晶体硅太阳电池设计-扩散基础

扩散工艺培训

1、 什么是扩散？扩散的作用是什么？

扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程。由于热运动，把原子从一个位置输运到另一个位置，使基体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层的导电类型。扩散是常规硅太阳电池工艺中，形成PN结的主要方法。

2、硅太阳电池主要的扩散杂质源：

硅太阳电池所用的主要的扩散杂质源有气态源、液态源、固态源等。

气态源-磷化氢PH3

磷化氢是无色、易燃、有剧毒的气体。考虑到安全问题没有在硅太阳电池的扩散中被使用。

固态源-五氧化二磷P2O5

P2O5为固体，有很强的吸水性，作为杂质源操作在使用和保存时保持一定的状态是不可能的，用来扩散重复性差。

液态源-三氯氧磷POCL3

POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源，它是无色透明液体，具有刺激性气味。如果纯度不高则呈红黄色。其比重为1.67，熔点2℃，沸点107℃，在潮湿空气中发烟。POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发，高温下蒸汽压很高。为了保持蒸汽压的稳定，通常是把源瓶放在20℃的恒温箱中。POCL3有巨毒，换源时应在抽风厨内进行，且不要在尚未倒掉旧源时就用水冲，这样易引起源瓶炸裂。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：

5POCl3 = 3PCl5 + P2O5

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：

2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P

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：

4PCl5 + 5O2 = 2P2O5 + 10Cl2

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：

4POCl3 + 3O2 = 2P2O5 + 6Cl2

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，反应式如前所示：

2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P

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，这对于制作具有大的结面积的太阳电池是非常重要的。