太陽(yáng)能電池片科普系列——擴(kuò)散篇

:擴(kuò)散通俗講就是給太陽(yáng)能電池片制造最核心的部分，是太陽(yáng)能電池片的心臟，是利用POCl3磷擴(kuò)散制PN結(jié)的過程，是擴(kuò)散工藝的好壞也直接影響電池片效率的多少，通常的公司都會(huì)采取0或1的管控措施，電池片經(jīng)過擴(kuò)散工序，對(duì)于擴(kuò)散有差異電池片直接返工（制絨之前）。

值得注意的是制PN結(jié)并非單純的將兩個(gè)不同的電池片（P型硅和N型硅）疊加在一起，P型硅和N型硅必須產(chǎn)生良好的內(nèi)部接觸，因此通常采用在P型硅片的一面擴(kuò)散制成N型。

一、擴(kuò)散的方法

１．三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散

２．噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散

３．絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散等等

目前國(guó)內(nèi)多采用第一種方法（穩(wěn)定、可控性強(qiáng)）。

二、POCl3擴(kuò)散的原理

POCl3在高溫下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應(yīng)式如下：

生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應(yīng)式如下：

由上面反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時(shí)，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對(duì)硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會(huì)進(jìn)一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）其反應(yīng)式如下：

生成的P2O5又進(jìn)一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴(kuò)散時(shí)，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對(duì)硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通入一定流量的氧氣 。

在有氧氣的存在時(shí)，POCl3熱分解的反應(yīng)式為：

POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散，POCl3液態(tài)源擴(kuò)散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于制作具有大面積結(jié)的太陽(yáng)電池是非常重要的。

三、擴(kuò)散車間控制指標(biāo)

1、擴(kuò)散方阻。擴(kuò)散工序最主要的監(jiān)控指標(biāo)，不同方阻代表不同的擴(kuò)散程度，其主要與摻雜時(shí)間、摻雜溫度、磷源流量有密切的關(guān)系。

2、結(jié)深、表面濃度等、測(cè)量難度較大，通常不輕易測(cè)量。

四、擴(kuò)散車間常見事項(xiàng)

1、磷源安全。三氯氧磷屬于劇毒物（小編聽說吸一口就會(huì)嗝屁），磷源一般有專門密閉儲(chǔ)藏室，且擴(kuò)散車間一般與其他車間分離，做簡(jiǎn)單密閉處理，車間內(nèi)設(shè)置有磷源泄露檢測(cè)裝置（小編提醒，企業(yè)要定期檢查傳感器狀態(tài)避免失靈，對(duì)于一些小企業(yè)對(duì)于剩余磷源采取人工倒灌以節(jié)省成本的做法也表示強(qiáng)烈抗議）。

2、方阻監(jiān)測(cè)。相對(duì)于其他材料，方阻的測(cè)量由于經(jīng)過擴(kuò)散，其大小受光線影響較大，工人分批次測(cè)量時(shí)必須督促其關(guān)閉屏蔽罩。

3、洗舟檢查。石英舟是承載電池片進(jìn)入擴(kuò)散爐管的特殊材質(zhì)的舟，由于需要重復(fù)使用，長(zhǎng)期的不清洗會(huì)導(dǎo)致電池片效率下降嚴(yán)重。

4、溫度參數(shù)校隊(duì)。擴(kuò)散機(jī)臺(tái)在擴(kuò)散過程中對(duì)于溫度極為敏感，且每一幾天溫度參數(shù)較多，且都數(shù)值較大，經(jīng)常發(fā)生人工更改溫度出現(xiàn)輸錯(cuò)情況，后果嚴(yán)重。

5、檢查車間內(nèi)，氣體壓力、磷源最低刻度、負(fù)壓是否正常，異常情況通知外圍調(diào)整。

6、匹配絲網(wǎng)印刷，不同方阻所匹配的絲網(wǎng)工藝不同，以達(dá)到最佳的轉(zhuǎn)換效率。

五、總結(jié)

擴(kuò)散車間是一個(gè)非常特殊的車間，反應(yīng)條件嚴(yán)苛，工藝人員不可能觀察得到，問題排查基本只能靠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，而監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一般較煩雜，通常排查周期較長(zhǎng)，所以一般出現(xiàn)問題都是大批量的，空氣溫度、排風(fēng)壓力、氣體流量的輕微波動(dòng)都有可能造成生產(chǎn)的電池片方阻較大的異常，對(duì)工藝人員排查問題的能力要求較高。為了節(jié)約成本，擴(kuò)散多采用高密度背靠背式擴(kuò)散，對(duì)機(jī)械臂精度要求較高，且碎片率相比于其他工序較高。由于擴(kuò)散工藝運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，一般一個(gè)小時(shí)左右，對(duì)于留存量的把控較難，長(zhǎng)時(shí)間留存的電池片受空氣污染，效率大打折扣。

擴(kuò)散的好壞直接決定了電池片的好壞，所以對(duì)于擴(kuò)散車間的管控逐漸成為各大廠商日益重視的焦點(diǎn)，擴(kuò)散車間工藝人員的培養(yǎng)也直接決定了擴(kuò)散車間的好壞。