气相沉积非晶硅基固态扩散源制备晶体硅太阳电池发射极研究

摘要

晶体硅太阳电池现行生产技术中普遍采用气相源扩散掺杂制备发射极，该法均匀性较差，且在现有基础上进一步提高发射极的方块电阻较为困难，限制了晶体硅太阳电池性能的提升。我们提出了一种新的扩散制备晶体硅太阳电池发射极的技术，其基本设想为：采用低温CVD沉积重掺杂硅基薄膜，得到均匀一致的、杂质原子浓度精确可控的扩散源，然后进行高温扩散,并以 HF去除残留的扩散源层以得到性能优良的、方块电阻可大范围调节的晶体硅太阳电池发射极。本论文系统研究了扩散源层的材质、制备工艺以及配套的高温扩散温度、时间等对所得发射极层的方块电阻、表面非晶硅层去除程度等的影响，掌握所提设想的可行性并在此基础上对技术路线进行设计和参数优化。
　　本研究主要内容包括：⑴采用热丝CVD沉积重掺杂氢化非晶硅（α-Si:H）薄膜作为固相扩散源，可获得良好发射极，但存在表面非晶硅层难以完全去除问题；采用可控氧化硅薄膜（α-SiOx:H）作为扩散源层，然后进行约400℃的低温预处理去氢，再进行高温扩散，最后以HF去除残留扩散源层的技术路线，可以获得掺杂浓度均匀可控的n型和p型晶体硅太阳电池发射极，其表面无残留非晶硅层。⑵对于p型晶体硅太阳电池所用的掺磷发射极层，采用磷烷以热丝 CVD法沉积重掺杂α-SiOx:H薄膜作为扩散源，通过扩散源沉积参数、高温扩散温度和时间的调节，实现了方块电阻在90~250Ω/□的可控制备。90~100Ω/□是目前p型晶体硅太阳电池发射极的优化方块电阻值，因此本技术路线可望适于p型晶体硅太阳电池的产业化生产。⑶对于n型晶体硅太阳电池所用的掺硼发射极层，采用硼烷以热丝 CVD法沉积重掺杂α-SiOx:H薄膜作为扩散源，通过技术参数调节，实现了方块电阻在155~600Ω/□的可控制备。其中，热丝CVD沉积时B2H6=8 sccm，扩散温度为1000℃，膜厚为200nm时，发射极层方块电阻最小，达到了155Ω/□。这已超过了前人通过气相扩散制备n型晶体硅太阳电池发射极所得最佳水平。

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第1章 绪论

1.1 晶体硅太阳电池发展背景

1.2 晶体硅太阳电池发射极技术

1.2.1 扩散的基本原理

1.2.2 现有晶体硅太阳电池扩散制备发射极技术分析

1.3 本课题研究目的与内容

第2章 气相沉积非晶体硅基固态扩散源材料与工艺

2.1 引言

2.2 实验过程与方法

2.2.1 实验材料与式样

2.2.2 p-n结制备原理与工艺

2.2.3 衬底样品表面准备

2.2.4 HWCVD沉积固态扩散源（α-Si:H薄膜）

2.2.5 固态源扩散

2.2.6 扩散后的检测及表征方法

2.3 结果与讨论

2.3.1α-Si:H薄膜扩散源沉积工艺及其对发射极层性能影响

2.3.2 非晶氧化硅薄膜沉积生长工艺及其对最终发射极性能的影响

2.4 小结

第3章 基于气相沉积非晶硅基薄膜扩散源的扩散制结工艺研究

3.1 引言

3.2 实验过程与方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 预处理去氢

3.3.2 掺磷n型发射极的扩散制备

3.3.3 掺硼p型发射极高温扩散工艺

3.4 小结

第4章 总结与展望

4.1 结论

4.2 未来发展展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果