扩散装备发展现状及发展趋势.pdf

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1、扩散装备发展现状及发展趋势半口曹孙根口郑荣豪z口肖乐z1．南通康比电子有限公司江苏南通2260002．上海大学机电工程与自动化学院上海200072摘要：研究了光伏发电的关键设备太阳能电池的光电转换效率，并说明了影响太阳能电池转换效率的3个关键因素。讨论了扩散炉对太阳能电池进行磷扩散的扩散时间对3个因素的影响程度。说明存在适合的扩散时间使太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子达到最大值。同时讨论了现有扩散炉设备的温度控制时间和温度对扩散的影响，并在技术表格中列出了现有扩散炉设备的技术参数。分析现有设备的优缺点，提出了扩散炉改进方向。关键词：光伏发电扩散炉技术参数中图分类号：TH6文献标识码

2、：A文章编号：1000—4998(2013)05—0069—03随着全球对能源的需求持续稳定增长，煤矿、化功率、单位面积的太阳能强度、电池面积有关[3]。石、天然气等传统能源正迅速消耗并且在可预见的时1)短路电流：即太阳能电池有光照但短路时的电间内消耗殆尽。而且传统的能源运用所引起的一系列流大小。环境问题让人类意识到开发新能源特别是可再生的理论最大电流密度为：绿色能源迫在眉睫。JLo~o=qFEg(1)近年来，太阳能光伏应用专用设备的销售收入持实际收集电流：续增长(如图1所示)，表明了太阳能光伏产业正日益JL=J0iJ。qF(A)[1-R(A)]口(A)edxjdA(2)成为新能源产业的重

3、要组成部分．太阳能的光伏应用已展示了一幅非常广阔的前景。式中：F为光量子数(与光照强度有关)；E为带宽度；A为电池厚度变量；为电子电荷；尺为与波长有关的反30射系数；a为与波长有关的吸收系数；H为电池厚度；125为离电池表面距离。20152)开路电压：即太阳能电池有光照但开路时的电jlIⅡ1O压大小。据5：gln(、0+1)(3)0式中：A为二极管曲线因子；k为波尔兹曼常数；为温时间／年▲图1历年上半年太阳能电池设备销售收入度；厶为二极管反向电流；即五。3)填充因子：目前太阳能光伏产业存在的主要问题有两个方面：第一方面是太阳能电池的效率较低；第二方面是脾奇=(4)太阳能光伏发电的发电成本较

4、高。其中原始太阳能电式中：，m、分别为最佳电流、电压。池生产成本是主要部分。目前市场上产业化较好的单4)太阳能转换效率：晶硅太阳能电池的光电转换效率一般为17％～20％。叼：只：(5)GaAs叠层电池的转换效率最高能到达35％[33。本文研究了太阳能电池生产过程中的扩散工艺对其光电转式中：为单位面积的太阳能强度。换效率的影响。由式(5)得出，太阳能光电转换效率与电流密度、开路电压、填充因子有密切的关系，且都成正比。所以1太阳能光电转换效率计算要提高光电转换效率。就必须同时获得较高的短路电太阳能的转换效率与短路电流、开路电压、最大流密度、开路电压和填充因子。发射区的掺杂浓度和结深对和的影响是

5、对立的[。所以就必上海市科委资助项目(编号：1ldz1202602)然存在一个折中的掺杂浓度和结深。既能考虑到短路收稿日期：2013年2月机械制造51卷第585期2013／5电流密度，又能兼顾到开路电压。所以选择适合的扩散小，导致电池短路，电流密度减小。32艺E5对提高太阳能电池的效率有非常重要的意义。2．1．4填充因子与扩散时间的关系随着串联电阻R增加，并联电阻R减小，器件最2各扩散工艺对太阳能电池的光电转换效率大功率输出点的输出电流，m减小[7]，由式(4)得出填充的影响因子随，m减小而减小。电池的R和R都是随主2．1扩散时间扩时间增加而逐渐减小的，在串联电阻减小的情况下，扩散时间直接

6、影响掺杂浓度和掺杂的深浅．从而填充因子仍然逐渐下降，这是因为此时并联电阻的减对太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子都有不小对填充因子的影响起了主要作用。同程度的影响。目前扩散炉的扩散时间分为主扩时间2．2扩散温度和再分布时间。主扩即恒定表面浓度扩散，再分布扩扩散炉是在高温环境下对硅片进行掺杂磷．以制散是恒定杂质总量扩散。研究主扩时间对太阳电池扩作太阳能电池的N结。影响掺杂的工艺参数有温度、散层方块电阻口、开路电压一短路电流氏、填充因压力、硅的晶向和掺杂水平等，其中温度是关键的工艺子的影响。从而得到最佳扩散时间。参数，影响掺杂速度、均匀性、空隙s引等。2．1．1方块电阻与扩散时间的关系2

7、．2．1加热方式当扩散温度和再分布时间固定时。方块电阻随着目前扩散炉的加热方式一般为电阻丝加热．即利主扩时间的增加而逐渐减小。用高电阻的电阻丝缠绕在扩散炉炉体上．接通高电流就能迅速加热。当检测元件检测到温度低于设定温度R口=—qtzdv-D=pd(6)时，电阻丝通电开始加热，当检测到温度高于设定值式中：尺口为方块电阻；为电阻系数；ND为杂质浓度；p时，电阻丝不加电，停止加热，如此反复。这种加热方式为电阻率；d为PN结深。