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晶体硅太阳电池制作中的扩散工艺研究

作　者: 何堂贵
导　师: 唐广
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 硅太阳电池 扩散 均匀性 转换效率 量产
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


对已经取得较普遍应用的晶体硅太阳电池来说,开发新技术和优化制造工艺以降低电池的制造成本是目前该领域最重要的努力方向之一。本文所研究的主要问题是低成本晶体硅太阳电池在工业化生产中的扩散制作p-n结工艺。通过研究不同扩散工艺条件与电池的相关性能参数的关系,得出适合于高转换效率大规模制作的最佳扩散工艺条件。在扩散这方面的理论虽然比较成熟,但是对工业化生产涉及的具体工艺的系统研究在国内还没有相关报导。为了能够便于了解扩散制作p-n结理论及其工艺,本文对生产晶体硅太阳电池的基本工作原理及其主要的制造工艺流程进行了描述。在理论方面,本文对扩散制作p-n结、电极制作及应用在晶体硅太阳电池p-n结烧结过程中所关联的因素进行了分析。然后,论文从工艺流程对扩散方块电阻的阻值控制要求出发,结合正表面电极设计角度,利用扩散薄层电阻对栅线间隔设计的要求,分析了相关功率的损耗。太阳电池产业化所面临的重要问题之一是如何在保证电池高转换效率前提下提高产能。对于扩散工序而言,确保高效电池的高产能面临的最大问题在于如何保障扩散的均匀性,优化扩散的均匀性主要采取温区补偿技术。论文针对影响扩散均匀性的因素多且关联复杂等特点,重点对难于控制的气氛场因素进行系统实验研究,在气体流量、均流设计、炉内压强等方面提出了较好的优化实验方法,通过将实验方法应用于工业生产,扩散均匀性得到了非常好的控制;并首次提出建立扩散气氛场工程模型来分析扩散均匀性问题,同时论文给出了扩散气氛场工程模型的思路分析。该模型研究方法可改善太阳电池电性能并可对产业化生产起指导作用。从扩散均匀性对太阳电池电性能的影响角度,论文通过实验分析了电池表面不同扩散浓度分布对电池少子寿命、开路电压、短路电流及烧结条件的影响;同时,论文还分析了太阳电池表面余误差函数分布下不同扩散浓度对烧结工艺的要求及填充因子的影响和对电池少子寿命及开路电压的影响。通过生产线的实验验证,获得了一致的分析结果。经进一步的工艺优化与分析,扩散工艺具有低成本生产高效晶体硅太阳电池的广阔前景。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 太阳电池的应用领域  9-11
  1.2 晶体硅太阳电池研究的发展状态与发展趋势  11-13
  1.3 本论文研究内容与研究意义  13-15
第二章 晶体硅太阳电池的基本原理和制造工艺流程  15-25
  2.1 晶体硅太阳电池的器件结构  15-18
  2.2 硅 PN 结太阳电池的基本工作原理  18-23
    2.2.1 光生伏特效应  18-20
    2.2.2 I-V 特性  20-23
  2.3 晶体硅太阳电池的制造工艺流程  23-25
第三章 扩散制作 PN 结与电极制作理论分析  25-45
  3.1 扩散制作 PN 结  25-33
    3.1.1 扩散的基本原理  25-29
    3.1.2 扩散参数  29-30
    3.1.3 扩散方法和工艺条件的选择  30-31
    3.1.4 扩散质量的检验  31-33
  3.2 太阳电池上电极设计  33-39
  3.3 快速烧结理论及应用  39-42
    3.3.1 烧结过程简介  39-40
    3.3.2 烧结工艺过程  40-42
  3.4 厚膜丝网印刷烧结结构串联电阻组成分析  42-45
    3.4.1 扩散薄层电阻引起的串联电阻r  43
    3.4.2 电极金属体电阻  43
    3.4.3 金属-半导体接触电阻  43-44
    3.4.4 基区体电阻  44-45
第四章 晶体硅太阳电池的扩散工艺实验与研究  45-71
  4.1 扩散薄层电阻阻值工艺控制与顶部（正面）电极设计  46-49
  4.2 实验片的准备与主要工艺流程控制  49-53
  4.3 扩散炉及其结构特点  53-54
  4.4 扩散均匀性实验与研究  54-63
    4.4.1 扩散均匀性与扩散炉气氛场结构特点  54-56
    4.4.2 扩散均匀性影响因素与气氛场均匀性实验研究  56-62
    4.4.3 影响扩散均匀性的气氛场因素的综合优化实验  62-63
  4.5 扩散气氛场模拟分析技术与工程模型展望  63-64
    4.5.1 气密结构设计技术  63-64
    4.5.2 气氛稳定与均匀性技术  64
  4.6 扩散对太阳电池电性能的影响  64-69
    4.6.1 扩散均匀性对太阳电池电性能的影响  64-65
    4.6.2 扩散浓度对烧结工艺的要求及填充因子的影响  65-67
    4.6.3 扩散浓度对电池少子寿命及开路电压的影响  67-69
  4.7 扩散工艺参数的优化  69-71
第五章 结论与展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
攻硕期间取得的研究成果  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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