【干貨】APCVD技術(shù)在晶硅太陽電池中的應(yīng)用研究

　　太陽能光伏網(wǎng)訊常壓化學(xué)氣相沉積(AtmosphericChemicalVaporDeposition，APCVD)技術(shù)屬于SCHMID公司的專利技術(shù)，在北美光伏企業(yè)已有大規(guī)模應(yīng)用。以Sunpower通過此技術(shù)實(shí)現(xiàn)了n型IBC工業(yè)化生產(chǎn)超過22%的電池轉(zhuǎn)換效率為典型，被譽(yù)為高效n型電池開發(fā)極具潛力的關(guān)鍵性技術(shù)。之前，APCVD技術(shù)在光伏界的應(yīng)用處于國外技術(shù)封鎖階段，目前剛過技術(shù)保密期，因此對該技術(shù)的應(yīng)用研究在國內(nèi)已逐漸成為熱點(diǎn)，同時(shí)也具有先導(dǎo)性意義。

　　APCVD的原理

　　APCVD技術(shù)是指在大氣壓下，把一種或幾種含有構(gòu)成薄膜元素的化合物、單質(zhì)氣體通入放置有基材的反應(yīng)室，然后通過氣相化學(xué)反應(yīng)在基體表面上沉積一層固態(tài)薄膜的方法[1,2]。APCVD技術(shù)在太陽電池的發(fā)射極制備上的應(yīng)用原理是利用氣體源分別在硅片表面沉積一層磷硅玻璃層(PSG)或硼硅玻璃層(BSG)，再采用高溫推進(jìn)的方式將P+或B+推進(jìn)至硅片，在硅片表面一定深度內(nèi)產(chǎn)出間隙原子和空位，改變晶體結(jié)構(gòu)，從而形成電池發(fā)射極。

　　使用PH3可在p型硅片表面沉積一層PSG，經(jīng)過高溫推進(jìn)過程后形成太陽電池的核心結(jié)構(gòu)p-n結(jié)；使用B2H6可在n型硅片表面沉積一層BSG，經(jīng)過高溫推進(jìn)過程后形成太陽電池的核心結(jié)構(gòu)p-n結(jié)。在硅片表面沉積PSG或BSG的相關(guān)反應(yīng)原理如下

　　PSG層的形成SiH4+O2→SiO2+2H2；4PH3+5O2→2P2O5+6H2

　　BSG層的形成SiH4+O2→SiO2+2H2；2B2H6+3O2→2B2O3+6H2

　　APCVD的實(shí)現(xiàn)方式

　　實(shí)驗(yàn)使用的APCVD設(shè)備主要有加熱腔、沉積腔、冷卻腔3部分。APCVD工藝過程分為加熱、第一步沉積(BSG或PSG)、恒溫區(qū)域加熱、第二步沉積保護(hù)層(SiO2或TiO2)、降溫。使用不同的工藝氣體，可形成不同的沉積層。沉積過程在如圖1所示的系統(tǒng)下完成。

　　工藝氣體經(jīng)過管路到達(dá)沉積腔的噴頭處，從噴頭出來的氣體到達(dá)硅片表面，并在硅片表面相互反應(yīng)形成沉積層。噴頭處有5個(gè)細(xì)小的孔，可以滿足3種不同的氣體(O2、N2、SiH4/PH3/B2H6)同時(shí)經(jīng)過噴頭到達(dá)硅片表面。沉積速率可通過調(diào)整氣體比例及硅片溫度來控制；當(dāng)需要形成較厚沉積層時(shí)，可以通過增加噴頭數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。

　　APCVD制備發(fā)射極在晶硅太陽電池中的應(yīng)用

　　APCVD進(jìn)行常規(guī)p型單面晶硅太陽電池制備

　　制作常規(guī)p型單面晶硅太陽電池時(shí)，在工藝過程中導(dǎo)入APCVD制備發(fā)射極技術(shù)，僅需將高溫磷擴(kuò)散更換為APCVD沉積PSG及高溫推進(jìn)，其他工序與常規(guī)電池相同。工藝如下制絨→APCVD-PSG→高溫推進(jìn)→刻蝕→正面PECVD鍍SiNx→絲網(wǎng)印刷→燒結(jié)→I-V測試

　　在硅片表面制備PSG后進(jìn)行高溫推進(jìn)，與常規(guī)高溫磷擴(kuò)散相比，有增加硅片表面磷摻雜的均勻性的優(yōu)勢。

　　APCVD進(jìn)行p型雙面晶硅太陽電池制備

　　雙面電池典型的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)高摻雜區(qū)域一個(gè)硼摻雜的發(fā)射極和一個(gè)磷摻雜的發(fā)射極。傳統(tǒng)工藝進(jìn)行雙面電池的制備需要進(jìn)行兩次擴(kuò)散阻擋層的制備及兩次濕法化學(xué)去除阻擋層，工藝過程十分繁瑣，而這正是阻礙雙面電池工業(yè)化生產(chǎn)的絆腳石。使用APCVD制備兩種摻雜能有效簡化工藝過程。兩種工藝制備p型雙面電池的工藝流程如表1所示。

　　從表1可看出，APCVD技術(shù)應(yīng)用到雙面電池的制備中能有效簡化熱擴(kuò)散兩次制結(jié)的中間步驟，減少雙面電池的制作工藝。采用APCVD技術(shù)制備雙面電池時(shí)，可實(shí)現(xiàn)前后表面B/P摻雜的共推進(jìn)，能減少兩次熱擴(kuò)散對電池質(zhì)量的損傷。相較于傳統(tǒng)的熱擴(kuò)散工藝APCVD技術(shù)，制備出的p型雙面電池方阻更均勻，能縮小電池片效率的分布區(qū)間，提升電池片的整體質(zhì)量，降低制作成本。