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                                 扩散氧化层对电池性能的影响

     现如今多晶硅是制作太阳电池的一种重要的原料，已经成为晶硅太阳电池生产的主力军。国内外学者也做了大量关于多晶硅体内杂质以及缺陷对少子寿命的影响研究，磷吸杂目的就是为了减少少子复合从而提高短路电流。
一、引言
　　多晶硅不同晶向的晶粒间存在着晶界，而很多晶界结构复杂，存在深能级缺陷的杂质。这样大量的晶界充当了陷阱和复合中心，使电池转换效率下降。多晶硅片中还含有Fe，Cr，Cu等杂质，它们一般以间隙态、替位态、复合体或沉淀的形式存在。它们的存在会直接引入深能级成为复合中心，降低少子寿命，影响电池转换效率。
二、实验过程
　　选用来赛维公司的多晶硅片，硅片从同一多晶硅锭相邻位置处的切割而来，以确保样品相同的性能。硅片厚度约为180±20μm，电阻率为2.5Ω·cm，对600片原硅片进行如下处理，首先用酸制绒除硅片表面的损伤层，然后用KOH去除多孔硅，再用HF和HCl去除氧化层和金属离子，整个减薄量控制在0.4g~0.48g。然后将硅片分为三组分别进行如下三种扩散工艺。扩散后的方阻都控制在60~70Ω/□范围内，扩散设备采用CT管式扩散炉，三种扩散工艺主要步骤如下。
　　工艺1：低温变温扩散:①温度850℃，通入干氧2000ml/min，大氮13000ml/min，时间400s;②温度850℃，通入小氮1800ml/min、干氧1000ml/min、大氮30000ml/min，时间600s；③温度875℃，通入小氮1800ml/min、干氧1000ml/min、大氮30000ml/min，时间1200s；④温度875℃，通入干氧2000ml/min、大氮30000ml/min，时间600s；⑤温度800℃，通入大氮12000ml/min，时间600s；⑥降温处理。工艺2：低温变温扩散①温度850℃，通入干氧2400ml/min，大氮13000ml/min，时间400s;②温度850℃，通入小氮1800ml/min、干氧1000ml/min、大氮30000ml/min，时间600s；③温度875℃，通入小氮1800ml/min、干氧1000ml/min、大氮30000ml/min，时间1200s；④温度875℃，通入干氧2000ml/min、大氮30000ml/min，时间600s；⑤温度800℃，通入大氮12000ml/min，时间600s；⑥降温处理。工艺3：低温变温扩散①温度850℃，通入干氧2800ml/min，大氮13000ml/min，时间400s;②温度850℃，通入小氮1800ml/min、干氧1000ml/min、大氮30000ml/min，时间600s；③温度875℃，通入小氮1800ml/min、干氧1000ml/min、大氮30000ml/min，时间1200s；④温度875℃，通入干氧2000ml/min、大氮30000ml/min，时间600s；⑤温度800℃，通入大氮12000ml/min，时间600s；⑥降温处理。
　　分别从三组扩散后的片中各取六片。分别为炉口、中、尾各两片，采用四探针测试仪分别测得掺杂区的方块电阻；2）再分别从三组扩散后的硅片中取样各3片，用HF酸去除表面的PSG，再用测试仪进行少子寿命测试，在测量时用碘酒对样品表面进行了钝化处理，测试的少子寿命体现了硅片的体寿命；3）将三组实验剩余硅片流入下道工序制备太阳电池。
　三、结果及分析
　　（一）方块电阻分析
　　扩散后的硅片取六片，分别为炉口、中、尾各两片。用四探针测试仪测得掺杂区的方块电阻。分别测取五个点，方块电阻测试结果如下表1所示：

     

　　方阻均匀性百分比=（每片的方块电阻最大值-每片的方块电阻最小值）/（每片方块电阻的总和/5）。其值越小代表片内方块电阻均匀性越好。
　　匀性是最好的，当干氧流量为2400sccm时其次，当干氧流量为2000sccm此时片内方阻均匀性是最差的。这主要是因为氧化时随着干氧流量的增加硅片的氧化层厚度逐渐增加，氧化层会阻挡磷源的掺入。而对CT管式扩散炉，当没有氧化层时硅片四个角接触的磷源要远比硅片中心点附近接触的磷源要多，这样导致了中间的方阻会比四个角的方阻一般要大。同样当氧化时硅片四个角反应也要比硅片中心点附近反应的更快更剧烈，这样造成硅片四个角比中间的氧化层更厚，此时四个角可以阻挡更多的磷源掺入，使硅片中心点附近和硅片四个角的附近的方阻更接近，这样很好的改善了片内方阻均匀性。
　　（二）少子寿命分析
 
　　图2所示：扩散后相比扩散前少子寿命都有不同程度的变化，每次扩散后都取3片硅片，扩散前硅片平均少子寿命为2.20μs，扩散后的硅片平均少子寿命分别为8.66μs，9.76μs，10.45μs。其中当干氧流量为2800sccm时，此时少子寿命最高的达到了10.45μs，其次是当干氧流量为2400sccm时也达到了9.76μs，而当干氧流量为2000sccm时少子寿命相对来说提高的最少只有8.66μs。扩散后的硅片之所以少子寿命比扩散前的高主要是因为磷吸杂减少了重金属离子的危害。事实上氧化时的干氧流量不能无限加大，在大规模生产中当干氧流量太大会导致氧化层过厚。这样会导致很大部分磷掺杂不到硅片里面，即会使扩散时间延长同时也浪费干氧和磷源，这样会增加生产成本，如何权衡利弊这是我们以后要讨论的问题。
四、总结
　　随着氧化时干氧流量由2000sccm~2400sccm~2800sccm逐渐增加。少子寿命得到了很大的提高，分别从8.66μs→9.76μs→10.45μs，此时的片内方阻均匀性也逐渐得到了很大的改善。制作成成品太阳电池片后，此时电池性能参数特别是短路电流和并联电阻分别高达8522mA和40.4Ω。相比前两种扩散工艺制作的成品电池片，此时的光电转换效率分别有0.14和0.08的提高。此工艺可在大族闭管式扩散炉中进行大规模生产，操作方便易行经济。
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