扩散气氛场均匀性研究
扩散模型研究方法
扩散模型研究方法扩散模型研究方法是一种用于研究物质传播和分布的数学模型方法。
它适用于广泛的领域，如大气、海洋、环境和经济等。
该模型通过综合各种流体动力学过程、传热和化学反应等物理-化学过程来描述物质传播和分布。
下面将介绍一些常见的扩散模型研究方法。
1. 独立扩散模型独立扩散模型是基于Fick扩散定律的。
它假设在扩散期间，物质传输是由于浓度梯度引起的。
此模型适用于一些较简单的物质在均匀介质中扩散的情况。
二元扩散模型是在独立扩散模型基础上发展的，它考虑了不同的两种物质在相互作用下同时传播的情况。
在这种模型中，每种物质的浓度和迁移速度受到另一种物质的浓度和迁移速度的影响。
3. 拉普拉斯方程模型拉普拉斯方程模型描述物质扩散和迁移的过程，该过程根据波动（作用函数）的形状给出。
该模型涉及到不同的边界条件，例如，壳体的形状、扩散层和环境。
拉普拉斯方程模型特别适合于描述基于扩散的化学反应。
4. 基于建筑群的模型基于建筑群的模型是一种将人的运动及其与空气和建筑物的相互作用结合起来来模拟空气质量的方法。
该模型包括建筑设计和气氛中污染物扩散特性等因素。
该模型尤其适用于模拟城市环境中空气污染物的传播。
5. 多尺度模型多尺度模型是在不同的时间和空间尺度下建立模型的方法，能够更好地描述物质传播和分布。
它将不同的扩散途径结合起来，对不同的物质类型和环境因素进行综合考虑，以更准确的方式预测空气质量。
质点扩散模型基于惯性纵向弥散的概念，通常用于分析短距离扩散过程。
质点扩散模型具有时间和空间尺度的约束，且适用于在强风或气流速度较快的环境中发生的污染物扩散。
扩散深层理论
第五章扩散制作PN 结Pfann在1952年提出采用扩散技术改变硅或锗的导电类型的设想[1]。
此后，人们对如何用扩散方法将掺杂剂引进硅中又提出种种设想，其研究目标是如何控制硅中掺杂剂的浓度、均匀性、重复性以及大批量生产过程中如何降低成本。
现在，扩散作为一项基础核心技术在半导体元器件制造工艺中得到广泛的应用。
我们可以使用下列方法将掺杂剂原子引入硅中：⑴高温下汽相形成的化学源扩散；⑵掺杂氧化物源的扩散；⑶离子注入层的退火与扩散。
离子注入层的退火是为了激活注入原子和减少离子注入造成的晶体损伤。
当退火在高温下进行时，扩散便同时发生。
在集成电路工艺中离子注入有着广泛的应用。
扩散研究的另一方面是改进由实验数据而来的扩散模型，从理论分析预测所得到的扩散结果。
最终目标是根据工艺参数来计算半导体器件的电特性。
扩散理论主要从以下两个方面发展，即Fick扩散方程的连续性理论和涉及到点缺陷、空位和填隙原子以及杂质原子间相互作用的原子理论。
连续性理论是根据具有适当的扩散系数的Fick方程的解来描述扩散现象。
掺杂元素的扩散系数可以根据表面浓度、结深或浓度分布等实验测试和Fick方程的解来确定。
杂质浓度不高时，测得的扩散分布性能良好，并且与扩散系数为常数的Fick方程相符合。
在这些情况中，原子怎样运动并不知道。
而当杂志浓度较高时，扩散浓度与简单扩散理论所预言的结果有偏离，而且杂质扩散还受简单Fick扩散定律未考虑在内的其他因素的影响。
因为扩散分布的测量揭示出扩散效应对浓度依赖性，所以高浓度扩散须应用与浓度有关的Fick扩散方程。
与浓度有关的扩散系数已由Boltzman—Matano分析或其他的解析式决定。
基于缺陷—杂质相互作用的原子扩散模型用来解释与浓度有依赖关系的扩散系数和包括快速热处理（RTP）、快速热扩散（RTD）过程的其他反常扩散所得到的实验结果。
原子扩散理论依旧处于积极的发展状态中。
许多扩散理论和实验结果已经归并入各种工艺模型中。
声学测量与分析中的声场均匀性检测与校正研究
声学测量与分析中的声场均匀性检测与校正研究声学测量与分析是研究声波传播和声学现象的学科，广泛应用于音乐、语音、环境噪声等领域。
在声学测量与分析中，声场均匀性是一个重要的参数，它描述了声波在空间中的分布情况。
声场均匀性检测与校正研究是为了保证声学测量与分析结果的准确性和可靠性。
声场均匀性是指在一个特定的空间范围内，声波的能量分布是否均匀。
在实际应用中，声场均匀性的检测是非常重要的，因为声波在传播过程中可能会受到各种因素的影响，如障碍物、反射、干扰等。
这些因素会导致声场不均匀，进而影响声学测量与分析的结果。
为了检测声场的均匀性，可以使用声场扫描技术。
声场扫描是通过在测量区域内放置一定数量的测量点，并在这些点上进行声学参数的测量，从而得到声场的分布情况。
常见的声学参数包括声压级、声强、声速等。
通过对这些参数的测量，可以获得声场的均匀性信息。
在声场均匀性检测过程中，还需要考虑校正的问题。
声场均匀性的校正是为了消除非均匀性带来的影响，使声学测量与分析的结果更加准确。
校正的方法包括主动校正和被动校正。
主动校正是通过调整声源的位置和参数来实现的，以达到声场均匀性的要求。
被动校正则是通过在测量区域内放置补偿器件，如吸音材料、反射板等，来改善声场均匀性。
声场均匀性的检测与校正在实际应用中有着广泛的应用。
在音乐领域中，声场均匀性的检测与校正可以帮助音乐家和音响工程师更好地控制音乐表演的效果。
在语音领域中，声场均匀性的检测与校正可以提高语音识别和语音合成系统的性能。
在环境噪声领域中，声场均匀性的检测与校正可以帮助环境保护部门更好地评估噪声污染的程度。
然而，声场均匀性的检测与校正也存在一些挑战和难点。
首先，声场均匀性的检测需要大量的测量数据和复杂的数据处理算法。
其次，声场均匀性的校正需要合适的校正方法和校正器件，这对于实际应用来说是一个技术难题。
此外，声场均匀性的检测与校正还需要考虑实际环境的复杂性，如空间大小、材料特性、声源位置等因素。
紊动扩散及研究紊动扩散的两种方法
(c'ui ')
Dij
c x j
(11)
欧拉法
将（11）式带入（10）式中，得到：
c t
xi
(cui )
Dij
2c xi x j
Dm
2c xi x j
Fc
(12)
式（12）就是欧拉型的紊流扩散方程。
欧拉法
在以下四个条件下，上式可以继续简化： （1） 因为紊动的尺度远远大于分子运动的尺度，
t
0 (t )RL ( )d
(7)
拉格朗日法
扩散时间很短
两种 情况
扩散时间很长
两种情况 扩散时间很短
RL ( ) 1
Y22 (t) 2v22
t
0 (t )RL ( )d
Y22 (t) v22t 2
Y22 (t) v22 t
在扩散初期， 扩散的发展 与时间t成正 比例。
(2)
拉格朗日法
t’’ t
t
d t’’ d t’
由数学知识可得：
tt
t
t'
t’ dt'dt'' 2 dt' dt'' (3)
00
0
0
拉格朗日法
所以，Y22(t) 可以写成如下：
Y22 (t)
2
t 0
dt'
t'
0 v2 (t0
t')v2 (t0
t'')dt''
(4)
RL (
)
vi
扩散炉对太阳能电池中扩散工艺影响及优化
浅谈扩散炉对太阳能电池中扩散工艺影响及优化摘要：太阳能电池做为一种新型绿色能源已广泛的应用于各个领域，做为太阳能电池制造企业，提高太阳能电池的制造工艺，一直被我们追求与探讨，本文主要介绍扩散炉对于晶体硅太阳能电池扩散均匀性的影响与优化，为同行借鉴参考。
关键词：晶体硅太阳能电池扩散均匀性影响因素优化1.晶体硅太阳能电池的概述及步骤目前为止,开发的最快的一种太阳能电池就是晶硅太阳能电池,已经定型的是它的构造和生产工艺,产品已经在空间和地面上有很广泛的应用。
单晶硅棒是这种太阳能电池的原料。
为了能使生产的成本降低,现在对于太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒在地面的应用,已经基本上放宽了材料性能的指标。
一些也可以对半导体器件加工的头尾和废次单晶硅材料进行使用,经过复拉制成太阳能电池专业的单晶硅棒。
0.3mm是将单晶硅棒切片以后的厚度。
经过抛磨、清晰等工序对硅片,把代加工的原料硅片进行制作。
对太阳能电池片进行加工,首先要掺杂和扩散在硅片上,少量的硼、磷、锑等是通常的掺杂物,可以在石英管制成的高温扩散炉中进行扩散,p ＞n结就会在这样的硅片上形成。
然后对丝网印刷法进行采用,在硅片上把好的银浆印进行精配做成栅线,烧结以后,同时把背电极制成,并且在栅线的面涂覆减反射源,对大量的光子进行防范,把被光滑的硅片表面反射掉。
2.扩散均匀性影响因素及优化根据管式扩散炉的特点,可以扩大扩散均匀性,主要运用的技术是取温补偿。
在大规模的生产中,通过对工艺反应时间、气体流量和反应温度三者的实现进行调整,以便对这种方式进行运用。
将悬臂装载机构扩散炉进行配备,其本身的特点以及恒温区位置的固定,对桨、石英保温挡圈、均流板和石英舟的固定位置的石使用都有所确保。
2.1均流板分流设计对扩散片内片间均匀性的影响在扩散炉中,气体的均匀分流中起着尤为重要作用的是均流板,在悬臂式扩散炉中,均流板的重要性也是不容忽视的。
为了对影响扩散炉均匀性进行分析和研究,分别采用了均流板a和b,进行试验。
固态源扩散———重要的半导体器件扩散工艺
固态源扩散———重要的半导体器件扩散工艺自 1998年开始高速发展并保持强劲增长势头, 电子工业全球销售额预期将在 2030年突破一万亿美元, 成为世界上规模最大的工业, 半导体器件正是此工业的基础。
因此, 半导体器件工艺技术的改进受到前所未有的关注, 其研究价值和取得的成果也得到了迅速发展。
有效成分为偏磷酸铝和焦磷酸硅的磷源片具有无毒、贮运方便等优点,固态源扩散的系统简单,操作容易。
实验的结果表明,扩散结深、扩散薄层电俱、结的击穿电压等参数均能满足常规硅平面工艺的要求,扩散的均匀性也是令人满足的。
半导体器件学科发展至今已超过 130 年, 研究对象大约有 60种主要的器件和 100种衍生的变异器件, 与半导体器件制造相关的关键工艺技术已超过 20种, 本文重点介绍半导体扩散工艺中的固态源扩散工艺。
二、扩散工艺基础在介绍扩散工艺之前, 先引入杂质掺杂的概念。
杂质掺杂是将可控制数量的杂质掺入半导体内。
杂质掺杂的实际应用主要是改变半导体的电特性。
扩散及离子注入是半导体掺杂的两种主要方式, 两者都被用来制造分立器件与集成电路, 二者互补不足、相得益彰。
1855 年, 飞克(Fick)提出了基本扩散理论。
1952年, 范恩(Pfann)在其专利中提及利用扩散技术来改变硅的电导率的想法。
1958 年肖克莱(Shockley)提出了离子注入技术来掺杂半导体, 这种技术可以精确地控制掺杂原子数目。
杂质扩散工艺通常是在经精确控温的石英高温炉管中放入半导体硅晶片并通入含有所需掺杂剂的气体混合物。
对硅材料的扩散, P型掺杂剂通常用硼, N型掺杂剂通常用砷或磷。
这些杂质可由数种方式掺入, 包含固态源 (如硼的 BN, 砷的 As2O3 及磷的 P2O5 )、液态源(BBr3, AsCl3与 POCl3)及气体源(B2H6, AsH3 及 PH3 )。
其中液态源工艺使用最为广泛。
随着近年应用要求的提升, 固态源工艺逐渐被越来越多的使用。
垃圾焚烧炉排炉二次风配风的CFD优化模拟
垃圾焚烧炉排炉二次风配风的CFD优化模拟摘要：为探究二次风配风对炉排炉中城市固体垃圾焚烧过程的影响，针对某750t/d垃圾焚烧炉排炉，采用数值模拟的方法对炉膛焚烧过程进行热态模拟，就下二次风投、停运，上二次风布置形式和上二次风风速3个因素进行优化分析.模拟结果显示，通过在炉拱下方增加下二次风能对炉膛前、后炉拱形成包覆作用，阻挡高温烟气冲刷，有利于改善炉拱区域的结渣问题;炉膛上二次风对冲布置或适当增大二次风风速(从45m/s增大至65m/s)均能有效促进烟气混合，提高炉膛烟气的充满度，改善温度分布的均匀性;上二次风对冲布置较错列布置能进一步提高烟气停留时间，降低炉膛出口的CO体积分数，从而提高燃烧效率.关键词：炉排炉;垃圾(MSW)焚烧;计算流体动力学(CFD);数值模拟;二次风;配风优化国家统计局2014年统计年鉴[1]显示，2013年我国生活垃圾清运量已达17238.6万吨.如何处理日益围城的生活垃圾成为亟待解决的问题.2012年，国务院发布的《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》[2]提出：到2015年，全国城镇垃圾焚烧处理设施处理能力达到无害化处理总能力的35%.在国家政策的大力扶持下，生活垃圾焚烧处理已进入市场化全面发展阶段.炉排炉是当前垃圾焚烧的主要型式之一[3].目前国内已有企业[4-5]通过引进如德国马丁、比利时西格斯、日本田熊、日立等的先进技术，加以吸收创新，实现了焚烧设备的自主化，但其运行的经济性及稳定性仍有待进一步提高.基于计算流体动力学(computationalfluiddynamics，CFD)的数值模拟方法作为一种低成本、高效率的研究手段，近年来不断被应用于垃圾焚烧炉的设计及优化研究工作中.Kear等[6]对稻草焚烧炉的炉排顶部温度以及组分分布进行了数值计算.Yin等[7-8]采用数值模拟结合试验的方式对燃烧小麦秸秆的88MW炉排炉进行了研究，得到了不同建模方式对计算结果的影响.马晓茜等[9-12]对炉排的燃烧进行分段处理，讨论富氧条件对炉排燃烧的影响，并且采用CFD手段对炉膛燃烧以及炉膛顶部通过选择性非催化还原(ivenon-catalyticreduction，SNCR)方法脱除NOx进行了研究.胡玉梅等[13-14]采用数值手段对炉排炉二次风的作用以及二次风的布置位置进行了研究，通过调整二次风位置来调节燃烧条件，抑制二恶英生成.上述研究主要以国外引进炉排为研究对象，且单机处理量处于中小水平，国内鲜见关于750t/d大型炉排炉炉内燃烧模拟以及配风优化的公开研究成果.本文以国内某自主研发的750t/d炉排炉为研究对象，采用数值方法对炉排炉内燃烧进行模拟.下文将从下二次风投、停运，上二次风布置形式以及上二次风风速这3个角度对其二次风配风进行优化分析.1、研究对象及计算模型研究对象为国内某公司自主研发的750t/d垃圾焚烧炉排炉，炉排长为11.66m，宽为12.56m，运行速度为7.673m/h，即运行周期为90min.炉膛容积为648.47m3，配风分为三级，一次风由炉排下方由高到低分5级灰斗两列配送，总风量为88700Nm3/h，温度为493K.二次风温度为313K，总流量为38000Nm3/h，其中上、下二次风所占质量分数分别为80%、20%.根据炉膛实际结构尺寸，通过GAMBIT 建立三维模型如图1所示，炉膛网格均采用六面体网格，二次风入口采用局部加密处理，网格总量为109.91万，网格质量较好.图1垃圾焚烧炉膛的几何模型垃圾燃烧过程按水分蒸发、挥发分析出、挥发分燃烧和焦炭燃烧分为多个阶段进行，垃圾燃烧过程的模拟分为两大部分，即炉排上方垃圾固相的燃烧和固相燃烧析出的气相在炉膛内的燃烧.固相燃烧反应采用FLIC软件进行模拟，床层上固相反应由文献[15-17]的运动模型描述.固相控制方程如式(1)～(4)所示，与气相控制方程类似，同时考虑了垃圾床层的移动.床层模拟计算得到挥发出的气相温度、速度及各组分质量分数作为入口边界条件导入到炉膛气相燃烧模拟计算中.气相燃烧模拟得到的床层辐射温度将作为床层模拟的边界条件再次迭代计算，直至收敛.炉膛的气相燃烧反应将通过商业软件AN-SYS中的FLUENT组件进行模拟，粘性模型采用标准k-ε湍流模型，壁面函数为标准壁面函数，气相燃烧采用有限速率/涡耗散(EDC)模型，化学反应为以下3步：辐射模型为DO(discreteordinates)模型，采用Simple算法求解压力速度耦合方程，控制方程的离散形式为二阶迎风.炉膛壁面采用绝热边界条件，设置炉排沿程为速度入口，上、下二次风也均为速度入口，出口设为压力出口.2、计算工况由于我国垃圾未经分类处理，成分复杂，其飞灰软化温度较煤粉更低，现运行的垃圾炉普遍存在排炉、炉膛、烟道结焦的现象[18]，尤其在炉膛喉部区域，未燃烬颗粒受重力作用在前、后墙的炉拱上沉积，在燃烧高温的辐射下，熔融结焦.大量焦块脱落严重影响机组运行的稳定性.为改善这一现象，考虑在前、后墙炉拱下方投运下二次风，用以加强炉拱区域气流的扰动、减少积灰，同时减少高温区的传热.为考察下二次风的作用，对停运和投运下二次风时炉膛热态燃烧工况分别进行数值模拟，各工况下二次风总风量保持不变.炉膛上二次风的作用主要提供后期燃烧所需氧量，加强气流扰动，以确保燃料的燃烬，从而提高锅炉的燃烧效率;同时引导高温烟气流向，减少因高温区贴墙而产生的壁面结焦、结渣现象.垃圾炉上二次风的布置形式一般采用对冲或错列布置，如图2所示，对冲布置即前、后墙风口水平位置相对，风口数相同.错列布置即前、后墙风口水平位置交错，后墙风口数减少一个，同时增大风口面积以保证风量不变.图2前、后墙二次风布置形式：错列、对冲为比较错列布置和对冲布置的效果，这里分别计算了上二次风风速vH为55m/s 时错列布置和对冲布置下的2个工况，分别标记为CL55和DC55.同时为探究上二次风风速的影响，在保证上二次风角度及对冲布置方式不变的情况下，分别计算上二次风风速为45、55、65m/s的3个工况，记为DC45、DC55、DC65.本文计算的工况如表2所示.表2计算工况的配风设置Tab.23、炉膛热态模拟结果及分析3.1下二次风投运的影响图3下二次风变工况(停运、投运)的炉膛温度分布如图3所示为工况1和工况4的中心截面温度分布及炉拱截面(A-A)的温度分布，可以发现二次风投运后，下二次风由炉拱下方贴壁而上，将喉部炉拱包覆起来，从图3(b)炉拱截面温度分布可以看出下二次风气流在炉拱宽度方向上的间隔吹扫作用，二次风的投运使得火焰趋势在喉部稍稍靠近后墙，这是由于后拱距离上二次风口较远，同时紧邻主燃区，氧量补入较前拱更困难，因此后墙侧下二次风的注入迅速满足其燃烧所需氧量，从而使得喉部燃烧略靠后墙.为进一步考察下二次风对炉拱的保护作用，量化两工况的差异，表3对前、后墙沿炉拱截面各40mm深度的范围(如图3(b)两侧黑线所示区域)进行了参数统计，表中，T为温度统计值，φ为体积分数统计值.投运下二次风后，前、后炉拱的平均温度均有所降低，前拱降温尤其显著.除高温外，还原性气氛是导致炉膛结焦结渣的另一大因素[19]，灰分中的Fe2O3被还原成FeO，FeO与SiO2，CaO等形成共晶体后，灰分的熔点大大下降，从而易于熔融结焦.表3下二次风变工况(停运、投运)炉拱参数统计从表3可以看出，投运后前拱附近的O2体积分数有所提高，CO体积分数下降一半.后拱附近的O2体积分数虽稍有降低，但CO体积分数减少了一个数量级，因此可以推断出投运后炉膛前、后拱附近区域的还原性气氛均得到大幅改善，综合考虑到下二次风对炉拱附近的吹扫作用以及对高温的隔离作用，下二次风的投运将有利于改善炉膛喉部结焦严重的问题.3.2、上二次风布置形式的影响工况2和工况4错列、对冲布置的迹线分布对比如图4所示，对比可以发现，对冲布置方式相比于错列布置方式迹线更为弥散饱满.图4变上二次风布置形式(错列、对冲)迹线分布气流在中心碰撞，动量抵消，有利于炉膛气流的均匀扩散，不至于出现气流过分贴壁的情况.因此气流速度分布相对均匀.结合图4中DC55迹线分布可见，该工况在下部迹线呈现竖直向上，下部靠前墙侧的回流区较小，在上部由于烟气向出口转向而偏向前墙，这样的流场一方面能更大限度地利用炉膛容积，在同样锅炉热负荷的时候有效降低容积热负荷，减轻结焦结渣的情况;另一方面，相对于错列布置，烟气在顶部更加偏向前墙也有利于SNCR喷枪布置，为后期脱硝提供便利条件.通过观察对冲布置和错列布置方式下的炉膛宽度中心截面温度温度分布(见图6(a))，可以发现，两工况下炉排前端为水分蒸发区，因此温度偏低，而中间段为挥发分的燃烧区，温度上升，在中间区域达到最高温度，而且上炉膛部分也正位于该位置上方，高温烟气直接竖直向上，不需要沿着炉拱绕行，这样在一定程度上避免了炉拱壁温太高导致的结渣问题.对比两工况下炉内温度场可以看出，温度分布并没有发生根本上的改变，仅表现出在上部炉膛的温度场分布稍有不同，说明上二次风的布置方式对于炉膛主燃区的燃烧状况影响甚微.上部炉膛的温度场分布稍有不同，对冲布置下，上炉膛温度降低较不明显，这说明炉膛烟气与上二次风混合更均匀，因此燃烧也就更完全.进一步反映了对冲布置提高燃尽率的作用.图6变上二次风布置形式(错列、对冲)截面温度分布观察高度y=10m下的高度截面温度分布图(见图6(b))，可以看出，对冲布置的温度场均匀性更优，在炉壁四周没有局部高温区的存在.这是因为对冲布置方式能使得前、后墙气流在中心汇聚，并且抵消部分动量后再向四周扩散，而不会因为气流残余动量导致高温烟气贴壁而形成局部高温区.进一步统计出口O2体积分数φ(O2)、CO体积分数φ(O2)、烟气停留时间τ及炉膛喉部平均温度T0如表4所示.根据环保部《生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2014)》对炉排炉规定的炉膛设计相关参数[20]，在实际运行中，炉膛温度应≥850℃，炉膛出口φ(O2)≥6%，炉膛出口φ(CO)≤8.0×10-5，烟气在炉膛停留时间应≥2s.表4变上二次风布置形式(错列、对冲)炉膛参数统计从表4的统计结果来看，2个计算工况的计算结果均满足国标对垃圾焚烧炉的运行要求，从数值计算的角度验证了该炉型设计方案的可行性.分析组分布以及停留时间变化规律可知，对冲布置下炉膛喉部平均温度更低，出口O2体积分数和CO体积分数更低，烟气停留时间更长，这是由于对冲布置下，前、后墙上二次风动量抵消后，在主燃烧区形成了较大的扰动，整体烟速降低，也较大程度降低了喉部的烟温，烟气更好的混合使得新注入的氧气得到更均匀的分配，提高了燃烧效率，因此出口的CO体积分数较低.3.3、上二次风风速的影响计算得到工况3、4、5的炉膛迹线分布如图7所示，对比可以发现，上二次风风速越大，靠前墙侧漩涡尺度越小，涡团越饱满，从而可以看出上二次风速度对炉膛上部混合效果影响较大，风速越高，混合效果越好，炉膛充满度越高.这是因为上二次风风速的提高使得上二次风刚性增强，进入炉膛以后能有效地加剧喉部低速气流的扰动，使得炉膛内的气流分布更加均匀饱满.图7变上二次风风速(45、55、65m/s)迹线分布结合图8中y=12m高度截面竖直速度分布曲线可以看出，45m/s速度工况时回流区宽度以及烟气下行速度均最大，65m/s时平面整体呈现无回流区，随着速度的增大，平面竖直速度的峰值由后墙往前墙偏移.但当速度增至65m/s时，烟气上行速度出现明显的整体增大趋势.图8y=12截面处沿x方向的平均竖直速度分布(45、55、65m/s)如图9所示为3个工况的截面温度分布，从图9(a)宽度中心截面分布对比可以发现，下炉膛的温度分布没有较大区别，火焰形态也基本相同，而上炉膛随着风速的增大，中心因为二次风注入而形成的低温区域越小，温度分布越均匀.图9(b)高度截面的温度分布也呈现出风速越大越均匀的趋势.图9变上二次风风速(45、55、65m/s)截面温度分布因此可以得出和3.2节相似的结论，在保证炉膛总风量即过量空气系数不变的情况下，上二次风风速变化对下炉膛主燃区的燃烧没有较大影响，风速变化的影响仍主要体现在对上炉膛烟气的扰动及导流上.表5变上二次风风速(45、55、65m/s)炉膛参数统计如表5所示为出口O2体积分数φ(O2)、CO体积分数φ(CO)、烟气停留时间τ以及炉膛喉部平均温度T0的统计结果.从表中可以看出随着上二次风风速提高，烟气流速会明显增大，因此停留时间相应降低，将对后期SNCR脱销效率造成一定程度的不利影响.从出口CO的体积分数可以看出，上二次风风速提高一定程度上有利于烟气的充分混合，促进了燃料后期的燃尽，而风速增大与风速动量抵消两股因素相互制约，形成对喉部温度影响不确定的现象.4、结论(1)下二次的投运能对炉膛前、后墙炉拱区域起到较好的包覆作用，降低了炉壁温度，改善炉拱附近的还原性气氛，同时贴壁的扰流有利于吹扫炉拱的积灰，因此有利于改善炉拱结渣严重的问题.(2)炉膛上二次风对冲布置方式相对于错列布置方式有利于促进炉膛内气流的混合，提高炉膛的烟气充满度，提高烟气停留时间，同时降低炉膛出口CO体积分数，从而改善燃烧效率.(3)炉膛上二次风风速从45m/s提高到65m/s以后，适当高速的上二次风能能够加剧气流混合，使得炉膛气流分布更加饱满，温度分布更加均匀.但过高的二次风速不利于降低炉膛烟气停留时间，从而影响后期SNCR脱销效果.上述研究可为此类大型炉排炉的设计及优化提供理论参考，从而促进该焚烧设备技术的自主化和大型化发展，满足其日益增长的市场需求.由于现有研究对象还处于研发阶段，未能得到相应的试验数据，无法与模型计算结果进行对比.通过与现有焚烧炉运行标准进行对照，验证了设计方案的可行性.限于篇幅，本文未能深入讨论上、下二次风入射角度及位置等因素对炉膛燃烧的影响，进一步的优化研究可以考虑从以上角度展开.。
晶硅电池扩散工艺报告
晶硅电池扩散工艺报告晶硅电池是一种常用的太阳能电池，其效率高、重金属污染较少等特点使其成为光伏产业的主流。
而晶硅电池的制备过程中的扩散工艺起着至关重要的作用。
以下是一份关于晶硅电池扩散工艺的报告。
一、扩散工艺的定义和作用扩散工艺是晶硅电池制备过程中的一个重要环节，其主要目的是将P 型硅片（或补偿掺杂后的N型硅片）与N型硅片相互扩散，形成P-N结。
实现P-N结的形成后，光照下会形成电场，引导电子从N型区域向P型区域运动，产生电流，从而实现了光电转换。
扩散工艺需要掌握的主要参数有：扩散温度、扩散时间、扩散源中的掺杂浓度和扩散过程中的气氛等。
这些参数的优化和合理控制，会直接影响晶硅电池的光电转换效率和性能。
二、扩散工艺的步骤和措施1.硅片清洗：清洗硅片的目的是去除表面的杂质、油污和氧化物等，以保证扩散剂能均匀地附着在硅片表面。
常见的清洗方法包括酸洗、碱洗和水浸等。
2.扩散源涂布：将含有扩散源（主要是掺杂浓度较高的硼化硅胶体溶液）的液体均匀地涂布在硅片表面，确保扩散源能均匀地分布在整个硅片上。
3.预扩散：将涂布了扩散源的硅片放入预热炉中，在较低的温度下进行预热，以去除一部分溶液中的溶剂和水分，使扩散源更好地附着在硅片上。
4.正式扩散：将经过预热的硅片放入扩散炉中，进行正式的扩散过程。
扩散过程中，扩散炉中的温度和气氛会影响掺杂剂在硅片中的扩散深度和浓度分布，需要经过不断的实验和参数调整才能得到最佳的结果。
5.后处理：扩散完成后，需要对硅片进行清洗、退火和光学涂层等处理，以提高电池的效率和稳定性。
三、扩散工艺的技术挑战和解决方案1.掺杂浓度控制：掺杂剂的浓度直接影响着晶硅电池的电性能。
常用的掺杂剂有硼、磷等，需要通过精确的配比和扩散工艺控制，才能实现理想的掺杂浓度。
2.温度均匀性：扩散炉中的温度均匀性对扩散工艺的影响很大。
不均匀的温度分布会导致掺杂剂在硅片上的分布不均匀，影响电池的性能。
通过合理设计加热元件和控温系统，可以提高温度的均匀性。
扩散模型完整原理
扩散模型完整原理Diffusion model is a concept used in various fields such as physics, chemistry, biology, and sociology to describe the spreading of substances or ideas over time and space. The diffusion process involves the movement of particles from areas of high concentration to areas of low concentration, eventually leading to a uniform distribution. It is a fundamental principle that governs many natural processes and has been extensively studied and applied in scientific research.扩散模型是物理、化学、生物学和社会学等各个领域中使用的一个概念，用于描述物质或思想在时间和空间上的传播过程。
扩散过程涉及颗粒从高浓度区域向低浓度区域移动，最终导致均匀分布。
这是一个控制许多自然过程的基本原理，并且在科学研究中得到了广泛的研究和应用。
In physics, diffusion is often described using Fick's laws of diffusion, which are a set of equations that relate the flux of particles to the concentration gradient. The first law states that the flux is proportional to the negative gradient of concentration, while the second law describes the change in concentration over time basedon the diffusion coefficient. These laws provide a mathematical framework for understanding how particles move through a medium and reach equilibrium distribution.在物理学中，扩散通常用菲克扩散定律来描述，这是一组将颗粒通量与浓度梯度联系起来的方程。
扩散理论
扩散理论⏹以改变材料的电学性质、并力求杂质浓度、⏹扩散的微观描述晶体中的原子以格点的平衡位置为中心振动，能量服从麦克斯韦-玻尔兹曼几率分布，呈涨落现象。
当原子能量达到某一程度时，它将脱离平衡位置，留下空位（Schottky defect）。
空位是点缺陷的一种，其热平衡浓度服从玻尔兹曼分布n=Nexp(-W V/kT)，其中W V为形成一个空位所需能量，N为原子浓度，指数项可以理解为每个格点出现空位的几率。
在硅中掺P或B的扩散模型都是“替位式扩散”，即替位杂质从晶格位置运动到邻近的晶格空位上。
替位杂质跳过势垒W S的跳跃率为P v=v0exp[-(W V+W S)/kT]，估算可知室温下跳跃率极低。
⏹扩散的宏观描述扩散运动是粒子由高浓度区向低浓度区的运动，运动的前提条件是浓度梯度，由温度、粒子大小、晶体结构、缺陷浓度和粒子运动方式决定。
⏹扩散的数学描述一是关于扩散系数，菲克第一定律。
杂质的扩散流密度J正比于杂质的浓度梯度，比例系数定义为扩散系数D。
理论推导表明：D=D0exp(-E A/kT)，其中E A=3~4eV为扩散激活能（与原子间结合力呈正比）；D强烈依赖于温度；扩散系数受晶体缺陷影响，D表面>D晶界>D沿位错>D晶内。
求解电场存在时的菲克第一定律，可得出爱因斯坦关系。
二是关于扩散方程，菲克第二定律。
质量守恒定律要求扩散流的积累和流失（随时间的变化率）必须保持一致，数学表述为：D(d2N/dx2)=dN/dt，根据不同边界条件和初始条件求出扩散方程的解，可得到杂质分布与扩散时间、位置之间的关系。
Remark，高杂质浓度时，扩散系数是位置的函数。
⏹即在整个扩散过程中，硅表面和表面以外的扩散掺杂剂浓度保持不变。
对于扩散方程，初始条件N(x,0)=0；边界条件N(0,t)=N s，N(∞,t)=0；解为N(x,t)=N s erfc[x/2(Dt)1/2]。
其中，N s为表面浓度（受固溶度限制），2(Dt)1/2为特征长度，erfc为余误差函数记号。
关于扩散均匀性的问题
关于扩散均匀性的问题各位同行，大家好！小弟初入行，最近在做个项目是关于实现扩散均匀性的。
目前我们试验作出的片子，单片上方块电阻的标准偏差在5左右，同一批片子（共272片，我们选取大概100片左右测量方块电阻，同一位置的标准偏差在5以上）不同位置的片子的方块电阻差别较大，具体情况是在恒温区中部的片子方块电阻一般较小，而且比较均匀，靠近炉口的片子就不太均匀，方块电阻也比较大。
除去每一舟最靠边的片子，靠边的片子仍显不均匀。
小弟觉得这种不均匀性是由于炉口没有完全密封所以产生了冷端效应，方块电阻偏大。
还有由于扩散炉布气系统不可能使舟内每个位置的气氛完全一样，所以产生了这样的不均匀性。
不滞销地的分析是否有理，还望各位前辈不吝赐教，多给我一些具体的措施去改进我们的工艺，小弟不胜感激！！1.1.你期望的方块电阻偏差是多少？10%以内已经可以了，这个参数很大程度上由设备本身决定，应该是Tempress>Centroterm>国内设备达到的均匀性，最好的设备在增加压力控制装置下125片可达到2以内。
2.272片是不是还是开管不是闭管，闭管一般是400片一炉。
开管在炉口由于抽风问题造成不均匀是很正常的。
炉口与炉中方块电阻的情况不同主要是由于气体流量的大小决定恒温区气流在湍流和层流之间的变换，如果做论文是一定得找流体力学方面的文章了。
3.解决方法很无奈也很简单，扩大大N2和O2流量，你不怕浪费就往极限加-_-||,进出炉稳定时间加长，进出炉推舟时间加长。
2. 回复#2 schweitzer 的帖子呵呵，在这里也碰到了类似的情况，很有参考价值。
谢了先。
另外还有一个问题请教：硅片在出炉后发现有的硅片上偏磷酸滴落的情况，严重时硅片被腐蚀厉害，只得报废，投片量大时，慢慢就会没有了。
像这种情况有什么办法可以根除？3. 回复#6 schweitzer 的帖子QUOTE:原帖由xinwcai 于2006-12-27 23:01 发表呵呵，在这里也碰到了类似的情况，很有参考价值。
发射结磷扩散方法的改进
发射结磷扩散方法的改进陈炳若(武汉大学物理系,武汉430072)摘要 分析了高温高浓度磷扩散工艺生产中的种种弊病,提出了类似于硼扩散新的磷扩散方法,详细分析了新方法的可行性及优点,实验结果和理论分析一致。
关键词 磷扩散 杂质分布 电流增益ΒI m provem en t of M ethod for PhosphorusD iffusion of Em itter JunctionChen B ingruo(D ep a rt m en t of P hy sics,W uhan U n iversity,W uhan430072)Abstract In th is pap er the disadvan tages in the p rocess of pho sp ho ru s diffu si on w ith h igh tem p eratu re and heavy i m pu rity concen trati on are analyzed.A new m ethod of pho spho s diffu si on si m ilar to that of bo ron diffu si on is p resen ted.T he advan tages of th is m ethod are discu ssed in detail and the feasib ility is app raised as w ell.It can be seen that a good agreem en t is ob tained betw een the theo retical and exp eri m en tal resu lts.Keywords Pho spho ru s diffu si on I m pu rity p rofile Cu rren t gainΒ1 引 言硅平面工艺中的硼扩散和磷扩散是制作p n结的基本方法。
扩散的均匀性
扩散均匀性祝飞⏹扩散工艺在高效低成本太阳电池中的发展方向：一是新型PN结结构，如N型电池、SE电池；二是满足其他工序技术革新或新材料的应用而提出新的要求。
⏹管式扩散炉：（1）使用电阻加热炉丝（Kanthal）加热。
（2）装载系统包括悬臂式（Loading/ Unloading）和软着陆式（Soft Contact Loading）两种。
SCL的优势：一方面炉口密封性更好并舍弃了石英保温挡圈；另一方面，反应过程中SiC浆退出石英管，利于均匀扩散和降低粘污风险。
（3）实现了由开管扩散向闭管扩散的转变，闭管扩散即wafer进入炉体后，炉体密封并抽真空或者通气氛。
⏹扩散均匀性的影响因素：1）配备悬臂装载机构的扩散炉，由于本身的特点、恒温区位置的固定，决定了SiC浆、石英保温挡圈、均流板和石英舟都是定置使用的；的平衡、稳定：主要通过气体总流量、废气排放流量控制；：主要依赖均流板设计；的稳定：要考虑废气排放位置、气流变化的干扰。
⏹扩散气氛场结构示意图：箭头方向为气体示意流向，废气排放管和配置热电偶套管处于同一水平面上，工艺废气排至液封吸收瓶（酸雾处理塔）处理合格后排出。
反应时间、气体流量和反应温度的变化最终将直观的反映在方块电阻的变化上：增加工艺反应时间、温度和小N2流量将导致方块电阻变小；反之亦然。
⏹气体流量（压强）对温度场的影响：1）实验思路：温度稳定的前提下，关闭小N2（bubbler bottle），手动调节大N2流量（23~27L/min），记录扩散炉石英管内炉口、炉中、炉尾三段Profile TC温度随炉内气体流量的变化情况。
2）结论：气体流量对炉内整体温度场影响较小，但炉内存在气体浓度梯度，浓度由炉尾至炉口逐渐降低，一般采用对温区进行分段温度差异控制的方法来补偿浓度梯度。
⏹均流板的设计对扩散片均匀性的影响均流板的直径并非越小越好。
小的均流板虽然可以使片间极差较小，但将导致炉口片内极差较大，这很适当增大均流板直径，可以获得小的炉口片内极差，而片间方阻的极差可以通过调整温度、气体流量和⏹可将废气管口但是为了保持炉口的低温，一般选择将废气管放在靠近炉门的一个平衡位置。
第八章_扩散
c c c J x Dxx Dxy Dxz x y z c c c J y Dyx Dyy Dyz x y z
（8.2a） （8.2b） （8.2c）
c c c J z Dzx Dzy Dzz x y z
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扩散第一方程是质点扩散定量描述的基本方程。它可以直接 用于求解浓度分布不随时间变化的稳定扩散问题，同时又是浓度 随时间变化的不稳定扩散动力学方程建立的基础。 在这里给出了两个概念，稳定扩散和不稳定扩散。 稳定扩散:扩散过程中各处的浓度及浓度梯度不随时间变化。 不稳定扩散：扩散过程中各处的浓度及浓度梯度随时间变化。 现考察不稳定扩散体系中任一由界面S围成的体积V，在单位 时间内流入体积V中净扩散质的量应为 Q=－ 根据高斯定理则有 Q=－ divJsdV
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现在用一对半无限大扩散偶为例，用扩散第二方程讨论扩 散系数随浓度变化的关系。
此时扩散方程和对应的边界条件为
c c ( D ) ；c(x＜0,t=0)=c0；c(x＞0,t=0)=0 (8-18) = t x x
在上式中引入变换u=xt-1/2，于是有 u c ] (8-19) － du=d[D u 2 考虑[dc/dx]c=0=0，将上式作0～ξ的积分得
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原子或离子的扩散是众多工程材料如金属材料、无机非金属材 料、有机高分子等的材料的制备、使用中很多重要的物理、化 学以及物理化学过程得以实现的基础。
例如半导体掺杂、固溶体的形成、离子晶体的导电、固相反应、 相变、烧结、材料表面处理等等都与材料内部质点的迁移扩散 有着密切的关系。 因此研究并掌握扩散的基本规律对于材料性质的认识与开发、 材料的制备、生产和使用都有十分重要的意义。
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3. 扩散系数随浓度的变化
风力机扩散放大器的数值分析与风洞实验研究_汪建文
4 扩散器的数值模拟
图 1 扩散器模型示意图(通过对称轴 的任意一个截面) ( a) d( 单一 渐扩 直壁型 ) ; ( b) d ( 渐 缩渐 扩直壁 型) ; ( c) h ( 单 一渐 扩弧 线型) ; ( d) h ( 渐缩 渐扩 弧线型)
文献[ 3, 4] 采用流体动力学 ( CFD) 并结合风 洞试验, 对 无叶轮的 DAWT 进 行设计和 性能预 测, 本文应用 FL UENT 软件进行数值模拟. 物理 模型的简化: 扩散器是轴对称回转体, 外部风场可 以近似看作无限大, 研究中把问题简化为一个平 面二维轴对称问题, 扩散器选取通过对称轴的任 意截面的一半, 整个计算区域取扩散器 尺度的 5
汪建文1, 2 孙 科2 辛士红2 吴克启1 ( 1 华中科技大学 能源与动力工程学院, 湖北 武汉 430074; 2 内蒙古工业大学 能源与动力工程学院, 内蒙古 呼和浩特 010062)
摘要: 用 CFD 技术并使用 FLU ENT 软件, 采用二维模 型对无 叶轮风 力机扩散 器内部 压力场、速度 场进行 数 值模 拟和风洞实验. 计算不同风速时的渐扩直壁型、渐缩渐 扩直壁型、渐缩渐 扩前后流线 型共 3 个类 型 11 种 不同形式的扩散器动力放大的流量比增益特性, 最小截面处流量增加比率; 比较不同形状、不同参数扩散器动 力放 大特性. 数值模拟的壁面函数, 对应不同风速下用增强壁 面处理后的 流量比与 应用标准壁 面函数时 的流 量比普遍下降, 且更接近于实验值. 在风洞试验中, 测试 了渐扩直 壁型、渐 扩弧线型、渐缩渐 扩直壁型、渐缩 渐 扩弧 线型 4 个 不同类型的扩散器. 研究表明, 数值模拟和测试 结果误差 为 10 % 左右, 说 明数值模 拟有着较 好 的可靠性和实用性; 扩散放大器在最小截面处的 流量比率增益 68 % , 研究结果为有叶轮情况下风力机带扩散 放大器的优化设计提供了重要的参考和分析预报. 关 键 词: 风力机; 扩散放大器; 流量增益; 数值模拟; 风洞实验 中图分类号: T K 83 文献标识码: A 文 章编号: 1671- 4512( 2005) 12- 0037- 04
“SE+PERC”单晶硅太阳电池发射极方阻均匀性提升工艺的研究
太 阳 能第10期 总第354期2023年10月No.10 Total No.354Oct., 2023SOLAR ENERGY0 引言近年来，选择性发射极(SE)技术与钝化发射极背接触(PERC)技术相结合形成的“SE+PERC”晶体硅太阳电池取代了采用传统铝背场(Al-BSF)的晶体硅太阳电池，成为晶体硅太阳电池的主流产品[1-3]。
行业内“SE+PERC”单晶硅太阳电池的大致制备流程为：清洗制绒→扩散→激光掺杂→去磷硅玻璃(PSG)→碱刻蚀→背钝化→镀正面减反射膜→丝网印刷→烧结等[4]。
其中，扩散工序作为最关键的步骤之一，主要是为了制备p-n结，该工序一般以液态三氯氧磷(POCl3)作为磷源，利用氮气(N2)通过源瓶内的磷源(鼓泡)来将杂质源蒸汽带入高温扩散炉中，经高温热分解与硅片表面发生反应，还原出杂质原子，并向硅片内扩散[5-6]，形成发射极，而发射极的片内方阻均匀性(下文简称为“方阻均匀性”)会直接影响其与后续工艺的匹配度，进而影响“SE+PERC”单晶硅太阳电池的电性能，尤其是对于采用高方阻扩散工艺的太阳电池而言，该影响将更为严重[7-8]。
目前，扩散工序采用的设备有管式扩散炉和链式扩散炉两种，管式扩散炉凭借炉内清洁度高、形成的发射极质量高等优势成为工业化制备p-n结的主要设备[9]。
影响管式扩散炉形成的发射极方阻均匀性的因素主要包括设备和工艺两方面[7]。
设备方面主要包括炉门密封性、恒温区温控设备的稳定性、均流板的设计、废气排放位置、源瓶温度稳定性等因素，工艺方面主要包括工艺气体流量、表面氧化层、温度、炉内压强、气氛场均匀性、区间温度和绒面质量等。
上述因素之间相互影响，导致生产中工艺的优化相对困难，尤其是气氛场因素最难控制，是该研究领域的难点[10]。
谢卿等[11]、倪玉凤等[12]研究发现：工艺气体流量和炉内压强是影响气氛场均匀性的主要因素。
为了增强管式扩散炉气氛场均匀性，从而改善硅片发射极方阻均匀性，本文通过研究DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220822.01 文章编号：1003-0417(2023)10-45-10“SE+PERC”单晶硅太阳电池发射极方阻均匀性提升工艺的研究高荣刚，王丽婷*，周啸颖，王守志，韩林芝，张 书(中节能太阳能科技(镇江)有限公司，镇江212132)摘 要：针对“SE+PERC”单晶硅太阳电池制备过程中，管式扩散炉扩散后硅片发射极方阻均匀性差的问题，在扩散工艺的“预沉积”步骤设计小氮气(N2)流量、氧气(O2)流量、炉内压强参数变化实验，研究小N2流量、O2流量和炉内压强变化对发射极方阻、方阻均匀性及太阳电池电性能的影响。
毕业设计(论文)晶体硅太阳能电池的扩散工艺研究
晶体硅太阳能电池的扩散工艺研究摘要近年来，太阳能电池的技术已经取得了很大的进展，很可能成为未来主要电力来源之一，因此研究太阳能电池尤其其光电转化效率有极其重要的意义。
扩散制作p-n结是晶体硅太阳电池的核心，是电池质量好坏的关键之一。
本文所研究的主要问题是低成本晶体硅太阳电池在工业化生产中的扩散制作p-n结工艺。
太阳电池制作中的工艺优化也是非常重要的。
对于扩散工序而言，确保高效电池的高产能面临的最大问题在于如何保障扩散的均匀性，优化扩散的均匀性主要采取温区补偿技术。
论文针对影响扩散均匀性的因素多且关联复杂等特点，重点对难于控制的气氛场因素进行系统实验研究，在气体流量、均流设计、炉内温度等方面提出了较好的优化实验方法，通过将实验方法应用于工业生产，扩散均匀性得到了非常好的控制。
从扩散均匀性对太阳电池电性能的影响角度，本论文通过实验分析了电池表面不同扩散均匀性对填充因子FF、并联电阻Rsh、串联电阻Rs、开路电压Uoc和转换效率Eff的影响。
验证了通过改善扩散工艺提高太阳能电池的转换效率具有广阔的发展前景。
关键词：晶体硅太阳能电池，扩散工艺，均匀性，转换效率The Diffudion Technology of Crystalline Silicon Solar CellABSTRACTSolar cell technology has made great progress, it might be called the main power source of the future, the study of solar cells in particular, the photoelectric conversion efficiency is extremely important.Diffusion mading p-n junction is the core of crystalline silicon solar cells, and is one of the key to the good and bad quality of the battery. The main problem of this paper is the low-cost industrial production of crystalline silicon solar c ells in the production of p-n junction in the diffusion process.Optimization of solar cell production process is also very important. For the diffusion process, the biggest problem to ensure high efficient battery capacity is how to protect the spread of uniformity, optimization of the uniformity of spread mainly take the temperature compensation technology.In this paper,experiment methods are adopted for optimizing diffusion uniform by analyzing diffusion air-flowing environment．the air-flowing environment，which is comprised of quartz boat,quartz block,SiC paddle etc,is controlled difficultly．good experimental method of optimization is proposed in gas flow, current design, the furnace temperature and other aspects , by experimental methods appling to industrial production, the proliferation of uniformity has been very good control.From the proliferation of uniformity on the electrical properties of solar angle, this paper experimentally analyzed the proliferation of different cell surface uniformity in the fill factor FF, shunt resistance Rsh, series resistance Rs, the open circuit voltage Uoc and conversion efficiency of Eff . Proved that by improving the diffusion process to improve the conversion efficiency of solar cells has broad prospects for development.KEY WORDS: crystalline silicon solar cells,diffusion technology, uniformity, efficiency目录第一章绪论 0§1.1太阳能电池的应用领域 0§1.2 我国光伏产业发展的状态及趋势 (1)§1.2.1我国光伏产业的现状 (1)§1.2.2 光伏产业发展中的瓶颈与危机 (2)§1.3 本论文研究内容与研究意义 (2)第二章太阳能电池的制造工艺及工作原理 (4)§2.1常规晶体硅太阳电池结构 (4)§2.2 晶体硅太阳能电池生产工艺 (4)§2.2.1 制绒 (5)§2.2.2 扩散制p-n结 (5)§2.2.3去除边缘p-n结和去磷硅玻璃 (6)§2.2.4 镀膜 (6)§2.2.5 丝网印刷电极 (7)§2.2.6 烧结 (7)§2.3 硅PN结太阳电池的基本工作原理 (8)§2.3.1光生伏特效应 (8)§2.3.2 I-V特性 (9)第三章扩散制作P-N结 (13)§3.1 扩散的基本原理 (13)§3.1.1 扩散的基本知识 (13)§3.1.2 液态源磷扩散原理 (14)§3.2 液态源扩散设备 (15)§3.2.1设备的主要性能指标 (15)§3.2.2设备主要构成 (16)§3.3 扩散参数 (17)§3.3扩散方法和工艺条件的选择 (19)§3.4 扩散质量的检验 (20)§3.4.1表面质量检验 (20)§3.4.2 方块电阻的检验 (20)第四章晶体硅太阳电池的扩散工艺实验与研究 (22)§4.1工艺气体流量对炉内温度的影响 (23)§4.2废气排放位置对炉口均匀性的影响 (24)§4.3 排风量大小对炉口均匀性的影响 (25)§4.4均流板分流设计对扩散片内片间均匀性的影响 (25)§4.5 扩散片内片间均匀性调节实验 (26)§4.5.1 扩散炉温对方阻阻值的影响 (28)§4.5.2调整扩散炉温改善片间扩散的均匀性 (29)§4.6 扩散均匀性对太阳能电池性能的影响 (31)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)第一章绪论1954年出现了现在的硅太阳能电池的第一代产品。
浅谈光伏电池生产工艺之扩散制结
参考 文献
过 高 要 求 时采 用 此种 方 法 ； 超 临界 干 燥 法能 避免 凝 胶 体 积 大幅 度 收 缩 、开 裂 ， 保护凝胶纤细的网络结构 ， 制 品结构得 以保持 ，但 成本 高 。 溶 胶凝 胶法 以其工 艺简 单 、产 品纯度 高 、化学 组分 均 匀等 特 点被 用于 制备 超细 Ｓ ｉ Ｏ ： 。但 与此 同时 ，溶 胶 一凝 胶法 也存 在 着缺 点 ，如体 积收缩 太大 、凝胶 和干燥 时间太 长 、原 料费 用过高等 。 三 、 微 乳 法
霉 盎歪券
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｔ ｒ ａ ｄ ｅ
中 国化 工 贸 易
趔蔓 置２ 一 ＿ 月
湿 化 学法 制 备超 细 二 氧化 硅 材料 的研 究进 展
游方春
（ 四川省精细 化工研 究设计 院 。四川 自贡 ６ ４ ３ ０ ０ ０）
摘
要 ：综述 了化学沉淀法、溶胶 一凝胶 法和微乳法三种湿化学方法在制备超细二氧化硅材料 方面的运 用，从反应机理 、工艺控 制、影响 因素 、
参考文献?王长贵高纯多晶硅及晶体硅光伏电池硅片中国建设动态阳光能源i20072l昊琴商业化czsi太阳能电池扩散工艺的研究湖南大学201il3何堂贵唐广晶体硅太阳电池扩散气氛场均匀性研究电子设计工程20094王瑶单晶硅太阳能电池生产工艺的研究湖南大学20105畅兴典基于gasb的热光伏电池工艺技术的研究南京理工大学2008作者简介
目前 ，该法主要 可分 为乳液 沉淀法 和胶束 法 。 乳液沉 淀法机理 为 ， 一种反 应物增 溶于微 乳液 中， 另一 种 以水溶 液形 式 与前 者 混合 ． 水 相 内反应 物 通过 微乳 界面 进 入水 核 内， 引发 反 应产 生 晶核 ， 产 物粒 子的最终 粒径 由水核 决定 ； 该 法 的优 点在 于装 置简 单 ， 操作 容易， 无需 高能 耗和 易损 的设备 ， 反 应产 物 的粒 径 可控 ， 且 粒径 分 布 窄， 易 于 实现连 续化 生产运 作， 为 工业化 生产提供 可 能。 胶束 法机理 ５ 为， 两个分别 增溶有 反应 物 的乳液体 系 混合 ， 由于胶 团 颗 粒 之间 的碰 撞， 水核 内物 质 的相 互 交换， 引起 核 内的化 学 反 应 ． 因 水核
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晶体硅太阳电池扩散气氛场均匀性研究
1 引言
晶体硅太阳电池能够取得高效转换效率的原因主要是基于表面钝化、湿氧氧化等技术的应用。
新技术的开发与运用同时也极大地促进了太阳电池的商业化发展。
在过去的10年，全球太阳电池的生产以年平均30％的速度快速增长，单晶硅和多晶硅太阳电池的增长所占比重最大，超过整个太阳电池增长的80％。
除产业化运用新技术外，太阳电池制作中工艺优化也非常重要的。
太阳电池产业化所面临的主要问题之一是如何在保证电池高转换效率前提下提高产能。
扩散制作P －N结是晶体硅太阳电池的核心，也是电池质量好坏的关键之一。
对于扩散工序，最大问题在于如何保障扩散的均匀性。
扩散均匀性好的电池。
其后续工艺参数可控性高。
可以较好地保证电池电性能和参数的稳定性。
扩散均匀性在高效率低成本电池产业推广方面主要有两个方向：一个是太阳电池P-N结新结构设计的应用，比如N型电池、SE(selective emitter)电池等；另一个是由于其他工序或材料新技术的应用需要寻求相应的扩散工艺路线，比如冶金硅用于太阳电池、Sunpower公司的Low- cost rear-contact solar cells和夏普公司的back-contact solarcells等。
这些都是扩散对均匀性要求新的研究方向。
晶体硅产业化扩散制作P-N结所采用的扩散炉主要为管式电阻加热方式(普遍选用Kanthal加热炉丝)，装载系统主要有悬臂式(loading／unloading)和软着陆(soft contact load-ing，简称SCL)两种，国内扩散炉以悬臂式为主，国外以SCL为主。
相对于配置悬臂装载机构的扩散炉，SCL式扩散炉因其炉口密封性更易保障，并不采用石英保温档圈来保证炉门低温状态。
工艺反应过程中SiC桨退出反应石英管外，这些设计上的优点减少扩散均匀性的影响因素，在工艺生产中能更好地保证扩散的均匀性；同时也极大地降低工艺粘污风险，为高效太阳电池产业应用提供硬件保障。
这也是SCL式扩散炉逐步取代悬臂装载式扩散炉的原因所在。
早期的工艺路线主要包括开管扩散与闭管扩散，鉴于对扩散均匀性要求的不断提高和对高转换效率电池大规模生产成本降低的要求，现基本采用闭管工艺路线。
对悬臂管式扩散炉中影响扩散均匀性的气氛场因素进行相关的研究，以达到优化工艺参数、降低生产成本的目的。
2 扩散均匀性影响因素
针对管式扩散炉的特点，优化扩散的均匀性主要采取温区补偿技术。
在大规模生产中，补偿方法主要通过调整工艺反应时间、气体流量和反应温度三者实现。
配备悬臂装载机构扩散炉本身的特点及恒温区位置的固定，确保了SiC桨、石英保温档圈、均流板和石英舟是固定位置使用。
影响扩散均匀性因素除相关物件固定放置位置外，工艺气体总流量、废气排放流量与炉内压强的平衡设置，均流板的气体均匀分流设计，废气排放位置与气流变化对温度稳定抗干扰的平衡设置等因素也至关重要，因这些因素相互关联影响，使得生产中的工艺优化相对困难，尤其是气氛场因素更难控制，这也是该研究领域至今未建立扩散均匀性气氛场工程模型的难点。
根据气氛场因素的特点，作出扩散气氛场结构示意图如图1所示。
图1中，箭头方向为气体示意流向；废气排放管和Profile TC套管处于同一水
平面上，工艺废气经废气排放管排到液封吸收瓶(工业生产常用酸雾处理塔)处理，处理合格后排气。
工业化生产中扩散炉的均匀性主要通过测试扩散后硅片的方块电阻来反映。
工艺反应时间、气体流量和工艺反应温度的变化非常直观地体现在方块电阻值的变化上，即增加工艺反应时间和工艺反应温度将导致方块电阻值的降低，磷源流量的减小反映在方块电阻值的升高；反之亦然。
2．1 工艺气体流量对炉内温度的影响
在工艺温度稳定条件下，关闭小N2(磷源bubbler bottle)，通过手动调节大N2流量，试验记录扩散炉石英反应管内炉口、炉中、炉尾3段Profile
TC(tlaermal couple)温度随炉内气体流量(压强)的变化情况，以研究炉内气氛场气体流量(压强)变化对与扩散均匀性密切关联的温度影响程度和趋势。
试验过程包括：
(1)检查炉门及各气路连接处的密封性；
(2)设备温度PID参数自整定；
(3)手动调节大N2流量，从25 L／min，增加到27 L/min，记录流量调节前后稳定温度值和流量变化导致的温度动态偏差值，见表1；
(4)手动调节大N2流量，从25L／min，减少到23 L/min，记录流量调节前后稳定温度值和流量变化导致的温度动态偏差值，见表2，表中Zone1为炉尾，Zone2是炉中尾，Zone3为炉中，Zone4是炉中口，Zone5为炉口。
从表1和表2的数据可看出，气流量由25 L／min向27 L／min变化，炉尾温度降低1℃，炉口温度无变化，气流量由25 L／min减少到23 L／min，炉尾温度升高1℃，炉口温度降低1℃。
2．3 废气排放位置对炉口均匀性的影响
扩散炉恒温区的有限性与生产产量的最大化是矛盾关联的。
在生产中，需要在恒温区最大限度地放置扩散硅片，保证恒温区温度的精度和稳定性。
因配置悬臂式装载系统的扩散炉炉口对温度的干扰最大，可将废气管口尽可能地靠近炉门，同时也能改善靠近炉口方向硅片反应区域气氛场的均匀性。
因此，分别调整废气排放位置并进行试验对比。
从表4可看出，废气排放口离恒温区越远，即离炉口越近，炉口的方阻片内／片间均匀性改善越好，但废气排放的同时也有大量热能的排放，在排放口区域*的热能较多，因考虑到炉门的低温(一般为小于200℃)要求，在一定程度上又限制了排放口到炉门的距离不能太近。
所以，生产中废气排放口的较佳位置是在一个两向平衡距离范围内。
2．4 排风量大小对炉口均匀性的影响
当进入扩散炉石英管内的工艺气体总流量一定时，排风量大小的设定直接影响扩散炉内的气氛场压强变化，而气氛场压强又与炉内工艺气体的浓度相关联．从而影响扩散的均匀性，尤其是炉口的均匀性。
通过表5分析炉口片内极差大的具体原因，得到极差大主要是由硅片下半部分方块电阻大造成的，而这下半部分又与排气口最近，故采取调小排气阀开度，增加炉内压强，间接地增加工艺气体反应时间，从而改善炉口片内均匀性和片间均匀性。
对于稳定生产而言，炉内压强的最佳值是在一定范围内的，这就要求工艺反应气体流量与废气排放量需保持一个整体平衡。
3 结束语
晶体硅太阳电池的主要工艺制作过程包括制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷、烧结等，每道工序的相关控制参数都直接或间接地与电池电性能参数相关联。
对
于扩散工序而言，扩散的均匀性直接体现在硅片形成的P-N结结深差异性上，均匀性好反映出结深差异性小，反之亦然。
而不同的P-N结结深其烧结条件不一样。
从另一方面，同样的烧结条件生产应用于扩散均匀性好的在制电池片，其欧姆接触性能、填充因子等电性能参数一致性好，最终体现在太阳电池的转换效率一致性的可控性。
用实验方法分析影响晶体硅太阳电池扩散均匀性的气氛场因素及其工艺调节优化改善方法，在工艺调试过程中需要注意这些气氛场因素是相互关联影响的，一般先优化改善均流板的均匀分流设计和废气排放位置因素，再综合工艺气体流量、排气量等其他相关因素系统调整炉内压强平衡。
通过扩散均匀性的优化调节。
可以很好地改善太阳电池的填充因子FF、并联电阻Rsh、串联电阻Rs和开路电压Ucc等电性能，从而降低电池的制造成本。