扩散设备对比中我们还会给出更多的影响到方块电阻大小的因素。

方块电阻的大小波动主要通过对温度的上下调节来校正。

方块电阻不均匀度有单片不均匀度和整管不均匀度之分。

方块电阻过大，则扩散浓度过小，P-N结结深过小，使电池片在后道工序中被烧穿的的可能性曾大。

方块电阻过小，则扩散过度浓度过大，结深过深，使载流子扩散距离增大，增大了载流子的衰减；掺杂过浓度大，会造成大量的复合中心，使Isc严重下降，造成其他性能参数也严重下降。

各种电池片不均匀度要求：
48所TEMPRESS
P156 同一片≤25%,同一炉≤12%同一片≤15%,同一炉≤10%
M156 同一片≤25%,同一炉≤12%同一片≤15%,同一炉≤10%
E-CELL 同一片≤20%,同一炉≤8%同一片≤10%,同一炉≤8%各电池片方块电阻可接受范围：
M156:42-48Ω/ ；P156:45-50Ω/ ;E-CELL:25-35Ω/
如果方块电阻值经测试发现超出此范围，对于第一次发现的要返工，进行反面重扩散，如果是第二次发现的，要送到制绒车间去结后再重新制绒扩散。

三，扩散原理
扩散是物质分子或原子热运动引起的一种自然现象.粒子浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件。

对于太阳电池的扩散工艺而言，由于扩散形成的P-N 结平行于硅片表面，而且扩散深度很浅，因此可以近似认为扩散仅仅沿着垂直于硅片表面而进入体内的方向(x方向)进行。

扩散方程为:
式中t为扩散的时间，D为扩散温度下杂质的扩散系数，N(x)硅片中各点的杂质浓度。

上式描述在扩散过程中，硅片中各点的杂质浓度随时间的变化规律。

对于不同的初始条件和扩散条件，该方程有不同形式的解。

在平面器件生产中有两种扩散分布较为常见:恒定表面杂质浓度的余误差函数分布和限定杂质源的高斯函数分布。

在太阳电池的扩散工艺中，影响扩散的重要因素有:扩散温度、扩散时间和扩散气氛(携带有杂质源)。

而需要测量的参数常有:扩散到硅片体内的杂质总量(通过方块电阻Rsqu来反映)、扩散的深度(即P-N结的结深xi),硅片的表面杂质浓度Ns,和硅片体内的杂质分布N(x),
我们所使用的是POCL3的扩散模式，这是一种用气体携带液态扩散源的扩散方式。

一般用氮气（小氮）通过杂质源瓶来携带扩散杂质，并通过控制气体的流量来控制扩散气氛中扩散杂质的含量。

液态磷源用得最多的是POC13，它在室温下是无色透明的液体，有很高的饱和蒸汽压，在600℃发生如下的分解反应:
在扩散气氛中常常通有一定量的氧气，可使生成的PCl5进一步分解，使五氯化磷氧化成P2O5,从而可以得到更多的磷原子沉积在硅片表面上。

另外也可避免PCl5对硅片的腐蚀作用，可以改善硅片表面，反应式如下:
生成的P2O5在扩散温度下继续与硅反应得到磷原子，其反应式如下:
由于POCI3的饱和蒸汽压很高，淀积在硅片表面的磷原子完全可以达到在该扩散温度下的饱和值(即该温度下磷在硅中的固溶度)，并不断地扩散进入硅本体，形成高浓度的发射区。

因此，POCL3气氛中扩散可以获得很高的表面杂质浓度。

该扩散模式除了具有设备简单，操作方便，适合批量生产，扩散的重复性、稳定性好等优点以外，还具有如下的优点
(1〕封闭的、管式炉的工艺过程容易保持洁净。

(2)高温扩散有很好的吸杂效应。

(3)掺杂源中的氯在工艺过程中有清洁作用。

(4)掺杂剂的沉积非常均匀。

四，扩散设备及其对比
这里我们主要使用48所和Tempress两种扩散炉。

48所为国产设备，后者为荷兰所产。

下面我们将从各方面对此两种设备进行对比。

项目48所扩散炉Tempress扩散炉
炉管数量3个4个
5个温区
温区数量3个（有些管子两端有两个辅助
温区）
温度测量方式炉壁测量炉中自动测量
桨状态一直在炉中送入舟后自动退出
气閥只有总所阀也有辅助气阀
进气方式单独进气混合后进气Profile方式手动拉衡温自动拉衡温
炉管中压力压力不可控可以设定压力
源槽冷却方式水冷气冷
尾气抽取方式抽风式排尾气炉内稳压式排尾气尾气管较粗，不易堵塞较细，易堵塞
清洗TCA-3
TCA-6
Hot POCL3
温度控制情况总体温差较大（可达到几十上百
度），温度波动较快总体温差小（一般只十度左右）温度稳定
方块电阻单片和整管不均匀度都较大单片和整管不均匀度较
小
进舟速度300 350
恒温槽温度20°C 22°C
清洗时间每周一次每两周一次
工艺菜单设定不可以进行精细的工艺菜单设定可以进行细微的工艺菜
单设定，也可以另外编写
工艺菜单
由上面的对比，我们可以发现，整体来说，Tempress扩散炉比48所扩散炉设计要精细得多，自动化程度也高得多，这些决定了前者比后者生产出的电池片在方块电阻不均匀度上要好。

在日常的生产中，后者比前者操作更简洁；另外由于前者的自动化程度高，设备问题也出现得比较多。

五，常见异常及相关处理：
方块电阻波动：方块电阻可能过大、过小，主要是对炉管内温度进行调节，另外再检查是否还有其他设备原因。

对于方块电阻过大或过小，都需要重新扩散，如果重新扩散后还是不能达到我们的要求，就要把电池片返回制绒工序去结再重新开始。

(一般去结时间为150-200s)
整体氧化发蓝：原因是酸洗后未冲洗，重新酸洗再扩散。

局部发蓝：偏磷酸滴落。

再其他异常就是设备经常出现的问题，比如桨不到位，或R2D异常等交由设备处理。

六：日常生产需要注意的问题
1,做过微晶，UMG后必须清洗炉管。

2,关闭48所扩散炉时，只有温度降到300°C以下时，方可按上加热开关按钮。

3,R2D机械手开机后，首先要调整原点。

4,注意R2D在操作过程中的异常以便及时处理。

5,扩散前在制品，在扩散间裸露时间最多不能超过1小时。

6,48所扩散炉恒温槽使用的水每周都要更换，在更换前要对水槽进行清洁。

7,清洗石英管配液：32L HF,8L HCL。

8,舟要严格按照规定按期清洗。

9,及时调校四控针测试仪。

七，方块电阻统计及扫描对比Tempress:
48所：
数据统计：
以上数据横向每组都是对一管电池片进行计算所得的平均值。

上表及图显示：
1，通过温度及其他工艺参数的调整，中心部位的方块电阻我们基本上作到了两种设备相一致。

（我们即就是以中心的方块电阻为标准来设计各项工艺参数）2，相对于48所，Tempress的中心与边缘方块电阻波动要小。

即48所比Tempress的方块电阻不均匀度要大。

3，整体而言，48所比Tempress方块电阻要小。

4，由上图我们可以发现：相比于Tempress,48所扩散炉的扩散源从两片之间的空隙向电池片中央的扩散更深入。

根据我们目前对方块电阻的控制要求（P156以46为标准），我觉得为了增大48所扩散炉的方块电阻平均值(我们所希望的值)即缩小其“小方块电阻带”（见上方块电阻扫描图）的宽度，我们目前的工艺还需要一些改动。

5,不同的方块电阻表现的是不同的扩散浓度及不同的结深，进而又影响到不同的载流子寿命、短路电流，转换效率。

而我们的方块电阻分布又是如此的不均匀，由此显示出我们最终的各项电性能指标是在多么不均匀不标准的基础上得到的。

如果将后期的各项电性能参数比作上层建筑，而将扩散制结比作打地基础，可见我们的建筑是建立在多么不稳定的基础之上，也难怪在后期的检测中各项电性能参数很不稳定，波动摇摆很大。

但这也是目前初期工业化大批量生产所不可避免的问题之一。

八，结束
以上是我在扩散工序的所学及所体会。

扩散是整个太阳能电池片制作的基础，能否制作出高效稳定的电池片，前提皆在于此。

鉴于其对整个太阳能电池片制作工艺的重要性，我所学也只能局限在皮毛；而对高效高质量P-N的制备，在以后的生产及发展过程中还需要投入更多的行业资源，相信我的经验及所知也会随着太阳能行业的整体发展一步步向前。