太阳能扩散工艺基础原理
太阳能扩散工艺基础原理要点
路电流,只要光生电流不停止,就会有源源不断的电流通过电路,P-N结起到了一个电源的作用. 这就是太阳能电池的工作原理。
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太阳能电池等效电路
电池片等效电路图
Cell R
S
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理想等效电路图
ISC
RSH
超纯清洗 烘干
装舟
装夹传刻蚀
注：蓝色区域为SI工艺过程；除去蓝 色区域为正常的扩散车间工艺流程。
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工序流程
一般工艺的生产流程：
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制绒接片
超纯清洗
吸篮
烘干
出炉
进炉扩散
装舟
方阻测试
卸舟
装夹
传刻蚀
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清洗及扩散工艺
清洗工艺
H2O2+HCL DIW(溢流） HF
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太阳能电池工作原理
太阳能电池基本原理
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如图所示,当处于开路的情况下,当光生电流和正向电流相等的时候,则由于电子和空穴分别
流入N区和P区，使N区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间,P-N结两端 将建立起稳定的电势差Voc(P区为正,N区为负)。
扩散炉—司炉操作
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(十二 (十三 ) ) (十一) 各工序设备及操作规范 (八) 卸舟—人工 (七 ) (四 (四 )) (三 (三 ) )(六)
(十四)
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(
(八)
浅谈太阳能晶硅电池生产过程中的扩散工艺
浅谈太阳能晶硅电池生产过程中的扩散工艺太阳能晶硅电池主要是以单/多晶硅片为原材料，利用光伏效应将太阳能转化为电能。
在电池片的生产过程中，扩散制PN结是最核心的工序。
扩散工艺对电池的性能有着重要影响。
文章从工厂生产的角度，结合工艺及设备使用情况，浅谈扩散工艺的技术特点。
标签：晶硅电池；扩散制结；工艺1 扩散在传统电池生产中的工艺步骤原材料硅片来料检验——清洗制绒——扩散制结——干法刻蚀洗磷（或湿法刻蚀）——PECVD镀膜——丝网印刷——烧结——测试分选——电池片成品包装。
2 扩散的原理及POCl3制PN结物质分子因浓度梯度而进行分子转移是扩散的基本原理；在工厂的晶硅电池生产中，普遍采用热扩散法：即在P型半导体表面掺杂五价磷元素，形成PN结，具体是指以液态POCl3作为扩散源，在高温有氧条件下（>600℃）充分分解反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，利用磷原子（N型）向硅片（P型）内部扩散的方法，改变硅片表面层的导电类型，形成PN结（同时在硅片表面形成一层磷硅玻璃），达到合适的掺杂浓度；当有适当波长的光照射在该PN结上，由于光伏效应而在势垒区两边形成电势，在开路情况下稳定的电势差形成电流。
POCl3→PCL5+P2O5PCL5+O2→P2O5+CL2↑POCl3+O2→P2O5+CL2↑P2O5+Si→SiO2+P↓POCl3液态源扩散具有生产效率较高，制结均匀平整，扩散层表面良好等优点。
3 扩散设备和扩散的具体工艺过程扩散方式有管式和链式之分；目前，国内工厂中普遍采用管式扩散炉（下同）制作电池片的PN结；其主要由控制部分、推舟净化部分、炉体部分、气源部分等组成。
在正常的生产过程中（无需运行饱和工艺），其具体工艺过程为：进舟——低温通氧和大氮——低温通大氮，氧和小氮——高温通大氮，氧和小氮——高温通大氮（恒温）——低温通大氮（冷却）——出舟。
低温通氧即预扩散，可改善方阻的均匀性，减少死层，同时也可以缩短整个工艺时间；扩散过程中对气氛的均匀性要求较高，因此在生产过程中应尽量避免将桨暴露在空气中过长时间；在初次使用或者清洗完成后要运行饱和工艺使扩散环境更加均匀良好。
太阳能电池片扩散工艺
清洗开始时，先开O2，再开TCA；清洗结束 后，先关TCA，再关O2。 三氯乙烷（C2H3Cl3）高温氧化分解，产生 的氯分子与重金属原子化合后被气体带走， 达到清洗石英管道的目的。其反应式为： C2H3Cl3 + O2 = Cl2 + H2O + CO2 +…… 当炉温升至预定温度（1050℃）后直接运行 TCA工艺，直至TCA+饱和工艺结束。
POCl3 简介
PClO3极易水解，在潮湿的空气中，因水解产生酸雾， 水解生的HCl 溶于源中会使源变成淡黄色，此时须换 源。 工艺生成物HPO3是一种白色粘滞性液体，对硅片有 腐蚀作用，并会使石英舟粘在管道上不易拉出。
磷扩散工艺过程
清洗
扩散
饱和 回温 装片
关源，退舟
卸片
送片
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方块电阻测量
四探针法原理
检验原理ⅱ
I V
R=F×V/I 四探针可以排成不同的几何形状，最常见的是排成一条直线。 探针间距远大于结深时，几何修正因子为4.5325。
关于四探针
用途：测量半导体材料的电阻率。 原理：使用四根处于同一水平面上的探针压 在所测材料上，1,4探针通电流。2,3探针间 产生一定的电压。
扩散方块电阻控制在47-52Ω/□之间。同一炉扩散方块 电阻不均匀度≤20%，同一硅片扩散方块电阻不均匀度 ≤10%。 表面无明显因偏磷酸滴落或其他原因引起的污染。
清洗
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清洗
化学品：C2H3CL3(三氯乙烷) 特性： 无色液体，不溶于水 危害性：遇明火、高热能燃烧，并产生剧毒的氯 化氢烟雾 。急性中毒主要损害中枢神经系统。对 皮肤有轻度脱脂和刺激作 用。
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饱和
每班生产前，需对石英管进行饱和。 炉温升至设定温度时，以设定流量通小N2（携 源）和O2，使石英管饱和，20分钟后，关闭小 N2和O2。 初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产时， 需使石英管在950℃通源饱和1小时以上。
扩散原理及基本知识
扩散基本知识一、半导体基本知识太阳电池是用半导体材料硅做成的。
容易导电的是导体，不易导电的是绝缘体，即不像导体那样容易导电又不像绝缘体那样不容易导电的物体叫半导体，譬如：锗、硅、砷化缘等。
世界上的物体都是由原子构成的，从原子排列的形式来看，可以把物体分成2大类，晶体和非晶体。
晶体通常都有特殊的外形，它内部的原子按照一定的规律整齐地排列着；非晶体内部原子排列乱七八糟，没有规则；大多数半导体都是晶体。
半导体材料硅是原子共价晶体，在晶体中，相邻原子之间是以共用电子结合起来的。
硅是第四族元素，硅原子的电子层结构为2、8、4，它的最外层的四个电子是价电子。
因此每个硅原子又分别与相邻的四个原子形成四个共价键，每个共价键都是相邻的两个原子分别提供一个价电子所组成的。
如果硅晶体纯度很高，不含别的杂质元素，而且晶体结构很完美，没有缺陷，这种半导体叫本征半导体，而且是单晶体。
而多晶体是由许多小晶粒聚合起来组成的，每一晶体又由许多原子构成。
原子在每一晶粒中作有规则的整齐排列，各个晶粒中原子的排列方式都是相同的。
但在一块晶体中，各个晶粒的取向（方向）彼此不同，晶粒与晶粒之间并没有按照一定的规则排列，所以总的来看，原子的排列是杂乱无章的，这样的晶体，我们叫它多晶体。
半导体有很特别的性质：导电能力在不同的情况下会有非常大的差别。
光照、温度变化、适当掺杂都会使半导体的导电能力显著增强，尤其利用掺杂的方法可以制造出五花八门的半导体器件。
但掺杂是有选择的，只有加入一定种类和数量的杂质才能符合我们的要求。
我们重点看一下硼和磷这两种杂质元素。
硼是第三族主族元素，硼原子的电子层结构为2、3，由于硼原子的最外电子层只有三个电子，比硅原子缺少一个最外层电子，因此当硼原子的三个最外层价电子与周围最邻近的三个硅原子的价电子结合成共价键时，在与第四个最邻近的硅原子方向留下一个空位。
这个空位叫空穴，它可以接受从邻近硅原子上跳来的电子，形成电子的流动，参与导电。
太阳能电池片扩散工艺
2.2.2扩散制结制结过程是在一块基体材料上生成导电类型不同的扩散层，它和制结前的表面处理均是电池制造过程中的关键工序。
制结方法有热扩散，离子注入，外延，激光及高频电注入法等。
本节主要介绍热扩散法。
扩散是物质分子或原子运动引起的一种自然现象，热扩散制p—n结法为用加热方法使V族杂质掺入P型或Ⅲ族杂质掺入n 型硅。
硅太阳电池中最常用的V族杂质元素为磷，Ⅲ族杂质元素为硼。
硅太阳电池所用的主要热扩散方法有涂布源扩散，液态源扩散，固态源扩散等。
2.2.2.2液态源扩散液态源扩散有三氯氧磷液态源扩散和硼的液态源扩散，它是通过气体携带法将杂质带入扩散炉内实现扩散。
其原理如图3.6：图3.6 三氯氧磷扩散装置示意图对于p型10cm硅片，三氯氧磷扩散过程举例如下：（1）将扩散炉预先升温至扩散温度（850～900C︒）。
先通入大流量的氮气（500～1000ml/min），驱除管道内气体。
如果是新处理的石英管，还应接着通源，即通小流量氮气，（40～100ml/min）和氧气（30～90ml/min），使石英壁吸收饱和。
（2）取出经过表面准备的硅片，装入石英舟，推入恒温区，在大流量氮气（500～1000ml/min）保护下预热5分钟。
（3）调小流量，氮气40～100ml/min、氧气流量30～90ml/min。
通源时间10～15min。
（4）失源，继续通大流量的氮气５min，以赶走残存在管道内的源蒸气。
（5）把石英舟拉至炉口降温５分钟，取出扩散好的硅片，硼液态源扩散时，其扩散装置与三氯氧磷扩散装置相同，但不通氧气。
2.2.2.3固态氮化硼源扩散固态氮化硼扩散通常采用片状氮化硼作源，在氮气保护下进行扩散。
片状氮化硼可用高纯氮化硼棒切割成和硅片大小一样的薄片，也可用粉状氮化硼冲压成片。
扩散前，氮化硼片预先在扩散温度下通氧３０分钟使氮化硼表面的三氧化二硼与硅发生反应，形成硼硅玻璃沉积下在硅表面，硼向硅内部扩散。
扩散温度为９５０～１００0Ｃ︒，扩散时间１５～３０分钟，氮气流量２０００ｍｌ／ｍｉｎ以下，氮气流量较低，可使扩散更为均匀。
光伏leco工艺
一级注册建筑师之建筑设计考前冲刺模拟考试试卷附答案单选题（共20题）1. 以城市广场为中心，以方格网道路系统为骨架的城市布局模式最早出自于( )。
以城市广场为中心，以方格网道路系统为骨架的城市布局模式最早出自于( )。
A.古希腊的希波丹姆(Hippodamns)B.古罗马的维特鲁威(Vitruvius)C.《周礼·考工记》D.19世纪的西特(Camillo Sitte)【答案】 A2. 建筑电讯派（Archigram）建筑师库克（P. Cook）于1964年提出了一种未来城市的方案设想，称为（）。
建筑电讯派（Archigram）建筑师库克（P. Cook）于1964年提出了一种未来城市的方案设想，称为（）。
A.海上城市B.海底城市C.插入式城市D.仿生城市【答案】 C3. 当同一色彩面积增大时，在感觉上有什么变化？（）当同一色彩面积增大时，在感觉上有什么变化？（）A.彩度减弱、明度升高B.彩度减弱、明度降低C.彩度增强、明度升高D.彩度增强、明度降低【答案】 C4. “可持续发展”的概念是何时正式提出的？（）“可持续发展”的概念是何时正式提出的？（）A.1972年联合国人类环境研讨会B.1976年世界人居大会C.1978年世界环境与发展大会D.1989年世界环境与发展大会【答案】 C5. 下列属于历史文化遗产的属性是（）。
下列属于历史文化遗产的属性是（）。
A.可持续发展B.不可利用C.可循环利用D.不可再生【答案】 D6. 电影院观众厅顶棚和地面应选用哪件燃烧性能等级的装饰材料？( )电影院观众厅顶棚和地面应选用哪件燃烧性能等级的装饰材料？( )A.不低于A1级、不低于B1级B.不低于B1级，不低于B2级C.A级、不低于B1级D.A级、不低于B2级【答案】 C7. 对于一般城市建设地区的多层建筑，下列哪条需要计入建筑控制高度？( ) 对于一般城市建设地区的多层建筑，下列哪条需要计入建筑控制高度？( )A.局部突出屋面的楼梯间B.局部突出屋面的电梯机房C.突出屋面的塔楼D.局部突出屋面的烟囱【答案】 C8. 关于12层及12层以上的高层住宅楼设置电梯的规定，下列哪条为正确？( )关于12层及12层以上的高层住宅楼设置电梯的规定，下列哪条为正确？( )A.塔式住宅可设1台，条式住宅不少于2台B.12～15层可设1台，15层以上不少于2台C.每幢楼不应少于2台D.至少1台，楼层面积800㎡以上者设2台【答案】 C9. 在汽车库内设附属用房，下列哪条是允许的？( )在汽车库内设附属用房，下列哪条是允许的？( )A.地上车库内设置未分隔的充电间B.地下车库内设置一个未分隔的修理车位C.汽车库内设置了加油机及汽油罐D.Ⅱ类汽车库内设置耐火等级不低于二级的消防器材间【答案】 D10. 高层办公楼多采用板式，而超高层办公楼多采用塔式，造成这种差异的主要原因是( )。
光伏扩散工序
光伏扩散工序光伏扩散工序是太阳能电池制造过程中的重要环节之一，它涉及到将掺杂材料引入硅片中，形成p-n结构，从而使硅片具备光电转换功能。
本文将从光伏扩散工序的原理、流程及相关技术等方面进行介绍。
一、光伏扩散工序的原理光伏扩散工序是通过在硅片表面形成掺杂层，使之成为具有p-n结构的半导体材料。
在太阳能电池中，通常是通过在n型硅片表面扩散p型材料，形成p-n结构。
扩散过程中，掺杂材料会与硅原子发生化学反应，从而将掺杂材料的离子引入硅片晶格，改变硅片的导电性质。
1. 清洗：首先需要对硅片进行清洗，以去除表面的污染物和氧化层，保证后续工序的顺利进行。
2. 涂覆：将掺杂材料制成溶液或浆料，通过涂覆技术将其均匀地涂覆在硅片表面。
3. 干燥：将涂覆的硅片进行干燥，以去除涂覆过程中的溶剂或水分，使掺杂材料附着在硅片表面。
4. 扩散：将干燥后的硅片放入扩散炉中，加热至高温，使掺杂材料与硅片发生扩散反应，形成p-n结构。
5. 退火：经过扩散反应后，需要对硅片进行退火处理，以去除扩散过程中产生的应力和缺陷，提高硅片的电学性能。
6. 清洗：最后对扩散后的硅片再次进行清洗，以去除表面残留的污染物和氧化层。
三、光伏扩散工序的相关技术1. 控制扩散深度：扩散过程中，掺杂材料的扩散深度直接影响到太阳能电池的性能。
通过控制扩散温度、时间和掺杂材料的浓度等参数，可以调节扩散深度。
2. 选择合适的掺杂材料：掺杂材料的选择也对扩散过程产生重要影响。
通常使用的p型掺杂材料有硼、铝等，而n型掺杂材料有磷、锑等。
选择合适的掺杂材料可以提高太阳能电池的效率。
3. 精确控制工艺参数：在光伏扩散工序中，精确控制工艺参数对于保证产品质量至关重要。
通过精确控制温度、时间、气氛等工艺参数，可以实现扩散过程的稳定和一致性，提高太阳能电池的制造效率和一致性。
总结：光伏扩散工序是太阳能电池制造中的关键环节，通过在硅片表面形成p-n结构，实现光电转换功能。
光伏扩散工序包括清洗、涂覆、干燥、扩散、退火和清洗等步骤，每一步都需要精确控制工艺参数。
光伏扩散工艺原理
光伏扩散工艺原理1. 引言光伏扩散工艺是太阳能电池制造过程中的一项重要工艺，用于在半导体材料中形成pn结。
通过光伏扩散工艺，可以将半导体材料中的杂质掺入到特定的区域，形成p 型或n型区域，从而形成pn结，实现太阳能电池的正负极。
本文将详细解释光伏扩散工艺的基本原理，包括扩散过程、扩散深度的控制以及扩散温度的选择等内容。
2. 光伏扩散工艺的基本原理光伏扩散工艺的基本原理是通过高温和杂质浓度梯度的作用，将杂质掺入到半导体材料中，形成pn结。
具体来说，光伏扩散工艺包括以下几个步骤：2.1 清洗在光伏扩散工艺开始之前，需要对半导体材料进行清洗，以去除表面的杂质和污染物。
常用的清洗方法包括超声波清洗、化学清洗和离子清洗等。
2.2 涂覆杂质源在清洗完毕后，需要将杂质源涂覆在半导体材料的表面。
杂质源一般是一种含有所需杂质的化合物，如硼酸或磷酸等。
涂覆杂质源的方法包括喷涂、旋涂和浸涂等。
2.3 扩散过程涂覆完杂质源后，将半导体材料放入高温炉中进行扩散。
在高温下，杂质源中的杂质会从表面扩散到半导体材料内部。
扩散的过程受到温度、时间和扩散源浓度的影响。
2.4 扩散深度的控制扩散深度是指杂质从表面扩散到半导体材料内部的深度。
扩散深度的控制是光伏扩散工艺中的关键环节，它决定了pn结的形成和太阳能电池的性能。
扩散深度可以通过调节扩散温度、时间和杂质源浓度来控制。
2.5 扩散温度的选择扩散温度是光伏扩散工艺中的重要参数，它直接影响扩散速率和扩散深度。
一般来说，扩散温度越高，扩散速率越快，扩散深度也越大。
但是，过高的扩散温度可能会导致杂质的过度扩散，影响太阳能电池的性能。
因此，选择合适的扩散温度是光伏扩散工艺中的关键问题。
3. 光伏扩散工艺的应用光伏扩散工艺是太阳能电池制造过程中的关键工艺之一，它对太阳能电池的性能有着重要影响。
通过光伏扩散工艺，可以实现以下几个方面的优化：3.1 提高太阳能电池的转换效率太阳能电池的转换效率是衡量其性能优劣的重要指标。
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PN结的形成
半导体导电原理—杂质半导体
多余电子
施 主 能 级
空
键
空
穴
接
受
受
主
电
能
子
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导带 电离能
价带
N型半导体
导 带
电离能 价 带
P型半导体
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PN结的形成
半导体导电原理—杂质补偿
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➢补偿的定义：一块半导体中并非仅仅只存在一种类型的杂电池工作原理
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产生光生电动势（或光生积累电荷），应该满足以下两 个条件：
✓半导体材料对一定波长的入射光有足够大的光吸收系数α，即 要求入射光子的能量hν大于或等于半导体材料的带隙Eg，使该 入射光子能被半导体吸收而激发出光生非平衡的电子空穴对。 ✓具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的势垒区。势垒区的 重要作用是分离了两种不同电荷的光生非平衡载流子，在p区内 积累了非平衡空穴，而在n区内积累起非平衡电子。产生了一个 与平衡pn结内建电场相反的光生电场，于是在p区和n区间建立 了光生电动势（或称光生电压）。
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PN结的特性
PN结的正向导通性: ✓若外加电压使电流从P区流到N区，PN结 呈低阻性，所以电流大（如右图）：外加的 正向电压方向与PN结内电场方向相反，削 弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动 的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大 于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN 结呈现低阻性。 ✓若外加电压继续上升，则自建电场被减弱 和抵消，所以正向电流随着外加正向电压的 增加而逐渐上升。
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太阳能电池工作原理
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太阳能电池结构
➢太阳能电池一般是由PN结、上表面栅状电极、背面金属电极构成，并且要求表 面和背面电极与硅片之间形成良好的欧姆接触。为了提高太阳电池的效率，在电池 的背面作了背场，在电池正面作了减反射膜。 ➢太阳电池的基本结构如图所示。
扩散工艺基础原理
技术部
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Part1：电池与PN结的工作原理 Part2：扩散工序简介 Part3：清洗及扩散原理 Part4：异常处理及调节
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Part1：电池与PN结的工作原理
太阳能电池的工作原理 太阳能电池等效电路 PN结的形成 PN结的特性及等效电路
常同时含有施主和受主杂质，此时，施主杂质所提供的电子会通过 “复合”而与受主杂质所提供的电子相抵消，使总的载流子数目减少， 这种现象就成为“补偿”。
➢在太阳能PN结产生过程中，实际上就是依据补偿作用，通过掺杂而 获得我们所需要的导电类型来组成所要生产的器件。
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PN结的形成
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PN结的形成
半导体导电原理—产生和复合
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➢由于热或光激发而成对地产生电子空穴对，这种过程称为“产
生”。 ➢空穴是共价键上的空位，自由电子在运动中与空穴相遇时，自由
电子就可能回到价键的空位上来，而同时消失了一对电子和空穴，
这就是“复合”。 ➢热平衡：在一定温度下，又没有光照射等外界影响时，产生和复 合的载流子数相等，半导体中将在产生和复合的基础上形成热平衡。 此时，电子和空穴的浓度保持稳定不变，但是产生和复合仍在持续 的发生。
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太阳能电池工作原理
太阳能电池基本原理
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➢如图所示,当处于开路的情况下,当光生电流和正向电流相等的时候,则由于电子和空穴分别 流入N区和P区，使N区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间,P-N结两端 将建立起稳定的电势差Voc(P区为正,N区为负)。
➢如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电流称作短 路电流,只要光生电流不停止,就会有源源不断的电流通过电路,P-N结起到了一个电源的作用. 这就是太阳能电池的工作原理。
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太阳能电池等效电路
电池片等效电路图
Cell
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理想等效电路图
R
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由于pn结势垒区内存在较强的内建电场（自n区指向p区），结两边的光 生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动：p区的电子穿过p-n 结进入n区；n区的空穴进入p区，使p端电势升高，n端电势降低，于是 在p-n结两端形成了光生电动势，相当于在p-n结两端加正向电压V，使 势垒降低为qVD-qV，产生正向电流。
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PN结的形成
➢当P型半导体和N型半导体接触后，由于交界两侧半导体类型不同，存在电子 和空穴的浓度差。这样P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散。 ➢由于扩散运动，在P区和N区的接触面就产生正负离子层。N区失掉电子产生 正离子，P区得到电子产生负离子。通常称这个正、负离子层为PN结。 ➢在PN结的P区一侧带负电，N区一侧带正电。PN结便产生了内电场，内电场 的方向是从N区指向P区。内电场对扩散运动起到阻碍作用，电子和空穴的扩 散运动随着内电场的加强而逐步减弱，直至达到平衡，在界面处形成稳定的空 间电荷区。如下图：
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PN结的特性
RLOAD
Cell
实际上，pn结太阳能电池存在着Rs和Rsh的影 响。其中， Rs是由材料体电阻、薄层电阻、电 极接触电阻及电极本身传导电流的电阻所构成 的总串联电阻。Rsh是在pn结形成的不完全的 部分所导致的漏电流，称为旁路电阻或漏电电 阻。这样构成的等效电路如右图所示。
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理想PN结太阳能电池可 以用一恒定电流源Iph（光 生电流）及一理想二极管 的并联来表示。其等效电 路如图所示。
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太阳能电池工作原理
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➢光生伏特效应 当用适当波长的光照射非均匀半导体(p-n结等)时，由于内建电场的作
用（不加外电场），半导体内部产生电动势（光生电压）；如将p-n结 短路，则会出现电流（光生电流）。这种由内建电场引起的光电效应， 称为光生伏特效应。
➢光生电压、电流的产生