陶龙忠-快速扩散与丝网印刷制备多晶硅太阳电池

快速扩散与丝网印刷制备多晶硅太阳电池陶龙忠沈辉中山大学太阳能系统研究所2008.06.07国家高技术研究发展计划-863计划（2006AA05Z409）提纲•太阳电池产业化发展•连续式快速扩散设备的介绍•方块电阻与扩散温度和扩散时间的关系•快速扩散对方块电阻均匀性的影响•快速扩散形成的p－n结•快速扩散对少子寿命的影响•与丝网印刷结合制备多晶硅太阳电池及性能分析图1近年来太阳电池的发展状况（来源于Photon杂志，2008年4月）1.太阳电池产业化发展图3从1999年至2007年不同种类的太阳电池产量百分比（来源于Photon杂志，2008年4月）图22007年（2006年）全球太阳电池产量分布（来源于Photon杂志，2008年4月）从技术上说，国内的扩散工艺基本上全部采用常规管式扩散，扩散时间长，是整个生产工艺中的瓶颈，并且难以和后继工艺形成连续化生产线。国外研究机构非常重视快速扩散制备太阳电池的研究，并且成功将硅片的清洗腐蚀、扩散、沉积氮化硅薄膜、丝网印刷和烧结这些工艺完全整合成一条连续生产线，促进了规模化和产业化。目前，德国一些太阳电池企业已经开始定购这样的设备，采用连续式快速扩散炉来代替常规管式扩散炉，台时产量可达5600片。图4连续式快速扩散炉的截面图2.连续式快速扩散设备的介绍图5陶瓷绳传送带扩散方式进片方式加热方式传热方式围壁温度升、降温速率工艺时间扩散室洁净程度操作与其它设备配合情况连续式快速扩散连续卤钨灯辐射冷壁很大短好简便可形成连续式生产线管式扩散间断电阻丝辐射、传导、对流热壁很小长一般复杂难以形成连续式生产线表1连续式快速扩散与常规管式扩散的比较•试验采用DeutscheSolar的多晶硅片参数为：156mm×156mm，240±40µm，P/boron，0.5~2.0ohm·cm。•利用旋转涂源法进行涂源掺杂，掺杂液为磷酸溶液。将掺杂液中磷酸的含量提高到20％以上，可以保证快速扩散方式为恒定源扩散。•对于连续式快速扩散，只需要调整扩散温度和扩散时间两个参数，就可得到确定的方块电阻值。3.方块电阻与扩散温度和扩散时间的关系图6方块电阻与扩散时间的关系12sRAt1221ssRtRt21212()ssRttR图7方块电阻与扩散温度的关系exp()sBRAT212111expln()ssRRBTT12211lnssTBTRBTR2030405060708090100110120130140780790800810820830840850860870880890扩散温度（℃）方块电阻（ohm/sq）实测值预算值图7扩散时间为300s时方块电阻与扩散温度的关系•尽管这种掺杂方式可得到极为均匀的p－n结，但显而易见，对于工业化生产，单片旋转涂源法无法满足大规模生产化要求。为此，我们改进了掺杂源和其它工艺，可以成批进行涂膜但又能保证均匀性，有望很快就能应用于实际生产中。图4方块电阻的均匀性4.快速扩散对方块电阻均匀性的影响5.快速扩散形成的p－n结图4－10采用霍尔测试仪和二次离子质谱仪测试的P杂质分布情况6.扩散温度对多晶硅少子寿命的影响13.1µs010203040506070760780800820840860880900920940扩散温度（℃）少子寿命（µs）图5在相同的扩散时间下不同的扩散温度对多晶硅片少子寿命的影响(a)多晶硅片(b)初始少子寿命（13.1µs）•（c）860℃/300s（48.0µs）（d）850℃/300s（52.3µs）•（e）840℃/300s（53.5µs）（f）830℃/300s（58.2µs）7.与丝网印刷结合制备太阳电池•采用两种规格和来源的多晶硅片制备多晶硅太阳电池：（1）156mm×156mm，240±40µm，P/boron，0.5~2.0ohm·cm，DeutscheSolar（2）125mm×125mm，300±40µm，P/boron，0.5~3.0ohm·cm，Solarworld•制备工艺如下：–碱腐蚀去除硅片损伤层–涂膜掺杂–扩散(方块电阻为50±2ohm/sq)–去除磷硅玻璃–沉积氮化硅薄膜–丝网印刷电极及烧结–激光去边结–测试表2标准条件下测试的5寸、6寸多晶硅光面电池性能参数硅片尺寸数值Jsc(mA/cm2)Voc(mV)FF(%)Eff.(%)5寸平均值32.44614.078.215.6最高值32.55616.178.515.86寸平均值32.33613.577.015.3最高值32.51615.377.615.5图75寸光面多晶硅太阳电池最高效率IV曲线图86寸光面多晶硅太阳电池最高效率IV曲线图9LBIC对6寸多晶硅太阳电池的分析•结论连续式快速扩散已经开始用于国外生产线。它不但可以在极短的时间内完成对硅片的扩散，而且制备出的发射极极为均匀。此外，在高温和快速扩散的条件下，硅片的少子寿命不但没有降低，反而有较大提高，充分说明这种扩散方式对多晶硅片还有良好的吸杂钝化作用。利用连续式快速扩散与丝网印刷等生产工艺制备两批多晶硅电池，其中5寸光面电池最高效率达到15.8%，平均效率为15.6％，6寸光面电池最高效率达到15.5%，平均效率约为15.3％，取得了良好效果。谢谢！