Tr-ớc hết ng-ời ta cắt gọt thỏi Si để có dạng hình trụ đồng đều, th-ờng có đ-ờng kính D = 7,5 10 cm. Sau đó dùng c-a bằng kim c-ơng cắt thỏi thành các phiến hình đĩa tròn có chiều dày cỡ 0,3 0,5 mm và mài nhẵn làm sạch bề mặt bằng ph-ơng pháp ăn mòn hóa học để khử các khuyết tật bề mặt do quá trình c-a cắt gây ra. Sự ăn mòn hóa học còn giúp tạo cho bề mặt phiến bị “gồ ghề” nhằm làm giảm phản xạ ánh sáng trên mảnh Si.
2.5. Tạo bán dẫn loại p và n và tạo tiếp xúc p-n
Có hai ph-ơng pháp điển hình tạo tiếp xúc bán dẫn p-n là khuếch tán nhiệt và cấy ion.
2.5.1. Tạo lớp tiếp xúc p-n bằng ph-ơng pháp khuếch tán nhiệt
Từ các phiến Si đơn tinh thể để có đ-ợc Si loại n ng-ời ta dùng tạp chất là phopho (P) còn để có Si loại p dùng tạp chất bo (B). Quy trình công nghệ pha tạp từ các vật liệu ban đầu rắn, lỏng, hoặc khí đ-ợc mô tả trong các sơ đồ ( hình 2.3)
Ví dụ, để tạo Si-n, ng-ời ta đặt muối rắn P2O5 vào lò cùng với các phiến Si. ở nhiệt độ khoảng 0
950 C, P O2 5 bị bốc hơi. Dùng hỗn hợp khí nitơ và oxy (N2 + O2) theo một tỉ lệ thích hợp làm khí mang và thổi qua hơi tạp chất P2O5 tới các phiến Si đã đ-ợc nung nóng ở nhiệt độ cao và các nguyên tử P sẽ xâm nhập vào bề mặt các phiến Si để tạo ra Si-n. Nếu nguồn tạp là lỏng nh- POCl3 thì hỗn hợp khí mang đ-ợc chọn theo tỷ lệ N2 : O2 = 3 : 1. Sau thời gian khuếch tán nhiệt khoảng 10 phút sẽ đạt đ-ợc lớp pha tạp có chiều dày cỡ 0,25 m.
Hình 2.4. Tạo bán dẫn n-Si bằng ph-ơng pháp khuếch tán nhiệt - [2]
Sự tạo lớp tiếp xúc p-n thực hiện theo định luật khuếch tán Pick. Theo định luật này thì các nguyên tử sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Tốc độ khuếch tán và độ sâu khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian khuếch tán. Ng-ời ta dùng một tấm đế là Si-p đ-ợc pha tạp Bo với nồng độ 16
10 nguyên tử / 3
cm , sau đó phủ lên tấm đế một lớp photpho (P) và đ-a vào buồng khuếch tán có nhiệt độ khoảng 0
900 950 C. Khi P khuếch tán vào tấm đế để tạo thành một lớp Si–n có độ dày khoảng 1,2
2,5 m thì ng-ời ta hạ nhiệt độ để chấm dứt quá trình khuếch tán. Lớp tiếp xúc p-n là một lớp mỏng trong đó nồng độ tạp chuyển từ P sang B và tiếp xúc p-n đ-ợc xem là đặt tại biên giới mà trên đó nồng độ P và B là bằng nhau.
Do nồng độ P ở trên bề mặt tiếp xúc rất cao thậm chí ngay cả sau quá trình khuếch tán, P và Si tác dụng với nhau tạo ra một lớp bề mặt gọi là “ lớp chết ” có điện trở cao và là nguyên nhân gây ra sự tái hợp điện tử – lỗ trống, làm giảm hiệu suất của pin quang điện. Vì vậy phải cắt bỏ lớp này đi.
Vì hơn 50% ánh sáng mặt trời tới pin mặt trời bị hấp thụ tr-ớc hết chỉ ở một lớp bề mặt chiều dày 3m ở sát bề mặt, phần còn lại của ánh sáng mặt trời đ-ợc hấp thụ ở lớp tiếp theo có độ dày 300m. Vì vậy pin mặt trời nên đ-ợc chế tạo sao cho phía trên là một lớp collector mỏng ( chiều dày ≤ 3m ) và tiếp đó là một lớp đế dày nh-ng có độ linh động của hạt tải cao để các hạt tải có thể chuyển động về lớp tiếp xúc p-n và về điện cực khi chúng đ-ợc tạo ra trong miền này.
2.5.2. Tạo lớp tiếp xúc p-n bằng công nghệ cấy ion
Các phiến Si đ-ợc đặt tr-ớc các đĩa in năng l-ợng cao. Tùy theo mục
đích chế tạo Si- n hoặc Si- p mà người ta dùng các “đạn” ion là P hay B. Nhờ thay đổi c-ờng độ tia ion, ta có thể thay đổi chiều sâu đâm xuyên của các ion. Bề mặt Si sau đó phải ủ bằng tia laser hoặc tia điện tử để khử các h- hỏng bề mặt do ion bắn phá vào mạng tinh thể ở gần bề mặt. Lớp tiếp xúc p- n tạo bằng ph-ơng pháp cấy ion không khác gì nhiều so với tạo bằng ph-ơng pháp khuếch tán nhiệt. Chiều sâu của lớp p-n vào cỡ 0,25 m. Mật độ các tạp chất biến đổi từ 16
10 nguyên tử / cm ở lớp tiếp xúc đến 21
10 nguyên tử / cm tại bề mặt. Ưu điểm của ph-ơng pháp này so với ph-ơng pháp khuếch tán nhiệt là cần dùng ít năng l-ợng hơn, khả năng sản xuất lớn hơn vì đơn giản và dễ dàng khống chế chiều sâu lớp pha tạp và nồng độ tạp chất hơn.