文/王平　汤欢　杨伟光

图1：注入过程中束流之外的磷在硅片非注入面沉积示意图（侧视图）

1　引言

现今P型晶体硅电池占据了绝大的光伏市场，但是N型单晶电池因高转换效率、低光衰减系数等优势，具有更大的效率提升空间，而离子注入作为一项掺杂浓度可控、均匀度更好的半导体掺杂技术，越来越被重视，两者结合，也必将成为高效晶体硅电池的制造方式之一。

在实际规模化电池生产中，会出现各种工艺设备问题，对最终产品——电池片的外观或者电性能会有一定影响。本文针对生产中发现的反向漏电流偏大的问题，分析成因并验证，提出解决办法。

2　实验

2.1　问题分析

通过表征，漏电区域的形状呈现U型。硅片的硼扩后PL图和电池的反向EL图反映出U型的形状。

经分析排查，离子注入电池漏电的产生与注入工序相关。对注入后的硅片进行清洗，水槽漂洗后直接观察硅片非注入面脱水情况发现，水在硅片表面存在亲水和斥水两个区域。

分析造成这种情况的原因是：注入时，磷的等离子体会绕过硅片，在硅片的非注入面形成一定程度的磷的沉积。沉积了磷的区域在清洗时反映出的性质为亲水，而磷沉积不到的区域则为斥水。硅片离开漂洗槽后，最开始整面均存在水膜，放入烘干槽后，亲水区开始从硅片边缘慢慢变干，向硅片中间发展；在斥水区，由于重力作用，水膜变薄，开始破裂，由于张力作用，水膜来不及烘干而快速破裂，向亲水区发展，最终张力慢慢变小，未干的水膜最终停留在斥水区和亲水区交界区域，形成水滴，水滴再慢慢被烘干。如果水中存在杂质或者热风不干净将杂质引入水滴，水滴干燥后会残留杂质，再经过后续的退火过程将杂质引入电池结区，引起电池漏电。

2.2　问题假设

在注入腔室中，绝大部分磷被限定在束流当中，但是仍有部分磷存在于束流之外（束流与硅片碰撞散射等原因）。束流之外的磷会沉积在硅片的非注入面，由于硅片具有一定尺寸，靠近硅片边缘的区域磷沉积较多，随着与边缘的距离增加磷的沉积会越少，硅片中心区域则几乎没有磷沉积如图1示意图所示。假设磷沉积到硅片表面后会使原本斥水的表面变的亲水。这就能解释硅片接近边缘的区域亲水，而中心区域则斥水的现象。

离子注入机是双轨注入，束流宽度覆盖两个轨道。法拉第杯位于束流中间，会遮挡此部分的束流，因此此区域束流之外的磷较少，而束流两端处，没有遮挡，此区域束流之外的磷较多，因此磷在这两个区域对硅片非注入面的沉积情况会有一定差异。基于此分析，能够解释硅片两侧亲斥水存在一定差异，硅片的水膜在经过一段时间后，斥水区域呈U型，而不是O型或长方形。

2.3　实验验证

基于以上假设及前期实验现象，设计以下三组实验进行验证。

（1）双片注入，两硅片叠在一起，进行正常注入；

（2）用碎片遮挡硅片中间区域进行正常注入；

（3）硅片慢带速注入。

以上三类注入条件硅片的亲斥水情况，均为非注入面。

结果表明，第一组注入时，一片硅片被另一硅片（接触皮带）完全覆盖，避免了磷的沉积，因此被覆盖硅片整面斥水，而另一直接接触皮带的硅片呈现U型斥水现象；第二组经碎片遮挡的区域避免了磷的沉积，未遮挡区域还是存在不同程度的磷沉积，因此在清洗后，斥水区域呈现出遮挡的碎片轮廓，其余区域仍保持U型斥水形状；第三组，由于采用慢带速的传输，硅片在束流下经过时间延长，因此磷绕过硅片沉积的情况加剧，亲水区域与正常带速明显变大。

3　解决方案

在注入后先进行硅片的氧化，之后再进行清洗。对比不氧化、空气放置氧化、化学氧化、O3氧化四种方式，离子注入硅片的斥水情况区别明显。经过化学氧化的斥水面积最大，O3次之，空气氧化的稍好于不氧化的。

4　结论

离子注入过程中，会发生磷绕过硅片，沉积到非注入面。磷的绕镀是引起硅片清洗后产生亲水和斥水区域的原因。

离子注入硅片正面绕镀的磷经氧化清洗后能够改善绕镀情况。硅片绒面附着的磷更容易被清洗，电池的反向漏电流得到了明显改善，且注入电池的效率有了小幅提升。