掺杂设计对晶硅太阳电池的影响

高效晶硅太阳电池制备过程中掺杂设计设计了四次掺杂。

1.第一次掺杂 拉晶时轻掺杂，制备p型硅晶体，用三价硼（B），使p型电阻率﹥15Ω·cm（实际工程可不掺杂，只要去除其他杂质，保持原始硅晶体中的基硼含量）。

2.第二次掺杂 发射极轻掺杂，制备p-n结，产生内电场，建立开路电压V_oc。注意不能过渡掺杂，否则会引入带尾态，发生带隙收缩。

（1）掺参方法。掺参方法有扩散法、离子注入法、薄膜生长法等。

1）扩散法。将p型硅片放入扩散炉中，加温至1000～1200℃，通入P₂O₅气体。P₂O₅气体在硅表面分解，磷沉积在硅表面并扩散到硅片中，在硅表面形成一层含高浓磷的n型硅单晶，与基体p型硅单晶的交界处构成p-n结。

2）离子注入法。用具有一定能量的离子（荷能离子）轰击固体靶，并进入到固体靶中的物理现象，是掺杂的重要工艺之一。它的全过程是在具有高真空系统的离子注入机中完成。将掺杂剂的离子束在静电场中加速，加速到所需要的能量，直接注入p型硅片表面，在表面形成n型硅单晶，与基体p型硅单晶的交界处构成p-n结。经过适当的温度退火后，改变注入层内半导体材料的组分和性能，达到掺杂（或改性）的目的。静电加速后的离子能量要达到几万甚至几十万电子伏特。

3）薄膜生长法。在p型硅片表面，通过气相、液相等外延技术，生长一层薄膜，构成p-n结。

可视产业化效果选择掺杂方法。

（2）p-n结形态。形成p-n结的方法不同，p-n结附近的杂质浓度的分布不同。如果杂质浓度的变化是陡直的，这种p-n结称为突变结；如果变化是呈线性缓慢变化的，这种p-n结就称为线性缓变结。图4-11示出突变结与线性缓变结。

图4-11 突变结与线性缓变结(www.xing528.com)

a）突变结 b）线性缓变结

（3）工艺参考

1）用五价磷（P），采用扩散炉，磷扩散浓度2×10²⁰cm^-3，薄层电阻40Ω/□，深0.2～0.4μm。不能太深，否则会产生“死层”。

2）I_sc和V_oc对于掺杂浓度的依赖关系方向相反，因此为了得到最大的转换效率，存在一个最佳的掺杂浓度。

3）任意一个p-n结的杂质，都是由表面向体内杂质浓度减小，可以是高斯分布、余误差分布或更为复杂的分布，因而n区中存在着漂移电场。

表4-6列出硅太阳电池耗尽区（p-n结）宽度，可供制造时参考。

表4-6硅太阳电池耗尽区宽度

3.第三次掺杂 重掺杂上电极下表面，减小串联电阻，用三价硼（B）。

4.第四次掺杂 重掺杂背电极下表面，减小串联电阻，用三价硼（B）。