太阳能电池片科普系列——扩散篇

:扩散通俗讲就是给太阳能电池片制造最核心的部分，是太阳能电池片的心脏，是利用POCl3磷扩散制PN结的过程，是扩散工艺的好坏也直接影响电池片效率的多少，通常的公司都会采取0或1的管控措施，电池片经过扩散工序，对于扩散有差异电池片直接返工（制绒之前）。

值得注意的是制PN结并非单纯的将两个不同的电池片（P型硅和N型硅）叠加在一起，P型硅和N型硅必须产生良好的内部接触，因此通常采用在P型硅片的一面扩散制成N型。

一、扩散的方法

１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散

２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散

３．丝网印刷磷浆料后链式扩散等等

目前国内多采用第一种方法（稳定、可控性强）。

二、POCl3扩散的原理

POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：

生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：

由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：

生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气 。

在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：

POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。

三、扩散车间控制指标

1、扩散方阻。扩散工序最主要的监控指标，不同方阻代表不同的扩散程度，其主要与掺杂时间、掺杂温度、磷源流量有密切的关系。

2、结深、表面浓度等、测量难度较大，通常不轻易测量。

四、扩散车间常见事项

1、磷源安全。三氯氧磷属于剧毒物（小编听说吸一口就会嗝屁），磷源一般有专门密闭储藏室，且扩散车间一般与其他车间分离，做简单密闭处理，车间内设置有磷源泄露检测装置（小编提醒，企业要定期检查传感器状态避免失灵，对于一些小企业对于剩余磷源采取人工倒灌以节省成本的做法也表示强烈抗议）。

2、方阻监测。相对于其他材料，方阻的测量由于经过扩散，其大小受光线影响较大，工人分批次测量时必须督促其关闭屏蔽罩。

3、洗舟检查。石英舟是承载电池片进入扩散炉管的特殊材质的舟，由于需要重复使用，长期的不清洗会导致电池片效率下降严重。

4、温度参数校队。扩散机台在扩散过程中对于温度极为敏感，且每一几天温度参数较多，且都数值较大，经常发生人工更改温度出现输错情况，后果严重。

5、检查车间内，气体压力、磷源最低刻度、负压是否正常，异常情况通知外围调整。

6、匹配丝网印刷，不同方阻所匹配的丝网工艺不同，以达到最佳的转换效率。

五、总结

扩散车间是一个非常特殊的车间，反应条件严苛，工艺人员不可能观察得到，问题排查基本只能靠计算机控制系统的监控数据，而监控数据一般较烦杂，通常排查周期较长，所以一般出现问题都是大批量的，空气温度、排风压力、气体流量的轻微波动都有可能造成生产的电池片方阻较大的异常，对工艺人员排查问题的能力要求较高。为了节约成本，扩散多采用高密度背靠背式扩散，对机械臂精度要求较高，且碎片率相比于其他工序较高。由于扩散工艺运行时间较长，一般一个小时左右，对于留存量的把控较难，长时间留存的电池片受空气污染，效率大打折扣。

扩散的好坏直接决定了电池片的好坏，所以对于扩散车间的管控逐渐成为各大厂商日益重视的焦点，扩散车间工艺人员的培养也直接决定了扩散车间的好坏。