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Rsh,则Rsh为在Isc处的斜率的负倒数，即Rsh=-1/（dI/dV），也可由电池的暗IV特性得出；

计算Rs时，认为Rsh很高，且理想因子介于1和2之间，则在Voc处，I=0，有取Voc处的斜率可以得出Rs。

可用Rs=（V2-Voc）/Isc,V2为Isc对横轴的对称点的水平延长线与IV曲线延长线的交点对应的电压值。

较准确的计算为Rs=（V2-Voc）/Imp,V2为Imp对横轴的对称点的水平延长线与IV曲线延长线的交点对应的电压值。

另外，参考国标《晶体硅光伏器件的I-V实测特性的温度和辐照度修正方法》GB/T6495.4-1996idtIEC891:

1987，测量IV曲线时，要修正到标准状态参数（E=100mW/cm2,T=25℃,AM=1.5）下的值，修正公式为：

I1，V1为实测点的坐标，I2，V2为修正特性对应点的坐标，

Isc：

试样的实测短路电流（等同于I1）；

IMR：

标准太阳电池实测短路电池，在测量IMR时，如有必要应对标准电池的温度作修正；

ISR：

标准太阳电池在标准的或其他想要的辐照度下的短路电流；

T1：

试样的实测温度；

T2：

标准温度，或其他想要的温度；

α和β：

试样在标准的或其他想要的辐照度下，以及在关心的温度范围内的电流和电压温度系数（β为负数）；

RS：

试样的内部串联电阻；

K：

曲线修正系数。

在我们的分类测量软件中，由于测量软件编写的公式略有不同使得T1为标准温度或其他想要的温度，导致β为正数。

这样ISR、T1分别为：

100mW/cm2，21℃（一线测试仪）或25℃（二线测试仪，这是由于太阳模拟器的高度不同而确定的）。

其他参数为：

α和β、K、RS分别为：

0.0001A/℃，0.0024V/℃，0.0000125Ohm/℃，0.02Ohm。

对照上述标准中关于温度系数、内部串联电阻和曲线修正系数的测定，参考我们公司送检的各种组件的测量结果（按IEC61215标准测量）：

ForSTP-080modules（8pieces）,αIsc=0.0022A/℃，αImax=0.0002A/℃，βVoc=-0.0793V/℃，βVmax=-0.0886V/℃，Coef.Pmax=-0.3938W/℃。

因此，单个电池的αc介于0.0022-0.0002A/℃之间，βc介于-0.0022~-0.00246V/℃。

对于组件的αIsc可能存在较大的问题，βc与理论值（-0.0023V/℃）较为接近。

对于K和RS应专门测量后确定。

扩散工艺培训

1、

什么是扩散？

扩散的作用是什么？

扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程。

由于热运动，把原子从一个位置输运到另一个位置，使基体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层的导电类

充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气，在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：

4POCl3+3O2=2P2O5+6Cl2

POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，反应式如前所示：

2P2O5+5Si=5SiO2+4P

POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大的结面积的太阳电池是非常重要的。

磷扩散装置如附图2-1所示，源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶，因为POCl3易吸水汽而变质，使扩散表面浓度上不去，其反应式如下：

2POCl3+3H2O=P2O5+6HCl

所以如果发现POCl3出现淡黄色时就不能再用了。

图2-1三氯氧磷扩散装置示意图

磷扩散的系统应保持清洁干燥，如果石英管内有水汽存在，就会使管内P2O5水解生成偏磷酸（HPO3），使扩散管炉口内出现白色沉积物和粘滞液体，粘滞液体的会在工艺运行进舟和出舟时滴落在硅片上，造成返工片，粘滞液体的吸附性还比较强，会吸附杂质，而对扩散管内的洁净度产生影响，因此，长时间扩散后对扩散管定期进行HF浸泡清洗。

3、什么是PN结

PN结是太阳能电池的心脏。

需要强调指出，PN结是不能简单地用两块不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。

要制造一个PN结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。

也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。

制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体内的一个区域中占优势（P型），而使施主杂质在半导体内的另外一个区域中占优势（N型），这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型和N型半导体的接触。

我们制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时，已经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型硅片。

如果我们把这种硅片放在一个石英容器内，同时将含磷的气体通入这个石英容器内，并将此石英容器加热到一定的温度，这时施主杂质磷可从化合物中分解出来，在容器内充满着含磷的蒸汽，在硅片周围包围着许许多多的磷的分子。

我们用肉眼观察硅片时，认为硅片是密实的物体，实际上硅片也是像海绵一样充满着许多空隙，硅原子并不是排列得非常严实，它们的之间存在着很大的缝隙。

因此磷原子能从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。

当硅晶体中掺入磷后，磷原子就以替代的方式占据着硅的位置。

理想晶体中原子的排列是很整齐的，然而在一定的温度下，构成晶体的这些原子都围绕着自己的平衡位置不停地振动，其中总有一些原子振动的比较厉害，可以具有足够高的能量，克服周围原子对它的作用，离开原来的位置跑到其它地方去，这样就在原来的位置上留下一个空位。

替位或扩散是指杂质原子进入晶体后，沿着晶格室位跳跃前进的一种扩散。

这种扩散机构的特征是杂质原子占据晶体内晶格格点的正常位置，不改变原材料的晶体结构。

在靠近硅晶片表面的薄层内扩散进去的磷原子最多，距表面愈远，磷原子愈少。

也就是说，杂质浓度（磷浓度）随着距硅表面距离的增加而减少。

从以上分析中我们可以看到，浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温度的高低则是决定扩散运动快慢的重要因素。

环境温度愈高，分子的运动越激烈，扩散过程进行得就越快。

当然，扩散时间也是扩散运动的重要因素，时间愈长，扩散浓度和深度也会增加。

硅晶片是P型的，如果扩散进去的磷原子浓度高于P型硅晶片原来受主杂质浓度，这就使得P型硅晶片靠近表面的薄层转变成为N型了。

由于愈靠近硅晶片表面，硼原子的浓度愈高，因此可以想象：

在距离表面为

的地方，那里扩散进去的磷原子浓度正好和硅晶体中原来的硼原子浓度相等。

在与表面距离小于

的薄层内，磷原子浓度高于原来硅晶片的硼原子浓度，因此这一层变成了N型硅半导体。

在与表面距离大于

的地方，由于原来硅晶片中的硼原子浓度大于扩散进去的磷原子浓度，因此仍为P型。

由此可见，在与表面距离

处，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是形成了PN结。

即为PN结的结深。

这样我们就可以利用杂质原子向半导体晶片内部扩散的方法，改变半导体晶片表面层的导电类型，从而形成P、N结，这就是用扩散法制造P-N结的基本原理。

4、

结深

对扩散的要求是获得适合于太阳电池pn结需要的结深和扩散层方块电阻，浅结死层小，电池短波响应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样，增加了工艺难度，结深太深，死层比较明显，如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降，实际电池制作中，考虑到各个因素，太阳电池的结深一般控制在0.3～0.5μm。

5、

恒定源扩散与恒量源扩散

固体中的扩散方程可写成下式：

（5-1）

式中的表示杂质浓度，是坐标和时间的函数。

坐标指杂质原子进入硅中的深度，即距离表面的距离，单位取厘米，时间单位取秒，上式已假定D是一个常数。

事实上，扩散系数D是表征扩散速度的物理常数，随着固体的温度上升而变大，同时还受到杂质浓度、晶体结构等因素的影响。

在扩散过程中，硅片周围的杂质浓度恒定，不随时间而改变，硅片表面的杂质浓度Ns保持不变，始终等于源相中的杂质浓度，称这种情况为恒定源扩散，根据边界条件，（5-1）式的解为：

（5-2）

只要知道杂质在硅中的扩散系数D和表面浓度，利用（5-2）式可作出该杂质在硅中的分布曲线，如图5-5所示，称这种分布为余误差分布。

图5-5余误差分布

根据（5-2）式，当距离=时，浓度为。

如果浓度等于基体晶片的掺杂浓度N0，此时的即为PN结的深度，简称为结深。

设表面浓度Ns=1020个/cm3，基体浓度N0=1016个/cm3代入（5-2）式得到与D，t之间的关系为：

=5.4

（5-3）

（5-3）式中常数5.4随N0/Ns的比值而变化，近似计算时，N0/Ns=10-3-10-5内皆可采用上式。

在扩散前，用预扩散或沉积法，使硅片表面具有一定量的杂质源Q，整个扩散过程中不再加源，因而整个扩散过程中杂质源总量Q保持不变，随着扩散深度增加，表面浓度不断下降，称这种情况为恒量源扩散。

根据边界条件，（5-1）式的解为：

（5-4）

根据（5-4）式作出该杂质在硅中的分布曲线，如图5-6所示，称这种分布为高斯分布。

因为处的掺杂浓度等于基体掺杂浓度，（5-4）式变为：

=

（5-5）

上式给出恒量源情况下与D、t之间的关系。

图5-6高斯分布

实际扩散过程常介于上述两种分布之间，根据不同工艺或近似高斯分布或近似余误差分布。

常规太阳电池工艺中，因为扩散较浅，常采用余误差分布近似计算。

6、方块电阻

在扩散工艺中，方块电阻是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要标志之一。

对应于一对确定数值的结深和薄层电阻，扩散层的杂质分布就是确定的。

也就是说，把薄层电阻的测量同结深的测量结合起来，我们就能够了解到扩散入硅片内部杂质的具体分布。

深入了解薄层电阻的定义和测试方法，对我们控制扩散条件和提高产品质量具有十分现实的意义。

㈠薄层电阻的定义

扩散层的薄层电阻也称方块电阻，常用Rs或R□表示，所谓薄层电阻，就是表面为正方形的半导体薄层在电流方向（电流方向平等于正方形的边，见图6-1）所呈现的电阻。

我们知道金属导体的电阻公式R=ρl/s，R是电阻，ρ电阻率，s面积，l长度。

与之类似薄层电阻的大小应为：

Rs=ρl/l=ρ/，可见，薄层电阻的大小与薄层的平均电阻率成正比，与薄层的厚度成反比（一般电阻的大小与边长成正比），而与正方形的边长无关，其单位为欧姆。

为了表示薄层电阻不同于一般电阻，其单位常用[欧姆/方块]或[Ω/口]表示。

图（6-1）

㈡薄层电阻的物理定义

在半导体中，电阻率与杂质浓度之间关系为：

当我们对掺杂浓度取平均值时：

所以：

注意：

为单位表面积扩散薄层内的净杂质总量。

Rs的大小就直接反映了扩入硅片内部的净杂质总量的多少。

薄层电阻越小，表示扩入硅片的净杂质越多，反之，扩入的就越少。

还要注意的是：

不同的杂质分布和结深可获得同样的Rs，这是实际设计和工艺中常遇到的问题。

例如下图中的两个分布曲线，可获得同样的Rs。

㈢扩散层薄层电阻的测试

硅片表面扩散层的薄层电阻可用四探针法测量。

测量装置如下图所示。

测量头是由彼此相距为s的钨丝探针组成，针尖要在同一平面同一直线上。

测量时，将探针压在硅片的表面，外面两根探针通电流I，测量中间两根探针间的电压V。

薄层电阻为：

C称做修正因子，其数值的大小除与样品形状和大小有关，还与样品是单层扩散还是双层扩散等因素有关。

7、

扩散温度与时间

扩散时的温度和时间是控制电池结深的主要因素，在不影响PN结特性的前提下，扩散温度选择高一些，可以缩短扩散时间，有利于生产。

对于浅扩散的情况，温度选择要适当，既不能使温度过高，使扩散时间过短，以致难于控制工艺，又不宜温度过低，而使扩散时间延长到不适当的地步，但是扩散的温度较高，这对结深和硅片的少子寿命影响比较大，导致转换效率大幅度降低，所以在制备晶体硅太阳电池还是要避免太高的扩散温度，我们现在的扩散温度一般控制在830-870度之间。

。

在一定的温度下，扩散时间与结深的关系如图7-1所示。

在恒定表面浓度扩散时，时间增加，扩散进入硅中的杂质总量Q相应增加，结深增加了。

在恒量表面杂质源扩散时，扩散进入硅中的杂质总量Q始终不变，扩散时间增加，表面浓度下降，结深增加。

图7-1扩散时间对于结深的影响

8、

扩散温度和扩散时间对方块电阻的影响

根据恒定源扩散理论，扩散入硅片单位表面的杂质总量为：

（8-1）

根据方块电阻的定义：

（8-2）

式中为单位面积扩散薄层内的净掺杂杂质总量，即=

将式（8-1）代入式（8-2）得：

（8-3）

由于表面杂质浓度、扩散系数D都是温度T的函数，所以只要调整扩散温度和扩散时间两个参数，就可得到确定的方块电阻值。

9、

方块电阻大小对电性能的影响

方块电阻偏低，扩散浓度大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降；

方块电阻偏高，扩散浓度低，则横向电阻高，使Rs上升；

因此，实际电池制作中，考虑到各个因素，，方块电阻控制在35～65Ω/□

EmitterWrapThrough-EWT

Emitterwrap-through”（EWT）and“Metallisationwrapthrough”（MWT）arehigh-efficiencyback-contactsolarcelltechnologies.Viasallowtheemitteronthefrontofthecelltobe“wrapped-through”tothebacksurface.Thistakesthemetallizationforthebusbars（MWT）orthemetallizationforbothbusbarsandfingers（EWT）tothebackofthecell,

∙Metallisationismovedtothebackofthecellreducingshadowing

∙EWTalsoincreasesemitterarea（ndopedregionsofthebackside） 

∙AhighpowerIRlaserwithlowM2isidealforsilicondrilling 

∙EWT:

300wafer/module/hour,MWT:

1200wafer/module/hour

∙15mm3sviapositionavailablewiththeMSV-Wxsystemtoenablecorrectcontactingtoiterdigitatedrearelectrodes.

Lasermicromachinedemitterwrapthroughtechnologyisthecreationofviastowraptheemitteronthefrontsurfacetocontactsonthebackofthecell.Beforethen-dopantdiffusionprocesslasersareusedto 

drillviaholesusingpulsedlaserablation.

Theprocessoflaserviadrillingcreatesminorsurfacedamage（micro-defects）whichmaysubsequentlyberemovedbyflashetchingmaterialawayfromtheviahole.SodiumHydroxide（NaOH）isoneofseveraletchantsthatmaybeusedintheprocessofclearingdebrisfromexposedsurfaces.

Then-dopedemitterisallowedtowrapthroughtheviasduringtheimplantationprocess,theareaofp-typematerialonthebackofthecellisminimisedandthereforemaximisesthecollectorareaaftern-doping, 

Thetechniquecanbeusedwithlowerqualityandthinnersiliconwithoutsignificantlossesinefficiency.Havingtheprovisionofalargecostadvantageoverconventionalcellconfigurationsthissystemhasthepotentialtobeimplementedinacosteffectiveprocessflow.

EWT太阳电池技术进展

摘要：

介绍了EWT太阳电池发展历史、研究现状及国内外EWT太阳电池的技术研究进展，指出了EWT太阳电池研究中的难点，提出了EWT太阳电池的发展方向，并对EWT太阳电池的发展前景进行了展望。

　　关键词：

EWT太阳电池；

技术进展；

激光打孔；

PN区域的界定

　　目前大规模生产的常规硅太阳电池，为了提高载流子的收集效率，PN结的发射区处于电池的正面，电池的受光面都有栅线电极。

栅线电极的存在阻挡了部分阳光，降低了电池的效率。

另一方面，由于电池的正负电极分别位于电池的两面，在电池进行串联封装时，要从一块电池的正面焊接到另一块电池的背面，这样就加大了自动化生产的难度。

为此，1993年JamesM.Gee研制出EWT（Emitterwrap-through）硅太阳电池。

这种电池将金属电极栅线完全转移到了电池的背面，使正负电极的主栅分布在电池背面的两侧，成功的解决了上述难题。

　　1EWT硅太阳电池的结构及特点

　　EWT硅太阳电池是一种前结背接触电池。

它的PN结依然位于电池的正面，以有利于提高载流子的收集效率，通过重扩散或者镀有金属的孔（目前用的最多的是激光打孔）把电池正面发射区和背面局部发射区连接在一起，将前表面发射区引入背面，实现把前后表面收集的电子传导到背面电极上，正负电极细栅全部交叉排列在电池背面，主栅排列在电池背面的两侧。

前表面依然采用优良的金字塔结构和减反射膜，以减少光的反射损失。

EWT硅太阳电池的结构如图1所示。

　　EWT硅电池具有以下显著优点：

（1）由于正面完全没有电极栅线，增加了有效受光面积，故可以提高光生电流的密度，从而获得较高的效率。

（2）由于正负电极均位于电池背面，可简化光伏组件的封装，使自动化生产更容易实现。

　　（3）电池背面采用定域合金制背场的方法，既产生了内建电场，同时减少电极与基体的接触面积，使金属与半导体界面的高复合速率区大大减少，降低了背面的表面复合，因而可更好地提高电池性能；

　　（4）可实现从电池的前结和背结共同收集电荷，故有很高的电荷收集率。

而且，薄的硅片因为减少了电荷的传输路径，降低了孔电阻，故也可以提高电池的填充因子。

因此，低品质的薄基硅片更能体现EWT太阳电池结构的优越性。

　　目前，硅基电池已经成为市场的主流，基于EWT硅太阳电池的以上优点，并且随着人们对进一步提高电池效率和降低电池成本的要求，EWT硅太阳电池正越来越受到人们的重视。

　　2EWT太阳电池的国内外研究现状国外对于EWT电池的研究较为深入，主要的代表机构有：

德国Fraunhofer实验室、美国Sandia国家实验室、德国UniversityofKonstanz、美国Advent太阳能公司等。

　　德国FraunhoferISE采用SiO2钝化及光刻技术，在4cm2的Fz-Si衬底上制作出实验室效率为21.4%的EWT电池，成为目前EWT电池的最高效率保持者。

但光刻技术复杂，成本高，不适宜规模化生产。

美国Sandia国家实验室采用光刻发射极图案结合丝网印刷接触技术在41cm2的Fz－Si上获得了15,6%（AM1.5）的效率。

　　德国UniversityofKonstanz研究了两种技术路线。

A.Kress,R.Tolle等人在10×

10cm2的Cz－Si上采用丝网印刷扩散阻挡层和二次扩散技术，得到了16.1%的效率，开路电压600mV，短路电流37.9mA/cm2，填充因子大约为70%；

H.Knauss，W.Jooss等人采用金属化学镀层技术（electrolessplatingmetallizationtechnology）在24cm2的Cz-Si上获得了16.6%的效率，其开路电压是591mV，短路电流密度是37.7mA/cm2，填充因子达到74.6%，并预计如果能优化打孔工艺进一步去除激光损伤的话，效率将能达到17.3%。

但该技术大大的增多了工艺步骤，关键步骤P-Al共同扩散又不易控制。

　　美国AdventSolarCorporation采用多晶硅材料和比较成熟的丝网印刷技术，实现了15.2%的效率，其电池的开路电压是600mV，短路电流密度是35.4mA/cm2，填充因子为71.3%。

　　在国内，北京科技大学材料学院的刘维和中科院电工研究所的周春兰曾对EWT背结电池中的激光刻槽及腐蚀工艺进行过研究。

云南师范大学太阳能研究所深入研究了激光打孔对单晶硅材料性能的影响，并对EWT硅电池的结构进行了设计与性能模拟。

　　3EWT太阳电池的关键技术进展

　　3．1激光打孔

　　EWT太阳电池完全去除了正表面的栅线电极，依靠电池中的无数导电小孔来将收集到的载流子传递到背面的发射区电极上。

导电孔的制作，早期主要采用光刻和湿法化学腐蚀法，目前最常用的方法是激光打孔。

激光打孔方便易行，适合大规模化生产，但初期激光打孔精度不高，包括激光打出的孔是不是精确地排列在一条直线上、激光打孔的精确定位、激光打孔后的机械损伤等等问题，曾经是EWT太阳电池无法用激光打孔技术大规模化生产的主