인 확산로는 중요한 이중 역할을 수행하여 결함 엔지니어링에 기여합니다. 태양 전지 이미터(emitter)를 동시에 형성하고 인 확산 게터링(PDG)을 수행합니다. 인산화물 유리(PSG) 층을 생성함으로써 이 공정은 벌크 실리콘에서 이동성 금속 불순물, 특히 철을 끌어내어 표면으로 이동시키고 재결합 수명을 크게 향상시킵니다.
기계적 및 화학적 분리는 이전 처리 단계에서 발생하지만, 인 확산로는 최종의 고정밀 정제 단계 역할을 합니다. 이전 공정에서 제거할 수 없었던 잔류 심층 불순물을 화학적으로 추출하여 업그레이드된 야금 등급 실리콘(UMG-Si)을 실행 가능한 태양광 기판으로 전환합니다.
인 확산 게터링(PDG)의 메커니즘
"게터" 층 형성
특정 고온에서 확산로는 인이 실리콘 웨이퍼로 확산되도록 합니다. 이 반응은 인산화물 유리(PSG)라고 하는 표면 층을 생성합니다. 이 층은 화학적 싱크 역할을 하여 불순물이 이동하기에 열역학적으로 유리한 영역을 만듭니다.
금속 불순물의 고정
여기서 주요 결함 엔지니어링 기능은 전이 금속의 포획입니다. 철과 같은 불순물은 고온 주기 동안 실리콘 격자를 통해 확산됩니다. 일단 고농도 n형 영역과 PSG 층에 도달하면, 이들은 포획되어 고정되어 셀의 활성 영역에서 재결합 중심 역할을 하는 것을 방지합니다.
캐리어 수명 향상
이러한 재결합 중심을 제거함으로써 실리콘의 소수 캐리어 수명이 극적으로 향상됩니다. 자연적으로 더 높은 기본 불순물 수준을 포함하는 UMG-Si의 경우, 이 단계는 캐리어 수명을 잠재적으로 수백 마이크로초로 끌어올리는 데 필수적이며, 이는 고효율 태양 에너지 변환에 필요한 요구 사항입니다.
UMG-Si 정제 체인에서 PDG의 역할
정제 공정 완료
UMG-Si 생산은 기본 환원을 위한 아크로에서 시작하여, 분배 계수를 사용하여 불순물을 잉곳 상단으로 밀어내는 방향성 응고로를 따릅니다. 그러나 이러한 물리적 분리 방법은 종종 응고된 결정에 잔류 금속 오염을 남깁니다.
방향성 응고의 한계 해결
방향성 응고는 벌크 정제를 처리하지만, 용해된 금속의 모든 원자를 제거할 수는 없습니다. 인 확산로는 웨이퍼 수준에서 이러한 나머지 미세 결함을 처리합니다. 이는 결정의 순도를 최종적으로 "연마"하는 단계 역할을 하여 비용 효율적인 UMG-Si 재료가 성능 면에서 고품질 폴리실리콘과 경쟁할 수 있도록 보장합니다.
절충안 이해
"데드 레이어" 위험
강력한 인 도핑은 게터링(불순물 제거)을 개선하지만 표면에 "데드 레이어"를 생성할 수 있습니다. 이 영역은 빛에 의해 생성된 전하 캐리어에 대해 높은 재결합을 일으키므로, 확산이 너무 깊으면 태양 전지의 단락 전류를 감소시킬 수 있습니다.
열 예산 관리
효과적인 게터링에 필요한 고온은 신중하게 관리해야 합니다. 과도한 열 노출은 실리콘의 벌크 수명을 저하시키거나 다른 구조적 결함을 활성화하여 불순물 제거의 이점을 무효화할 수 있습니다.
공정 포화
PSG 층은 불순물을 흡수할 수 있는 유한한 용량을 가지고 있습니다. UMG-Si의 초기 품질이 너무 낮으면(극도로 높은 철 농도를 포함하는 경우), 게터링 공정이 포화되어 벌크 재료에 잔류 불순물이 남아 최종 셀 효율을 제한할 수 있습니다.
태양광 성능을 위한 결함 엔지니어링 최적화
UMG-Si의 잠재력을 극대화하려면 확산 공정의 강도와 들어오는 웨이퍼의 품질 간의 균형을 맞춰야 합니다.
- 최대 순도(저품질 입력)가 주요 초점인 경우: 게터링 효과를 극대화하고 가장 많은 양의 철을 추출하기 위해 더 무거운 확산 프로파일을 우선시하고, 청색 응답의 잠재적 절충을 수용합니다.
- 셀 효율(고품질 입력)이 주요 초점인 경우: 표면 재결합을 최소화하기 위해 더 옅은 이미터를 위한 열 프로파일을 최적화하고, 공격적인 게터링보다는 재료의 고유한 순도에 의존합니다.
UMG-Si 응용 분야의 성공은 결함을 제거하는 것뿐만 아니라 결함을 포착하는 열 역학을 정밀하게 제어하는 데 달려 있습니다.
요약 표:
| 공정 구성 요소 | 결함 엔지니어링에서의 역할 | UMG-Si 품질에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| PSG 층 형성 | 웨이퍼 표면에 화학적 싱크 생성 | 철과 같은 이동성 금속 불순물 추출 |
| 인 확산 | 고온 불순물 이동 | 결함 고정, 재결합 방지 |
| 열 관리 | "열 예산" 제어 | 정제와 구조적 무결성 균형 |
| 캐리어 수명 | 재결합 중심 제거 결과 | 수백 마이크로초까지 수명 증가 |
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참고문헌
- Production of upgraded metallurgical-grade silicon for a low-cost, high-efficiency, and reliable PV technology. DOI: 10.3389/fphot.2024.1331030
이 문서는 다음의 기술 정보도 기반으로 합니다 Kintek Furnace 지식 베이스 .
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