摘要
主要研究电池片生产过程中不同扩散工艺、扩散温度，以及扩散方式对发黑单晶硅片产生的影响，使用光致发光测试仪测试发黑单晶硅片经过不同的扩散工艺、扩散温度、扩散方式后的PL图。结果表明，电池片生产工艺中一定的扩散工艺会使硅片中的发黑情况消失。
0
引言
光伏产业发展至今，高效产品已经成为大家努力奋斗的目标，因此对各工序的理论及实验研究的要求就越来越细致和全面。在原硅片制作和加工过程中，通常会有微量金属离子掺入，而这些金属离子会影响太阳电池的电性能。现如今工业生产上较常用的去除这些金属离子的有效措施是通过扩散对硅片进行磷吸杂，从而将这些有害离子固定住，减少其对硅片的影响。不同的扩散工艺，对这些有害离子的作用不同，本文对此做了一些深入的研究与分析。
1
实验
1.1实验(1)：验证不同工艺对原料片的影响
选取同心圆发黑原料56片，边角发黑原料35片，规格为156mm×156mm，厚度为190μm。将硅片均匀分成7份(即8片同心圆硅片、5片边角发黑硅片)进行正常腐蚀制绒工艺，得到陷光良好的绒面；清洗后分别用A工艺在温度840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃，以及B工艺在温度840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃下进行扩散(上述实验过程中只改变扩散温度，其他不变)；完成扩散后，测试硅片的PL图，分别统计同心圆及边角发黑的数量，进行对比分析。
1.2实验(2)：不同的扩散方式对原料片的影响
两组相同的原料片，分别对其进行双面扩散和单面扩散，其他工序采用完全相同的制作工艺，制得一层薄的、重掺杂的n型区；之后去除电池片的氧化层和侧面及背面的结；再通过化学气相沉积法制成一层减反射膜——氮化硅膜；最后用丝网印刷的方法印刷电极并烧结成片[1]。实验过程中取同一盒号的硅片100片，测试PL，统计黑心、同心圆发黑、边角发黑及黑圈的数量，并进行对比分析。
2
PL光致发光测试仪测试原理
光致发光是半导体经过外界光源照射获得能量产生激发导致发光的现象，主要有光的吸收、能量的传递和光的发射等过程。外界光源提供具有能量的光子，半导体中处于基态的电子在吸收带有能量的光子后进入激发态，而此时的电子是不稳定的，会重新回到基态，并且发出荧光。PL光致发光测试仪所使用的外界光源是激光，利用CCD成像。激光照射到硅片上，硅片中在能级间跃迁的电子会发出红外光，利用照相机镜头进行感光，并用计算机显示硅片的图像，图像会显示出硅片各处的发光程度。可以利用图像的发光程度判断非平衡少数载流子的密度，若某处硅片存在缺陷，该处的少数载流子密度变小导致荧光变弱，则该处发暗，而无缺陷区域会较亮一些。所以，通过观察硅片图像的明暗就可判断硅片是否有缺陷。PL测试仪的基本结构如图1所示。
3
结果与分析
由于单晶硅片可获得较高的光电转换效率，所以单晶硅成为太阳电池重要的基体材料，但单晶硅片中会因杂质和缺陷造成太阳电池的少子寿命过低。图2为存在同心圆的原料硅片，而图3为边角发黑原料片。
扩散是制备太阳电池的关键工艺步骤，直接决定电池的光电转换效率。存在同心圆的原硅片在经过扩散工艺步骤后，同心圆可能会消失，也可能会加重。原硅片出现同心圆是因为同心圆的部分少数载流子大量复合，而在适合的工艺条件下扩散磷起到吸杂作用，减少了复合中心，增加了少子寿命而使同心圆消失[2,3]。实验(1)验证了不同工艺对原料片的影响，实验结果见表1。
通过表1的数据可知：1)边角发黑不会随着扩散工艺的变化发生变化(在经过900℃A工艺扩散后边角轻微发黑得到改善，这或许和高温深结扩散有关，掩盖了拉晶过程导致的原料缺陷，可能属于特例)。
2)A工艺始终可掩盖原料片同心圆发黑，PL图如图4所示。
3)B工艺在温度低于870℃高温时可掩盖原料片同心圆发黑，但达到880℃高温后会促使同心圆发黑原料片显现出来，同时随着温度升高，发黑情况逐渐严重，PL图见图5。
A工艺即使达到900℃高温也不会诱导同心圆显现出来，这充分证明A、B两种工艺在磷吸杂方面有很大差别。A工艺在840～900℃之间均可通过磷吸杂，减少硅片复合中心，从而使得PL测试显示无同心圆现象。B工艺的吸杂能力较弱，在一定温度条件下可达到磷吸杂，减少复合中心的存在，但达到880℃以上，同心圆位置反而导致复合中心的聚集，从PL图可看出，该现象随温度上升而加剧。分析原因可能是A扩散工艺为两步扩散，通源时间较长，磷原子分散均匀，吸杂效果较B工艺(B工艺为一步扩散)优所致。
实验(2)为不同扩散方式对原料片的影响，实验结果见表2。双面扩散对黑心、同心圆发黑及PL黑圈均有改善。图6为各种类型发黑图片。
4
结论
综上可知，原料片边角发黑不会随着扩散工艺的变化发生变化；原料同心圆发黑经过一定的扩散工艺处理后，因为磷吸杂的作用，通过PL测试不再显示同心圆异常；但也存在一些扩散工艺，达到某个温度条件后会出现同心圆异常加重的现象；同时也证明双面扩散磷吸杂效果优于单面扩散。
参考文献
[1]刘恩科.光电池及其应用[M].北京:科学出社,1989,1－166.
[2]赵慧,徐征,励旭东,等.磷铝吸杂在多晶硅太阳电池中的应用[J].半导体学报,2005,26(2):341－344.
[3]任丙彦,勾宪芳,马丽芬,等.热退火对太阳电池多晶硅特性的影响[J].太阳能学报,2007,28(4):351－354.
晶澳太阳能有限公司
严金梅 李吉 王惠 麻增智 靳迎松 赵朋松
摘要
主要研究电池片生产过程中不同扩散工艺、扩散温度，以及扩散方式对发黑单晶硅片产生的影响，使用光致发光测试仪测试发黑单晶硅片经过不同的扩散工艺、扩散温度、扩散方式后的PL图。结果表明，电池片生产工艺中一定的扩散工艺会使硅片中的发黑情况消失。
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引言
光伏产业发展至今，高效产品已经成为大家努力奋斗的目标，因此对各工序的理论及实验研究的要求就越来越细致和全面。在原硅片制作和加工过程中，通常会有微量金属离子掺入，而这些金属离子会影响太阳电池的电性能。现如今工业生产上较常用的去除这些金属离子的有效措施是通过扩散对硅片进行磷吸杂，从而将这些有害离子固定住，减少其对硅片的影响。不同的扩散工艺，对这些有害离子的作用不同，本文对此做了一些深入的研究与分析。
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实验
1.1实验(1)：验证不同工艺对原料片的影响
选取同心圆发黑原料56片，边角发黑原料35片，规格为156mm×156mm，厚度为190μm。将硅片均匀分成7份(即8片同心圆硅片、5片边角发黑硅片)进行正常腐蚀制绒工艺，得到陷光良好的绒面；清洗后分别用A工艺在温度840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃，以及B工艺在温度840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃下进行扩散(上述实验过程中只改变扩散温度，其他不变)；完成扩散后，测试硅片的PL图，分别统计同心圆及边角发黑的数量，进行对比分析。
1.2实验(2)：不同的扩散方式对原料片的影响
两组相同的原料片，分别对其进行双面扩散和单面扩散，其他工序采用完全相同的制作工艺，制得一层薄的、重掺杂的n型区；之后去除电池片的氧化层和侧面及背面的结；再通过化学气相沉积法制成一层减反射膜——氮化硅膜；最后用丝网印刷的方法印刷电极并烧结成片[1]。实验过程中取同一盒号的硅片100片，测试PL，统计黑心、同心圆发黑、边角发黑及黑圈的数量，并进行对比分析。
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PL光致发光测试仪测试原理
光致发光是半导体经过外界光源照射获得能量产生激发导致发光的现象，主要有光的吸收、能量的传递和光的发射等过程。外界光源提供具有能量的光子，半导体中处于基态的电子在吸收带有能量的光子后进入激发态，而此时的电子是不稳定的，会重新回到基态，并且发出荧光。PL光致发光测试仪所使用的外界光源是激光，利用CCD成像。激光照射到硅片上，硅片中在能级间跃迁的电子会发出红外光，利用照相机镜头进行感光，并用计算机显示硅片的图像，图像会显示出硅片各处的发光程度。可以利用图像的发光程度判断非平衡少数载流子的密度，若某处硅片存在缺陷，该处的少数载流子密度变小导致荧光变弱，则该处发暗，而无缺陷区域会较亮一些。所以，通过观察硅片图像的明暗就可判断硅片是否有缺陷。PL测试仪的基本结构如图1所示。
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结果与分析
由于单晶硅片可获得较高的光电转换效率，所以单晶硅成为太阳电池重要的基体材料，但单晶硅片中会因杂质和缺陷造成太阳电池的少子寿命过低。图2为存在同心圆的原料硅片，而图3为边角发黑原料片。
扩散是制备太阳电池的关键工艺步骤，直接决定电池的光电转换效率。存在同心圆的原硅片在经过扩散工艺步骤后，同心圆可能会消失，也可能会加重。原硅片出现同心圆是因为同心圆的部分少数载流子大量复合，而在适合的工艺条件下扩散磷起到吸杂作用，减少了复合中心，增加了少子寿命而使同心圆消失[2,3]。实验(1)验证了不同工艺对原料片的影响，实验结果见表1。
通过表1的数据可知：1)边角发黑不会随着扩散工艺的变化发生变化(在经过900℃A工艺扩散后边角轻微发黑得到改善，这或许和高温深结扩散有关，掩盖了拉晶过程导致的原料缺陷，可能属于特例)。
2)A工艺始终可掩盖原料片同心圆发黑，PL图如图4所示。
3)B工艺在温度低于870℃高温时可掩盖原料片同心圆发黑，但达到880℃高温后会促使同心圆发黑原料片显现出来，同时随着温度升高，发黑情况逐渐严重，PL图见图5。
A工艺即使达到900℃高温也不会诱导同心圆显现出来，这充分证明A、B两种工艺在磷吸杂方面有很大差别。A工艺在840～900℃之间均可通过磷吸杂，减少硅片复合中心，从而使得PL测试显示无同心圆现象。B工艺的吸杂能力较弱，在一定温度条件下可达到磷吸杂，减少复合中心的存在，但达到880℃以上，同心圆位置反而导致复合中心的聚集，从PL图可看出，该现象随温度上升而加剧。分析原因可能是A扩散工艺为两步扩散，通源时间较长，磷原子分散均匀，吸杂效果较B工艺(B工艺为一步扩散)优所致。
实验(2)为不同扩散方式对原料片的影响，实验结果见表2。双面扩散对黑心、同心圆发黑及PL黑圈均有改善。图6为各种类型发黑图片。
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结论
综上可知，原料片边角发黑不会随着扩散工艺的变化发生变化；原料同心圆发黑经过一定的扩散工艺处理后，因为磷吸杂的作用，通过PL测试不再显示同心圆异常；但也存在一些扩散工艺，达到某个温度条件后会出现同心圆异常加重的现象；同时也证明双面扩散磷吸杂效果优于单面扩散。
参考文献
[1]刘恩科.光电池及其应用[M].北京:科学出社,1989,1－166.
[2]赵慧,徐征,励旭东,等.磷铝吸杂在多晶硅太阳电池中的应用[J].半导体学报,2005,26(2):341－344.
[3]任丙彦,勾宪芳,马丽芬,等.热退火对太阳电池多晶硅特性的影响[J].太阳能学报,2007,28(4):351－354.
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严金梅 李吉 王惠 麻增智 靳迎松 赵朋松