常壓化學氣相沉積(AtmosphericChemicalVaporDeposition，APCVD)技術屬于SCHMID公司的專利技術，在北美光伏企業(yè)已有大規(guī)模應用。以Sunpower通過此技術實現(xiàn)了n型IBC工業(yè)化生產(chǎn)超過22%的電池轉換效率為典型，被譽為高效n型電池開發(fā)極具潛力的關鍵性技術。之前，APCVD技術在光伏界的應用處于國外技術封鎖階段，目前剛過技術保密期，因此對該技術的應用研究在國內已逐漸成為熱點，同時也具有先導性意義。

APCVD的原理

APCVD技術是指在大氣壓下，把一種或幾種含有構成薄膜元素的化合物、單質氣體通入放置有基材的反應室，然后通過氣相化學反應在基體表面上沉積一層固態(tài)薄膜的方法[1,2]。APCVD技術在太陽電池的發(fā)射極制備上的應用原理是利用氣體源分別在硅片表面沉積一層磷硅玻璃層(PSG)或硼硅玻璃層(BSG)，再采用高溫推進的方式將P+或B+推進至硅片，在硅片表面一定深度內產(chǎn)出間隙原子和空位，改變晶體結構，從而形成電池發(fā)射極。

使用PH3可在p型硅片表面沉積一層PSG，經(jīng)過高溫推進過程后形成太陽電池的核心結構p-n結;使用B2H6可在n型硅片表面沉積一層BSG，經(jīng)過高溫推進過程后形成太陽電池的核心結構p-n結。在硅片表面沉積PSG或BSG的相關反應原理如下：

PSG層的形成：SiH4+O2→SiO2+2H2;4PH3+5O2→2P2O5+6H2

BSG層的形成：SiH4+O2→SiO2+2H2;2B2H6+3O2→2B2O3+6H2

APCVD的實現(xiàn)方式

實驗使用的APCVD設備主要有加熱腔、沉積腔、冷卻腔3部分。APCVD工藝過程分為加熱、第一步沉積(BSG或PSG)、恒溫區(qū)域加熱、第二步沉積保護層(SiO2或TiO2)、降溫。使用不同的工藝氣體，可形成不同的沉積層。沉積過程在如圖1所示的系統(tǒng)下完成。

工藝氣體經(jīng)過管路到達沉積腔的噴頭處，從噴頭出來的氣體到達硅片表面，并在硅片表面相互反應形成沉積層。噴頭處有5個細小的孔，可以滿足3種不同的氣體(O2、N2、SiH4/PH3/B2H6)同時經(jīng)過噴頭到達硅片表面。沉積速率可通過調整氣體比例及硅片溫度來控制;當需要形成較厚沉積層時，可以通過增加噴頭數(shù)量來實現(xiàn)。

APCVD制備發(fā)射極在晶硅太陽電池中的應用

APCVD進行常規(guī)p型單面晶硅太陽電池制備

制作常規(guī)p型單面晶硅太陽電池時，在工藝過程中導入APCVD制備發(fā)射極技術，僅需將高溫磷擴散更換為APCVD沉積PSG及高溫推進，其他工序與常規(guī)電池相同。工藝如下：制絨→APCVD-PSG→高溫推進→刻蝕→正面PECVD鍍SiNx→絲網(wǎng)印刷→燒結→I-V測試

在硅片表面制備PSG后進行高溫推進，與常規(guī)高溫磷擴散相比，有增加硅片表面磷摻雜的均勻性的優(yōu)勢。

APCVD進行p型雙面晶硅太陽電池制備

雙面電池典型的結構是兩個高摻雜區(qū)域：一個硼摻雜的發(fā)射極和一個磷摻雜的發(fā)射極。傳統(tǒng)工藝進行雙面電池的制備需要進行兩次擴散阻擋層的制備及兩次濕法化學去除阻擋層，工藝過程十分繁瑣，而這正是阻礙雙面電池工業(yè)化生產(chǎn)的絆腳石。使用APCVD制備兩種摻雜能有效簡化工藝過程。兩種工藝制備p型雙面電池的工藝流程如表1所示。

從表1可看出，APCVD技術應用到雙面電池的制備中能有效簡化熱擴散兩次制結的中間步驟，減少雙面電池的制作工藝。采用APCVD技術制備雙面電池時，可實現(xiàn)前后表面B/P摻雜的共推進，能減少兩次熱擴散對電池質量的損傷。相較于傳統(tǒng)的熱擴散工藝APCVD技術，制備出的p型雙面電池方阻更均勻，能縮小電池片效率的分布區(qū)間，提升電池片的整體質量，降低制作成本。

溫度及氣體比例對沉積膜厚的影響研究

采用APCVD方式沉積PSG，并使用PSG作為恒定源進行推結時，PSG的厚度及P原子在膜中的質量分數(shù)是決定推結情況的重要因素。P原子質量百分數(shù)通過改變PH3的體積百分比來進行調節(jié)，整體的厚度可通過溫度及O2與氫化物的比例進行調節(jié)。實驗選取410℃、430℃及450℃3個溫度，在每個溫度條件下進行O2與氫化物的比例調節(jié)，實驗數(shù)據(jù)匯總結果如圖2所示。

從圖2可看出，在每個溫度條件下，隨著O2與氫化物的比例的增大，沉積的膜厚先增大后減小。這說明每個溫度條件下，O2均有一個上限值，超過這個上限值后O2的增加不但不能增加膜厚，反而對反應有抑制作用。而且，每個溫度條件下的比例上限不同，隨著溫度的升高，上限值增大。此外，對于PSG的沉積，升高溫度可加快沉積速率。最終的PSG制備工藝參考此特性進行設計。

制備雙面電池的高溫工藝

APCVD技術制備雙面電池的關鍵之處在于使用POCl3進行硼磷的共擴散。硼元素的擴散溫度比磷元素的擴散溫度高，其主要的擴散溫度區(qū)間為900～1000℃[3,4]。在擴散爐管內先高溫達到硼擴散的溫度，再降溫至磷擴散溫度。采用如圖3的溫度曲線進行共擴散。

如圖3所示，溫度升高到900～1000℃時保持恒溫約30min，為擴散的第一階段。第一階段主要進行硼摻雜的推進，該高溫過程是在含有POCl3的氣體氛圍內進行，因此在硼摻雜推進的同時進行磷摻雜的深推進。該階段完成后是擴散的第二階段，降低溫度達到常規(guī)擴散工藝進行磷摻雜的溫度并保持一段時間的恒溫，進行磷摻雜發(fā)射極的表面摻雜。第一階段的高溫進行硼摻雜推進時，溫度比磷擴散的溫度約高100℃，對POCl3的擴散影響較大。調節(jié)第一階段的溫度、POCl3流量情況進行對比實驗，分析影響規(guī)律。完成擴散后使用四探針進行方塊電阻測試，測試結果如圖4所示。

通過實驗對比可知，隨著溫度的升高，方塊電阻逐漸降低;隨著氣體流量的增大，方塊電阻也逐漸降低。結合硼磷摻雜的特性，較適合的第一階段推進溫度為950℃，氣體流量為0.75slpm。

APCVD進行雙面電池試制

選取常規(guī)156mm×156mm的p型單晶硅片，使用APCVD方式進行雙面電池的試制。APCVD設備制備BSG及SiO2后進行POCl3擴散，調整工藝條件使磷摻雜面的方塊電阻保持在80Ω/□，背面硼摻雜方塊電阻保持在約110Ω/□。正反面進行SiNx薄膜制備后，磷發(fā)射極的正面使用常規(guī)p型電池正面的銀漿進行電極印刷，背面硼發(fā)射極處使用特殊的銀鋁漿進行電極印刷。最終制備的雙面電池片電性能如表2所示。

使用APCVD技術制備的p型雙面電池正面的轉換效率達到19.68%，背面的轉換效率為11.66%。

結論

APCVD技術能有效地運用到p型雙面電池的制備中。使用APCVD技術制備雙面電池時，可實現(xiàn)前后表面B/P摻雜的共推進，減少制作工藝步驟的同時能減少兩次熱擴散對電池質量的損傷。APCVD進行p-n結制備技術在雙面電池制備工藝中的應用能促進雙面電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的步伐。

實驗使用APCVD制備BSG后，采用高溫共擴散的方式制備硼發(fā)射極及磷發(fā)射極，磷摻雜面的方塊電阻保持在80Ω/□，硼摻雜方塊電阻約保持在110Ω/□，最終制成的p型雙面電池正面效率達到19.68%，背面效率為11.66%。實驗電池片背面效率較低，其提升空間較大，后續(xù)可進行背面優(yōu)化實驗，提升背面的轉換效率。