中心議題：

• 晶體矽太陽電池擴散性研究
• 擴散均勻性影響因素
• 工藝氣體流量對爐內溫度的影響

解決方案：

• 采取溫區補償技術
• 通過調整工藝反應時間、氣體流量和反應溫度三者實現

晶體矽太陽電池能夠取得高效轉換效率的原因主要是基於表麵鈍化、濕氧氧化等技術的應用。新技術的開發與運用同時也極大地促進了太陽電池的商業化發展。在過去的10年，全球太陽電池的生產以年平均30％的速度快速增長
，單晶矽和多晶矽太陽電池的增長所占比重最大，超過整個太陽電池增長的80％。

chuchanyehuayunyongxinjishuwai，taiyangdianchizhizuozhonggongyiyouhuayefeichangzhongyaode。taiyangdianchichanyehuasuomianlindezhuyaowentizhiyishiruhezaibaozhengdianchigaozhuanhuanxiaolvqiantixiatigaochanneng。kuosanzhizuoP－Njieshijingtiguitaiyangdianchidehexin，yeshidianchizhilianghaohuaideguanjianzhiyi。duiyukuosangongxu

，zuidawentizaiyuruhebaozhangkuosandejunyunxing。kuosanjunyunxinghaodedianchi。

其後續工藝參數可控性高。可以較好地保證電池電性能和參數的穩定性。擴散均勻性在高效率低成本電池產業推廣方麵主要有兩個方向：一個是太陽電池P-N結新結構設計的應用
，比如N型電池、SE(selectiveemitter)電池等；另一個是由於其他工序或材料新技術的應用需要尋求相應的擴散工藝路線，比如冶金矽用於太陽電池、Sunpower公司的Low-costrear-contactsolarcells和夏普公司的back-contactsolarcells等。

這些都是擴散對均勻性要求新的研究方向。晶體矽產業化擴散製作P-N結所采用的擴散爐主要為管式電阻加熱方式(普遍選用Kanthal加熱爐絲)，裝載係統主要有懸臂式(loading／unloading)和軟著陸(softcontactload-ing
，簡稱SCL)兩種，國內擴散爐以懸臂式為主，國外以SCL為主。相對於配置懸臂裝載機構的擴散爐，SCL式擴散爐因其爐口密封性更易保障
，並不采用石英保溫檔圈來保證爐門低溫狀態。

工藝反應過程中SiC槳退出反應石英管外

，這些設計上的優點減少擴散均勻性的影響因素，在工藝生產中能更好地保證擴散的均勻性；同時也極大地降低工藝粘汙風險，為高效太陽電池產業應用提供硬件保障。這也是SCLshikuosanluzhubuqudaixuanbizhuangzaishikuosanludeyuanyinsuozai。zaoqidegongyiluxianzhuyaobaokuokaiguankuosanyubiguankuosan
，jianyuduikuosanjunyunxingyaoqiudebuduantigaoheduigaozhuanhuanxiaolvdianchidaguimoshengchanchengbenjiangdideyaoqiu，xianjibencaiyongbiguangongyiluxian。duixuanbiguanshikuosanluzhongyingxiangkuosanjunyunxingdeqifenchangyinsujinxingxiangguandeyanjiu，yidadaoyouhuagongyicanshu
、降低生產成本的目的。

擴散均勻性影響因素

針對管式擴散爐的特點，優化擴散的均勻性主要采取溫區補償技術。在大規模生產中
，補償方法主要通過調整工藝反應時間、氣體流量和反應溫度三者實現。配備懸臂裝載機構擴散爐本身的特點及恒溫區位置的固定，確保了SiC槳
、石英保溫檔圈
、均流板和石英舟是固定位置使用。影響擴散均勻性因素除相關物件固定放置位置外，工藝氣體總流量、feiqipaifangliuliangyuluneiyaqiangdepinghengshezhi
，junliubandeqitijunyunfenliusheji，feiqipaifangweizhiyuqiliubianhuaduiwenduwendingkangganraodepinghengshezhidengyinsuyezhiguanzhongyao，yinzhexieyinsuxianghuguanlianyingxiang，shideshengchanzhongdegongyiyouhuaxiangduikunnan，youqishiqifenchangyinsugengnankongzhi，zheyeshigaiyanjiulingyuzhijinweijianlikuosanjunyunxingqifenchanggongchengmoxingdenandian。

根據氣氛場因素的特點，作出擴散氣氛場結構示意圖如圖1所示。圖1中，箭頭方向為氣體示意流向
；廢氣排放管和ProfileTC套管處於同一水平麵上，工藝廢氣經廢氣排放管排到液封吸收瓶(工業生產常用酸霧處理塔)處理，處理合格後排氣。
         
工業化生產中擴散爐的均勻性主要通過測試擴散後矽片的方塊電阻來反映。工藝反應時間、氣(qi)體(ti)流(liu)量(liang)和(he)工(gong)藝(yi)反(fan)應(ying)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)非(fei)常(chang)直(zhi)觀(guan)地(di)體(ti)現(xian)在(zai)方(fang)塊(kuai)電(dian)阻(zu)值(zhi)的(de)變(bian)化(hua)上(shang)

，即(ji)增(zeng)加(jia)工(gong)藝(yi)反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)和(he)工(gong)藝(yi)反(fan)應(ying)溫(wen)度(du)將(jiang)導(dao)致(zhi)方(fang)塊(kuai)電(dian)阻(zu)值(zhi)的(de)降(jiang)低(di)，磷(lin)源(yuan)流(liu)量(liang)的(de)減(jian)小(xiao)反(fan)映(ying)在(zai)方(fang)塊(kuai)電(dian)阻(zu)值(zhi)的(de)升(sheng)高(gao)；反之亦然。

工藝氣體流量對爐內溫度的影響

在工藝溫度穩定條件下，關閉小N2(磷源bubblerbottle)
，通過手動調節大N2流量，試驗記錄擴散爐石英反應管內爐口、爐中、爐尾3段ProfileTC(tlaermalcouple)溫度隨爐內氣體流量(壓強)的變化情況
，以研究爐內氣氛場氣體流量(壓強)變化對與擴散均勻性密切關聯的溫度影響程度和趨勢。試驗過程包括：

(1)檢查爐門及各氣路連接處的密封性；
(2)設備溫度PID參數自整定；
(3)手動調節大N2流量，從25L／min，增加到27L/min，記錄流量調節前後穩定溫度值和流量變化導致的溫度動態偏差值
，見表1；
(4)手動調節大N2流量，從25L／min
，減少到23L/min，記錄流量調節前後穩定溫度值和流量變化導致的溫度動態偏差值
，見表2，表中Zone1為爐尾

，Zone2是爐中尾
，Zone3為爐中
，Zone4是爐中口
，Zone5為爐口。
[page]
從表1和表2的數據可看出，氣流量由25L／min向27L／min變化，爐尾溫度降低1℃，爐口溫度無變化，氣流量由25L／min減少到23L／min，爐尾溫度升高1℃
，爐口溫度降低1℃。
         
     

廢氣排放位置對爐口均勻性的影響

擴(kuo)散(san)爐(lu)恒(heng)溫(wen)區(qu)的(de)有(you)限(xian)性(xing)與(yu)生(sheng)產(chan)產(chan)量(liang)的(de)最(zui)大(da)化(hua)是(shi)矛(mao)盾(dun)關(guan)聯(lian)的(de)。在(zai)生(sheng)產(chan)中(zhong)，需(xu)要(yao)在(zai)恒(heng)溫(wen)區(qu)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)放(fang)置(zhi)擴(kuo)散(san)矽(gui)片(pian)
，保(bao)證(zheng)恒(heng)溫(wen)區(qu)溫(wen)度(du)的(de)精(jing)度(du)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)。因(yin)配(pei)置(zhi)懸(xuan)臂(bi)式(shi)裝(zhuang)載(zai)係(xi)統(tong)的(de)擴(kuo)散(san)爐(lu)爐(lu)口(kou)對(dui)溫(wen)度(du)的(de)幹(gan)擾(rao)最(zui)大(da)，可(ke)將(jiang)廢(fei)氣(qi)管(guan)口(kou)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)靠(kao)近(jin)爐(lu)門(men)

，同(tong)時(shi)也(ye)能(neng)改(gai)善(shan)靠(kao)近(jin)爐(lu)口(kou)方(fang)向(xiang)矽(gui)片(pian)反(fan)應(ying)區(qu)域(yu)氣(qi)氛(fen)場(chang)的(de)均(jun)勻(yun)性(xing)。因(yin)此(ci)
，分(fen)別(bie)調(tiao)整(zheng)廢(fei)氣(qi)排(pai)放(fang)位(wei)置(zhi)並(bing)進(jin)行(xing)試(shi)驗(yan)對(dui)比(bi)。

從表4可看出，廢氣排放口離恒溫區越遠，即離爐口越近，爐口的方阻片內／片間均勻性改善越好
，但廢氣排放的同時也有大量熱能的排放，在排放口區域聚集的熱能較多，因考慮到爐門的低溫(一般為小於200℃)要求
，在一定程度上又限製了排放口到爐門的距離不能太近。所以
，生產中廢氣排放口的較佳位置是在一個兩向平衡距離範圍內。

              

排風量大小對爐口均勻性的影響

dangjinrukuosanlushiyingguanneidegongyiqitizongliuliangyidingshi

，paifengliangdaxiaodeshedingzhijieyingxiangkuosanluneideqifenchangyaqiangbianhua，erqifenchangyaqiangyouyuluneigongyiqitidenongduxiangguanlian．從而影響擴散的均勻性，尤其是爐口的均勻性。

通過表5分(fen)析(xi)爐(lu)口(kou)片(pian)內(nei)極(ji)差(cha)大(da)的(de)具(ju)體(ti)原(yuan)因(yin)
，得(de)到(dao)極(ji)差(cha)大(da)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)矽(gui)片(pian)下(xia)半(ban)部(bu)分(fen)方(fang)塊(kuai)電(dian)阻(zu)大(da)造(zao)成(cheng)的(de)，而(er)這(zhe)下(xia)半(ban)部(bu)分(fen)又(you)與(yu)排(pai)氣(qi)口(kou)最(zui)近(jin)，故(gu)采(cai)取(qu)調(tiao)小(xiao)排(pai)氣(qi)閥(fa)開(kai)度(du)，增(zeng)加(jia)爐(lu)內(nei)壓(ya)強(qiang)，間(jian)接(jie)地(di)增(zeng)加(jia)工(gong)藝(yi)氣(qi)體(ti)反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)，從(cong)而(er)改(gai)善(shan)爐(lu)口(kou)片(pian)內(nei)均(jun)勻(yun)性(xing)和(he)片(pian)間(jian)均(jun)勻(yun)性(xing)。對(dui)於(yu)穩(wen)定(ding)生(sheng)產(chan)而(er)言(yan)，爐(lu)內(nei)壓(ya)強(qiang)的(de)最(zui)佳(jia)值(zhi)是(shi)在(zai)一(yi)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)，這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)工(gong)藝(yi)反(fan)應(ying)氣(qi)體(ti)流(liu)量(liang)與(yu)廢(fei)氣(qi)排(pai)放(fang)量(liang)需(xu)保(bao)持(chi)一(yi)個(ge)整(zheng)體(ti)平(ping)衡(heng)。

晶體矽太陽電池的主要工藝製作過程包括製絨
、擴散、刻蝕、鍍膜、印刷、燒結等
，每道工序的相關控製參數都直接或間接地與電池電性能參數相關聯。對於擴散工序而言，擴散的均勻性直接體現在矽片形成的P-N結結深差異性上，均勻性好反映出結深差異性小，反之亦然。

而不同的P-N結結深其燒結條件不一樣。從另一方麵
，同樣的燒結條件生產應用於擴散均勻性好的在製電池片
，其歐姆接觸性能、tianchongyinzidengdianxingnengcanshuyizhixinghao，zuizhongtixianzaitaiyangdianchidezhuanhuanxiaolvyizhixingdekekongxing。yongshiyanfangfafenxiyingxiangjingtiguitaiyangdianchikuosanjunyunxingdeqifenchangyinsujiqigongyitiaojieyouhuagaishanfangfa，zaigongyitiaoshiguochengzhongxuyaozhuyizhexieqifenchangyinsushixianghuguanlianyingxiangde，yibanxianyouhuagaishanjunliubandejunyunfenliushejihefeiqipaifangweizhiyinsu
，zaizonghegongyiqitiliuliang、排氣量等其他相關因素係統調整爐內壓強平衡。通過擴散均勻性的優化調節。可以很好地改善太陽電池的填充因子FF、並聯電阻Rsh、串聯電阻Rs和開路電壓Ucc等電性能，從而降低電池的製造成本。