硅太阳能电池扩散工序相关知识精选.pptx

硅太阳能电池扩散工序相关知识1.目录目录半导体PN结扩散电池效率的损失扩散与栅线设计扩散与烧结+4+4+4+4+4+4+4+4+42.半导体2.1 本征半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。本征半导体：完全纯净的、结构完整、不含缺陷的半导体晶体。束缚电子在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+42.半导体2.1 本征半导体空穴自由电子这一现象称为本征激发，也称热激发。当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。+4+4+4+4P+5+4++++++++++++++++4+4+42.半导体2.2 非本征半导体2.2.1N型半导体在本征Si和Ge中掺入微量五价元素后形成的杂质半导体。正离子杂质元素：磷，砷多子：电子少子：空穴P：施主杂质 (提供电子)少数载流子多数载流子+4+4+4+4B+3+4----------+4+4+4-----2.半导体2.2 非本征半导体负离子2.2.2P型半导体在本征Si和Ge中掺入微量三价元素后形成的杂质半导体。杂质元素：硼，铟多子：空穴少子：电子P：受主杂质 (提供空穴)多数载流子少数载流子3.PN结3.1 结的种类同质结：相同材料形成的结(如不同参杂的硅片)结半导体异质结(两种半导体材料之间组成的结)异质结：不同材料形成的结半导体-非半导体异质结(肖特基势垒结、MOS、MIS)++++++++++-----+++++----------3.PN结3.2 PN结的形成多数载流子的扩散运动 空间电荷区变窄内电场EIN削弱 促使 空间电荷区加宽内电场EIN增强 N区P区多子扩散少子漂移阻止建立内电场少数载流子的漂移运动扩散运动和漂移运动达到动态平衡，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结。3.PN结3.3 能带图和光伏效应3.3.1基本概念能级：电位能的级别。能带：大量的能级形成能带。价带：在绝对零度下能被电子占满的最高能带，全充满的能带中的电子不能再固体中自由运动。导带：自由电子形成的能量空间。即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。费米能级：该能级上的一个状态被电子占据的几率为1/2，用来衡量系统能级的水平。3.PN结3.3 能带图和光伏效应3.3.2费米原理和费米能级一般而言，电子占据各个能级的几率是不等的。占据低能级的电子多而占据高能级的电子少。统计物理学指出，电子占据能级的几率遵循费米统计规律：在热平衡状态下，能量为E的能级被一个电子占据的几率为：f(E)称为电子的费米分布函数，k、T分别为玻尔兹曼常数和绝对温度，EF称为费米能级。只要知道EF的数值，在一定温度下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定了。在一定的温度下，费米能级附近的部分能量小于EF的电子会被激发到EF以上，温度越高，被激发的概率越大。3.PN结3.3 能带图和光伏效应3.3.2费米原理和费米能级当E-EF＞5kT时，f(E)＜0.007当E-EF＜-5kT时，f(E)＞0.993k≈1.38 x 10-23J/K在参杂半导体中，如果是N型半导体，由于电子占据导带的几率较大，则EF的位置上移靠近导带底，如果是P型半导体，EF下移靠近价带顶。参杂很重时，EF可以进入导带和价带。3.PN结3.3 能带图和光伏效应3.3.3能带图3.PN结3.4 等效电路图电池工作时共有三股电流：光生电流IL，在光生电压V作用下的pn结正向电流IF，流经外电路的电流I， IL和IF都流经pn结内部，方向相反。IRsILRshVRLIF根据pn结整流方程，在正向偏压V作用下，流过结的正向电流为IF= Is[exp(qV/koT)-1]电池与负载联通，流过负载的电流为I=IL-IF=IL- Is[exp(qV/koT)-1]由上式可得V=(koT/q)ln[(IL-I)/IS+1]3.PN结3.5 制备方法合金结：熔化合金→ 再结晶（杂质分凝）→ 形成p-n结。生长结 ：拉制单晶；CVD；MBE。生长晶体时改变掺杂型号. 扩散或离子注入结：在衬底中掺入反型杂质（杂质补偿）。高温扩散的概念：扩散机理有替位式扩散（例如硼、磷等在Si中的扩散）和间隙式扩散（如金在Si中的扩散）。杂质替位式扩散的速度慢，扩散温度高（800 oC~1200 oC），间隙式扩散的速度很快（在1000 oC下10分钟就可扩散200 ~ 300 μm的深度），扩散温度较低一些800 oC~1050 oC）。替位式扩散间隙式扩散4.扩散4.1 扩散定律假定在无对流液体（或气体）稀释溶液中，按一维流动形式，每