單晶硅電池的擴散原理與因素

1、單晶硅電池的擴散原理與因素第1頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二硅的結(jié)構(gòu)第2頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二擴散機制雜質(zhì)原子硅原子a硅原子填隙原子替位式（、）填隙式 P : 1.3*1021cm-3第3頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二擴散的原理如果晶體中有雜質(zhì),就會沿濃度梯度擴散:當(dāng)雜質(zhì)原子總量恒定時,(飽和,再分布)當(dāng)表面濃度恒定時,(再分布時通源)第4頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二PB第5頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二擴 散源三氯氧磷， 液態(tài)，使用溫度0 （冰

2、水?。┤埸c1.25，沸點105.3 0， 蒸汽壓高，（冰水?。?，揮發(fā)性強，蒸汽有毒。溫度高會 爆 裂飽和 推結(jié)：磷活化、生長氧化層POCl3+3O2 P4O10+6Cl2P4O10+5Si 5SiO2 +4P第6頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二注 意 事 項極易水解，在潮濕的空氣中，因水解產(chǎn)生酸霧，水解產(chǎn)生的HCl 熔于源中會使源變成淡黃色，必須換源。POCl3+3H2O H3PO4+HCl 系統(tǒng)不干燥時，POCl3+H2O HPO+HCl， HPO是一種白色粘滯性液體，對硅片有腐蝕作用，并使石英舟粘在管道上不易拉出； 擴散時氧氣要適中多：濃度上不去；少：會腐蝕片子對

3、管道有腐蝕作用換源要在通風(fēng)櫥中第7頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二擴 散 的 測 試 四探針方法電流方向IRS=4.5324 V/I目前測試時調(diào)好修正因子，就可以直接讀數(shù)第8頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二絨面產(chǎn)生原理第9頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二腐蝕速率快慢由下列三個反應(yīng)速度來決定。1、腐蝕液流至被腐蝕物表面的移動速率；2、腐蝕液與被腐蝕物表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率；3、生成物從被腐蝕物表面離開的速率。腐蝕的反應(yīng)物和生成物是利用腐蝕液之濃度梯度然產(chǎn)生的擴散現(xiàn)象來達(dá)到傳質(zhì)的目的。所以，1、3又可稱為擴散限制溶解

4、過程（diffusionlimited dissolution），通過攪拌可以提高。2的速率取決于腐蝕溫度、材料、腐蝕液種類及濃度，和攪拌方式無關(guān)，被成為反應(yīng)限制溶解過程（reactionrate limited dissolution）。各向異性就是由化學(xué)反應(yīng)的各向速率不同造成的。第10頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二1、水分子的屏蔽效應(yīng)（screening effect）阻擋了硅原子與OH根離子的作用，而水分子的屏蔽效應(yīng)又以原子排列密度越高越明顯。2、在111晶面族上，每個硅原子具有三個共價健與晶面內(nèi)部的原子健結(jié)及一個裸露于晶格外面的懸掛健，100晶面族每一個硅原

5、子具有兩個共價健及兩個懸掛健，當(dāng)刻蝕反應(yīng)進行時，刻蝕液中的OH會跟懸掛健健結(jié)而形成刻蝕，所以晶格上的單位面積懸掛健越多，會造成表面的化學(xué)反應(yīng)自然增快。各向異性的原因圖3 懸掛健對反應(yīng)的影響第11頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二影響因素分析NaOH濃度無水乙醇或異丙醇濃度制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計量制絨腐蝕的溫度制絨腐蝕時間的長短槽體密封程度、乙醇或異丙醇的揮發(fā)程度硅的刻蝕速率與表面原子密度、晶格方向、摻雜濃度、腐蝕液成分、濃度、溫度、攪拌等參數(shù)有關(guān)第12頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二各個因素作用擴散控制過程反應(yīng)控制過程NaOH溶液濃度反應(yīng)溫度制絨

6、的根本IPA濃度NaSiO3濃度提高溶液濃稠度，控制反應(yīng)速度硅片表面原始狀態(tài)氫氣泡密度及大小以及在硅片表面停留的時間決定金字塔形貌 攪拌提高反應(yīng)物疏運速度，提高氫氣泡脫附作用圖4 氫氣泡作用第13頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二不同IPA濃度下溫度和NaOH溶液濃度對反應(yīng)速度的影響對反應(yīng)速度的影響第14頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二一定溫度下NaOH溶液濃度和IPA含量對反應(yīng)速率的影響第15頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二關(guān)鍵因素的分析 NaOH的影響0.5%1.5%5.5%第16頁，共39頁，2022年，5月20

7、日，17點53分，星期二關(guān)鍵因素的分析 溫度的影響808590第17頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二關(guān)鍵因素的分析 IPA濃度的影響0510第18頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二如何檢測硅酸鈉含量 硅酸鈉具體含量測量是沒必要的，只要判定它的含量是否過量即可。實驗是用100%的濃鹽酸滴定，若滴定一段時間后出現(xiàn)少量絮狀物，說明硅酸鈉含量適中；若滴定開始就出現(xiàn)一團膠狀固體且隨滴定的進行變多，說明硅酸鈉過量。第19頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二 燒結(jié)曲線第20頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二背電極

8、第21頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二第22頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二第23頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二沉積鋁厚度的影響第24頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二彎曲隨鋁漿絲印質(zhì)量增加而增加。第25頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二 前電極第26頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二歐姆接觸形成有如下幾個步驟： 1 有機物揮發(fā) 2 玻璃料在減反射膜表面聚集 3 玻璃料腐蝕穿過減反射膜 4 玻璃料通過與Si發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生 腐蝕坑 PbO+

9、SiPb+SiO2 5 Ag晶粒在冷卻過程中于腐蝕坑處結(jié)晶第27頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二 由于玻璃料對Si表面腐蝕具有各向異性，導(dǎo)致在Si表面形成了倒三角形的腐蝕坑。因此Ag晶粒在腐蝕坑處結(jié)晶時與Si表面接觸的一側(cè)呈倒金字塔狀，而與玻璃料接觸的一側(cè)則成圓形。第28頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二關(guān)于Ag晶粒的析出機理的解釋有： （1）與PbO和Si發(fā)生的氧化還原反應(yīng)類似，玻璃料中的Ag2O與Si發(fā)生如下反應(yīng)： Ag2O+Si Ag+SiO2（2）Ag和被腐蝕的Si 同時融入玻璃料中。冷卻時，玻璃料中多余的Si外延生長在基體上，Ag晶粒

10、則在Si表面隨機生長。第29頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二（3）在燒結(jié)過程中通過氧化還原反應(yīng)被還原出的金屬Pb呈液態(tài)， 當(dāng)液態(tài)鉛與銀相遇時，根據(jù)Pb-Ag 相圖銀粒子融入鉛中形成 Pb-Ag相。Pb-Ag熔體腐蝕Si的晶面。冷卻過程中, Pb和Ag發(fā)生分離，Ag在晶面上結(jié)晶 ，形成倒金字塔形 。第30頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二 導(dǎo)電機理第31頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二1 Ag晶粒和柵線直接接觸2 通過極薄的玻璃層隧道效應(yīng)3 通過金屬顆粒沉積的玻璃層的多重隧道效應(yīng)第32頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二影響因素漿料性質(zhì)燒結(jié)工藝（最高溫度）漿料成分玻璃料的熔點第33頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二第34頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二700740760780800820第35頁，共39頁，2022年，5月20日，17點53分，星期二第36頁，共39頁，20