扩散制结技术：光生载流子传输的控制与损失

1.结的深度 扩散的核心是掌握结的深度。结深了会影响电性能参数。结浅了死层小，少数载流子的寿命比较高，光生载流子被收集的概率比较大，电池短波响应也好。但是，结浅会引起串联电阻增加，只有提高栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样就增加了工艺难度。如果结太深，死层比较明显，少子寿命低，进而影响光伏电池的光电转换效率。因此，经过计算及考虑各个因素，结深一般控制在0.3～0.5μm。

2.方块电阻R_sh这是一个二级指标。因为扩散深度无法测量，只能通过测方阻来大概反映扩散深度和扩散浓度，以及材料多重作用的结果。方块电阻也是烧结条件的重要指标。

（1）方块电阻的概念。方块电阻又称面电阻。指一个正方形的薄膜导电材料边到边之间的电阻。图7-16示出方块电阻，即B边到C边的电阻值。方块电阻的特性是任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的，不管边长是1m还是0.1m，它们的方块电阻都是一样的。方块电阻仅与导电膜的厚度有关。方块电阻R_sh计算公式如下：

式中 ρ———电阻率；

t———方块材料的厚度。

图7-16 方块电阻

（2）方块电阻测量中的问题

1）如果硅片存在油污或暴露在空气中时间过长，形成氧化层，会影响测试稳定性和测试精度。

2）如果探头存在油污也会引起测试不稳。可用干净的软纸擦拭探头。(www.xing528.com)

3）如果材料是蒸发铝膜，蒸发的厚度又太薄，形成的铝膜不能均匀地连成一片，而且形成点状分布，此时方块电阻会大大增加，与通过称重法计算的厚度和方块电阻值不一样，要考虑加入修正系数。

4）对于刻槽埋栅电池来说，一次扩散淡掺杂，方块电阻一般控制在40～60Ω/□；二次扩散重掺杂（槽内），方块电阻在100～300Ω/□。

3.扩散浓度 扩散浓度是制备p-n结很重要的一个参数，扩散浓度的大小也影响p-n结的深浅。如果扩散浓度比较小，方块电阻会比较大，栅线和半导体之间的接触电阻也会随着增大。如果扩散浓度太大，则会引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降。影响扩散浓度的因素主要有以下几个方面：

1）管内气体中杂质源的浓度。管内气体的杂质源主要是磷，进行扩散工艺时，杂质源的浓度越大，磷的扩散速度就越快，单位时间内扩散浓度也就越大。

2）扩散温度。温度越高，分子的运动越激烈，扩散过程进行得越快，在相同的时间内扩散浓度变化就越明显。

3）扩散时间。这也是影响扩散浓度的重要因素。扩散时间越长，扩散浓度就越大，同时所制备的p-n结的结深也就越大。

4.扩散工艺 包括两个过程：硅片表面含磷薄膜层的沉积；含磷薄膜层中的磷在高温条件下向p型硅里扩散。

光生载流子在扩散形成的n型发射区是多数载流子，在这些电子被金属电极收集之前要经过横向传输，传输过程中的损失来自n型发射区的横向电阻。

在太阳光谱中，不同波长的光有不同的穿透深度，也就是说不同波长的光在硅材料里的不同深度被吸收，波长越短的光，越在靠近表面的区域被吸收。因光子被吸收后所产生的电子载流子和空穴载流子需要扩散一定的距离才能到达p-n结附近，在这一过程中，有些载流子可能因为复合而消失，从而导致短路电流的降低。通常利用少数载流子寿命来对此复合损失加以描述。由于硅材料对短波长光（紫外光和蓝光）的吸收主要发生在表面附加区域，因此，考虑扩散结的要求时（扩散深度和结深），仅需要对短波长的光加以特别关注。

要制备高效电池，需要同时满足淡掺杂和表面钝化两个条件。