基礎(chǔ)介紹 太陽電池材料與生產(chǎn)基礎(chǔ)

半導(dǎo)體生產(chǎn)與潔凈度太陽電池材料與生產(chǎn)基礎(chǔ)微電子的發(fā)展史－集成電路的發(fā)展1、1904年和1906年真空二極管和真空三極管的問世；2、1950年世界上第一個(gè)結(jié)型晶體管誕生；3、1958年世界上第一塊集成電路研制成功；4、日本公司將集成電路從軍事用途帶入民用領(lǐng)域。1951年在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生；60年代用于航天領(lǐng)域，轉(zhuǎn)換效率為10%；70年代技術(shù)迅速發(fā)展，使用于民用領(lǐng)域；轉(zhuǎn)換效率為20%；90年代在規(guī)模生產(chǎn)，效率不斷提高；銷售量以每年25%的速度遞增。微電子的發(fā)展史－太陽能電池的發(fā)展半導(dǎo)體基本知識(shí)定義導(dǎo)體：能導(dǎo)電的物體；（如：銀、銅、鋁等）絕緣體：不容易導(dǎo)電的物體；（如：橡皮、塑料、玻璃等）半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。（如：鍺、硅、硒等）半導(dǎo)體的特性有兩種載流子——電子和空穴。純凈的（不含雜質(zhì)）的半導(dǎo)體（稱本征半導(dǎo)體）中有一個(gè)電子就必然有一個(gè)空穴。即電子和空穴的數(shù)量相等。電子空穴本征半導(dǎo)體示意圖半導(dǎo)體的導(dǎo)電性與導(dǎo)體和絕緣體不同，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受溫度的影響很大。當(dāng)溫度升級(jí)1℃時(shí)，它的電導(dǎo)率就要增加百分之幾到百分之十幾，這是由于半導(dǎo)體中的本征載流子隨溫度升高而增加的緣故。而導(dǎo)體和絕緣體的電導(dǎo)率隨溫度的變化卻很小。Ｎ型半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)銻（或磷、砷之類）：新產(chǎn)生的電子數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原來未摻入雜質(zhì)前的電子或空穴的數(shù)量。電子的數(shù)目以壓倒多數(shù)超過空穴，導(dǎo)電作用主要由電子來決定，電子稱為“多數(shù)載流子，空穴稱“少數(shù)載流子”。這種類型半導(dǎo)體叫電子型半導(dǎo)體，簡稱n型半導(dǎo)體。電子空穴n型半導(dǎo)體示意圖Ｐ型半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)銦（或鋁、硼之類）：這塊半導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生許多新的電子和空穴?？昭ǖ臄?shù)目以壓倒多數(shù)超過電子，導(dǎo)電作用主要由空穴來決定，空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。這種類型半導(dǎo)體叫空穴型半導(dǎo)體，簡稱p型半導(dǎo)體。電子空穴p型半導(dǎo)體示意圖Ｎ型半導(dǎo)體的工作原理n型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子——電子在電場作用下向外加電壓的“正端”移動(dòng)，而少數(shù)載流子——空穴在電場作用下向外加電壓的“負(fù)端”移動(dòng)，在半導(dǎo)體內(nèi)構(gòu)成電流。電流方向與帶負(fù)電的電子運(yùn)動(dòng)方向相反。n型半導(dǎo)體空穴移動(dòng)方向電子移動(dòng)方向電流方向Ｐ型半導(dǎo)體的工作原理p型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子——空穴在電場作用下向外加電壓的“負(fù)端”移動(dòng)，而少數(shù)載流子——電子在電場作用下向外加電壓的“正端”移動(dòng)，在半導(dǎo)體內(nèi)構(gòu)成電流。電流方向與帶正電的空穴運(yùn)動(dòng)方向相同。p型半導(dǎo)體電子移動(dòng)方向空穴移動(dòng)方向電流方向二、P-N結(jié)的單向向?qū)щ娦杂捎趦蛇吙湛昭ê碗娮幼訑?shù)量分布布的不均勻勻：n型區(qū)域中中鄰近p型型區(qū)域一邊邊的薄層A中就有一一部分電子子擴(kuò)散到p區(qū)。薄層層A失去了了一些電子子，帶正電電。如圖（（a)pn++++++薄層A(a)電子由n區(qū)擴(kuò)散到p區(qū)載流子在半導(dǎo)體中的擴(kuò)散p型區(qū)域中中鄰近n型型區(qū)域一邊邊的薄層b中就有一一部分空穴穴擴(kuò)散到n區(qū)。薄層層B失去了了一些空穴穴，帶負(fù)電電。如圖（（b）pn------薄層B(b)空穴由p區(qū)擴(kuò)散到n區(qū)載流子在半導(dǎo)體中的擴(kuò)散由于空穴和和電子的擴(kuò)擴(kuò)散，使薄薄層A帶正正電，而薄薄層B帶負(fù)負(fù)電，因此此在薄層A、B間產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)電電場，如下下圖。這個(gè)個(gè)電場的方方向是由n區(qū)指向p區(qū)。這個(gè)個(gè)電場會(huì)阻阻止電子繼繼續(xù)往p區(qū)區(qū)擴(kuò)散也阻阻止空穴繼繼續(xù)往n區(qū)區(qū)擴(kuò)散，但但是剛開始始電子和空空穴的擴(kuò)散散占優(yōu)勢。。隨著電電子和空穴穴的不斷擴(kuò)擴(kuò)散，n區(qū)區(qū)和p區(qū)失失去的電子子和空穴越越來越多，，薄層A和和B越來越越厚，形成成的電場的的作用越來來越強(qiáng)。最最后，電場場的作完全全抵消了擴(kuò)擴(kuò)散，達(dá)到到了動(dòng)態(tài)平平衡狀態(tài)。。薄層A和薄薄層B稱為為“pn結(jié)結(jié)”，又稱稱“阻擋層層”，厚度度大約為10-4～～10-5cm。BApn+++++++-------pn結(jié)電場方向電子和空穴擴(kuò)散在pn交界處產(chǎn)生的電場實(shí)驗(yàn)：在pn結(jié)兩端端接上電池池，電池正正極接p型型半導(dǎo)體，，負(fù)極接n型半導(dǎo)體體，如圖（（a），電電流表有讀讀數(shù)。電池池正極接n型半導(dǎo)體體，負(fù)極接接p型半導(dǎo)導(dǎo)體，如圖圖（b），，電流表的的讀數(shù)接近近零。結(jié)論：pn結(jié)具具有只讓讓電流從從一個(gè)方方向通過過的單向向?qū)ㄐ孕浴n電流方向i（a）pn（b）pn結(jié)加壓的實(shí)驗(yàn)分析之一一外加正正向電壓壓當(dāng)pn結(jié)結(jié)正向連連接時(shí)，，即p區(qū)區(qū)接電池池正極，，n區(qū)接接電池負(fù)負(fù)極，這這時(shí)外加加電壓在在pn結(jié)結(jié)中產(chǎn)生生的電場場方向是是由p區(qū)區(qū)指向n區(qū)的，，恰好與與pn結(jié)結(jié)原來形形成的電電場方向向相反。。pn++++++------pn結(jié)電場方向外加電場方向?qū)n結(jié)的影響外加正向電壓產(chǎn)生的電場方向正向電流很大（a）外加正向電壓時(shí)阻擋層變薄空穴移動(dòng)方向電子移動(dòng)方向+—分析之二二－外加加反向電電壓當(dāng)pn結(jié)結(jié)反向連連接時(shí)，，即p區(qū)區(qū)接電池池負(fù)極，，n區(qū)接接電池正正極，這這時(shí)外加加電壓在在pn結(jié)結(jié)中產(chǎn)生生的電場場方向是是由n區(qū)區(qū)指向p區(qū)的，，恰好與與pn結(jié)結(jié)原來形形成的電電場方向向一致。。因此，pn結(jié)中中原來的的電場被被削弱了了，阻擋擋層厚度度減少了了。P區(qū)區(qū)的空穴穴n區(qū)的的電子在在這個(gè)外外加電場場作用下下不不斷斷走向交交界處。。空穴由由左方向向流向右右方和電電子由右右方流左左方都相相當(dāng)于電電流由左左方流向向右方。。由于p區(qū)空穴穴很多，，n區(qū)電電子很多多，這股股電流很很大，這這就是正正向連接接時(shí)出現(xiàn)現(xiàn)大電流流的原因因。外加加正向電電壓越大大，在pn結(jié)中中外加電電場的作作用就越越強(qiáng)，更更進(jìn)一步步削弱原原來pn結(jié)的電電場，所所以電流流更要增增加。pn外加電場方向?qū)n結(jié)的影響（b）外加反向電壓時(shí)阻擋層變厚++++++------pn結(jié)電場方向外加反向電壓產(chǎn)生的電場方向反向電流很小空穴移動(dòng)電子移動(dòng)+—因此，pn結(jié)中中原來的的電場被被加強(qiáng)了了，阻擋擋層厚度度增加了了。n區(qū)區(qū)中的多多數(shù)載流流子———電子和和p區(qū)中中的多數(shù)數(shù)載流子子——空空穴很難難能過pn結(jié)向向?qū)Ψ揭埔苿?dòng)，這這就是反反向連接接時(shí)電流流極小的的原因。。但是，，這時(shí)p區(qū)中的的少數(shù)載載流子———電子子和n區(qū)區(qū)中的少少數(shù)載流流子———空穴在在反向電電場幫助助向交界界移動(dòng)，，電子由由左方流流向右方方和空穴穴由右方方流向左左方形成成反向電電流，但但由于少少數(shù)載流流子數(shù)量量很少，，反向電電流是很很小的。。因此，，我們們可以以把pn結(jié)結(jié)看成成是電電流通通道上上的一一道開開關(guān)，，接上上正向向電壓壓時(shí)（（即p型半半導(dǎo)體體接電電池正正極，，n型型半導(dǎo)導(dǎo)體接接電池池負(fù)極極），，開關(guān)關(guān)打開開讓電電流通通過，，我們們稱此此時(shí)pn結(jié)結(jié)“導(dǎo)導(dǎo)漏””接上上反向向電壓壓時(shí)開開關(guān)關(guān)關(guān)上，，阻止止電流流通過過，我我們稱稱此時(shí)時(shí)pn結(jié)““截止止”。。pn結(jié)這這種只只讓電電流單單方向向通過過的性性能稱稱pn結(jié)的的單向向?qū)щ婋娦浴?。pn結(jié)結(jié)的““導(dǎo)通通”和和“截截止””是互互相矛矛盾的的兩個(gè)個(gè)方面面，雙雙方半半爭又又互相相依存存著，，共處處于一一個(gè)統(tǒng)統(tǒng)一體體中，，這兩兩個(gè)對(duì)對(duì)立的的雙方方在一一定外外加電電壓的的條件件下互互相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化。。當(dāng)外外加電電壓極極性改改變時(shí)時(shí)矛盾盾雙方方各轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化到到相反反的方方面。。太陽能能電池池材料料制造造（以以多晶晶硅為為例））Si原材料清洗將Si原材料和相應(yīng)的摻雜源（B）輸入石英爐進(jìn)行熔化Si熔化后對(duì)石英爐慢降溫，使SI緩慢結(jié)晶爐溫降至室溫時(shí)即制得多晶錠將Si錠四周切割去掉，因結(jié)晶過程中與石英爐接觸形成的雜質(zhì)層測參數(shù)、壽命、電阻率將塊狀的Si按要求切割成SI磚切割成薄片清洗包裝太陽能能電池池片生生產(chǎn)工工藝流流程圖圖（以以多晶晶硅為為例））對(duì)Si片（一般為P型摻雜）進(jìn)行腐蝕以去掉切割過程中在Si片正反兩面所形成的損傷層在KOH中以各向異性腐蝕將Si片表面制成增加光吸收的陷光效應(yīng)的絨面結(jié)構(gòu)將Si片送入高溫電爐進(jìn)行n型磷擴(kuò)散，以形成所需要的pn結(jié)利用等離子體刻蝕去掉Si片的邊緣以對(duì)電池片正反兩面實(shí)現(xiàn)電隔離在電池片的正面沉積起減反射和鈍化作用的Si3N4膜層利用絲網(wǎng)印刷在電池的背面制備金屬鋁層及焊接銀點(diǎn)。半導(dǎo)體體制造造過程程的潔潔凈度度要求求綜前所所述雜雜質(zhì)對(duì)對(duì)半導(dǎo)導(dǎo)體的的特性性有著著改變變或破破壞其其性能能的作作用，，所以以在半半導(dǎo)體體器件件生產(chǎn)產(chǎn)過程程中對(duì)對(duì)什么么都必必須嚴(yán)嚴(yán)格控控制，，雜質(zhì)質(zhì)有各各種各各樣的的，如如金屬屬離子子會(huì)破破壞半半導(dǎo)體體器件件的導(dǎo)導(dǎo)電性性能，，灰塵塵粒子子破壞壞半導(dǎo)導(dǎo)體器器件的的表面面結(jié)構(gòu)構(gòu)等。。一、生生產(chǎn)環(huán)環(huán)境潔潔凈半導(dǎo)體體器件件生產(chǎn)產(chǎn)環(huán)境境要求求很嚴(yán)嚴(yán)，除除了要要求恒恒溫、、恒濕濕外，，對(duì)生生產(chǎn)環(huán)環(huán)境潔潔凈度度要求求很嚴(yán)嚴(yán)，按按單位位體積積中規(guī)規(guī)定的的尺寸寸灰塵塵粒子子為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)分分成潔潔凈度度的等等級(jí)。。一般般分為為10級(jí)、、100級(jí)級(jí)、1000級(jí)級(jí)、10000級(jí)、、100000級(jí)，，美國國聯(lián)邦邦標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中規(guī)規(guī)定了了潔凈凈室和和潔凈凈區(qū)內(nèi)內(nèi)空氣氣浮游游粒子子潔凈凈等級(jí)級(jí)。1、浮游粒粒子的潔凈凈等級(jí)潔凈度以每每立方米（（每立方英英尺）空氣氣中的最大大允許粒子子來確定。。因圖標(biāo)單單位等級(jí)名名稱為每立立方米空氣氣中大于等等于0.5微米的最最大允許粒粒子數(shù)的常常用對(duì)數(shù)值值（以10為底），，用英制單單位時(shí)等級(jí)級(jí)名稱為每每立方英尺尺空氣中大大于等于0.5微米米的最大允允許粒子數(shù)數(shù)。1）潔凈區(qū)區(qū)空氣浮游粒粒子的濃度度被控制在在特定的浮浮游粒子潔潔凈度等級(jí)級(jí)范圍內(nèi)某某一限空間間。2）潔凈室室浮游粒子濃濃度被控制制，包含一一個(gè)或多個(gè)個(gè)潔凈區(qū)的的房間。2、浮游粒粒子潔凈度度的檢測（（顆粒測試試儀）采樣：任何何潔凈區(qū)的的取樣點(diǎn)不不少于2個(gè)個(gè)，除受潔潔凈區(qū)劃內(nèi)內(nèi)的設(shè)備限限制外，取取樣點(diǎn)應(yīng)在在整個(gè)潔凈凈區(qū)均勻分分布，每個(gè)個(gè)選定的取取樣點(diǎn)應(yīng)至至少取樣一一次。在一一個(gè)區(qū)內(nèi)總總共應(yīng)最少少取樣5次次，每個(gè)取取樣點(diǎn)取樣樣應(yīng)多于一一次，而不不同的取樣樣點(diǎn)取樣次次可以不同同取樣量度和和取樣時(shí)間間：取樣量量不少于0.00283立方方米（合0.1立方方英尺），，并且計(jì)算算所得取樣樣量結(jié)果不不得四舍五五入。取樣樣時(shí)間可以以用取樣量量除以取樣樣速率來計(jì)計(jì)算。3、浮游粒粒子潔凈度度的監(jiān)測監(jiān)測方法應(yīng)應(yīng)根據(jù)規(guī)定定的浮游粒粒子潔凈等等級(jí)和為保保護(hù)工藝和和產(chǎn)品免受受污染物影影響而控制制的污染水水平來制定定，應(yīng)確定定監(jiān)測頻率率，運(yùn)行條條件和粒子子計(jì)算方法法，取樣點(diǎn)點(diǎn)和取樣點(diǎn)點(diǎn)數(shù)量，取取樣量和數(shù)數(shù)據(jù)處理方方法也應(yīng)被被確定。二、、工工藝藝過過程程中中的的潔潔凈凈工藝藝過過程程中中的的潔潔凈凈必必須須根根據(jù)據(jù)工工藝藝要要求求進(jìn)進(jìn)行行對(duì)對(duì)于于所所用用原原材材料料必必須須符符合合工工藝藝要要求求，，對(duì)對(duì)于于使使用用設(shè)設(shè)備備、、工工夾夾具具、、器器皿皿的的清清洗洗周周期期在在工工藝藝文文件件中中必必須須作作出出規(guī)規(guī)定定來來嚴(yán)嚴(yán)格格執(zhí)執(zhí)行行。。清洗用水，對(duì)對(duì)純水的要求求10-18Ω-cm，，化學(xué)藥品：：如氨水（NH3)、雙雙氧水（H2O2）、氫氫氟酸（HF）、鹽酸（（HCL）等等。工藝過程中使使用的工器具具：石英管、、石英舟、傳傳遞夾、鑷子子等、清洗槽槽。工藝過程中使使用的設(shè)備。。必須改正一切切不利于潔凈凈生產(chǎn)的習(xí)慣慣。潔凈區(qū)的管理理進(jìn)出潔凈區(qū)的的管理規(guī)定凈化區(qū)行為規(guī)規(guī)則環(huán)境顆粒管理理規(guī)定凈化度管理規(guī)規(guī)定P.H值管理理規(guī)定純水管理規(guī)定定生產(chǎn)用氣體管管理規(guī)定9、靜靜夜夜四四無無鄰鄰，，荒荒居居舊舊業(yè)業(yè)貧貧。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。21:23:3421:23:3421:2312/7/20229:23:34PM11、以我獨(dú)獨(dú)沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2221:23:3421:23Dec-2207-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。21:23:3421:23:3421:23Wednesday,December7,202213、乍見翻疑夢(mèng)夢(mèng)，相悲各問問年。。12月-2212月-2221:23:3421:23:34December7,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。07十二月月20229:23:34下午21:23:3412月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:23下下午午12月月-2221:23December7,202216、行動(dòng)動(dòng)出成成果，，工作作出財(cái)財(cái)富。。。2022/12/721:23:3421:23:3407December202217、做做前前，，能能夠夠環(huán)環(huán)視視四四周周；；做做時(shí)時(shí)，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿著著以以腳腳為為起起點(diǎn)點(diǎn)的的射射線線向向前前。。。。9:23:34下下午午9:23下下午午21:23:3412月月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時(shí)時(shí)停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、很多事事情努力力了未必必有結(jié)果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒有。。。21:23:3421:23:3421:2312/7/20229:23:34PM11、成功功就是是日復(fù)復(fù)一日日那一一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小小努力力的積積累。。。12月月-2221:23:3421:23Dec-2207-Dec-2212、世間成成事，不不求其絕絕對(duì)圓滿滿，留一一份不足足，可得得無限完完美。。。21:23:3421:23:3421:23Wednesday,December7,202213、不知香積積寺，數(shù)里里入云峰。。。12月-2212月-2221:23:3521:23:35December7,202214、意志堅(jiān)強(qiáng)強(qiáng)的人能把把世界放在在手中像泥泥塊一樣任任意揉捏。。07十二二月20229:23:35下下午21:23:3512月-2215、楚塞三湘接接，荊門九派派通。。。十二月229:23下下午12月-2221:23December7,202216、少年十五二二十時(shí)，步行行奪得胡馬騎騎。。2022/12/721:23:3521:23:3507December202217、空空山山新新雨雨后后，，天天氣氣晚晚來來秋秋。。。。9:23:35下下午午9:23下下午午21:23:3512月月-229、楊柳散和和風(fēng)，青山山澹吾慮。。。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、閱讀一一切好書書如同和和過去最最杰出的的人談話話。21:23:3521:23:3521:231