МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Херсонский государственный технический университет
Кафедра Физической электроники и энергетики
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к дипломной работе на тему:
РАЗРАБОТКА ИСТОЧНИКОВ ДИФФУЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Выполнил
студент группы 5Ф Гречаник В.А.
Руководитель работы к.т.н. Литвиненко В.Н.
Консультанты:
Экспериментальная часть к.т.н. Литвиненко В.Н.
Экономическая часть к.т.н. Фролов А.Н.
Охрана труда Лысюк В.Н.
Норм. контроль к.т.н. Литвиненко В.Н.
Зав. кафедрой д.т.н. Марончук И.Е.
2003
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Херсонський державний технічний університет
Кафедра Фізичної електроніки та енергетики
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до дипломної роботи на тему:
РОЗРОБКА ДЖЕРЕЛ ДИФУЗІЙНОГО ЛЕГУВАННЯ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА КРЕМНІЄВИХ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
Виконав
студент групи 5Ф Гречаник В.О.
Керівник роботи к.т.н. Литвиненко В.М.
Консультанти:
Експеріментальна частина к.т.н. Литвиненко В.М.
Економічна частина к.т.н. Фролов О.М.
Охорона праці Лисюк В.М.
Норм. контроль к.т.н. Литвиненко В.М.
Зав. кафедрою д.т.н. Марончук І.Є.
2003
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка содержит 102 страницы текста, 11 таблиц, 17 рисунков, 20 источников использованной литературы.
Данный дипломный проект направлен на рассмотрение процесса диффузии при изготовлении кремниевых солнечных элементов. В работе дан анализ различных источников диффузионного легирования кремния, а также методов проведения диффузии.
В работе были разработаны поверхностные источники для диффузии бора и фосфора на основе спиртовых растворов борной и ортофосфорной кислот. Приведена технология, позволяющая получать диффузионные слои с заданным значением глубины залегания p – n перехода.
Были проведены исследования по методу диффузии из поверхностного источника на основе легированного окисла. Необходимо заметить, что в технологии диффузионного легирования с использованием данного источника наиболее важным является разработка технологии приготовления раствора и нанесения его на полупроводниковые пластины кремния.
Данные источники могут найти промышленное применение в технологии изготовления кремниевых солнечных элементов, так как их использование не требует сложного оборудования, метод диффузии сравнительно прост, возможно проведение процесса диффузии в атмосфере воздуха.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение....................................................................................................... 6
1. Источники примесей для диффузионного легирования кремния и
технология диффузии примесей в кремний................................................ 10
1.1. Источники примесей для диффузионного легирования кремния...... 10
1.1.1. Твердые планарные источники (ТПИ) ............................................ 11
1.1.1.1. Источники для диффузии бора ..................................................... 12
1.1.1.1.1. ТПИ на основе нитрида бора...................................................... 13
1.1.1.1.2.ТПИ на основе материалов, содержащих B2O3.......................... 14
1.1.1.2. Источники для диффузии фосфора................................................ 15
1.1.1.2.1. ТПИ на основе нитрида фосфора (PN) ...................................... 16
1.1.1.2.2. ТПИ на основе метафосфата алюминия..................................... 17
1.1.1.2.3. ТПИ на основе пирофосфата кремния........................................ 18
1.1.2. Жидкие источники............................................................................. 19
1.1.3. Газообразные источники................................................................... 22
1.1.4. Твердые источники............................................................................ 25
1.1.5. Поверхностные источники на основе простых неорганических
соединений................................................................................................... 27
1.1.6. Стеклообразные диффузанты........................................................... 29
1.1.7. Легированные окислы ...................................................................... 32
1.1.7.1. Получение пленок стекла методом пиролитического разложения 32
1.1.7.2. Источники, полученные осаждением пленок стекла из пленкообразующих растворов..................................................................................................... 35
1.1.7.2.1. Приготовление пленкообразующих растворов, их нанесение и термодеструкция.......................................................................................... 37
1.1.7.2.2. Диффузия бора и фосфора в кремний из пленок двуокиси
кремния, полученных из пленкообразующих растворов.......................... 42
1.2. Технология диффузии примесей в кремний ...................................... 45
1.2.1. Диффузия в запаянной и откачанной кварцевой ампуле................. 46
1.2.2. Метод открытой трубы..................................................................... 49
1.2.3. Диффузия в замкнутом объеме (бокс-метод) ................................... 52
1.2.4. Стимулированная диффузия............................................................. 55
2. Технология и оборудование для проведения процесса диффузии и контроля параметров диффузионных слоев............................................................... 56
3. Разработка технологии изготовления источников диффузионного легирования кремния бором и фосфором и их исследование......................................... 62
3.1. Разработка и испытание поверхностного источника бора на основе спиртового раствора борной кислоты........................................................................... 62
3.2. Разработка и испытание поверхностного источника фосфора на основе спиртового раствора ортофосфорной кислоты......................................... 66
3.3. Исследование твердого планарного источника на основе нитрида бора 68
3.4. Разработка и испытание источника на основе легированного окисла 73
4. Практическое использование разработанных источников диффузанта
для изготовления структур кремниевых солнечных элементов................ 75
4.1. Изготовление кремниевого СЭ на основе кремния p-типа................. 75
4.2. Создание омических контактов на структурах солнечных элементов электрохимическим осаждением никеля..................................................... 76
4.3. Измерение основных параметров на структурах солнечных элементов 77
Выводы........................................................................................................ 82
5. Охрана труда........................................................................................... 83
5.1. Анализ условий труда.......................................................................... 83
5.2. Электробезопасность............................................................................ 85
5.3. Расчет защитного заземления.............................................................. 85
5.4. Техника безопасности при работе с химическими веществами.......... 89
5.5. Освещенность рабочего места............................................................. 90
5.6. Оздоровление воздушной среды......................................................... 92
5.7. Пожарная безопасность....................................................................... 93
6. Экономическая часть............................................................................... 95
Литература................................................................................................... 99
ВВЕДЕНИЕ
Среднее количество солнечной энергии, попадающей в атмосферу Земли огромно – около 1,353 кВт/м2 или 178000 ТВт. Среднегодовая цифра, характеризующая энергию, попадающую на свободные необрабатываемые поверхности Земли, значительно меньше, но тем не менее составляет около 10000 ТВт [1]. В настоящее время большая часть этой энергии не используется.
Среди широкого разнообразия возобновляемых альтернативных источников энергии фотоэлектричество выглядит наиболее обещающим в качестве энергетической технологии будущего. Одним из перспективных направлений использования солнечной энергии является ее непосредственное преобразование в электрическую энергию полупроводниковыми системами фотопреобразования.
Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую имеет ряд преимуществ, а именно [2]:
- чистота и неисчерпаемость солнечной энергии;
- простота конструкции и эксплуатации установок;
- возможность получения одного и того же КПД для генераторов в широком диапазоне вырабатываемых энергий;
- модульный тип солнечных элементов (СЭ), что по аналогии с такими полупроводниковыми приборами как транзисторы или интегральные схемы, обуславливает снижение цены с ростом масштаба производства;
- может действовать при рассеянных источниках света, например комнатного или даже при свете люминисцентных ламп.
Часто подчеркивается, что эффективность преобразования СЭ составляет менее половины эффективности атомных станций или парогенераторных систем. Такое сравнение некорректно при определении политики развития энергоресурсов будущего. Поскольку 38 % КПД паровой турбины означает, что оставшиеся 62 % затраченной нефти являются не только бесполезно утраченными, но и вредными, так как загрязняют окружающую среду, тогда как даже 10 % фотоэлектрического преобразования означает эффективное использование солнечной энергии, которая в противном случае просто теряется. Преобразование солнечной энергии не сопровождается побочными вредными эффектами. Это представляет основное различие между системами, использующими солнечную энергию и традиционными системами, использующими полезные ископаемые.
Фотоэлектрические преобразователи обладают высокой надежностью, практически не требуют обслуживания. В то же время их широкое внедрение в энергетику в настоящее время сдерживается рядом факторов, среди них одним из основных является высокая стоимость электроэнергии, вырабатываемой полупроводниковыми СЭ. Последний фактор непосредственно связан с высокой стоимостью СЭ.
Альтернативный путь снижения стоимости СЭ – повышение КПД за счет совершенствования технологии их изготовления. КПД СЭ, изготовленных в опытном производстве из монокристаллического кремния, поликристаллического кремния и аморфного кремния (α-Si) составляет соответственно 17 – 18 %, 13 – 14 и 9 – 10 %. Коммерчески оправданное использование солнечных модулей (СМ) для энергоустановок начинается со значения КПД = 10 – 12 % [2].