钝化与扩散技术学习资料.ppt

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1、钝化与扩散技术一、扩散及电池设计1、发射区设计各种电活性的磷扩散浓度的纵向分布磷在硅中的固溶度为1021cm-3。对于32/的磷掺杂，其表面杂质浓度已经接近固溶度。RƆ=/d掺杂重RƆ结浅dRƆ掺杂轻RƆ结深dRƆ300K下硅的实测电阻率与杂质浓度的关系掺杂的有效性太阳电池发射极扩散设计1—掺杂浓度在较高掺杂时空穴的迁移率迅速下降高掺杂低低D低L但是，在扩散层的扩散长度L必须大于扩散层厚度，扩散层的少子是空穴L=DD=(kT/q)—迁移率D—扩散系数（典型值：50cm2/s）—少子寿命（10-9s~ms）太阳电池

2、发射极扩散设计2—少子寿命在高掺杂的情况下少子寿命迅速下降。其原因是Auger复合，与材料纯度无关。直线的斜率近似为2，因此：1/n2Auger复合Auger复合：电子-空穴对发生符合将能量或动量交给自由电子或空穴。电子或空穴越多，这种复合的几率约高。在高掺杂条件下，少子寿命与n2成反比Auger复合造成的问题对于n型掺杂：估计掺杂浓度：1019/cm3Dh~1…2cm2/s~10-9secLh~10-4…10-5cm=0.1to1um为了收集在发射区的少数载流子，我们需要使其厚度低于0.5um=>以确保发射层电阻率!太阳电池发射极扩散设计3—吸收系数值得庆幸的是：

3、在1m的层内的吸收需要吸收系数：>106m-1从右图可以看出：这样的吸收系数对应着兰光。即：在发射区内只吸收兰光太阳电池发射极扩散设计4—与太阳光谱的匹配发射极优化设计发射极厚度<0.5m高的掺杂以造成低的发射极电阻率因为接触电极就在附近，因此应尽量将发射极靠近电极处的少子寿命复合降至最低尽可能地降低发射极的扩散浓度设计概念1在金属与半导体之间有一层超薄SiO2，有隧穿效应，但是只能穿过多子—电子；但是少子—空穴不能穿过设计概念2在金属与半导体之间有一层超薄SiO2，但是在电极处开有窗口，少子—空穴可以穿过，但是较多的电极仍被SiO2屏蔽2、基区设计原则基区必须足够

4、厚以全部吸收AM1.5光谱的光在基区产生的少数载流子必须足以达到结区，因此电子扩散长度Le应大于基区厚度为降低少子的复合，必须减小下述过程：体复合表面复合接触复合基区厚度为吸收每一个可见光子Si的厚度应大于300m。如果要吸收红外光则需要1000m。相比，GaAs只需要1m就可以吸收大部分光。电子的迁移率De=(kT/e)u=39cm2/s基区设计参数1.Ln>300um2.RequiresL>300um>D.3.D在掺杂区几乎是一个常数，数值在30到40cm2/s因此，>2.5x10-5sec（25um）基区的少子寿命可以看到在较低的掺杂浓度下（<1017c

5、m-2）已经不是Auger复合为主了基区设计考虑因素如果电子在电极处复合，将失去一个电子在基区中掺杂时均匀的，因此在基区中没有场电子呈无规自由运动结成为少子收集区，边界条件：ce,exces=0因此收集效率随距结区的距离（x）而减小exp(-x/L)基区设计考虑因素1—收集几率少数载流子收集的数量（忽略体复合）等于载流子产生率与收集几率的乘积在端点的收集几率为零因为表面复合基区设计考虑因素2—收集数量二、钝化设计基区少数载流子收集的重要目标降低复合：体内复合表面复合电极复合1、体复合体复合在较低的掺杂浓度下主要是缺陷和杂质复合为主背场效应EfFrontcontactRea

6、rcontact在p区与电极交界处制备一层同质重掺P+层，将电子推回结区有背场后，收集效率衰减仅为exp(x/Le)各种体内杂质外来间隙原子位错自间隙沉淀杂质堆垛层错体位杂质空穴在外来离子位错附近的晶格畸变外来替位杂质各种杂质在硅中造成电池效率的下降各种杂质在硅中的实测电离能位于禁带靠近中间部位的那些杂质最容易造成符合材料的少子寿命与掺杂的关系硅材料的少子寿命与杂值能级深度inm之间以及掺杂浓度之间的关系可见，在同样掺杂浓度的情况下，杂质能级越靠近能带中心，其少子寿命越低对于同样的能级深度，掺杂越重，其少子寿命越小掺杂杂质的费米能级位置与浓度和温度的关系体内钝化方案将杂

7、质移动到无害位置（铝背场、发射区）用氢钝化悬挂键，这些悬挂键位于晶粒边界、位错附近GlassydiffusionsourceSolarCellblank扩散时形成磷硅玻璃，是一种非晶结构，杂质趋于移动到这些区域，在后续工艺中这层磷硅玻璃将被出去，带走杂质AlbackcontactAl-Si在高温下形成液态，在降温后形成合金区和Al扩散层，杂质在这些区域富集体内钝化方案PECVDSiNxPECVD制备的SiN含有百分之几的原子氢，在后续的快速热退火中这些氢会进入体内。在750°C，氢原子在1秒时间内将会穿过整个太阳电池。氢钝化机