太阳能铝浆资料（三）——有关吸杂

    铝背场的建立，不但增加了电池开路电压的数值，还实现了铝吸杂的过程，在不同程度上对硅芯片中的重金属、碱金属、非金属杂质进行了有效的吸附作用，减少了载流子的复合中心，提高了有效少数载流子的寿命和电池的效率。
    重金属杂质通常指元素周期表中的副族及过渡元素。在太阳电池中主要有Fe、Co、Ni、Cu、Au等。这些重金属杂质，由于其半径较硅大的多，因此，在硅中易引起较大的晶格畸变，且扩散系数较大，在高温条件下，由于晶格畸变应力场及金属杂质引入的点阵畸变应力场的相互作用，使这些金属杂质容易在晶格畸变区发生聚集，造成在位错、层错上的沉淀，形成杂质管道，造成p－n结的低击穿。
    硅中所含的碱金属杂质主要指Na、Li、K。因为它们的原子外层只有一个电子，所用较容易失去电子而成为可动正离子。通常，它们主要位于Si-SiO2系统，一般Li、K来源少，且K的原子半径较大，迁移难，Na则是工艺中常见的有害的碱金属杂质。它们往往是在器件制造工艺中引进的。这些可动正电荷通常出现在Si-SiO2界面（其中尤以Na的玷污影响最大），它们会增加反向漏电流，对硅太阳电池芯片的光伏转换效率影响很大。

    一般的太阳电池生产工艺，是通过制作铝背场来形成吸杂中心，产生吸杂作用。原理是利用铝原子与硅原子结构上的差异，将其扩散到硅片背面引起失配位错，因而形成应力吸杂中心。不同类型的硅材料，最佳铝背场烧温度曲线各不相同。
    一般来讲，吸杂将有害杂质从硅中有源区和带入体内缺陷密接区域或杂质溶解度较大的区域吸除，杂质必须经过三个步骤：从原始或非理想状态中释放；在晶体中扩散；被杂质中心捕获。
    捕获的杂质的机制不同，可以分为两大类：分凝和应力释放机制。在应力释放过程中，不同成份的沉淀与形核中心在远离有源区的地方同时形成。吸杂过程伴随者类似与从高温冷却时产生的杂质元素的过饱和度。分凝机制利用杂质原子溶解度较高的区域使溶解度较低区域的杂质游离。在太阳电池的有效工作区外，分凝机制的杂质效果优于应力释放吸杂效果，不需要过饱和度。原则上讲，杂质扩散较快的温度下有源区杂质含量可以较低。硅太阳电池的工作区通常为整个硅衬底的厚度，所以分凝杂质在正表面和背表面都比较适合。硅太阳电池铝背场的建立实现了铝吸杂的过程，因此是芯片制作工艺中至关重要的一环。
    铝吸杂的过程可以解释如下：在烧结工艺中，当温度高于577℃的时候，铝硅合金就会溶解，许多金属如铁、铜、金等在很大温度范围内，不论是在液态还是固态的铝中溶解度都是1～10at.％，同时在硅中的溶解度很低。例如，在750～950℃温度区间内，铁在铝、硅中的分凝系数为105～106。另外，铝扩散到硅中可以形成p＋层，发生背场效应，可以反射电子或避免背表面复合以及见解加速氢原子的产生而起到缺陷钝化的效果。