液/固态源扩散对晶硅材料掺杂的研究

摘要

对于硅的n型和p型掺杂，在太阳电池的制备过程中占有非常重要的位置，本文分别以加入二氧化硅纳米球的硼酸、磷酸以及硼纸为源对硅片进行掺杂研究，并取得了优异的性能。
　　为了提高B扩散掺杂的性能，本文提出了用含有SiO2纳米球的硼酸溶液作为硼源对硅片进行扩散的方法。采用扫描电子显微镜、四探针和少子寿命测试等技术研究了SiO2纳米球、硼酸浓度、扩散条件等参数对硼酸源扩散形成p+硅层性能的影响。综合分析后发现，SiO2纳米球越小，扩散的均匀性越好。与未添加SiO2纳米球相比，扩散后生成的富硼层厚度明显减小，由130 nm降低到15 nm；同时，扩散的均匀性由88.17％提高到了96.68%。此外，添加SiO2纳米球进行扩散后结深有所减小，少数载流子寿命明显提高。研究结果表明，SiO2纳米球可以显著提高硼扩散掺杂p+硅层的性能。另外，当硼酸浓度增加到0.4 ml/g后，硼酸源已可以作为无限源为扩散提供B原子。扩散后方块电阻随扩散温度的升高而逐渐降低，同时，扩散均匀性随之增加，结深也逐渐加深。研究发现，扩散时间对扩散性能的影响与温度一致。
　　其次，本文以美国Filmtronics公司生产的型号为B40SC的硼纸为源，进行硼的扩散性能研究。实验中以自制的石英盒为容具放置硼纸，研究硼纸与硅片衬底的距离对扩散性能的影响。分析发现，硼纸与硅片衬底距离对扩散后方阻大小无影响，但当距离为0.3 cm时，扩散均匀性最好。另外，采用扫描电子显微镜、四探针和少子寿命测试等技术研究扩散温度和时间对硼纸扩散形成p+层的性能影响。研究发现，随着扩散温度增加，方块电阻随之降低，1050℃时低至6.9Ω/□，均匀性也增加至99.173%。扩散结深也随温度逐渐增加，由900℃的195 nm增加到1050℃的570 nm。但富硼层厚度也随温度的增加而增加，1050℃达到213 nm，同时，少数载流子寿命随之降低。扩散性能随扩散时间的变化趋势与随温度变化趋势一致。
　　磷在p型硅中的扩散主要用于太阳电池的核心结构p-n结的制备。针对磷的扩散，本文同样采用含有SiO2纳米球的磷酸溶液作为磷源对硅片进行掺杂。用扫描电子显微镜、四探针和少子寿命测试等技术研究了SiO2纳米球、磷酸体积浓度、扩散条件等参数对硼酸源扩散形成n+硅层性能的影响。研究发现，SiO2纳米球的粒径越小，磷扩散的均匀性越好，当H3PO4：60wt%SiO2=3:1后，方块电阻值不再发生变化。SiO2纳米球能有效增加磷酸源的扩散均匀性，由未采用SiO2纳米球的86.49%增加到94.9%，还可以有效抑制重掺杂层的生成，但其少数载流子寿命却有所下降。随扩散温度升高，方块电阻逐渐降低，扩散均匀性也随之增加，925℃时，均匀性达到99.42%。同时，磷的掺杂浓度也随着扩散温度的升高而增加，扩散结深随之加深，925℃时扩散结深已达到571 nm。随扩散时间增加，方块电阻值先急剧下降，后缓慢降低，均匀性也随之稍有增加。磷的掺杂浓度变化趋势与方块电阻变化趋势一致，但扩散结深由15 min的250 nm增加到60 min的486 nm，说明时间对扩散结深影响较大。

目录

声明

第一章 绪论

1.1晶硅太阳能电池概述

1.2掺杂方法介绍

1.3课题研究内容及目标

第二章 材料制备、结构和性能表征技术

2.1主要实验设备及原料

2.2制备方法

2.3性能表征仪器及方法

第三章 硼酸源扩散制备p+层的性能研究

3.1引言

3.2 SiO2纳米球对硼酸源扩散的影响

3.3硼酸浓度对扩散性能影响

3.4温度对扩散性能影响

3.5扩散时间对扩散性能的影响

3.6本章小结

第四章 硼纸源扩散制备p+层性能研究

4.1引言

4.2硼纸与衬底距离对扩散性能影响

4.3扩散温度对扩散性能影响

4.4时间对扩散性能影响

4.5本章小结

第五章 磷酸源扩散制备n+层的性能研究

5.1引言

5.2磷酸浓度对扩散性能的影响

5.3 SiO2纳米球对磷扩散性能影响

5.4温度对磷扩散性能影响

5.5时间对磷扩散性能影响

5.6本章总结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文