方塊電阻對電池片效率的影響

1、方塊電阻對電池片效率的影響摘 要 通過對太陽能電池消費過程中的擴散工藝的分析與研究，討論不同大小的方塊電阻對太陽能電池片效率的影響，從而進步太陽能電池轉換效率。關 鍵 詞： 太陽電池；硅片；擴散 ；轉換效率。中圖分類號： C35 文獻標識碼： AO 引言制作單晶太陽能電池的主要原材料是單晶硅。在經(jīng)過制絨、清洗、擴散、刻蝕、二次清洗、鍍膜、絲網(wǎng)印刷與燒結這幾道工藝后，整個太陽能電池片就消費成功，接下來就是測試效率，也是我們制作電池片最重要的目的，想要進步電池片效率，就要把握好這幾道工序，尤其是擴散工藝，作為電池片的核心工藝，通過擴散形成PN結，利用少子的挪動形成電流，并通過后期制作的副柵線搜集電

2、流，主柵線將電流引出。圖1 太陽能電池構造圖。入射光NP圖1 太陽能電池構造圖本文先介紹擴散的原理，然后再討論方塊電阻大小對電池片效率的影響。1 擴散的根本原理空心圓表示占據(jù)低溫晶格位置的主原子，實心圓既表示主原子也表示雜質原子。在高溫情況下，晶格原子在其平衡晶格位置附近振動。當某一晶格原子偶然地獲得足夠的能量而分開晶格位置，成為一個填隙原子，同時產(chǎn)生一個空位。當鄰近的原子向空位遷移時，這種機理稱為空位擴散。假設填隙原子從一處移向另一處而并不站據(jù)晶格位置，那么稱為填隙擴散。一個比主原子小的原子通常做填隙式運動。填隙原子擴散所需的激活能比那些按空位機理擴散的原子所需的激活能要低。摻雜原子獲得能量

3、后，通過占據(jù)主原子的位置發(fā)生的擴散，稱為替位式擴散。圖2 原子擴散模型2 擴散制作PN結2.1 擴散方法擴散的方法主要有熱擴散法、離子注入法、薄膜生長法、合金法、激光法和高頻電注入法等。在太陽能電池片消費中往往用熱擴散法制結，熱擴散法分為涂布源擴散、液態(tài)源擴散和固態(tài)源擴散。本文主要講述液態(tài)源擴散，熱擴散制p-n 結法為用加熱方法使V 族雜質摻入p型或族雜質摻入n型硅。硅太陽電池中最常用的V族雜質元素為磷，族雜質元素為硼。對擴散的要求是獲得適宜于太陽電池p-n 結需要的結深和擴散層方塊電阻，淺結死層小，電池短波響應好，而淺結引起串聯(lián)電阻增加，從而增加了工藝難度，結深太深，死層比較明顯，假設擴散濃

4、度太大，那么引起重摻雜效應，使電池開路電壓和短路電流均下降，實際電池制作中，考慮到各個因素，太陽電池的結深一般控制在0.30.5um 方塊電阻均2070/ 。2.2 電池片PN結制作過程本文采用的是摻硼的p型硅作為基底材料，通過擴散五價的磷原子形成n型半導體，組成p-n 結。太陽能電池制造過程采用的是POCL3液態(tài)源磷擴散方法，因為POCL3在常溫時就有很高的飽和蒸汽壓，所以對制作高外表濃度的發(fā)射區(qū)擴散很適宜，詳細做法是用保護性氣體氮氣通過恒溫的液態(tài)源瓶鼓泡，把雜質源蒸汽帶入高溫擴散爐中。由于POCL3在600以上發(fā)生熱分解，生成五氯化磷和五氧化二磷，五氯化磷是一種難于分解的物質，假設其附著在

5、硅片和擴散爐石英管外表，會腐蝕硅片和石英管。因此在擴散時通入足量的氧氣，使五氯化磷氧化分解成五氧化二磷和氯氣。采用POCL3液態(tài)源進展擴散，得到p-n結。如圖3 簡單的POCL3擴散機理圖。圖3 簡單的擴散機理圖其中，POCL3液態(tài)源擴散原理公式如下：所生成的磷原子擴散進入硅內(nèi)部，形成n型雜質分布。產(chǎn)生的氯氣隨尾氣排出，經(jīng)過液封瓶吸收后再放空進入大氣中。3 擴散參數(shù)在太陽能電池消費過程中，對擴散層的外表濃度有一定要求，理論中，可以通過測量擴散層的結深和“方塊電阻來確定。本文只討論方塊電阻。3.1擴散層的方塊電阻擴散層的方塊電阻又叫做薄層電阻，用凡或來表示1。它表示外表為正方形的擴散薄層，在電流

6、方向上所呈現(xiàn)出來的電阻。由電阻公式可知，薄層電阻表達式可以寫成：3-1式中、分別為擴散薄層的平均電阻率和平均電導率。由3-1式可知，薄層電阻的大小與薄層的長短無關，而與薄層的平均電導率成反比，與薄層厚度即結深面成反比。為了表示薄層電阻不同于一般的電阻，其單位用歐姆/方塊或表示。下面我們簡單分析一下薄層電阻的物理意義。我們知道，在雜質均勻分布的半導體中，假設在室溫下雜質已經(jīng)全部電離，那么半導體中多數(shù)載流子濃度就可以用凈雜質濃度來表示。對于擴散薄層來說，在擴散方向上各處的雜質濃度是不一樣的，載流子遷移率也是不同的。但是當我們使用平均值概念時，擴散薄層的平均電阻率與平均雜質濃度應該有這樣的關系：3-

7、2式中為電子電荷電量；為平均雜質濃度；為平均遷移率。把3-2式代入3-1式，可以得到3-3為單位面積擴散層內(nèi)的摻雜劑總量。由3-3式可以看到，薄層電阻與單位面積擴散層內(nèi)的凈雜質總量成反比。因此的數(shù)值就直接反映了擴散后在硅片內(nèi)的雜質量的多少。4 實驗4.1 實驗方案將制絨清洗好的這五批硅片在一樣工藝條件下進展擴散，并相應控制擴散溫度，然后分別在每批擴散好的片子中抽取5片來進展方塊電阻的測試。用四探針對擴散好的片子進展測試測試點為中心及4個邊，并記錄下測試數(shù)據(jù)。如圖4 四探針檢驗原理。如圖4 四探針檢驗原理圖四根探針的間距s相等， 針尖在同一平面同一直線上。當被測樣品的幾何尺寸比探針間距s大許多倍

8、時，R =Rs其中，C表示修正因子。C根據(jù)被測硅片的尺寸和探針的間距而定。這四批片子方塊電阻測試結果如下表1：表1 方塊電阻的測試結果這幾批片子，從測試結果來看，平均方塊電阻從大到小依次為：EDCBA將擴散好的這5批片子經(jīng)過一樣的工藝刻蝕二次清洗鍍膜絲網(wǎng)印刷燒結后，在分別進展參數(shù)測試，得出的測試結果如表2：表2 效率測試結果從測試結果我們來看幾組重要的電性能參數(shù)。從A到E電池片的短路電流在不斷地增加，串聯(lián)電阻也在不斷增加，至于效率方方面，我們分為兩部分來看，首先，由A到C這三批電池片的效率都是隨著方塊電阻的增加效率不斷上升，A到C總共上升0.213%；可是從C到E電池片的效率是逐步下降的。5 完畢語本次實驗是通過研究方塊電阻的大小對電池片效率的影響，最終從得到的實驗結果來看，電池片的效率并非隨著方塊電阻的增加而不斷上升的，究其原因，本文通過縮短擴散時間來控制方塊電阻的大小，隨著方塊電阻的增加，結深變淺，由