太阳能电池片硼源扩散综述 吴志明

扩散是太阳能电池生产中的关键工艺之一，它可以通过对时间、温度及气氛的调节实现对扩散深度、扩散浓度及其分布的控制，使得太阳能电池片扩散区域的方块电阻大小及均匀性达到工业使用要求。

工业生产太阳能电池片的扩散工艺主要包括磷扩散和硼扩散，磷扩具备重复性好、稳定性高且生产的电池片能够满足工业批量化生产需求，因此磷扩成为当前太阳能电池商业化生产的主流工艺，但是p型普通单晶硅电池的产业化转换效率提升的空间已十分有限。n型单晶硅较常规的p型单晶硅具有体少子寿命高、无光衰等优点，具有更大的效率提升空间。同时n型单晶组件具有弱光响应好、温度系数低等优点，相应的n型单晶太阳电池具有发电量高和低衰减等优势，因此n型电池研发越来越受到人们的关注。

在硼扩散工艺过程中由于直接作用在硅片的B2O3硅沸点达到1 860℃，而扩散工艺温度一般在900～1 100℃之间，B2O3在工艺过程中以液态的形式与太阳能电池片接触，导致太阳能电池片的工艺结果均匀性较差。另一方面，由于副产物BSG（硼硅玻璃）的存在，致使石英件存在粘黏现象，导致硼扩散设备存在维护周期短、成本高。本文针对硼扩散技术提高太阳能电池片工艺均匀性，降低副产物BSG影响的3个研究方向分别进行介绍。

1太阳能电池中硼扩散技术的研究进展

南京航天航空大学的洪捐、杨楠楠等人采用SiO2纳米浆料作为硼源，在不同条件下用Stober法制备的SiO2纳米球大小分别为350 nm和450 nm，旋涂后均匀以HCP形式均匀铺展在太阳能电池片表面，如图1所示，未发生团聚现象，且制备的SiO2纳米球粒径大小均匀。

图1旋涂SiO2纳米球后的太阳能电池片表面形貌

由表1可以看出SiO2纳米球粒径大小对扩散后方块电阻值大小的影响较小，但其均匀性变化较大，粒径越大，其扩散均匀性越差，其中序号1/2/3/4/5表示相同条件下的实验批次。这主要是由于SiO2纳米球粒径越小，其排列的越紧密，缝隙越小，在太阳能电池片上覆盖的区域越大，因此扩散后的均匀性越好。

表1 混合不同粒径大小SiO2纳米球的硼酸溶液扩散

英利集团有限公司袁广锋等人发明的一种晶体硅太阳能电池的硼扩散装置，结构如图2所示，通过将进气口设置在炉管的水平方向中分面以上的管壁上，相对于现有技术中将进气口设置在炉管水平中分面上的情况提高了硼源进气口距离太阳能电池片的相对长度，延长了硼源进气口距离太阳能电池片的相对高度，延长了太阳能电池片沉积扩散的时间和距离，较好地解决了硼源在扩散过程中因重力太大导致较快地沉积到炉管底部，避免了过多硼沉积到炉管底部生成硼硅玻璃（BGS）而造成硼源浪费，减少了硼源耗量，提高了太阳电池转换效率。

图2硼扩散装置1

保定天威英利新能源有限公司张伟等人发明的一种太阳能电池硼扩散装置，结构如图3所示。

图3硼扩散装置2

在BBr3液态源高温扩散过程中引入二氯乙烯，能够提高硼扩散的片内均匀性和片间均匀性，减缓B2O3对炉内石英器件的腐蚀，延长石英器件的使用寿命，避免太阳能电池片在高温过程中受到金属污染。

反应原理如下：

在炉管内反应生成的气态HCl和H2O会在N2的携带下在炉管内均匀分布，H2O还会与BBr3和O2反应生成B2O3反应生成气态的HBO2，HBO2在高温下也会发生分解，生成B2O3，可以实现B2O3在太阳能电池片表面上的均匀分布；另一方面，H2O还会与炉管内沉积的B2O3发生反应，这样即避免了B2O3在扩散炉管壁的沉积，延长了石英器件的使用寿命，同时增加有效的硼源；HCl还可以与太阳能电池片表面及炉管内的金属杂质反应，生成气态的金属氯化物，随尾气排出，可以避免金属杂质在高温过程中扩散入太阳能电池片内部。

2结 论

采用旋涂SiO2纳米浆料作为硼源，能够改善太阳能电池片扩散区域方块电阻的均匀性，粒径越小，均匀性越好；改善管内进气方式，增大硼源进气口距离太阳能电池片的距离，能够改善太阳能电池片扩散区域方块电阻的均匀性；在BBr3液态源高温扩散过程中引入二氯乙烯，能够提高硼扩散的片内均匀性和片间均匀性。