晶体硅太阳电池设计-扩散基础

的一种扩散。这种扩散机构的特征是杂质原子占据晶体内晶格格点的正常位置，不改变原材料的晶体结构。在靠近硅晶片表面的薄层内扩散进去的磷原子最多，距表面愈远，磷原子愈少。也就是说，杂质浓度（磷浓度）随着距硅表面距离的增加而减少。从以上分析中我们可以看到，浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温度的高低则是决定扩散运动快慢的重要因素。环境温度愈高，分子的运动越激烈，扩散过程进行得就越快。当然，扩散时间也是扩散运动的重要因素，时间愈长，扩散浓度和深度也会增加。

硅晶片是P型的，如果扩散进去的磷原子浓度高于P型硅晶片原来受主杂质浓度，这就使得P型硅晶片靠近表面的薄层转变成为N型了。由于愈靠近硅晶片表面，硼原子的浓度愈高，因此可以想象：在距离表面为xj的地方，那里扩散进去的磷原子浓度正好和硅晶体中原来的硼原子浓度相等。在与表面距离小于xj的薄层内，磷原子浓度高于原来硅晶片的硼原子浓度，因此这一层变成了N型硅半导体。在与表面距离大于xj的地方，由于原来硅晶片中的硼原子浓度大于扩散进去的磷原子浓度，因此仍为P型。由此可见，在与表面距离xj处，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是形成了PN结。xj即为PN结的结深。

这样我们就可以利用杂质原子向半导体晶片内部扩散的方法，改变半导体晶片表面层的导电类型，从而形成P、N结，这就是用扩散法制造P-N结的基本原理。

4、 结深

对扩散的要求是获得适合于太阳电池pn结需要的结深和扩散层方块电阻，浅结死层小，电池短波响应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样，增加了工艺难度，结深太深，死层比较明显，如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降，实际电池制作中，考虑到各个因素，太阳电池的结深一般控制在0.3～0.5 m。

5、 恒定源扩散与恒量源扩散

固体中的扩散方程可写成下式： N(x,t) 2N(x,t) D （5-1） 2 t x

式中的N(x,t)表示杂质浓度，是坐标x和时间t的函数。坐标x指杂质原子进入硅中的深度，即距离表面的距离，单位取厘米，时间t单位取秒，上式已假定D是一个常数。事实上，扩散系数D是表征扩散速度的物理常数，随着固体的温度上升而变大，同时还受到杂质浓度、晶体结构等因素的影响。

在扩散过程中，硅片周围的杂质浓度恒定，不随时间而改变，硅片表面的杂质浓度Ns保持不变，始终等于源相中的杂质浓度，称这种情况为恒定源扩散，根据边界条件，(5-1)式的解为：

N(x,t) Nserfc(x/2Dt) （5-2）

只要知道杂质在硅中的扩散系数D和表面浓度Ns，利用（5-2）式可作出该杂质在硅中的分布曲线，如图5-5所示，称这种分布为余误差分布。